Константин Рыжов 100 великих изобретений 100 великих – 0
жүктеу/скачать 8,62 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 43. РОТАЦИОННАЯ МАШИНА
- 44. ЛИНОТИП
- 45. ПИШУЩАЯ МАШИНКА
- 46. ЖЕЛЕЗОБЕТОН
42. ДИНАМИТ На протяжении нескольких веков людям было известно только одно взрывчатое вещество — черный порох, широко применявшийся как на войне, так и при мирных взрывных работах. Но вторая половина XIX столетия ознаменовалась изобретением целого семейства новых взрывчатых веществ, разрушительная сила которых в сотни и тысячи раз превосходила силу пороха. Их созданию предшествовало несколько открытий. Еще в 1838 году Пелуз провел первые опыты по нитрации органических веществ. Суть этой реакции заключается в том, что многие углеродистые вещества при обработке их смесью концентрированных азотной и серной кислот отдают свой водород, принимают взамен нитрогруппу NO2 и превращаются в мощную взрывчатку. Другие химики исследовали это интересное явление. В частности, Шенбейн, нитрируя хлопок, в 1846 году получил пироксилин. В 1847 году, воздействуя подобным образом на глицерин, Собреро открыл нитроглицерин — взрывчатое вещество, обладавшее колоссальной разрушительной силой. Поначалу нитроглицерин никого не заинтересовал. Сам Собреро только через 13 лет вернулся к своим опытам и описал точный способ нитрации глицерина. После этого новое вещество нашло некоторое применение в горном деле. Первоначально его вливали в скважину, затыкали ее глиной и взрывали посредством погружаемого в него патрона. Однако наилучший эффект достигался при воспламенении капсюля с гремучей ртутью. Чем же объясняется исключительная взрывная сила нитроглицерина? Было установлено, что при взрыве происходит его разложение, в результате чего сначала образуются газы CO2, CO, H2, CH4, N2 и NO, которые вновь взаимодействуют между собой с выделением огромного количества теплоты. Конечную реакцию можно выразить формулой: 2C3H5(NO3)3 = 6CO2 + 5H2O + 3N + 0, 5O2. Разогретые до огромной температуры эти газы стремительно расширяются, оказывая на окружающую среду колоссальное давление. Конечные продукты взрыва совершенно безвредны. Все это, казалось, делало нитроглицерин незаменимым при подземных взрывных работах Но вскоре оказалась, что изготовление, хранение и перевозка этой жидкой взрывчатки чреваты многими опасностями. Вообще, чистый нитроглицерин довольно трудно воспламенить от открытого огня. Зажженная спичка тухла в нем без всяких последствий. Но зато его чувствительность к ударам и сотрясениям (детонации) была во много раз выше, чем у черного пороха. При ударе, часто совсем незначительном, в слоях, подвергшихся сотрясению, происходило быстрое повышение температуры до начала взрывной реакции. Мини‑взрыв первых слоев производил новый удар на более глубокие слои, и так продолжалось до тех пор, пока не происходил взрыв всей массы вещества. Порой без всякого воздействия извне нитроглицерин вдруг начинал разлагаться на органические кислоты, быстро темнел и тогда достаточно было самого ничтожного сотрясения бутыли, чтобы вызвать ужасный взрыв. После целого ряда несчастных случаев применение нитроглицерина было почти повсеместно запрещено. Тем промышленникам, которые наладили выпуск этой взрывчатки, оставалось два выхода — либо найти такое состояние, при котором нитроглицерин будет менее чувствителен к детонации, либо свернуть свое производство. Одним из первых заинтересовался нитроглицерином шведский инженер Альфред Нобель, основавший завод по его выпуску. В 1864 году его фабрика взлетела на воздух вместе с рабочими. Погибло пять человек, в том числе брат Альфреда Эмиль, которому едва исполнилось 20 лет. После этой катастрофы Нобелю грозили значительные убытки — нелегко было убедить людей вкладывать деньги в такое опасное предприятие. Несколько лет он изучал свойства нитроглицерина и в конце концов сумел наладить вполне безопасное его производство. Но оставалась проблема транспортировки. После многих экспериментов Нобель установил, что растворенный в спирте нитроглицерин менее чувствителен к детонации. Однако этот способ не давал полной надежности. Поиски продолжались, и тут неожиданный случай помог блестяще разрешить проблему. При перевозке бутылей с нитроглицерином, чтобы смягчить тряску, их помещали в кизельгур — особую инфузорную землю, добывавшуюся в Ганновере. Кизельгур состоял из кремневых оболочек водорослей со множеством полостей и канальцев. И вот как‑то раз при пересылке одна бутыль с нитроглицерином разбилась и ее содержимое вылилось на землю. У Нобеля возникла мысль произвести несколько опытов с этим пропитанным нитроглицерином кизельгуром. Оказалось, что взрывные свойства нитроглицерина нисколько не уменьшались от того, что его впитала пористая земля, но зато его чувствительность к детонации снижалась в несколько раз. В этом состоянии он не взрывался ни от трения, ни от слабого удара, ни от горения. Но зато при воспламенении небольшого количества гремучей ртути в металлическом капсюле происходил взрыв той же силы, какую давал в том же объеме чистый нитроглицерин. Другими словами, это было как раз то, что нужно, и даже гораздо более того, что надеялся получить Нобель. В 1867 году он взял патент на открытое им соединение, которое назвал динамитом. Взрывная сила динамита столь же огромна, как и у нитроглицерина: 1 кг динамита в 1/50000 секунды развивает силу в 1000000 кгм, то есть достаточную для того чтобы поднять 1000000 кг на 1 м. При этом если 1 кг черного пороха превращался в газ за 0, 01 секунды, то 1 кг динамита — за 0, 00002 секунды. Но при всем этом качественно изготовленный динамит взрывался только от очень сильного удара. Зажженный прикосновением огня, он постепенно сгорал без взрыва, синеватым пламенем. Взрыв наступал только при зажигании большой массы динамита (более 25 кг). Подрыв динамита, как и нитроглицерина, лучше всего было проводить с помощью детонации. Для этой цели Нобель в том же 1867 году изобрел гремучертутный капсюльный детонатор. Динамит сразу нашел широчайшее применение при строительстве шоссе, туннелей, каналов, железных дорог и других объектов, что во многом предопределило стремительный рост состояния его изобретателя. Первую фабрику по производству динамита Нобель основал во Франции, затем он наладил его производство в Германии и Англии. За тридцать лет торговля динамитом принесла Нобелю колоссальное богатство — около 35 миллионов крон. Процесс изготовления динамита сводился к нескольким операциям. Прежде всего необходимо было получить нитроглицерин. Это было наиболее сложным и опасным моментом во всем производстве. Реакция нитрации происходила, если 1 часть глицерина обрабатывали тремя частями концентрированной азотной кислоты в присутствии 6 частей концентрированной серной кислоты. Уравнение имело следующий вид: C3H5(OH)3 + 3HNO3 = C3H5(NO3)3 + 3H2O. Серная кислота в соединении не участвовала, но ее присутствие было необходимо, во‑первых, для поглощения выделявшейся в результате реакции воды, которая в противном случае, разжижая азотную кислоту, тем самым препятствовала бы полноте реакции, а, во‑вторых, для выделения образующегося нитроглицерина из раствора в азотной кислоте, так как он, будучи хорошо растворим в этой кислоте, не растворялся в ее смеси с серной. Нитрация сопровождалась сильным выделением теплоты. Причем если бы вследствие нагревания температура смеси поднялась выше 50 градусов, то течение реакции направилось бы в другую сторону — началось бы окисление нитроглицерина, сопровождающееся бурным выделением окислов азота и еще большим нагреванием, которое бы привело к взрыву. Поэтому нитрацию нужно было вести при постоянном охлаждении смеси кислот и глицерина, прибавляя последний понемногу и постоянно размешивая каждую порцию. Образующийся непосредственно при соприкосновении с кислотами нитроглицерин, обладая меньшей плотностью сравнительно с кислой смесью, всплывал на поверхность, и его можно было легко собрать по окончании реакции. Приготовление кислотной смеси на заводах Нобеля происходило в больших цилиндрических чугунных сосудах, откуда смесь поступала в так называемый нитрационный аппарат. Аппарат состоял из свинцового сосуда A, который помещался в деревянном чане B и закрывался свинцовой крышкой L, которая при работе замазывалась цементом. Через крышку проходили концы двух свинцовых змеевиков D, находящихся внутри аппарата (через них постоянно подавалась холодная вода). Через трубку C в аппарат подавался и холодный воздух для размешивания смеси. Трубка F отводила из аппарата пары азотной кислоты; трубка G служила для наливания отмеренного количества кислой смеси; через трубку H вливали глицерин. В сосуде M отмерялось необходимое количество этого вещества, которое затем впрыскивалось в азотную смесь посредством сжатого воздуха, впускаемого по трубке O. В такой установке можно было за раз обработать около 150 кг глицерина. Впустив требуемое количество кислотной смеси и охладив ее (пропуская холодный сжатый воздух и холодную воду через змеевики) до 15‑20 градусов, начинали вбрызгивать охлажденный глицерин. При этом следили, чтобы температура в аппарате не поднималась выше 30 градусов. Если температура смеси начинала быстро подниматься и приближалась к критической, содержимое чана можно было быстро выпустить в большой сосуд с холодной водой. Операция образования нитроглицерина продолжалась около полутора часов. После этого смесь поступала в сепаратор — свинцовый четырехугольный ящик с коническим дном и двумя кранами, один из которых находился в нижней части, а другой — сбоку. Как только смесь отстаивалась и разделялась, нитроглицерин выпускали через верхний кран, а кислотную смесь — через нижний. Полученный нитроглицерин несколько раз промывали от избытка кислот, так как кислота могла вступить с ним в реакцию и вызвать его разложение, что неминуемо вело к взрыву. Во избежание этого в герметический чан с нитроглицерином подавали воду и перемешивали смесь с помощью сжатого воздуха. Кислота растворялась в воде, а так как плотности воды и нитроглицерина сильно различались, отделить их затем друг от друга не составляло большого труда. Для того чтобы удалить остатки воды, нитроглицерин пропускали через несколько слоев войлока и поваренной соли. В результате всех этих действий получалась маслянистая жидкость желтоватого цвета без запаха и очень ядовитая (отравление могло происходить как при вдыхании паров, так и при попадании капель нитроглицерина на кожу). При нагревании свыше 180 градусов она взрывалась с ужасной разрушительной силой. Приготовленный нитроглицерин смешивали с кизельгуром. Перед этим кизельгур промывали и тщательно измельчали. Пропитывание его нитроглицерином происходило в деревянных ящиках, выложенных внутри свинцом. После смешения с нитроглицерином динамит протирали через решето и набивали в пергаментные патроны. В кизельгуровом динамите во взрывной реакции участвовал только нитроглицерин. В дальнейшем Нобель придумал пропитывать нитроглицерином различные сорта пороха. В этом случае порох тоже участвовал в реакции и значительно увеличивал силу взрыва. 43. РОТАЦИОННАЯ МАШИНА Одним из замечательнейших событий в истории техники стало появление в середине XIX века скоропечатной ротационной машины, позволившей в тысячи раз увеличить выпуск печатных изданий, прежде всего газет и журналов. Это изобретение, точно так же как создание в свое время Гутенбергом первого книгопечатного станка, имело огромное влияние на все стороны жизни человечества. В самом деле, быстрое развитие образования и распространение его в широких народных массах в XVIII‑XIX веках создавало громадную потребность в печатном слове, что повлекло за собой увеличение тиража книг и газет. Между тем старый печатный станок претерпел очень мало изменений с XVI века и был плохо приспособлен к тому, чтобы удовлетворить назревшую потребность. Многие типографы в XVIII веке ломали голову над тем, как увеличить его производительность и создать скоропечатную машину. Верный путь был в конце концов найден Фридрихом Кенигом, сыном небогатого прусского фермера. Пятнадцати лет он поступил учеником в типографию, и с этого времени вся его жизнь была связана с печатным делом. Еще в 1794 году Кениг сделал первое усовершенствование, создав модель печатной машины с непрерывным, при помощи зубчатых колес, подниманием и опусканием пиана (пресса). Однако прошло много лет, прежде чем ему удалось применить свое изобретение на практике. Все хозяева немецких типографий, к которым Кениг обращался за поддержкой, отвечали ему отказом. В 1806 году он перебрался в Лондон, и только здесь на его изобретение обратили внимание. В 1807 году три лондонских типографии дали Кенигу деньги на постройку печатающей машины. В 1810 г., при помощи магистра математики Андрея Бауэра, Кениг собрал скоропечатный станок, который за счет различных улучшений в конструкции мог производить до 400 оттисков в час. Однако этого было недостаточно. Нужна была принципиально новая схема, которая позволила бы полностью или почти полностью исключить ручной труд. В старом станке, как мы помним, процесс печатания происходил при помощи ряда плоских досок, на плоский талер ставился набор при помощи плоского декеля, с плоским же рашкетом к набору, намазанному краской, прижимался плоским пианом лист бумаги. Особенно много времени уходило на намазывание набора краской — его постоянно приходилось выдвигать из‑под пресса и снова задвигать на место. Сначала Кениг попытался ускорить эту операцию за счет того, что краска на набор стала наноситься с помощью специального покрасочного валика. Возможно, отталкиваясь от этой идеи, он решил и пресс сделать не плоским, а цилиндрическим в виде барабана. В этом состояла самая важная находка Кенига. В 1811 году он создал первую скоропечатную машину цилиндрического типа, в которой лист бумаги, будучи положен на цилиндр (барабан), прокатывался этим цилиндром по укрепленной на талере форме с набором, принимающим краску с вращающегося валика. Из прежних плоских досок в новой конструкции остался только талер, на который ставился набор, плотно заключенный в металлическую раму. Замена плоских поверхностей вращающимися цилиндрами позволила сразу в несколько раз увеличить производительность станка. Машина Кенига была для своего времени настоящим шедевром инженерной мысли, тем более удивительным, что почти все операции она производила автоматически. При вращении главного колеса приходил в действие сложный механизм из целой системы зубчатых колес и зубчатых передач, двигавший в нужном направлении и в нужные моменты все работающие части машины. Основными ее узлами были покрасочный аппарат и печатающий барабан. Между ними взад и вперед двигалась тележка‑талер с набором. Приняв краску от красочного аппарата, талер задвигался под печатающий барабан, который прокатывал по нему лист бумаги. Таким образом в общих чертах происходил процесс печатания. Красочный аппарат состоял из длинного ящика с краской и нескольких валиков, последовательно передававших эту краску друг другу. Верхний металлический валик находился в самом красочном ящике. При вращении на него попадал слой краски, которую по надобности можно было выпускать из ящика в щель, делая эту щель то толще, то тоньше. С металлического валика краска подавалась на тонкий валик, который затем спускался с ней на вал, вращавшийся внизу и двигавшийся не только вокруг своей оси, но также и вдоль нее. С него краска сходила на голый металлический цилиндр, а уже оттуда попадала на два упругих барабана, которые растирали ее и распределяли по набору ровным слоем. Такое сложное устройство красочного аппарата объяснялось тем, что его функция в ускорении печатанья была очень велика. Краски на набор должно было поступать ровно столько, сколько необходимо для получения отчетливого оттиска. Ее не могло быть больше, поскольку в этом случае листки стали бы пачкать друг друга. Краска должна была хорошо растираться и распределяться по набору равномерно. Роль печатающего барабана заключалась в том, чтобы захватить лист чистой бумаги и прокатать его по набору. На его поверхности располагались специальные захватки, которые то поднимались, то опускались, в зависимости от положения барабана. В то время, когда талер с печатной формой находился под красочными валиками, печатающий барабан оставался неподвижен и захватки его были подняты. Накладчик, стоявший на высокой скамейке, брал лист бумаги из запаса, лежащего от него по правую руку, и клал ее на косую плоскость довольно близко к цилиндру, чтобы бумага могла быть взята захватками. При движении талера назад барабан начинал вращаться. Тогда захватки наподобие пальцев накладывались на лист и увлекали его за собой. Лист бумаги обволакивал барабан и крепко прилегал к нему, прижимаемый тесемками, которые приходились на поля. Во время движения цилиндра особые иглы (графейки) прокалывали лист посередине, удерживая его от перекоса. При своем круговращении барабан проводил лист над набором, прижимая его. После того как лист принимал краску, зажимы поднимались, а тесемки переводили бумагу на другой прибор — «ракет» (приемник), представлявший из себя ряд длинных плоских пальцев; эти пальцы, после перехода на них печатного листа, поднимались и опрокидывали его на стол, где листы ложились друг на друга печатью вверх. Тем временем талер вновь отодвигался под красочный аппарат. Чтобы при этом обратном движении набор и барабан не соприкасались, одна из сторон последнего была чуть‑чуть срезана. Во время прохода талера барабан, обращенный срезами книзу, оставался неподвижен. Но когда набор становился под красочный аппарат, барабан возвращался в первоначальное положение, приоткрывая захватки для приема бумаги. Таким образом протекала работа на первой машине Кенига. После того как все листы получали оттиски на одной стороне, их вновь пропускали через машину и печатали на обороте. Изобретение Кенига заинтересовало прежде всего владельцев крупных газет. В 1814 году Кениг собрал для типографии «Таймс» две цилиндрические машины, которые печатали со скоростью 1000 оттисков в час. Затем он изобрел машину с двумя цилиндрами, печатавшую одновременно с двух сторон листа. Заказы на нее стали поступать из разных стран. Разбогатев, Кениг в 1817 году вернулся в Германию и основал в Вюрцбурге первую фабрику по производству типографских машин. До своей кончины (в 1833 году) он успел наладить производство печатных машин, печатающих двумя красками. Компаньон Кенига Бауэр еще более усовершенствовал его изобретение. Очень скоро появились машины, в которых роль рабочего‑накладчика была вовсе устранена, и бумага подавалась на цилиндры пневматическим аппаратом, который присасывал к себе край листа. После того как клапаны на барабане захватывали лист, аппарат отстранялся и автоматически подносил следующий лист. Далее было введено еще одно важное усовершенствование в виде присоединявшегося к машине фальцовочного аппарата, который при передаче в него ракетом листов фальцевал их, то есть перегибал на нужное число сгибов со скоростью печатания листов. Таким образом, работа самой сложной скоропечатной машины складывалась из следующих операций: самонакладчик автоматически подавал лист на цилиндр, затем, после напечатания одной стороны, при помощи системы тесемок лист переходил на второй, расположенный рядом цилиндр, прижимаясь к нему напечатанной стороной; этот второй цилиндр проводил лист над той же формой, на том же талере, заставлял текст отпечататься с другой стороны; после чего лист поступал на ракет; оттуда — в фальцовочный аппарат. Движущая сила машин была различна. В начале XIX века их вращали рабочие‑"вертельщики"; затем стали применять паровой двигатель, движение от которого передавалось при помощи бесконечного ремня. В середине XIX века, когда объемы печатной продукции колоссально возросли, самые быстрые скоропечатные машины, делающие 2000 оттисков в час, уже казались недостаточно производительными. Конечно, можно было поставить вторую и третью машины, но такое решение проблемы оказывалось очень дорогостоящим. Выход был найден в создании ротационной машины, в которой не осталось ни одной плоской поверхности, и даже талер был заменен вращающимся барабаном. В 1846 году англичанин Огастус Апплегат придумал первую такую машину с большим вертикальным цилиндром. На этом цилиндре с помощью перегородок устанавливался набор. Вокруг цилиндра располагались как валики для краски, так и восемь меньших цилиндров, на которые накладчики подавали листы. За один оборот большого цилиндра набор проходил мимо восьми меньших цилиндров с положенной бумагой и выдавал сразу восемь листов. В час на этой машине можно было получить 12000 оттисков (но только с одной стороны). Вплоть до 1862 года на такой машине печаталась «Таймс». Затем она была заменена более мощной машиной американца Роберта Гоэ, работавшей примерно по тому же принципу. Главный цилиндр с набором, укрепленным планками и винтами, стоял горизонтально, как в обычной печатной машине, а вокруг него располагались десять цилиндров для накладки бумаги, на которой отпечатывался текст с набора на главном цилиндре по мере протаскивания его по каждому из десяти меньших цилиндров. Главный вал машины Гоэ имел диаметр полтора метра. Накладчики бумаги стояли в пять этажей с двух сторон машины. За свои гигантские размеры она была прозвана Мамонтом. В сущности, машина Апплегата была уже первой ротационной машиной (от rotation — круговращение), поскольку все ее главные части приняли форму вращающихся на оси цилиндров. Но она имела два существенных недостатка, замедляющих ее работу: набор, расположенный на цилиндре, не был закреплен достаточно прочно и при очень быстром вращении мог рассыпаться, а подача бумаги происходила вручную отдельными листами. Первое из этих неудобств было преодолено после изобретения стереотипа — набора, который, в отличие от прежнего, не составлялся из отдельных литер, а целиком отливался из металла. В 1856 году Джон Вальтер установил, что если мокрый картон вдавить в литеры матрицы, а затем просушить его в печи, то полученная доска из папье‑маше может служить формой для отливки стереотипов. Для этого поверх набора, зажатого в стальную раму, накладывали лист особым образом приготовленного мокрого картона и жесткими щетинами били по нему до тех пор, пока шрифт не вдавливался в его поверхность. Затем раму с картоном зажимали в пресс и вдвигали в нагретый станок. Когда картон высыхал, его снимали с рамы. При этом на нем оставался вполне точный вдавленный отпечаток всего набора. Полученную таким образом матрицу помещали в отливную форму, так что она образовывала два полуцилиндра, заливали в нее расплавленный металл и получали два полуцилиндра, на каждом из которых до последней мелочи был отлит набор одной рамы. Эти полуцилиндры крепили к валу ротационной машины. Что касается второй проблемы, то раньше других ее удалось разрешить Вильяму Буллоку, который в 1863 году создал новый тип подлинно ротационной машины, печатающей не на отдельных листах, а сразу на обеих сторонах бесконечной бумажной ленты. Рулон ее был надет на быстро вращающийся стержень. Отсюда бумажная лента поступала на цилиндр, прижимавший ее к другому цилиндру с расположенным на нем круглым, состоящим из двух полуцилиндрических, стереотипом. Итак, все основные узлы в машине Буллока были выполнены в виде быстро вращающихся цилиндров. Благодаря этому она печатала более 15000 оттисков в час. В дальнейшем была достигнута скорость в 30000 оттисков (такая машина за 3 минуты обрабатывала бумажную ленту длиной в 1 км). Но кроме скорости ротационная машина имела множество других преимуществ. Бумагу можно было пустить через несколько цилиндров и сразу печатать не только с двух сторон, но и несколькими разными красками. Например, полоса бумаги, пройдя цилиндр с основной формой для одной стороны и приняв черную краску, проходила другой цилиндр, печатавший черной краской на обороте, затем поступала к третьему — печатавшему красной краской, и так далее. Когда бесконечная полоса бумаги принимала все краски, она поступала на последний цилиндр, на котором был установлен нож, разрезавший полосу на листы. Потом разрезанные листы переходили в фальцовочный аппарат, составлявший часть машины, и здесь перегибались нужное число раз, после чего машина выбрасывала готовую сложенную газету или лист книги. 44. ЛИНОТИП Изобретение Буллока вскоре было дополнено важными нововведениями в наборном деле. Вплоть до начала XIX века изготовление литер и набор оставались ручными и мало изменились по своей сути со времен Гутенберга. Между тем в середине XIX века среди издателей отдельных газет (в особенности в Америке) развернулась ожесточенная конкуренция, которая привела к стремлению давать наиболее свежий материал: все, что случилось накануне и даже ночью, должно было найти место в утренней газете. Для этого надо было не только довести до быстроты курьерского поезда печатание газет, но и сам набор производить так, чтобы последние ночные новости в несколько минут были не только набраны, но также сверстаны и вставлены в полосы газет. Ручной наборщик, набиравший в час не более 1000 букв, то есть 23 строки, для этого не годился. Сначала пытались ускорить его работу отливкой наиболее ходовых слогов (так называемых логотипов), но это мало помогало делу, так как увеличивало количество отделений в наборной кассе и потому только усложняло работу. Тогда появилась мысль механизировать процесс набора. В 1822 году английский инженер Черч после пятнадцатилетних трудов сконструировал первую, еще несовершенную, наборную машину. Это изобретение произвело на современников большое впечатление, и газеты поместили обстоятельное описание механического наборщика. Машина Черча состояла из устойчивой деревянной рамы (двух перпендикулярных столбов, связанных перекладинами), стоящей на подножках, и приводилась в действие нажимом на педаль. В верхней ее части находились пюпитры, на которых были расположены пеналы с литерами. На нижнем бруске рамы помещалась клавиатура, ее кнопки удерживались в надлежащем положении посредством спиральных пружин. Ударом по клавише нижняя литера освобождалась из пенала на переднюю часть пюпитра и особым приспособлением направлялась на его середину. Нажатием ручки литера отсюда попадала в собирательный канал. Таким образом, из всех ручных операций, которые приходилось выполнять наборщику, здесь была механизирована только одна — поиск и подача литеры. Практического применения машина Черча не получила, но ее конструкция послужила отправной точкой для всех последующих изобретателей. В течение нескольких лет было создано еще несколько наборных машин, но все они имели весьма существенный недостаток — в них не была продумана разборка набора и распределение литер по отделениям кассы, а ведь именно эта работа отбирала у наборщика очень много времени. Важным шагом к разрешению этой задачи стало изобретение датского наборщика Христиана Соренсена, который в 1849 году создал свою наборную машину «Тахеогипом». Эта машина помещалась на столе и напоминала пианино. В середине была устроена воронка, поставленная отверстием кверху. В воронке помещались два цилиндра, внизу наборный, а вверху — разборный. Оба приводились в движение посредством зубчатого колеса. Рядом с каждым цилиндром помещалось одинаковое число прямостоящих медных реек (120 штук) с выступающим стержнем в виде ласточкиного хвоста. Каждая литера имела особые прорези (сигнатуры), соответствующие форме какого‑либо из стержней, они нанизывались на эти стержни одна задругой и направлялись в середину аппарата. Когда рабочий ударял по какой‑то клавише, освобождалась надлежащая буква, которая затем попадала через желобок в воронку, а оттуда на верстатку. Когда строка заканчивалась, второй наборщик выравнивал ее. Разборка шрифта происходила одновременно с набором. Разборный цилиндр имел столько же каналов, сколько было литер. Над каналами верхнего цилиндра находилась металлическая касса, прорези в которой соответствовали сигнатурам литеры. Разбираемая строка продвигалась по металлической полосе, и каждая буква попадала в соответствующее отверстие, где нанизывалась на стержень. Идея сигнатур оказалась очень плодотворной и получила применение в позднейших наборных и словолитных машинах, но сама машина Соренсена почти не применялась. Более широкое распространение получила машина Фрезера, фактически состоявшая из двух — наборной и разборной. В наборной машине литеры помещались рядами в каналах, расположенных горизонтально. Ряды литер подталкивались к отверстиям каналов особым пружинным устройством. У отверстий каналов имелись приспособления, выталкивающие литеры; последние с каждым ударом клавиши падали одна за другой между ребрами воронки и попадали в собиратель. Выравнивание строк производил второй наборщик. Совершенно новый принцип применил Фрезер для разборной машины. Разбор происходил посредством работы на клавиатуре. Там, где на наборной машине находились каналы с литерами, в разборной машине находилась гранка с разбором. От последней особым приспособлением отделялись форматные строки и устанавливались в одну длинную строку, подходившую к воронке, имевшей опрокинутый вид. Разбираемые литеры попадали в каналы переносных магазинов не прямо, а размещались вначале в распределителях. Машина Фрезера оказалась одной из лучших. Она получила распространение в Англии и Америке и употреблялась во многих типографиях вплоть до начала XX века. Перед всеми создателями наборных и словолитных машин стояло труднейшее препятствие, мешавшее полной механизации процесса набора — как добиться того, чтобы все строки имели одинаковую длину? Даже в самых лучших машинах эту операцию приходилось выполнять вручную. Только в 1872 году американец Меррит Гелли запатентовал машину с автоматическим выравниванием строк. Решение, найденное им, оказалось гениальным по своей простоте. Вместо пробела (когда надо было отделить одно слово от другого) из магазина машины подавался плоский клин, более толстый книзу и тонкий кверху, который становился в ряд с матрицами. Когда набор строки заканчивался, достаточно было надавить на литеры. При этом клинья передвигались, так что расстояния между словами увеличивались и строки получали определенную одинаковую длину. Одновременно с наборными машинами совершенствовалась техника отливки литер. В 1838 году американец Давид Брэс изобрел литеролитную машину, которая затем вошла во всеобщее употребление. В машине находился небольшой плавильный тигель с расплавленным металлом для литер (он состоял из 70 частей свинца и 30 частей сурьмы). Все операции машина выполняла автоматически при повороте рабочего колеса. Во время первой части движения поднимался поршень насоса, и в насос проникал расплавленный металл. При этом подвигалась литерная форма, отверстие которой примыкало прямо к отверстию трубки, выбрызгивающей расплавленный металл. Затем поршень опускался, и металл попадал в литейную форму. После этого форма отодвигалась, раскрывалась и выкидывала букву. Но каждую литеру затем еще необходимо было отшлифовать и обрезать по ее краям лишний металл. Эта работа проводилась уже вручную. Машина Брэса применялась в течение 50 лет. Правда, уже в 1853 году Джонсон создал комплексную словолитную машину, в которой не только отливка, но и дальнейшая обработка литер происходила автоматически. Долгое время словолитные и наборные машины развивались независимо друг от друга. Однако подлинный переворот в наборном деле произошел только после того, как появилась идея объединить две эти машины в одну. В 1886 году подмастерье часовых дел Оттмар Маргенталер из Балтимора, используя конструкторские находки многих своих предшественников, создал машину, которая получила название «линотип». Она не составляла строки из литер, а отливала их целиком, что сразу резко повысило производительность набора. На линотипе Маргенталера работа шла так. Наборщик, сидя перед клавиатурой и имея перед глазами оригинал набора, ударял по той или иной клавише. При каждом ударе из магазина, расположенного наклонно вверху машины над клавиатурой, выпадала из своего желобка матрица и по бесконечному ремню скользила вниз к находившейся по левую сторону от наборщика верстатке (собирателю матриц). По окончании строки наборщик нажимом рычага переводил всю строку матриц к отливочной форме, около которой находился котелок с расплавленным типографским металлом. Когда строка матриц устанавливалась перед отливной формой, происходило выравнивание ее длины с помощью плоских клиньев так, как это было описано выше. После этого отливочная форма прижималась к отверстию у тигля. Из котелка металл приливался к матрицам, строка отливалась, затем тут же застывала, обрезалась, шлифовалась и еще в горячем виде выталкивалась на строкособиратель, становясь в ряд с другими ранее отлитыми строками. Между тем клинья отделялись от матриц и становились на свое место, особая рука захватывала матрицы, поднимала их к верхнему краю магазина и благодаря особым нарезам на матрицах, различным для каждой матрицы, последние, скользя по бесконечному винту, попадали каждая в свой желоб. Линотип имел для каждой матрицы несколько типов и размеров шрифтов и давал возможность набрать газету с начала до конца, с заголовками, подзаголовками, объявлениями и прочим. Опытный наборщик успевал набрать на нем до 12000 букв за час. Такое значительное ускорение по сравнению с ручной работой было чрезвычайно важно и отвечало давно назревшей потребности. За это говорит также коммерческий успех нового изобретения. Несмотря на свою сложность и значительную стоимость, линотипы получили широкое распространение по всему миру. Уже в 1892 году их было выпущено более 700 штук. 45. ПИШУЩАЯ МАШИНКА Машинная революция в 70‑е годы XIX века затронула даже такую, казалось бы, далекую от техники область, как письмо. Испокон веков человек пользовался для начертания письменных знаков только своей рукой. С изобретением пишущей машинки он мог поручить эту операцию механизму. Вместо того чтобы выписывать буквы, теперь достаточно было ударить по нужной клавише. Появление пишущей машинки привело к значительным сдвигам во многих областях человеческой деятельности и подняло на более высокий уровень культуру делопроизводства. Скорость и качество канцелярской работы возросли в несколько раз. В самом деле, научиться писать может каждый, но не все могут писать быстро и в то же время четко, разборчиво и красиво. Между тем распространение письменных сношений между людьми, увеличение числа деловых бумаг и коммерческой корреспонденции, требующих особой отчетливости рукописи, а также многие другие причины (например, желание ускорить работу наборщиков, которые, набирая текст со слепой рукописи, часто работали медленно и делали ошибки) вызвали стремление изобрести буквопечатающую машину, которая была бы доступна каждому и позволяла бы сразу и быстро получать один или несколько экземпляров аккуратной и быстро читаемой рукописи. Несколько моделей пишущих машин появилось еще в XVIII веке, но они работали настолько медленно, что не могли иметь практического значения. Одна из первых известных пишущих машинок была собрана в 1833 году французом Прогрином. Его ктипограф состоял из 88 рычагов, соединенных с буквенными и цифровыми штемпелями. Рычаги располагались по окружности и передвигались вдоль и поперек листа бумаги на особых салазках. Понятно, что работать на такой машинке было трудно и неудобно. В 1843 году Шарль Турбер взял патент на изобретенную им печатную машинку, предназначенную для слепых. Именно ему принадлежала очень плодотворная идея рычажной передачи движения букв, примененная позже во всех пишущих машинках. Были и другие конструкции печатающих устройств. Однако пишущая машинка в современном смысле этого слова появилась только тридцать лет спустя, и не в Европе, а в Америке. В 1867 году два американских типографщика Леттам Шоулз и Самуэль Сулле изобрели машину для печатания номеров, которую можно было использовать для нумерации страниц, а также для печатания номеров и серий банковских билетов. Один из знакомых Шоулза, заинтересовавшись новым устройством, предложил им, используя принцип этой простой печатной машинки, создать пишущую машину, которая вместо знаков и цифр могла бы печатать буквы и слова. Эта мысль увлекла Шоулза. Поначалу он продолжал работать вместе с Сулле. Летом была готова первая однобуквенная печатающая машинка. Она состояла из старого телеграфного ключа в форме клавиши, стеклянной пластинки и некоторых других частей. Шоулз клал на стеклянную пластинку угольную ленту и тонкий лист белой бумаги, затем, двигая одной рукой бумагу, он другой нажимал на телеграфную клавишу, на которой находилась вырезанная из латуни буква "B". В результате на бумаге получался оттиск. Осенью того же года был создан первый образец многобуквенной пишущей машинки. Она работала настолько хорошо, что писала быстро и отчетливо, но была еще очень неудобна для практического использования, так как имела плоскую клавиатуру (как на пианино) и печатала только большими буквами. В 1868 году на эту машинку был получен патент, после чего Сулле потерял к ней интерес. Но Шоулз решил во что бы то ни стало создать такой образец машинки, который можно было бы запустить в производство. Один из его знакомых, Дексимор, оказал ему финансовую поддержку. Шоулз с головой ушел в работу. В следующие пять лет он изготовил около 30 моделей машинок, причем каждая следующая была лучше, чем предыдущая, но по‑прежнему далека от совершенства. Только в 1873 году была создана достаточно надежная и удобная модель пишущей машинки, которую Шоулз предложил известной фабрике Ремингтона, выпускавшей оружие, швейные и земледельческие машины. В 1874 году первая сотня машинок уже была пущена в продажу. Знаменитый американский писатель Марк Твен был одним из первых ее покупателей. Именно на ней он отпечатал своего «Тома Сойера». Возможно, это было первое классическое, сочинение созданное за пишущей машинкой. Однако в целом положение оставалось не совсем удовлетворительным. Еще восемь лет пришлось приучать публику к этой удивительной технической новинке. Много машинок из первой серии было возвращено в магазины, некоторые с испорченными частями. Долгое время на пишущие машинки смотрели как на предмет роскоши. Но постепенно положение менялось. Деловые конторы, фирмы и банки были первыми, кто по достоинству оценил новое изобретение. Уже в 1876 году был налажен массовый выпуск машинок. Первые «ремингтоны», хотя имели такой же принцип действия, как современные печатные машинки, все же отличались некоторыми специфическими особенностями. Например, текст в них печатался под валиком и не был виден. Чтобы посмотреть на работу, надо было приподнять тележку, для этой цели расположенную на шарнирах. Понятно, что это было не совсем удобно. Между тем пример Шоулза вдохновил и других изобретателей. В 1890 году Франц Вагнер получил патент на машинку с горизонтально лежащими буквенными рычагами и с видимым при печатании шрифтом. Права на ее производство он продал фабриканту Джону Ундервуду. Эта машинка оказалась настолько удобной, что вскоре стала пользоваться массовым спросом и Ундервуд заработал на ней огромное состояние. Сам изобретатель не был, впрочем, так удачлив и умер в бедности. С 1908 года «Ремингтон» тоже стал выпускать машинки с видимым шрифтом. После «Ундервуда» появились пишущие машинки других фирм, в том числе несколько европейских разработок. Но в первые десятилетия своего существования это изобретение более соответствовало американскому образу жизни. По крайней мере, вплоть до начала XX века львиная доля всех производимых и покупаемых машинок приходилась на США. Принцип действия у всех этих машинок в общих чертах был один и тот же. Наверное, нет человека, который бы не видел работы пишущей машинки. Поэтому нет нужды подробно описывать ее действие и устройство. Главные части машинки составляли: клавиатура с системой рычагов, каретка с валиками для бумаги и чугунная оправа механизма, установленная на деревянной доске. Каретка (подвижная тележка, несущая бумагу) несла на себе твердый каучуковый цилиндр и параллельный ему деревянный валик, между которыми и проходила бумага. При работе машинки каретка автоматически двигалась справа налево после оттиска каждой буквы. При нажатии на определенную клавишу, поднимался связанный с ней рычаг, который имел на себе стальную вырезанную букву. Эта буква ударяла по резиновому валику, по которому передвигалась бумага. Все буквы били в одну точку, так как были расположены по образующей цилиндра. Между бумагой и буквой автоматически проходила специальная лента, пропитанная черной или цветной краской. Стальная буква, ударяя в ленту, отпечатывала на бумаге свой оттиск. На каждом рычаге помещались две буквы. Для того чтобы напечатать вторую надо было сдвинуть нажимом на особую клавишу каучуковый цилиндр (переместить его в верхний регистр). При ударе по клавише не только приходил в движение соединенный с ней рычаг, но путем зубчато‑конического зацепления поворачивалась на определенный угол катушка с лентой, которая сматывалась с одной из них и наматывалась на другую, так что следующая буква ударялась по другому месту ленты. Когда вся лента проходила под шрифтом, особым рычагом менялось направление ее движения, и катушки начинали вращаться в обратную сторону. Одновременно с движением ленты навстречу ей под действием пружины перемещался упругий резиновый валик, несомый кареткой и поддерживающий бумагу. Обратное движение каретки производилось от руки. Таким образом, каждое нажатие на клавишу вызывало сразу три действия машинки: 1) буква оставляла оттиск на бумаге; 2) каретка смещалась на один шаг влево; 3) перемещалась лента. Все это достигалась благодаря взаимодействию различных частей пишущей машинки, главными из которых были печатающий механизм, шаговый механизм и ленточный механизм. Рассмотрим кратко, как происходила работа каждого из них. Передвижение каретки осуществлялось за счет пружины, шагового колеса (21) и двух собачек. После того как происходило нажимание на клавишу, в момент удара буквенного рычага о вал, задерживающая собачка (20) соскакивала с зубца шагового колеса. Одновременно зубец шагового колеса входил в зубец пропускной собачки, которая останавливала каретку для напечатывания буквы. Вслед за ударом (напечатыванием) и отскоком буквенного рычага от вала, каретка продвигалась влево на один зубец шагового колеса, которое вместе с кареткой вновь задерживалось собачкой (20) до следующего удара. В то же время при ударе по клавише (1) клавишный рычаг (3) опускался вниз и через нипель (26) передавал движение промежуточному рычагу (5) по направлению, указанному стрелкой. Нипель промежуточного рычага (6) в свою очередь давал толчок буквенному рычагу (9), который плечом рычага (16) отодвигал дугу сегмента (17) и приводил в действие шаговый механизм с пропускной и задерживаемой собачками. При следующем ударе по клавише повторялась та же работа печатающего устройства. После того как клавишу отпускали, пружина (22) ставила клавишный рычаг в исходное положение, таким образом возвращая в исходное положение всю систему рычагов. Тем же нажатием клавиши, как уже говорилось, приводился в действие ленточный механизм, назначение которого состояло в том, чтобы непрерывно переводить ленту с одной катушки на другую, подставляя для нового удара буквенного рычага по бумаге свежее красящее место. При каждом ударе по клавишному рычагу центральный стержень (2) поворачивался, сообщая свое движение посредством шестеренок (5 и 30) боковому стержню (29), на котором была насажена катушка с лентой (24). 46. ЖЕЛЕЗОБЕТОН Изобретению железобетона предшествовало открытие цемента — особого вяжущего вещества, способного затвердевать после добавления к нему воды. В 1796 году англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент — первую в истории марку цемента. В последующие годы были открыты новые рецепты получения цемента. Смешанный в определенных пропорциях с гравием, песком и водой цемент образовывал бетон. Благодаря своим пластическим свойствам (сырой его массе можно придать любую форму, которая потом сохранялась после застывания) бетон в первой половине XIX века широко вошел в употребление при строительных работах. Конструкции из бетона обладали высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью, водостойкостью, жесткостью и долговечностью. Но они, как и любой камень, плохо выдерживали нагрузку на растяжение, поэтому их использование было достаточно ограниченным. Бетон применяли в основном для сооружения тонких перегородок и балок пролетом до 4 м. Основным материалом для несущих конструкций служило железо в виде разного рода кованых стержней и полос. В отличие от бетонных, железные конструкции прекрасно выдерживали нагрузку на сжатие, растяжение и изгиб, но на открытом воздухе они быстро теряли эти качества из‑за коррозии. К тому же было замечено, что при нагревании свыше пятисот градусов железо становится текучим и теряет свою прочность. В результате, при сильных пожарах высотные дома, где несущая нагрузка была возложена на железные части, разрушались. К концу XIX века стала ощущаться сильная потребность в новом строительном материале, который сочетал бы в себе достоинства железа и бетона, но не имел бы их недостатков. Именно таким материалом и стал железобетон. Применяя по отдельности бетон и железо, строители долго не задумывались над тем, что их можно соединить вместе. К этому пришли опытным путем. Между тем положенная в опалубку арматура легко обволакивалась бетоном и оказывалась включенной в его массу. Вследствие большой силы сцепления железа с бетоном оба материала начинали работать как одно целое (очень важно, что бетон и железо имеют одинаковый коэффициент температурного расширения). Впервые патент на использование железобетона взял в 1854 году английский штукатур Вильям Уилкинсон. В дальнейшем он широко применял железобетон при строительстве перекрытий, а в 1865 году возвел в Ньюкастле‑на‑Тайне небольшой домик, целиком из железобетонных конструкций Из железобетона здесь были выполнены не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени и дымовая труба. По всей видимости, это был первый в истории железобетонный дом. Однако открытие Уилкинсона не получило широкого распространения и осталось незамеченным. Одновременно с Уилкинсоном свои опыты с железобетоном начал во Франции строительный подрядчик Куанье. Он построил с использованием этого материала несколько зданий, а в 1861 году опубликовал небольшую брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», в которой, в частности, писал, что железные стержни, включенные в бетон, увеличивают несущую способность бетона. Но открытие Куанье тоже не имело продолжения. Его фирма разорилась. Честь открытия железобетона связывается поэтому с именем другого француза — Жозефа Монье. Есть какая‑то странная ирония в том, что два профессиональных строителя, несмотря на все усилия, не смогли внедрить в строительную практику железобетон, но зато это удалось сделать человеку, весьма далекому от строительства, который и изобретение свое сделал совершенно случайно. Монье работал садовником в садоводческой фирме «Братья Флер» в Версале. С 1861 года он начал проводить опыты по изготовлению из песка и цемента садовых кадок. Вскоре ему удалось сделать бетонную кадку, в которой было посажено апельсиновое дерево. Спустя некоторое время Монье обнаружил трещины в стенках этой кадки. Тогда он укрепил ее железными обручами из проволоки. Железо вскоре стало ржаветь, образуя грязно‑бурые пятна и подтеки на поверхности кадки. Чтобы улучшить ее внешний вид, Монье обмазал ее сверху цементным раствором. Получившаяся таким образом железоцементная кадка оказалась настолько хороша, что Монье пришел к мысли и впредь делать кадки подобным образом. Существует мнение, что Монье действовал не только опытным путем, но был знаком с работой Куанье и заимствовал его идею. Но, как бы то ни было, ему повезло больше. Монье не только заслужил официальную славу создателя железобетона, но и сумел извлечь из своего изобретения некоторые материальные выгоды. В 1867 году он взял свой первый патент на переносные садовые кадки из железа и цементного раствора. Не успокоившись на этом, он начал производить с этим материалом новые эксперименты. В 1868 г. Монье построил в Майсонс‑Алфорте небольшой железоцементный бассейн и в том же году взял патент на железоцементный резервуар и трубы. В 1869 г он сделал патентную заявку на железоцементные плиты и перегородки и построил железоцементное перекрытие над своей мастерской. Строго говоря, с современной точки зрения, все эти изобретения еще не были железобетоном. Монье, не будучи профессиональным строителем, имел весьма смутные понятия о том, как взаимодействуют между собой бетон и железо. Он, к примеру, рекомендовал укладывать проволочную сетку в плите строго посередине ее сечения, в то время как рациональнее всего было располагать ее в нижней части конструкции. Однако это ни в коей мере не принижает его славы как первооткрывателя одного из самых замечательных и широко используемых строительных материалов XX века. Действительно — до Монье над созданием железобетона работало несколько изобретателей, но именно ему принадлежит заслуга его разностороннего практического применения. Раз добившись успеха, Монье в дальнейшем постоянно думал над расширением сферы применения своего изобретения. В 1873 году он получил патент на железобетонный мост, а в 1875 году представил экспертной комиссии его модель, которая выдержала испытание нагрузкой. В том же году изобретатель построил по этой модели пешеходный мостик с пролетом 16 м и шириной 4 м. В 1878 году ему был выдан патент на железобетонные балки и шпалы, а в 1880 году — объединенный патент на все заявленные им ранее конструкции. Тогда же он сделал заявки на свои изобретения в Германии и России. Нельзя, впрочем, сказать, что новый материал сразу получил повсеместное признание. Крупномасштабное применение железобетона началось только в следующем веке, когда железобетонные конструкции Монье были усовершенствованы другими инженерами и когда было разработано фундаментальное учение о железобетоне, раскрывшее его замечательные свойства. В XIX веке к этому был сделан только первый шаг. В 1879 году немецкий инженер Вайс, имевший свою строительную фирму, заинтересовался железобетоном и купил у Монье патентное право на применение его системы в Германии. Вслед за тем он скупил и все остальные его патенты. Именно благодаря Вайсу новый материал стал широко известен. В 1886 году по указанию Вайса были проведены научные опыты по исследованию свойств железобетона, давшие самые блестящие результаты. Однако действительно самостоятельным и новым строительным материалом железобетон стал лишь после того, как Вайс в 1887 году перенес арматуру из середины сечения, куда ее укладывал Монье, в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на растяжение. Известно, что Монье, увидев изготовление плиты на одной из берлинских строек, запротестовал против новой технологии, сердито спросив: «Скажите, кто изобретатель этой конструкции — вы или я?» На это Вайс спокойно ответил: «Вы первый соединили железо с бетоном, и поэтому я называю эту конструкцию системой Монье, но я первый правильно расположил железо и бетон, хотя, к сожалению, я не мог получить на это патента». Благодаря новшеству Вайса пролет железобетонной плиты был увеличен до 5 м. С этого времени железобетонные плиты стали получать все более многогранное применение в строительстве. Железобетон, например, произвел настоящую революцию в мостостроении, позволив разрешить множество затруднений, до этого казавшихся непреодолимыми. Раньше для сооружения мостов применяли тесаные камни точных размеров и железо специальных марок. Для укладки на место тяжелых камней и элементов металлических конструкций требовались мощные подъемные механизмы и особые транспортные приспособления. Между тем применение железобетонных конструкций не требовало крупных средств, так как большую часть их компонентов составляли широко распространенные в природе песок и гравий, которые можно было добывать на месте строительства. Укрытое в бетон железо не ржавело и сохраняло свою прочность намного дольше. Вместе с тем железобетон показал высокую огнестойкость. В то время как железные балки быстро разрушались при сильном пожаре, железобетонные конструкции выдерживали действие сильного огня в течение 4‑5 часов. Огромный интерес к железобетону появился после грандиозного пожара в Балтиморе в 1904 году, когда сгорело и разрушилось около 300 больших зданий, построенных с применением открытых железных конструкций. С этого времени все несущие конструкции делали только из железобетона. Широчайшее применение получил железобетон и в фортификации, поскольку показал вчетверо большую прочность по сравнению с обычным бетоном. жүктеу/скачать 8,62 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|