Создание рабочих машин в машиностроении

 

После изобретения рабочих машин и создания универсального теплового двигателя основной задачей дальнейшего промышленного развития стало техническое перевооружение машиностроения. Огромные возможности, открывшиеся перед промышленностью с введением рабочих машин и универсального двигателя, могли реализоваться лишь постольку, поскольку машиностроение было способно поставлять всем отраслям промышленности специальные машины, и притом в больших количествах.

Между тем, техника изготовления машин, существовавшая в середине XVIII в., даже в наиболее передовых странах была ручной, унаследованной еще от мануфактурного периода.

При ручном изготовлении машины производились медленно, в небольших количествах и обходились крайне дорого. Ручной труд не мог разрешить и многих чисто технических задач, которые стали возникать в машиностроении. Возрастающая сложность машин требовала увеличения мощностей, скоростей, надежности и точности работы механизмов.

Применение машин в металлургии, на транспорте, равно как и все возрастающие размеры паровых двигателей и котлов, диктовали необходимость обработки чрезвычайно больших масс металла. На основе ручного труда машины и котлы или вообще не могли быть обработаны, или не могли быть обработаны достаточно быстро и с необходимой точностью.

Коренное изменение техники изготовления машин могло быть достигнуто лишь при условии изобретения и широкого применения рабочих машин собственно в машиностроении.

Техническое перевооружение машиностроения - этой основы крупной машинной индустрии - в Англии началось приблизительно с 90-х годов XVIII в. и закончилось к 40-м годам XIX в.

Следует указать, что машиностроения, как отрасли промышленности, в мануфактурном периоде не существовало. Почти во всех крупных металлообрабатывающих мануфактурах были мастерские, в которых изготовлялись инструменты, простейшие станки и т.д. Имелись сверлильные, точильные, шлифовальные станки. Однако эти станки, несмотря на довольно большую специализацию, не были рабочими машинами, так как основной трудовой процесс при их применении совершала рука человека.

Наиболее распространенным был токарный, так называемый лучковый, станок.

Изобретателем токарного станка с суппортом был выдающийся русский механик и изобретатель Андрей Константинович Нартов. Наиболее отчетливо идея механического суппорта воплотилась на большом токарно-копировальном станке.

Однако в то время ни в России, ни на Западе не было еще острой потребности в усовершенствовании техники машиностроения.

Возможность изменения техники изготовления разнообразных машин была создана только в результате первых двух этапов промышленной революции.

Начало изменению техники изготовления машин положил английский механик Генри Модсли (1771-1831), создавший механический суппорт для токарного станка в 1797 г. Суппорт имел две каретки, передвигающиеся посредством винтов. Одна каретка позволяла создавать необходимое давление резца на заготовку, а другая передвигала резец вдоль заготовки. В 1797 г. Модсли построил первый работоспособный токарный станок на чугунной станине с самоходным суппортом. В дальнейшем Модсли продолжал усовершенствовать свой токарный станок, который вскоре оказался незаменимой машиной в любой токарной работе.

Модсли открыл свою собственную механическую мастерскую, которая очень скоро превратилась в довольно большой машиностроительный завод. На заводе Модсли была применена уже машинная система производства в форме соединения трансмиссиями большого числа рабочих машин, приводимых в движение универсальным тепловым двигателем. Завод в основном изготовлял детали для паровых машин Уатта. Однако на заводе конструировались и рабочие станки для механических мастерских. Генри Модсли выпустил образцовые токарные, а затем и строгальные механические станки. Сам Модсли, несмотря на то, что был собственником крупного предприятия, всю жизнь работал наравне со своими рабочими и учениками. Кроме суппорта он сделал много изобретений и усовершенствований в самых разнообразных отраслях техники.

В 1807 г. Модсли получил патент на различные усовершенствования паровой машины. В начале XIX в. он изобрел дыропробивную машину для производства отверстий в листах котельного железа, сконструировал микрометрический штангенциркуль, названный им "лордом канцлером". Последней работой Модсли был металлический щит, при помощи которого в Лондоне под Темзой был прорыт туннель. Необыкновенно изобретательный, Модсли очень мало хлопотал о получении патентов на свои изобретения. Случалось, что ему грозили судебным процессом люди, укравшие его изобретения и оформившие на них патенты.

Особенностью техники машиностроения 30-х и 40-х гг. XIX в. является повышение точности производства машин. Этот период был целиком связан с работами выдающегося английского станкостроителя Джозефа Витворта (1803-1887), введшего в машиностроение принципы и методы точной работы.

Витворт изобрел первую мерительную машину, ввел калибры и добился возможности измерять обрабатываемые плоскости до сотых, а позже и до тысячных долей миллиметра. Ему принадлежит идея стандартизации резьбы на винтах, позже нашедшая широчайшее применение в машиностроении.

К 70-м гг. XIX в. Англия по праву называлась "мастерской мира" и занимала первенствующее положение в мировом машиностроении. Но уже к 60-м гг. XIX в. стала развиваться машиностроительная промышленность США и Германии. Слабее было развито машиностроение Франции, Австро-Венгрии, России, Италии и других стран, запоздавших с капиталистическим развитием.

В результате третьего этапа промышленного переворота машиностроение овладело техникой производства машин машинами. Это позволило быстро и в необходимом количестве производить машины для всех отраслей промышленности и транспорта. Таким образом, крупное машинное производство получило соответствующую его природе материально-техническую базу.

 

Развитие металлургии

Технический переворот в машиностроении явился основным стимулом для развития металлургии в эпоху промышленной революции. С развитием машинной индустрии роль металла, как основного материала для изготовления машин, значительно возросла. Все технические приспособления и элементы машин стали изготовляться только из металла.

Существовавшие при мануфактуре способы получения железа уже не могли удовлетворить возросших потребностей производства. Поэтому металлургия должна была перейти на новые методы производства.

Технический переворот в металлургии (прежде всего в английской) заключался в изобретении и широком применении новой технологии получения чугуна, а также в существенном усовершенствовании способов передела чугуна в железо.

Доменное производство в мануфактурный период базировалось на использовании древесного угля. Увеличение выплавки чугуна привело к быстрому уничтожению лесов. "Топливный голод", наступивший в Англии, Франции и других странах, породил стремление найти заменитель древесному углю.

Эта мысль высказывалась неоднократно в Англии еще в XVII в. Правительство даже издавало специальные постановления.

Первых успехов в применении каменного угля для получения чугуна достиг англичанин Дод Дадслей, оформивший патент в 1619 г.

Но только в 1735 г. английский инженер-металлург Абрахам Дерби - сын разрешил проблему применения минерального топлива в доменном производстве, использовав не просто каменный уголь, а кокс.

Использование кокса потребовало увеличения количества воздуха, подаваемого в печь. Вместо клинчатых мехов стали применяться цилиндрические меха, а затем центробежные воздуходувки, росла и мощность двигателей.

Применение новых систем воздуходувок позволило увеличить размеры доменных печей и ускорить процесс доменной плавки.

Дальнейший рост производительности доменных печей происходит за счет подогрева воздуха, подаваемого в домны. Аппарат для подогрева воздуха впервые был применен Дж. Нилсоном на шотландском заводе Клайд (патент выдан в 1828 г.). Первые же опыты нагрева воздуха до 150-300°С позволили значительно (до 40%) снизить расход топлива и резко повысить производительность. В 1857 г. англичанин Э. Каупер предложил воздухонагревательное устройство, работавшее на основе использования отходящих газов доменных печей.

Увеличение выплавки чугуна привело к несоответствию между количеством чугуна, получаемого из домны, и возможностью передела чугуна в железо.

 

Развитие горного дела