Развитие орудий труда

В развитии ручных орудий труда в феодальный период был достигнут значительный прогресс. Этот прогресс прежде всего был обусловлен применением материала более высокого качества и методами его термической обработки. Вырос ассортимент ручных орудий. Сложились комплекты ручных орудий (инструментов) применительно к той или иной профессии: столярные, плотничные, швейные, слесарные и т. д. Большее развитие получили сложные орудия, начался процесс возникновения новых видов транспортных и первых энергетических машин. Наконец, в системах многообразных механизмов складывались условия для становления технологических машин, полностью заменяющих тренированные руки рабочего.

Транспортные машины в феодальный период получили значительное развитие.

Рис. 2-1. Поворотный подъемный кран с подвижной тележкой

Подъемные краны (рис. 2-1) обслуживают достаточно широкую площадь вокруг крана; поворот стрелы и движение по ней тележки позволяет обслуживать любую точку в объеме цилиндра, размеры которого определяются высотой подъема груза и радиусом перемещения тележки.

Разрабатываются конструкции специализированных подъемных кранов: для подъема сыпучих тел, для расчистки дна гаваней и другие.

Рис. 2-2. Рудничный подъемник с конным приводом и фрикционным тормозом

Рис. 2-3. Ветряная мельница с подъемником для мешков

В отличие от рабовладельческого периода, когда в качестве универсальной энергетической "машины" использовался только раб, теперь все чаще начинают использовать животных или энергию неживой природы для привода подъемных устройств. На рисунке 2-2 изображен рудничный подъемник с конным приводом и фрикционным тормозным устройством, управляемым рабочим вручную. На рисунке 2-3 показано использование мельничного ветряного двигателя для подъема мешков с зерном. Там, где представлялось возможным, для движения подъемных устройств привлекалась энергия водных потоков.

Рис. 2-4. Рудничный водоподъемник с последовательно установленными насосами и общим приводом

Значительное развитие получили водоподъемные машины. Для откачивания воды из глубоких рудников и шахт устраивали насосные установки, состоящие из нескольких поршневых насосов (рис. 2-4), расположенных последовательно для того, чтобы избежать высокого давления в трубах, изготавливавшихся из дерева. Такие насосные установки приводились в действие лошадьми или от водяных колес. Помимо поршневых насосов, применялись ковшевые элеваторы (рис. 2-5), черпаковые машины, четковые, в которых подъем воды производился движущейся по вертикальной трубе цепочкой из кожаных шаров - поршней.

Рис. 2-5. Ковшевой рудничный водоподъемник-элеватор с ручным приводом

Необходимость увеличения количества и высоты поднимаемой воды остро поставила вопрос о мощном двигателе и послужила впоследствии основной базой для начального развития паровых машин.

Рис. 2-6. Песты для размола бумажной массы с приводом от водяного колеса

Рис. 2-7. Привод от водяного колеса к двум воздуходувным мехам посредством вращающихся кулаков

Развитие технологических машин шло по нескольким направлениям. Первое направление заключалось в укрупнении машин с ростом потребности в их продукции. С объединением ремесленников в артели, с укрупнением цеховых производственных единиц и особенно с развитием мануфактурного производства различные простейшие технологические машины, приводившиеся в действие учеником (песты, дробилки, терки, воздуходувные мехи и т. п.), выросли по величине и потребовали более мощного двигателя. На рисунке 2-6 показан привод от водяного колеса, группы пестов для размола бумажной массы, на рисунке 2-7 - от водяного колеса приводятся два воздуходувных меха, на рисунке 2-8 - бегун дробильной мельницы. Подобных примеров можно привести множество, и все они свидетельствуют об одном: развитие производства привело к увеличению технологических машин, к росту числа действовавших в них мехов, пестов и т. д. "Увеличение размеров рабочей машины,- писал Маркс,- и количества ее одновременно действующих орудий требует более крупного двигательного механизма, а этот механизм нуждается в более мощной двигательной силе..."^*

^* (К. Маркс. Капитал, т. 1, Госполитиздат, 1955, гл. XIII, стр. 382.)

Рис. 2-8. Дробильная мельница с приводом бегуна от водяного колеса

Таким образом, первая линия развития технологических машин - их укрупнение - ставила вопрос о привлечении энергии неорганической природы.

Рис. 2-9. Схема действия ручного ткацкого станка с педальным приводом: 1, 2 - педали; 3, 4 - рамки четных и нечетных нитей основы; 5 - челнок; 6 - рамка, прижимающая нить после прохода челнока; 7 - храповик

Рис. 2-10. Работа на ручном ткацком станке

Второе направление развития технологических машин заключалось в постепенном освобождении работника от технологических функций производственного процесса. В рассматриваемый период это освобождение еще не достигло той полноты, когда рабочий целиком передает свои технологические функции машине и начинается эра машинного производства, но передача части функций весьма существенна, как подготовка к машинной технике. Эта подготовка в ряде случаев доходила до того, что оставалось передать машине последнюю, иногда достаточно несложную, операцию ручного труда. Так, например, предшественником ткачества было плетение. Плетение корзин, циновок, головных уборов из стеблей растений разного вида производилось без машин и орудий, исключительно искусными пальцами работника. Затем возникло первое приспособление, получившее название простейшего вертикального ткацкого станка, хотя в нем, по существу, можно видеть то же плетение, только несколько организованное путем фиксированного положения и натяжения нитей основы. Разделение одной группы нитей плетения от другой, нитей основы от нитей утка - вот первый шаг от плетения к ткачеству. Затем (см. рис. 1-14) был сделан следующий шаг в организации технологического процесса ткачества, при котором четные нити основы периодически изменяли угол по отношению к нечетным нитям основы, что позволило челноку перемещаться по прямой. Развитие ткацкого станка в феодальный период не только упорядочило движение нитей основы, обеспечив выравнивание и нажим протянутой нити утка после каждого хода челнока, но и передало работу привода ногам человека (рис. 2-9, 10, 11). Теперь ноги человека выполняли простейшую энергетическую функцию двигателя, которую легко заменить работой машины. Руки человека, движущие челнок, выполняли технологическую функцию, но настолько упрощенную, однообразную, равномерную, что возникала возможность передачи и этой функции машине.

Рис. 2-11. Ручной ткацкий станок. (Государственный Исторический музей. Москва.)

Рис. 2-12. Детали и общий вид станка, прокатывавшего свинцовые прутки для оконных переплетов

Приведенный пример показывает, как процесс развития технологической машины, постепенно упрощая операции рабочего, готовит возможность замены его машиной. Подобный процесс можно проследить у многих машин, причем для большинства из них характерно приведение разнообразных технологических движений к простейшей форме: к прямой или окружности.

Рис. 2-13. Сверлильные станки для высверливания каналов в пушечных стволах. а - с ручным приводом; б - с приводом от водяного колеса; в - различные пушечные сверла

Рис. 2-14. Каток с конным приводом для правки листов металла

Третье направление развития технологических машин заключалось в изыскании новых машин, новых технологических процессов. Осваивается волочение проволоки на волочильных досках, прокатка свинцовых прутков для оконных переплетов на прокатных станах (рис. 2-12), сверление каналов в стволах пушек на сверлильных станках (рис. 2-13), правка листов на катках (рис. 2-14), нарезка винтов на токарных станках (рис. 2-15) и многие другие операции, для осуществления которых строятся все новые и новые станки.

Рис. 2-15. Схема раннего винторезного токарного станка с приводом от опускающегося груза: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - груз, приводящий деталь во вращение; 3 - ходовой винт, приводимый в движение грузом 4; 5 - брус, передающий усилие резцу под действием грузов 6 и 7; 8 - канат для подъема грузов 2 и 4; 9 - скоба-подножка для опускания резца; 10 - резец

Создание разнообразных станков подготавливало почву для последующего перехода к машинному производству, когда технологическая машина примет на себя все технологические функции рабочего, оставив за ним выполнение только контрольных и логических функций. Характерным примером замены технологических функций работника машиной может служить сложившееся в феодальный период устройство для распила бревен на доски (рис. 2-16). Если лесопильная рама не начала машинного производства, то только потому, что ее продукция - материал, полуфабрикат, а не готовый продукт.

Рис. 2-16. Лесопильная рама. Вал от водяного колеса, не показанного на рисунке, движет вверх и вниз раму с пилой к через систему рычагов и храповое колесо передает поступательное движение распиливаемому брусу.

По той же причине не начал машинного производства и станок Леонардо да Винчи для насечки напильников (рис. 2-17), хотя этот станок может служить прекрасным примером машины, в которой искусные руки рабочего, насекавшего напильники при помощи молотка и зубила, заменены машиной, способной выполнять ту же работу и быстрее, и лучше.

Рис. 2-17. Станок для насечки напильников Леонардо да Винчи (1503 г.). Опускающийся груз приводит в движение молот-зубило и через цевочное зацепление и ходовой винт перемещает стол с обрабатываемой заготовкой

Громадное значение для развития машин в феодальный период сыграли зерновые мельницы. Потребовавшие изыскания энергии с самого своего возникновения в силу большой энергоемкости процесса размола, они постепенно высвободились от мускульного привода в рабовладельческом обществе, где энергия раба являлась самым дешевым видом привода. Начиная с IV в. водяное, а с X в. ветряное колесо все шире и шире применяются для привода мукомольных жерновов. При этом разрабатываются системы и детали привода: валы, колеса, зацепления, подшипники и другие Вызывая к жизни сложные механизмы, мельница вместе с тем ставила ряд задач по работе этих механизмов, механике и математике.