Розділ 3. Розвиток техніки і побудова машин в XIX-на початку XX ст.

3.1. Металодобуваючи і гірничі машини

Технічною переозброєння металургії завершилося винайденому прокатного стану, призводить в дію паровою машиною, а також створенням парового молота.

Тому у міру розвитку техніки виникла необхідність в додатковій операції плющенню. Впровадження прокатних станів в металургію почалося із початку XIX ст. ст. При пудлінгуванні для обжигу шлаку і ущільнення металу (криці) широко застосовувалися обтиск і кувальні молоти. На початку XIX ст. для цієї мети використовувалися недосконалі, так звані ричажні, мелені. Відомий англійський механік Несміт в 1839 р. сконструював новий молот. Це у багато разів збільшило його потужність. Паровий молот був широко використаний в металургійній промисловості.

До 60-м рокам XIX ст. технічний переворот в металургії був завершений. Технічний прогрес сприяв різкому збільшенню виробництва металу. Якщо за два сторіччя - з 1500 до 1700 г. - світова виплавка чавуну виросла приблизно з 60 тис. т до 104 тис. т, тобто в 1,7 разу, а за весь XVIII в. - з 104 тис. т до 278 тис. т (1790 р), тобто в 2,67 разу, то за 80 подальших років - з 1790 по 1870г. - виплавка чавуну досягла 12 млн. т, що в 43 рази більше, ніж в 1790 р.

Зростання машинобудування, парової енергетики, металургії, будівництво залізниць, розширення капіталістичної торгівлі і пов'язаного з нею грошового звернення колосально збільшили попит на найрізноманітніші продукти гірничої справи.

Металургія л зв'язку з перекладом доменного процесу на мінеральне паливо вимагала величезних кількостей залізняку і кам'яного вугілля. Величезний вплив на гірничу справу зробила парова машина. Поява і застосування її привело до крупних зсувів до всіх ланках сурм техніки, розпочинати від розвідки корисних копалини і кінчаючи їх збагаченням. Її вплив позначався на конструкції багатьох машин, які були створені в цей період в гірничій промисловості (вентилятори, компресори, перфоратори). У всіх цих машинах панує принцип поворотної поступальної ходи, тобто принцип, якнайповніше використовуваний в поршневій паровій машині.

Зростання парової енергетики, подібно до металургії, створюючи великий

попит на кам'яне вугілля, стимулював розвиток однієї з самих основних галузей гірничої справи - кам'яновугільної промисловості з таблиці видно, що характерною особливістю цього періоду було безперервне зростання видобутку викопного вугілля. Кам'яновугільна промисловість була найрозвиненішою галуззю гірської справи. Домінуюче значення кам'яновугільної промисловості в перший період машинного капіталізму було далеко не випадковим, Ст.11. Ленін указував, що розвиток промисловості, що дає паливо, - необхідне і надзвичайно характерна умова зростання великої машинної індустрії.

Розвиток гірничої промисловості базувався на її технічному переозброєнні.

Будівництво великої кількості копалень і шахт зажадало зміни методів проходки гірничих вироблень як вертикальних (шахтних стволів), так і горизонтальних (штреків, тунелів, штолень і ін) -

У 1839 р. у Франції інженер Тріже вперше запропонував кесонний метод проходки шахтних стовбурів, який в 1841 р. був застосований при проходці стовбура вугільної шахти у водонасичених грунтах у Франції.

З кінця 40-х років метод проходки шахтних стовбурів, запропонований Киндом, почав застосовуватися для розвідувального буріння. Метод Кинда був вдосконалений в 1850 р. бельгійським інженером Шадроном, що застосував спеціальні пристрої, що дозволили майже повністю зупиняти приплив води в шахту.

Горизонтальні вироблення минали за допомогою буропідривних робіт, які в своєму розвитку зазнали великі зміни. Був винайдений новий вигляд вибухових речовин, вдосконалені способи підривання, упроваджені ефективні засоби буріння шпурів. Розвиток військової техніки привів до винаходу могутніх вибухових речовин: піроксиліну і нітрогліцерину. Піроксилін був відкритий X. Шенбейном в 1846 р., а нітрогліцерин - А. Собреро в 1847 р. Практично нітрогліцерин почав застосовуватися після того, як росіяни учені Н.Н. Зісіп и В.Ф. Петрушевський провели починаючи з 1854 р. ряд дослідів по його використанню. У 1867 р. А. Нобелем був винайдений динаміт. З 70-х років XIX ст. почало застосовуватися піроксилін.

Оскільки застосування відкритого вогню для займання порохових зарядів приводило до частих катастроф в копальнях і шахтах, в 1830 р. був запропонований вогнепровідний, або бікфордів, шнур, що дозволив значно понизити небезпеку вибухових робіт. Проте тільки винахід і впровадження в кінці XIX ст. електричного підривання в гірській справі дозволив забезпечити безпеку вибухових работ1.

Відомо, що на швидкість ведення робіт великий вплив робить спосіб буріння шнурок. Тривалий час буріння шпурів здійснювалося вручну. Перші спроби створення ударних перфораторів (бурильних молотків) відносяться на початок XIX ст. Спочатку був створений ударний перфоратор (перфоратор Іордана). У першій половині XIX ст. було створено: перфоратори, що приводяться в дію парою і водою. У 1849 р. вперше такий перфоратор сконструював американець Коуч, використавши при цьому елементи поршневої машини. Перший пневматичний перфоратор був створений в 1857 р. французьким інженером Соммелье. Це був перфоратор ударного типу. Хоча перші перфоратори для буріння і були винайдені на початку ХIX ст., проте в гірничій справі вони довго не отримували розповсюдження. Механізоване буріння шпурів обходилося в два рази дорожче.

1. Вперше досліди по застосуванню електричного підривання мін провів в 1812 р. П.Л. Шиллінг. Але в гірничій справі цей спосіб підривання набув поширення. значно пізніше - в кінці XIX - початку XX ст.

Основний процес видобутку вугілля - його виїмка - в першій половині XIX ст. проводився уручну - кайлом і обушком, іноді використовувалися буропідривні роботи. В цей час робилися тільки перші спроби механізувати цю найбільш трудомістку операцію

Врубова машина була заснована на принципі дії ударного перфоратора. Врубова машина ударного типу конструкції інженера Шрамма була змонтована на візку, який під час роботи закріплювався перед забоєм. Цей перфоратор міг переміщатися уздовж забою і подаватися вперед. Пізніше була зроблена спроба використовувати для врубу принцип свердлення свердлувальна бурова машина Нейбурга).

Найбільш ефективними виявилися врубові машини, в яких використовувався принцип дискової пили. Дискова врубова машина була запропонована англійським інженером Уорінгом. Різання вугілля здійснювали за допомогою зубків, насаджених на диск. Цю машину применяли для виробництва горизонтальних врубів. Практично дискова врубова машина була освоєна в Англії в 1802 р. Кращою врубовою машиною в 70-х роках XIX ст. була пневматична машина Вінстлея.

Попит на чавун вимагав вдосконалення і розвитку доменного виробництва. На початку XIX ст. домни зазвичай будувалися з товстим зовнішнім кам'яним кожухом, оскільки вважалося, що тонкостінні домни втрачають багато тепла. Печі з товстим зовнішнім кожухом володіли громіздкою ваговитою конструкцією. Будівництво їх було дуже складним і дорогим. З середини XIX ст. погляди на причини втрат тепла і доменних печах міняються. Вже в 41-х роках XIX ст. в Шотландії з'являються лікуй з більш тонким кам'яним, а потім і металевим кожухом. Шотландські печі були міцніші і довші за старі громіздкі печі, втрати тепла в них були менші, ніж в печах старої конструкції, а витрати палива зменшилися.

Удосконалюються апарати засипки шихти в домну. У 1850 р. англійський металург Паррі винайшов пристрій для завантаження доменної ночі у вигляді конуса або воронку із затвором. Конус Паррі рівномірно засипав сировину і добре уловлював гази і тому подібне Видозмінена конструкція цього апарату застосовується аж до наших днів.

В результаті удосконалення всього комплексу доменного виробництва з другої половини XIX ст. різко підвищилася його продуктивність. Добова продукція домни до кінця сторіччя збільшилася до 600т-. у 12 разів. Світова виплавка чавуну, що склала в 1800 р. близько 0,5 млн. т, досягла в 1850 р. приблизно 4,5 млн. т, а в 1900 г. - 40,7 млн. т.

Принцип регенерації тепла і опалювання печі газом використаний і своїй роботі французький металург Пьер Мартен (1824-1915). У 1.8(54 р. у Франції була вперше пущена в експлуатацію побудована Мартеном регенеративна полум'яна пекти. Суть мартенівського процесу полягає в тому, що сталь проводиться на череню регенеративних пламенних, що співається шляхом переробки в них чавуну і сталевої ломи (скрапу). У мартенівській печі відбувається не просто плавка завантажених матеріалів: до самого кінця процесу йде в печі хімічна взаємодія між металом, шлаком і газом.

У цей період своє подальший розвиток отримує прокат чорних металів, особливо прокат рейок, а також прокат різних профілів металу для різноманітних потреб будівництва. Прокат металу здійснювався за допомогою особливих верстатів - прокатних станів.

У 30-40-х роках ХТХ ст. в зв'язку " масовим залізничним будівництвом в Европе вперше починається прокат залізничних рейок. у 1854 р. на заводах Круппа. Потім в Германії, в Сааре, в 1856-1857 рр. був встановлений прокатний стан для плющення крупних балок. У 1857 р. в США був вперше сконструйований могутній тривалковий прокатний стан спеціально для плющення рейок.