Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
В статье исследованы содержание и сущность глобализационных процессов и их влияние на экономику России. Определена закономерная связь между периодами...полностью>>
'Курс лекцій'
1. Аніщенко О.В. Сучасні педагогічні технології: Курс лекцій: Навч. посіб. / О.В. Анищенко, Н. І. Яковець; За ред. Н.І. Яковець: Ніжин. держ. ун-т ім....полностью>>
'Автореферат'
Защита диссертации состоится 18 апреля 2009 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета ДМ. 212.261.08 при Тамбовском государственном университет...полностью>>
'Регламент'
Программа конференции является авторской и предусматривает обмен опытом работы в области проведения туристских мероприятий для молодежи, лекции, прак...полностью>>

История развития техники носит междисциплинарный характер

Главная > Документ
Сохрани ссылку в одной из сетей:

4.6. Краткое заключение

  1. В конце XIX в. в условиях углублявшегося и расширявшегося процесса концентрации и централизации производства назрела крупная энергетическая проблема – проблема передачи электроэнергии на большие расстояния и промышленного ее потребления. Только решение этой проблемы могло освободить промышленность от сковывавших ее местных энергетических условий.

  2. Техническим средством, позволившим решить проблему передачи электроэнергии на большие расстояния, явился трехфазный ток. Возможность возникновения техники трехфазного тока была подготовлена длительной историей исследований свойств вращающегося магнитного поля и возможностей его получения. В процессе изучения различных возможных многофазных систем было установлено, что наиболее экономичной и технически наиболее совершенной является система трехфазного тока.

  3. Основоположником техники трехфазного тока является М. О. Доливо-Добровольский. Его трудами была разработана во всех основных деталях новая комплексная область электротехники. Важнейшими изобретениями Доливо-Добровольского являются асинхронный трехфазный двигатель в двух его основных модификациях: с короткозамкнутым и фазным ротором; трехфазный трансформатор; несколько конструкций генераторов и трехфазный одноякорный преобразователь; основные схемы трехфазной цепи: трехпроводная и четырехпроводная.

  4. Генеральным испытанием системы трехфазного тока явилось сооружение и испытание передачи электроэнергии из Лауфена во Франкфурт-на-Майне. При протяженности линии передачи 170 км и напряжениях 15 кВ и около 30 кВ был достигнут к. п. д. 70 – 80%. Результаты Лауфен-франкфуртской передачи наглядно показали не только принципиальную возможность экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния, но и показали конкретные пути практического решения этой задачи.

  5. Успехи в развитии практической электротехники вызвали большой интерес ученых к вопросам теоретической электротехники, особенно теории переменного тока. В обстановке борьбы между сторонниками техники переменного тока и техники постоянного тока в 80-х и 90-х годах прошлого века трудами многих ученых были заложены основы теории переменного тока, теории трансформаторов и асинхронных машин.

  6. Возникновение техники трехфазного тока и решение проблемы электропередачи позволили приступить к осуществлению большого комплекса мероприятий по электрификации промышленности, транспорта, а позже и сельского хозяйства.

5. РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ МАШИН

5.1. Условия и стимулы развития машиностроения

Формирование и развитие крупного машинного производства в последней трети XIX – начале XX в. в значительной степени определялось возрастающими требованиями транспорта, строительства, военной техники, горного дела, металлургии. Для этих сфер производства в эпоху империализма характерен громадный рост, который, в свою очередь, стимулирует технический прогресс капиталистической промышленности в целом и в особенности развитие машинной индустрии.

Интенсивно растет в этот период мировая транспортная сеть. Являясь главным потребителем металла, угля, транспорт стимулировал рост горнодобывающей и топливной промышленности, металлургии и особенно таких отраслей машинной индустрии, как производство паровозов, пароходов, вагонов, специальных железнодорожных машин и оборудования, средств механизации для складов, портов и т. п.

В рассматриваемый период идет интенсивное качественное обновление средств транспорта. На железных дорогах появляются мощные локомотивы системы «компаунд», ставшие прообразом многих машин этого типа: дуплекс-компаунд, «Тектоник», «Грейт-Бритен» и др. Намного увеличились основные технико-экономические параметры локомотивов. Со времени применения первых паровозов их скорость возросла за 70 лет в 5 раз, мощность в 100 раз, сила тяги – в 30 раз. Развивается вагоностроение. Создаются новые типы вагонов, совершенствуются конструкции кузова, рессорных подвешиваний, буферных устройств, начинают широко использоваться пневматические тормоза. Появляются специальные вагоны для перевозки тяжелых машин и заводского оборудования, металлические вагоны для сыпучих продуктов, цистерны для наливных грузов.

Крупные технические сдвиги происходят и в водном транспорте. Увеличиваются размеры и водоизмещение кораблей, повышаются их скоростные характеристики и надежность. Водный транспорт, особенно военно-морской флот, стимулирует развитие паровых машин, использование паровых турбин.

Небывалый подъем испытывает в этот период строительная индустрия, развивающаяся в соответствии с запросами промышленности, транспорта, мировой торговли, военного дела. Интенсивное строительство заводов, фабрик, железных дорог, вокзалов, портов, каналов, военных сооружений потребовало создания строительной техники, различных типов дорожных, земляных, строительных машин: экскаваторов, специальных подъемных машин, главным образом кранов различной конструкции и назначения. Появляются мостовые краны для заводских цехов, железнодорожные и портальные краны. Для перемещения массовых сыпучих и штучных грузов получают применение ленточные, пластинчатые, качающиеся конвейеры.

С развитием машинной индустрии появились важнейшие технические нововведения в военном деле, которые впоследствии были использованы в мировой войне 1914 – 1918 гг. В свою очередь, высокоразвитая военная техника капиталистических государств служила одним из сильнейших стимулов для развития промышленного производства в целом, особенно военного машиностроения, станкостроения, двигателестроения, электротехники, приборостроения и т. д.

Создание машин нового типа повлекло необходимость качественного развития металлургии и горного дела. В свою очередь потребности горной промышленности, необходимость резкого увеличения добычи полезных ископаемых обусловили интенсивные изыскания в области механизации горных работ, привели к созданию врубовых машин, буровых станков, перфораторов, мощных подъемных машин и т. д.

Увеличение числа заводов и фабрик, рост городов и городского населения намного расширили внутренний рынок и увеличили спрос на продукты питания и сельскохозяйственное сырье, необходимое для обрабатывающей промышленности. Это создало необходимые предпосылки для развития сельского хозяйства, появления в этой области производства новой сельскохозяйственной техники, машин и оборудования для различных процессов земледелия и животноводства. Резко возрастает потребность в техническом оснащении отраслей промышленности, перерабатывающих продукты сельского хозяйства: масложировой, мукомольной, сахарной, мясной, молочной, винно-водочной, табачной.

Непрерывно возраставший спрос различных отраслей производства на машины создавал объективные стимулы и благоприятные предпосылки для бурного развития машиностроения. Но чтобы удовлетворить запросы развивавшейся промышленности, транспорта, военной техники, сельского хозяйства, машиностроение должно было вырасти качественно и количественно, превратиться в крупнейшую отрасль промышленного производства. Рассматриваемый период характеризовался прогрессом в области паровой энергетики, созданием более мощных паровых машин и, что особенно примечательно, появлением и бурным развитием электрического двигателя, ставшего основой машинного производства. Внедрение электрического привода позволило разработать многие типы металлорежущих станков, перейти к их широкому выпуску, обеспечить изготовление сложных энергетических, транспортных, горных, металлургических, сельскохозяйственных машин, изделий и оборудования для коммунальной и бытовой техники. Эти факторы и определяли характер развития машиностроения в последней трети XIX – начале XX в.

5.2. Особенности развития системы машин

В период с 70-х годов XIX в. до начала первой мировой войны объем продукции машиностроительной промышленности вырос в 5,5 раза. Наибольшая часть предприятий машиностроения была сконцентрирована в Англии, США и Германии, которые производили около 85% всей мировой машиностроительной продукции. Медленнее развивалось машиностроение во Франции, России, Австро-Венгрии, Италии.

По характеру выпускаемой продукции предприятия машиностроения этого периода можно разделить на две основные группы. К первой относились заводы, которые сосредоточивались на производстве машин какого-либо одного назначения. Это были главным образом предприятия, выпускавшие изделия, спрос на которые был очень велик: паровые машины и котлы, текстильные машины, металлообрабатывающие станки. Другую группу предприятий составляли заводы по производству машин и изделий разнообразного назначения. Эти универсальные машиностроительные предприятия наряду с паровыми и текстильными машинами выпускали и другое специализированное оборудование, например изделия для транспорта, горной промышленности, всякого рода механические приборы и т. п.

Рост выпуска машин, укрупнение фабрик и заводов сопровождались все большей специализацией производства. Специализация позволяла значительно совершенствовать технику, технологию и организацию производства и в конечном счете намного увеличивать выпуск машин и оборудования. На машиностроительных предприятиях узкоспециализированными становились участки, цеха, целые заводы. Осуществлялся постепенный переход от индивидуального к мелкосерийному, затем к серийному, крупносерийному и массовому производству.

Укрупнение и специализация предприятий, в свою очередь, вызывают все большую специализацию металлообрабатывающего оборудования. На узкоспециализированных станках обрабатывали одну деталь или выполняли только одну производственную операцию. Такое сужение функций станка при значительном росте его производительности создавало новые возможности для массового выпуска продукции, а также для последующей автоматизации самого процесса производства.

Развитие металлообработки шло под знаком повышения качества и рабочей скорости станков. Увеличение скоростей резания металла достигалось переходом от резцов из углеродистой стали к резцам из легированной стали, затем начали применять резцы из особых сверхтвердых сплавов. Совершенствование режущих инструментов, экспериментальные и теоретические исследования процессов металлообработки, новые изобретения в этой области способствовали значительному улучшению конструкций станков, росту их мощности. Это заставляло совершенствовать привод станков и способы управления ими.

Все более острой становится проблема двигателя в машиностроительной промышленности. Паровая машина, долгие годы господствовавшая в машиностроении, все больше ограничивала дальнейшее развитие машинного производства. Паровой привод был громоздким, немобильным, создавал большие трудности для передачи и распределения энергии по отдельным рабочим машинам. К тому же источники топлива по мере истощения местных ресурсов все более удалялись от мест потребления, что неизбежно удорожало эксплуатацию паровых машин.

Выход из положения мог быть найден только в создании новой энергетической базы машинного производства. Такой базой явилась электроэнергетика, широкое использование электрической энергии и электрического привода в машиностроении. Электродвигатель коренным образом изменил процесс приведения в движение рабочих машин, сделал привод машин надежным, удобным и экономичным. Исчезали громоздкие трансмиссии в цехах заводов, намного уменьшались потери энергии в промежуточных передачах, значительно улучшалось использование фабрично-заводских помещений. Переход от универсальных металлорежущих станков к узкоспециализированным и внедрение электрического привода стали наиболее характерными чертами развития машиностроения в последней трети XIX – начале XX в.

Специализация производства и использование электропривода привели к тому, что машинный парк стал представлять собой систему самых разнообразных, весьма производительных машин, способных заменять труд человека в важнейших отраслях производства. С помощью машин производилось сложное машинное оборудование, аппараты, приборы, изделия производственного и бытового назначения. Машиностроение становилось основой основ всего промышленного производства.

Претерпела изменения и организация машинного производства.

Простая кооперация однородных или разнородных рабочих машин, которая составляла основу механической обработки начального периода капитализма, постепенно и во все большем масштабе уступает место расчлененной системе машин. Наиболее активно она формировалась в машиностроении. Здесь система машин представляла собой сложную совокупность разнородных, но одновременно действующих машин, которые получали движение уже не от одного общего двигателя, а от индивидуальных двигателей при каждой рабочей машине или при группе машин. В системе машин предмет труда проходит последовательно ряд взаимосвязанных частичных процессов, которые выполняются цепью разных, дополняющих одна другую рабочих машин. Таким образом, один цех, а иногда и целое предприятие представляли собой гигантскую комбинированную систему, состоявшую из десятков и сотен рабочих машин различного типа.

Необходимость обеспечить непрерывность рабочих процессов в развитой системе машин предполагает строго определенное соотношение между числом, размерами, мощностью и быстротой действия машин. Это требует также согласования всех фаз производственного процесса, высокого уровня механизации основных и вспомогательных операций.

Непрерывность производственных процессов – характерная черта развития машинной индустрии, которая, в конечном счете, приводит к созданию автоматических машин и автоматизированной системы производства. В рассматриваемый период в машиностроении шел процесс развития расчлененной системы машин на основе совершенствования металлорежущих станков, углубления их специализации, внедрения электрического привода.

5.3. Технический прогресс станкостроения

Непрерывно возраставшее значение машин во всех отраслях производства вызвало бурное развитие станкостроения – технической базы всей машиностроительной промышленности. Металлообрабатывающие станки явились основой производства машин машинами. Их назначение – обработка всевозможных металлических заготовок с целью получения деталей определенной конфигурации, с заданными размерами, формой и качеством. Чем больше масштабы производства машин, тем более массовым должен быть выпуск деталей, тем более совершенными и производительными должны быть станки, обеспечивающие обработку необходимых деталей. Механический суппорт, примененный вначале для токарных и токарно-винторезных станков, был впоследствии превращен в весьма совершенный механизм и в модернизированной форме перенесен на многие станки, предназначенные для изготовления машин.

По мере совершенствования механического суппорта, системы зубчатых передач, механизма подачи, зажимных устройств и некоторых других конструктивных элементов кинематической схемы металлорежущие станки превращаются во все более развитые машины. В 70-х годах XIX в. машиностроение уже располагало основными рабочими машинами, позволявшими производить механическим способом важнейшие металлообрабатывающие операции.

Выдающуюся роль в развитии станкостроения сыграл машиностроительный завод, созданный Генри Модсли. По существу это была настоящая школа механиков-машиностроителей, развивавших прогрессивные технические традиции основателя английского станкостроения. Здесь начинали работу и творческую деятельность такие видные конструкторы, исследователи и изобретатели в области машиностроения, как Д. Витворт, Р. Робертс, Д. Несмит, Д. Клемент, Э. Уитни и др. Существенно то, что на заводе Модсли была применена уже машинная система производства: трансмиссиями соединялось большое число рабочих машин, приводимых в движение универсальным тепловым двигателем. Этот завод изготовлял вначале детали для паровых машин, а в дальнейшем выпускал токарные, строгальные и другие механические станки. По образцу завода Г. Модсли (впоследствии завод фирмы «Maudslay and Field») начали создаваться многие машиностроительные предприятия.

Ведущее положение в мировом станкостроении заняли заводы фирм «Nasmyth», «Whitworth», «Sharp and Robert» в Англии, «S. Sellers», «Pratt and Whitney», «Brawn and Sharp» в США. В 70 – 90-х годах американские предприятия, освоив выпуск новых типов станков (токарно-револьверных, универсально-фрезерных, карусельных, расточных, шлифовальных), начали опережать в техническом отношении английское станкостроение. В Германии производство станков начало развиваться в основном с 60 – 70-х годов XIX в. Здесь возникли фирмы «Reinecker», «Schiss», «Heimer und Рielz», «Waldrich», «Weisser» и др.

В России станки для оружейного производства (токарные, сверлильные фрезерные, резьбонарезные, протяжные, шлифовальные, полировочные) изготовляли на Тульском оружейном заводе. В дальнейшем такие станки начали строить Ижевский, Сестрорецкий, Луганский заводы. Основанный в Москве завод бр. Бромлей стал первым русским специализированным станкостроительным заводом (см. рис. 5.1); на Всероссийской выставке в Петербурге в 1870 г. он выставил несколько оригинальных станков: радиально-сверлильный, продольно-строгальный, поперечно-строгальный. На политехнической выставке в Москве в 1872 г. завод получил золотую медаль за экспонированные продольно-строгальные и колесо-токарные станки. В 1900 г. завод бр. Бромлей успешно демонстрировал свою продукцию на Всемирной промышленной выставке в Париже. Появились в России и другие станкостроительные предприятия: «Фельзер» в Риге, «Феникс» в Петербурге, «Штолле» и «Вейхельт» в Москве, завод бр. Маминых в Балакове, «Столь» в Воронеже, заводы Грачева и Доброва в Москве. Однако в целом выпуск станков в России был незначительным даже в 900-х годах; он не удовлетворял потребности развивавшейся промышленности ни по количеству, ни по техническому уровню. Это и служило причиной значительного импорта зарубежных станков для российских заводов и фабрик.

Рис. 5.1. Токарный станок завода «Бромлей» (Россия, 1915 г.)

Мировое станкостроение в последней трети XIX в. располагало пятью основными типами металлорежущих станков. Преобладающую часть станочного парка составляли токарные станки, которые применяли для обработки наружных и внутренних поверхностей тел вращения. На токарных станках обтачивали гладкие и ступенчатые валы, конусы, шары, различные фасонные поверхности, растачивали цилиндры, отверстия, нарезали резьбу. Вторую многочисленную группу составляли сверлильные станки, предназначавшиеся для сверления и обработки отверстий, а также для расточки и нарезки резьбы. Строгальные станки, подразделявшиеся на горизонтальные и вертикальные (долбежные), служили для обработки плоских поверхностей изделий. Расширялось использование фрезерных станков для обработки наружных и внутренних поверхностей особенно точных деталей, а также для получения изделий фасонной конфигурации. Наконец, пятую группу металлообрабатывающего оборудования составляли шлифовальные станки, на которых проводили чистовую обработку деталей различной формы с помощью абразивных материалов и инструментов.

В свою очередь, специализированные типы станков дифференцировались по характеру выполняемых в производственном процессе технологических операций. Появляются станки, предназначенные для выполнения одной определенной или нескольких аналогичных операций. Так, в группе универсальных токарных станков появился специализированный станок для растачивания длинных цилиндрических и полых изделий (типа орудийных стволов и гребных валов). Был создан горизонтально-расточный станок, предназначенный для точной расточки внутренних поверхностей. Специфика обработки крупных деталей малой длины и большого диаметра вызвала появление токарно-лобовых станков. Для тяжелых, крупногабаритных изделий, которые трудно установить на обычных токарных станках, создаются токарно-карусельные станки. Видную роль в металлообработке начинают играть токарно-револьверные станки, снабженные специальной револьверной головкой, в которой закрепляют разнообразные режущие инструменты. Некоторые станки револьверного типа позволяли устанавливать в одной головке до 12 – 16 инструментов.

Дифференцируются и другие типы станков. Из сверлильных выделяются радиально-сверлильные станки, предназначенные для сверления и последующей обработки отверстий в деталях больших габаритов, которые не могут устанавливаться на обычных сверлильных станках. Для строгания плоскостей крупных корпусных деталей (типа рам, станин, корпусов машин) создаются мощные продольно-строгальные станки с движущимся столом длиной 3 – 4 м и более. Появляются продольно- и карусельно-фрезерные станки, позволяющие обрабатывать одновременно по нескольку массивных деталей. Наряду с обычными шлифовальными станками конструируются круглошлифовальные станки для наружного шлифования, для внутреннего шлифования и т. д. Создается оборудование, специально предназначенное для нарезания зубьев в зубчатых колесах: зубофрезерные, зубодолбежные, зубострогальные станки. Усложнение деталей машин и специализация металлообработки приводят к появлению шлицефрезерных, шпоночно-фрезерных, протяжных, хонинговальных и других специальных станков.

Повышение производительности металлообрабатывающего оборудования требовало возможно большей механизации основных и вспомогательных операций, сокращения непроизводительных затрат времени. В то же время сужение функций станков прямо вело к упрощению выполняемых ими операций и тем самым создавало благоприятные условия для внедрения автоматических процессов. Были созданы полуавтоматические и автоматические станки, у которых подвод режущего инструмента в рабочее положение, подача инструмента и отвод его после работы в исходное положение совершались автоматически, без участия человека.

Первыми автоматизированными станками были деревообрабатывающие автоматы, сконструированные в США К. Випплем и Т. Слоаном. Один из первых металлорежущих автоматов создал американец X. Спенсер в 1873 г. на базе револьверного станка. В качестве управляющего устройства в этом автомате использованы кулачки и распределительный вал. Появившиеся в 70 – 80-х годах автоматы системы «Кливленд» имели устройства для накатки резьбы, для быстрого сверления отверстий, нарезания шлицев, фрезерования четырех плоскостей. Получили также распространение автоматы системы «Brawn and Sharp» и др.

Технический прогресс станкостроения привел к созданию в 90-х годах XIX в. многошпиндельных станков-автоматов; их появление было вызвано стремлением максимально увеличить число одновременно работающих инструментов и тем самым повысить производительность станка с помощью совмещения операций. В многошпиндельных автоматах могли включаться в работу десятки фасонно-отрезных, проходных и осевых инструментов. Однако в этот период станки такого типа еще не получили широкого применения.

Применение инструментов из быстрорежущей стали и твердых сплавов привело к постепенному изменению конструкции оборудования, к появлению так называемых «быстрообрабатывающих станков». Чтобы полностью использовать режущие свойства новых инструментов, конструкторы при проектировании станков должны были обеспечить большие усилия резания и большие скорости, чем при работе резцами из углеродистой стали. Потребовались большая мощность привода станков, большее число ступеней скоростей, более быстрое управление и обслуживание. Известный технолог проф. А. Д. Гатцук в предисловии к книге Ф. Тейлора писал, что появление быстрорежущей стали открыло новую эру в механическом деле.

Важной особенностью техники машиностроения конца XIX – начала XX в. было повышение точности производства машин. Во многом это было связано с работами известного английского станкостроителя Д. Витворта, внесшего в машиностроение принципы и методы точной работы. Витворту принадлежит изобретение первой измерительной машины; он ввел в практику машиностроения измерительные калибры и добился возможности измерять обрабатываемые поверхности с точностью до сотых, а позже и до тысячных долей миллиметра. Калибры Витворта, допускавшие точность пригонки машинных деталей порядка одной десятитысячной доли дюйма, составляли уже в 80 – 90-х годах неотъемлемую принадлежность каждого крупного машиностроительного завода в Европе и Америке. В последние годы жизни Витворта его предприятие могло изготавливать измерительные машины, обеспечивавшие точность до одной миллионной доли дюйма. На заводе Витворта были впервые реализованы принципы стандартизации и взаимозаменяемости резьбы на винтах, нашедшие впоследствии широчайшее применение в машиностроении и ставшие основой создания унифицированных и стандартных деталей и узлов машин.

Изготовление многочисленных деталей и частей машинного оборудования на специализированных и высокопроизводительных металлорежущих станках с соблюдением методов точных измерений, на прочной основе нормалей, стандартов и принципов взаимозаменяемости деталей подготовило техническую базу для перехода машиностроения к серийному и массовому производству изделий.

5.4. Промышленный электропривод

Развитие машин-двигателей в последней трети XIX в. шло в нескольких направлениях. Прежде всего, продолжалось, насколько это было возможным, совершенствование паровых машин, которые оставались основными энергетическими машинами на протяжении всего XIX столетия. В конце века в связи с развернувшимся строительством электростанций и крупных океанских судов быстро росли размеры и рабочие скорости стационарных паровых машин. Появились новые типы паровых котлов и более экономичные машины с числом оборотов от 200 до 600 в минуту, однако мощность их, как оказалось, можно увеличивать лишь до определенных пределов. Строились также машины очень больших габаритов (с мощностью до полутора десятков тысяч лошадиных сил), но они допускали невысокое число оборотов и были малоэкономичными.

К концу века появляются промышленные образцы паровых машин-двигателей вращательного типа. В 1889 г. шведский инженер К. Лаваль создал одноступенчатую активную паровую турбину небольшой мощности. При этом Лаваль решил ряд важных задач не только турбиностроения, но и машиностроения в целом. Он изобрел расширяющее сопло, дающее возможность превращать энергию давления пара в энергию скорости, сконструировал рабочий диск турбины так, что при вращении колесо надежно сопротивлялось разрывавшим его огромным силам инерции. Прибегнув к смелому техническому решению, изобретатель построил турбину с гибким валом, подтвердив на практике гипотезу о том, что при очень быстром вращении гибкий вал становится прямым. Наконец, Лаваль построил к своей турбине редуктор.

Предпосылкой практического внедрения паровой турбины было возникновение машин-орудий с высоким числом оборотов. К таким машинам-орудиям относились, например, дисковые пилы деревообрабатывающих заводов, для приведения в действие которых успешно начали применять паровые турбины. Машиной, для которой Лаваль использовал изобретенную им турбину, был сепаратор, применяемый в пищевой промышленности для отделения сливок от молока и требующий 6 – 7 тыс. об/мин. В 1893 г. на Чикагской всемирной выставке демонстрировались турбины Лаваля мощностью около 5 л. с. с числом оборотов 30 тыс. в минуту. Позднее одноступенчатые турбины Лаваля достигали мощности 300 л.с.

В 80 – 90-х годах ведутся работы по созданию и практическому использованию многоступенчатых реактивных турбин. Изобретатель турбины Ч. Парсонс (1884 г.) создал агрегат, который можно считать предшественником турбогенератора. К концу 90-х годов машиностроительный завод Парсонса освоил выпуск надежных в эксплуатации паровых турбин разного назначения. Этим было положено начало последующему крупному росту турбостроения в Англии, Германии, США, Франции и других странах.

Развитие техники машиностроения подготовило возможность реализации па практике идеи создания двигателей внутреннего сгорания. В 70 – 90-х годах XIX в. были созданы различные типы двигателей внутреннего сгорания (газовый двигатель Н. Отто, бензиновый двигатель Г. Даймлера, двигатель высокого сжатия Р. Дизеля, способный работать на тяжелом топливе). В течение одного-двух десятилетий двигатель Р. Дизеля получил массовое распространение в производстве, особенно для тяжелых самоходных машин – тракторов, кранов, экскаваторов, бульдозеров, а также для транспортных машин различного назначения.

В конце века появляется еще один тип теплового двигателя – газовая турбина, впервые построенная русским морским инженером П. Д. Кузьминским в Кронштадте в 1893 – 1897 гг. Однако развитие и внедрение газовых турбин из-за ряда технических трудностей стало возможным только во второй четверти XX столетия и в последующие годы.

По мере развития и усложнения производственной техники и необходимости дробления механической энергии паровая машина все более переставала быть универсальным двигателем. Ее функции постепенно и во всевозрастающем объеме переходят к другим, более совершенным и более эффективным машинам-двигателям. Паровая турбина становится двигателем электрогенераторов и крупных морских судов, дизель – двигателем локомотивов, судов, тракторов, экскаваторов; в автомобилях же и самолетах устанавливают легкий и экономичный бензиновый мотор.

В многочисленных рабочих и технологических машинах главным становится электрический двигатель. Применение в промышленности электропривода вместо паровых машин позволяло концентрировать производство электроэнергии на крупных электрических станциях, что вело к существенному упрощению системы промышленного энергоснабжения и к значительному ее удешевлению. Электропривод обеспечил широкое развитие разнообразных типов металлообрабатывающих станков, подъемных машин, лифтов, конвейеров, мотор-вагонов, погрузочно-разгрузочных машин и многих других видов производственной техники. В 80 – 90-х годах основным электрическим двигателем, применявшимся в промышленности, был двигатель постоянного тока. Основную сферу применения электропривода постоянного тока составляли крупные машинные агрегаты типа прокатных станов, шахтных подъемных машин и некоторые другие виды оборудования (рис. 5.2).

По мере дальнейшего развития электротехники, позволившего создать экономически выгодную и технически несложную систему трехфазного тока, открывались широкие возможности применения в промышленном производстве асинхронных двигателей переменного тока. Трехфазные двигатели могли широко использоваться в металлорежущих станках, в горных, строительных и текстильных машинах, в конвейерах, насосах, вентиляторах и т. д.

Простота конструкции асинхронного двигателя, особенно с коротко-замкнутым ротором, позволила устанавливать в цехе или на заводе сотни и тысячи таких двигателей. Асинхронные двигатели, надежные в эксплуатации, могли изготовляться герметически закрытыми, и, следовательно, их можно было использовать в самых тяжелых условиях: при повышенной влажности, в атмосфере бензиновых паров, различных газов и т. п. Асинхронные двигатели без повреждений выдерживают значительные кратковременные перегрузки. К концу 90-х годов электромашиностроительные заводы различных стран уже выпускали асинхронные двигатели в большом количестве и в широком диапазоне мощностей.

Внедрение электрического привода играло революционизирующую роль в промышленном производстве. Сначала электродвигатели устанавливали для привода отдельных машин и станков большой мощности. Затем в цехах предприятий стали заменять паровую машину, выполнявшую функции центрального привода, электродвигателем. Так создавался групповой электропривод с многочисленными трансмиссиями в цеху. Это неизбежно создавало повышенную опасность при работе и обусловливало тяжелые производственные условия. Трансмиссионные передачи представляли собой систему основных и распределительных валов с насаженными на них шкивами, от которых движение с помощью ремней передавалось на шкивы станков. Вся система получала вращение от мощного центрального двигателя, расположенного в цеху или вне цеха. В течение многих десятилетий трансмиссии были важной и неотъемлемой частью большинства машиностроительных, текстильных, пищевых, деревообрабатывающих и других предприятий. От расположения трансмиссионных установок (как при паровом, так и электрическом приводе) зависели технологические процессы, наличие и состав подъемно-транспортных устройств, конструктивные формы заводских помещений.

Рис. 5.2. Лобовой токарный станок с приводом от электродвигателя (Франция, конец XIX века)

В дальнейшем в связи с непрерывным ростом числа приводимых от одного двигателя рабочих машин энергию центральной двигательной установки начали рассредоточивать на несколько двигателей, размещенных в здании цеха. Единую трансмиссию делили на участки, обслуживавшие отдельные группы; такая групповая трансмиссия позволяла с большей гибкостью и надежностью управлять станками. Характерным примером группового электропривода может служить один из цехов Сестрорецкого оружейного завода, где в 1911 г. все металлорежущие станки были объединены в группы, каждая из которых предназначалась для одного вида работ и приводилась в действие общим электродвигателем через единый вал.

Совершенствование промышленных электродвигателей обусловило целесообразность применения для привода станков одиночного, или индивидуального, электропривода. Такой привод, соединенный лишь с одним станком, освобождает цехи промышленных предприятий от многочисленных трансмиссий, уменьшает холостые ходы машин, намного сокращает непроизводительные потери энергии. Индивидуальный электропривод позволяет каждому отдельному исполнительному механизму работать при наивыгоднейших скоростях; он дает возможность значительно ускорить процессы пуска и изменения направления вращения. Этапы развития электропривода иллюстрируются рис. 5.3 на примере радиально-сверлильных станков.

Рис. 5.3. Эволюция радиально-сверлильных станков на различных этапах развития электропривода: а – групповой электропривод с трансмиссионными передачами; б, в, г – индивидуальный электропривод с различной конструктивной компоновкой; д – многодвигательный электропривод

Индивидуальный электропривод существенно повлиял и на конструкцию самих рабочих машин. Слияние приводного двигателя с исполнительным механизмом получалось иногда настолько тесным, что конструктивно они представляли собой единое целое. Наиболее гармоничная конструктивная связь электропривода со станком осуществлялась при использовании фланцевых электродвигателей, которые выпускались в горизонтальном и вертикальном исполнении и могли непосредственно присоединяться к механизмам станков без промежуточных ременных передач. Фланцевые двигатели получили применение прежде всего для привода высокоскоростных шпинделей сверлильных, расточных, шлифовальных, полировальных и деревообрабатывающих станков. Эффективным оказалось использование в качестве индивидуального привода встроенных электродвигателей и особенно двигателей с изменяемым числом оборотов (регулируемый привод). При электрическом или электромеханическом регулировании скорости создаются возможности значительного упрощения кинематической схемы металлорежущих станков.

В начале XX в. преимущества использования индивидуального электропривода в различных отраслях производства, особенно в машиностроении, были доказаны. Такой привод на базе трехфазного тока получил широкое применение в промышленности. Этому способствовало и то, что электромашиностроительные предприятия освоили выпуск крупных серий асинхронных двигателей сравнительно небольшой мощности, предназначенных для металлорежущих станков, а также для ткацких, прядильных, полиграфических, деревообрабатывающих и других машин. Трехфазные электродвигатели очень быстро стали проникать не только на механические, но и на цементные и кирпичные заводы, на текстильные и бумажные фабрики, в рудники и шахты. Развитие индивидуального электропривода рабочих машин привело к еще более совершенной системе – многодвигательному электроприводу. В этом случае уже не только сама машина, но каждый исполнительный механизм единой машины приводится в движение отдельным электродвигателем. Например, в металлорежущем станке один двигатель приводит во вращение шпиндель, другой обеспечивает подъем или опускание рабочего органа, третий – поворот и т. д. Такой привод обычно снабжен развитой системой регулирования и автоматики.

В первых десятилетиях XX в. многодвигательный привод был осуществлен прежде всего в радиально-сверлильных и шлифовальных станках. Так, в станке для шлифовки шеек вагонных осей устанавливали шесть двигателей: два из них вращали шлифовальные круги, два обеспечивали подачу кругов в процессе обработки, один вращал обрабатываемую деталь и один приводил в действие насос и гидравлический домкрат. Впоследствии многодвигательный электропривод, обеспечивающий автоматическое выполнение технологических операций и согласование отдельных движений, получил большое распространение в станкостроении. Вследствие сокращения вспомогательных операций, более точного и плавного регулирования скорости существенно повысилась производительность станков, облегчился труд рабочих, улучшилось качество изделий. Существенные преимущества многодвигательного привода стимулировали его использование в горных, металлургических, текстильных, полиграфических и многих других машинах.

5.5. Краткое заключение

1. Возрастающие требования транспорта, строительства, военной техники, горного дела, металлургии обусловили в последней трети XIX – начале XX в. формирование и развитие крупного машинного производства. Для этих сфер производства характерен существенный рост, который, в свою очередь, стимулирует технический прогресс промышленности в целом и в особенности развитие машинной индустрии.

2. Усиливающаяся специализация позволяла значительно совершенствовать технику, технологию и организацию производства. На машиностроительных предприятиях узкоспециализированными становились участки, цеха, целые заводы. Осуществлялся постепенный переход от индивидуального к мелкосерийному, затем к серийному, крупносерийному и массовому производству. В промышленное производство активно внедрялся электрический привод.

3. Непрерывно возраставшее значение машин во всех отраслях производства вызвало бурное развитие станкостроения – технической базы всей машиностроительной промышленности.

4. В многочисленных рабочих и технологических машинах главным становится электрический двигатель. Применение в промышленности электропривода позволяло концентрировать производство электроэнергии на крупных электрических станциях, что вело к существенному упрощению системы промышленного энергоснабжения и к значительному ее удешевлению. Электропривод обеспечил широкое развитие разнообразных типов металлообрабатывающих станков, подъемных машин, лифтов, конвейеров, погрузочно-разгрузочных машин и многих других видов производственной техники.

РОЛЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМЕ ПРИВОДНОЙ ТЕХНИКИ

Процесс вытеснения пара электричеством совершался параллельно с прогрессом методов генерирования и передачи электроэнергии на расстояние, с успехами в создании электродвигателей и в разработке рациональных систем электропривода.

Основной технический вопрос, который стоял в начале 1900-х годов перед инженерами по электрооборудованию промышленных предприятий, заключался в выяснении преимуществ групповой и одиночной систем привода. Актуальность этого вопроса проистекала из потребности найти наиболее экономичный способ передачи и распределения механической энергии. Первоначально полагали, что одиночный привод требовал лишь дополнительных расходов на новые двигатели и электрическую передачу энергии. На старых предприятиях замена крупногруппового привода одиночным затруднялась или просто была невозможна из-за отсутствия места для расстановки электродвигателей. Поэтому переход к одиночному электроприводу на предприятиях с налаженным производством был сопряжен с коренной реконструкцией цехов.

Чтобы судить об экономичности различных систем привода, изучали эксплуатационный опыт и ставили специальные эксперименты. Такие исследования проводились в Германии, Франции, России и других странах. В первом десятилетии XX в. довольно отчетливо стали вырисовываться достоинства и недостатки обеих систем. Одиночный привод был гигиеничнее и безопаснее, сокращал время обработки сырых материалов и увеличивал производительность труда. Его чаще применяли в тех случаях, когда станки располагались на большой площади, а время их работы не совпадало. Групповой привод все еще одерживал верх при коротких трансмиссиях и тогда, когда нужно было приводить в движение серии станков, мощности которых не превосходили 3 – 5 л. с.

Первое десятилетие XX в. ознаменовалось существенными усовершенствованиями электрических машин. В эти годы развернулись научные исследования физических процессов в электромагнитных механизмах. Качество электрических машин удалось заметно повысить с получением новых ферромагнитных сплавов, идущих на изготовление остова. Например, в Германии были получены сплавы, отличавшиеся большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, что обеспечивало незначительные потери энергии в железе. Уточненные методы расчета, освоение рациональной технологии обработки деталей и разработка эффективных конструктивных форм также содействовали успеху. Все эти меры вели к уменьшению веса и снижению стоимости двигателей. Особенно сильно подешевели мелкие двигатели. По данным немецкого проф. Кюблера, цена двигателя переменного тока мощностью 1 л. с. упала с 450 марок в 1900 г. до 160 марок в 1908 г. Снижение цен прямо зависело от усовершенствования электродвигателей: за это же время затрата материалов на изготовление асинхронных двигателей сократилась более чем в два раза. Заметно уменьшился и вес машин постоянного тока: со второй половины 80-х годов XIX в. до 1912 г. вес электродвигателей снизился в 3,5 раза.

Наряду с массовым выпуском наиболее ходовых двигателей ведущими мировыми электротехническими фирмами («AEG», «General Electric», «Westinghouse», «Siemens& Halske», «Brown, Boveri & C°» и др.) осваивались электродвигатели специального назначения, предназначенные для привода наиболее ответственных исполнительных механизмов: прокатных станов (мощностью 10, 15 и даже 17 тыс. кВт), горнозаводского оборудования, в том числе подъемников, вентиляторов и т. п. Разработка специальных электродвигателей получала все большее развитие по мере того, как внедрялась новая форма организации производства – массовое производство, характерной чертой которого становилась специализация машин и инструментов.

Распространению одиночного электропривода содействовали достижения в создании электрических средств регулирования скоростью. Был создан встроенный одиночный привод, при котором двигатель и рабочая машина представляли собой единую конструкцию. Существенно упрощалась кинематика станков, повысилась их производительность, уменьшился расход энергии. Такой вид привода представлял собой более высокую ступень развития систем передачи энергии и получил со временем название индивидуального привода. Его появление было необходимой предпосылкой для создания автоматических электроприводов.

На повышение экономичности электропривода влияли успехи общего машиностроения и металлургии. Вместе с улучшением качества сталей повышались допустимые скорости вращения станков, что позволяло сблизить электрический двигатель и машину-орудие, отказываясь от промежуточных механических передач. Повышение скорости резания при введении инструментов из новых, более стойких материалов также заставляло конструкторов приближать двигатель к исполнительному механизму. Эти и некоторые другие факторы способствовали распространению одиночного привода, нашедшего первоначально наибольшее применение в промышленности США. Статистические данные свидетельствовали о быстром снижении средней мощности выпускавшихся американской промышленностью электродвигателей: в 1907 г. – 3,71 л. с, а в 1908 г. – 3,26 л. с. Такие электродвигатели применяли в прогрессировавшем в тот период одиночном электроприводе. Массовое применение одиночного привода за границей и в России началось в текстильном производстве.

К началу 1900-х годов относится появление еще одного звена в эволюции систем привода – зарождение многодвигательных агрегатов. Прежде всего нашли применение электрифицированные мостовые краны с отдельным двигателем для каждого рабочего движения. В 1905 г. в США был запатентован многодвигательный электропривод для бумагоделательной машины; вскоре получил признание многодвигательный привод крупных шлифовальных станков, выпускавшихся заводом «Рейнекер» (Германия).

Несмотря на появление прогрессивных форм привода, преобладающим оставался групповой и реже – одиночный с ременной передачей от двигателя к машине-орудию. Тем не менее, революционизирующее воздействие электропривода проявилось в полной мере в промышленном производстве в начале 900-х годов. Ни одно вновь вводимое крупное предприятие не ориентировалось на старый, трансмиссионный способ передачи механической энергии.

Другая техническая проблема при электрификации силовых процессов заключалась в рациональном выборе системы токов: постоянного или переменного трехфазного. Двигатели постоянного тока удерживали первенство там, где требовалось удобное и экономичное регулирование скорости вращения в широких пределах, а также при частом реверсировании. Выбор двигателей того или другого рода тока нуждался в индивидуальном решении.

Постепенно практика убеждала в большей надежности асинхронных двигателей при массовой электрификации машин-орудий. По американской статистике за 1905 г., на долю коллекторов и щеткодержателей машин постоянного тока приходилось 28% всех повреждений в электрических установках. По немецким данным за 1912 г., выход из строя электродвигателей постоянного тока составлял 11,5%, а для электродвигателей переменного – 9%.

За всю историю развития электропривод претерпел радикальные изменения, прошел путь от примитивного группового привода (общий двигатель – много трансмиссий – простые рабочие агрегаты) до высокоинтеллектуального, встраиваемого в технологические машины и осуществляющего сложнейшие операции в условиях изменяющихся внешних воздействий. Особенно сильно электропривод изменился за последние 20 – 25 лет, и главной причиной этих изменений стали успехи силовой электроники. Появились транзисторы, переключающие с частотой десятки килогерц токи в сотни ампер, стали штатным элементом совершенные контроллеры на микропроцессорных средствах, позволяющие просто решать сложнейшие задачи управления.

Жизнь не стоит на месте. Производственные технологии стремительно развиваются и необходимо четко сознавать, что краеугольным камнем в этих процессах является автоматизированный электропривод.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Междисциплинарный научно-практический сборник

    Документ
    Современный мир столкнулся с системным кризисом цивилизации. Если раньше мы могли прогнозировать и планировать развитие общественных институтов, экономики, то сейчас общество ежедневно оказывается лицом к лицу с непредвиденными ситуациями.
  2. Развитие региональной системы внешней оценки качества общего образования 13. 00. 01. общая педагогика, история педагогики и образования

    Автореферат диссертации
    Защита состоится 29 марта 2012 г. в 9.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.022.02 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Бурятском государственном университете по адресу: 67 ,
  3. Проблемы образования XXI века как предмет междисциплинарных научных исследований (По материалам VII межвузовской студенческой олимпиады) номинация «социальная работа» Орел – 2010

    Документ
    Проблемы образования века как предмет междисциплинарных научных исследований: сб. социальных проектов VII Межвузовской олимпиады 8-9 апреля 2010 г. – Орел: Орловский государственный университет, 2010.
  4. Проблемы и перспективы развития исторической информатики

    Анализ
    Анализ историографии последних лет показывает повышение интереса к теоретическим проблемам исторической информатики: осмыслению закономерностей и этапов ее развития, взаимодействия с другими областями научного знания, перспектив на будущее.
  5. Тема История экономических учений как наука. 2

    Документ
    Предмет истории экономических учений – процесс возникновения, развития и смены теоретических идей и взглядов отдельных экономистов, школ и направлений экономической мысли в различные эпохи и в различных странах в тесной связи с историей

Другие похожие документы..