Машиностроение и металлургия

Наличные деньги предпринимателям - кредит под залог земли. Где взять кредит? .

Основной особенностью XVIII и XIX веков было торжество машины. Здесь, однако, наука по прежнему играла сравнительно незначительную роль. Ибо как в машиностроении, так и в металлургии преобладающими были технический фактор, основанный на традиции ручного труда, и экономический фактор, основанный на выгодности. Тем не менее научный фактор был все это время активным и непрерывно возрастал в своем значении, прокладывая путь к той руководящей роли, которую должна была играть наука в XX веке.

История машиностроения в его великой созидательной фазе XVIII и XIX веков свидетельствует о непрерывном взаимодействии между растущими потребностями торговли и промышленности и новыми средствами производства—машинами, двигателями, материалами, создававшими новые возможности для выгодного их использования. Именно потребность в больших количествах пряжи и тканей привела к созданию первых паровых машин; потребность в дешевом транспорте для перевозки все возрастающего количества товаров привела к усовершенствованию портов, каналов, дорог, мостов и к радикальному нововведению—железным дорогам. Однако стоило только появиться какой-нибудь новой конструкции или новому материалу, призванному удовлетворить эти потребности, как сразу же становились возможными новые предприятия и новые способы применения, которые ранее казались неосуществимыми или о которых раньше никогда даже и не думали. Таким образом, паровая машина, первоначально сконструированная для водоотлива, была позднее приспособлена для дутья в горнах и ковки железа, а затем и для замены водяного колеса в силовых установках. Еще позже, будучи смонтирована на судне или в вагоне, она стала самодвижущейся и породила пароход и железную дорогу. Подобным же образом дешевое железо и дешевая сталь, вызванные к жизни специфическими нуждами машиностроения, породили революцию в конструкции других машин, перевозочных средств, судов и строений.

Инженеры

На каждом этапе развития машин и металлов ремесленники были заняты испытанием новых изобретений и впитывали в себя столько научных знаний, сколько могли использовать на практике; а ученые волей-неволей изучали ремесла с тем, чтобы быть в состоянии понять лежащие в их основе принципы. Такой процесс мы можем проследить, рассмотрев биографии инженеров великого периода 1750—1850 годов, и в этом отношении в нашем распоряжении имеются хорошие материалы благодаря работе великого историка промышленной Англии Самюэля Смайлса, а также трудам нового поколения более схоластических историков, таких, как Дикипсон и другие члены Общества Ныокомена. В Англии, которая на протяжении длительного периода представляла собой центр промышленной революции, инженеры большей частью начинали свою деятельность в качестве простых рабочих, искусных и честолюбивых, но обычно неграмотных или самоучек. Они были либо слесарями-монтерами, подобно Браме (Bramah), механиками, как Мердок и Джордж Стсфгнсон, или кузнецами, как Ньюкомен и Модели. Едва ли можно отделить от них, разве что за их более тесную связь с наукой, таких мастеров по производству инструментов, как Смитон и Уатт, художников, как Насмит (1808— .1890), или горных инженеров, подобных Тревитику. Во Франции, где мастерская играла меньшую роль, а государство и военные школы—большую, преобладали инженеры, получившие школьное образование, вроде Жара (Jars), Монжа, Понселе, Фурнейрона, Сади Карно и Марка Брюнеля (1769—1849), этого дара французского инженерного искусства Англии. В более поздний период, после 1850 года, преобладание научно подготовленных людей выступает более отчетливо, а вместе с тем становится более заметным и новое значение Германии в главных событиях этого времени; Англия может противопоставить ее Сименсу, Отто и Дизелю одного только Парсона.

Главные тенденции всего периода промышленной революции шли по линии изобретения все более остроумных механизмов и неуклонного улучшения работы машин и их конструкций. За исключением тех случаев, когда впервые применялись новые физические законы, как, например, в новых тепловых двигателях и электрических машинах, ни то ни другое не предъявляло к науке больших требований. Чертежи механизмов, обычно подражавших деятельности человека-рабочего, требовали применения механической математики практического характера, слишком сложной для того, чтобы ее можно было изучить в школе, и являвшейся результатом традиционной изобретательности часовщика или слесаря. Однако для достижения успеха необходимо было сочетать такую изобретательность с острой оценкой потребностей промышленности того времени и знать, в каких областях экономия труда будет возможной и выгодной. Поскольку такое сочетание встречается весьма редко, эксплуататор изобретений, вроде Аркрайта (стр. 290), сыгравшего столь значительную роль а осуществлении революции в хлопчатобумажной промышленности, обычно стремился вытеснить простого изобретателя, который имел при этом все шансы на то, чтобы разориться; но машины конструировались. Начиная с 1750 года сочетание изобретателя-практика становится господствующим фактором прогресса техники. Остроумные механические заменители человеческих рук перешли с текстильной промышленности на сотни других отраслей как в производстве потребительских товаров, так и в самой металлургической и машиностроительной промышленности. Они наводнили также старейшие традиционные области человеческой деятельности—сельское хозяйство и производство продовольствия, особенно в Америке, где, несмотря на существование рабства, хороших земель было больше, чем способных работать на них людей. Сколь бы разнообразными ни были механизмы XVIII и XIX векови как бы велико ни было их влияние на рост цивилизации, они представляли собой скорее сочетание старых принципов, чем применение новых,—что стало характерным для машин XX века,—а следовательно, они были мало чем обязаны науке и в свою очередь мало давали ей.

Эффективность и полезность. Турбина и двигатель внутреннего сгорания

Улучшение работы машин и двигателей, представлявших собой почти исключительно паровые двигатели, должно было стать делом появившихся затем поколений инженеров. На протяжении большей части этого периода задача заключалась главным образом в приспособлении двигателя к различным случаям его использования и в неуклонном повышении его производительности на единицу веса топлива или по отношению к его себестоимости путем усовершенствования отдельных его деталей или улучшения его конструкции. В конце XIX века идеи Карно и основанная на них термодинамика постепенно распространились на всю область инженерного искусства; однако идеи эти сыграли большую роль в революционизировании машиностроения, приведя к созданию турбины, двигателя внутреннего сгорания и холодильника, чем в усовершенствовании старого поршневого двигателя.

Новые события разделили совокупность генерируемой энергии на две более удобные и легче приспособляемые половины. Двигатель внутреннего его-рания привел к внедрению легкого силового двигателя к автомобилю, и позднее—к самолету; паровая турбина привела к созданию мощных двигателей для огромных судов и к выработке подлежащей распределению электрической энергии. Хотя они и являлись продуктом XIX века, однако нашли себе сферу применения только в XX веке.

Машиностроение. Станкостроение.

Возможности извлечения выгоды, обусловленные применением машин, вызвали к жизни машиностроительную промышленность; а это, в свою очередь, должно было породить революцию в ручном труде, сделав в процессе механизации еще шаг вперед и используя машины для производства машин. Первым и наиболее важным из них был токарно-винторезный станок с механическим суппортом Модели. И эта революция лишь немногим была обязана науке, причем долг ее ограничивался проверкой наглядных готовых суждений с помощью более точного применения геометрии, таких, как микрометр и проекция Модели и стандартные винты Уитворта. Здесь старые традиции конструктора и часовщика непрерывно сливались в новую традицию инженера-механика. Фактором, обусловившим возможность такого слияния, было наличие металла—сначала железа, а затем стали,—способного принимать новые, точные формы, а также наличие механической силы для их обработки. Только в середине XIX века задачи инженерного искусства начинают выходить за пределы ресурсов, известных уже древним. Паровой молот Насмита раз и навсегда уничтожил традиции кузницы Вулкана, и строительство машин стало уже больше не делом человека, а работой самих мгшин.

Хотя фактически существующее производство точно обработанных металлических деталей было мало чем обязано науке, поскольку зависело от возможностей шлифовальных машин, оно явилось тем путем, следуя по которому машиностроение могло само приобрести научный характер. Самое искусное применение принципов ньютоновой механики в XVIII веке было для инженеров-практиков почти бесполезным, поскольку машины не могли конструироваться достаточно точно. Исключение представляли только машины, созданные искуснейшими мастерами, и такие тонкие механизмы, как часы. Даже в пушках, необходимых для насущных нужд войны, не могла быть обеспечена достаточно гладкая поверхность ствола и однородное его сверление, которое могло бы позволить извлечь сколько-нибудь серьезную пользу из прочно установленных теоретических принципов баллистики. С введением точного металлорезания все это изменилось, и работа механических приборов могла быть рассчитана на чертежной доске с известными шансами на точность такого предварительного расчета. Оно также должно было открыть путь для применения взаимозаменяемых частей, а тем самым и для методов массового производства, характерных для XX века. Первыми предзнаменованиями этого нового явления были построенный в 1800 году мушкетный завод Эли Уитни (1765—1825) и фабрика шкиперского имущества, которую основал в 1784 году в России сэр Самюэль Бентам, брат Иеремии Бентама, и которая позднее привела к созданию фабрики блоков Британского адмиралтейства, где конструктором машин был Модели. Знаменательно, что и то и другое представляло собой технику, предназначенную для войны.

Революция в металлургии

Потребность в новых машинах, в частности в тяжелом оборудовании для шахт, а позднее и для железных дорог, судов и зданий, не говоря уже о постоянно возникающих военных нуждах, могла быть удовлетворена только непрерывно возрастающим потоком металла, и притом металла все улучшающегося качества. Легкая доступность железа и стали и обусловленная ею революция в технологии металлургии были столь же важными факторами в промышленной революции, как и изобретение текстильных машин и парового двигателя. И здесь, так же как и в машиностроении, металлургическая революция многим была обязана практикам и весьма мало—науке, вплоть до решающего этапа в массовом производстве стали к концу XIX века.

Железная и стальная металлургия практиковалась как ремесло, по крайней мере, в течение 3000 лет. Искусство средневековых кузнецов, как на Востоке, так и на Западе, едва ли могло быть еще усовершенствовано. Однако продукция, тщательно сделанная ручным способом, была очень дорога, и количество ее могло удовлетворить только довольно статичный спрос на оси, подковы, лемехи, оружие и доспехи. Новые потребности артиллерии для войн XVI века до крайности напрягли производство в Западной Европе даже после коренных изменений, вызванных изобретением чугуна. Ибо основное производство—производство железа все еще зависело от древесного угля, а истощение запасов этого последнего толкало железоделательную промышленность в леса Швеции, России и Америки.

Век железа

Именно этот недостаток перед лицом все возрастающих требований расширяющейся торговли и промышленности ускорил революционный переход от древесного угля к коксу в начале XVIII века, и это обстоятельство полностью утвердило господство угольных бассейнов над лесом, ибо уголь уже вытеснил дерево в качестве бытового и промышленного топлива. Хотя, как мы видели, возможность использования угля для производства железа уже давно была оценена, фактический успех этого дела зависел от решения множества физических и химических проблем, выходивших за пределы уровня науки того времени. Их разрешение должно было стать задачей практики, одновременно с решением всепоглощающей задачи прибыльной продажи. Ошибка первых прожектеров, в частности Стуртеванта, заключалась в том, что в своих проектах они исходили из предпосылки слишком щедрого финансирования и попыток вызвать к жизни монополии.

Только упорство и честность квакерской семьи Дерби из Колбрукдэнляпреодолели эти препятствия и к середине XVIII века открыли эпоху дешевого чугуна. Цена на чугун достигала в 1728 году 12 ф. ст. за тонну, а к 1802 году она упала до 6 ф. ст.. Однако применение чугуна имело свои пределы. Правда, из него могли делаться рельсы, опоры, мосты, колеса, цилиндры машин, но не инструменты и не рабочие детали машин. Там, где требовались напряжение и прочность, приходилось употреблять сварочное железо или когда, сверх того, нужны были еще и твердость и упругость—также и сталь. Частичное решение проблемы производства этих материалов было найдено в тигельной стали Гунстмана (1740) и в процессе пудлингования и проката, предложенном в 1784 году Кортом, причем оба эти изобретения требовали большой работы ума, по ничем не были обязаны официальной науке. Несколько ранее, в начале XVIII века, работа Реомюра «L’art de convertir le For Forge en Acier» («Искусство превращать кованое железо в сталь».—Перев.) (1722) обнаружила как ограниченность, так и возможности науки того времени. Реомюр сумел путем тщательно проведенных экспериментов разгадать тайну сталеплавильщиков, старательно охранявшуюся еще со времен халибов (стр. 89), и открыть секрет, что сталь представляет собой железо, содержащее не слишком мало и не слишком много углерода. Реомюр нашел, что может изготовлять ее, сплавляя чугун и сварочное железо. Он опубликовал результаты своих опытов и тем самым заложил фундамент одного из самых благородных предприятий—свободы научной публикации; однако никто этими результатами не воспользовался. Либо фабриканты железа не умели читать, либо они нашли рецепты Реомюра неосуществимыми.

На всем протяжении последних лет XVIII и первых лет XIX века производство железа шло полным ходом, а производство стали плелось у него в хвосте. Все улучшения шли в направлении ускорения процесса путем использования сжатого, а потом и нагретого дутья, введенного Нейльсоном (1792— 1865), химиком газового завода. Эти усовершенствования не требовали почти ничего, кроме применения новых механических сил для преобразования старинного процесса.

Век стали. Бессемер. Сименс. Томас

Решительный перелом произошел благодаря радикальным нововведениям Бессемера, открывшего способ массового производства литой стали. В его конвертере воздух, продуваемый через расплавленный чугун, сгорает с углеродом, поддерживая достаточно высокую температуру, чтобы сохранять получившуюся сталь в жидком состоянии. Это может быть названо полунаучным результатом, ибо, пе имея под собой теоретического основания, оп, тем не менее, был получен эмпирическим путем. Бессемер не был ученым, это был типичный изобретатель, имевший как раз достаточно, но не слишком много научных знаний и некоторый опыт работы с металлами, хотя и не в железоделательной промышленности. Примечательно, что пи фабриканты железных изделий, ни профессора-специалисты по металлургии никогда не предполагали такого «дикого» процесса; они знали достаточно для того, чтобы быть уверенными в неудаче подобной попытки.

Вскоре после появления в 1856 году бессемеровской стали вновь воскрес иа некоторое время более старый процесс ее производства путем применения в пламенной или отражательной печи регенеративного принципа подогрева, предложенного Сименсом, с помощью которого температура может быть поднята благодаря использованию отработанных горячих газов для подогрева поступающего воздуха. Таким путем возможно было плавить большие загрузки стали, а также применять процесс Реомюра с закладкой в печь чушек, скрапа и руды. Начиная с 1867 года пламенная печь стала серьезным соперником бес-, семеровсксго конвертера. Оба процесса страдали одним серьезным недостатком; они требовали только сравнительно чистых железных руд (которых было не так уж много), таких, например, какие добывались в Швеции, Испании и на Верхнем озере. Прежде чем эти процессы могли быть использованы для имевшихся в больших количествах осадочных руд Кливленда или Лотарингии, предстояло сделать еще одно решающее улучшение: введение основной футеровки для поглощения вредных примесей фосфора. В этом и состояло изобретение Томаса, сделанное им в 1879 году и имевшее важное значение не столько из-за масштабов полученных от него результатов, сколько потому, что оно было от начала и до конца научным. Хотя Томас должен был зарабатывать себе на жизнь в качестве клерка при полицейском суде в Степни, он прекрасно владел теорией металлургии и отдавал себе совершенно ясный отчет в том, что собирался делать. Опыты, которые он проводил в погребе одного из лондонских домов, могли быть с успехом переведены на массовое производство в течение трех лет. Его работа является прообразом научно-исследовательской работы в области производства следующего столетия.

Эти три процесса, вместе взятые, открыли век стали благодаря быстрому завершению вытеснения сначала дерева как строительного материала в машиностроении, а затем чугуна как материала для рельс, судов и пушек. Дешевая сталь стала той базой, на которой должен был быть построен империализм конца XIX века с его упором на заморскую торговлю, эксплуатацией тропических колоний посредством развития строительства железных дорог и портов и все более дорогостоящими приготовлениями к ведению морских и сухопутных войн.

Фильмы в онлайн, 300 спартанцев - кино онлайн смотреть. .