Рост машиностроения, паровой энергетики, металлургии, строительство железных дорог, расширение торговли колоссально увеличили спрос на самые разнообразные продукты горного дела.

Огромное влияние на горное дело оказала паровая машина. Ее влияние сказывалось на конструкции многих машин, которые были созданы в этот период (вентиляторы, компрессоры, перфораторы). Во всех этих машинах господствует принцип возвратно-поступательного движения, то есть принцип, наиболее полно используемый в поршневой паровой машине.

Развитие горной промышленности базировалось на ее техническом перевооружении. Однако главные процессы добычи полезных ископаемых - зарубка, отбойка и навалка в забое - основывались на ручном труде.

Еще в середине XVIII в. появилось так называемое ударно-штанговое бурение, позволившее решить две насущные проблемы: бурить более твердые породы и проходить более глубокие скважины. Однако оно имело недостаток: штанги, соединенные в одну колонку, изгибались. В 1834 г. немцем Эйнгаузеном была изобретена свободно падающая штанга. В 1844 г. в Англии появился свободно падающий бур Кинде, а в 1848 г. - бур Фабиана.

Со второй половины XIX в. получило распространение канатное бурение, а для очистки скважины использовали желонку.

Однако при канатном бурении штанга поворачивалась с очень большим трудом. Поэтому вскоре появились самопроворачивающиеся ударные штанги. Были созданы специальные буровые станки для бурения скважин на глубину более 1000 м.

В начале XIX в. была высказана мысль о возможности очистки скважин от разбуренной породы путем промывки забоя струей воды. В Европе практически реализовали эту мысль в 1815 г. Однако лишь в 1855 г. датчанин Метерсон изобрел способ бурения мягких пород путем проходки скважин струей воды. Этот, так называемый, способ разведочного бурения сохраняет свое значение и до настоящего времени. Однако бурение с промывкой скважин водой или специальным буровым раствором, связанное с введением в практику бурения обсадных труб, широко распространилось лишь в конце 70-х годов XIX в.

Строительство большого количества рудников и шахт потребовало изменения методов проходки горных выработок как вертикальных (шахтных стволов), так и горизонтальных (штреков, тоннелей, штолен и др.).

Проходка шахтных стволов в условиях достаточно устойчивых пород при сравнительно слабом притоке воды не вызывала трудностей. Она осуществлялась при помощи взрывных работ, а выработки укреплялись венцовой крепью. Но при плывунах, а также в условиях трещиноватых пород с большим притоком воды этими способами проходить горные выработки было невозможно. С начала XVIII в. для крепления шахтных стволов, проходимых в плывунах, начали применять забивную деревянную крепь. В 1861 г. в Рурском бассейне появилась металлическая забивная крепь.

В 1839 г. во Франции инженер Триме впервые предложил кессонный метод проходки шахтных стволов.

Примерно в 50-х годах XIX в. окончательно оформился метод проходки шахтных стволов в мягких грунтах с большим притоком воды. Это было по существу ударно-штанговое бурение, но воспроизведенное в большем размере. Буровой инструмент давал возможность проходить стволы шахт диаметром до 4,5 м.

Для буровзрывных работ стали применять новые виды взрывных веществ: пироксилин (открыт Х.Шёнбейном в 1845 г.), нитроглицерин (А.Собреро, 1847 г.), динамит (А.Нобель, 1867 г.). В 1830 г. изобретен бикфордов шнур. В конце XIX в. изобретено электрическое взрывание, позволившее обеспечить безопасность взрывных работ.

Известно, что на скорость ведения взрывных работ большое влияние оказывает способ бурения шпуров. Длительное время бурение шпуров осуществлялось вручную. Первые попытки создания ударных перфораторов (бурильных молотков) относятся к началу XIX в. Вначале был создан ударный перфоратор (перфоратор Иордана) с маховым колесом, защепами и пружиной.

В первой половине XIX в. были созданы перфораторы, приводимые в действие паром и водой.

Первый пневматический перфоратор был создан в 1857 г. французским инженером Соммелье.

Механизированное бурение обходилось в два раза дороже ручного труда. Успехи в развитии механизированного бурения связаны с постройкой железнодорожных тоннелей. Решающим моментом здесь явилась не стоимость бурения, а большая скорость проходки.

Самой развитой отраслью горного дела была каменноугольная промышленность. С конца XVIII в. делаются попытки механизировать процесс добычи угля. Интересно отметить, что конструкции первых врубовых машин копировали работу человека в забое (подрубная машина англичан Мензиса и Сарта). Врубовая машина ударного типа конструкции инженера Шрамма была смонтирована на тележке. Позже была сделана попытка использовать для вруба принцип сверления (сверлильная буровая машина Нейбурга).

Наиболее эффективными оказались врубовые машины, в которых использовался принцип дисковой пилы (машины Уоринга, а затем Винтслея). Недостаток состоял в том, что тонкий широкий диск быстро зажимался осаждающимся углем.

В первой половине XIX в. были проведены работы по механизации транспортировки полезных ископаемых. На многих рудниках и шахтах стала использоваться канатная откатка, при которой вагонетки прикреплялись к бесконечно движущемуся канату, укрепленному между двумя шкивами, один из которых приводился в движение либо лошадью, либо паровой машиной.

Наиболее интересные изобретения в области транспортировки полезных ископаемых были сделаны в золотопромышленности. В 1861 г. инженером А.Лопатиным был изобретен так называемый песковоз. Это был первый ленточный конвейер, предназначенный для транспортировки золотоносных песков к машинам, а отмытых песков в отвал. Лопатин широко применял свое изобретение на приисках Восточной Сибири.

Глубокие сдвиги произошли в технике подъема. Решающую роль сыграло применение в качестве двигателя паровой машины. Создаются специальные рудничные подъемные установки, приводимые в действие паровым двигателем.

Одновременно в этот период велись работы по созданию предохранительных устройств, так называемых шахтных парашютов, которые в случае обрыва головного каната или отказа в работе тормозов подъемной машины задерживали падающую клеть.

Увеличивающаяся глубина рудников предъявляла всё новые и новые требования к подъемным машинам и канатам. Применявшиеся ранее пеньковые канаты и тяжелые цепи не удовлетворяли этим требованиям. Большое значение для развития подъема имело изобретение немецким горным инженером В.Альбертом (1787-1846) проволочных рудничных канатов, впервые примененных в 1834 г. в Рурском бассейне.

Наиболее острой проблемой была проблема водоотлива. В середине XIX в. осуществляется переход к паровым насосам прямого действия. Однако поршневые насосы не могли обеспечить достаточной глубины откачки воды. В1835 г. русский изобретатель А.А. Саблуков сконструировал, а в 1838 г. усовершенствовал первый центробежный насос. Над конструкциями центробежных насосов работали изобретатели и других стран. Однако паровой двигатель не обеспечивал необходимую скорость вращения. Центробежные насосы стали широко внедряться лишь в конце XIX и начале XX в., когда для их привода был применен электродвигатель.

Углубление горных выработок и увеличение их протяженности резко ухудшили рудничную атмосферу. Это привело к росту числа взрывов в шахтах. Применение паровой машины в рудниках также вызвало ряд крупных катастроф. Поэтому проблема проветривания шахт стала очень острой. В XIX в. применяются поршневые вентиляторы, диаметр поршня доходил до 5,5 м. Громоздкость и малая эффективность таких вентиляторов заставляла искать новое решение. Новым средством явился центробежный вентилятор. Впервые успешно работавший центробежный вентилятор был изобретен инженером А.А. Саблуковым в 1832 г.

Проблему освещения в шахтах решило изобретение в 1815 г. английским химиком Г.Дэви взрывобезопасной лампы.

В этот период происходят поиски новых методов обогащения полезных ископаемых. Крупнейшее значение для дальнейшего развития золотопромышленности имело открытие русского ученого П.Р.Багратиона, опубликовавшего в 1843 г. работу, посвященную изучению условий растворения золота и серебра при цианистом процессе. Этот процесс составляет основу современной гидрометаллургии.

Русский ученый А.А. Мусин-Пушкин разработал и ввел новые методы аффинажа и обработки платины.

Развитие техники земледелия

 

С 80-х годов XVIII в. в капиталистических странах, и в первую очередь в Англии, происходит весьма интенсивное развитие всех отраслей сельского хозяйства.

Первые сельхозмашины появились в Англии. С конца XVIII в. английская деревня, 70 % крестьян которой переселилось в города, была не в состоянии удовлетворить ни потребностей городских рынков в продуктах питания, ни потребностей перерабатывающей промышленности в сельскохозяйственном сырье. Продовольственная проблема обострилась из-за предпринятой Наполеоном в начале XIX в. континентальной блокады. Кроме того, Англия была страной наиболее раннего развития машинной техники. Все это способствовало появлению машин в английском сельском хозяйстве.

В США обработка обширных малонаселенных земельных пространств была возможна только при условии применения машин.

Сельхозмашины в основном можно разделить на 4 главных типа: 1) машины для обработки земли (плуги, бороны); 2) машины для посева (сеялки всех родов); 3) машины для уборки зерновых культур (жатвенные машины); 4) машины для обработки злаков (молотилки, веялки, сортировки).

В начале XVIII в. в Англии был распространен деревянный однолемешный конный плуг. Наряду с поисками нового материала для изготовления плуга шла работа над усовершенствованием его конструкции. К 30-м годам XIX в. была выработана наиболее целесообразная конструкция плуга. В зависимости от назначения начали изготовлять специальные плуги одно- и многолемешные, окучники, почвоуглубители, культиваторы и т.д. К 80-м годам XIX в. в крупных земледельческих хозяйствах стали широко использовать паровой плуг.

Долгое время самым маломеханизированным процессом в сельском хозяйстве было сеяние. В VI в. до н.э. в древнем Китае применялось механическое приспособление для посева. Примерно к 50-м годам XIX в. достаточно большое распространение получили рядовые и гнездовые сеялки. В конце XIX в. в крупных хозяйствах стали применяться сеялки с паровым двигателем. С древнейших времен и вплоть до начала XX в. для уборки урожая применялись серп и коса. Впервые жатвенные машины начали появляться в конце XVIII в. в Англии и США. В 1826 г. шотландец Белль изобрел достаточно пригодную для уборки урожая машину, которая применялась до конца XIX в.

Первые попытки создания механизмов для вымолачивания зерен относятся ко второй половине XVIII в. Молотильная машина является поистине интернациональным изобретением. Ее появлению предшествовало множество неудачных опытов, и только в 1785 г. шотландцу Мейкелю удалось разработать практически пригодную конструкцию молотилки с барабаном, снабженным вилами. В 50-х годах XIX в. в Америке широкое распространение получили молотилки изобретателя Тернера, в которых зерна не выколачивались, а вычесывались. Молотилки шотландской или американской системы до конца XIX в. конструктивно почти не менялись. В 60-х годах XIX в. была внедрена паровая молотьба.

Следует, однако, отметить, что сфера распространения машинной техники была ограничена лишь крупными сельхозпредприятиями.

 

 

 

Развитие транспорта

 

Эпоха промышленной революции в основных отраслях капиталистического хозяйства была в то же время и периодом технической революции в средствах транспорта.

Создание всемирного рынка, вызванное колоссальным развитием торговли, потребовало массовой и по возможности быстрой переброски сырья и готовых изделий на большие расстояния.

Крупная машинная индустрия в начале XIX в. не только поставила новые требования перед транспортом, она в то же время подготовила материально-технические предпосылки для его перевооружения. Достижения металлургии и машиностроения, паровой энергетики и других отраслей промышленности сыграли решающую роль в развитии железнодорожного и парового водного транспорта.

Развитие железнодорожного транспорта происходило по 3 основным направлениям. В этот период шло возникновение и распространение рельсовых путей, происходило изменение способа тяги, а также развитие специально приспособленных для рельсового пути вагонов.

Идея рельсового пути нашла себе применение в горном деле еще в XVI в. На рудниках в это время применялись примитивные деревянные рельсы, по которым двигались вагонетки с рудой. Затем начинают развиваться подъездные рельсовые пути для перевозки грузов внутри отдельных промышленных предприятий. Сначала рельсы были деревянные, затем постепенно их стали покрывать сверху чугунными пластинами или обивать железом. Первые чугунные рельсы появляются в Англии на горных предприятиях в конце 60-х годов XVIII в. Но эти рельсы были хрупки и быстро изнашивались. После изобретения метода пудлингования, т.е. когда железо стало довольно дешево, стали распространяться железные рельсы. Рельсы из ковкого железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 г. Уже в 1820 г. в Англии было прочно освоено производство железных рельсов.

Повозки-вагонетки, которые двигались по рельсам на горных предприятиях, вначале представляли собой обыкновенные ящики на колесах. В 1786 г. ирландец Ричард Ловелл Эджуорт предложил использовать для перевозки грузов целые составы ящиков. Так возникли вагонетки. К началу XIX в. они применялись в горной промышленности повсеместно.

Сначала вагонетки откатывались по горным выработкам на поверхность вручную, затем перешли к конной тяге. Постепенно появляются так называемые конно-чугунные дороги.

Первая конно-чугунная дорога для общего пользования была открыта в Англии в графстве Сэрри (близ Лондона). Протяжение этой дороги составляло 40 км. Одна лошадь по специально устроенному чугунному рельсовому пути везла состав из 3-х вагонов общим весом 9,2т.

Конно-чугунная дорога не могла полностью решить проблему транспорта, так как лошадиная тяга не обеспечивала достаточную скорость движения и грузоподъемность. Нужен был новый двигатель. Внимание изобретателей в области транспорта привлек универсальный паровой двигатель. Мысль применения пара для нужд транспорта возникла еще в XVII в. Вначале пытались приспособить паровые двигатели к обыкновенным повозкам или телегам.

Кроме технических трудностей внедрению пара в транспорт очень мешало косное, предвзятое отношение большей части общества.

Следует отметить, что проблема создания парового автомобиля так и не была решена.

Многие изобретатели в эту эпоху пытались построить локомотив, двигающийся по рельсам. Особенно большое значение для создания железнодорожного транспорта имели работы шотландского инженера и механика Ричарда Треветика (1771-1833), который первый пришел к идее применения паровых локомотивов на специально устроенных рельсовых путях. В 1803 г. Треветик сконструировал паровоз для рельсового пути, а 6 февраля 1804 г. провел первое его испытание.

За период с 1803 по 1814 г. появилось много моделей рельсовых паровозов.

В 1814 г. сконструировал и испытал свой первый паровоз Джордж Стефенсон, который в основном и решил проблему создания парового железнодорожного транспорта. До 1825 г. он построил 16 различных паровозов.

Первый паровоз в России был построен Черепановыми в 1834 г.

Пароход, как и паровоз, имеет свою предысторию. Еще в начале XVIII в. Дени Папен построил лодку, приводимую в движение паром. Лодка двигалась медленно. Кроме того, Папен не смог довести испытания этой лодки до конца: она была разбита лодочниками.

Первый практически пригодный пароход изобрел инженер и механик ирландец Роберт Фултон. Как и Стефенсон, он был гениальным самоучкой. Свой первый, еще несовершенный пароход Фултон построил и испытал на реке Сене в Париже в 1803 г. В 1807 г. Фултон построил колесный пароход "Клермонт", на котором он установил паровую машину Уатта. Длина парохода равнялась 43 м., мощность двигателя - 20 л.с., тоннаж - 15 т. "Клермонт" можно считать завершением всех предшествующих опытов по созданию практически пригодного парохода. ("Клермонт" совершил свой первый рейс по реке Гудзон из Нью-Йорка в Альбани).

В 1811 г. шотландец Белль построил первый пароход в Англии. В 1815 г. в России на Ижевском металлургическом и механическом заводе были построены первые 2 парохода.

Вслед за изобретением речного парохода делаются попытки технически усовершенствовать все виды морского транспорта.

Величайшее значение для судостроения имел переход к строительству железных и стальных корпусов пароходов. Другим очень важным фактором развития морского флота было изобретение гребного винта, сменившего гребные колеса. Большая роль в этом принадлежит чеху Иосифу Ресселу, который в 1826 г. изготовил первый небольшой гребной винт.

С начала 30-х годов XIX в. стали появляться первые пароходы, пригодные для регулярных океанских рейсов.

 

Изменения в технике связи

 

До конца XVIII в. использовались древние средства связи: акустические (колокол, рупор) и оптические (костер, факел). Конец
XVIII в. характеризовался развитием оптических (семафорных) телеграфов, основанных на передаче световых сигналов. Этот телеграф был изобретен во Франции ученым Клодом Шаппом в 1792 году, в России - в 1794 году И.П.Кулибиным.

Развитие производства, торговли, транспорта, появление железных дорог требовали более совершенных форм связи.

Первое предложение об электростатическом телеграфе было опубликовано в 1753 году в Шотландии анонимным автором, который рекомендовал, подвесив на изоляторах столько проволок, сколько имеется букв в алфавите, посылать по соответствующей проволоке электрический заряд, под действием которого на приемном конце притягивается бумажка с обозначенной на ней буквой.

Первый электромагнитный телеграф был создан русским ученым Павлом Львовичем Шиллингом (1786 - 1837). При создании телеграфа Шиллинг использовал новые для того времени открытия: электромагнитные явления и мультипликатор. Впервые работа телеграфа была продемонстрирована в 1832 году.

Дальнейшее развитие электромагнитной телеграфии идет по линии создания "самоотмечающих", или пишущих телеграфов. Первый пишущий телеграф был создан русским ученым Б.С. Якоби в 1839 году. Пробная линия была испытана в 1841 году.

В 1835 году американец Морзе предложил свой пишущий аппарат, впервые опробованный в 1844 году.

Огромным достижением в электромагнитной телеграфии было изобретение Якоби в 1850 году шагового буквопечатного аппарата.

С 40-х годов XIX века начинается быстрое развитие телеграфной сети как внутри стран, так и между странами.

 

2.10 Новое в области светотехники.
Прогресс в полиграфии. Создание фотографии

 

В 1779 году итальянец Л. Пейл предложил так называемую "туринскую свечку". В 1825 году изобретатель Д. Купер из Лондона стал изготовлять "каменные спички" с головкой из смеси серы и белого фосфора.

В 1833 году немец Каммерер разработал технологию производства спичек с головками из желтого фосфора. С 1848 года в Швеции, а затем и в других странах в массовом количестве стали производить так называемые "шведские", или безопасные спички.

В первой половине XVII века научились изготовлять литые в формах сальные и восковые свечи. В 1817 году появились стеариновые, а в 1837 году -парафиновые свечи.

Стремление увеличить яркость освещения привело к созданию разного рода фонарей и прожекторов.

К первой половине XIX века относится появление масляных (а позднее и керосиновых) ламп со стеклом.

Поворотным моментом в развитии способов освещения явилось применение горючих газов в конце XVIII- начале XIX вв.

Конец XVIII - начало XIX вв. ознаменовались большими изменениями в технике книгопечатания. Технический прогресс в области полиграфического дела шел в основном в направлении механизации печатного и наборного процессов, а также создания новых способов книгопечатания и полиграфии.

Первую практически пригодную печатную машину создал немецкий изобретатель Ф. Кёниг в 1810-1814 гг. (плоскопечатная машина).

В 1863 году изобретателем У. Буллоном в США была построена первая ротационная печатная машина.

Первые наборные машины были созданы в Англии Б.Фостером (1815 год) и У. Чергем (1822 год).

В первой половине XIX века было сделано еще одно величайшее техническое открытие - изобретена фотография. Фотография прошла длинный и сложный путь развития. Днем рождения фотографии считается 7 января 1839 года.