6.3. Развитие техники

Замена феодального строя капиталистическим, произошедшая путем буржуазных революций в 17-18 веках, подготовила благодатную почву для последующего небывалого научно-технического прогресса.

Быстрое развитие промышленности во многих странах требовало создания достаточно мощных, экономичных и удобных для использования источников энергии, которые могли бы приводить в действие все нуждающиеся в этом машины. С давнего времени распространение получили водяные и ветряные колеса.

Количество гидросиловых установок, их мощность непрерывно росли. Они получали применение на многих производствах, где до этого машины и орудия приводились в действие вручную или силой животных. В связи с ростом мощности колес все шире стал применяться металл для валов и некоторых других деталей. Во Франции на реке Сене в 1682 г. была сооружена крупнейшая для того времени установка, состоящая из 13 колес диаметром по 8 м, служившая для привода более 200 насосов, подававших воду на высоту свыше 160 м, и обеспечивавшая водой фонтаны в Версале и Марли.

Во второй половине 18 в. под руководством русского изобретателя К. Д. Фролова были построены уникальные гидротехнические сооружения для откачки воды на серебряных рудниках Алтая, подъема руды из шахт и привода в действие лесопилки.

Наряду с водяными колесами широкое применение находили ветряные колеса. Задачи они выполняли различные, но чаще всего служили для привода в действие мельниц.

Одним из главных факторов технического прогресса рассматриваемого периода времени была паровая машина, представляющая собой универсальный двигатель.

Попытки создать двигатель, работающий на водяном паре, использовать силу пара, восходят еще к Архимеду, древнегреческому ученому Герону Александрийскому и Леонардо да Винчи. Но задача оказалась не такой простой, а универсальный паровой двигатель был создан и начал находить широкое применение только во второй половине 18 в.

Одной из первых была паровая машина, созданная в самом конце 17 века английским инженером Тамасом Севери(1650-1715). Однако эти машины получили очень небольшое практическое использование.

Значительно больший успех имела машина английского изобретателя Томаса Ньюкомена(1663-1729).

Назначением машины Ньюкомена, часто именовавшейся атмосферной, являлся подъем воды с более низкого уровня на более высокий.

Первая машина Ньюкомена была построена приблизительно в 1712 г. на севере Англии. Главным образом в Ньюкаслском угольном бассейне действовало около 100 таких машин, а к 1780 г., на Корнуольских оловянных рудниках (юго-запад Англии) было не менее 70 машин. Машины Ньюкомена использовались также в других европейских странах. Их широкое распространение продолжалось до тех пор, пока в последней четверти 18 в. на смену им не пришла более совершенная машина - универсальный тепловой двигатель Уатта.

Автором первого универсального парового двигателя, не нашедшего, к сожалению, практического применения, был русский изобретатель Иван Иванович Ползунов (1728—1766), о котором будет сказано чуть ниже.

Английский изобретатель Джеймс Уатт(1736-1819) - является создателем ряда конструкций паровых машин, в том числе универсальной паровой машины, имевших очень большое значение в прогрессе промышленности и транспорта. До конца 19 в. паровая машина являлась практически единственным универсальным двигателем. Уатт родился в г. Гренокле (Шотландия). Его деятельность началась в открытой им мастерской, в которой изготавливались и ремонтировались различные приборы. Он исследовал свойства воды и водяного пара, опытным путем определил зависимость между давлением и температурой насыщенного водяного пара, довольно хорошо отвечающую современным данным.

Насосная паровая машина Уатта оказалась удачной, но только в 1769 г., приблизительно через 4 года после постройки модели, он получил на нее патент.

Патент же на универсальный паровой двигатель Уатт получил в 1781 г. Он разработал и создал паровую машину с цилиндрами двойного действия.

В 18 в. возникло вполне понятное стремление использовать паровую машину на наземном и водном транспорте. Было сделано немало попыток разработки парового локомотива, были построены действующие модели, и обычно выделяется построенный талантливым английским изобретателем Джорджем Стефенсоном(1781-1848) в 1825 г. паровоз «Ракета».

Стефенсон родился в рабочей семье, работал на угольных копях Ньюкасла, где работали также его отец и дед. Он много занимался самообразованием, изучал физику, механику и другие науки, интересовался изобретательской деятельностью. Выдающиеся способности Стефенсона позволили занять ему должность механика, а в 1823 г. он был назначен главным инженером компании по строительству первой железной дороги общего пользования Стоктон-Дарлингтон; это открыло ему большие возможности для конструкторской, изобретательской работы.

«Ракета» была не первым паровозом, сконструированным и построенным Стефенсоном, но этот превосходил другие по многим показателям и был признан лучшим локомотивом на специальной выставке в Рейхилле и рекомендован для новой железной дороги Ливерпуль - Манчестер, ставшей в то время образцовой. В 1823 г. Стефенсон организовал первый паровозостроительный завод в г. Ньюкасле.

Железные дороги начали играть в 18 в. огромную роль. Их значение очень велико и в настоящее время. Паровоз долгое время занимал монопольное положение на железных дорогах. Но во второй половине 20 в. был практически вытеснен электровозом и тепловозом.

В России первые паровозы были построены русскими механиками и изобретателями Черепановыми - Ефимом Алексеевичем(отцом, 1774 - 1842) иМироном Ефимовичем(сыном, 1803 - 1849), работавшими на Нижнетагильских заводах и бывшими крепостными заводчиков Демидовых. Черепановы путем самообразования стали образованными людьми, они посещали заводы Петербурга и Москвы, Англии и Швеции. За изобретательскую деятельность Мирону Черепанову и его жене в 1833 г. была дана вольная. Ефиму Черепанову и. его жене вольная была дана в 1836 г. Черепановы создали около 20 различных паровых машин, работавших на Нижнетагильских заводах. В 1834 г. ими был построен первый русский паровоз, а в 1835 г. - второй, более мощный. Была проложена железная дорога между рудником и Выйским заводом, которая некоторое время эксплуатировалась. Первая пассажирская железная дорога по решению царского правительства была построена иностранными предпринимателями в 1837 г. между Петербургом и Павловском; ее протяженность 27 км. Двухколейная железная дорога Петербург-Москва начала действовать в 1851 г.

Первые большие успехи в создании паровых машин для промышленности, железнодорожного и водного транспорта выпадали на долю талантливых людей, овладевших знаниями путем самообразования. В этом отношении не составлял исключения американский изобретатель Роберт Фултон(1765-1815). Ставший впоследствии инженером-механиком, Фултон, происходящий из небогатой семьи, вначале много занимался самообразованием, работал подмастерьем у ювелира, увлекался живописью.

Фултон жил в Англии, где занимался строительством гидротехнических сооружений и решением других технических задач. Находясь во Франции (в Париже), он построил подводную лодку «Наутилус» и паровое судно, которое было испытано на реке Сене. Но все это было только началом.

Настоящий успех пришел к Фултону в 1807 г.: вернувшись в Америку, он построил колесный пароход «Клермонт» грузоподъемностью 15 т, приводимый в движение с помощью паровой машины мощностью 20 л. с., которой в августе 1807 г. совершил первый рейс от Нью-Йорка до Олбани протяженностью около 280 км.

Дальнейшее развитие пароходства, как речного, так и морского, пошло довольно быстро. Этому содействовал переход от деревянных на стальные конструкции судов, рост мощности и быстроходности паровых машин, введение гребного винта и ряд других факторов.

В дальнейшем на судах стали преимущественно устанавливаться не паровые поршневые машины, а паровые турбины и дизели.

В 17 и 18 вв. все более росла потребность в металле, что создавало стимул развитию металлургии. Широкое распространение получали доменные печи, в которых выплавлялся чугун.

Прежде в качестве топлива использовался древесный уголь. Во второй половине 18 в. древесный уголь в большинстве доменных печей был заменен коксом - продуктом, получаемым обычно из каменного угля путем нагревания последнего до 950 - 1050⁰С без доступа воздуха в коксовых печах и содержащим более 96% углерода.

Чугун - сплав железа с углеродом, в котором углерода обычно от 2 до 4%, содержащий постоянные примеси (Si,Mn,S,P), а в некоторых случаях легирующие элементы (Cr,Ni,Al,Vи др.). Основное употребление чугуна - выплавка из него стали.

Сталь - сплав железа, углерода (до 2%) и некоторых других элементов - наиболее широко применяемый металл, используемый во всех отраслях производства. Сталь обладает прочностью, ковкостью (является деформируемой), в то время как чугун, как правило, хрупок, а чистое железо слишком легко деформируется (является слишком мягким). Эти ценные свойства стали достигаются тем, что по содержанию углерода она стоит между чугуном и железом.

Наличие универсального двигателя и успехи металлургии уже в 18 в. создали предпосылки для появления рабочих машин, прежде всего в области машиностроения. Однако вплоть до последней четверти 18 в. даже в наиболее крупных мануфактурах, занимавшихся обработкой металла, основные процессы производились за счет мускульной силы человека. При этом использовались многочисленные инструменты и орудия (клещи, молотки, ножницы, сверла и др.). Но это не изменяло дела.

Коренные усовершенствования в ручной токарный станок были внесены приводом его в действие от универсального двигателя (вначале от паровой машины) и изобретением суппорта. Суппортом (от лат.supporto- поддерживаю) называется главный узел металлорежущего станка, на котором закрепляется и вместе с которым перемещается режущий инструмент (резец).

Идея суппорта нашла отражение в сконструированном русским механиком и изобретателем А. К. Нартовым(1693 - 1756) токарном станке. Первый же токарный станок с механическим суппортом был создан в 1795 г. английским механикомГ. Модсли(1771 - 1831). В 1797 г. Модсли построил вполне работоспособный токарный станок с самоходным суппортом и чугунной станиной.