У истоков дизайна


         

Заслуга создания универсального парового двигателя


Заслуга создания универсального парового двигателя принадлежит английскому механику Джеймсу Уатту (1736...1819). В Глазговском университете, где Уатт работал, он изучал математику, физику, химию, механику, без знания которых работать над созданием парового двигателя было бы невозможно. Ремонтируя модель машины Ньюкомена, он пришел к мысли о необходимости отделить конденсатор от рабочего цилиндра, что удалось ему успешно осуществить и тем самым решить задачу об организации непрерывного действия, т.е. задачу создания принципиально новых конструкций передаточного механизма.
Поскольку первоначально все действующие паровые установки служили для откачки воды, функцию передачи движения в них выполнял балансир. В машине Уатта на балансир была возложена новая функция – преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Введение этого звена превратило паровую машину в универсальный двигатель капиталистической промышленности. Хотя балансир был неудобен, часто ломался и из-за несовершенства конструкции не мог удовлетворительно выполнять свою функцию (шток поршня двигался прямолинейно, а концы балансира описывали дугу), первое время, как форма наиболее привычная и изученная, он был необходимой деталью паровых двигателей. Балансир произошел от коромысла, известного со времен древнего насоса, от которого, как уже говорилось, была заимствована исходная форма паровой машины. Балансир оказывал огромное влияние на ее форму. Он доминировал над машиной сам по себе и определял вертикальное положение цилиндра, вовсе не обязательное для эффективной работы машины. На первых машинах Уатта балансир делался из дерева и достигал солидных размеров. Так, на одной из машин он имел длину 6 м при длине хода поршня 2,44 м.
Была ли общая форма паровой машины случайной? Основной ее узел – цилиндр с поршнем – получил форму, жестко обусловленную целесообразностью, имеющую многовековую историю, существующую и сегодня в двигателе внутреннего сгорания. Ее случайной назвать нельзя. Маховик был необходим для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня, ибо «неравномерность действия двигательной силы на мельницах, которые приводились в движение ударом и тягой при помощи коромысел, привела к теории и практическому применению махового колеса, которое впоследствии стало играть такую важную роль в крупной промышленности» [3]. Для самого Уатта ни один из узлов машины не был случайной находкой, так как он тщательно изучал различные варианты и много экспериментировал, отбирая из имевшихся возможностей наиболее приемлемые. Но объективно его работа зависела от многих внешних факторов, таких, как недостаточный уровень развития теории, сила утвердившихся мнений, ограничения патентного права.
Первые его двигатели строились с балансиром не только потому, что Уатт был связан существованием патента на коленчатый вал, как это принято считать. В те времена в научных кругах бытовало ошибочное мнение, что коленчатый вал приемлем лишь теоретически, но лишен практического значения из-за неравномерностей хода машины и предполагавшейся в связи с этим переменной длины хода. Вначале Уатт не был убежден в преимуществах маховика и коленчатого вала, и только проделав огромное число экспериментов, разработав и испробовав несколько систем передач, он остановился наконец на шатунно-кривошипной передаче.
Машина Уатта строго логична по форме. Композиционно она отчетливо подразделяется на ряд основных узлов. В фундаменте скрываются котел и топка, причем фундамент – это капитальная постройка, прочное основание с некоторыми элементами архитектурного стиля. С полной ясностью определены места цилиндра, балансира, маховика. Они расположены так, что не мешают друг другу и создают четкий ритм в работе. Благодаря простоте композиции и рисунка отдельных элементов функция каждой детали читается без затруднений; вместе с тем нельзя не почувствовать спокойный рабочий ритм как в статическом состоянии машины, так и в рабочем. Рисунок колонн, карнизов, постамента не лишен изящества: Уатт чувствовал гармонию формы и, заботясь о красоте своей машины, применил в ней элементы архитектурных форм.

Рис. 3.5. Паровой двигатель Дж. Уатта с балансиром
В результате многолетней настойчивой работы Уаттом был построен ряд экономичных двигателей, получивших широкое распространение. Это были огромные машины, для которых требовались специальные большие здания. Неудивительно, что скрытая в этом здании машина наделялась чертами, придававшими ей сходство с архитектурным сооружением, что выражалось в форме колонн, станин, в литой чугунной орнаментации. Машины были тихоходными, их детали огромными – все это усугубляло сходство с архитектурным объектом. Так стал зарождаться в машиностроении архитектурный стиль – явление, столь характерное для машиностроения первой половины XIX в.
Применение металла, довольно быстро вытеснившего дерево, сильно изменило машинные формы. В недавнем прошлом деревянные станины, балясины, балансиры имели резко очерченные прямолинейные формы, свойственные изделиям из дерева; когда для их изготовления стало употребляться чугунное литье, линии деталей приобрели характерные закругления с наплывами по краям, вызванные не столько заботой конструктора, сколько самой техникой литья. (Насколько материал изменяет форму изделия, видно из сравнения деревянного балансира, установленного на насосе инженера XVII в. Витторио Цонки, и аналогичного ему литого чугунного балансира машины Уатта.)
Впрочем, инженеры того времени уже замечали взаимовлияние формы и материала. Так, выдающийся английский механик и изобретатель Г. Модсли (1771...1831) сознательно избегал острых углов в железных и чугунных изделиях, считая, что острые углы скоро дают трещины, а в орудиях «острые углы не так приятны как для руки, так и для глаза. Он применял свою любимую систему круглых или вогнутых углов в различных случаях: например, в пунктах соединения спиц колеса со ступицею и косяками, и в доказательство превосходства таких углов протягивал руку и проводил параллель между ними и округленными углублениями в сочленениях пальцев или указывал на места прикрепления ветвей к древесному стволу» [4]. Наделенный художественным чутьем, Модели умел увидеть будущую форму в куске металла, как видит ее скульптор в глыбе мрамора, и требовал такого же умения от кузнецов. Он был искусным мастером кузнечного дела и любил сам выковывать модели будущих деталей, несколькими ловкими ударами молота придавая им безукоризненную форму.

Содержание  Назад  Вперед