Творения рук человеческих (Естественная история машин)

Боголюбов Алексей Николаевич

Современником Агриколы был выдающийся итальянский врач, математик и механик Джероламо Кардано, имя которого сохранилось в названии известного механизма. Кардано—один из основоположников кинематики механизмов. К вопросу о передаче и преобразовании движения он подходил в определенной степени как теоретик, стремясь глубоко разобрать теорию и практику зубчатых зацеплений. Тем не менее при описании изготовления часов он тут же с грустью заметил, что «часовые механизмы нашего века проводят больше времени у часовщиков, чем у владельцев».

Нужно сказать, что инженеры того времени умели решать разнообразные технические задачи. Они умели сооружать даже сложные установки, прообразы машин автоматического действия. Одну

из таких установок построил в середине XVI в. в Соловецком монастыре игумен Филипп (Федор Степанович Колычев), который впоследствии был митрополитом Московским и по приказу Ивана Грозного был задушен Малютой Скуратовым. Сохранилось описание его установки. В нее входили мельницы («мельницы делал да ручьи копал к мельницам, воду проводил к монастырю»), которые мололи зерно, просеивали помол и были еще и крупорушками («доспел севальню, десятью решеты один старец сеет», «доспели решето, само сеет и насыпает и отруби и муку разводит розно, да и крупу само же сеет и насыпает и разводит розно крупу и высейки»). Мало того, установка имела к тому же устройство для приготовления кваса. Раньше этим делом занималась «вся братия и слуги многие из швальни», благодаря же устройству с работой справлялись один инок и пятеро служителей. Обратим внимание, как работало квасоделательное устройство. В нем квас «сам сольется изо всех щанов да вверх подоймут, ино трубою пойдет в монастырь да и в погреб сам льется да и по бочкам разодется сам во всем».

В монастыре были организованы соляной промысел, железоделательное и кирпичное производство. Изобретатель поставил несколько солеварен, соорудил сложную водную систему: «Горы бо великия прокопа и юдолия изборозди, и воду тещи от езера во езеро претвори и двадесятим бопятьдесят езером число и два источника сотвори и под монастырь во езеро приведе».

Интересно, что в «Механике гидравлико-пневматической» немецкого иезуита Каспара Шотта, опубликованной спустя столетие, описана машинная установка для пивоваренного завода, в общем напоминающая соловецкую установку.

В XVI в. были попытки создания и паровой машины, но они не увенчались успехом. Даже на протяжении XVIII в. основным источником энергии для больших установок продолжало оставаться водяное колесо.

Известны были две водяные установки — в Лондоне и в Марли. Третья установка — насосная система Змеиногорского рудника на Алтае — была малоизвестна, хотя с технической точки зрения она превосходила обе первые.

Лондонская насосная установка была построена в последней четверти XVI в. и служила для снабжения города питьевой водой. Через восемь десятилетий, после большого лондонского пожара, она была перестроена. В дальнейшем ее усовершенствовали, и для ее привода были построены четыре водяных колеса по 6 м в диаметре. В 60-х годах XVIII в. знаменитый английский инженер Джон Смитон добавил к установке еще одну секцию, в которую входило колесо диаметром около 10 м с 24 лопатками длиной около 5 м.

Машина в Марли была построена в последней четверти XVII в. голландским инженером Раннекеном. Она поднимала воду из Сены, затем по акведуку вода поступала в водоем, откуда уже шла к фонтанам Версаля. Установка состояла из 14 колес, которые приводили в действие 253 поршневых насоса.

Змеиногорская гидравлическая система, построенная Козьмой Дмитриевичем Фроловым в 80-х годах XVIII в., приводила в движение лесопилку, кузницу, рудоподъемные машины двух шахт, водоотливные, рудодробительные и рудопромывающие устройства. Два колеса в системе Фролова были поистине огром'ными: одно диаметром 15,6 м работало на Вознесенской шахте, в подземной камере. Оно приводило в движение сложную трансмиссионную систему к двум рядам насосов. Другое — Екатерининское — колесо имело диаметр даже 17 м и тоже работало в подземной камере.

Естественно, что гидравлические установки

обычных мельниц были значительно меньших размеров и имели небольшую мощность. Так, суммарная мощность гидравлических машин Англии к концу XVIII в. составляла примерно столько же, сколько и суммарная мощность людей и животных, занятых в промышленности. Нужно было найти новый источник энергии — универсальный промышленный двигатель, который бы дал возможность строить промышленные предприятия вдали от рек.

В том же веке возникла проблема создания технологических машин, в первую очередь для текстильного производства, где безраздельно господствовал ручной труд. Мануфактуры и отдельные ремесленники не могли справиться с множеством заказов. Нужна была машина, которая заменила бы ручной труд прядильщика. История таких машин началась с 1735 г., когда Джон Уайетт изобрел первую, по сути дела, прядильную машину. Но вот что любопытно и что довольно хорошо характеризует обстановку в промышленности того времени накануне промышленного переворота: эта первая прялка работала в буквальном смысле благодаря... ослу, т. е. источником энергии служил осел.

В 1765 г. появляется прядильная машина периодического действия под названием «Дженни», построенная Джеймсом Харгивсом, в 1767 г.—ватерная машина Ричарда Аркрайта. Дальнейшие изобретения и усовершенствования полностью машинизировали текстильную промышленность, правда, пока только в производстве пряжи. И следствие: если ранее пряжи не хватало, то теперь образовался ее излишек. Изобретение Сэмюэлом Кромптоном «мюль-машины» еще более увеличило эти излишки. Всеми отчетливо осознавалась нужда в ткацком станке, отвечающем времени. И он появился. В 1785 г. деревенский священник Эдмунд Картрайт взял патент на механический ткацкий станок.

Не оставалась в стороне и Россия. Здесь в 1767 г. было 7 хлопчатобумажных мануфактур, а через 20 лет их число увеличилось почти в 35 раз. Более медленными темпами развивалась полотняная, шелковая и суконная промышленность. В 1760 г. хозяин прядильной мануфактуры в Серпейске Калужской губернии Родион Глинков построил 30-веретенную машину для прядения льна с приводом от водяного колеса и мотальную машину, заменившую десять человек, а также другие машины. В течение века в России было создано много металлообрабатывающих станков. В частности, в Туле Яков Батищев построил вододействующую машину для сверления и обдирки ружейных стволов и несколько других машин. На том же Тульском оружейном заводе впервые было налажено производство взаимозаменяемых деталей.

Развитие машин и механизмов во Франции в XVIII в. шло своими путями. Механики здесь занимались построением станков для производства шелковых тканей и автоматов. Особенно прославился в этом отношении Жак де Вокансон. Многие из построенных им автоматов моделировали движения человека и животных. В 1801 г. появился станок с автоматическим приспособлением, которое давало возможность изготавливать ткань из ниток разного цвета со сложным узором. Этот станок был первым, в механизм которого было включено программное управление. Построил его Жозеф Жаккар.

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».