2.2 Первые рабочие машины в текстильном производстве

В ткацком деле технические средства применялись еще в глубокой древности. Позже они неоднократно усовершенствовались (один из проектов прялки принадлежит Леонардо да Винчи), но историю машин в текстильной промышленности следует начинать, по-видимому, от изобретения челнока-самолета (1733 г.). Созданный Джоном Кеем (1704-1764) челнок повысил производительность труда ткачей примерно в два раза, что стало предпосылкой разработки новых прядильных машин, способных удовлетворить резко возросший спрос на пряжу. Уже в 1738 г. плотник Джон Уайет получает патент на машину, способную "прясть без помощи пальцев". В 1758 г. купивший патент Уаейета А.Паули усовершенствовал эту машину. Но подлинный переворот в текстильной промышленности совершил Джеймс Харгривс, он изобрел прядильную машину периодического действия, которую назвал именем своей дочери - "Дженни". Харгривс использовал в конструкции конный привод и канатную передачу, применявшиеся на мельницах. Впоследствии к ней был приспособлен водяной двигатель, широко применявшийся в горной и металлургической промышленности.

В 1767-1769 гг. "Дженни" была усовершенствована предпринимателем и часовщиком Ричардом Аркрайтом (1732-1792), пытавшимся до этого построить водяной двигатель. Здесь мы впервые в текстильной технике встречаемся с математикой: Аркрайт был знаком с методом расчета зубчатых передач, что позволило ему рассчитать скорости примененных в машине валиков. Впрочем, и Аркрайт воспользовался готовыми элементами: зубчатыми колесами и барабаном, а также бесконечным винтом из механизма часов. В 1771 г. Аркрайт применяет в качестве силового привода водяной двигатель. Его ватермашина была усовершенствована сначала К.Вудом (1772), а затем С. Кромптоном (1779). Получившаяся таким образом “мюль-машина” резко повысила производительность труда при обработке пряжи, что обострило задачу механизации труда ткачей.

Сельский священник, любитель часового дела Э.Картрайт (1743-1823) в 1785-86 гг. создает механический ткацкий станок, ликвидировавший разрыв между механическим прядением и ручным ткачеством. В станке были применены эксцентрики из конструкции парового двигателя Уатта. В 1792-93 гг. Э.Уитни (1765-1825) изобретает хлопкоочистительную машину "Джин". В 1818 г. В.Итон механизирует навивание нити. В 1825 г. Р.Робертс создает механизм изменения скорости вращения веретен, использовав идею устройства часов с гирями. Далее, в 1830 г. Дж.Смит завершил превращение “мюль-машины” в почти автоматическое устройство. Знавший механику и математику, Г. Гольдсварт заменил ступенчатые шкивы коническими. Так был создан сельфактор - универсальная прядильная машина. В 1828-1844 гг. создается кольцевой ватер, совершивший переворот в хлопкоделии. Наконец, Дж. Нортроп(американский инженер) воспользовался идеей, примененной в конструкции револьвера системы "Кольт", и создал автоматическое устройство для смены шпуль. Сельфактор, кольцевой ватер и механический ткацкий станок преобразили ткацкое производство.

2.3 Создание универсального теплового двигателя

Еще в мануфактурный период мускульная сила человека была не единственной, применявшейся в производстве. Наряду с ней использовалась сила животных, а также сила ветра и воды. Однако все эти виды энергии не могли удовлетворить фабричное производство. Животные использовались лишь на некоторых работах. Ветер в качестве двигательной силы был неудобен из-за непостоянства и невозможности строгого контроля за ним. Наиболее широко в фабричном производстве использовалась сила воды, имевшая также ряд существенных недостатков. Источники водной энергии не всегда были расположены в нужных местах, они зависели от времени года, погоды и других условий.

С конца 60-х годов XVIII в. зарождающаяся фабричная система настоятельно требовала создания совершенно нового по своему типу мощного двигателя, универсального по техническому применению и находящегося всецело под контролем человека. Такой двигатель должен был освободить промышленность от обязательной привязанности к природным источникам энергии, т.е. дать возможность концентрировать производство в любом месте.

Двигателем, удовлетворяющим всем этим условиям, и явилась паровая машина двойного действия, изобретение и распространение которой составило основное содержание второго этапа промышленной революции.

Способность пара производить механическую работу давно известно человеку. Начиная с глубокой древности, появляется целый ряд механизмов, основанных на использовании силы пара. Известно, что еще Герон Александрийский применил пар для движения аппарата специальной конструкции. Леонардо да Винчи оставил описание паровой машины, которая, по его словам, была изобретена Архимедом.

Атмосферное давление как источник двигательной силы, обращало на себя внимание многих ученых и изобретателей, особенно после опытов немецкого физика Отто фон Герике с так называемыми "магдебургскими полушариями" (1650).

Большое значение имело творчество французского физика Дени Папена (1647-1714), изобретателя первого котла с предохранительным клапаном. Он первым в 1690 г. правильно описал пароатмосферный цикл.

Первый паровой насос "Друг рудокопа" создал англичанин Т.Севери (патент 1698 г.). (Под заявку на паровой насос он изловчился получить патент на "движущую силу огня". Много лет подряд изобретателей принуждали идти на поклон к Севери, отсылать ему богатую дань). Новое в машине Севери по сравнению с паровым котлом Папена заключалось в том, что паровой котел был отделен от рабочего пространства. Но работа пара и его конденсация по-прежнему происходили в одном и том же сосуде. Машина была крайне не экономична и расходовала 80 кг, угля на 1 л.с. Глубина всасывания не превышала 10 м.

Дальнейший шаг вперед в деле совершенствования паровых машин сделал английский кузнец Томас Ньюкомен, который в 1711 г. для привода шахтных насосов предложил использовать свою конструкцию пароатмосферной машины. (Для конденсации пара в цилиндр впрыскивалась вода). Мощность машины составляла 8 л.с., глубина всасывания - 80 м., расход угля на 1 л.с. - 25 кг.

В 1763 г. русский изобретатель И.И.Ползунов разработал проект создания "огнедействующей машины для заводских нужд". Это была 2-цилиндровая пароатмосферная машина со специальным автоматическим парораспределительным устройством.

Однако о пароатмосферных машинах не без основания говорили, что для их изготовления нужен железный рудник, а для обслуживания - угольная копь. Они совершенно не годились для роли универсального двигателя машинной индустрии.

Универсальный паровой двигатель, пригодный для практической эксплуатации, был изобретен английским теплотехником Джеймсом Уаттом. Работу над паровыми машинами Уатт начал с 1764 г. Проведя целый ряд глубоких исследований и опытов, он предложил производить конденсацию пара в отдельном резервуаре - конденсаторе, сообщающемся с цилиндром. В 1772 г. Уатт заключил контракт с Болтоном, владельцем машиностроительного предприятия в городе Сохо близ Бирмингема. Болтон показал себя умным и дальновидным человеком. Он не поскупился на расходы по сооружению машины. Болтон понял, что гений Уатта, освобожденный от мелочной, изнурительной заботы о куске хлеба, развернется в полную мощь и принесет прибыль. Кроме того, сам Болтон был крупным инженером-механиком.

Однако первая машина двойного действия не была пригодна для роли универсального двигателя. Нужно было, чтобы она имела вал с насаженным на него колесом, вращающимся непрерывно, от которого можно было передать работу машинам-орудиям посредством ременной передачи. В результате Уаттом была создана машина двойного действия, которая и явилась универсальным тепловым двигателем (патент 1784). Принцип действия машины заключался в том, что пар из котла поступал через золотник в цилиндр. Золотник позволял подавать пар то с одной стороны поршня, то с другой, создавая тем самым необходимое давление на поршень. Для выравнивания вращательного движения Уатт применил маховое колесо. В 1781 г. он взял патент на пять способов преобразования качательного движения в непрерывное вращательное. (На кривошипно-шатунный механизм ранее был получен патент французским изобретателем Пикаром). Был применен также механический центробежный регулятор, который при помощи специальной дроссельной заслонки в паропроводящей трубе регулировал поступление пара в машину.

Паровая машина двойного действия стала универсальным тепловым двигателем, нашедшим широкое применение почти во всех отраслях хозяйства многих стран.