Первый этап промышленного переворота - передача технологических функций производственного процесса машине

Необходимость всемерного повышения производительности труда возникла в Англии прежде всего в одной из наиболее развитых отраслей английской промышленности того времени - в текстильной. Повышение спроса на хлопчатобумажные и шерстяные ткани не удовлетворялось ручным производством, слагающимся из прядения нитей и ткачества из них готовой ткани.

Рис. 4-1. Схема устройства 'самодвижущегося' челнока Кея: 1 - направляющие; 2 - блоки из твердого дерева; 3 - пружины, постоянно оттягивающие блоки от середины станка к краям; 4 - рукоятка; 5 - челнок

В 1733 г. английский механик и ткач Джон Кей внес коренное усовершенствование в ткацкий станок, передав машине и ручную операцию продергивания челнока между нитями основы (рис. 4-1).

Кей сделал выступы с направляющими 1, по которым могут скользить блоки 2 из твердого дерева, постоянно оттягиваемые пружинами 3 от середины станка к краям. Дергая за грибообразную рукоятку 4, соединенную с блоками гибким шнуром, ткач ударяет по челноку 5, который пролетает через зев, образуемый нитями основы, оставляя за собой нить утка. Дергая рукоятку в обратную сторону (после перемены положения нитей основы нажатием на педали, как в старом станке), ткач посылает челнок обратно. Как видно, челнок далеко не самодвижущийся, как назвал его изобретатель. Главное состояло в том, что движения рук ткача упростились и, дергая рукоятку, он теперь выполнял функцию двигателя; число ходов челнока в минуту увеличилось; возникла возможность ткать более широкую ткань (ширина ткани в старых станках определялась длиною рук человека).

С ростом производительности процесса ткачества не замедлило сказаться "узкое место" в процессе прядения, которое не могло обеспечить новые ткацкие станки необходимым количеством пряжи. В последующие годы был выдан ряд патентов на разнообразные изобретения, направленные на повышение производительности прядения, причем ряд патентов был выдан на принципиально новые машины, имеющие целью изъять прядильщика из производственного процесса, в котором именно его руки являлись "узким местом", и заменить его машиной.

В 1738 г. была предложена прядильная машина, в которой пальцы прядильщика заменялись несколькими парами вращающихся валиков, производивших операцию вытяжки нити. Машина,эта являлась лишь приближением к решению стоящей задачи, поскольку позволяла прясть только грубую пряжу, но она давала дальнейшее направление творческой мысли.

Рис. 4-2. Схема кардной машины: 1, 2 - барабаны; 3 - конические трубки; 4 - катушки; 5 - вал

В 1748 г. была построена машина, заменявшая человека в крайне трудоемкой операции чесания хлопка (кардная машина), позволявшая более дешево и быстро подготавливать хлопок к операции прядения (рис. 4-2).

Более полно и удачно задача замены рук рабочего была разрешена в отмеченной Марксом прядильной машине английского механика - ткача Харгривса, предложенной им в 1768 г. под названием "Дженни".

Рис. 4-3. Прядильная машина 'Дженни' (1768 г.)

Эта машина (рис. 4-3) имела ручной привод.

Работа прядильной машины сводилась к следующему (рис. 4-4). В начальном положении ровница с катушки 1 проходит через зажим 2, расположенный на подвижной каретке станка, и соединяется с вертикальным веретеном 3, приводимым в движение от шкива 4 (положение а). Рабочий начал вращать рукоятку станка, веретено начало вращаться, зажим захватил ровницу и вместе с кареткой стал двигаться, вытягивая ее (положение б). Одновременное вытягивание ровницы и скручивание, происходящее благодаря тому, что она направлена под углом к веретену, осуществляют процесс прядения - ровница превращается в нить. Затем (положение в) зажим остановился, освободил ровницу, а готовая нить наматывается на веретено уже без скручивания, так как опустившиеся проволоки теперь направляют ее под углом 90° к веретену. Каретка с зажимом (положение г) движется к веретену, приводя машину в исходное положение (а), проволоки поднимаются, и происходит прядение нового участка нити (положение д такое же, как б).

Рис. 4-4. Схема действия прядильной машины 'Дженни': 1 - катушка; 2 - зажим; 3 - вертикальное веретено; 4 - шкив

На схеме показано одно веретено; машина "Дженни" имела 19 веретен. В данном случае прядильщик, вращавший рукоятку машины, являлся энергетической машиной - живым двигателем, а технологические функции прядильщика, его пальцы и умение прясть заменяли зажимы каретки и веретена машины. Производительность труда резко возросла, поскольку один рабочий приводил в движение несколько (впоследствии до 80) веретен. Кромптон усовершенствовал прядильную машину (рис. 4-5). Теперь рабочему не нужно было одной рукой вращать колесо машины, а другой двигать каретку, соответственно согласуя свои движения. Весь процесс сводился к равномерному вращению колеса, и эту чисто энергетическую функцию можно было передать ходящему по кругу животному или водяному двигателю. В машине Кромптона вращение рукоятки передается шкиву 1, от которого через перекрестную канатную передачу вращаются шкивы 2, 5, приводящие в движение по рельсам каретку 4. Система канатов и блоков 5 вращает барабан 6, расположенный на каретке, от которого получают вращение веретена 7. От рукоятки же при помощи конических шестерен и валика 8 движение передается к роликам, тянущим ровницу с катушек 10 (показана одна нить 11) и периодически задерживающим ее под действием рычага 9, отключающего валик 8 из зацепления.

С ростом количества веретен и числа прядильных машин возникла потребность замены живого двигателя - человека - двигателем, использующим энергию неорганической природы. В качестве такового был использован гидравлический двигатель. В 1769 г. англичанин Аркрайт запатентовал чужое изобретение на прядильную машину с приводом от водяного колеса, получившую сохранившееся до настоящего времени название "ватер-машины".

Ватер-машина явилась первой текстильной машиной непрерывного действия и высокой производительности. Построенные позднее более совершенные прядильные машины и ткацкие станки завершили начальный период развития технологических машин в текстильной промышленности.

Промышленная революция, начавшаяся в своей первой фазе на текстильных машинах, оказала свое влияние на другие отрасли производства. Возросшая производительность текстильных машин позволила настолько увеличить выпуск тканей, что старые методы их отделки и беления оказались несостоятельными и не могли обеспечить отделку всей продукции. Возникновение нового "узкого места" предъявило счет химикам, в результате чего благодаря трудам шведского химика Шееле, открывшего хлор в 1775 г., французского химика Бертолле, разработавшего в 1785 г. метод применения хлора для отбеливания тканей, и английского химика Тенанта, предложившего в 1798 г. способ получения белильной извести действием хлора на гашеную известь,- были успешно использованы в промышленной практике отбелки хлопчатобумажной ткани белильной известью.

Рис. 4-5. Схема устройства прядильной машины Кромптона: 1 - ведущий шкив; 2, 3 - ведомые шкивы; 4 - каретка; 5 - система канатов и блоков, передающая вращение барабану; 6 - барабан; 7 - веретена; 8 - валик; 9 - рычаг; 10 - катушки; 11 - нить

Возникновение машинного парка прядильных и ткацких машин поставило ряд новых задач перед строителями этих машин. Если ранее применявшиеся машины, к числу которых относятся: толчеи, молоты, воздуходувные мехи, транспортирующие устройства, насосы и т. д.,- не требовали от их исполнителей точности в размерах частей и в движении, то текстильные машины оказались в этих отношениях более требовательными. Текстильные машины имеют дело с производством и технологией тонкой и непрочной нити, вследствие чего недопустимы отклонения в размерах и режиме машины, какие допускались в ранее применявшихся машинах.

Новые текстильные машины имели иное значение и место в системе производства, чем перечисленные выше ранние машины феодального и мануфактурного периода. Те машины являлись частью машинного комплекса (мех горна, насос шахты и т. д.) или исполнителями части технологического процесса производственной единицы (рудодробилки, толчеи, молоты и т. д.) и поэтому не выдавали готового товара или полупродукта, могущего быть товаром (как пряжа в системе текстильного производства)^*. Поэтому ранние машины не носили характера сепаратного устройства, а проектировались и строились к данной домне, руднику, печи, цеху. Мануфактурное производство не знает примеров, чтобы подобные машины изготавливались для рынка как товар. Новые текстильные машины охватывали законченный процесс производства, выпускали товарную продукцию в виде пряжи или ткани. Каждый человек, располагающий средствами для покупки подобных машин, мог организовать товарное производство с целью получения прибыли. Отсюда возникает спрос на подобные машины и они сами становятся товаром.

^* (Отдельные машины, как, например, гончарный круг, давали полупродукт, нуждавшийся только в термической обработке, но эти машины не заменяли рук рабочего, а только помогали ему в процессе работы путем рациональной организации движения, для которой использовались в качестве двигателя ноги рабочего.)

Превращение машины в товар кладет основу новой чрезвычайно важной отрасли производства - производству средств производства в форме одной из существеннейших его частей - машиностроения.

Так, становление и развитие технологических машин, заменивших функции работника в выполнении технологических процессов и операций, положившее начало машинному производству, положило начало машиностроению как отрасли промышленного производства. В процессе развития машиностроения было освоено производство для рынка машин всех типов: технологических, транспортных, энергетических.

Машина Харгривса "Дженни" приводилась в действие живым двигателем - человеком, мощность которого была достаточной для привода 80 веретен. С увеличением числа веретен до нескольких сотен человек-двигатель оказался слабым и привод "ватер-машин" был поручен водяному колесу. "Увеличение размеров рабочей машины и количества ее одновременно действующих орудий..."^* привело к необходимости изыскивать новый источник мощности. Так, развитие первой фазы промышленного переворота - внедрения новых технологических машин - привело ко второй его фазе: становлению универсального двигателя.

^* (К. Маркс, Капитал, т. I, Госполитиздат, 1955, стр. 382.)