Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)

• Название: Творения рук человеческих (Естественная история машин)
• Автор: Алексей Боголюбов
• Издательство: Знание
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-07-000028-4

История создания машин началась очень давно, и за две с половиной тысячи лет своего существования они прошли путь от элементарной водяной мельницы до машины автономного действия — робота, наделенного некоторыми способностями, присущими только человеку. Пользуясь биологической терминологией, можно сказать, что машины в процессе своего исторического развития непрерывно эволюционировали, и так как они созданы человеком и в определенном смысле моделируют движения его органов, то поиск общего между машинами и биологическими объектами оказывается совершенно правомерным, особенно при популярном изложении теории машин и механизмов.

---

Объясняется это дешевизной ручного труда, невысокими темпами развития горной промышленности, а также косностью, боязнью новизны. Аналогичным было положение и в других областях производства. К машинам относились с опаской: стоят они много, а сможет ли окупиться затраченный капитал, не ясно. Во время постройки железной дороги Петербург — Москва строитель дороги, автор первого русского теоретического труда по железнодорожному делу Павел Петрович Мельников приобрел в США новинку — четыре паровых экскаватора. Однако подрядчики отказались пользоваться экскаваторами, и их продали на Урал. Первый многоковшовый экскаватор на железнодорожном ходу был построен французский инженером Кувре в 1864 г. и использовался на земляных работах при проходке Суэцкого канала. При этом для отгрузки грунта были установлены цепные транспортеры. Ленточный транспортер появился в середине века, его построил на приисках Восточной Сибири инженер А. Лопатин. Транспортер применялся для выдачи золотоносного песка к машинам и промытого— в отвал.

Пример экскаватора, транспортера и некоторых других машин показал, что машины, изобретенные для технологических нужд одной отрасли промышленности, могли с успехом применяться и в другой. В данном случае речь шла о горнозаводском, строительном и дорожном производствах. Таким образом, происходит непрерывный обмен идеями и оборудованием. В этом проявлялись интегральные тенденции техники, обеспечивающие нужное решение на «стыке» различных ее направлений.

Проникновение машин в полиграфию, в пищевую, легкую, табачную промышленность и в некоторые другие отрасли производства существенно обогатило теоретическое и практическое машиностроение: для создания специальных машин потребовались новые механизмы с новыми свойствами. В этих машинах уже проявилась тенденция автоматизации производства.

Обобщая ход развития техники от простых орудий труда к автоматизации производства, Карл Маркс писал о том, что ход развития машин шел от простых орудий, накопления орудий, сложных орудий, приведения в действие сложного орудия одним двигателем — руками человека, приведения этих инструментов в действие силами природы; к машине; системе машин, имеющей один двигатель, наконец, к системе машин, имеющей автоматически действующий двигатель.

Нарисованная картина — это точный «слепок» с действительности, с практики, в которой «рабочая часть» машин сыграла первостепенную роль, будучи стимулом развития как самой машины, так и системы машин.

Позже Фридрих Энгельс дал еще более развернутую характеристику эволюции машинного производства. По его словам, в крупной промышленности применяются двоякого рода машины: 1) кооперация однородных машин (механический ткацкий станок, машины для изготовления конвертов, которые исполняют работу целого ряда частичных рабочих путем комбинирования различных орудий), здесь уже имеется технологическое единство благодаря передаточному механизму и двигателю, 2) система машин, комбинация частичных рабочих машин (прядение). Последняя находит свою естественную основу в мануфактурном разделении труда, но имеет существенное различие. В мануфактурном производстве каждый частичный процесс необходимо было приспосабливать к рабочему, а здесь же количественное отношение отдельных групп рабочих повторяется в виде отношения отдельных групп машин.

И в этих классических высказываниях содержится не только итог пройденного техникой пути, но и прогноз, подтверждение которому—современное автоматизированное производство, широкое включение в него автоматов и роботов. Как считал Энгельс, самой совершенной формой фабрики «является автомат, производящий машины, автомат, который уничтожил ремесленную и мануфактурную основу крупной промышленности и тем самым впервые придал законченную форму машинному производству...»

Присмотримся к Марксову определению машины. В нем, как мы видим, есть указание на то, что всякая развитая машина (или система машин) состоит из трех составных частей — двигателя, передачи и орудия.

С этим были согласны все машиноведы, и на протяжении ста с лишним лет они выделяли в классе машин три подкласса — машины-двигатели, машиныпередатчики и машины-орудия.

В течение почти всего прошлого века паровая машина была основным универсальным промышленным и транспортным двигателем. Однако коэффициент полезного действия паровой машины был небольшим, повысить его не удавалось, и поэтому творческая мысль ученых и изобретателей неизбежно должна была устремиться на поиски иных машин-двигателей.

Постепенно четко обозначились три основных направления поисков.

Первое направление. Здесь ученые и изобретатели пошли путем разработки способа непосредственного преобразования энергии топлива в механическую энергию вращающегося кривошипа, минуя промежуточное превращение воды в пар, поскольку оно приводило к большим потерям энергии. Это направление привело к созданию двигателя внутреннего сгорания, включая двигатель типа дизеля.

Второе направление — непосредственное получение вращательного движения с помощью улучшения древнейшего принципа машины, заложенного в водяном колесе. Здесь результат поисков — сначала водяная турбина, затем турбины, в которых рабочим телом стал пар, а уже в XX в. — газ.

Поиски в третьем направлении были самыми сложными. Заключались они в освоении нового вида энергии — электрической, в использовании ее для получения механической работы. Проблема создания электрического двигателя была связана с другой не менее важной проблемой — передачей электроэнергии на расстояние. Сперва были созданы генераторы постоянного тока, затем освоен и переменный ток.

Развитие машин с середины прошлого века идет все время убыстряющимися темпами. Машины улучшаются, появляются новые типы. Механизация проникает во все новые и новые области хозяйства, и машиностроительное производство занимает в последнем все более важное место. Вследствие повышения спроса на отдельные модели машин заводы от индивидуального изготовления переходят к их серийному выпуску, а затем и к массовому производству. Важное значение приобретает стандартизация и нормализация деталей, узлов и целых агрегатов. Требования улучшения конструкций машин, облегчения их эксплуатации и ремонта, снижения веса и увеличения рабочих скоростей, требования надежности и долговечности, безопасности в работе (иногда нелогичные и не связанные с названием машины требования ее эстетики и оформления) — все это, а также многое другое, зачастую взаимно противоречивое, тревожило конструкторскую мысль. Большие скорости, развиваемые двигателями, заставили обратить внимание на силы инерции и ввести их в расчеты. Личное авторство создателей машин и механизмов нивелируется, и уже не всегда можно с определенностью выяснить, кому, собственно, принадлежит то или иное изобретение, поскольку машины, усовершенствованные на каком-либо предприятии, становятся собственностью этого предприятия.

На протяжении почти всего столетия за счет патента на паровую машину монополия сухопутного транспорта принадлежала железным дорогам. К концу столетия появляются самодвижущиеся экипажи, а в самом начале нашего столетия человек поднимается ввысь на аппаратах тяжелее воздуха. Тем самым открываются новые страницы истории машин.

В 1879 г. механик К. Бенц изобрел двухактный двигатель. После ряда усовершенствований через шесть лет ему удалось добиться того, что двигатель смог приводить в движение экипаж. Первый автомобиль Бенца был трехколесным, он развивал максимальную скорость — 16 км/ч.

В те же годы Готлиб Даймлер построил мотоцикл, на котором установил малогабаритный двигатель собственной конструкции. Колеса мотоцикла он изготовил из дерева, шины были железными, как в хорошей крестьянской телеге. Рама тоже была деревянной, и на ней закреплено было кожаное седло. По сторонам деревянных подножек для устойчивости устанавливались два маленьких колеса. Изобретатель установил свой двигатель на обычной извозчичьей пролетке и достиг на ней скорости 12 км/ч. В 1889 г. ему удалось разработать конструкцию двухцилиндрового двигателя: оба цилиндра он установил под углом 20° друг к другу. Затем был построен автомобиль. Его стальные колеса, похожие на велосипедные, были одеты в резиновые шины. Мотор разместился сзади, под сиденьем. В том же году Даймлер показал свой автомобиль на Парижской всемирной выставке, и несколько французских фирм купили у него лицензии на производство автомобилей. Так возникла еще одна отрасль машиностроения — автомобилестроение.

В 1892 г. свой первый автомобиль построил американский механик Генри Форд. В начале века он организовал в Детройте крупный концерн по производству автомобилей и стал одним из создателей американской автомобильной промышленности.