Развитие техники получения стали. Завершение технического перевооружения металлургии в первой половине XIX в.

Техническое перевооружение металлургии завершилось изобретением прокатного стана, приводимого в действие паровой машиной, а также созданием парового молота. При пудлинговании не представлялось возможным достигнуть полной однородности сварочного металла, обеспечивающей его определенные механические свойства. Поэтому по мере развития техники возникла необходимость в дополнительной операции – прокатке. При прокатке в металле, находящемся в пластичном, текучем состоянии, сжатием уничтожаются первичные крупные зерна, благодаря чему металл становится более плотным и однородным по своему составу. Массовое производство пудлингового железа требовало механизации.

Внедрение прокатных станов в металлургию началось с начала XIX в. Первый прокатный стан для железных болванок был разработан Г. Кортом, когда он работал над изобретением метода пудлингования. В 1783 г. Г. Корт получил патент на изобретение способа проката фасонного железа с помощью особых вальцев. При пудлинговании для отжатия шлака и уплотнения металла широко применялись обжимы и ковочные молоты.

К 60-м гг. XIX в. технический переворот в металлургии был завершен. Если за период с 1500 г. до 1700 г. мировая выплавка чугуна выросла примерно с 60 тыс. т до 104 тыс. т, а за весь XVIII в. в 2,67 раза, то за 80 последующих лет – с 1790 г. по 1870 г. – в 43 раза больше, чем в 1790 г.

Развитие техники горного дела

8.5.1. Новые требования, предъявляемые к горному делу

Связь техники горного дела с паровой машиной сказывалась на конструкции многих машин, которые были созданы в этот период в горной промышленности (вентиляторы, компрессоры, перфораторы). В этих машинах господствует принцип возвратного поступательного движения. К 70-м гг. XIX в. среднегодовая добыча всей продукции горного дела во всем мире достигла 225,3 млн. т, тогда как в первые 20 лет XIX в. она не превышала 17,3 млн. т. В 1801-1820 гг. доля угля в совокупной продукции горной промышленности составила 80%, в дальнейшем она продолжала расти, и к 70-м гг. XIX в. удельный вес угля в мировой добыче полезных ископаемых достиг 83%.

Технические усовершенствования в области разведки полезных ископаемых

Повысилась роль разведочного дела. Возникла необходимость в усовершенствовании методов разведки, и, в первую очередь, бурения, как основного способа разведки полезных ископаемых.

Еще в середине XVIII в. появилось ударно-штанговое бурение, позволившее бурить более твердые породы и проходить более глубокие скважины. Недостатки ударно-штангового бурения заключались в том, что штанги, соединенные в одну колонку, при работе получали большое напряжение, приводившее к их сгибанию. В 1834 г. немцем Эйнгаузеном были изобретены раздвижные ножницы, которые помещались между ударной штангой, оканчивающейся долотом, и системой штанг, расположенной выше. При бурении ударная штанга наносила удар по забою скважины. Этот удар не распространялся на вышележащие штанги.

В 40-х гг. XIX в. появились различные варианты свободно падающих штанг.

С увеличением глубины разведочных скважин возникла проблема очищения их от разбуренной породы. Наряду с ударноштанговым бурением распространилось канатное бурение, отличавшееся от последнего тем, что штанга, имеющая на конце долото, опускалась в скважину на канате, а не на системе жестких штанг. Долото соединялось с тяжелой ударной штангой квадратного или круглого сечения. После пробуривания небольшого участка скважины долото легко поднимали на канате на поверхность, а в скважину опускали на канате длинное ведро – желонку, которая очищала скважину от пород. Однако канатное бурение имело свои отрицательные стороны: штанга поворачивалась с большим трудом. Этот недостаток был преодолен введением самоповорачивающихся ударных штанг.

Усовершенствование техники проходки и крепления горных выработок

Совершенствование систем разработки месторождений полезных ископаемых

Строительство большого количества рудников и шахт потребовало изменения методов горных выработок как вертикальных, так и горизонтальных. 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 1839 г. во Франции инженер Триже впервые предложил кессонный метод проходки шахтных стволов. Кессон представлял собой металлическую трубу диаметром 1,8 м, вверху которой был установлен шлюзовой аппарат, через который проходили рабочие, извлекался грунт, и доставлялись необходимые материалы.

Примерно в 50-х гг. XIX в. окончательно оформился метод проходки шахтных стволов в мягких грунтах с большим притоком воды. Штанги, приводившиеся в движение паровой машиной, оканчивались специальным инструментом с насажанными на него долотами. Этим инструментом производились удары по забою при постепенном поворачивании штанг.

Длительное время бурение шпуров осуществлялось вручную. В начале XIX в. был создан ударный перфоратор (перфоратор Иордана). Принцип действия его заключался в следующем: при помощи махового колеса и специальных защепов поднималась скрепленная с поршнем штанга. Затем под действием сжимаемой рабочей пружины штанга шла вниз, нанося удар за счет собственной тяжести и ударной силы пружины. Этот перфоратор предназначался для бурения шкуров в твердых породах.

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.

В рассматриваемый период были усовершенствованы системы разработок добычи всех полезных ископаемых. Наиболее эффективными оказались врубовые машины, в которых использовался принцип дисковой пилы. Дисковая врубовая машина была предложена английским инженером Уорингом. Резание угля осуществлялось в ней при помощи зубков, насажанных на диск. Лучшей врубовой машиной в 70-е гг. XIX в. была пневматическая машина Вистлея.

Производительность труда при машинной зарубке была в два раза выше, чем при ручной работе, но дисковая врубовая машина обладала существенными недостатками: машину трудно было удерживать у груди забоя, тонкий и широкий диск ее быстро зажимался осаждающимся после подрубки углем и т.п.

Механизация подземного транспорта, подъема и водоотлива

В первой половине XIX в. были проведены работы по механизации транспортировки полезных ископаемых. С 20-х гг. XIX в. для подъема начинают широко применяться паровые машины. Создаются специальные рудничные подъемные установки, приводимые в действие паровым двигателем.

Наиболее острой проблемой, стоявшей перед горной техникой, была проблема водоотлива. В XIX в. на рудниках для привода поршневых насосов появилась паровая машина двойного действия, заменившая пароатмосферную машину.

В середине XIX в. осуществлялся переход сначала к штанговым безбалансирным машинам, а затем к паровым насосам прямого действия. В этом случае паровая машина при паровом насосе прямого действия устанавливалась не на поверхности, а в подземной камере. Такая система водоотлива давала возможность откачивать рудничные воды более глубоких горизонтов.

В XIX в. для проветривания шахт начинают применяться поршневые вентиляторы, приводившиеся в действие балансирными паровыми машинами, конструкция которых напоминала паровую машину. Впервые успешно работавший центробежный вентилятор был изобретен инженером А. Саблуковым в 1832 г.

Проблему освещения в шахтах решило изобретение взрывобезопасной лампы, которую в 1815 г. придумал английский химик Г. Деви.

Развитие техники земледелия

Влияние крупной машинной индустрии на технику сельского хозяйства. Механизация обработки земли.

Эволюция плуга

Первые сельскохозяйственные машины появились в Англии. В начале XVIII в. в Англии и в других европейских странах был распространен деревянный однолемешный конный плуг, изобретенный еще в конце XVII в. в Голландии. Он состоял из лемеха, подошвы, отвала и грядильни. Глубина запашки плуга не превышала 10 см.

В 1833 г. кузнец Дж. Лен из Чикаго в лемех деревянного плуга вделал острое стальное лезвие в чугунной оправе. Это был первый шаг к изготовлению цельного стального плуга. В том же 1833 г. кузнец Дж. Дир создал первый цельностальной плуг.

В 1855 г. английские фермеры Фаулер и Говард выработали наиболее подходящее сочетание паровой машины и плуга. Глубина запашки паровым плугом доходила до 48 см. Средний уровень пшеницы на участках, где применялся паровой плуг, повысился на 24%.

К 70-м г. XIX в. появился новороссийский плуг. У него имелись широкие полувинтовые и комбинированные отвалы, что обеспечивало его применение на тяжелых, сильно задерненных и высохших почвах. Глубина пахоты плуга доходила до 18 см, для работы на нем требовалось 2-3 лошади или 2 пары волов.

Механизация процесса сева

Сеялка, изобретенная англичанином Куком в 1785 г., состояла из трех механизмов: проводящего бороздки, выбрасывающего семена и заполняющего бороздки землей.

В 50-х гг. XIX в. распространение получили гнездовые сеялки.