Механизация процессов разрушения горных пород

Мысль о механизации процесса зарубки угля была высказана еще в XVIII в. англичанином Мензисом. Машина Мензиса представляла собой тяжелое стальное кайло, закрепленное на раме. Кайло совершало возвратно-поступательное движение, нанося удары по углю.

Наиболее эффективными в горном деле оказались врубовые машины, в которых использовался принцип дисковой пилы. Конструкция дисковой врубовой машины была разработана английским инженером Уорингом. Резание угля этой машиной осуществлялось при помощи зубков, закрепленных на диске. Диск был расположен сбоку машины и делал вруб глубиною 90 см. Машину за ручки подвозили к забою, при помощи рычагов приводили в движение диск и делали вруб. Лучшей врубовой машиной в 70-х гг. XIX в. была пневматическая дисковая машина Винстлея.

В 1891 г. в угольных шахтах США применялось 500 врубовых машин, на долю которых приходилось 24% добычи угля. В 1913 г. в американской угольной промышленности использовалось 15 тыс. врубовых машин, с помощью которых добывалась уже почти половина (49%) угля в стране.

Рост масштаба механизации зарубки обусловил конструктивные усовершенствования врубовых машин. Старые дисковые врубовые машины стали более компактны, передаточный механизм начали изготовлять из стального диска, а механизм машин стали прикрывать удобным закрытым кожухом. Был усовершенствован и режущий механизм машины, благодаря чему увеличивается глубина вруба. С 1900 г. на дисковых машинах стали применяться электроприводы. Дисковая врубовая машина обладала недостатками: ее трудно было удерживать у груди забоя, тонкий и широкий диск быстро зажимался осаждающимся после подрубки углем. Это делало машину непригодной для работы на неровной почве. Поэтому дисковые машины были постепенно заменены штанговыми и цепными врубовыми машинами.

Первая штанговая машина была создана в Англии в 50-х гг. XIX в., но широкое применение штанговые машины получили лишь в 80-е гг. В этой машине зарубка угля производилась вращающейся штангой, по всей длине которой прикреплялись режущие зубки. Штанговая машина помещалась на колесах и передвигалась по рельсам вдоль забоя. Штанговые машины имели ограниченное распространение, т. к. зубки быстро изнашивались. Первая цепная машина «Гершери» была создана в Англии в 60-х гг. Однако в машине часто рвались цепи. Рабочим органом цепной врубовой машины является бар, состоящий из направляющей металлической рамы и движущейся в ней режущей цепи с зубками. Бар обычно имел длину 91 см и врубался в уголь на глубину 1,8 м. Цепная рама в машине могла поворачиваться на 180°.

Благодаря применению надежной, высокопроизводительной цепной машины американская угольная промышленность обогнала английскую, где в основном использовались дисковые машины. В 1870 г. в США добывалось 42 млн. т. угля, или в 1,5 раза меньше, чем в Англии, то в 1913 г. там добывалось уже 517 млн. т., или почти в 2 раза больше, чем в Англии.

Технический прогресс в механическом комплексе горных предприятий

К началу XX в. для лучшего скольжения руды деревянные желоба заменили металлическими. В конце XIX в. в угольной промышленности появились скребковые и ленточные конвейеры. Они состояли из желоба и цепи со скребком и использовались главным образом в забоях различной длины.

В 1906 г. англичанин Сетклиф сконструировал ленточный конвейер для пластов небольшой мощности. Качающиеся конвейеры появились в 1906 г. в Германии, а затем и в Англии. Вначале решетки подвешивались к стойкам, затем были созданы качающиеся конвейеры на специальных опорах-каретах с пневматическими или электрическими приводами. Появление конвейера было вызвано переходом к разработке маломощных угольных пластов, где невозможно было применять вагонетки. В конце XIX и начале XX в. начинает распространяться электровозная откатка.

Первые электровозы были троллейными. Стремление обеспечить большую маневренность электровозов привело в США к применению специальной кабельной катушки. В конце XIX в. в Америке создаются первые аккумуляторные электровозы. Первый аккумуляторный электровоз был построен в 1889 г.

Развитие подъема угля на поверхность идет по линии совершенствования паровых подъемных машин. Если в 1870 г. скорость подъема на английских угольных шахтах не превышала 5,25 м/сек, то в 1912 г. она составляла уже 14,6 м/сек. Максимальный подъемный вес английского рудничного подъема в 1870 г. был равен 4 т., а в 1912 г. – уже 6 т. В 1894 г. в Германии появилась первая подъемная машина с электродвигателем. Регулирование скорости подъема производилось сопротивлением, включаемым в электрическую цепь. В 1891 г. американец Леонард предложил свою систему электрического регулирования. Электродвигатель переменного тока, по его системе, приводил в движение пусковой генератор постоянного тока, который, в свою очередь, был соединен с электродвигателем постоянного тока, установленным на подъемной машине. Скорость подъема регулировалась изменением тока возбуждения пускового генератора от специального генератора возбуждения.

Первая попытка приспособить асинхронный двигатель трехфазного тока к поршневому насосу встретила значительные затруднения: поршневой насос был тихоходен и работал со скоростью 30- 35 об/мин, тогда как двигатель трехфазного тока делал от 600 до 750 об/мин. Для устранения этого в электродвигателях был использован трехфазный ток меньших периодов.

В конце XIX в. был создан быстроходный поршневой насос, делавший 150 об/мин. Центробежные насосы работали гораздо эффективнее, чем клапано-поршневые насосы. С появлением в 1884 г. лампы Вольфа стало возможным определить содержание метана в шахте. С 1880 г. на английских угольных шахтах стали использовать стационарное электрическое освещение.

В конце XIX - начале XX вв. решающее значение в горной промышленности продолжала играть добыча угля. Осуществляется переход от мелких шахт и рудников к крупным рудникам. Возникают заводы горного машиностроения. Характер техники горного дела в этот период меняется под влиянием использования стали в машиностроении и все повышающейся роли электропривода. В технике горнорудной промышленности начинается переход от машин с принципом прямолинейного возвратного действия к ротационным машинам (центробежные насосы и вентиляторы).

Развитие техники машиностроения

Особенности его развития

Высококачественная сталь обеспечивала машиностроение основным материалом, необходимым для развития техники производства машин. С 70-х гг. XIX в. до начала Первой мировой войны объем продукции машиностроительной промышленности вырос в 5,5 раза.

Характерными чертами развития машиностроения в этот период являются переход от производства универсальных к узкоспециальным станкам и переход к индивидуальному электроприводу. Увеличение скорости резания металла достигалось переходом от резцов из углеродистой стали к резцам из легированной стали, а затем к резцам из особых сверхтвердых сплавов.

С укрупнением предприятий возникает более узкая специализация металлообрабатывающих станков. На узкоспециализированных станках обрабатывалась одна деталь или выполнялась только одна производственная операция.

Усовершенствование режущих инструментов, экспериментальные и теоретические исследования различных машин способствовали значительному улучшению их конструкций и росту их мощности. Одним из самых рациональных способов управления станков явилось введение групповых и индивидуальных электрических приводов. Исчезли громоздкие трансмиссии, уменьшились потери в промежуточных передачах и от холостого хода. Ликвидация трансмиссий улучшила использование фабрично-заводских помещений.

С развитием специализации в машиностроении, а также с переходом к индивидуальному электродвигателю организация машинного производства меняется. Простая кооперация однородных или разнородных рабочих машин, составляющая основу фабрики начального периода капитализма, уступает место расчлененной системе машин, представлявшей собой сложную совокупность разнородных, но одновременно действующих машин, которые получают движение уже не от одного общего двигателя, а от индивидуальных двигателей при каждой рабочей машине или группе машин. В такой системе машин предмет труда проходит последовательно ряд взаимно связанных частичных процессов.

«Комбинированная рабочая машина, представляющая теперь расчлененную систему разнородных отдельных рабочих машин и групп последних, тем совершеннее, чем непрерывнее весь выполняемый ею процесс, т.е. чем с меньшими перерывами сырой материал переходит от первой до последней фазы процесса, следовательно, чем в большей мере передвигается он от одной фазы производства к другой не рукою человека, а самим механизмом. Поэтому, если в мануфактуре изолирование отдельных процессов является принципом, вытекающим из самого разделения труда, то, напротив, в развитой фабрике господствует иной принцип: непрерывная связь отдельных процессов».

Развитие станкостроения

Назначением металлорежущего станка является обработка заготовки металла с целью получения изделия определенных геометрических размеров, формы и качества.

В станкостроении конца XIX в. господствовали пять основных типов станков: токарные, применявшиеся для обработки наружных и внутренних поверхностей тел вращения (цилиндр, конус, сфера); строгальные (и долбежные), применявшиеся для обработки плоскостей изделий; сверлильные, предназначавшиеся для сверлений и обработки отверстий, а также для расточки, нарезки резьбы; фрезерные, употреблявшиеся для обработки особенно точных деталей, а также для фасонной обточки и нарезания резьбы; и шлифовальные станки, обрабатывавшие детали самой разнообразной формы абразивными материалами и инструментами.

Механический суппорт получил дальнейшее развитие. Движение суппорта было автоматизировано. Возникли станки-автоматы и полуавтоматы, у которых подвод режущего инструмента в рабочее положение, движение подачи инструмента и отвод его после работы в исходное положение совершалось автоматически, без помощи рук человека.

В результате специализации станкостроения была достигнута небывалая до тех пор точность обработки деталей, доходившая теперь до десятой доли миллиметра. Специализация машиностроения способствовала внедрению в него автоматики, т. к. сужение функций станка прямо вело к упрощению выполняемых им операций.