Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)

Все изобретения, определившие характер промышленного переворота, работали в условиях старой энергетики —водяного колеса или силы животных. Новым универсальным промышленным двигателем стала паровая машина. Изобретена она была на рубеже XVII и XVIII вв. усилиями многих ученых и изобретателей, но прошло еще почти столетие, пока она не приняла форму, пригодную для применения.

Первая универсальная паровая машина была создана механиком Колывано-Воскресенских заводов Иваном Ивановичем Ползуновым. В апреле 1763 г. он разработал проект паровой машины, пригодной для привода машин. Машина была сооружена в 1765 г., но запустили ее лишь через полгода после смерти изобретателя. Она проработала несколько месяцев и была остановлена «за ненадобностью».

Удалось создать универсальный промышленный двигатель английскому изобретателю Джеймсу Уатту, который подошел к своей задаче, можно сказать, как ученый, начав систематически исследовать свойства водяного пара. Осенью 1763 г. он тщательно ознакомился с моделью машины Томаса Ньюкомена, созданной еще в начале века и служившей в качестве насоса для откачки воды из шахт, и в своей модели учел недостатки этой машины, приводившие к большому перерасходу угля. Кроме того, он придал своей машине универсальность использования.

Таким образом, промышленность получила универсальный двигатель. Следующим, завершающим этапом промышленного переворота стало производство машин при помощи самих же машин. Возникло машиностроение, и инициативу перехватили изобретатели металлообрабатывающего оборудования.

Машины заменяют не только физическую силу человека, но и его умение. В середине прошлого века машины начинают обслуживать едва ли не все области производства. Сперва машины изготавливались по отдельным заказам, затем заводы переходят к серийному производству, хотя в практике остается и индивидуальное производство машин, особенно больших габаритов или с какими-либо специальными параметрами.

Уатт неустанно улучшал свою машину. В 1784 г. он построил паровую машину с центробежным регулятором и с силовой передачей через планетарный механизм. Тем самым он уменьшил вес маховика. Через год паровая машина впервые была поставлена для привода текстильного предприятия. К концу века в Англии и Ирландии работало уже более трехсот машин.

В Германию первая паровая машина было ввезена в 1785 г. Она была установлена на шахте. Во Франции первая паровая машина приступила к работе в 1779 г., а в 1787 г. в Париже братья Перье сконструировали и построили маленькую паровую машину, работавшую в комбинации с тремя водяными колесами, которые она обеспечивала водой. Колесо же приводили в движение токарные станки, молот и станок для сверления бревен.

В России в 1798—1799 гг. паровые машины были установлены на Александровской мануфактуре в Петербурге и на Гумешевском заводе на Урале. В США паровую машину высокого давления, по-видимому, самостоятельно построил в 1784 г. выдающийся изобретатель Оливер Эванс. Он разработал также систему взаимозаменяемости деталей (на 37 лет позже Тульского завода) и сделал попытку автоматизировать технологический процесс — он построил автоматизированную мельницу.

Здесь надо повторить мысль, высказанную веком ранее: в полной мере о машиностроении как о самостоятельной отрасли промышленности эпохи промышленной революции можно говорить, имея в виду конец XVIII в., когда появились машиностроительные заводы. Любопытно, что рост числа изобретений в то время казался современникам настолько быстрым, что высказывались прогностические суждения, согласно которым «еще через 50 лет будут сделаны другие изобретения, в сравнении с которыми паровая и прядильная машины, как они ни удивительны в наших глазах, покажутся изобретениями малозначащими и неважными».

Зарождалась и наука о машинах — машиноведение, если применить современный термин. Истоки ее в тех самых «Театрах машин», которые, как уже говорилось, содержали рисунки и чертежи машин и краткие сведения о них. Пожалуй, самый полный «Театр машин» был создан саксонским механиком Якобом Лейпольдом. Эта грандиозная работа была издана (с материальной помощью Петра Великого) в девяти фолиантах и сохраняла свою ценность еще и в начале XIX в.

В XVIII в. рассчитывать машины не умели, да и не существовало еще методов расчета. А поскольку машины того времени были тихоходными, их строили по правилам статики. Впервые указал на то, что основное для машин — это движение, живший в России великий математик Леонард Эйлер. Позже французский геометр Гаспар Монж показал, что машина состоит из механизмов, которые он назвал элементарными машинами. В 1808 г. инженер Августин Бетанкур и математик Хосе-Мария Ланц написали первый учебник по курсу построения машин, в котором развили идеи предшественников. А в 1841 г. английский ученый Роберт Виллис определил понятие механизма.

Итак, оказалось, что машины состоят из механизмов. В первом учебнике по механике были учтены пока только 134 различных механизма, хотя число их на начало XIX в. было больше, но не превышало 200, из которых около половины было изобретено в XVIII в. Для сравнения укажем, что Иван Иванович Артоболевский в своем знаменитом справочнике «Механизмы в современной технике», получившем поистине мировое распространение, учел на конец третьей четверти XX в. 4746 механизмов. Получается, что за 170 лет (с 1800 по 1970 г.) количество механизмов возросло почти в 24 раза, в то время как с XVII по XIX в. оно всего лишь удвоилось.

Исключительную роль в механике машин сыграл основной механизм паровой машины — кривошипношатунный механизм, служащий для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное. Этот механизм, без которого невозможен современный тракторный или автомобильный мотор, появился давно. Он ведет свою родословную от некогда придуманной ручки ворота. Но что любопытно: в первых паровых машинах не было кривошипно-шатунного механизма потому, что он охранялся патентом. Поэтому пришлось дополнительно изобрести несколько механизмов для нужного преобразования. Среди них были планетарный механизм и так называемый параллелограмм Уатта, позже сыгравший существенную роль не только в механике, но и в математике.

Становление машиностроения стимулировало работу изобретателей над проблемой передачи энергии от паровой машины и распределением ее между станками. Появляются ступенчатые шкивы и гибкие бесконечные ленты, заполнившие цехи заводов прошлого столетия.

Еще в конце XVIII в. новое значение получили слово «промышленность» и его эквиваленты в европейских языках. На Руси XVII в. «промышленник» был связующим звеном между охотником и купцом, не всегда добропорядочным, а поэтому и термин имел несколько зазорный оттенок. Промышленник начала XIX в., конечно, не уходит далеко от своего предка эпохи первоначального накопления по части морали и нравственности, но вес буржуазии в обществе растет безудержно.