/
Text
1 iЪ
ОЧЕРКИ ИСТОРИИ ТЕХНИКИ в РОССИИ
С ДРЕВНЕЙШИХ ВРЕМЕН ДО 60-х ГОДОВ XIX ВЕКА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» МОСКВА
1978
095 Очерки истории техники в России [Коллектив авторов.]—М.: Наука, 1978.— 385 с., ил.
«Очерки истории техники в России» — коллективный труд из четырех книг, в которых прослеживается инженерно-технический прогресс в нашей стране с древнейших времен до Великой Октябрьской социалистической революции. «Очерки» написаны на основе изучения архивных документов и литературных источников, содержат ряд новых, ранее не публиковавшихся материалов и являются оригинальным исследовательским трудом, представляющим интерес для широкого круга читателей, научных и инженерно-технических работников, для преподавателей и студентов, для лекторов и пропагандистов.
Настоящая книга посвящена истории техники древней и средневековой Руси, а также развитию техники горного дела, металлургии, энергетики и машиностроения с XVII в. до 60-х годов XIX в.
21.2
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ СЕРИИ:
Академик
И. И. АРТОБОЛЕВСКИЙ (председатель)
Доктора и кандидаты технических наук
А. С. ФЕДОРОВ (зам. председателя) С. Я. ПЛОТКИН, А. А. ЧЕКАНОВ, С. В. ШУХАРДИН
Ответственные редакторы
Вс. И. ОСТОЛЬСКИИ, А. А. ЧЕКАНОВ
Ип. М 50095.
УНИ
20100—056
° 055 (02)—78 БЗ—43—34—78
Q Издательство «Наука», 1978 г.
NO PAGE IN ORIGINAL
NO PAGE IN ORIGINAL
ПРЕДИСЛОВИЕ
Изданием предлагаемой книги Институт истории естествознания и техники Академии наук СССР продолжает публикацию сводных исследований по истории техники в нашей стране.
Необходимость таких публикаций вряд ли нуждается в доказательствах. Она обусловлена неослабевающим интересом широких читательских кругов к отечественной истории и все более отчетливо осознаваемой практической необходимостью привлечения историографических сведений к анализу современного состояния техники и к определению ее предвидимого будущего.
Являясь первым сводным трудом в этой области, «Очерки истории техники в России с древнейших времен до 60-х годов XIX века» содержат систематическое изложение развития ее основных отраслей. Вместе с «Очерками истории техники в России с 60-х годов XIX века до 1917 года» и «Очерками развития техники в СССР» они составляют единую серию, знакомящую читателей — преподавателей и учащихся различных учебных заведений, работников промышленности, транспорта и сельского хозяйства, научных работников, ведущих исследования в области общественных наук,— с общей исторической направленностью технического прогресса на территории нашего государства и с главнейшими событиями, определявшими этот прогресс.
Выполнение подобных работ связано с определенными трудностями. Все еще слабо изучена история техники в древней и средневековой Руси, а также в союзных республиках Прибалтики, Закавказья и Средней Азии. Воссоздание единой картины развития технических знаний и обогащения инженерного опыта у народов Советского Союза все еще относится к категории особо сложных и до конца не решенных задач. Наконец, объем издания- определил весьма жесткие требования к отбору помещаемых сведений. В книге публикуются лишь наиболее существенные и наиболее характерные события в истории технического совершенствования ведущих производств.
Таким образом, «Очерки истории техники в России с древнейших времен до 60-х годов XIX века» не претендуют на исчерпывающую полноту изложения. Рассчитанные на широкую читательскую аудиторию, они могут относиться к научно-популярным работам. Вместе с тем «Очерки» являются оригинальной комплексной исследовательской работой, так как они основаны на результатах археологических исследований, на изучении архивных фондов и литературных первоисточников, излагают последовательное развитие техники с учетом важнейших социально-экономических факторов, международных технических связей и
5
взаимодействия между техникой и естествознанием и вводят в практику историко-технических исследований новые, ранее не публиковавшиеся материалы, представляющие несомненный интерес для специалистов.
В настоящей книге «Очерков» прослеживается история техники на территории Русского государства до возникновения феодального общества, развитие техники земледелия, сельских и городских ремесел, средств сообщения и военного дела в древней и средневековой Руси (с IX по XVI в. включительно) и развитие техники горного дела, металлургии, энергетики и машиностроения в России с начала XVII в. по 60-е годы XIX в.
Рассмотрение истории конкретных областей техники предваряется вводной главой, содержащей общую характеристику социально-экономических условий ее развития и роста научно-технических связей в соответствующие исторические периоды.
Книга иллюстрирована чертежами и рисунками, в преобладающем большинстве заимствованными из архивных и музейных фондов, и снабжена справочным аппаратом (библиографией, предметным и именным указателями).
Общее редактирование книги выполнено Вс. Остольским и А. А. Чекановым. В редакционной подготовке книги участвовали В. К. Кузаков и Т. Д. Разумова.
Авторы книги: введение — В. К. Кузаков; первый раздел: глава I — Н. Н. Стоскова; глава II — А. А. Дорогов (механизмы и машины), А. С. Соловьева (химические промыслы) и А. А. Ураносов при участии Л. М. Бекасовой; второй раздел: глава I—А. А. Кузин и С. В. Шухардин (открытие и разведка полезных ископаемых, техника добычи руд и каменного угля) и А. К. Трошин (техника добычи нефти); глава II — В. Б. Яковлев (с использованием материалов О. И. Павловой в параграфах по истории техники цветной металлургии); глава III — Б. Н. Ржон-сницкий (вододействующие силовые установки, плотины вододействующих устройств), Ф. Я. Нестерук (вододействующие колеса и гидравлические турбины) и И. Я. Конфедаретов (паросиловые установки и паровые двигатели); глава IV —А. А. Чеканов (техника кузнечного и литейного дела), Ф. Н. Загорский (металлорежущие станки), Вс. И. Остальский (вводный параграф, подъемно-транспортное оборудование машиностроительных производств), Л. И. Уварова (конструирование машин) и А. А. Дорогов (возникновение и развитие теории механизмов и машин).
ВВЕДЕНИЕ
ПЕРВОБЫТНООБЩИННЫЙ И РАБОВЛАДЕЛЬЧЕСКИЙ СТРОИ
Палеолит и неолит
На территории СССР районами, где шел процесс становления человека, были современная Армения, Абхазия, Туркмения, Крым и Украина. В Армении обнаружена древнейшая на территории нашей страны стоянка первобытного человека (Сатани-Дар). К 1954 г. по всему СССР было известно 100 стоянок времени нижнего палеолита и 300 — верхнего.
Культура палеолита представлена наскальными изображениями в районе Беломорья, недавно обнаруженными росписями стен Каповой пещеры на Южном Урале и обязательными для каждой палеолитической стоянки резными из камня и кости женскими фигурками, свидетельствующими о наличии у племен этих стоянок отношений матриархата.
Пятое — второе тысячелетие до нашей эры относятся к эпохе нового каменного века (неолита) —времени изобретения человеком глиняной посуды и формирования местных культур. Только в бассейне Оки и Клязьмы таких культур насчитывается несколько: льяловская, белев-ская, рязанская, волосовская, балахнинская. Общим для них является господство ямочно-гребенчатого орнамента. Основное занятие людей — охота и рыболовство. Стоянки человека неолита найдены также в Южном Зауралье, Западной Сибири, Карелии, Прибалтике, Подмосковье, Средней Азии.
В конце неолита в Закавказье, Крыму и Средней Азии уже было известно земледелие и скотоводство. Одна из самых древнейших земледельческих культур на территории нашей Родины обнаружена в Анау (Средняя Азия) и относится к четвертому тысячелетию до н. э. Распространение мотыжного земледелия в сочетании со скотоводством отмечено и в Южных степях европейской части СССР.
В третьем тысячелетии до н. э. земледелие распространяется на Грузию, Армению и Азербайджан. На территории Украины известна замечательная трипольская культура земледельцев и скотоводов, вскрыты остатки поселков, насчитывавших до 200 домов.
Бронзовый век
Примерно с последней четверти третьего тысячелетия до н. э. на территории СССР неолит сменился бронзовым веком, в котором от Подонья и Поволжья до Южной Сибири господствовала оседлая пастушеско-земледельческая система хозяйства. В европейской части СССР в это время получило дальнейшее развитие скотоводство.
7
На Алтае и в Южной Сибири переход от охоты к скотоводству привел к возникновению патриархальных отношений. Бассейны рек Енисея и Урала во втором тысячелетии до н. э. занимали андроновские племена с развитым земледелием и скотоводством.
На Кавказе и в Закавказье эпоха бронзы ознаменовалась распадом патриархально-родового строя и появлением имущественного неравенства, о чем свидетельствует разнообразный по богатству инвентарь погребений (Триалети). Политические объединения, близкие к раннегосударственному строю, появились здесь уже в конце бронзового века.
Аналогичный процесс протекал и в Средней Азии (Южная Туркмения, Анау). На севере же европейской части СССР и в Забайкалье продолжали господствовать родо-племенные отношения, и неолитическую культуру трудно отличить от последующей бронзовой.
Железный век
В первом тысячелетии до и. э. южные просторы европейской части СССР занимали племена скифов, переходящие к кочевому и полукочевому скотоводству. И здесь развитие производительных сил вело к расширению обмена с племенами земледельческих культур и образованию ремесленно-торговых городских центров. Раннерабовладельческое государство скифов, испытавшее значительное влияние греческой культуры, образовалось в Крыму.
На Востоке (район Енисея) известна тагарская культура (V в. до н. э.) с патриархально-родовым строем. На Алтае встречаются следы классового неравенства (V—III вв. до н. э.). Здесь же в могилах находят привозные изделия из Средней Азии и Ирана. Эту культуру с конца первого тысячелетия до н. э. сменила тахтышская, с преимущественной ролью железа в быту земледельцев и скотоводов. То же характерно и для Средней Азии (Хорезм). С распространением рабовладельческого уклада здесь появились древнейшие рабовладельческие государства.
Центральную и северную области страны в это время занимали группы племен с патриархально-родовым строем, обрабатывавшие землю, занимавшиеся скотоводством и имевшие известные навыки в обработке железа. С VII в. до н. э. среднее течение Волги и Оки занимали племена дьяковцев, а бассейн Камы населяли ананьинцы и пья-ноборцы. У всех перечисленных племен более или менее интенсивно шел процесс разложения первобытно-общинного строя.
Племенные союзы и рабовладельческие государства в Закавказье и Средней Азии
С образованием классового общества возникла необходимость в государственных объединениях, которые могли бы защитить приобретенные знатью богатства и способствовать захвату земель и материальных ценностей. Эти потребности общественного развития привели к тому, что в Закавказье в IX в. до н. э. у оз. Ван (Турецкая Армения) сложилось раннерабовладельческое государство Урарту с высокой культурой земледелия, основанного на сложной системе ирригации и славившегося высокой техникой обработки металлов, письменностью, развитием математических наук.
На территории Армении в IV в. до и. э. образовалось Армянское царство, в III в. до н. э. в Грузии — Колхидское, в северном Азербайджане
8
в IV—III вв. до н. э. существовал Албанский союз племен. В Средней Азии в первом тысячелетии до н. э. были высокоразвитые государства Хорезм, Бактрия, Согд, население которых занималось преимущественно земледелием. Несколько позднее здесь создалось Кушанское царство. Это было время формирования на основе государственных объединений армянской, грузинской, таджикской и других народностей Закавказья и Средней Азии.
Северное Причерноморье и славянские племена
Северное Причерноморье в первом тысячелетии до н. э. было заселено киммерийцами и скифами (земледельцами и скотоводами). Процесс классообразования привел к созданию рабовладельческих государств. В IV в. до н. э. возникло Скифское царство, затем объединение сарматских племен. В VI—V вв. до н. э. в ходе колонизации Северного Причерноморья греки создали ряд городов-государств: Ольвию, Херсонес, Феодосию, Пантикапей и Танаис. Здесь произошло одно из самых ранних восстаний рабов на территории СССР (под руководством Сов-мака).
У раннеславянских племен в первом тысячелетии до н. э. наметилось деление на восточных, южных и западных, причем восточные славяне к этому времени уже осели в долинах рек Оки, Волги, Десны и Днепра. Основным их занятием было земледелие.
ЗАРОЖДЕНИЕ ФЕОДАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИИ
Дальнейшее разложение первобытнообщинного строя и образование основных классов общества, появление частной собственности на землю и орудия труда, эксплуатация знатью соплеменников-земледельцев привели к зарождению феодальных отношений. Основу феодального способа производства составляла собственность феодала на землю и неполная собственность на производителя-крестьянина. Прогрессивность перехода от первобытнообщинного строя к феодализму выражалась в том, что производственные отношения были приведены в соответствие с производительными силами общества.
Начальная фаза феодализма характеризуется безраздельным господством натурального хозяйства, т. е. системы, когда продукты производятся не для рынка, а для удовлетворения нужд своего хозяйства.
Раннефеодальные отношения в Армении, Грузии и Азербайджане возникли в l-ofi половине первого тысячелетия н. э. В Средней Азии Хорезм и Согд в VI—IX вв. в силу эволюции общественных отношений постепенно превращаются в государства феодальные, развитие которых несколько тормозилось арабским завоеванием.
В европейской части нашей страны земли на восток от Днепра в IV—IX вв. занимали в основном скотоводческие племена антов. Севернее Азовского моря шла длительная борьба славянских племен с объединением готов, что и привело к образованию в IV в. объединения славянских племен во главе с Божем.
На территории Причерноморья, а также на Северном Кавказе и в Поволжье в VI в. образуются племенные союзы, давшие позднее начало Аварскому, Хазарскому и Болгарскому государствам. В Среднем Поволжье до XIII в. существовала Волжская Болгария с центром в г. Булгаре.
9
Объединение славянских племен было ускорено внешней причиной: наступлением аваров. В VI в. в Прикарпатье сложилось объединение славян — дулебов. В IX в. в Восточной Европе возникли центры славянских племен: Славия, Куявия и Артания. Восточным славянам было известно пашенное земледелие, они занимались охотой, скотоводством и рыболовством. В связи с начавшимся разделением труда (земледелие отделяется от скотоводства) появляются зачатки товарного производства. С ростом политической роли славянских объединений завязываются торговые отношения с Востоком и Западом («путь из варяг в греки»).
Усиливалась имущественная дифференциация в славянских племенах. Значительные материальные средства сосредоточились у знати, формировалось классовое общество, что и подготовило образование в IX в. государства.
Древнерусское государство
К 882 г. Киев объединил славянские племена полян, словен, кривичей, древлян, северян, радимичей, уличей, тиверцев и вятичей. Образовалось Древнерусское государство, основной формой эксплуатации в котором был сбор дани (меха, мед). Во главе государства стоял великий князь, представителями его власти в городе были тысяцкие.
Дальнейшее развитие феодальных отношений в IX—XI вв. привело к тому, что князья и дружинники, захватывая земли общинников, становились крупнейшими землевладельцами. Частые войны, многочисленные поборы подрывали хозяйственную самостоятельность общины и ускоряли ее расслоение. В связи с этим обострялась классовая борьба, что в IX в. привело к кодификации норм феодального права господствующим классом («Русская правда»),
О степени общественного разделения труда у славян можно судить по возникновению в VIII—XI вв. таких городов, как Киев, Новгород Великий, Смоленск, Полоцк, ставших одновременно военными и торговоремесленными центрами.
Дальнейшему укреплению феодального строя на Руси способствовало и принятие в X в. христианства, объединившего население Руси рамками единой идеологии, освящавшей систему господства и подчинения. Вместе с тем христианская церковь способствовала поднятию международного авторитета Древней Руси и росту ее культуры (развитие письменности, перевод византийских книг, расцвет живописи, зодчества).
Киевское государство успешно осуществляло внешнеполитические мероприятия — разгром Хазарского каганата в 965 г., Волжской Болгарии в 968—969 гг. Показателем роста могущества и влияния древнерусского государства были и широкие династические связи с царствующими домами Англии, Франции, Германии, Скандинавских стран и Византии. Торговые связи существовали с южными и западными славянами, с Кавказом, Средней Азией, Прибалтикой, Волжской Болгарией.
В XI в. в древнерусском государстве растут княжеские и боярские вотчины, дружинникам в условное пользование раздаются земли, и все больше крестьян вовлекается в сферу феодальной эксплуатации. Уже с конца XI в. распространяется отработочная рента (барщина). Одновременно с дальнейшим развитием производительных сил возникает ряд новых городов, превращающихся в центры ремесла и торговли. Усиление феодальной эксплуатации приводит к обострению классовой борьбы. В 1024 г. происходит восстание в Суздальской земле, в 1068 г.— в Киеве,
10
в 1071 г.— в Ростовской земле. Сразу же после их подавления появляется «Правда Ярославичей», направленная против народных масс.
В древнерусском государстве достигнут высокий уровень ремесленного производства, создается богатая материальная и духовная культура (древнерусская письменность известна в X в., а раскопки Новгорода Великого обнаружили берестяные грамоты XII—XV вв. с хозяйственными записями и частными письмами горожан). Древнейшим памятником русской письменности является «Остромирово евангелие», создаются замечательные литературные произведения («Повесть временных лет», «Слово о полку Игореве»), проникнутые патриотической идеей единства славян, их силы и могущества. Строятся великолепные Софийские соборы Киева, Новгорода Великого, Полоцка. С укреплением Древнерусского государства формируется древнерусская народность, основа будущих русской, украинской и белорусской наций.
Киевское государство было одним из самых значительных государств Европы того времени.
Закавказье и Средняя Азия в IX—XII вв.
Основными занятиями населения этих районов были земледелие, садоводство, виноградарство, виноделие, скотоводство и шелководство. Города Двин, Ани, Карс, Тбилиси, Баку стали центрами ремесленного производства и торговли. Как и на Руси, здесь широко практикуется закрепощение крестьян.
После изгнания из Закавказья арабских завоевателей на территории Армении в IX в. было создано Ширакское царство, на территории Грузии в IX—X вв.— государство Тао-Кларджетия. Объединить Грузию удалось только на рубеже XI—XII вв., что благоприятно сказалось на развитии торговли и массовом каменном строительстве. Это государство достигло своего расцвета при царице Тамаре (рубеж XI—XII вв.). Политическое объединение и подъем экономики способствовали расцвету грузинской культуры («Витязь в тигровой шкуре» Ш. Руставели).
Армения в XI в. восстанавливает экономику, подорванную сельджуками. Здесь создается Киликийское царство (1080—1375). Идет процесс образования крупных феодальных хозяйств, развиваются ремесла, растут города, укрепляются связи с Северным Причерноморьем. О высоком уровне культуры Армении говорит рост числа школ в XI в., развитие медицины, науки о праве, живописи, архитектуры. В IX в. Армения располагала крупными феодальными центрами, где сосредоточились ремесла и торговля. В XII в. подъем экономики привел к наивысшему расцвету культуры того времени (поэзия Низами).
В Средней Азии образуется таджикское государство Саманидов с высокоразвитым сельским хозяйством, ремесленным производством и торговлей, с крупнейшими городами (Мерв, Бухара). Культура Средней Азии этого периода представлена именами Ибн-Сины и Фирдоуси.
ФЕОДАЛЬНАЯ РАЗДРОБЛЕННОСТЬ РУСИ
Рост земельных богатств феодалов, увеличение их политического веса в условиях натурального хозяйства вели к постепенному (начиная с XI в) обособлению отдельных областей, отпадению их от Киева и образованию самостоятельных политических объединений. Это был закономерный процесс развития феодальных отношений. В этих условиях уси
11
ливалась роль отдельных городов (Ростов, Новгород, Ярославль и др.) как центров княжеств. По свидетельствам летописей, в XI—XII вв. появилось до 190 городов. Время феодальной раздробленности — время развития отделоных земель, увеличения площади посевов, совершенствования в местных условиях приемов обработки земли.
Наиболее крупными экономическими и политическими образованиями были Ростово-Суздальское княжество, Новгородско-Псковская и Га-лицко-Волынская земли.
Ростово-Суздальское княжество занимало междуречье Оки и Волги, где лесные массивы перемежались «опольем» (плодородными безлесными землями). Основным занятием населения было земледелие. Именно сюда направлялся поток переселенцев из Поднепровья и Новгородской земли. Бурный рост городов в XII в. (Москва, Кострома и др.) говорит о том, что Ростово-Суздальская земля занимала одно из центральных мест в системе русских княжеств. Но затем, в ходе развития феодальных отношений, Ростово-Суздальское княжество разделилось на ряд мелких: Переяславское, Ростовское, Суздальское, Московское, Ярославское.
Земли Новгорода Великого и Пскова простирались от Восточной Прибалтики и Западной Двины до Урала. До 1348 г. в состав новгородских земель входил и Псков. Население занималось земледелием. Широко развиты были и промыслы: охота, бортничество, рыболовство, добыча железа, солеварение. Новгород — один из крупнейших центров ремесленного производства Руси. Через него шла торговля центральных районов с Западом (в XIII—XV вв. с союзом североевропейских городов — Ганзой). В 1136 г. новгородское боярство, воспользовавшись благоприятной обстановкой (волнением посада), образовало Новгородскую феодальную республику, которой правили боярская аристократия и епископ. Почти все решения боярского совета утверждались вечем (собранием всего мужского населения города). В связи с проводимой Новгородом активной торговой политикой здесь рано появились купеческие объединения (например, купцов-вощаников).
История Великого Новгорода заполнена выступлениями народных масс (посада совместно с крестьянским населением) как ответом на феодальную эксплуатацию и непрекращающимися столкновениями с Литвой и немецким орденом в Прибалтике.
Что касается Галицко-Волынской земли, то здесь благоприятные природные условия способствовали более быстрому развитию производительных сил в земледелии, росту промыслов и торговли. Здесь рано развилось крупное боярское землевладение. После отделения от Киева в 1187 г. это княжество стало объектом нападения со стороны Литвы, немецких, польских и венгерских феодалов. Княжество достигло наивысшего могущества при Данииле Галицком (1238—1264), но уже в XIV в. земли княжества были захвачены Литвой и Польшей.
Несмотря на феодальную раздробленность, экономические и культурные связи русских земель не были полностью разорваны. Единство культуры сказалось в идентичности архитектурных форм многочисленных соборов Древней Руси, в приемах живописи, в развитии летописной традиции. Сохранились экономические и культурные связи Руси с южными славянами, Кавказом, странами Запада и Востока.
12
Монголо-татарское нашествие
Развитие русских земель было приостановлено вторжением монголо-татар. Военно-феодальная держава монголов, образовавшаяся в начале XIII в. на территории Южной Сибири и Центральной Азии, после, завоевания Северного Китая направила агрессию на Запад. Монголы разгромили Хорезмское государство в Средней Азии, захватили Закавказье, а в 1223 г. на р. Калке нанесли поражение ополчению русских княжеств, чему в значительной мере способствовала несогласованность действий русских князей. В 1237—1238 гг. Батый сжег Рязань и опустошил Северо-Восточную Русь. Этот страшный удар на долгое время подорвал экономику русских земель. В особенно тяжелом положении оказались города, из которых завоеватели вывезли ремесленников. Пришло в упадок и сельское хозяйство. В 1235—1239 гг. монголы захватили все Закавказье. Несколько позднее пала Западная Грузия. Вторая волна нашествия монголо-татар в 1239 г. захлестнула Киев.
Мужественное сопротивление народных масс на Руси вынудило Батыя отказаться от похода в Центральную Европу и отойти в низовья Волги, где было основано ханство Золотая Орда.
На западные границы Руси с середины XIII в. начали наступление немецкие и шведские феодалы, в борьбе с которыми Новгород и Псков часто действовали в союзе с населением Прибалтики. Однако отсутствие согласованности в действиях местных прибалтийских племен ослабило их сопротивление, и немецким феодалам удалось захватить большую часть Прибалтики.
Наступление немцев и шведов на русские земли было остановлено дружинами во главе с князем Александром Ярославичем (Невская битва со шведами в 1240 г. и битва с Ливонским орденом на Чудском озере в 1242 г.).
Что касается земель, завоеванных монголо-татарами, то их обложили тяжелой данью. Систематически проводились переписи населения для взыскания налогов, действовала система княжений по ханским ярлыкам. Сочетание феодальной эксплуатации и гнета завоевателей привело к переплетению антифеодальной и освободительной борьбы русского народа (восстание в Новгороде в 1259 г., в Твери в 1293 и 1327 гг. и др.).
Со второй половины XIV в. начался постепенный подъем экономики страны и дальнейшее развитие ее производительных сил. Этот подъем начался в земледелии в междуречье Оки и Волги. В связи с притоком, населения там осваивались новые земли, получили широкое распространение плуги и сохи с железными лемехами, внедрялась двух- и трехпольная система севооборота. Восстанавливались скотоводство и промыслы (солеварение, рыболовство). О возрождении городской жизни говорит возобновившееся каменное строительство (с 1285 г.— в Твери, с 1326 г.— в Москве). Налаживаются торговые связи со странами Востока и Запада. По-прежнему большую роль во внешней торговле Руси играет Новгород. В Москве известно объединение купцов-сурожан, торговавших с Сурожем. Смелое путешествие в Индию во второй половине XV в. осуществил тверской купец Афанасий Никитин, описавший его в книге «Хождение за три моря».
XIV и XV вв. характеризуются ростом феодальной и монастырской собственности, возникновением и укреплением системы условных держаний за счет сокращения «черных» крестьянских земель. Основными! видами феодальной эксплуатации был натуральный оброк и отработки, тяжесть которых вызывала отпор со стороны крестьянских масс. Русь этого времени знает различные формы классовой борьбы, от бегств на
13
другие земли и поджогов усадеб до убийств отдельных представителей господствующего класса и массовых антифеодальных выступлений, облаченных в характерную для средневековья форму ересей («жидовствую-щие», «стригольники»), направленных против официальной церкви.
Начало объединения земель Руси вокруг Москвы
В конце XIII в. образовалось несколько экономических и политических центров (Северо-Восточная Русь с центром в Москве, Тверское княжество, Новгородская земля). Между ними шла ожесточенная борьба за политическое первенство). Успешно справиться со своими противниками удалось московским князьям.
Экономический подъем Московского княжества создает предпосылки для освобождения от монголо-татарского ига. В 1380 г. Дмитрий Донской на Куликовом поле разгромил войско монголо-татар, эта победа окончательно утвердила Московское княжество в качестве центра объединения русских земель.
Подъем производительных сил в сельском хозяйстве привел к экономическому подъему городов. Еще более расширились связи между русскими землями, возникли реальные предпосылки для прочного объединения страны. В этом московские великие князья опирались на городское население, которое видело в них защитников от гнета феодалов и надеялось на улучшение условий для налаживания производства и торговых связей. Немаловажной причиной, ускорившей образование русского централизованного государства, была внешняя опасность с Востока и Запада.
Время феодальной раздробленности на Руси было временем сложения великорусской, украинской и белорусской народностей. Этот процесс завершился в XVI в.
Культура Руси XIII—XV вв. окрашена идеей борьбы с монголо-татарским игом («Сказание о мамаевом побоище», «Задонщина», «Житие Дмитрия Донского»). Живопись представлена творениями Феофана Грека и Андрея Рублева (Москва, Владимир).
Прибалтика, Украина, Белоруссия и Молдавия в XIII—XV вв.
В середине XIII в. в результате развития феодальных отношений у литовских племен образовалось Литовское княжество, этому способствовала внешняя опасность со стороны немецких феодалов. Одновременно шел процесс сложения литовской народности. Уже тогда литовские феодалы начинают систематическое наступление на западнорусские, украинские и белорусские земли.
Характерной особенностью истории Литовского княжества является заметное влияние Руси на его государственность, общественный строй и культуру.
К XV в. на территории Литвы оформляются крепостнические отношения, растет эксплуатация крестьянского населения и складывается класс мелких и средних феодалов — шляхты. Крупными центрами ремесла и торговли в Прибалтике становятся Рига, Таллин, Цесис, Тарту.
Борьба народов Прибалтики против немцев выливалась в восстания, жестоко ими подавлявшиеся (например, восстание в Эстонии в 1343— 1345 гг.).
14
Украина, Белоруссия и Молдавия были оторваны монголо-татарским нашествием от основных русских земель. В результате Венгрия в XIII в. захватила Закарпатье, Польша в XIV в,— Галицкую Русь, а Литва— Волынь, Витебское княжество и Киев. На землях, захваченных Литвой, полностью распоряжались литовские феодалы. Усиление феодального гнета на Украине и в Белоруссии постоянно приводило к массовым восстаниям населения.
В результате восстания против венгерских феодалов во второй половине XIV в. образовалось Молдавское государство.
Культура Украины, Белоруссии и Молдавии в этот период развивалась в тесной связи с культурой Руси. Для них был характерен мотив борьбы с общим врагом.
Средняя Азия и Закавказье в XIV—XV вв.
Монголо-татарское нашествие и здесь привело к упадку земледельческую культуру и города. Медленное восстановление производительных сил в этих районах объясняется и тем обстоятельством, что торговые пути в Индию и Китай, проходившие ранее по территории Средней Азии, переместились на море. Немаловажное значение имела и феодальная, усобица.
Во второй половине XIV в. на территории Средней Азии образовалось огромное государство Тимура, ведущее активную захватническую политику (походы в Малую Азию, Китай, Иран, Закавказье, на Русь). В сельском хозяйстве государства широкое распространение получила барщина, а коренное население было обложено тяжелым подушным налогом. Двойной гнет — местных феодалов и завоевателей — вызывал крупные народные восстания (1365—1366 гг. в Самарканде, 1388 г. в Хорезме).
После смерти Тимура на рубеже XV—XVI вв. образовались Узбекское, Бухарское и Хорезмское ханства. Крупнейшими городами Средней Азии в средневековье были Самарканд и Герат, где в правлении Улугбека культура достигла наивысшего расцвета. В XVI в. эти ханства пали под ударом кочевников-узбеков.
Феодальная раздробленность Закавказья привела в XV—XVI вв. к захвату и разделу земель между Ираном и Турцией.
Распад Золотой Орды
Развитие феодальных отношений и борьба между отдельными представителями монгольской знати за власть ослабили Золотую Орду, потерпевшую в XIV в. поражение от Тимура. С другой стороны, мужественное сопротивление русского народа, истощившее силу Золотой Орды, тоже сыграло значительную роль в ее упадке. В 60-х годах XIV в. от Золотой Орды отпал Хорезм, в конце века из части земель образовалась Большая Ногайская Орда, в 1427 г.— Крымское, в 30-х годах XV в,— Казанское, а в начале XV в. и Астраханское ханства. Образовалась система отдельных ханств, ведущих между собой борьбу, что облегчало полное освобождение народов от монголо-татарского ига.
15
ОБРАЗОВАНИЕ РУССКОГО ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ГОСУДАРСТВА
Подъем производительных сил Северо-Восточной Руси и дальнейшее социально-экономическое развитие ее способствовали присоединению в 1463 г. к Москве Ярославского и в 1474 г. Ростовского княжеств. В 1471 и 1478 гг. Иван III совершил два похода на Новгород Великий, сепаратизм которого мешал объединению русских земель в единое целое. Поддержка мероприятий Ивана III новгородским посадом привела к поражению новгородского ополчения. С 1478 г. в Новгороде отменено вече, часть бояр вывезена в другие земли, монастырские земли розданы московскому дворянству. В 1485 г. окончательно была присоединена Тверь, в 1510 г.— Псков, в 1521 г.— Рязанское княжество.
В результате политического объединения оказалось возможным вести успешную борьбу на Западе за исконно русские земли. Начавшаяся на рубеже XV—XVI вв. война с Литвой окончилась присоединением к Русскому государству территорий по Оке, Десне и Сожи, а в 1514 г.— Смоленска. Присоединение земель по Волге и на севере делало Русское государство многонациональным (мари, югра, коми, корела и др.).
Образование централизованного государства имело очень большое значение для последующего развития русских земель, благоприятно сказалось на развитии экономики и торговли, способствовало успешной борьбе за независимость и свержение монголо-татарского ига. Государственный аппарат подвергся строгой централизации: создавались органы управления — Боярская дума и приказная система. Войско состояло в основном из дворянского ополчения. За службу широко практиковалась раздача земель, из которых образуются поместья. В 1497 г. издается Судебник, централизующий суд и управление. Этот же документ одновременно ознаменовал и дальнейшее закрепощение крестьян, переход которых от одного владельца к другому был ограничен одним днем (Юрьев день). Значительную роль в процессе объединения Руси сыграла церковь, стремившаяся подчинить митрополии все русские земли. Уже в 1476 г. была прекращена уплата дани Золотой Орде, а в 1480 г. произошло знаменитое «стояние» на р. Угре: противник, простояв здесь перед русскими полками и не решаясь напасть первым, повернул обратно. Монголо-татарское иго, тяготевшее над Русью два с половиной столетия, пало.
Подъем культуры этого периода обусловлен подъемом производительных сил и социально-экономическим развитием страны, а поскольку самым актуальным вопросом того времени было объединение русских земель в единое государство, то вполне понятно, что и устное народное творчество и официальная литература широко освещали эту проблему («Сказание о князьях владимирских», послания Филофея Василию III).
В XVI в. земледелие проникает во вновь осваиваемые районы юга и севера, дальнейшее развитие получает скотоводство. За счет сокращения «черных» крестьянских земель возрастает число дворянских имений и одновременно растет крепостническая эксплуатация крестьянства. Увеличивается барская запашка. Все это, а также постоянные заговоры бояр против правительства разоряли крестьянское хозяйство и приводили к восстаниям.
Появляются новые города, развиваются товарно-денежные отношения. В городах-тогда насчитывалось до 200 профессий ремесленников. Намечалась, правда еще не совсем четкая, специализация районов.
16
Процесс стирания феодальных границ внутри государства шел не всегда гладко. Феодальная аристократия была еще достаточно сильна для того, чтобы вершить на местах суд и даже иметь свои вооруженные силы. Это привело к боярскому правлению в промежутке между 1538 и 1547 гг. Центральная власть, опирающаяся на духовенство, дворян и горожан, значительно укрепилась с 1547 г. в правление Ивана IV. В 50-х годах XVI в. Избранной радой (из средних дворян и духовенства) был проведен в жизнь ряд реформ. Осуществлена широкая раздача земель дворянству, создано стрелецкое войско, усилена артиллерия, проведена финансовая реформа, упорядочившая сбор налогов по всему государству. С 1555 г. вводится земское самоуправление. Все эти мероприятия значительно укрепили центральную власть, и теперь Русское государство переходит к активной внешней политике по отношению к Казанскому ханству (пало в 1552 г.), Астраханскому (пало в 1556 г.), Большой Ногайской Орде (пала в 1557 г.). В 1557 г. Башкирия добровольно вошла в состав Русского государства. Началась интенсивная колонизация Сибири. С одной стороны, это было прогрессивным явлением, ибо способствовало проникновению в эти районы передовых форм хозяйства, но с другой — это же означало и усиление эксплуатации местного населения.
Стремление выйти к Балтийскому морю привело к войне с Ливонией и с присоединившимися к ней Польшей и Швецией (1558—1583). Неудачному ходу войны способствовали заговоры бояр, для подрыва экономических позиций которых была создана опричнина. Эта борьба на два фронта — против Литвы и внутри государства против боярства — привела в конце XVI в. к разорению и обнищанию крестьянского хозяйства.
В XVI в. продолжался подъем культуры, вызванный образованием Русского централизованного государства. Около 1553 г. на Руси было введено книгопечатание, и в 1564 г. Иван Федоров выпустил первую книгу — «Апостол». Из официальных произведений до нас дошли «Степенная книга», «Лицевой летописный свод», «История о Казанском царстве». Из архитектуры особенно известны церковь Воскресения в Коломенском и храм Василия Блаженного в Москве.
Прибалтика, Украина, Белоруссия и Молдавия в XVI в.
Социально-экономические отношения в Прибалтике характеризуются закрепощением крестьянства. Прибалтийские земли, несмотря на распад в 1561 г. Ливонского ордена, остались под гнетом феодалов Польши и Швеции.
На территории Украины и Белоруссии развиваются товарно-денежные отношения, идет процесс закрепощения крестьянства и распространения барщины. Крепостное право здесь оформляется во второй четверти XVI в. Частые совместные выступления казачества и крестьянских масс (Наливайко в 1594—1596 гг., Косинский в 1591—1593 гг.) были ответом на усиление феодального гнета.
Культура этого периода полностью находится в руках церковных братств, они создавали школы, типографии.
Молдавия в XVI в. становится объектом нападения со стороны Турции, Польши и Литвы, и только вмешательство Ивана III спасло ее от окончательного порабощения. Крепостнический гнет и здесь вызывал крупные народные восстания (1490—1492).
2 Очерки истории техники в России
17
Из®. М4 50 095 I Библиотека УНИ !
Закавказье и Средняя Азия
В Грузии появляется ряд отдельных княжеств: Кахетия, Имеретия, Картли и др., растет феодальное землевладение, усиливается гнет крестьян.
Армения и Азербайджан в XVI в. входили в состав огромного государства Сефевидов. В 1555 г. война между Турцией и Ираном, ведшаяся на территории Закавказья и Кавказа, окончилась разделом между ними Грузии и Армении. В XVI в. усиливаются связи Закавказья и Кавказа с Русью. Иван III направил отряд казаков в помощь царю Кахетии, а еще раньше в Москве побывали послы из Закавказья. Связи закрепляются в 1587 г., когда Кахетия добровольно стала вассалом Руси. За 30 лет до этого вассалом Руси стала и Кабарда.
Узбеки перешли к оседлому земледелию на рубеже XV—XVI вв. Тогда же у них началось формирование народности. В конце XVI в. Средняя Азия объединилась в одно Узбекское ханство, что привело к расцвету ремесленного производства, торговли и расширению ирригационной системы орошения. После распада этого объединения образовались Бухарское и Хивинское ханства, в которых продолжался дальнейший рост феодального землевладения и налаживались связи с Русью. Тогда же, в XV—XVI вв., формируется казахская народность.
РУССКОЕ ГОСУДАРСТВО В XVII В.
Внутреннее и внешнее положение России в начале XVII в.
Во второй половине XVI в. продолжалось усиление феодального гнета (в основном увеличение барщины), что вызывало массовое бегство крестьян на Дон и Кубань, где формировалось казачество.
Стремление господствующего класса пресечь отлив населения из центральных областей и прикрепить крестьян к земле привело в 80-х годах XVI в. к отмене Юрьева дня и установлению в 1597 г. 5-летнего срока розыска крестьян, бежавших от помещиков. Так постепенно оформлялась система крепостного права. Это привело к новым, более мощным выступлениям крестьянства.
Справившись с крестьянскими движениями и укрепив положение дворянства, правительство в 1590 г. начало войну против Швеции, закончившуюся в 1593 г. присоединением к России части земель в Прибалтике.
Несмотря на некоторые успехи во внешней политике, внутриполитическое положение не было прочным из-за подорванного крестьянского хозяйства и непрекращающихся заговоров боярства. Это особенно ярко сказалось в наступившем с начала XVII в. политическом кризисе.
В 1604 г. Польша, пользуясь тяжелым внутренним положением России, выдвинула своего ставленника на русский престол — Лжедмитрия I. Движение народных масс, выступавших с лозунгом «За хорошего царя», помогло Лжедмитрию I в 1605 г. временно занять Москву. Но уже в 1606 г. в Москве произошло восстание, во время которого Лжедмитрий I был убит, а на престол боярской кликой возведен Василий Шуйский.
Одновременно развернулось одно из самых крупных крестьянских движений того времени под руководством Ивана Болотникова. Крестьян поддержали казачество и низы города. В движении приняли участие народности Поволжья, Западной Сибири и часть мелкопоместного дворянства, позднее изменившего Болотникову.
Неустойчивым положением Московского правительства воспользова
18
лись поляки. В 1607 г. под Москвой в Тушино обосновался новый Лжедмитрий. Его успехи были обусловлены поддержкой части дворянства, казачества и некоторых городов. Что касается Шуйского, то он, боясь воспользоваться подъемом народных масс (центром сбора народного ополчения были Ярославль и Кострома), призвал наемников-шведов.
Положение обострялось тем, что в 1609 г. Польша начала прямую агрессию. В 1611 г. пал Смоленск, стоявший на пути интервентов. После бегства Лжедмитрия II из тушинского лагеря боярство стало ориентироваться на польского королевича Владислава. Отряды поляков прибыли в Москву. Только второму ополчению, созданному в 1611 г. в Нижнем Новгороде из крестьян, посадских людей и дворянства под руководством Кузьмы Минина и Дмитрия Пожарского, удалось в конце 1612 г. освободить Москву.
В результате «смуты» Россия потеряла Смоленск, отошедший к Польше, и Прибалтику (к Швеции).
Борьба с польской интервенцией наложила отпечаток на публицистику этого периода («О Российском царстве», «Сказания Авраама Палицына», произведения И. Тимофеева, И. М. Катырева-Ростовского и др.).
Социально-экономическое развитие России
Одновременно с восстановлением экономики в центральных и западных районах земледелие проникает в места, занятые нерусскими народностями, причем лучшие земли вместе с крестьянами раздаются духовенству и дворянству. В результате к 1678 г. 90% всего крестьянского населения принадлежало царской фамилии, дворянству и церкви. Для борьбы с уходом крестьян с помещичьих земель срок розыска беглых был увеличен до 15 лет.
В сельском хозяйстве широко сочетались барщина, оброк и денежная рента. Усиливалась хозяйственная специализация отдельных районов (Тула, Серпухов и Устюжна-Железопольская— железоделание, Псков и Смоленск — льноводство и т. д.). Развивается денежное обращение и растет роль торгового и ростовщического капитала. Расширение товарного производства ведет к увеличению числа местных рынков и ярмарок. Так, в XVII в. хлебными областными рынками стали Вятка и Великий Устюг.
Характерной деталью этого периода было превращение ремесленника в товаропроизводителя и появление наемного труда. Возникает мануфактурное производство, где применяется крепостной и вольнонаемный труд (железоделательные заводы Тулы и Каширы, стекольные заводы Москвы, Пушечный и Монетный дворы). Предметы их производства шли за границу как на Запад, так и на Восток. Во внутренней торговле центральное место занимала Москва.
В производстве появляются элементы капиталистических отношений. В. И. Ленин назвал XVII в. началом нового периода русской истории, имея в виду сложение областей и земель в одно целое и развитие капиталистических отношений.
Классовая борьба в России, внутренняя и внешняя политика государства
Усиление крепостничества и финансового гнета (рост прямых и косвенных налогов) обострили классовую борьбу в стране. В 1648 и 1662 гг. происходят восстания в Москве, в 1650 г.— в Новгороде, Пскове и других
19
2
городах. В 1667—1671 гг. развертывается крупное народное восстание под руководством Степана Разина, основной движущей силой которого было беглое крестьянство. Несмотря на охват большой территории, оно потерпело поражение, как и другие народные восстания средневековья.
После разгрома восстания Степана Разина вспыхнуло новое, так называемое Соловецкое, протекавшее под религиозной оболочкой «борьбы за старую веру».
Обострение классовой борьбы заставило господствующий класс принять ответные меры. Был учрежден Приказ тайных дел, жестоко расправлявшийся с каждым, выступающим против власти. Расправы были узаконены в изданном в 1649 г. Соборном уложении. Одновременно крестьяне пожизненно закреплялись за помещиком, был введен бессрочный розыск беглых крестьян.
В области торговли и промышленности правительство было вынуждено в какой-то мере поддержать купечество: в 1653 г. были ликвидированы таможенные перегородки и введено ограничение на торговлю иностранцев.
Вторая половина XVII в.— время перехода к абсолютизму. Отмирали Боярская дума, Земские соборы, уменьшалось влияние церкви. Была проведена дальнейшая централизация управления, реорганизована армия.
На южных границах немалое значение имело сооружение так называемых «засечных» линий против Турции и крымских татар.
Крепостнические отношения тормозили развитие русской культуры. Тем не менее в XVII в. появляются печатный словарь Бурцева, грамматика Смотрицкого, в 1687 г. открыта Славяно-греко-латинская академия. Среди живописцев того времени выделяется замечательный портретист С. Ушаков. Первая на Руси театральная постановка — «Артаксерксово действо» — была осуществлена в этом веке.
На основе хозяйственного объединения районов начала формироваться русская нация.
XVII в. характеризуется переплетением антифеодальной и освободительной борьбы украинского народа. В 1648 г. началось общенародное движение во главе с Богданом Хмельницким за освобождение от ига польских магнатов и за воссоединение с Россией. В 1654 г. Переяславская рада высказалась за воссоединение. Теперь Россия и Украина, объединив силы, могли успешнее защищать свои границы и развивать экономику. Начавшаяся с Польшей война окончилась присоединением к России Смоленска, Киева и всей Левобережной Украины.
Почти все земли Прибалтики и часть Карелии находились в руках шведских феодалов и поляков, что обусловило подрыв экономики прибалтийских земель и усиленное развитие крепостнических отношений.
Молдавия находилась под гнетом Турции, в борьбе с которой молдавскому народу братскую помощь оказывала Украина.
В Закавказье в течение всего XVII в. происходят массовые восстания против владычества Турции и Ирана. В 1623 г. восстала вся Картлия (под руководством Георгия Саакадзе). Выступления происходят в Армении и в Азербайджане. В 1639 г. Восточное Закавказье отошло к Ирану, Западное — к Турции. Выход из создавшегося положения народы Закавказья видели в присоединении к России. В 1639 г. Кахетия, а в 1651 г. Имеретия приняли подданство России.
В Средней Азии продолжается дальнейшее развитие земледелия, появляются новые караванные пути, возникают города, ширится торговля с Россией. Однако постоянные междоусобицы феодалов, набеги кочев
20
ников и тяжелые поборы вызывали разорение крестьянского хозяйства и в связи с этим — упадок экономики.
Продолжается начавшаяся еще в XV в. колонизация Сибири крестьянством и промышленниками. С падением в 1584 г. Сибирского ханства возникают города, основанные русскими людьми (Тюмень, Тобольск и др.).
Впервые русские землепроходцы (С. Дежнев, В. Поярков, Е. Хабаров) достигли Тихого океана.
В 1689 г. дипломатические переговоры с Китаем (посольство 1678 г.) окончились заключением Нерчинского договора, первого договора Китая с европейской державой.
Непрекращающиеся волнения среди местного населения Сибири в 90-х годах XVII в. свидетельствуют о растущей классовой борьбе и на этой далекой окраине России.
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ И ПОЛИТИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ РОССИИ В XVIII в.
На рубеже XVII—XVIII вв. перед Россией возникла одна из важнейших внешнеполитических задач — преодоление экономической отсталости по сравнению со странами Западной Европы и получение выхода на Балтику. Неудачи на юге (походы на Турцию в 1687—1689 гг.) заставили перенести военные действия на северо-запад. Война со Швецией продолжалась 21 год.
В 1703 г. был заложен Петербург как опорный пункт и порт на северо-западе.
В результате роста производительных сил и мероприятий правительства, способствовавших развитию судостроения, текстильной промышленности, добычи и обработки железа на Урале, в начале XVIII в. в стране насчитывалось уже около 180 мануфактур. Однако при сохранении крепостничества основным в промышленности был все же труд крепостных. Поэтому широко практиковались покупка крестьян промышленниками и насильственная приписка их к мануфактурам.
Одновременно с обнищанием крестьянского хозяйства (самые работоспособные забирались в рекруты; с 1724 г. введена подушная подать) шел процесс укрепления положения помещиков и увеличения их веса в экономике (расширение площадей усадеб) и в политике (дворянство принимает широкое участие в местном управлении).
Стремясь привести в соответствие с новыми задачами, стоящими перед государством, органы управления, правительство в 1718 г. ликвидировало приказную систему и заменило ее коллегиями. В 1711 г. Дума была заменена Правительствующим сенатом. В 1708 г. вся Россия была разделена на губернии, а те в свою очередь — на провинции (1719); созданы регулярная армия и военно-морской флот. Эти мероприятия способствовали победоносному завершению Северной войны. Россия получила доступ к Балтике. Большая помощь России была оказана братскими Украиной и Белоруссией.
Нужда в квалифицированных инженерно-технических кадрах привела к открытию школ: Пушкарской, Артиллерийской, Навигацкой и Морской академии. Все больше становится библиотек, театров, музеев. Вводится гражданская азбука, открывается Академия наук.
Укрепление абсолютизма и развитие бюрократической системы управления означало новый этап закрепощения крестьян и увеличение их повинностей.
21
Рост числа мануфактур и повышение производительности труда положительно сказались на расширении внутренней торговли и привели к возникновению новых ярмарок. Возрастал торговый оборот с Китаем и Средней Азией.
В 1735 г. началась война с Турцией за Черное море. В 1739 г. к России отошел район Азова. В ходе семилетней войны (1756—1763) русские войска вступили в Берлин.
В 1755 г. великим русским ученым М. В. Ломоносовым был основан Московский университет. В 1756 г. Ф. Г. Волков открыл русский театр. В 1757 г. возникла Академия художеств, а в 1773 г,—Горный институт.
Русские первопроходцы А. И. Чириков, С. П. Крашенинников и другие обследовали Дальний Север и Камчатку.
Со второй половины XVIII в. основной житницей России становится район черноземной полосы. Идет дальнейший рост капиталистических отношений в промышленности. Мануфактурное производство приобретает все большее значение. Развивается металлургическое производство на Урале. Получает широкое распространение купеческая и крестьянская мануфактура. Углубляется специализация районов (Центральночерноземный — сельское хозяйство, Псковский, Новгородский и Смоленский — льноводство, Урал — производство железа и т. д.).
Растет число городов, появляются первые банки (в 1754 г.— Купеческий и Дворянский).
В сельском хозяйстве постепенно осуществляется переход на барщину основных масс крестьянства.
В 1773 г. на р. Яике вспыхнула крестьянская война, потрясшая основы дворянской империи. Во главе движения крестьян, казачества и работных людей Урала стоял Емельян Пугачев. Только большим напряжением сил правительству удалось справиться с движением.
Внешняя политика царизма в этот период велась по двум направлениям: на юге — приобретение побережья Черного моря и на западе — присоединение Украины и Белоруссии. В войне с Турцией (1768—1774, 1787—1791) благодаря победам А. Суворова и Ф. Ушакова России удалось укрепиться в Крыму, Прикубанье, на Правобережной Украине, в Белоруссии и Прибалтике (Литва).
Растущие связи России с Закавказьем укрепились в ходе их совместной войны против Турции (1768). В 1774 г. приняла подданство России Кабарда. С присоединением в XVIII в. к России части Казахстана (Средний жуз) расширяется торговля с крупнейшими городами Средней Азии Бухарой и Хивой.
Расцвету культуры России этого времени способствовали кризис крепостного строя и классовая борьба, что вызвало к жизни широкое общественное движение. Передовым представителем его был революционный идеолог А. Н. Радищев. Развивались наука и техника (географические экспедиции И. И. Лепехина и П. С. Палласа, изобретения И. И. Ползунова и И. П. Кулибина, многогранная деятельность М. В. Ломоносова). Литература этого периода представлена А. П. Сумароковым, В. К- Тредиаковским, Д. И. Фонвизиным, Г. Р. Державиным и Н. М. Карамзиным. С 1756 г. начинает выходить первая русская газета «Ведомости».
В области архитектуры знамениты своими творениями М. Ф. Казаков и В. И. Баженов, в скульптуре — Ф. И. Шубин, в живописи — Ф. С. Рокотов, Д. Г. Левицкий и В. М. Боровиковский.
22
СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ РОССИИ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX В.
С первой половины XIX в. усиливается разложение крепостнической системы хозяйства. В 1801 г. была официально разрешена купля — продажа земли, в связи с чем увеличилось недворянское землевладение. Товарно-денежные отношения способствовали расслоению крестьянской массы. С использованием наемного труда и применением в промышленности капиталов, накопленных в других сферах (торговля, ростовщичество), возникают предприятия капиталистического типа. Крупными промышленными центрами стали Павлово, Иваново, Шуя. С 30-х годов, с началом промышленного переворота, промышленность оснащается машинами и механизмами. В 1810 г. был основан Институт корпуса инженеров путей сообщения.
В 1815 г. был спущен на воду первый русский пароход, а в 1851 г. построена железная дорога из Петербурга в Москву.
Сохранение крепостничества препятствовало созданию рынка свободных рабочих рук для промышленности. Поэтому весь ход исторического развития диктовал необходимость ликвидации крепостнических отношений. Правительство пыталось приспособиться к изменившейся общественно-экономической обстановке: поощряло промышленность и торговлю, устраивало промышленные выставки. Ряд работ по проблемам совершенствования технологии промышленных производств выполнялся в Петербургской академии наук. В частности, в начале XIX в. заметный вклад в этой области был сделан академиком И. X. Гамелем.
Однако несмотря на требования прогрессивных кругов и на многочисленные волнения крестьянства, правительство все еще не решалось приступить к отмене крепостничества. В 1800—1801 гг. происходят выступления крестьян в Петербургской и Новгородской губерниях, в 1802— 1805 гг.— в Прибалтике, в 1807 г.— в Белоруссии.
Новым в общественной жизни страны были выступления рабочих, вызванные тяжелыми условиями их труда. В 1800 и 1805 гг. на заводах Урала, а в 1809 г. на Михайловском заводе в Петербурге происходят волнения.
Между тем, к русскому государству присоединялись новые земли и народы. В 1799 г. по просьбе грузинского царя Георгия XII в Тбилиси были введены русские войска. С 1801 по 1811 г. в состав России вошли Восточная Грузия, Мегрелия, Имеретия и Гурия. После войны с Ираном в 1804—1813 гг. к России отошли Дагестан и Северный Азербайджан, а после войны с Турцией — Бессарабия и Западная Грузия.
Отечественная война 1812 г. и выступление декабристов
После сравнительно легких для России войн ей пришлось выдержать удар наполеоновских войск. Широко развернувшаяся народная война, героизм русских солдат привели к развалу французской армии и ее паническому бегству.
После поражения наполеоновской Франции царизм становится «жандармом» Европы, жестоко подавляет революционные выступления в странах Центральной Европы. Внутри страны положение обострялось тем, что народные массы, вынесшие основную тяжесть войны, не были освобождены от крепостной зависимости. Несмотря на жестокий террор, волнения в стране усиливались. В 1817—1818 гг. в Новгороде и на Ук
23
раине произошли крупные выступления крестьян. В самом Петербурге в 1820 г. выступил против правительства Семеновский полк.
Война 1812 г., Французская буржуазная революция, крестьянские волнения явились той почвой, на которой возникло движение декабристов — представителей передового дворянства. Северное общество (в Петербурге) и Южное (на Украине) ставили целью свержение правительства и отмену крепостного права. Выступление декабристов в 1825 г. в Петербурге, не поддержанное народом, было подавлено и вызвало массовые репрессии.
И все же правительство вынуждено было сделать некоторые шаги в направлении подготовки к отмене крепостного права: были созданы комитеты по крестьянскому вопросу. В 1842 г. крестьяне получили личные права. На Украине, в Белоруссии и Литве регламентированы наделы крестьян и их повинности.
Общественно-политическая борьба в 30—40-х годах
В 1830 г. произошли восстания в Польше, Литве, бунты в России (Тамбов, Петербург, Старая Русса, Украина), в 1841 г.— в Латвии и Грузии. В Дагестане и Чечне народные выступления под руководством Шамиля приняли форму борьбы с «неверными» (христианами).
Буржуазия тоже включилась в общественное движение. Но ее требования ограничивались отменой крепостничества путем проведения реформ «сверху». В противоположность буржуазии революционное крыло дворянства во главе с А. И. Герценом выступало за свержение царизма.
К освобождению народа революционным путем призывал В. Г. Белинский. К 40-м годам XIX в. относится деятельность кружка петрашевцев, призывавших к революционным выступлениям против царизма.
Внешняя политика царизма
В 1831 г. царизм жестоко подавил восстание в Польше, а в 1849 г. способствовал подавлению Венгерской революции.
Проникновению России на Балканы и в Закавказье пытались помешать Франция, Турция, Иран и Англия, имевшие свои интересы в этих районах. Война 1826—1828 гг. с Ираном окончилась присоединением к России Восточной Армении. В 1828 г. в результате войны с Турцией Россия укрепилась в устье Дуная и на Черноморском побережье Кавказа. В 1846 г. был окончательно присоединен Казахстан.
В 1853 г. началась Крымская война. Против России выступили Англия, Франция, Турция и Сардиния. Поражение царизма в этой войне привело к ликвидации военно-морского флота России на Черном море.
Война и вызванное ею ухудшение положения народных масс, в первую очередь крестьянства, привели к усилению антикрепостнического движения.
В 1853 г. А. И. Герцен в Лондоне создал «Вольную русскую типографию». Его «Полярная звезда» и «Колокол» звали «Русь к топору».
В 1861 г. экономическая необходимость и угроза расширения крестьянских волнений заставили царское правительство отменить крепостное право. В ходе крестьянской реформы власть и привилегии помещиков-крепостников были сохранены. Тем не менее в стране открылись широкие возможности для развития товарно-капиталистических отношений, для роста промышленности.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ТЕХНИКА НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ С ДРЕВНЕЙШИХ ВРЕМЕН ДО КОНЦА XVI В.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ТЕХНИКА В ДРЕВНЕИШИИ ПЕРИОД
ВВОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Свыше 2 млн. лет до нашего времени начался процесс выделения человека из мира животных. Развитие от примитивного человека (Ното primigenius) до человека современного вида, или человека разумного (Homo sapiens), закончилось 40—30 тыс. лет до наших дней. В последние десятилетия в Африке обнаружены древнейшие галечные орудия, относящиеся к так называемой олдувайской культуре, и останки существа, которому присвоено наименование Homo habilis, т. е. человек умелый, абсолютный возраст которого составляет около 2 млн. лет. Останки питекантропов, синантропов, гейдельбержцев обнаружены в Африке, на юге Азии и Европы; они жили 550 тыс.—100 тыс. лет назад. Время их существования археологи относят к так называемым шелльской и ашель-ской эпохам.
На территории нашей страны больше всего стоянок шелльской и ашельской эпох открыто в Закавказье. Известны они в Крыму, на Днестре, на Нижней Волге, в Полесье, в Средней Азии, на Алтае, в Южной Сибири.
Последняя стадия становления человека относится ко времени существования неандертальцев. Постепенно люди заселяли все большую и большую территорию нашей страны, двигаясь за отступающим ледником вплоть до Северного Полярного круга.
Древнейшие обезьянолюди питались готовыми дарами природы, используя для их получения подручные орудия — камни, палки. Постепенно от необработанных камней и палок примитивный человек перешел к изготовлению простейших орудий труда. Этот процесс привел к тому, что человек по своему отношению к природе стал особым, качественно новым существом, способным преобразовывать природу с помощью разнообразных орудий. Рука человека в процессе труда усваивала все новые и новые движения, приобретала большую гибкость, передаваемую по наследству. Совершенствовалось искусство обработки камня. С помощью каменных орудий стали обрабатывать дерево, кожу и кости.
«Употребление и создание средств труда,— писал К. Маркс,— хотя и свойственны в зародышевой форме некоторым видам животных, составляют специфически характерную черту человеческого процесса труда...» [1, с. 190—191] *. Именно благодаря труду и совершенствованию
* В квадратных скобках указаны номер источника по списку литературы, помещенному в конце книги, и номер страницы.
25
навыков в изготовлении орудий труда происходило формирование человеческого общества.
Важными моментами в развитии производительных сил явились открытие способа добывания огня и его широкое использование, изобретение лука и стрел, гончарное и ткацкое искусство. Средства труда оставались примитивными и исключали возможность воздействия древнейших людей на природу в одиночку. Коллективный труд базировался на коллективной собственности на средства производства и его продукты, что и составляет основу первого в истории человечества способа производства — первобытнообщинного. Простая кооперация первобытных людей выступала как новая производительная сила. На первой фазе развития первобытнообщинного способа производства безраздельно господствовали уравнительные отношения. С развитием производительных сил возникло естественное разделение труда по полу и возрасту. Вторая фаза первобытнообщинного способа производства началась с переходом человечества к земледелию и скотоводству. Развитие скотоводства, земледелия и ремесел привело к общественному разделению труда. На территории СССР переход к земледелию и скотоводству раньше всего произошел на юге Средней Азии, затем на Кавказе, на юге европейской части. На остальной территории еще долгое время существовали племена, занимающиеся лишь охотой.
Почти одновременно с переходом к земледелию человечество познакомилось с первыми металлами (медью, золотом, серебром) и их сплавами (бронзой). Позднее было освоено железо, которое сыграло революционную роль в технике, полностью вытеснив в орудиях труда и оружии камень и бронзу. Именно железные плуг и топор сделали возможным расчистку под пашню широких лесных пространств нашей страны.
На территории СССР первобытнообщинный способ производства существовал до возникновения классовых государств в Средней Азии, на Кавказе (Урарту) и в Крыму, а на остальной территории — до VII— IX вв. н. э.
СОЗДАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ ОРУДИИ ТРУДА В ПЕРИОД СТАНОВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
Отличительной чертой человека, как мы выяснили, является умение создавать орудия труда.
С самого зарождения человеческого общества палка и кость служили защитой от диких животных. Палкой можно было сбивать плоды с деревьев, выкапывать съедобные корни растений, но с ее помощью нельзя было создать ни одного орудия. Другое дело камень. Им можно было заострить конец палки или кости. Он подвергался наиболее простой физической (механической) обработке, что было вполне достаточно первобытному человеку.
Первоначально не все породы камня могли использоваться для изготовления орудий труда. Древнейшие орудия изготовлялись из камня, относящегося к минералогической группе кварца. Некристаллический кварц обладает рядом физических свойств, очень ценных при изготовлении орудий: во-первых, кварц имеет большую твердость (по твердости он стоит близко к алмазу), во-вторых, он легко раскалывается на пластины с острыми режущими краями.
Древнейшие каменные орудия выделывались из гальки, повсеместно встречавшейся на поверхности земли. Чтобы заострить один из ее кон-
26
цов, галька оббивалась несколькими 1 —Н
грубыми сколами. Другой конец для удобного держания в ладони оставал-
ся необработанным. В качестве ору- ДМ
дий использовались также куски кам- IKt ЛЗц тВчИИ ня в виде отщепов.
Ручные рубила ВЦ
Прошло много времени, прежде И
чем было создано двусторонне обра- Цу
ботанное каменное орудие — ручное у '// рубило (рис. 1). Первые ручные ру- \.........^/\ СаДзд V7
била были бесформенны и по эффек- \ г-
тивности мало отличались от отщепов. \ /у
Они изготовлялись из каменного жел-
Вака, который оббивался С двух СТО- 1. ручНые рубила рон попеременными ударами. Удары наносились неуверенно, а сколы были крупные. Для первых рубил характерны такие признаки: один конец заостренный, зигзагообразные боковые края (прямое лезвие края нельзя было создать крупными сколами), утолщенное с сохранившейся естественной коркой основание для удобного держания орудия. В зависимости от каменного желвака ручные рубила имели миндалевидную сердцевидную и копьевидную формы. Средняя длина рубил 10—12 см, вес 0,5—1,5 кг. Рубила использовались как рубящие орудия; иногда они применялись для скобления и резания.
Один и тот же способ производства— собирательство и охота — объясняет тот любопытный факт, что на всей заселенной в то время территории земного шара существовали одни и те же приемы обработки орудий, создавались орудия одних и тех же форм и типов.
Совершенствование приемов обработки каменных орудий привело к выработке у ручных рубил прямого лезвия. Это достигалось путем нанесения не случайных сколов, а симметричных. Поверхность рубил стала оббиваться мелкими стесами. Орудие приобретало более определенную форму. Правильная форма, прямое лезвие с острыми тонкими краями делали орудие более эффективным с технической точки зрения Им легче было взрыхлять землю, выкапывать съедобные корни растений, легче перерезать сухожилия убитых животных, легче отделять шкуры от мяса и т. д. Подобные орудия были найдены в Абхазии (у г. Сухуми и в других местах) *.
Начало ледникового периода
Постепенно люди стали заселять наиболее удобные для жизни места— у воды, на опушке леса, у естественной защиты — оврага. Первые признаки оседлости, которые обнаружены на нашей территории, относятся к тому времени, когда началось наступление ледникового периода (100 тыс. лет до наших дней). К тому времени на юге начали заселять пещеры, гроты. Постепенно климат становился все холоднее и холоднее; с севера спускался ледник, охвативший большую часть европейской и азиатской территории Советского Союза. В оледенении выделяются три
* Ефименко П. П. Первобытное общество. М., 1938, с. 208.
27
фазы или три ледниковые эпохи, перемежающиеся небольшими периодами потепления. На территории СССР ледник спускался до места, где ныне находится Днепропетровск, и занимал большую часть Сибири. В пещерах и гротах, тем более в долинах люди не могли укрыться от холода и должны были бы или отступить на юг, или приспособиться к новым условиям. Человек предпочел последнее — он сумел защитить себя от наступившего похолодания, освоив огонь и научившись использовать шкуры животных для одежды.
Освоение огня
Сначала человек познакомился с огнем при лесных пожарах, затем научился пользоваться им и поддерживать его в кострах. Потом постепенно были выработаны приемы искусственного получения огня путем высекания или трения.
Изготовляя простейшие каменные орудия, человек нередко наблюдал появление искр при ударах кремня о кремень и возгорание трута, мха, сухой коры и пр. при попадании на них искр. Однако большая трудоемкость такого высекания огня вряд ли могла способствовать его широко-
2. Орудие для добывания огня трением
му распространению. Лишь много позднее, когда оказалось возможным высекание искр ударами кремня о железо, способ этот приобрел первенствующее значение. В ранние же периоды более распространено было, по-видимому, получение огня путем трения двух сухих кусков дерева (рис. 2). Существовали два способа получения огня трением —выскабливание и высверливание.
При использовании первого способа (вероятно, более раннего) в деревянном бруске выдалбливали небольшую бороздку и, удерживая брусок ногой, быстро и с сильным нажимом водили вдоль бороздки заостренной деревянной палочкой. Получавшиеся при этом тонкие стружки и опилки нагревались при трении, начинали тлеть и при раздувании загорались.
При втором, более позднем способе деревянная палочка, вертикально устанавливаемая на бруске, приводилась во вращение руками или тетивой лука. Как и в первом способе, в углублении, постепенно высверливавшемся в толще бруска, образовывались нагретые трением опилки. Подкладывая сухой мох или какой-либо другой легко воспламеняющийся материал, раздували тлевшие опилки и получали пламя.
Добывание огня — одно из наиболее выдающихся достижений человечества. Огонь способствовал защите от холода и от нападения диких зверей. Им пользовались охотники при облавах. Пища, приготовленная на огне, лучше усваивалась. Наконец, пользование огнем во многом облегчило жизнь в пещерах, первых жилищах человека. До человека пе
28
щеры заселялись опасными хищниками (пещерными львами и пещерными медведями).
«На пороге истории человечества,— писал Ф. Энгельс в 1878 г.,— стоит открытие превращения механического движения в теплоту: добывание огня трением; в конце протекшего до сих пор периода развития стоит открытие превращения теплоты в механическое движение: паровая машина.— И несмотря на гигантский освободительный переворот, который совершает в социальном мире паровая машина, ...все же не подлежит сомнению, что добывание огня трением превосходит паровую машину по своему всемирно-историческому освободительному действию. Ведь добывание огня трением впервые доставило человеку господство над определенной силой природы и тем окончательно отделило человека от животного царства» [4, с. 116—117].
Изготовление каменных орудий приемами скола и ретуши
Помимо освоения огня, человек с начала ледникового периода стал, как уже сказано, использовать для защиты от холода шкуры животных. Но ни ручные рубила, ни грубые отщепы не были пригодны для их обработки. Понадобились специальные орудия, для изготовления которых оказалось необходимым освоение новых приемов обработки камня — скола и ретуши.
С кремневого желвака вначале сбивалась верхушка. Затем последовательно со всех сторон равномерными ударами крупного камня-отбойника от него откалывались пластины с очень тонкими и острыми кромками. После этого рабочие (режущие) края пластин подвергались ретуши — дополнительной упрочняющей отделке мелкими сколами при нанесении частых, но относительно слабых ударов.
Остроконечники и скребла
Посредством ретуши из отколотых пластин изготовлялись два вида каменных орудий: остроконечники и скребла.
Для остроконечников, которыми можно было разделывать туши животных, надрезать кость и дерево, выкапывать съедобные коренья и т. п. использовались неширокие пластины, по форме близкие к треугольнику, с тщательно отретушированными рабочими краями. Характерная особенность их — заостренные концы рабочих краев и округленные противоположные концы, удобно захватывавшиеся рукой.
Для скребел, применявшихся при сдирании и обработке шкур, также использовались треугольные пластины, но в отличие от остроконечников, где рабочими концами были вершины треугольников, у скребел рабочими концами служили их основания. Для изготовления скребел брались наиболее широкие пластины, и края их ретушировались не так тщательно.
Наряду со скреблами изготовлялись скобели с дугообразными выемками в рабочих краях. Они выделывались также из сколотых пластин, вогнутые края их обычно тонко ретушировались, что позволяло с их помощью сдирать кору с деревьев. Однако некоторые скобели, как показали исследования С. А. Семенова, служили в качестве скребел и для обработки кожи [120, с. 107].
29
Два направления в развитии каменных орудий
Прошло много тысяч лет от создания первых каменных орудий до появления остроконечников, скребел, скобелей и ручных рубил правильных очертаний.
На начальном этапе развития техники появились две основные тенденции в изготовлении каменных орудий. С одной стороны, развитие шло от грубого примитивного отщепа к сколу пластин и созданию двух основных видов орудий — остроконечника и скребла, с другой — совершенствовалось ударное орудие — ручное рубило.
На первый взгляд остроконечник и скребло ничего общего не имеют со своим прообразом — грубым отщепом. На самом деле развивался один способ — скол. Правда, принцип скола изменялся. Если вначале отщеп просто откалывался от каменного желвака, то впоследствии перед скалыванием пластин отбивалась верхняя часть желвака для создания площадки, с краев которой и откалывались пластины, имеющие благодаря этому более правильные очертания и более острые края. Затем стали применять ударную и контрударную ретушь.
Ручные рубила правильных очертаний отличаются от первых грубых рубил лишь более тщательной обработкой, но принцип их изготовления остался прежним — оббивание каменного желвака с двух сторон.
В результате оба типа орудий становились более совершенными и эффективными. Эффективность их достигалась как заострением рабочего конца, так и приданием наиболее удачной формы. Постепенно начинается изготовление орудий для определенных целей, т. е. их дифференциация.
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ
В ПЕРИОД С ТРИДЦАТОГО ПО ПЯТОЕ ТЫСЯЧЕЛЕТИЕ ДО Н. Э.
Совершенствование навыков в изготовлении простых орудий труда и освоение огня сыграли решающую роль в окончательном выделении человека из мира животных
Появление людей современного физического облика относится ко времени наступления последней фазы оледенения (тридцатое — пятнадцатое тысячелетия до наших дней). Ледником в то время были покрыты лишь Балтийское море и прилегающие к нему районы. К югу тянулись тундры и холодные степи. Такие холодолюбивые животные, как мамонты, обитали под Римом, а северные олени — на Пиренейском и Апеннинском полуостровах. И только на юге Азии и в Африке существовала теплолюбивая фауна. Постепенно ледник отступил на север. На территории Советского Союза к пятнадцатому тысячелетию до н. э. возникли климатические условия и ландшафт, близкие к современным. Исключение составляла степная полоса, которая в то время занимала значительно большую территорию, чем сейчас.
Люди стали заселять не только высокие плато, но и поймы равнинных рек. С юга они продвигались в двух направлениях: на север и на восток. В Сибири стоянки человека рассматриваемого периода обнаружены по течению р. Лены вплоть до Олекминска.
30
Обработка камня приемом отжима
Главным видом сырья для изготовления орудий труда и оружия по-прежнему оставался камень. Кроме кремня, кварца и обсидиана, использовались и другие породы: гранит, песчаник, сланцы, охра, железняк. Это стало возможным благодаря возникновению нового приема обработки. В предшествующий период скалывание пластин производилось очень быстрым сильным ударом: при этом не было необходимости применять большую физическую силу. Получались довольно грубые, неопределенной формы пластины. Постепенно прием скола вытеснялся отщеплением (отжимом). При отщеплении получались пластины правильной призматической формы с тонкими острыми краями, из которых вырабатывалось большое количество разнообразных по форме и функциям орудий. Многие пластины употреблялись в качестве орудий без последующей обработки.
Способ отжима требовал большой затраты физической силы и навыка. Галька и валуны, встречающиеся на поверхности, были непригодны для получения длинных и тонких пластин. Кремень, находящийся на поверхности земли, в основном обезвожен, «сухой», и из него трудно изготовить высококачественные изделия. Добывая кремень из-под земли, люди здесь же, а не на стоянках, как раньше, изготовляли пластины. Только этим можно объяснить, например, отсутствие нуклеусов на стоянках Костенки I (Дон), орудий же, изготовленных из ножевидных пластин, здесь найдено много.
Отщепление пластин производилось с нуклеусов, у которых поперечным ударом оббивалась довольно ровная площадка. На площадках нуклеусов часто заметны небольшие углубления — лунки, расположенные по их краям. Такие изъяны — результат надавливания на край отжим-ником. Наличие царапин, трещин на площадках нуклеусов свидетельствует о том, что в данном случае использовались кремневые отжимникп.
Полученные путем отжима от нуклеусов пластины имели прямое лезвие, острые края которого при нажиме быстро ломались. Для придания краям лезвий большей прочности стали применять метод отжимной ретуши. Он состоял в следующем: при надавливании отжимником (для этой цели применялись тонкие длинные трубчатые кости или ретушеры из сланца и кремня) на край кремневой заготовки на обратной стороне ее, обращенной к наковальне, отделялись такие тонкие пластинки, которые не могли получаться при контрударной ретуши. С помощью отжимной ретуши не только сглаживалась внешняя поверхность, но и вырабатывалась определенная форма орудия. Путем отжимной ретуши из призматических пластин выделывались ножи для резания мяса и выстругивания палок, концевые скребки, наконечники с выемкой, шилья, проколки, сверла, резцы.
Увеличение типов каменных орудий
При археологических раскопках стоянок того времени чаще всего обнаруживают концевые скребки. Рабочая часть их имеет небольшую ширину. Они употреблялись в основном для обработки кожи (для выскабливания и размягчения шкур животных). У концевых скребков всегда закругленный рабочий край; на многих найденных экземплярах видны следы заточки, подправки, так как в процессе труда рабочая часть их тупилась. Округлый край на концевых скребках делали для того, чтобы при работе не прорезать кожу и мех. Концевые скребки с более широкими и более острыми краями употреблялись, очевидно, для окончательной очистки шкуры от мездры, сала, волокон и мышц.
31
3. Кремневые ножи, наконечники, сверла, проколки и скребки
32
В этот период люди стали применять каменные ножи для разрезания мяса и снятия шкур с убитых животных. Особыми ножами строгались кость и дерево. Оба лезвия таких ножей обрабатывались очень тонкой ретушью. Многие орудия употреблялись в качестве резцов. Для обработки их рабочего конца использовался новый прием, известный под названием резцового скола. С ножевидной пластинки скалывалась часть лезвия, в результате получалось небольшое орудие с очень тонким краем. Резцы предназначались для работы по кости и дереву в качестве гравировального инструмента.
Для проделывания отверстий в шкурах люди применяли проколки и шилья (рис. 3). Они имели вид наконечников, рабочие концы которых были заострены тончайшей ретушью.
Наряду с ростом количества каменных орудий разнообразного назначения широко распространялись изделия из кости. На стоянках Западной Сибири (Мальта, Буреть и т. д.) костяные изделия составляют больший процент находок. Для изготовления орудий чаще всего употреблялись бивни мамонта, затем трубчатые кости и рога северных оленей. Кость обрабатывалась теми же приемами, что и камень. Крупные кости раскалывались каменным отбойником. Для того чтобы изготовить тонкое длинное костяное орудие, брали каменный резец или скребок и делали на бивне или другой кости надрезы, затем ударом отбойника срезали тонкую костяную пластинку, из которой выделывались разнообразные по назначению поделки в виде игл для шитья с ушком для протягивания нити или без него. Для перерезания кости использовались два вида каменных орудий: резец и нож с зазубренными краями. Таким ножом больше пилили, чем резали. Часты на стоянках находки вырезанных из кости каменными ножами человеческих фигурок.
До сих пор мы рассматривали орудия, которыми человек пользовался непосредственно, зажимая их в руке. В дальнейшем развитие техники пошло по пути сочленения двух тел: каменного бойка и костяной или деревянной оправы. Первыми составными орудиями были резцы, ретушеры, ножи. Они скреплялись с рукоятью настолько непрочно, что чаще в работе употреблялись без нее. По-настоящему составным орудием является топор. Часто скребки вставлялись в отверстие трубчатой кости, что повышало производительность труда при обработке кож.
Изготовление каменного топора (рис. 4—6), ставшего одним из основных орудий первобытного человека, мало отличалось от способа обработки ручных рубил: двусторонней оббивкой обыкновенному каменному желваку придавали прямоугольную форму, после чего рабочий край подправлялся мелкими сколами. Обушная часть получалась поперечными ударами. Рабочее лезвие имело вид полуовала и обрабатывалось плоской ретушью. Такой топор мог использоваться в работе лишь в сочленении с деревянной или костяной рукоятью. Простое защепление, как, например, защепление в деревянной оправе резцов, ножей, неприемлемо для тяжелого топора. Топор стал соединяться с рукоятью с помощью кожаных ремней. Но эффективность такого сочленения была достигнута лишь после того, как был освоен узел, т. е. после того, как научились затягивать петлю.
Дальнейшее развитие составных орудий привело к созданию микро-лг’ов — небольших по размеру кремневых пластинок правильных гео-MS рических форм, которые вставлялись по несколько штук в костяную или деревянную оправу. Так, были созданы большие ножи с каменным лезвием, состоящим из нескольких вкладышей, серпы, гарпуны и копья с двумя каменными лезвиями. Но раньше всего микролиты стали употребляться в качестве наконечников стрел.
3 Очерки истории техники в России
33
34
Изобретение лука
Создание лука и стрел (рис. 7, 8) относится к послеледниковому времени. Ледник отступил, вместе с ледником отошли или вымерли все виды крупных животных. Поэтому вместо охоты на крупных травоядных большими коллективами стали охотиться небольшими группами на мелкого зверя и птицу. Это явилось одной из предпосылок к созданию лука. «Лук, тетива и стрела,— писал Ф. Энгельс,— составляют уже очень сложное орудие, изобретение которого предполагает долго накапливаемый опыт и более развитые умственные способности, следовательно, и одновременное знакомство со множеством других изобретений» *.
Изобретению лука предшествовало развитие метательного орудия. Древнейшими видами таких орудий были камни и палки. После изобретения составных орудий появляются дротики (деревянное древко и каменный наконечник). Но дротиком нельзя поразить цель на далеком расстоянии. Совершенствование этого орудия привело к изобретению копьеметалки, действие которой основано на силе инерции. Она представляет собой костяную палочку с крючком на конце. При метании в этот крючок упирается древко копья. Размах руки немного увеличивается, и копье летит с большей силой и на большее расстояние.
Если действия метательных орудий основаны на силе инерции, то в луке используются силы упругости. Человек затрачивает определенные усилия на натягивание тетивы — происходит накопление энергии. В момент спуска тетивы энергия освобождается и движет стрелу.
Известны три основных типа луков: простые небольшого (50—60 см) размера, состоящие из деревянного слегка изогнутого стержня, усиленного типа, большого размера (1—1,5 м), состоящие также из деревянного стержня, вдоль которого наклеивались длинные костяные накладки, и сложные луки центральноазиатского типа **
7. Наконечники для стрел
8. Лук
* Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 21, с. 29.
•’ Анучин Д. И. Лук и стрелы. М., 1887.
35
з*
Жилища
Как уже отмечалось, в последней стадии оледенения ледник занимал небольшую территорию у Балтийского моря. Районы, не занятые ледником, постепенно осваивались человеком. Расселение на большие пространства происходило в первую очередь по воде. В этих целях первоначально использовались, вероятно, плоты. Рубка деревьев для плотов производилась каменным топором. Эксперименты, проведенные в 1951 г,— «ель диаметром в 25 см была срублена за 20 минут» [120, с. 160],— показали высокую эффективность этого орудия.
Археологические раскопки позволили установить, что первобытные люди на территории нашей страны пользовались как наземными жилищами, так и землянками и полуземлянками. Деревянные части жилищ сооружались с помощью топора. Для рытья ям служили мотыги и орудия из кости с широкими заостренными концами. Часто основания землянок углублялись в очень твердый грунт, для разрыхления которого использовались разнообразные острия, скрепленные с деревянной рукоятью.
Наземные жилища, слегка углубленные в грунт, открыты археологами, например, на стоянке Буреть в Сибири. Основания жилищ укреплялись костями мамонта, сибирского носорога и рогами северного оленя; рога составляли каркас стен, на который натягивались шкуры животных.
На европейской территории СССР известны удлиненные жилища в виде полуземлянок с несколькими очагами в центре (рис. 9). В них могли жить значительные группы людей. Размер жилищ различен: под Нов-городом-Северским открыты полуземлянки с площадью в основании
9. Жилище эпохи неолита в лесной полосе европейской части СССР
36
12X4 м, под Воронежем на стоянке Костенки IV исследованы жилища размером пола 33X5,5 м и 23X5,5 м.
В послеледниковый период к моменту распространения лука и стрел в связи с изменением хозяйственной жизни (от охоты большими коллективами к охоте небольшими группами) происходят изменения и в постройке жилищ. Начинают строиться более легкие сооружения меньшего размера. Длина землянок не превышает 6 м, ширина — 3,5 м, высота— 3 м. По расположению следов от деревянных столбов можно предполагать, что перекрывались землянки деревянным каркасом, сверху засыпавшимся землей.
В Сибири стали строить жилища типа шалашей, но основание и каркас по-прежнему сооружались из костей животных.
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ
В ЧЕТВЕРТОМ — ТРЕТЬЕМ ТЫСЯЧЕЛЕТИЯХ ДО Н. Э.
Первое крупное общественное разделение труда
Создание лука и стрел и первых составных орудий труда привело к более быстрому росту производительности труда, что в свою очередь способствовало заселению человеком крайних северных областей нашей страны. Когда ледник отступил далеко за Полярный круг, холодные условия севера и теплый климат юга не могли не сказаться на возникновении различных форм хозяйства. На территории СССР начинают складываться этнические единства, с единой материальной культурой, общей территорией, с населением, не всегда имеющим общность антропологическую.
По способу ведения хозяйства, по набору орудий труда и оружия, по технике строительства жилищ территория СССР в четвертом — третьем тысячелетиях до н. э. обычно делится на районы, где основной формой хозяйства становятся земледелие и скотоводство, и на районы, в которых долгое время сохраняется охотничье-рыболовное хозяйство. Наметилось пять крупных районов: Кавказ и Закавказье, Средняя Азия, Сибирь, степные области Восточной Европы и Север.
В район Севера входила обширная область лесов европейской части СССР и неширокая тундровая полоса на побережье, включая область Приуралья.
В четвертом тысячелетии до н. э. охота и собирательство играют уже второстепенную роль. На смену им на юге нашей страны приходят скотоводство и примитивное земледелие, на севере — рыболовство.
На юго-западе Средней Азии в предгорьях Копет-Дага переход от охотничьего образа жизни к земледелию произошел в шестом — пятом тысячелетиях до н. э. Поселения земледельцев в этом районе по своему характеру тяготеют к ранним земледельческим поселениям Ближнего Востока.
Кочевой образ жизни сменяется оседлым и полуоседлым. Происходит первое крупное общественное разделение труда — выделение скотоводов и земледельцев из общей массы охотничьих племен.
Расселение человека на больших пространствах, рыболовство и охота требовали создания средств передвижения, а оседлый образ жизни — жилищ. Составные орудия труда из дерева (или кости) и камня в новых условиях были малоэффективны. Необходимость в рубящих и колющих орудиях возникла еще на предшествующем этапе. Так, в Сибири люди
37
вернулись к изготовлению старых форм орудий: грубых скребел, остроконечников, которыми выполняли колющие и рубящие функции. Однако широкого распространения эти орудия тогда не получили. Их стали изготовлять лишь после того, как люди освоили совершенно новые приемы обработки камня: сверление, шлифование и пиление.
Шлифовка каменных орудий
Шлифовались орудия или о плотную землю с кварцевым песком, или о песчаниковые плиты с мелкими зернами кварца. Для ускорения шлифовки на плиту стали подсыпать смоченный кварцевый песок.
Более тщательная отделка орудия производилась специальным точильным камнем — оселком (небольшой брусок из мелкозернистого песчаника). В процессе этой работы люди заметили, что чем тверже камень, из которого сделано орудие, тем труднее его отшлифовать. Но зато эффективность отшлифованного орудия повышалась во много раз. Вопреки сложившемуся мнению, процесс шлифовки не требовал больших затрат сил и времени. Экспериментальным путем было выяснено, что на изготовление шлифованного топора уходит всего 1,5—2,5 дня.
Сверление отверстий
В техническом отношении не менее важное значение, чем шлифование, имеет сверление. Шлифовкой достигалось уменьшение силы трения между поверхностью орудия и тем материалом, который обрабатывался (дерево или кость). Сверление позволило людям делать новые орудия труда из камня со вставной рукоятью, технические качества которого намного возросли по сравнению с орудием, имевшим рукоять, прикрепленную ремнем.
Отверстия высверливались с помощью круглой палки или кости, полой внутри; при сверлении использовался песок, который применялся и при шлифовании. Сверление отверстия, например, в топоре требовало затраты очень больших усилий.
Изготовление каменных топоров
Освоение сверления и шлифования позволило создавать очень эффективные орудия. Так, появившийся на предшествующем этапе развития техники каменный топор при новых сложившихся формах хозяйства начинает играть все большую и большую роль как в южных районах СССР, так и на севере. Благодаря топору, имевшему отшлифованное лезвие и вставную рукоять, стала возможна расчистка леса под посевы, сооружение загородей, постройка жилищ и средств передвижения. Благодаря рукояти удалось во много раз увеличить силу удара топора. Отшлифованная поверхность рабочей части топора стала оказывать меньшее сопротивление при углублении его в древесину.
Наряду с топором широко распространяются и другие деревообделочные инструменты: тесла, долота. Тесла использовались при обтесывании дерева, а для долбления применялось долото. В Сибири широкое распространение получили тяжелые тесла (весом около 1 кг) с заостренным обухом и выпуклым лезвием, удобные для выдалбливания лодок-однодеревок.
38
Добыча каменного сырья
Создание таких орудий из камня, как топоры, тесла, долота, накопление технических навыков повысили спрос на камень, что привело к усиленным разработкам каменных жил и использованию новых пород камня.
В Сибири нет крупного кремня, а на изготовление тесел и топоров требовались желваки довольно большого размера. Поэтому здесь стали использовать новые породы: змеевик, диорит, нефрит, которые, несмотря на большую твердость, хорошо поддаются обработке абразивными материалами, хорошо шлифуются и обладают еще одним свойством — вязкостью, отсутствующей у кварцевых пород. Диорит и нефрит в отличие от кварцев не раскалываются на пластины, их нельзя разбить на отще-пы, зато можно распилить. Для этого в Сибири применялись массивные пластины из серого шифера. При распиловке плиты ставились на ребро, т. е. рабочим краем являлись узкие грани плиты.
Залежи нефрита известны в труднодоступных местах Саянских гор и в долине р. Китоя. В древности могли использоваться и речные, россыпи, содержащие отдельные валуны нефрита. Из долины р. Китоя нефрит перевозился на далекое расстояние. Куски нефрита, пригодные для изготовления орудий, были предметом обмена.
В этот период на обработке камня начинают специализироваться отдельные группы населения, о чем свидетельствуют найденные склады кремня и кремневые мастерские. Большой склад кремневых орудий обнаружен в Верхнем Поволжье. Он состоял из 12 предметов (нуклеусы, заготовка для крупного орудия, массивные кремневые отщепы, обломки наконечника копья) *. Кремневые мастерские известны на стоянке Во-лодары и на Кубенинской стоянке в долине р. Ангары.
Использование самородной меди
В конце рассматриваемого периода человек стал использовать новый вид сырья-—металл. Прежде всего его внимание привлекли куски меди самородного происхождения. Начав обрабатывать эти куски так же, как камень, люди столкнулись с новым свойством — ковкостью. Первые орудия из меди изготовлялись при помощи холодной ковки. Знакомство человека с медью произошло в тех районах, где ее самородные куски встречаются на поверхности. На территории СССР самородная медь известна в Казахстане, на Урале, Кавказе и Алтае. Именно здесь и обнаружены остатки первых орудий, изготовленных из меди.
Долгое время из меди делались небольшие поделки в виде ножичков, шильев, а также другие мелкие предметы. Ограниченное применение самородной меди не могло вытеснить каменные орудия. Поэтому обработка камня все расширялась и совершенствовалась. Росло качество шлифованных орудий. Стали применяться особые отжимники — пуансоны, которые облегчили и улучшили способы обработки камня.
Орудия из кости
В связи с развитием земледелия широко распространялись мотыги для обработки почвы, главным образом костяные, реже каменные, и каменные зернотерки.
♦ Федоров В. В. К вопросу «о кремневых складах» в неолитическое время,— Материалы и исследования по археологии СССР, 1953, № 39, с. 286.
39
Костерезное производство было высоко развито в Сибири, особенно при изготовлении лука усиленного типа. Для таких луков применялись стрелы с очень крупными каменными наконечниками. Для усиления лука использовались костяные накладки. В Сибири найдены костяные накладки длиной от 1,5 до 1,69 м. Ширина их достигала 1,4—1,5 см, толщина— 0,3—1,4 см. Эти пластины вырезались из корки рога благородного оленя, размягчались в горячей воде и выравнивались.
Применение глиняной посуды
Изобретение лука и стрел, совершенствование старых приемов обработки камня и возникновение новых, дифференциация орудий труда способствовали такому росту производительных сил, когда стало возможным освободить отдельных членов племени от повседневной добычи пищи. Женщины могли больше времени уделять ее приготовлению. Но для этого была необходима вода. Первыми сосудами для нее служили, вероятно, костяные плошки и кожаные мешки. Но ни те, ни другие нельзя было ставить на огонь. Воду из источника могли приносить также в плотно сплетенных из лыка, прутьев и камыша корзинах. Человек заметил, что корзина, обмазанная глиной, совсем не пропускала воду. Используя это свойство глины, люди постепенно подошли к изготовлению глиняной посуды.
В Сибири ранняя глиняная посуда изготовлялась следующим способом *. Плотно сплетенная сетка в виде кошелки обмазывалась изнутри глиной. Образовавшийся сосуд ставили на костер для обжига; сетка сгорала, но следы ее оставались на стенках сосудов. Отказавшись от каркаса (корзины или сетки), сосуды стали лепить от руки примитивным жгутовым способом и обжигать их.
Начало изготовления тканей
В рассматриваемый период зарождается примитивное ткачество. При археологических раскопках найдены глиняные сосуды с отпечатками ткани. Кроме того, о начале производства тканей свидетельствует появление специализированных орудий в виде прялок, веретен и каменных прясел. Сырьем для получения нитей могли служить, во-первых, волокнистые растения типа крапивы и, во-вторых, шерсть животных.
Большое хозяйственное значение имело плетение рыболовных сетей, отпечатки которых встречаются на стенках глиняных сосудов. О существовании сетей в то время говорят и находки рыболовных глиняных или каменных грузил.
Средства передвижения
Расселение племен на огромных пространствах, межплеменные сношения, рыбная ловля требовали создания средств передвижения — в первую очередь по воде, а затем и по суше.
Как уже отмечалось, средствами передвижения по воде первоначально служили плоты, лодки, выдолбленные из одного куска дерева, и лодки, сделанные из колотых досок. На севере широкое распространение получили лыжи и сани, а в южных районах строились коляски типа арбы с глухими деревянными колесами.
* Окладников А. П. Неолит и бронзовый век Прибайкалья.— Материалы и исследования по археологии СССР, 1950, № 18, с. 169.
40
10. Часть долбленой лодки из неолитического поселения на Ладожском озере
В Воронежской области на р. Донец обнаружен челн длиной 8 м, выдолбленный из целого ствола дерева. Долбленый челн найден и при раскопках Ладожской стоянки (рис. 10). Сохранилась его кормовая часть длиной 1,7 м. Челн был выдолблен из целого ствола, диаметр которого, судя по сохранившемуся объему, не менее 70 см. Общая длина челна была не менее 3,5 м. Кормовая часть от сиденья отделена поперечной перегородкой. Челн выдалбливался с помощью каменных орудий. Там, где дерево стесывалось по направлению волокон, обработка довольно тщательная, в местах закругления челна поверхность неровная. Иногда часть древесины просто выжигалась.
При раскопках Днепропетровского кургана «Сторожевая могила» обнаружены остатки двухколесной арбы *. Сохранилось колесо, сделанное из сплошного куска дерева, и некоторые части от кузова в виде балясин, столбиков, палочек. Диаметр колеса, судя по сохранившимся остаткам,— 25 см.
Сооружение жилищ
Различие климатических условий сказалось на разнообразии жилищ. В Сибири, как и в предшествующий период, по-прежнему строились жилища типа шалашей. В Средней Азии в одних районах строились жилища из сырцового кирпича, в других — из дерева и камыша. В Хорезме раскопан большой овальный дом с размером пола 24X17 м (около 290 м2). Это было наземное жилище, сооруженное из столбов и балок, кровля покрывалась, видимо, камышом. В центре жилища обычно располагался большой очаг 120 см в диаметре **.
На Украине строилось несколько типов жилищ. В то время там жили племена трипольской культуры. Наиболее ранние трипольские жилища (рис. 11) имели вид землянок (или полуземлянок) с глинобитным полом
* Тереножкин А. И. Скифская Днепровская правобережная экспедиция.— Краткие сообщения Института истории материальной культуры АН СССР, 1951, вып. 37, с. 117—118.
** Толстов С. П. Древний Хорезм. М., 1948, с. 6.
41
11. Жилище трипольского поселения
и несколькими очагами. Чаще сооружались наземные глинобитные жилища, остатки которых широко известны под названием «трипольских площадок».
На севере, в заболоченных местах, строились свайные жилые постройки. Для сооружения помоста, на котором располагались жилища, в дно болота вбивались сваи. Деревья, из которых делались сваи, как правило, не очищались от коры. Концы толстых свай отесывались желобчатыми теслами, тонкие сваи вообще не отесывались. Стены жилищ строились из слег, промежутки между которыми переплетались прутьями. Крыши были двускатными и покрывались в несколько слоев кусками бересты, которая сверху придавливалась камнями.
Как видим, в четвертом — третьем тысячелетиях до н.э. на всей территории СССР широко распространились новые приемы обработки каменных орудий: пиление, сверление, шлифование. Основным орудием становится каменный топор, насаженный на деревянную рукоятку. Оседлый и полуоседлый образ жизни способствовал развитию многих отраслей производства. Осваиваются способы изготовления глиняной посуды. При выделке тканей используются пряслица, которые позволяли получить равномерное движение веретена при сучении нити.
Техника бронзового века (второе тысячелетие до н. э.)
На рубеже между пятым и четвертым тысячелетиями до н. э. в южные районы нашей страны стали проникать из Западной Азии орудия труда, изготовленные из чистой меди *. В третьем тысячелетии до н. э. здесь начали развиваться собственная металлургия и металлообработка. Отсюда металл стал путем обмена распространяться в северные районы. В этом же тысячелетии человечество познакомилось с бронзой (сплав меди с другими цветными металлами). Сначала в обиходе появилась мышьяковистая бронза, лишь во втором тысячелетии до н. э. стала широко употребляться оловянистая бронза (сплав меди с оловом).
* Черных Е. Н. Древнейшая металлургия Урала и Поволжья. М., 1970.
42
Районы древней металлургии
К этому времени возникают несколько очагов древней металлургии на территории Кавказа, Средней Азии, Казахстана, Саяно-Алтая, Урала, в Минусинской котловине и в Забайкалье. Отсюда отдельные изделия или медно-бронзовые слитки в большом количестве вывозились в соседние области. К концу второго тысячелетия до н. э. металлургия меди и бронзовых сплавов становится известной и в других районах страны, особенно в тех, где находились источники сырья. Медные изделия находят и на территории современной Якутии, но с бронзой из-за отсутствия оловянистых месторождений население познакомилось, когда уже было известно железо.
С использованием металла почти повсеместно распространяются земледелие и скотоводство. Однако отсутствие медных месторождений в северных лесных районах, несмотря на то что сюда проникали отдельные металлические изделия, надолго сохранило здесь неолитический облик хозяйства, основанного на применении каменных орудий.
Древнейшие разработки меди и олова
На территории СССР древнейшие медные разработки известны на Кавказе, в Средней Азии, на Урале, в Казахстане, на Алтае и даже в далеких районах Якутии. Возможно, в древности разрабатывались медные месторождения и в Донецком бассейне.
Древние выработки олова, как основного компонента бронзовых сплавов, известны в Казахстане, в Калбинских и Нарымских горах. Вероятно, уже в бронзовом веке велись разработки олова в Закавказье.
Золото добывалось в районе Калбинского хребта: на Казанчункуре, Боко, Сенташе и Акжале.
Горное дело
Изучение горного дела затрудняется тем, что большинство древних выработок только известны, но не исследованы. Анализ имеющегося материала позволяет наметить два основных этапа в развитии горного дела бронзового века.
Первый этап связан с открытыми горными разработками — ямами, вернее, добычей руд из верхних горизонтов месторождений. Такие ямы известны в Закавказье и на Западном Алтае. Из медных руд добывались главным образом окисленные (малахит и азурит). На Западном Алтае обнаружены целые поля подобных выработок на олово. Они имеют вид круглых ям глубиной от 2 до 5 м диаметром от 10 до 50 м. Поблизости от этих ям — отвалы. При пологом падении жилы выработка шла в виде наклона. Никакого крепления в выработках, видимо, не применялось.
На втором этапе начинается подземная разработка месторождений. Древние горняки-металлурги разрабатывали и сернистые медные руды.
Работы начинались на поверхности открытым разрезом воронкообразной или вытянутой формы шириной от 1 до 5 м. Затем делались забои — дудки глубиной (в зависимости от залегания руды) до 70 м. Пустая порода шла в отвал.
При выходе рудного пласта на поверхность склона разработка велась штольнями, длина которых доходит до 60—70 м. В местах добычи руды от штольни проходили камеры (обычная высота 2—3 м). При крутом падении рудного пласта работа производилась уклонами.
43
При выходе нескольких небольших жил на крутой склон горы разработка велась по всему склону снизу вверх; пустая порода сбрасывалась на пройденные участки.
Проходка выработок осуществлялась в основном с помощью каменных, деревянных, костяных и реже бронзовых орудий. Но с помощью только этих орудий человек не смог бы пройти через твердые породы камня, в которых залегают рудные пласты. Чтобы преодолеть твердую породу, на поверхности жилы или уже в забое разводился костер. Раскаленную породу поливали водой. Использовалась или грунтовая вода, или доставляемая в забой в кожаных мешках, деревянных ведрах, корытах. Огонь способствовал раскаливанию, растрескиванию горного массива, а обливание разрушало породу. В древних выработках повсюду на-; блюдаются закопченные стенки, кусочки древесного угля.
В образовавшиеся в результате действия огня и воды трещины с помощью больших каменных молотов, скрепленных с деревянной рукоятью, забивались деревянные или бронзовые клинья. Разрушенная порода выбиралась, и пожог повторялся.
Молоты для забивания клиньев весили в среднем от 5 до 7 кг, длина их — от 20 до 30 см. Они имели в сечении вид неправильного четырехугольника. Как правило, молоты и многие другие горные орудия не подвергались тщательной обработке. Для откалывания кусков породы и руды кроме молотов употреблялись кайла весом от 0,3 до 3—5 кг. Большая часть найденных кайл имеет узкий заостренный рабочий конец. При проходке мягких пород применяли кайла, сделанные из рога марала. В открытых разрезах работа производилась двусторонними кирками.
Освещение выработок
При проходке глубоких шахт естественного освещения, проникавшего сверху, было недостаточно. Для искусственного освещения использовались лучина или масляные плошки. На Гумешевском руднике была найдена полуобгоревшая лучина, воткнутая в трещину породы, в одном из золотых рудников Карагандинской области — две плошки для масла. Это небольшие глиняные сосуды с плоским дном и выступающими краями, в которых проделаны два симметрично расположенных отверстия, вероятно, для подвешивания. В Калбинских горах в разработке найден каменный светильник. В такие глиняные или каменные плошки наливали масло и помещали фитиль.
Обогащение и плавление руд
Отколотые крупные куски тут же в выработках дробились каменными молотами. Такие молоты неправильной округлой формы (рис. 12) имели диаметр до 10 см и вес до 1,5 кг. В забое руда и сортировалась. Затем ее насыпали деревянными лопатами в кожаные мешки или в деревянные корыта и выносили на поверхность.
Остатки деревянного корыта были найдены в древних разработках золота у г. Степняка. Кожаные сумки найдены при исследовании Змеиногорского, Золотушинского и Гумешевского рудников. Деревянные корыта могли употребляться и для доставки воды к забою.
Вынесенная на поверхность руда вблизи выработок еще раз дробилась до величины зерна в несколько миллиметров и затем уже относилась к месту плавки.
44
Плавление руд выполнялось иногда за несколько километров ог выработок, на поселении. Медные руды плавились в небольших, менее 1 м глубины ямах, вырытых на склонах гор или на возвышенных местах, с естественным прохождением воздуха через отверстия, оставленные в нижней части. Стенки ямы обмазывались толстым слоем глины.
В долине р. Енисея обнаружено много остатков медеплавильных сооружений бронзового века. Они относятся к так называемым чудским древностям. Плавильные чудские ямы (рис. 13) имеют кувшинообразную форму, высота их около 1 м. Поблизости от некоторых ям нахо
дили глиняные сопла, которые ис- ,2- каменны# рудной молот пользовались в устройствах для искусственного дутья.
Химико-технологические исследования древнейших металлических изделий, найденных на территории СССР, показывают, что сначала человек освоил медные руды.
Древнейшие медные изделия, найденные на Кавказе, датируются третьим тысячелетием до н. э. К этому же времени относятся медные поделки, обнаруженные на трипольских поселениях. Примерно тогда же появляются и первые металлические изделия в Прибайкалье. Это небольшие ножи, рыболовные крючки, шилья и ряд мелких украшений. Все они изготовлены ковкой. Ценность металла на этом этапе была настолько велика, что ножи не затачивались на грубом абразивном материале, а лишь зашлифовывались.
Использование бронзовых сплавов
Во втором тысячелетии до н. э. распространяются орудия, отлитые из бронзового сплава. На Урале, в Сибири и на Енисее все еще пользовались медными орудиями, так как здесь было много месторождений меди, но не было месторождений олова.
Впервые на территории нашей страны приготовление бронзовых сплавов началось на Алтае, где известны большие залежи оловянной руды — касситерита. Предполагается, что куски касситерита добавлялись при плавке медных руд в качестве флюса. Обнаружив изменение структуры и увеличение твердости металла при добавлении касситерита, стали намеренно его добывать и использовать при плавках. Как известно, температура плавления медной руды 1056 °C. При добавлении касситерита она снижалась, что также не мог не заметить первобытный металлург,
С приготовления бронзовых сплавов началось более быстрое развитие металлургии. Бронза несравненно тверже меди, что так важно для орудий труда и оружия. Она обладает важным при литье качеством — жидкотекучестью. Уже в то время было известно, что твердость, а вместе с тем и хрупкость увеличиваются с возрастанием в сплаве количества олова. Наилучшая литейная бронза содержит 10—12% олова. Древние
45
a
13. Плавильная яма (а), литейные формы (б, в) и дутьевые сопла (г)
/ — черная земля, 2 — глина, 3 — глнна и черная земля; 4 — шлак с древесным углем
бронзолитейщики увеличивали содержание олова в сплаве, когда отливались изделия, не требующие после литья дополнительной обработки в виде ковки (например, украшения), и наоборот, добавляли олова меньше, если надо было отливать такие орудия, как серпы, ножи, рабочие края которых без дополнительной обработки были очень тупы.
Использовались два способа литья: в формы и по восковой модели.
Формы вырезались из камня, реже употреблялись литые медные формы. Они были либо открытые, в которых могли отливаться лишь односторонне выпуклые изделия, либо двусторонние, вырезанные в двух каменных плитках, каждая из которых соответствовала половине отливае
46
мого предмета. Отлитые в таких формах изделия частично проковывались. Для образования проушин у топоров в форме вырезались углубления, в которые во время отливки вставлялись еловые шишки. При заполнении формы сплавом на месте шишек оставались пустоты необходимого размера.
Литье по восковой модели использовали и при изготовлении орудий труда и оружия, а позднее — при производстве художественных изделий. Из воска лепилась точная форма предмета, на которую слоями наносилась тонко отмученная глина. После того как глина высыхала, воск вытапливался через специально оставленные отверстия, а глиняная форма для большей прочности подвергалась обжигу. Полученная глиняная форма служила только для одной отливки; после застывания металла она разбивалась.
Бронза получила очень широкое применение. Из нее стали изготовлять ножи, орудия сельского хозяйства (мотыги, серпы), деревообделочные инструменты (топоры, долота, тесла), орудия горного дела (кирки), оружие (топоры-секиры, наконечники стрел, дротиков, копий, кинжалы, мечи) и ряд других предметов.
Первое время на технику производства металлических изделий оказывала влияние веками складывавшаяся технология обработки камня. Например, сверленые каменные топоры послужили прообразом бронзовых так называемых вислообушных топоров, т. е. топоров с проушиной, прообразом кельтов (топор или тесло, похожее на долото) были плоские каменные топоры, и лишь позднее создается своеобразная форма металлического топора с широким лезвием.
Развитие ремесел
Применение бронзы способствовало дальнейшей специализации ремесел, о чем свидетельствуют многочисленные клады того времени. Найденный в Нижнем Поднепровье у с. Князь-Григорьевска клад состоял из 50 топоров, серпов, слитков меди. Клад, найденный на Волге у с. Сосновая Мыза, состоял из 55 косарей, 5 кинжалов, 3 кельтов, 1 долота и, куска меди.
О специализации ремесел свидетельствует распространение гончарного круга и выделение гончаров из общей массы ремесленников. Впервые на территории нашей страны гончарный круг обнаружен (по характеру изготовления керамики) в Средней Азии (второе тысячелетие до н. э.). В остальных районах он появился позже.
Гончарный круг представляет собой круглую подставку, свободно вращающуюся на вертикальной оси, которая укреплена в опоре. Мастер вращает круг левой рукой, а правой лепит сосуд из спирально-наклады-ваемых глиняных жгутов. Таким образом, для формовки сосудов используется инерция вращения.
Для обжига глиняной посуды стали сооружаться специальные горны. Это глиняные печи овальной формы, имеющие приспособления для размещения сосудов и других гончарных изделий. При костровом обжиге температура была недостаточно высокой для равномерного обжига стенок сосудов. Иное дело специальный горн, где температура была свыше 500 °C и обжиг — равномерный.
47
Земледелие
Освоение бронзы положительно сказалось на дальнейшем развитии земледелия, которое становится одним из основных видов хозяйства на, очень широкой территории и распространяется на север вплоть до тундр. Появляется большое разнообразие земледельческих орудий. На территории Советского Союза пока не найдены остатки металлических плугов этого периода. В Закавказье во втором тысячелетии до н. э. применялись деревянные плуги, в которые впрягались животные. На севере для разрыхления почвы употреблялись мотыги с роговыми наконечниками, за-, остренные изогнутые палки и деревянные землекопалки с выступами для ноги (своего рода заступы).
Совершенствование каменных орудий
Несмотря на большие достижения металлургии, в бронзовом веке все еще преобладают каменные орудия. Однако они никогда так тщательно не ретушировались, не шлифовались, как в бронзовом веке. Орудия для обработки камня становятся чрезвычайно разнообразными. Для раскалывания каменного желвака служили отбойники шаровидной формы (6—8 см в поперечнике). Для придания орудию окончательной формы применялись длинные отбойники (около 15 см); конец их более заострен, чем у шаровидных, и хорошо отшлифован.
Подводя итоги развития техники во втором тысячелетии до н.э.,можно отметить, что основным достижением этого периода являются разработка и плавка цветных металлов. Появление бронзовых орудий повысило производительность труда, привело к изобретению новых методов изготовления орудий. Но несмотря на большой расцвет металлургии, бронза не смогла полностью вытеснить камень.
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ
В ПЕРИОД РАСПАДА ПЕРВОБЫТНООБЩИННОГО СТРОЯ
И ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАБОВЛАДЕЛЬЧЕСКИХ ГОСУДАРСТВ
(КОНЕЦ ВТОРОГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ ДО Н. Э. И ПЕРВЫЕ ВЕКА Н. Э.)
Настоящий переворот в развитии производительных сил и всей материальной культуры общества произошел после открытия способа прямого получения железа из руд.
«Человеку,— писал Ф. Энгельс,— стало служить железо, последний и важнейший из всех видов сырья, игравших революционную роль в истории... Железо сделало возможным полеводство на более крупных площадях, расчистку под пашню широких лесных пространств: оно дало ремесленнику орудия такой твердости и остроты, которым не мог противостоять ни один камень, ни один из других известных тогда металлов» *.
Древнейшие находки железных предметов на территории СССР датируются вторым тысячелетием до н. э.; широко железо стало применяться лишь в первом тысячелетии. Именно в это время железо стало основой для изготовления орудий труда и оружия. Человек освоил способы получения железа из руд.
Ко времени появления железа на юге нашей страны — на Кавказе,
* Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 21, с. 163.
48
б Средней Азии, в Причерноморье — начинают складываться классовые общества, возникают рабовладельческие государства. Основой производственных отношений в развитых рабовладельческих государствах является полная собственность рабовладельца на средства труда и на производителя— раба, который стал товаром для рабовладельца. Что касается территории Восточной Европы, то здесь долго сохранялся первобытнообщинный строй и большая часть народов перешла от него непосредственно к феодализму.
Сыродутный способ получения железа
Способ получения железа из руд путем восстановления его из окис-лов в литературе в XIX в. получил название сыродутного (от сырого воздуха, подаваемого в горн). Сыродутный процесс иначе называется кричным, так как конечным продуктом процесса является крица ковкого мягкого железа.
Как известно, температура плавления железа составляет 1530 °C. При сыродутном процессе не нужна такая высокая температура, ибо суть процесса заключается в способности железных руд реагировать с восстановителями при очень низких температурах. Именно это свойство железных руд и было использовано человеком.
На протяжении многих веков в качестве восстановителя при сыродутном процессе применялся древесный уголь (вернее, окись углерода и углекислый газ, получающиеся при сгорании древесного угля).
Получение древесного угля не представляло большой сложности. В самые ранние времена выжигание угля, вероятно, ничем не отличалось от современных способов и заключалось в следующем: в яму или прямо на земле складывали дрова, поверх насыпали землю и затем все обкладывали дерном. Дрова поджигали, а для выхода дыма и газов оставлялись несколько отверстий. В результате получали пористый, дающий довольно высокую температуру уголь.
Необходимое сырье для получения металлического железа — железные руды — чрезвычайно широко распространено в природе. При сыродутном способе употреблялись в первую очередь легковосстановимые руды. Наиболее широко использовались бурые, красные и шпатовые железняки, реже — магнитные.
Оруденяющим веществом бурых железняков являются бедные окис-лы железа. Среди них особое значение имеют болотные, луговые и озерные руды. Их широкое использование объясняется как большой распро-> страненностью, легкостью добычи, так и хорошей восстановимостью: они легко отдают свой кислород раскаленному углероду.
Вначале восстановление железа происходило в глинобитных печах, которые применялись еще в бронзовом веке. Однако во многих местах, где даже не знали способа выплавки цветных металлов, стали делать простейшие железоплавильные печи в виде ям. Увеличивающийся спрос на железо постепенно привел к созданию печей с большим коэффициентом полезного действия.
При сыродутном способе железная руда и древесный уголь загружались в печь в пропорции: 1 часть руды и 4 части угля. Нижний слой угля поджигался. В результате горения угля образовывалась окись углерода СО и углекислый газ СО2. Подымаясь вверх и проходя через слои руды, газы вступали во взаимодействие с окислами железа. При этом последовательно происходил ряд реакций, восстанавливающих окись железа до металла. Восстановленные капельки железа постепенно опускались книзу, образуя на дне печи спекшийся ком металла.
4 Очерки истории техники в России
49
Образовавшиеся в течение процесса жидкие шлаки время от времени выпускались. Восстановление железа начинало происходить при температуре около 400 °C и наиболее интенсивно — при температуре от 700 до 900 °C.
После окончания процесса получался ком железа — крица, в пустотах которой имелся шлак. Поэтому в дальнейшем вынутую из горна крицу проковывали молотом.
Развитие техники в Закавказье
В начале первого тысячелетия до н. э. часть Закавказья вошла в состав первого рабовладельческого государства на нашей территории — Урарту. В это время складываются армянская и грузинская народности. Только в глухих горных районах продолжал существовать первобытнообщинный уклад.
В XV—V вв. до н. э. железо в Закавказье полностью вытеснило бронзу при изготовлении орудий труда и оружия.
Основой, хозяйства становятся земледелие и скотоводство. Уборка урожая производилась главным образом бронзовыми серпами, а кое-где деревянными или костяными с кремневыми или обсидиановыми вкладышами. Возможно, что тогда уже был известен железный плуг, однако вещественных доказательств этого пока нет.
Большого расцвета в Закавказье достигла строительная техника. Города представляли собой сильно укрепленные поселения. Строительным материалом служил базальт. Стены сооружались из мощных каменных глыб весом от 5 до 6 т. Стены древней крепости Гарни возведены методом сухой кладки (без связующего раствора между плитами) из двух рядов базальтовых плит и имели несколько больше 2 м ширины *.
Тяжелые плиты, положенные плашмя, скреплялись железными скобами, концы которых закреплялись в специальных гнездах. Гнезда затем заливались свинцом (в каждое гнездо залито от 300 до 700 г свинца). Высота стен доходила до 15 м. Башни на стенах сложены из тех же базальтовых плит сплошной сухой кладкой, высота их не менее 20 м. Башни располагались на расстоянии 10—13 м.
Для строительства подобных крепостей использовалось большое количество рабов.
В последние века до н. э. строительная техника в Закавказье, испытывала влияние эллинизма. Сооружаются большие каменные дома с колоннами; здания прекрасно декорированы **.
Во II—III вв. до н. э. в связи с общим кризисом рабовладельческой системы хозяйства на территории Закавказья начинают складываться феодальные государства, в первую очередь на территории Армении.
Развитие техники в Средней Азии
К концу второго тысячелетия несколько рабовладельческих государств возникают и на территории Средней Азии. Появление их связано с дальнейшим развитием производительных сил на базе широкого ис
* Аракелян Б. Н. Раскопки крепости Гарни.— Вестник древней истории, 1951, № 4 с. 106—107,
** Цицишвили И. Н. Строительное искусство древней Грузии по материалам раскопок в Багинети.— Краткие сообщения Института истории материальной культуры АН СССР, 1949, вып. 24, с. 18—19.
50
пользования металлов. Со времен бронзового века велась добыча меди на Джезказгане, в горах Каратау. Золото добывалось недало от г. Степняка, следы разработок на золото открыты также и в низовьях Амударьи. В первом тысячелетии до н. э. здесь начинает широко распространяться железо.
С возникновением рабовладельческих государств связано сооружение крупных каналов со сложными сооружениями для снабжения водой городов и особенно ремесленных кварталов. Большого расцвета достигают гончарные и металлообрабатывающие ремесла.
Использование металлов, особенно железа, привело к еще более быстрому росту производительных сил, что явилось основной причиной смены рабовладельческого строя феодальным. Зачатки феодальных отношений относятся к III—V вв. до н. э. После сложения отдельных феодальных государств (Самарканд, Бухара, Хорезм и т. д.) и освобождения от арабских завоевателей вновь наблюдался общий подъем техники и культуры.
Греческие поселения
В VII в. до н. э. на северном побережье Черного моря стали основывать поселения греки. Из этих поселений выросли рабовладельческие города и государства, просуществовавшие до первых веков нашей эры, когда они были разрушены кочевыми племенами.
Особенного расцвета в этих государствах достигло градостроительство с широким использованием труда рабов. Города застраивались по планам, обносились мощными каменными стенами. При создании городов на склонах гор (как, например, Пантикапей) строились подпорные стенки. В городах создавалась развитая сеть водопроводных каналов. Для рабовладельческой знати сооружались дома из хорошо отесанных блоков; стены облицовывались штукатуркой, на которую наносилась роспись.
Ведя большую торговлю как непосредственно с соседними степными племенами (в частности, со скифами), так и с греческими государствами причерноморские города развивали винодельческую и рыбную промышленности, продукция которых шла на экспорт. Так, например, в Тиритаке раскопками открыто 59 рыбозасолочных цистерн — огромных цементированных ям. В Боспоре винодельни последних веков до н. э. представляли собой сцементированную площадку, на которой растаптывался виноград, а сок стекал в углубленный в землю резервуар. В первых веках и. э. для давления винограда применялся рычажный пресс с каменными гирями.
Винодельческая промышленность не могла существовать без развитого гончарного производства. Как винодельческая тара, так и вся посуда изготовлялась на гончарном круге. Гончарное производство, как правило, возникало сначала в рабовладельческих государствах.
И, наконец, в причерноморских городах широко были развиты ремесла: ткацкое, ювелирное дело, обработка кости и, как ветвь гончарного дела, производство замечательных терракотовых статуэток.
51
4*
Скифские племена
На Алтае были обнаружены богатые погребения скифов, относящиеся к VII в. до н. э. (рис. 14 и 15). В том же веке скифские племена проникли в степные районы европейской территории СССР из-за Волги и Дона. Вплоть до V в. до н. э. у них сохранялся первобытнообщинный строй. В IV в. до н. э. постепенно, благодаря влиянию рабовладельческих государств Северного Причерноморья, складывается классовое рабовладельческое государство скифов, которое во II в. до н. э. падает под ударами сарматских племен.
Первые железные предметы в степных районах известны еще для бронзового века. Это копье, наполовину медное, наполовину железное, обнаруженное при раскопках кургана у Мелитополя, и небольшое четырехгранное железное шило из раскопок около Воронежа.
Начиная с VII в. до н. э. железо в Скифии распространяется повсеместно. Вплоть до IV—III вв. до н. э. металлургия железа тесно связана с медно-бронзовым производством. Это подтверждается раскопками ремесленного центра Скифии, известного под названием Каменского городища *. Там на площади около 900 га обнаружены жилища ремесленников, меднолитейные мастерские и сооружения железоделательного производства, при этом в одной мастерской находились и медные, и железные шлаки, льячки для бронзолитейного производства, кузнечные орудия железоделательного производства и сами продукты литья и обработки железа. Данные, полученные в результате раскопок Каменского городища, говорят о том, что в IV—III вв. до н. э. металлурги выделились из общей среды населения и что один и тот же человек выполнял функции металлурга, бронзолитейщика и кузнеца.
Раскопки крупных жилищ ремесленников, в которых найдены вещественные доказательства занятий их обитателей и железоделательным, и бронзолитейным производством, позволяют утверждать, что работа выполнялась одной семьей.
Добыча руд и техника горного дела Скифии пока еще слабо изучены. Известно только, что железная руда добывалась в Криворожском бассейне, от которого Каменское городище как центр поселения металлургов отстояло на 60 км. Месторождения цветных руд, вероятно, разрабатывались в Донецком бассейне.
Находки медных и железных шлаков в Каменском городище говорят о том, что плавка цветных руд и восстановление железа производились непосредственно на поселении, куда руда доставлялась за несколько десятков километров от места добычи.
В Каменском городище прослежены остатки глиняных горнов для плавки цветных руд. Они имели размеры в основании 1,35X1,35 м, а в верхней части 1X1 м при высоте около 0,7 м. Сильная прокаленность стенок отдельных горнов говорит об их длительном использовании. В середине горнов находились небольшие (до 15—25 см) углубления, вероятно, связанные с тигельным процессом плавки цветных руд. В эти углубления ставились глиняные тигли, которые представляют собой цилиндрические круглодонные сосуды. Расплавленный металл разливался в формы глиняными льячками.
Литье производилось в каменных и медных формах и по восковым моделям. В каменных формах отливались наконечники стрел и отдельные украшения. Но высокохудожественные изделия, выполненные в так
* Греков Б. Н. Каменское городище на Днепре.— В кн.: Материалы и исследования по археологии СССР, 1954, № 36, с. 115.
52
14. Войлочный ковер с аппликацией из кургана в урочище Пазырык (Эрмитаж)
15. Деревянная колесница из урочища Пазырык (Эрмитаж)
53
называемом скифском «зверином» стиле, отливались по восковым моделям. >• '
Большой интерес в техническом отношении представляет отливка больших бронзовых скифских котлов, украшенных скульптурами животных. До сих пор объемные изделия со сложной орнаментировкой отливались по восковым моделям одноразового использования. Наличие очень схожих между собой котлов заставляет предполагать, что скифы освоили совершенно новый прием — литье в разъемную глиняную форму. Такая форма состояла из отдельно прокаленных глиняных кусков и для получения отливок не разламывалась, а разбиралась. Перед каждой последующей отливкой отдельные куски собирались и скреплялись в форму. О том, что этот способ знали и использовали скифские мастера, говорят и находки сильно прокаленных кусков глины.
Наряду с бронзолитейным делом было широко налажено изготовление золотых и серебряных украшений и всевозможной утвари. В Скифию проникало много греческих изделий, в свою очередь скифские образцы ювелирного производства хорошо были известны в греческих колониях.
В Каменском городище раскопаны и горны для восстановления железа. Эти очень небольшие сооружения имели в плане вид четырехугольника со стороной 40 см и толщиной стенок 4—5 см. Об искусственном дутье свидетельствуют находки сопел (обычно двух).
Непонятным пока является то, что, несмотря на большую площадь раскопок на Каменском городище, где обнаружены сыродутные горны и многочисленные находки из железа, до сих пор не обнаружены необходимые в кузнечном деле инструменты: наковальни, молоты и щипцы. Кузнечный инвентарь состоял только из пробойников и зубил для разрубания железных криц. Длина этих орудий от 4,5 до 11,5 см при толщине от 0,5 до 1—6 см;, в сечении они прямоугольные или квадратные.
Продукция скифских кузнецов очень разнообразна. Это деревообделочные инструменты, отдельные детали из железа, применявшиеся при строительстве жилищ, топоры, пилы, разнообразные гвозди, долота, скобели. Из железа изготовлялись и домашние изделия, например ножи, а также все орудия земледелия.
Железная металлургия на европейской территории страны
К северу от скифов на европейской территории страны в первом тысячелетии до н. э. продолжал существовать первобытнообщинный строй. На верхнем Днепре и Припяти, затем по Оке, верхней Волге расселились славянские племена, в верховьях Волги и по Оке — финно-угорские. В среднем Поволжье жили предки мордовских племен, в Приуральских районах — предки коми, удмуртов, меря, остяков и манси.
Поселения занимали большую территорию и сооружались на мысах рек. Жилища строились наземными. Стены состояли из вертикально поставленных и углубленных в землю столбов, пространство между которыми переплеталось плетнем и обмазывалось глиной.
Важную роль в занятиях населения в этот период играло подсечное земледелие.
В, лесных районах вследствие отсутствия источников сырья для медно-бронзового производства оно, как отмечалось выше, не достигло высокого развития, и в некоторых районах научились восстанавливать из окисленных руд железо ранее, чем была налажена плавка цветных руд. Примерами могут служить остатки сооружений на Онежском озере (сто
54
янка Оров-Губа), на Галичском озере (стоянка Умиленье) и в ряде других мест. Поэтому здесь можно проследить развитие самостоятельного железоделательного производства.
Восстановление железа сначала производили в кострах, а затем железо для ковки получали в глинобитных или наземных горнах с искусственным дутьем. В сырье не было недостатка; на этой территории железные руды повсеместно залегали в озерах и заболоченных местах. Добыча их не представляла никакой сложности.
Самое примитивное сооружение для восстановления железа обнаружено в районе Галичского озера при раскопках стоянки Умиленье*. Сварное железо получали здесь в глиняных сосудах, которые ставились в большой костер. Сосуды очень небольшие по размеру (до 18—20 см высотой почти при такой же ширине горлышка). В центре костра был выложен очаг из камней. На него ставился глиняный сосуд с измельченной рудой и древесным углем. Вряд ли были какие-либо приспособления для дутья. В большом костре при ветреной погоде практически возможно получение температуры, необходимой для восстановления руды в небольшом количестве.
Химический анализ шлаков из стоянки Умиленье показывает, что в кострах достигалась температура 1250 °C. После появления жидкого шлака горшок вынимался из костра, шлак выплескивался. Чтобы вынуть небольшой ком железа-—крицу, горшок разбивался.
Получение железа в глиняных горшках на кострах —один из самых непроизводительных способов. Большая часть металла оставалась в шлаках, причем использовались лишь богатые и легкоплавкие руды. Из полученной таким способом крицы можно было изготовлять очень небольшие по размеру поделки. Поэтому на территории Поволжья до V в. и. э. железо не могло полностью вытеснить бронзу при изготовлении орудий труда и оружия.
В первом тысячелетии н. э. развитие железной металлургии привело к росту производительности в земледелии, к возникновению многих видов домашних ремесел, что в свою очередь вызвало более интенсивный обмен между племенами. В результате происходит распад патриархальных общин и возникает территориальная или сельская община.
Распространение железа в Приуралье и Сибири
В Приуралье и Сибири железоделательное производство базировалось на опыте медно-бронзового литья. Бронзовые изделия медленно уступали железным, но уже в первых веках нашей эры с железом познакомились и северные племена, жившие в низовьях Лены. Оседлое население большей частью продолжало заниматься охотой и рыбной ловлей, кочевые племена занимались скотоводством. В Минусинской котловине мотыжное земледелие сочеталось с примитивным искусственным орошением.
Освоение железа повлекло за собой большие изменения в культурной и хозяйственной жизни всех народов. Железный топор, плуг с железным лемехом повысили продуктивность земледелия. На смену подсечному повсеместно пришло пашенное земледелие. На базе железной металлургии быстро развивались многие виды ремесел. Рост производительных сил подорвал основы первобытнообщинного и рабовладельческого строя, на смену которым пришел феодализм.
* Фосс М. Е. Итоги Галичской экспедиции.— Краткие сообщения Института истории материальной культуры АН СССР, 1949. вып. 26, с. 38.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ТЕХНИКА
В ДРЕВНЕЙ И СРЕДНЕВЕКОВОЙ РУСИ
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКИЕ ОРУДИЯ
Системы земледелия
Ко времени образования древнерусского государства во второй половине IX в. на землях восточных славян — в среднем Приднепровье и в верховьях Днепра, по среднему течению Дона, на верхней Волге и Оке — сложилось устойчивое полевое земледельческое хозяйство.
Характер ведения этого хозяйства, приемы обработки почвы не были одинаковыми в различные периоды и для различных географических районов. В южных лесостепных районах с суглинистыми почвами, содержавшими большое количество перегноя, на протяжении более двух тысячелетий велось возделывание земли каменными и костяными мотыгами. С середины первого тысячелетия до н. э. обитавшие там земледельческие скифские племена возделывали землю пашенными орудиями. В северных районах — в области смешанных и хвойных лесов с подзолистыми преимущественно супесчаными и суглинистыми, почвами, бедными перегноем,— длительное время существовало подсечное, или огневое (палевое), земледелие.
По своим особенностям подсечная система значительно отличалась от других земледельческих систем. Подготовка посевных площадей при этой системе начиналась с вырубки леса. Срубленные деревья оставлялись на лесосеке, высыхали и затем сжигались. После сжигания, при котором вместе с деревьями выгорал и превращался в рыхлую золу верхний слой почвы, выкорчевывались корни, дополнительно рыхлилась земля в местах, где выгорание ее оказывалось недостаточным, и в подготовленный таким образом зольной слой производился посев.
Сохранявшаяся в наиболее глухих окраинах царской России (на землях коми и удмуртов, в Карелии и в Белорусском Полесье) до начала XIX столетия подсечная система характеризовалась малой урожайностью сравнительно с урожайностью при использовании других земледельческих систем, предполагала большие затраты физического труда и приносила удовлетворительные урожаи на подготовленных участках в течение не более двух — трех лет. Повторное использование участков оказывалось возможным лишь через 50—60 лет, когда на них вновь вырастал лес.
В VIII—X вв. в большинстве северо-восточных и центральных областей подсечная система стала вытесняться пашенным земледелием, задолго до того уже известным на юге и составившим экономическую основу Древней Руси [52, т. 1, с. 56]. Простейшей формой такого земледелия являлась переложная, или залежная, система, при которой обработанные участки несколько лет подряд засевались одной и той же зерновой культурой, а затем несколько лет «отдыхали». Эта система использовалась и в тяжелое время монголо-татарского нашествия, когда, по свидетельству дошедших до нас письменных источников «сёла... лядиною [лесом] поростоша».
Однако еще в домонгольский период в районах с относительно развитой экономикой возникла и в дальнейшем — на протяжении XIII— XVI вв.— развивалась и распространялась на другие районы так назы
56
ваемая паровая зерновая земледельческая система, отличавшаяся правильным чередованием засевавшихся зерновых культур.
При более ранней по времени появления двупольной паровой системе каждый пашенный участок делился на два попеременно засевавшихся поля. В годы, когда одно из полей использовалось под посев, другое оставлялось незасеянным (отдыхавшим под паром), но также вспахивалось для очистки от сорняков, для сохранения влаги и накопления питательных веществ в почве. При несколько более поздней и более совершенной трехпольной системе вся пашня разделялась на три поля. В первый год трехлетнего севооборота (цикла чередования сельскохозяйственных культур) одно поле засевалось яровыми, второе — озимыми культурами, третье оставлялось под паром. На второй год того же цикла яровые высевались на ранее отдыхавшем поле, озимые заменяли яровые на первом поле, а под паром оставалось второе поле. Наконец, на третий год посевы на полях снова менялись местами и на отдыхе под паром оставалось первое поле, уже использовавшееся для посева яровых и озимых культур. В каждом последующем трехлетии цикл чередования культур и оставления полей под паром повторялся в той же последовательности.
Паровая зерновая система предполагала систематическое применение удобрений (унавоживание полей) и более сложную обработку почвы, при которой простое рыхление верхнего почвенного слоя, характерное для вспашки при перелоге, заменялось его рыхлением и переворачиванием, необходимым для уничтожения сорной растительности, перемешивания почвы и заделки навоза. Длительное время эта система существовала наряду с подсечной и переложной, выгодно отличаясь от них (особенно при трехпольном севообороте) большей производительностью пашенных участков, в 10—15 раз превышавшей производительность таких же участков в случаях ведения подсечного земледелия. Она постепенно, хотя и медленно, приобретала первенствующее значение в зерновом земледельческом хозяйстве страны и сохранялась на всем протяжении истории дореволюционной России.
Сельскохозяйственные культуры
Еще задолго до образования древнерусского государства на лесостепных землях восточнославянских племен выращивались просо, ячмень, мягкая и твердая пшеница. Для северных районов, в пределах которых особенно долго сохранялось подсечное земледелие, основной культурой было просо, по-видимому, дававшее в этих условиях наибольшие урожаи. «Страна славян ровная и лесистая,— замечал по этому поводу арабский писатель середины X в. Ибн-Даста,— они не имеют ни виноградников, ни пашен... Более всего они сеют просо» *. Но уже в XI—XII вв. с распространением пашенного земледелия состав сельскохозяйственных культур на севере и юге был почти одинаков. Перечень их, известный по сохранившимся письменным источникам и археологическим данным, включал пшеницу, рожь, ячмень, просо, гречиху, овес и горох. Помимо них, тогда же выращивались технические культуры — конопля и лен, причем преимущественными районами льноводства являлись районы Приильмепья и Верхнего Поволжья. Эти же зерновые и технические культуры возделывались и в последующее время.
* Ибн-Даста. Известия о хазарах, буртасах, булгарах, мадьярах, славянах и русах. Пер. Д. А. Хвольсона. СПб., 1869.
57
Земледельческие орудия
По мере появления и совершенствования различных земледельческих систем в практику земледелия вводились и постепенно совершенствовались различные орудия для обработки почвы и уборки урожая (рис. 16).
При подсечном земледелии вырубка леса на участках, выбиравшихся для посева, велась железными топорами, а корни деревьев выкорчевывались с помощью железных мотыг. Мотыгами производилось и рыхление земли в местах ее неполного пережога. Семена заделывались деревянными боронамп-«суковатками», изготовлявшимися из еловых стволов с обрубленными до половины сучьями. С той же целью иногда использовались деревянные грабли.
С переходом к пашенному земледелию для обработки (рыхления) почвы стали применяться соха и рало.
Характерные для северных земледельческих районов сохи развились, по-видимому, из борон-«суковаток» и вначале были многозубыми. Так как при этом глубина вспашки оказывалась небольшой, то в дальнейшем число зубьев постепенно уменьшалось. Длительное время — еще в XVI в., а на северных окраинах страны и до начала прошлого столетия — применялись трехзубые сохи (рис. 17 *); затем наряду с ними появились сохи двузубые и однозубые. Примерно в VIII в. на деревянные зубья сох начали одевать железные кованые наконечники — сошники. Позднее (в XI—XII вв.) такие сошники широко распространились в земледельческой практике, составив одну из наиболее крупных групп изделий древнерусских кузнецов.
В южных районах для возделывания земли применялось вначале простейшее пахотное орудие—-рало, по техническим особенностям близкое к сохе и хорошо известное по этнографическим материалам XVIII— XIX вв. В дальнейшем в этих же районах с распространением паровой системы земледелия стали вводиться пахотные орудия плужного типа с железными коваными лемехами, не только рыхлившими, но и переворачивавшими верхний почвенный слой. Постепенно эти орудия (сохи-косули) стали применяться и в северных районах, вытесняя обычные сохи. Тогда же, по-видимому, для бороньбы начали использовать бороны с квадратными рамами и с длинными зубьями, изготовлявшимися сначала из дерева, а позднее из железа.
Для уборки урожая издавна применялись косы и серпы, причем, судя по материалам археологических экспедиций, серпами жали хлебные злаки женщины, а мужчины пользовались косами как при жатве, так и при покосах травы **. Для уборочных работ использовались также грабли и вилы, изготовлявшиеся из дерева (железные вилы появились много позднее), а для обмолота применялись цепы.
Для обработки технических культур (льна, конопли) существовали особые орудия. Наиболее ранние из них не сохранились до нашего времени. Найденные при раскопках в Зарядье (Москва) части льномялки (орудия для обработки льняного волокна) относятся к началу XVI в. Примерно к этому же времени относят найденные там же деревянные гребни для расчесывания льна (XV в.) и веретено для его прядения. Все эти орудия конструктивно близки к аналогичным орудиям, описанным этнографами в XIX—начале XX в. Но, очевидно, они столь же близки и к конструкциям орудий, использовавшихся для тех же целей в более ранние периоды.
* Отдел рукописей ГБЛ. Житие Сергия Радонежского, л. 25.
** Арциховский А. В. Курганы вятичей. М., 1930, с. 104.
58
16. Орудия сельского хозяйства XI—XII вв.
1—3— мотыги; 4—6 — серпы; 7, 8 — косы; 9 — топор; 10 — острога; /1 — ножницы для стрижки овец; 12—14 — лемеха сохи и плуга
Помол зерна первоначально выполнялся вручную — на ручных жерновах диаметром 60—80 см (рис. 18).
Введенные на Руси в X в. ручные жернова на протяжении нескольких столетий использовались как основные орудия мукомолья даже в самых крупных хозяйствах..
Позднее в практику мукомольного дела вошли водяные и ветряные мельницы. Точная датировка их появления пока не установлена, несомненно только, что они стали известны населению русских земель до XIV в., когда уже прочно укрепились в хозяйственной жизни Московского и других княжеств. Во второй половине XV и в XVI в. водяные и ветряные мельницы (рис. 19) широко распространялись в России.
РЕМЕСЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО И ЦЕХОВЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ
Ремесленное производство на Руси отличалось высоким уровнем развития. Однако его характер на протяжении рассматриваемого периода существенно изменялся. Если в IX и в первой половине X в. в феодальном хозяйстве ремесло носило характер домашнего промысла и обслуживало население отдельной феодальной вотчины, то примерно с конца X в. в связи с дальнейшим развитием производительных сил начинают возникать ремесленные посады у городов. Ремесленники, населявшие эти посады, снабжали своей продукцией и город, и отчасти его окрестности, что значительно расширяло среду ремесленного производства.
По данным древнерусских летописей, на Руси в IX—X вв. существовало 24 города *. В XI в. количество городов резко увеличилось и достиг
* «Количество известных археологам городищ,— указывает Б. А. Рыбаков,— в пять раз больше, чем число городов, упомянутых летописью» (Рыбаков Б. А. Проблемы
59
ло 88. В XII в. существовало уже 200 городов, а в первой трети XIII в., накануне монголо-татарского нашествия, число городов на Руси приближалось к 250.
Это обилие городов Руси того времени не могло не изумлять иностранцев, и именно поэтому скандинавские источники называли Русь «Гар-дарики», т. е. страной городов *.
Первоначально феодальный город VIII—X вв. состоял из укрепленной части, т. е. крепости, где жил князь, и хозяйственных построек. Здесь же жила княжеская челядь. Укрепленная часть носила название детинца, а впоследствии стала называться кремлем. С конца X—начала XI в. вокруг детинцев возникают посады — поселки ремесленников и купцов; здесь же располагается торг.
истории Древней Pvch в свете новейших археологических исследований.— Вестник-АН СССР. 1960, № 8, с. 31).
* Тихомиров М. Н. Древнерусские города.— Ученые записки МГУ, 1946, вып. 99, с. 6.
17. Трехзубая соха (миниатюра из рукописи XVI в.)
60
Отдельные части посадов были заселены в основном ремесленниками определенных специальностей. Так, в Новгороде в XI—XII вв. существовали самоуправляющиеся районы, или концы, населенные гончарами, плотниками и пр. (Гончарский конец, Плотницкий конец). Население древнерусских городов по тем временам было довольно значительным, иногда доходило до 40 тыс. человек.
По хозяйственному и культурному значению наиболее крупные города того времени Киев, Новгород, Смоленск, Псков, Владимир, Чернигов и др. не уступали важнейшим городам Западной Европы. Во многих из них, как показывают археологические раскопки, существовали отдельные элементы городского благоустройства. Так, в древнем Новгороде уже в XI в. были деревянные мостовые, а в крупнейших городах Западной Европы мостовые появились значительно позднее. В Новгороде же на Ярославовом Дворище в XI в. был создан первый в Северной Европе самотечный водопровод, снабжавший водой не только княжеский двор, но и ремесленно-торговые районы.
18. Ручной мукомольный жернов (миниатюра из рукописи XVI в.)
61
-^t'
>w if fast лы-т^ж' 1, Й lur*
® «« ЛГ« о Л"ЛИ"Ч"<» UU.‘fiHA V» > * •» *- ~
g|g и/ « »»<«• » %.&%&*
Hi
*|*.4 ifMt/кяг слч a ыгщл
№&*%<*, «f'e*vx|fu *#4<«яи & «s£
&уяп$9 , над мЖм fc&F ^'!^ЙИЯМ*«« J*W&X
Й<®«|Гв O®W»r«
Д^Й/им' ” <y
*£*ЛЛ
А"* И /^Г^МЬ*
"J «ч№(А^ш>л ««'.и1;
i«Hi. >:;
^н₽ *ДО«мйг «<ф,до
Н-'ялН
лЛа
'H«^
WH
4
wMpiaM.tn,a>II.i l£
/afiH каг-ч
19. Ветряная и водяная мельницы (рисунки
в рукописи XVI в.)
: J
I
Цеховые организации
Основную часть населения феодального города составляли ремесленники и купцы. Ремесленники объединялись по профессиональному признаку в так называемые цехи, представлявшие собой союзы мелких самостоятельных производителей, принадлежавших к одной и той же отрасли промышленного производства.
Ф. Энгельс так раскрыл причины образования цехов: «Необходимость объединения против объединенного разбойничьего дворянства, потребность в общих рыночных помещениях в период, когда промышленник был одновременно и купцом, рост конкуренции со стороны беглых крепостных, которые стекались в расцветавшие тогда города, феодальная структура всей страны — все это породило цехи...» *
Объединение ремесленников в цехи давало им возможность успешнее вести борьбу против эксплуатации и притеснений со стороны феодалов, а также выдерживать конкуренцию стекавшихся в города беглых крестьян и представителей других видов ремесел.
Долгое время наличие цеховых организаций на.Руси отрицалось историками. Однако в настоящее время можно считать установленным существование на Руси объединений ремесленников, аналогичных западноевропейским цеховым организациям.
* Марис К., Энгельс Ф. Соч., т. 3, с. 23.
62
На Руси цехи, как полагает академик Б. А. Рыбаков, возникли в XII в., объединяя городских ремесленников одного определенного или нескольких близких промыслов *.
Приемы работы ремесленников, закрепленные многолетней традицией и передававшиеся по наследству, были строго обязательными для всех мастеров — членов данного цеха. В результате ни один мастер не выделялся по сравнению с другими.
На ранних этапах своего развития цехи, являвшиеся феодальной организацией ремесла, имели известное положительное значение. Однако с дальнейшим ростом производства и расширением рынков сбыта цехи постепенно начали сковывать инициативу ремесленников и стали служить препятствием дальнейшему развитию техники.
Характер и отрасли ремесленного производства
Несмотря на сравнительно высокий уровень развития производительных сил, достигнутый на Руси в процессе укрепления феодального государства, ремесленное производство основывалось на ручном труде., Внутри мелкой ремесленной мастерской почти не было разделения труда между мастерами. В дальнейшем в связи с развитием и совершенствованием техники разделение труда происходило не внутри одной мастерской, а между отдельными мастерскими. В результате резко увеличилось количество ремесленных профессий и цехов.
Если в домонгольский период, т. е. до начала XIII в., количество ремесленных профессий на Руси, по подсчетам Б. А. Рыбакова, составляло 42 [52, с. 166], то в период образования и укрепления Русского централизованного государства, т. е. в XVI в., их число значительно увеличилось, свидетельствуя об очень высокой дифференциации ремесленного производства. Так, например, в Новгороде в XVI в. их было 237.
Таким образом, значительный рост специализации производства не изменил характера мелкого ремесла, а привел к созданию новых профессий, насчитывавшихся в крупных городах десятками, а иногда и сотнями.
Одной из важных отраслей древнерусского ремесленного производства был гончарный промысел. Помимо разнообразной глиняной посуды, русские гончары изготовляли различные приспособления для литейного дела (тигли, литейные формы), строительные и отделочные материалы (кирпич, черепицу, изразцы), а также пряслица (грузики для веретен) и глиняные игрушки.
Гончарное производство было широко развито как в городах, так и в сельской местности, однако изделия городских гончаров отличались более тщательной отделкой, а нередко расписывались и покрывались разноцветной глазурью, как это было в Киевской Руси в домонгольское время.
Посуда лепилась древнерусскими гончарами на ручном гончарном круге (рис. 20), появление которого в Киевской Руси относится к IX в., и обжигалась деревенскими мастерами в обычных домашних печах, городскими— в специальных гончарных горнах двух типов. Более примитивным из них был двухъярусный. В нижней части его сжигалось топливо, и горячий воздух, проходя через отверстия в поде, поступал в верх-
* Рыбаков Б. А. Проблемы истории Древней Руси в свете новейших археологических исследований, с. 29.
63
20. Ручной гончарный круг
нюю камеру, где и происходил обжиг изделий. Были известны также и одноярусные горны более совершенной конструкции, так называемые горны с обратным пламенем. В них горячий воздух проходил через всю камеру, обжигая помещенные там изделия. Такой горн был более экономичным, так как требовал меньшего расхода топлива. В гончарных горнах этих двух типов достигалась температура 700—900 °C, вполне достаточная для обжига керамических изделий. При раскопках городища старой Рязани были обнаружены остатки горнов обоих типов, причем горн второго типа употреблялся для обжига поливной керамики.
Постепенно, с развитием техники гончарного производства, произошел переход от легкого ручного круга к ручному кругу тяжелого типа, а затем — к ножному, повсеместное распространение которого на Руси относится к XVI—XVII вв. [112, с. 547, 662].
На многих древнерусских гончарных сосудах, а также на кирпичах сохранились клейма мастеров. А. Л. Монгайт высказал предположение, что эти клейма являлись знаками не мастера, а заказчика. Это подтверждается в какой-то мере тем, что до XIV в. гончары работали в основном на заказ, а после XIV в.— на рынок, и именно с XIV в. клейма на керамике исчезли.
В Древней Руси существовала и такая ремесленная специальность, как резьба по камню. Сохранившиеся до наших дней замечательные орнаменты, украшающие белокаменные стены русских соборов (например, Дмитровский собор во Владимире), свидетельствуют о выдающемся мастерстве древнерусских резчиков. Из камня (шифера) изготовлялись пряслица, производством которых занималось население сел под Овру-чем, а также предметы культа (крестики, иконки) и литейные формы.
Уже в X—XI вв. древнерусским ремесленникам было известно также и производство стекла. Из него изготовлялись небольшие сосуды, бусы, и браслеты. Последние наиболее часто встречаются при раскопках древнерусских городов. По-видимому, производство стекла было исключительно городским видом ремесла.
Широкое распространение получили металлургия, литейное и куз-
64
нечное производство, плотницкое дело и обработка дерева, кожевенное производство, прядение, ткачество и т. д.
Как видим, ремесло было важнейшей отраслью хозяйства Древней Руси и сыграло большую роль в дальнейшем развитии и совершенствовании техники.
Монголо-татарское нашествие, во время которого были уничтожены многие русские города, нанесло ремеслу огромный ущерб. К тому же большинство древнерусских ремесленников было угнано в Золотую Орду. Однако постепенно ремесло в русских княжествах, временно попавших под власть Золотой Орды, стало восстанавливаться.
Наряду со старыми отраслями, достигшими высокого уровня еще накануне монголо-татарского нашествия, на Руси возникают новые ремесленные промыслы. Это соляной промысел с бурением глубоких скважин, начавший развиваться с XIV в., чеканка монеты, отдельные специальности строительного дела, часовое дело и пр.
ГОРНОЕ ДЕЛО И МЕТАЛЛУРГИЯ
Значительного развития достигло в Древней Руси горное дело. В качестве сырья для выплавки железа использовалась болотная или озерная железная руда как наиболее доступная и легко поддающаяся разработке. Горное дело развивалось главным образом в сельских местностях и постепенно превратилось в отдельную сферу трудовой деятельности. Появляется особая профессия — ремесленников-горняков, занимавшихся поисками и добычей полезных ископаемых.
В зависимости от наличия залежей полезных ископаемых и условий для сбыта добытой руды и готовых изделий возникают районы, население которых в основном занималось разработкой полезных ископаемых и производством из них готовых изделий. Одним из таких районов была Устюжна-Железопольская, снабжавшая металлическими изделиями другие районы Русского государства. Развивалось железоделательное производство также и на Новгородских землях.
Добыча железной руды производилась ручными инструментами. Рудоискатели вначале выкапывали небольшие ямы и определяли качество руды по цвету и тяжести. Если руда оказывалась пригодной, то снимался верхний слой земли и добыча велась открытым способом. Полученную таким образом руду оставляли обычно на некоторое время в кучах для' проветривания и просушки, а затем перерабатывали в небольших дом-ницах, расположенных, как правило, тут же*. В качестве топлива использовался древесный уголь.
Добыча соли
Существовало несколько способов добычи соли: ломка в каменоломнях, выварка рассола подземных вод и выварка морской воды. Самыми древними районами русского солеварения были районы Белого моря и Северной Двины. Каменная соль добывалась в Старой Руссе, Галиче, Костроме. Начиная с XIV в. развивается соляной промысел с глубоким бурением скважин. К середине XVI в. глубина соляных скважин, из которых добывался рассол, уже превышала 100 м [133, с. 277—278].
* Троицкий К. К. Черная металлургия и металлообработка Уломы.— Труды ИИЕиТ АН СССР, 1957, т. 9, с. 314.
5 Очерки истории техники в России
65
21. Плавильный горн-домница (реконструкция)
22. Крица, найденная в Вышгороде (раскопки Б. А. Рыбакова)
Техника выплавки и обработки железа
Выплавка железа производилась сыродутным способом. При этом очень трудоемком способе железо получалось путем прямого восстановления из железной руды в так называемых сыродутных горнах. Сыродутный способ на территории нашей страны до XVII в. прошел два основных этапа развития. Для первого, более раннего этапа было характерно восстановление железа в ямных горнах с естественным дутьем (рис. 21 и 22). На втором этапе (с VIII—X вв.) восстановление железа производилось более совершенным способом в сыродутных горнах с искусственным дутьем. Необходимо отметить, что очень рано, в начале XIV в., на территории нашей страны началась и выплавка чугуна, о чем свидетельствуют раскопки городища Великие Болгары в Поволжье*.
Обработка железа была Одним из важнейших отраслей древнерусского ремесленного производства. Ею занимались кузнецы (ковали), оружейники, бронники, замочники и пр.
* Смирнов А. П. Из далекого прошлого народов Среднего Поволжья—В кн-.По следам древних культур. М.., 1954, с. 43.
66
23 Кузнечные инструменты
/, 2— молотки-ручники; 3, 4— молотки-секачи; 5—молоток для тонкой ковки; 6 — наковальня простая; 7 — наковальня с раструбом; 8—Н)— кузнечные клеши; //— наковальня на подставке
24. Инструменты литейщика
1—тигель; 2 — льячка
25. Литейные формы XIII в.
(Митяевские курганы раскопки А. В. Арциховского)
Археологические раскопки древнерусских городищ подтверждают наличие в них крупных железоделательных мастерских Об этом свидетельствуют находки орудий производства древнерусских кузнецов: кузнечных горнов, молотов, наковален и клещей (рис. 23), а также готовой продукции — сошников, серпов, оковок лопат, ножей, гвоздей, замков и пр.
Металлографический анализ этих изделий показывает, что древнерусские кузнецы хорошо владели различными сложными приемами ме
67
5*
ханической и термической обработки железа [64, с. 71—76]. Это давало им возможность добиваться очень высокого качества изделий, что было особенно важным при изготовлении предметов вооружения: шлемов, кольчуг, щитов, сабель, боевых топоров, стрел. Искусно изготовленное и богато украшенное оружие русских воинов отличалось, как правило, хорошим качеством и высоко ценилось современниками.
Техника обработки цветных металлов
Важной отраслью древнерусского ремесла была обработка цветных металлов. Хорошо известны такие специалисты по обработке цветных металлов, как котельники, серебряники, златокузнецы, чеканщики, эмальеры и пр. Они изготовляли различную хозяйственную утварь, предметы роскоши, всевозможные украшения. В городах этот вид ремесел стоял на значительно более высоком техническом уровне, чем в деревне.
Русские литейщики умело отливали сложные изделия, пользуясь при этом формами (рис. 24) из множества частей, и в совершенстве освоили процесс литья по восковой модели. Уже в начале XIII в. для создания тонких полых изделий русские литейщики применяли способ литья «на-выплеск».
Сущность этого способа заключалась в следующем: в литейную форму через верхнее отверстие наливался расплавленный металл, небольшая часть которого застывала при соприкосновении со стенками формы, а остальное выплескивалось через нижнее отверстие *.
Сохранилось много прекрасных изделий, изготовленных древнерусскими литейщиками, а также орудий их производства (рис. 25). Особый интерес представляют разъемные каменные литейные формы мастера Максина, найденные археологами в Киеве при раскопках на территории древней Десятинной церкви.
Производство ювелирных изделий
Русские ювелиры отлично владели мастерством ковки, чеканки и гравировки и изготовляли на заказ изделия высокой художественной ценности. При выделке наиболее ценных изделий успешно применялись и сложные способы обработки цветных и драгоценных металлов: позолота, чернь, филигрань, гравировка по металлу, зернь, а также эмаль, слава о которой вышла далеко за пределы древнерусского государства.
Техника филиграни (скани) заключалась в напаивании на металлическую основу художественного орнамента из тонкой золотой или серебряной проволоки. При отделке зернью на поверхность изделия напаивалось множество крохотных шариков, составлявших определенный узор.
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ И ГИДРОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ
Уже в период Киевского государства в XI в. исторические источники, в частности Ярославов устав о земских делах, содержат сообщения о водяных мельницах. Многочисленные упоминания о них неоднократно встречаются в духовных завещаниях московских великих князей второй
* Стоскова Н. Н. Литье способом «навыплеск» в Древней Руси.— Вопросы истории естествознания и техники, 1956, вып. 1, с. 151—157.
68
половины XIV — начала XVI в., а также в летописных источниках. Так, в одной из летописей говорится, что в 1516 г. «князь великий Василий Иванович пруды копал, да мельницу каменну доспел на Неглинне» *.
Упоминания о работах по устройству мельниц встречаются в Псковских летописях.
Более подробные сведения о плотинах на реке Неглинной приводятся во «Владимирском летописце», где говорится, что в 1514 г. «от Москвы реки на усть Неглинны начали делати плотину камену». В июле 1515 г. «начали плотину другую делати от Боровических ворот на Неглинне», а в следующем, 1516 г. «почали делать третью плотину да и мост против Ризположенской улицы» **.
Существовали мельницы и па р. Яузе, а также в других местах. Сохранились сведения о мельницах в Соловецком монастыре, Перми, Твери и т. д.
Первоначально водяные мельницы служили исключительно для помола зерна. Но с XVI в. водяной двигатель начинает применяться на Руси для иных промышленных целей. В результате термин «мельница» получил более широкое толкование. Им стали называть большинство древнейших русских промышленных предприятий. Именно такой характер носила мельница в Соловецком монастыре, построенная в середине XVI в. Филиппом Колычевым, впоследствии московским митрополитом. На ней вода, поступавшая каналами из 52 озер, приводила в движение механизмы, выполнявшие не только помол зерна, но и его погрузку, сушку п высевку.
На этой мельнице, как сообщает «Соловецкий летописец», была «напряжена» телега, которая «сама насыпается, да и привезетца, да и сама высыплет рожь на сушило». Было сделано также решето, которое «само сеет и насыпает и разводит розно крупу и высевки» ***.
Плотины у водяных мельниц первоначально были деревянными и представляли собой бревенчатые срубы, засыпанные внутри землей. В дальнейшем плотины стали сооружаться из камня, уложенного на забитых в грунт дубовых сваях, что придавало им большую прочность.
Мельничные колеса были деревянными, обычно верхнебойного типа и достигали в диаметре 4,3—5,3 м. Одно такое колесо могло приводить в движение целую систему механизмов.
МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
Развитие механических средств труда является важнейшим содержанием всей истории техники.
История механических орудий и механизмов особо существенна прежде всего вследствие того огромного значения, какое имели механические средства труда почти на всем протяжении истории человеческого общества, составляя, по определению К. Маркса, костную и мускульную систему производства [1, с. 191]. Это место в производстве в основном принадлежит им и в настоящее время, несмотря на все более и более решительное внедрение в технику (главным образом за последнее столетие) немеханических средств труда и сложных технологических процессов.
* ПСРЛ, т. III. СПб., 1841, с. 198.
** Тихомиров М. Н. Из «Владимирского летописца».— Исторические записки, 1945, т. 15, с. 294—296.
*** Летописец соловецкий. М., 1847, с. 33—34.
69
Простейшие механические устройства были издавна известны на русских землях. Токарные станки для обработки дерева и подъемно-транспортное оборудование, весы, упоминания о которых имеются в письменных источниках начиная с X в.*, охотничьи луки-самострелы с автоматическим спуском тетивы, находимые при раскопках в слоях VIII—X вв., замки, прялки и ткацкие станки, водяные и ветряные мельницы, механические часы, гончарные, круги, водоподъемники, камнеметные и стенобойные орудия в военном деле и пр.— все это относительно широко использовалось в практике народного хозяйства, составив основу для более сложных конструкций механизмов и машин, вошедших в эксплуатацию позднее — в XVII и XVIII столетиях.
Механические орудия и механизмы в России прошли в основном те же этапы развития, что и механические устройства в других странах (главным образом европейских). Но, как и в других областях техники, развитие это обладало некоторым своеобразием, обусловленным особенностями исторического развития страны, о которых говорилось в первой главе.
Токарные станки
Еще задолго до нашей эры для обработки дерева и кости на территориях древних государств Востока, в Греции и затем в Риме стали использоваться простейшие токарные станки с ручным лучковым приводом, близким к лучковому приводу для искусственного получения огня, известному уже первобытным народам.
Раскопки на территории СССР показали, что обитавшие здесь народы владели техникой токарной обработки древесины задолго до образования древнерусского государства. Так, например, население Центрального Алтая в скифское время пользовалось токарными изделиями местного производства, которые хорошо сохранились до нашего времени **.
Токарные станки раннего средневековья, в том числе и русские, в конструктивном отношении не отличались от древнейших образцов. Но затем потребность в изготовлении значительного количества более сложных изделий заставила искать способы улучшения конструкции станков. Прежде всего нужно было освободить для работы над изделиями обе руки токаря. Этого достигли введением ножного привода. Устройство его состояло из педали, соединенной гибкой связью с деревянной пружиной. Последняя применялась в двух вариантах: в виде очепа и лука (рис. 26).
Очеп обычно имел форму бруска, круглое или прямоугольное сечение которого на одном конце было значительно больше, чем на другом. Толстым концом он прикреплялся к стене или стойке, а к свободному концу присоединялась веревка, которой обматывалась 1—2 раза заготовка. Другой конец веревки прикреплялся к педали. При нажатии на педаль заготовка вращалась, а очеп изгибался. Когда педаль отпускали, то очеп распрямлялся и заставлял заготовку вращаться в противоположную сторону.
Иногда вместо очепа применялся лук, прикреплявшийся к потолку помещения за середину. Концы лука стягивала тетива, имевшая посередине вьюшку, к которой прикреплялся конец приводной веревки.
* ПСРЛ, т. VI, СПб., 1853, с. 83, 84.
** Руденко С. И. Культура населения Центрального Алтая в скифское время. М.— Л., 1960, табл. 19.
70
26. Токарный станок IX—X вв. (реконструкция по Б. А. Колчину, ГИМ)
На педальных станках изготовляли из древесины посуду, коробки, в том числе с завинчивающимися крышками, детали мебели и многие другие бытовые предметы.
В XVI—XVII вв. в России токарное производство приобрело большой размах и точеная деревянная посуда экспортировалась в страны Востока и Запада. Токарные изделия изготовляли не только крестьяне-кустари, но создавались целые токарные предприятия. Например, в конце XVI — начале XVII в. была широко известна токарная мастерская Троице-Сергиева монастыря, изделия которой продавались во многих местностях Русского государства и за его пределами.
Механизмы для подъема тяжестей
Первое упоминание в исторических документах о применении на Руси механических устройств типа рычажного подъемника относится к 1229 г. Это был рычажный механизм, поднимавший и удерживавший подвижную часть подъемного моста.
Однако, как показывают археологические находки, блоки и полиспасты, вороты и рычажные подъемники были известны на Руси еще в X—XI вв. и применялись, в частности, при строительстве Софийского собора в Новгороде в середине XI в. [64, с. 112].
При постройке в конце XV в. Успенского собора в Московском Кремле итальянский мастер Аристотель Фьораванти применил специальное подъемное устройство для подачи строительных материалов на верхние
71
части здания. Летописец сообщает: «Того же лета [1477 г.] Аристотель колесо сътвори и вверх камение не ношаше, но ужищем цепляше и възвлекаше, и вверху цепляше малые колесца, еже плотники векшою зовут, еже им на избы землю волочат» *.
Судя по приведенному тексту, основной частью этого подъемного устройства было большое ступальное колесо (топчак), приводимое в движение людьми. На горизонтальный вал колеса наматывался канат (ужище), пропущенный через верхние направляющие блоки (векши). К свободному концу каната прикреплялись короб или бадья для поднимаемого груза.
О неоднократном применении русскими строителями подобных механизмов свидетельствуют старинные термины «жеравцы», «очепы», «вороты», «векши» и др., обозначавшие отдельные детали этих механизмов.
Водяные мельницы
Как уже указывалось, одной из широко распространившихся на Руси групп механизмов были водяные мельницы, названные К. Марксом элементарной формой машины [1, с. 361].
Каковы бы ни были окончательные выводы о появлении мельниц в России, остается несомненным, что XIV в. в этом отношении был до известной степени переломным. Водяные мельницы в этом столетии прочно вошли в хозяйственную жизнь Русской земли.
От водяного двигателя устраивалась передача вращательного движения к рабочему органу (исполнительному механизму), это и требовалось в мукомольном деле. Для этого необходимо было решить механическую задачу о передаче вращения между осями (валами), пересекающимися под прямым углом. Задача была решена, по-видимому, уже в самых ранних водяных мельницах — посредством зубчатого зацепления цевочного типа. Мельница явилась, вероятно, первым механическим агрегатом, в котором нашли практическое применение и развитие зубчатые передачи.
В ранних водяных мельницах, предназначенных для помола зерна, были применены первые основные виды зубчатых колес, которые затем использовались в продолжение нескольких столетий, в частности и такие колеса, которые позволяли осуществлять передачу вращения между перпендикулярными осями. Более того, передача между перпендикулярными осями с помощью цевочных колес была придумана, возможно, раньше, чем передача между параллельными осями.
Цевочные колеса долгое время были универсальными и устанавливались даже в часовых механизмах. Известны три основных вида таких колес: 1) с зубцами на ободе, применявшиеся для передач между параллельными осями; 2) с зубцами (пальцами, цевками) на торцевых поверхностях, применявшиеся для передач между перпендикулярными осями; 3) малые шестерни, состоявшие из двух кругов (дисков), соосно расположенных на некотором расстоянии друг от друга, и пальцев (цевок), заделанных между ними.
Зацепление зубчатых колес первого вида с малыми шестернями применялось при передаче вращательного движения между параллельными осями, зацепление зубчатых колес второго вида с малыми шестернями — при передаче вращательного движения между перпендикулярными
* ПСРЛ, т. IV. СПб., 1853, с. 206—207.
72
осями. Передача вращательного движения между различными осями от двигателя к рабочим орудиям, осуществленная в мельничных агрегатах (когда движение рабочих орудий требовалось тоже вращательное), явилась первой, наиболее простой и старой формой передачи движения от водяного двигателя.
Иной, более сложной формой механизмов, появившихся в рассматриваемый период, было устройство для преобразования непрерывного равномерного вращательного движения в колебательное движение хвостовых и лобовых молотов, воздуходувных мехов и пр. или в прямолинейное возвратно-поступательное движение толчейных устройств пороховых, бумажных и других «мельниц». Такое преобразование движения, получившее весьма широкое распространение в XIV—XV вв. в странах Западной Европы и введенное в России к концу указанного периода, выполнялось с помощью простых кулачков, закреплявшихся на валах. Горизонтальный вал водяного колеса или другой горизонтальный вал, с ним связанный, стал кулачковым валом. А это дало возможность в дальнейшем сделать мельничный водяной двигатель (колесо) универсальным.
Пока нет достаточных данных, чтобы судить об использовании водяных двигателей (мельниц) в России до XVI в. для целей иных, чем мукомольное производство, например в лесопилении, металлургии, кузнечном деле, сукновальном производстве и т. д. Если такое использование и было в XIV в.—-первой половине XV в., то, по всей видимости, очень редко. Но, по-видимому, со второй половины XV в. водяное колесо в России находит применение в качестве двигателя для различных технических процессов. Помимо мукомольных мельниц, возникают пороховые, сукновальные, бумажные и др.
Механизмы для изготовления тканей
Изготовление тканей было не менее важной отраслью древнерусского ремесленного производства.
Прядение осуществлялось на прялках с ручными веретенами.
Древнейшей формой славянского ткацкого стана был вертикальный, который, по предположению Б. А. Рыбакова, в XIV в. был заменен более прогрессивным горизонтальным [112, с. 186].
Замки
Большое распространение в домонгольской Руси получили механизмы замков. Делались они в основном из железа и меди, что позволило им достаточно хорошо сохраниться до нашего времени. Замки были весьма сложны по устройству, отличались большим разнообразием форм и подразделялись на внутренние (врезные) и наружные (висячие).
Все они (при большом разнообразии схем и конструкций) представляли собой клинчатые или клинчато-рычажные механизмы либо со стержневыми неповоротными ключами и упругими стальными пластинами (пружинами), либо с поворотными ключами и защелками. Висячие замки наиболее распространенного «трубчатого» типа были найдены, например, при раскопках южнорусских городищ XI—XII вв. Медный корпус таких замков шириной около 5 см и высотой до 8 см составлен из двух цилиндров — большого, с фигурной прорезью в днище и с кольцевым выступом-упором в верхней части внутренней поверхности
73
стенок, и малого, с глухим днищем и гладкими стенками. В отверстия цилиндров при запирании замка вкладывалась железная дужка; половина ее, входившая в малый цилиндр, имела гладкую поверхность, другая половина, входившая в большой цилиндр, несла приваренные к ней стальные пружинящие пластины. При вдвигании дужки в цилиндры пластины эти скользили по выступу большого цилиндра, несколько сдвигаясь к центру. По окончании вдвигания, когда дужка полностью входила в цилиндры, пластины оказывались расположенными ниже выступа и, раздвигаясь, упирались свободными концами в выступ. После этого дужка могла быть вынута из корпуса замка только с помощью ключа.
Неповоротный замочный ключ состоял из железного стержня (рукояти), на котором — под прямым углом к нему — помещалась вырезная отпирающая пластина, вводившаяся в большой цилиндр замкового корпуса через прорезь в его днище. По мере продвижения ключа вверх вдоль корпуса вырезы на отпирающей пластине захватывали пружинящие пластины дужки и, отжимая их внутрь, выводили их из-под кольцевого выступа-упора. Дужка при этом легко извлекалась из замка.
Число пружинящих пластин, их относительные размеры и расположение широко варьировались для однотипных замков с тем, чтобы исключить возможность открывания другими ключами. Помимо того, с целью скрыть о г рассмотрения расположение пластин и конфигурацию ключевых прорезей, замочные корпуса в замках XII—XIII вв. имели двойные днища, причем во внешнем днище прорезывался только узкий паз для ключа. Через такой паз невозможно было рассмотреть устройство замка, равно как нельзя было воспроизвести рисунок прорезей в основном (внутреннем) замочном днище.
Производство замков, имевшее в домонгольской Руси исключительно большое развитие и служившее предметом занятий наиболее квалифицированной части городских ремесленников — металлистов, в период монгольского порабощения, видимо, значительно сократилось. Но несмотря на это, в XIV—XV вв. русские замки не только изготовлялись для сбыта внутри страны, но и продавались за границей, о чем свидетельствуют, например, инвентарные описи чешских монастырей того времени *.
К XV в. в практике замочного мастерства стабилизировались несколько типов замков, отчасти известных еще в домонгольский период: врезные замки-задвижки с поворотными ключами, висячие пружинные («сничные») замки со стержневыми ключами сложного профиля и ви.-сячие замки с защелками, откидными дужками и поворотными ключами. При этом относительно легко проследить общую характерную тенденцию послемонгольского периода — постепенный отказ от пружинных замков с прямыми ключами (пластинчатыми и стержневыми) и вставными дужками и переход к замкам с поворотными ключами с бородками и откидными дужками **. Этот тип висячих замков оказался наиболее перспективным. В то же время намечается тенденция возможно большего усложнения конфигурации вырезов на ключевых бородках и соответствующего усложнения конфигурации защелок в корпусах замков.
* Ясинский А. Чешское свидетельство о русском металлургическом производстве.— Сборник Учено-литературного общества при Юрьевском университете , 1898 , т . 1 , с. 54—55.
** Отдел рукописей БАН. Лицевой летописный свод (2-й Остермановскпй том, п. 1324).
74
Механические часы
Одним из важнейших изобретений средневековья были механические часы.
Ф. Энгельс рассматривал появление механических часов в технике Западной Европы после Крестовых походов как крупнейшее событие наряду с появлением механического ткачества и мельниц, введением пороха и т. д. Механические часы явились, по его словам, «крупным шагом вперед как во времяисчислении, так и в механике» [4, с. 506].
В России механические часы появились, по-видимому, в начале XV в. По свидетельству летописей, первые часы в Московском Кремле были установлены Лазарем Сербиным в 1404 г.*, а в Новгороде — в 1436 гА¥
Механические башенные часы с боем и колокольной музыкой получили в России в XVI и XVII вв. особенно широкое развитие и распространение. Они ставились в каждом большом монастыре, в каждом более или менее значительном городе. В конце XVI в. в Московском Кремле существовали часы на трех башнях: Спасской, Тайницкой и Троицкой., В начале XVII в. к ним добавились еще четвертые часы — на Никольской башне.
В первой половине XVII в. (1621 —1628) в Москве производились работы по устройству новых больших часов на Спасской башне Кремля под руководством механика X. Галовея, приехавшего из Англии. Эти часы с движущимся циферблатом и со сложным устройством для колокольной музыки (куранты) получили большую известность. Они неоднократно ломались (главным образом от пожаров) и каждый раз восстанавливались заново. О них писали многие иностранцы, посещавшие Москву (Павел Алеппский, С. Коллинз, А. Майерберг и др.). В альбоме рисунков к путешествию А. Майерберга имеется их отдельное изображение **'*.
Из сохранившихся к настоящему времени наиболее старыми являются башенные часы Соловецкого монастыря, сделанные, как об этом сообщает надпись на среднем колесе механизма, в 1539 г. новгородским мастером Семеном Часовиком. Механизм этих часов находится ныне в филиале Государственного исторического музея в селе Коломенском под Москвой. В этом же музее можно видеть башенные часы из Боровского монастыря Калужской области, сделанные мастером Рязанцевым и относящиеся к XVII в.
Движущим механизмом башенных часов был горизонтальный заводной барабан, на который при подготовке к работе навивался гибкий орган (канат или цепь) с подвешенной к нему гирей. При работе механизма орган этот под действием веса гири сбегал с барабана, приводя его во вращение. Для трансформирования этого вращения в башенных часах впервые нашли применение сложные многоступенчатые зубчатые передачи с большими передаточными отношениями, кулачковые или храповые муфты, сцепляющие заводной барабан с ходовым колесом при вращении в направлении хода часов и отцепляющие колеса от барабана при заводе часов. Для создания часовых механизмов потребовалась весьма высокая, невиданная ранее точность изготовления большого количества сложных деталей и подгонки их друг к другу. Кроме того, в ча
* Отдел рукописей БАН. Лицевой летописный свод (2-й Остермановский том, л. 1324).
** ПСРЛ, т. VI, с. 132; Новгородская первая летопись старшего и младшего изводов. М., 1950, с. 418.
*is Альбом Майерберга. Виды и бытовые картины России XVII века. СПб., 1903, л. 46, рис. 88.
75
сах все детали механизма с колесами делались сплошь из металла, а не из дерева, как в других механических устройствах того времени.
Часы были первым автоматом, созданным для производства длительного равномерного движения,— механизмом с автоматическим регулированием.
К. Маркс, оценивая изобретение механических часов, писал: «Часы — это первый автомат, употребленный для практических целей. На их основе развилась вся теория производства равномерного движения» *.
Главное место в часах занимает регулятор скорости. Часовой механизм (автомат) вместе с регулятором представляет собой единую динамическую колебательную систему. Автоматика часов — это совершенно новая, более высокая ступень по сравнению с теми элементами автоматики, которые встречались в тот период в мельничных и других механизмах.
Но ранние башенные часы были не только прибором-автоматом для производства равномерного движения. Они были также и автоматом для производства боя и колокольной музыки («перечасье»). Причем первая из этих задач (часовой бой) требовала уже не только равномерного движения, но еще и неравномерного — весьма сложного, строго рассчитанного, которое бы точно осуществляло всякий раз различное количество ударов колокола в соответствии со временем суток. По-видимому, эта сложная автоматика осуществлялась в самых ранних русских часах первой половины XV в. посредством кулачковых колес с кулачками сложного профиля и системой рычагов, так же как и в сохранившихся русских часах XVI—XVII вв.
Таким образом, ранние башенные часы представляли, вероятно, сочетание трех автоматов с тремя отдельными двигателями (приводными барабанами, канатами и гирями), как это можно видеть по числу гирь на сохранившемся рисунке и предположить из сравнительного анализа технических данных о часовых механизмах более позднего времени. Возможно, что в ранних русских часах имелись и другие дополнительные автоматические устройства для воспроизведения астрономических явлений — движения Солнца и Луны, фаз Луны и т. д.
Часовое мастерство было непохоже на прочие ремесла феодального общества. Если другие ремесла были совершенно оторваны от теоретической науки того времени (бывшей исключительно умозрительной) и развивались постепенно, накапливая все больший и больший запас эмпирических наблюдений, почерпнутый в процессе производства, то часовое дело с самого начала оказалось связанным с теорией и не могло без нее развиваться, будучи, по словам К. Маркса, «ученым» нецеховым ремеслом, к тому же еще граничащим с искусством, мастерством величайшей сложности. Часовая техника явилась первым мостиком, который был перекинут от практики к «высокой» науке, началом союза между техникой и наукой. Так же, как и в странах Западной Европы, в России техника часового дела уже на самых ранних стадиях, с XV в., потребовала теоретических знаний, прежде всего математики и астрономии. Без таких знаний нельзя было ни строить часы, ни регулировать их ход.
Наряду с башенными часами некоторое распространение в России в этот период получили комнатные, настольные и портативные часы. Русские мастера освоили их производство, вероятно, уже в конце XVI или в самом начале XVII в. Известно, что в 1620 г. московский часовой мастер Моисей Терентьев, один из крупнейших русских техников того
• Маркс К., Энгельс 4>. Соч., т. 30, с. 263.
76
времени, сделал царю часы «в персне», т. е. вделанные в перстень вместо камня *, что свидетельствовало о высочайшем мастерстве, достигнутом русскими часовыми мастерами.
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОМЫСЛЫ
Время возникновения химических производств в Древней Руси еще недостаточно выяснено. Старинные документы, древнейшие литературные произведения и археологические раскопки слабо освещают вопросы, относящиеся к химическим производствам.
Полученные в результате раскопок первые данные о производстве химических продуктов в Древней Руси относятся к VII—XI вв. Производство химических товаров того времени скорее можно назвать промыслом. Обычно это были коллективы с небольшим количеством работников, которые чаще всего носили семейный характер. При раскопках древнего Киева установлено, что в XI—XII вв. там существовали ремесла: гончарное, ткацкое, кожевенное, иконописное и др.
Уже в Древней Руси были развиты солеварение, производство красок, селитры, пороха и лесохимических продуктов (поташ, деготь, смола, древесный уголь). В меньших количествах изготовлялись лекарства и другие химикалии.
Производство красок, применявшихся в живописи, при крашении тканей, для окраски домов, мебели, для косметических целей и даже входивших в состав лекарственных веществ, было едва ли не самым древ^ ним из ремесел, известных на Руси.
Так, при раскопках Саранского городища у Ярославля Ростовского найден пестик для растирания красок, датируемый VII—VIII вв. и свидетельствующий о том, что местное население пользовалось красками собственного изготовления. При раскопках кургана XI—XII вв. близ Стародуба (Брянская обл.) обнаружены куски тканей с набивными орнаментальными рисунками, оттиснутыми красками с резных деревянных «набойных» досок. Наконец, при раскопках в Киеве среди других предметов, относящихся к XIII в., найдены 14 миниатюрных горшочков с. разными красками для писания икон и другой инвентарь иконописца.
Из различных красок раньше других (в XI в.) упоминается киноварь — сернистая ртуть. Рецепт изготовления искусственной киновари был помещен в одном из рукописных сборников XII в. Тогда же главным образом для крашения тканей в Киевской Руси употреблялась красная краска «червец», добываемая из насекомого червеца. Для окраски тканей в красный цвет применяли также растительную краску — марену. Большой известностью пользовалась минеральная красная краска — сурик кашинский.
Для желтых красок применяли природную охру, или, как ее тогда называли, «вохру». Различные сорта ее были известны по месту добычи: калужская, коломенская, копорка (в Копорском уезде у Финского залива). Была также в ходу и привозная охра, называвшаяся немецкой, или грецкой. Растительная желтая краска «шишгель» получалась из крушины. Большой известностью пользовались привозные желтые краски — сандал и шафран.
Наиболее распространенной зеленой краской, известной еще в XV в., была ярь, или ярь-медянка. С XVI в. встречаются упоминания и о других
* Забелин И. Е. Дополнения к Дворцовым разрядам. М., 1882, с. 214.
77
зеленых красках — «прозелени», или просто «зелени», изготовлявшихся, по-видимому, из глауконита.
В качестве белой краски применяли чаще всего свинцовые белила, упоминание о которых относится еще к XI в. Очевидно, отечественных белил не хватало, и наряду с ними использовались «немецкие» белила, ввозившиеся из-за рубежа. Производством белил славились города Кашин и Ярославль.
Дефицитной была синяя краска — лазурь, получаемая из редкого минерала лазурита. Она в России не изготовлялась. Из отечественных синих красок в древнее время применяли «синь», «синило», «голубец» и «лавру». Большим спросом пользовалась привозная растительная синяя краска — индиго. Ткани окрашивали синей краской, изготовленной из местного сырья — растения войды, встречавшегося по берегам рек Дона, Сосны и Оки.
Темные краски — серые, коричневые и черные — давали богатые дубильными веществами части растений: дубовая кора, чернильные орешки, ягоды черники, ольховая кора и др. в смеси с соединениями железа.
Древняя фресковая живопись, сохранившаяся до наших дней в таких замечательных архитектурных памятниках, как Киевский Софийский собор (XII в.), церковь Спаса-Нередицы близ Новгорода (XII в.), Ферапонтов монастырь в Вологодской области (XV—XVI вв.), дают представление о красках, применявшихся в те времена. Установлено, что для фресок брали «земляные краски», получавшиеся измельчением различных природных минералов, например цветной гальки, встречающейся по берегам рек и озер. Иногда гальку предварительно прокаливали, отчего цвет краски часто менялся. Для получения более ярких тонов к «земляным краскам» прибавляли киноварь, лазурь, ярь-медянку и др. Самые разнообразные краски — красную, черную, голубую, зеленую, желтую, коричневую и др.— использовали при выполнении многоцветных миниатюр, заставок, орнаментов и заглавных букв в рукописных книгах.
Ранние по времени изготовления краски для тканей были нестойкими, так как найденные при раскопках ткани (XI—XII вв.) совершенно потеряли первоначальный цвет. Позднее для окраски тканей стали применять более стойкие растительные краски: марену, вайду, дубовую кору, шафран, индиго, сандал.
В XVI в. большой спрос имела окрашенная в разные цвета кожа, так как женщины в богатых семьях носили сафьяновые сапожки желтого, красного, голубого цветов. Цветным сафьяном обивали мебель и внутреннюю часть экипажей, переплетали книги. Для окраски кожи применяли чернильные орешки, шафран, сандал, лазурь, синюю растительную краску «крутик».
Широко распространенным на Руси в XVI в. было применение красок для косметических целей.
В Московском Китай-городе — центре торговой деятельности Москвы— находился «ряд белильный», где торговали белилами и румянами. Для хранения косметических средств пользовались особыми коробочками— белилёнками. Существовала даже профессия белилыциц, которые помогали пользоваться косметическими средствами. Косметические краски, за исключением белил, были привозными, главным образом из Персии.
Краски применяли и в качестве лекарственных препаратов — наружных и нередко даже внутренних. Так, к XII в. относятся упоминания о пользовании краской «вапой» для лечения кожных болезней. Упоминалась и мазь против чесотки, изготовлявшаяся из серы, селитры, купоро
78
са и яри. В лечебной книге XVII в. на основе предшествовавшей практики врачевания рекомендовалась мазь для заживления ран, в состав которой входили белила, ярь и киноварь*.
Производство селитры и пороха
С укреплением Московского государства многочисленные военные походы, в которых участвовала артиллерия, требовали все большего количества боеприпасов. Об их расходовании можно судить по следующим данным. В 1552 г. при осаде Казани в двух подкопах были взорваны мины с 59 бочками (около 3 т) пороха, а при осаде Ревеля (Таллина) в 1560 г. было израсходовано около 20 тыс. пушечных зарядов.
Для изготовления пороха расходовалось много селитры (75% от его общего веса). Сырьем для производства селитры в описываемое время служила селитряная земля, содержащая богатые азотом животные и растительные остатки. Селитряную землю обычно брали из-под изб, хлевов, во дворах и в других местах, где скапливались мусор и навоз. Ее заготовляли в ямах; отсюда и древнее название селитры — «ямчуга» («емчуга»). Позднее эти ямы стали называться селитряницами. Селитряную землю выщелачивали водой и получаемый раствор, содержащий нитрат кальция, фильтровали через солому. Затем для перевода кальциевой соли в калиевую раствор обрабатывали поташом или золой, снова фильтровали и упаривали до выпадения кристаллов селитры.
Производство селитры особенно расширилось при Иване Грозном, который ввел «селитряную повинность», предписывавшую населению и монастырям изготовлять селитру и сдавать ее в казну. Но все же своей селитры не хватало, и ее ввозили из-за границы, хотя позднее английский дипломат и путешественник Дж. Флетчер, посетивший Московское государство в 1588—1589 гг., указывал, что селитру варили во многих местах: в Угличе, Ярославле, Устюге и др.
Другой составной частью пороха (до 12% от его общего веса) была сера. Кроме того, сера входила в состав зажигательных снарядов: ручных гранат, светящихся и огненных ядер, зажигательных фитилей. Она же являлась составной частью многих лекарств и входила в состав «оку-ривательных порошков» (дезинфицирующих средств).
По-видимому, в ранний период сера добывалась на Руси в очень ограниченном количестве. Поэтому в XVI в. союзу немецких городов — Ганзе —было выдано разрешение на торговлю серой в Новгороде. В 1514 г. в «договорной перемирной грамоте», подписанной новгородскими наместниками и 70 немецкими купеческими городами, немецким купцам разрешалось торговать серой **.
Иван Грозный пытался наладить получение серы в своем государстве, договорившись с саксонцем Шлитте, но союз Ганзейских купцов, заинтересованный в монополии серы, не допустил выезда Шлитте в Россию. Серу ввозили из Германии и Англии.
О начале изготовления пороха в Древней Руси сведений не найдено. Косвенные данные относятся к годам княжения Василия I, сына Дмитрия Донского, когда в Москве сгорело несколько дворов «от делания пороха». Под 1389 г. имеется летописное известие о привозе на Русь пушек ***, упоминания о которых впоследствии становятся очень час
* Лахтин М. Ю. Старинные памятники медицинской письменности. М„ 1911.
** СГГиД, ч. V, 1894, с. 57.
*** ПСРЛ, т. XV. СПб., 1863, с. 444.
79
тыми, а в 1488 г. существовала уже «пушечная изба», ведавшая артиллерией (в 1547 г. она была переименована в «пушечный двор»),
В XV—XVI вв. в Москве производство пороха осуществлялось в специальных пороховых мастерских. Сохранились сведения о неоднократных пожарах, связанных со взрывами пороха. Во время одного из таких пожаров в 1531 г. погибло от взрыва «в един час» более 200 человек.
Помимо Москвы, запасы пороха, а вероятно и мастерские по его изготовлению, находились и в других городах. Так, в Пскове во время пожара 1507 г. «придел возле церкви зельями [поротом] роздрало, а зе-лей пушечных згорела бочка» *. Известно также;, что по требованию Ивана Грозного «пушечное зелье» изготовлялось в Новгороде и Старой Руссе.
Производство пороха потребовало создания специальных толчейных устройств (толчейных станов) со многими пестами, сначала ручных, а потом приводимых в движение животными или водяным двигателем. В результате появились «пороховые мельницы». Существенным для истории механизмов было при этом применение кулачкового вала, попеременно, в определенной последовательности поднимавшего и опускавшего песты и таким образом преобразовывавшего непрерывное вращательное движение в возвратно-поступательное с резкими изменениями скоростей рабочих органов при подъеме и последующем свободном падении вниз.
Углежжение и смолокурение
На русских землях имелись обширные леса, и естественно, что население издавна пользовалось лесными богатствами для извлечения полезных продуктов.
Углежжение (приготовление древесного угля) и смолокурение—-старейшие русские промыслы.
Возникновение углежжения относится к XVI в., и развитие его связано с развитием металлургии и пороходелия (толченый древесный уголь входил в состав порохов).
Смолокурение существовало на Руси, по-видимому, уже в XIII в., так как новгородцы торговали в это время смолой с Ганзейскими городами. Внутри страны смола в большом количестве шла на строительство судов. В конце XIV в. русская смола, называвшаяся важской, в значительных количествах вывозилась за границу. Смолокурение было распространено в районе р. Ваги (притока Северной Двины), в Новгородских землях и в Карелии. В документах XV—XVI вв. упоминаются смольники Каргополя, Орши, Ладоги.
Кроме того, Русь славилась своим поташом, который изготовлялся из древесной золы и использовался в стекольном, мыловаренном и красильном производствах, для бытовых нужд и пр. Наличие в стране огромных лесных ресурсов обеспечивало развитие этого производства не только для внутренних потребностей, но и для продажи поташа другим государствам.
Возникновение поташного производства на Руси относится к XV в. Государство получало от поташа огромную выгоду. Поташные промыслы отдавались на откуп боярам, окольничим, «думным» и «близким» людям, гостям и монастырям.
* Псковские летописи, вып. 1. М., 1941, с. 91.
80
Появление бумаги на Руси
Огромное значение в развитии мировой культуры и науки имело изобретение бумаги. Согласно сообщениям китайских летописей, производство бумаги началось в Китае во II в. и распространилось оттуда в Индию, Среднюю Азию, страны Ближнего Востока, а затем, в XI—XII вв., и в Европу, где она вскоре полностью вытеснила пергамент, на котором раньше писали книги и документы.
Наиболее древний сохранившийся русский документ, написанный на бумаге, относится к первой половине XIV в. Это договорная грамота московского великого князя Семена Ивановича Гордого, составленная в 1341 г.* С этого времени все чаще встречаются документы, написанные на бумаге.
Первоначально на Руси употреблялась бумага, ввозившаяся из Италии, Франции, Германии, Польши и особенно из Голландии.
Первые упоминания о русских предприятиях, изготовлявших бумагу, относятся ко второй половине XVI в. Об этом говорится в одной из купчих грамот 1576 г. [131, с. 11]. В тексте грамоты — официального юридического документа — упоминается бумажная мельница в Подмосковье; на р. Уче, принадлежавшая Федору Савинову. Достоверность приводимых в ней сведений не вызывает сомнений.
Известие о существовании на Уче бумажной мельницы (в грамоте 1576 г. о мельнице говорится в прошедшем времени) совпадает с сообщением итальянского путешественника Рафаэля Барберини, посетившего Москву в 1565 г. Барберини указывал, что «затеяли они [русские] также ввести делание бумаги и даже делают, но все еще не могут ее употреблять, потому что не довели этого искусства до совершенства» **,
Таким образом, и русские, и иностранные источники свидетельствуют о том, что во второй половине XVI в. была предпринята попытка организовать в России собственное бумажное производство, для чего была построена бумажная мельница на р. Уче под Москвой. По-видимому, эта попытка была связана с организацией примерно в эти же годы книгопечатания в России.
Сообщение купчей грамоты о существовании бумажной мельницы на Уче и известие Барберини являются пока единственными источниками, свидетельствующими о начале производства бумаги в России в XVI в. К сожалению, сообщая о самом факте существования бумажной мельницы, источники не приводят никаких технических данных об этом древнейшем русском промышленном предприятии. По-видимому, оно было основано на принципе использования водной энергии для приведения в движение системы механизмов.
Производство бумаги особенно возросло в связи с распространением книгопечатания, повлекшего за собой резкое увеличение спроса на бумагу и вызвавшего строительство большого числа бумажных мельниц.
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Высокого уровня развития в древней и средневековой Руси достигла строительная техника. Остатки старинных сооружений, раскопки в древних русских городах, давшие исследователям богатейший археологиче-
* СГГиД, т. 1. М., 1813, с. 35—37.
** Барберини. Р. Путешествие в Московию Рафаэля Барберини в 1565 г,—Сын отечества, 1842, № 7, с. 23.
6 Очерки истории техники в России
81
ский материал, русские летописи позволяют судить о высоком мастерстве русских строителей IX—XVI вв.
Уже начиная с X в. в Киеве развертывается широкое строительство деревянных и каменных церквей, часто представлявших собой монументальные сооружения.
В качестве примера можно привести сооруженную в конце X в. знаменитую Десятинную церковь, остатки фундамента которой были обнаружены и исследованы при археологических раскопках. Это был огромный 25-купольный храм общей площадью в 1542,5 м2, богато украшенный мозаикой, фресковой росписью и мраморными резными парапетами. В X в. в Новгороде Великом был построен громадный деревянный Софийский собор, сгоревший в 985 г.
В XI в. были построены каменные соборы в Киеве, Новгороде, Чернигове, Полоцке и других городах, некоторые из них сохранились до наших дней. Наиболее монументальными являются Софийские соборы в Киеве, Новгороде и Чернигове, позволяющие судить о мастерстве древнерусских строителей.
В X—XI вв. в Киеве велось также строительство гражданских зданий, фундаменты которых были обнаружены при археологических раскопках. Среди них можно отметить остатки княжеского дворца X в., развалины Золотых ворот и др.
В качестве строительных материалов для постройки и отделки монументальных каменных сооружений в Древней Руси применялись тесаный известняк и кирпич («плинфа»), изготовлявшиеся на Руси уже в X в., а также черепица, изразцы и плитки. Жилые дома, мостовые и ограды, как правило, были деревянными.
Кирпич, употреблявшийся при строительстве Золотых ворот, имел форму квадратных плит. Для отделки применялся красный шиферный камень, а также мрамор. В качестве вяжущего вещества использовалась смесь битого кирпича и щебня с раствором извести, которая, затвердевая, приобретала большую прочность, чем сам кирпич. Пол многих церквей, особенно соборов, часто выкладывался мрамором. Например, церковь Богородицы в Суздале была «измощена мрамором красным разноличным» уже в 1233 г.*
Строительное дело в период феодальной раздробленности Руси
Период феодальной раздробленности Руси характеризуется дальнейшим развитием строительства и архитектуры в формах, характерных для того или иного района. В это время в Киеве и столицах русских феодальных княжеств был сооружен ряд церквей.
Церкви XII в. имели меньшие размеры, чем аналогичные сооружения предыдущей эпохи, и отличались более простыми архитектурными формами. Особенно характерным для этого периода был тип церквей, в большом количестве сооруженных в Новгороде во второй половине XII в. Эти церкви имели в плане квадратную форму, небольшие размеры и скромное внутреннее убранство. К такому типу относятся, в частности, сооруженная в 1198 г. знаменитая церковь Спаса-Нередицы и др.
В отличие от Новгорода при строительстве церквей во Владимире-^ Суздальском княжестве им старались придать роскошный парадный вид. С этой целью использовались белый камень, позолота куполов и бога
* Никоновская летопись.— ПСРЛ, т. X. СПб., 1885, с. 103.
82
тые украшения резным орнаментом (Дмитровский собор во Владимире). Из гражданских сооружений этого периода особой роскошью отличался княжеский замок Андрея Боголюбского в Боголюбове на р. Нер-ли, внешний вид которого удалось восстановить советским археологам [30, с. 201—261].
Большого развития достигло в XII—XIII вв. строительство и в Галиц-ко-Волынском княжестве, о чем свидетельствуют обнаруженные археологами остатки многочисленных каменных сооружений.
Монголо-татарское нашествие нанесло огромный ущерб русскому строительству. Ряд выдающихся сооружений был разрушен, значительное количество талантливых русских мастеров-строителей угнано в Золотую Орду. Каменное строительство фактически было приостановлено. Однако уже в начале XIV в. оно вновь возобновляется в наиболее крупных феодальных центрах (Москве и Твери).
Строительное дело в период складывания Русского централизованного государства
Возобновление русского каменного строительства в XIV в. было связано с начавшимся процессом складывания Русского централизованного государства и усилением его борьбы против монголо-татарского ига. В Москве в этот период было сооружено несколько белокаменных храмов, значительное число каменных гражданских зданий, а в 1367 г. началось строительство каменных стен Московского Кремля.
Первый Московский каменный Кремль имел небольшие размеры и был сложен из белого камня, добывавшегося в каменоломнях около подмосковного села Мячково, на р. Пахре *. Военное значение новых каменных стен Кремля было очень велико, что подтвердилось уже в следующем, 1368 г., когда литовскому князю Ольгерду не удалось взять город.
Значительное количество каменных соборов и церквей в XIV — XV вв. построено в подмосковных городах — Коломне, Серпухове, Дмитрове, Звенигороде и в других центрах феодальной Руси. Так, в Твери был реставрирован собор Спаса и построен белокаменный княжеский дворец.
Большое строительство велось в этот период в Новгороде и Пскове. В Новгороде были возведены каменные постройки (жилые дома и церкви) и реставрированы каменные городские укрепления. Крепостные стены и церкви строились и в Пскове.
Крупное градостроительство способствовало общему развитию техники на Руси. При постройке монументальных каменных сооружений русским мастерам приходилось практически решать некоторые статические задачи строительной механики, добиваясь устойчивости и равновесия воздвигаемых зданий.
Русские мастера начинают применять строительные механизмы, облегчавшие тяжелый труд рабочих. Как уже упоминалось, при постройке Успенского собора в Московском Кремле для подъема строительных материалов был использован сложный подъемник с топчаковым приводом и с системой полиспастов.
В XV в. русские каменщики превзошли уровень строительной техники домонгольской Руси. Многие выдающиеся здания домонгольской Руси были заново реставрированы и перестроены.
* Воронин Н. Н. Московский Кремль (1156—1367 гг.).—Материалы и исследования по археологии СССР, 1958, № 77, с. 64.
83
6*
На развитие строительного дела наложило огромный отпечаток образование и укрепление Русского централизованного государства. Централизация государственной власти, укрепление самодержавия влекло за собой общее увеличение строительства, в особенности крупного монументального гражданского и крепостного.
Заготовка и производство строительных материалов
Возраставшие с каждым годом масштабы строительства требовали огромного количества строительных материалов. В связи с этим вопрос о снабжении строек необходимыми материалами приобретал особенно большое значение.
Суровые климатические условия, особенно зимой, заставляли русский народ возводить жилые постройки из материала, обладавшего низкой теплопроводностью и не подвергавшегося разрушению от действия атмосферных осадков. Таким материалом, из которого строились и жилые дома, и оборонительные сооружения, и церкви, было дерево. Имевшиеся в изобилии леса, в особенности хвойные, давали древесину, доступную обработке простейшими орудиями, легко раскалываемую по слоям, прочную и дешевую, и обеспечивали русский народ высококачественным строительным материалом.
Заготовка леса производилась обычно поблизости от района строительства. Часть леса привозилась для продажи в крупные города. Так, в Москве в XVI—XVII вв. существовал специальный лесной торг, где наряду с лесоматериалами продавались готовые срубы и отдельные детали зданий.
В качестве строевого леса для жилых зданий употреблялась главным образом сосна. На строительстве оборонительных сооружений использовались дубовые и сосновые бревна различных размеров. Из дерева изготовлялись также сваи, кровельные материалы и т. д.
Иногда в местах заготовок строительного леса изготовлялись не только детали жилищ, но даже целые сооружения, которые доставлялись на место строительства и там собирались. Примером такого сборного строительства может служить постройка Свияжска на Волге (в устье р. Свияги) —опорного пункта при осаде Казани Иваном Грозным. Подготовительные работы — валка леса, заготовка элементов деревянных конструкций, их контрольная сборка и маркировка — были выполнены в районе Углича зимой 1550/51 г. под смотрением дьяка И. Г. Выродко-ва. В мае 1551 г. плоты с заготовленными конструкциями были доставлены к месту строительства, и затем в течение 4-х недель закончены все сборочные работы *.
Обработка дерева при производстве строительных материалов велась вручную. Основным орудием лесорубов и плотников был топор. Пила, хотя и была известна на Руси с глубокой древности, но применялась сравнительно редко, главным образом для поперечной распилки дерева. Из других инструментов русских плотников можно назвать сверла, буравы, долота, «потесы» и пр.
* ПСРЛ, т. XIII. СПб., 1904, с. 163.
84
Материалы для каменного строительства
Для строительства каменных сооружений использовались как природные, так и искусственные материалы. Из камня и кирпича строились крепости, административные здания, церкви, а иногда и жилые дома.
Особенно возросла потребность в камне и кирпиче во второй половине XV в. при строительстве новых стен и башен Московского Кремля. Постройка мощных укреплений в очень короткий срок стала возможной только в результате хорошо организованного производства основных строительных материалов и наличия большого количества квалифицированных мастеров каменного дела.
Как правило, заготовка природных строительных материалов для каменного строительства составляла натуральную повинность монастырей и населения определенных районов Русского государства. Таким путем заготовлялись белый и бутовый камень, известь, а также песок и глина.
Заготовкой и производством как природных, так и искусственных строительных материалов для каменного строительства ведало специальное учреждение—-Приказ каменных дел, созданный в 1584 г. [125].
В качестве природного строительного материала для каменного строительства употреблялся известняк, или, как его называли, белый камень. Основным районом, где он добывался «для государева каменного дела», было подмосковное село 1Мячково (недалеко от Подольска). Крестьяне этого села и прилегающих к нему деревень добывали белый камень и доставляли его в Москву, где из него возводили стены. В Мячкове заготовляли в бутовый камень, шедший на устройство фундаментов зданий.
Другим подмосковным районом добычи белого и бутового камня было село Домодедово, откуда также поставлялись каменные строительные материалы на московские стройки.
В качестве вяжущего вещества в растворах для каменной кладки применялась известь. Она в больших количествах доставлялась также из Домодедовской волости, где для ее обжига были сделаны специальные напольные печи.
Песок, щебень и глина в коробах или возами доставлялись на места строительства и в кирпичные сараи из подмосковных карьеров крестьянами окрестных сел, а также стрельцами московских стрелецких слобод.
Изготовление кирпича
Кроме природного, для строительства широко применялся искусственный камень. Хотя начало изготовления на Руси кирпича (плинфы) в качестве строительного материала восходит еще к X в., но особенно увеличились его производство и использование в период складывания и укрепления Русского централизованного государства.
Строительство кремлевских стен и башен во второй половине XV в. потребовало большого количества кирпича. В связи с этим в 1475 г. на окраине Москвы за Андроньевским монастырем были построены кирпичные сараи с печью для обжига кирпича.
Размеры кирпича, применявшегося для строительства кремлевских укреплений, были неодинаковы. Так, для стеновой кладки использовался кирпич размерами 29X11X7 см. Кремлевский ров в районе современной Красной площади был выложен кирпичом более крупных размеров (дли
85
на 27—31 см, ширина 13—16 см и толщина 7—7,5 см). Во время строительных работ на набережной Москвы-реки и угловой Водовзводной башни Кремля были обнаружены в 1924 г. остатки стены, сложенной из кирпича чрезвычайно крупных размеров (56X28X15 см). Несмотря на столь большие размеры, он был обожжен во всю толщу и благодаря этому хорошо сохранился [133, с. 181].
Особая роль в заготовке и производстве строительных материалов принадлежала, как уже отмечалось, Приказу каменных дел. Через приказ осуществлялся и набор квалифицированных мастеров для работы в кирпичных сараях. Мастера набирались как в Москве, так и в других городах. Для этого Приказ каменных дел периодически получал с мест списки каменщиков и кирпичников, составлявшиеся воеводами в приказных и съезжих избах. В периоды наиболее интенсивного каменного строительства эти мастера вызывались в Москву и занимались производством кирпича [125].
Крупнейшие русские сооружения XV—XVI вв.
Как уже отмечалось, в 60-х годах XV в. было начато большое строительство в Московском Кремле, территория которого значительно расширялась. В Кремле возводились новые стены и башни, сооружались соборы.
К строительству Кремля было привлечено значительное количество мастеров из Москвы и других городов — Новгорода, Твери, Пскова, а также и из-за границы.
Наиболее крупным русским мастером-строителем этого периода был В. Д. Ермолин. Как архитектор он реставрировал старинные сооружения в Московском Кремле, а также во Владимире, Юрьеве-Польском и Троице-Сергиевом монастыре, вместе с тем он был и талантливым скульптором, создавшим, в частности, белокаменные барельефы, украсившие Фроловские ворота Московского Кремля.
Из иностранцев наибольшую известность получили итальянские мастера: уже упоминавшийся строитель Успенского собора в Московском Кремле Фьораванти Аристотель, строитель Архангельского собора Але-виз Новый и Грановитой палаты Марко Руффо и Пьетро Солари.
В начале XVI в. строительство грандиозных крепостных сооружений с целью усиления оборонительной мощи Русского централизованного государства велось не только в Москве, но и во многих других русских городах. Были возведены кремли в Коломне, Зарайске, Смоленске, Туле (рис. 27) и других городах. Реконструированы стены Новгородского кремля и построены из местных материалов мощные укрепления в Пскове, который в то время был многолюдным и красивым городом. Не случайно участник похода Стефана Батория в 1581 г. на Псков писал: «Любуемся Псковом... какой большой город! Точно Париж!» *
В Москве торговая часть города в 1534—1538 гг. была опоясана новой оборонительной линией, получившей название Китай-города. На окраинах Москвы и под Москвой сооружаются многочисленные монастыри-крепости, имевшие большое оборонительное значение (Новодевичий и Симонов монастыри в Москве, Пафнутьев-Боровский и Йосифо-Волоко-ламский в Подмосковье).
Русская строительная техника достигла в конце XV — начале XVI в. очень высокого уровня. В этот период русскими мастерами воздвигают
* Дневник последнего похода Стефана Батория на Россию. Псков, 1882, с. 92.
86
ся здания высотой 50—60 м, строительство которых требовало точных расчетов и больших практических знаний в области строительной техники (105, с. 139).
Одним из наиболее выдающихся сооружений этого типа была построенная в 1532 г. церковь Вознесения в селе Коломенском под Москвой (рис. 28) высотой около 60 м.
Во второй половине XVI в. размах строительства еще более увеличивается. В этот период создаются такие величественные сооружения, как Белый город в Москве, ставшей тогда одним из крупнейших европейских городов*, каменные кремли в Астрахани (1587—1588), Казани* (закончен в 1594 г.) и Смоленске.
Сооружение московского Белого города — оборонительного полукольца, необходимость в котором определялась требованиями надежной защиты столицы государства и которое охватывало по трассе современных бульваров территорию около 290 десятин (316 га), было начато в 1586 г., когда царь Федор Иоаннович «повеле на Москве делати город каменой» ** и закончено в 1591 г.
* Матвей Меховский, опубликовавший в 1517 г. в Кракове историко-географический «Трактат о двух Сарматиях», отмечал, что Москва «вдвое больше тосканской Флоренции и вдвое больше, чем Прага в Богемии», ([Л/. Меховски]. Трактат о двух Сарматиях. М.—Л., 1936, с. 113), а Ричард Ченслер, находившийся в России в 1553— 1554 гг., признавал Москву «в целом больше, чем Лондон с предместьями» (Английские путешественники в Московском государстве в XVI веке. М., 1938, с. 56).
* * Отдел рукописей ГБЛ. Хронограф 1617 г. (шифр F IV. 252), л. боб.
27. Тульский кремль
87
28О Церковь Вознесения в селе Коломенском
Строительство это велось выдающимся городовым, церковным и палатным мастером (архитектором и строителем) Ф. С. Конем [68]. Под его смотрением 7 тыс. рабочих-каменщиков возвели из тесаного белого мячковского камня и кирпича на дубовых сваях сплошную стену с зубчатым боевым ограждением и с 27 башнями. Общая длина стены, разо
88
бранной в 70—80-х годах XVIII в. «за излишностью, ветхостью и неудоб-ностью», составляла почти 9 верст, толщина ее, судя по обмерам остатков фундамента, обнаруженных при постройке первой очереди московского метрополитена, варьировалась в пределах от 4,5 до 6 м, высота отдельных башен составляла 13,9—19,2 м.
Наряду со строительством Белого города в Москве в 1591 г. по указу царя, предусматривавшему «около всех посадов поставить град дере-вяный», было начато строительство внешней оборонительной линии с деревянной засыпной стеной толщиной «в три добрых сажени» и протяженностью около 14 верст с 46 деревянными и 12 каменными башнями. За быстроту постройки, завершенной в 1592 г., «город» этот получил название «Скородома».
В конце 1595 г. царским указом Федор Конь был послан в Смоленск «делати... государеву отчизну — город Каменей». К весне следующего года, по-видимому, закончилась подготовка к этому новому огромному строительству, к которому, по словам летописца, привлекли «деловцев-каменщиков, и кирпишников, и всяких гончаров со всея Руския земли» и для которого «камение и известь возили из дальних городов» *. В том же году начались основные строительные работы. Подобно стене Белого города в Москве, стена Смоленской крепости возводилась из белого камня и кирпича на известковом растворе с заполнением внутреннего пространства белокаменным щебнем (бутом) и опиралась на дубовые сваи, вбитые в землю вплотную одна к другой. Разделенная 38 башнями на отдельные звенья («прясла»), она имела ширину 5,2—6 м, высоту (включая зубцы) —от 13 до 19 м и общую длину (по данным 1681 г.) «три тысячи тридцать восьми сажен с аршином и с полуседьмым вершком» (3038 сажен 1 аршин 3‘/2 вершка, или 6,48 км) **. Строительство Смоленской крепости, преградившей путь к Москве с запада, было завершено в 1562 г.
К числу наиболее выдающихся сооружений, воздвигнутых во второй половине XVI в., следует отнести Покровский собор (храм Василия Блаженного) в Москве, построенный в 1555—1560 гг. знаменитыми русскими зодчими Бармой и Постником *** в ознаменование взятия Казани. В самом конце XVI в. была надстроена до высоты 82 м колокольня Ивана Великого в Московском Кремле, сохранившая до нашего времени значение главной архитектурной вертикали, гармонически связавшей в единое целое все остальные вертикали Кремля.
Тогда же русскими зодчими с успехом был применен в строительстве ряд новых конструктивных форм и приемов. К их числу относилось введение сложной системы кирпичных перекрытий в храмах —так называемых крещатых сводов, завершавшихся световыми барабанами, а также широкое использование в каменном строительстве железных связей, укреплявших стеновую кладку и воспринимавших распор от сводов.
* Яковлева О. А. Материалы по истории русской техники в неопубликованной летопи си первой четверти XVIII в.— Труды по истории техники, 1953, вып. III, с. 119.
** ЦГАДА, ф. 145. Приказ княжества смоленского, ед. хр. 21, л. 98.
*** В последние годы в литературе было высказано мнение, что Постник и Варма — это одно лицо (Калинин И. Ф. Постник Варма — строитель собора Василия Блаженного в Москве и Казанского кремля.— Советская археология, 1957, № 3, с. 261 — 264).
89
ПУТИ СООБЩЕНИЯ
Дороги и мосты
С образованием Киевского государства, поддерживавшего оживленные торговые, политические и культурные связи со странами Западной Европы, Византией и государствами Востока, существенное значение приобрели пути сообщения — дороги и водно-сухопутные магистрали. К X в., помимо местных дорог (проселков), появляются упоминаемые в «Русской правде» «великие гостиницы» — большие магистральные торговые дороги, а также волоки, связывавшие между собой судоходные реки.
Несомненно, что для волочения судов на подкладных катках или колесах дорога должна была соответствующим образом подготавливаться и постоянно поддерживаться в исправном состоянии, так как в противном случае волочение было бы невозможным. Что же касается магистральных дорог, то они также были, по-видимому, весьма совершенными для своего времени: с бревенчатыми настилами в труднопроходимых болотистых местах, с путевыми знаками — крестами, с мостами через реки, хорошо известными в Киевской Руси и широко применявшимися наряду с лодочными и паромными переправами.
Своеобразные климатические условия Восточной Европы, сильные ледоходы на реках и высокие весенние паводки требовали создания не только очень прочных, но и высоко поднятых мостов и усложняли и удорожали строительство. Тем не менее русские мастера с успехом преодолевали эти трудности и в сравнительно короткие сроки воздвигали прочные мосты.
Мосты были обычно двух типов: наплавные, или «живые», основой которых служили барки с положенным на них бревенчатым настилом, и постоянные балочные и подкосные на сваях или на городнях (ряжах, срубах), засыпавшихся внутри камнем.
Одним из ранних русских мостов наплавного типа был мост через р. Днепр в Киеве, построенный при Владимире Мономахе в 1115 г. В Новгороде уже в X—XI вв. существовал мост через р. Волхов постоянного типа, который современники называли «великим». Этот мост имел 22 устоя, из которых 17 представляли собой городни, а 5 пролетов опирались на козлы, поставленные на дно реки. Мост этот часто разрушался ледоходом и полой водой, и его неоднократно отстраивали заново*. К XII в. появляются также подъемные («взводные») мосты с проезжей частью, поднимавшейся при помощи рычажных подъемников («журавцов»).
Для движения по дорогам в то время применялись двух- и четыре.х-колесные конные повозки («колы», «колесницы») . В зимний период перевозки совершались на санях, о чем впервые упоминалось в летописных известиях, относящихся ко времени княжения Ольги.
В связи с распадом Киевского государства на ряд отдельных княжеств в условиях междоусобных войн и замкнутости экономической жизни княжеств, огражденных суровыми барьерами мытов и пошлин, магистральные («прямоезжие», или «гостиничные») дороги перестали играть главную роль. Большой ущерб дорожной сети нанесен монголотатарским нашествием.
Однако уже с XIV в., когда начался процесс политического объединения раздробленных русских земель, стали расти города, развиваться
* Нестерук Ф. Я. Водное строительство Москвы. М., 1950, с. 88.
90
ремесла и торговля, вновь окрепли внутренние торговые связи и заметно оживилась внешняя торговля. В результате резко возросла необходимость в хороших дорогах. К этому времени относится такое новшество, как организация ямской «гоньбы» — системы сообщения, при которой перевозки совершались на подводах, заранее подготовлявшихся на определенных пунктах (ямах, станциях).
В XV в., когда формировалось Русское централизованное государство и Москва приобретала значение крупного узла дорог, ямская повинность стала одной из наиболее важных забот московских великих князей. К концу этого столетия были предприняты попытки перехода от ранее существовавших отдельных ямов к регулярной ямской службе с установлением ямских слобод, постоялых станов и дворов, вводились подорожные грамоты, начало создаваться централизованное ямское управление. Во второй половине XVI в. с этой целью было учреждено специальное правительственное учреждение — Ямской приказ.
Развитие транспортной сети сопровождалось соответствующим улучшением организации движения и технического состояния дорог. Уже в первой половине XVI столетия правительственными актами изымались из частного владения земли под ямские дороги. Аналогичными указами конца XVI в. предусматривались элементарные технические условия, которым эти дороги должны были удовлетворять. Так, царская грамота 1599 г. требовала от верхотурского воеводы Василия Головина, «чтоб дорогу [между Соликамском и Верхотурьем] чистили старого лучше и шире, и пенья б не было, и мосты б мостили хороши, чтоб та дорога была не узка, и мосты были хороши, и пенье бы чистили из коренья, и заломов бы на той дороге не было» *.
По записям в писцовых книгах можно установить, что ширина больших (ямских) дорог принималась равной 3, а полевых (проселочных) дорог — 2 саженям. Работы по постройке и ремонту ямских дорог должны были выполняться «всеми людьми всяких чинов» и в основном сводились к устройству гатей и переправ, к заделке выбоин и т. п. При необходимости производилось мощение отдельных участков дорог деревянными бревнами, причем эта мера применялась относительно часто и в сравнительно больших размерах (например, на дороге между Москвой и Смоленском имелись 533 гати, мощенных бревнами, причем отдельные гати имели длину до 5—6 верст). Что же касается рек, то особое внимание обращалось прежде всего на устройство паромных переправ, наплавных (плавучих) мостов, известных также под названием «живых» **, и постоянных мостов на сваях и ряжах (городнях). Ширина проезжей части мостов принималась равной 4,5 и даже 6 саженям.
В XV в. произошли некоторые изменения в технике устройства деревянных мостовых в пределах городов. Помимо характерной тенденции уширения мостового настила, вводились и новые конструкции настила из толстых и широких тесаных плах, плотно пригнанных одна к другой и положенных на продольные лаги. Раскопки в Москве показали, что применялось также мощение досками. В случаях же, когда мощение велось круглыми бревнами, поверх них для обеспечения ровной поверхности проезжей части насыпался слой земли.
В меньшей степени применялось каменное мощение городских улиц. Примером может служить каменная мостовая, обнаруженная при рас
* Акты исторические, т. II. СПб., 1841, с. 25.
** В 1477 г. во время похода Ивана III на Новгород через Волхов был построен мост на судах, который использовался и впоследствии (ПСРЛ, т. XXV. М.— Л., 1949, с. 317).
91
копках в Старой Ладоге на площади перед собором и относимая предположительно к XVI в.
В Москве каменные мосты известны с XVI в. Уже в 1367 г. был построен каменный мост от Троицких ворот через р. Неглииную. Несколько каменных мостов было построено в начале XVI в. через ров, существовавший на месте нынешней Красной площади и отделявший Кремль от Китай-города.
Речные пути сообщения
Уже в IX—X вв. в Киевской Руси были освоены и широко использовались для транспортных целей такие реки, как Днепр, Днестр, Буг, Дон, Волхов, Волга и др. По этим водным путям и далее по Балтийскому (Варяжскому), Черному (Понту, или Русскому) * и Каспийскому (Хвалынскому) морям вывозились в страны Западной Европы, Византию, в Закавказье и в среднеазиатские государства меха, воск, мед, кожи, замки, ювелирные и керамические изделия, лен и льняное полотно и т. д. и ввозились дорогие золототканые и шелковые ткани, сукна и бархат, оружие (мечи), цветные металлы (медь, олово, свинец, серебро и золото), предметы роскоши, пряности и пр.
Для речных перевозок людей и грузов применялись долбленые челны-однодеревки, известные еще задолго до нашей эры, крупные речные ладьи, также выдалбливавшиеся из древесных стволов, достигавшие 20 м длины и 3 м ширины струги—-небольшие плоскодонные суда с очень малой осадкой (вероятно, конструктивно близкие к плоту с дощатыми бортами) и, наконец, «учаны» (XII—XIII вв.), относительно большие вместительные суда, по-видимому, типа плоскодонных дощаников.
Широкое использование рек как путей сообщения требовало улучшения условий судоходства и выполнения соответствующих обстановочных, гидрологических и гидротехнических работ — установки путевых, лоцманских знаков, предупреждавших об опасных местах, промеров глубин и сооружения запруд и каналов.
В первой половине XII в. предпринималась попытка устройства искусственных водных путей сообщения в Новгородских землях. В 1133 г. сын ладожского посадника Иванко Павлович начал строить запруду на Волге, пытаясь связать эту реку с Новгородом через Полу и Ловать и открыть новый водный путь (помимо уже существовавшего) через Мсти и Тверцу. Однако после гибели строителя в 1135 г. начатое им дело не было продолжено. Памятником этих работ остался каменный крест при впадении р. Волги в озеро Стреж с высеченной на нем надписью: «[лета] 6641 месяца июля 11 день почах рыти реку сию яз, Иванко Павлович, и крест се поставих».
Одним из первых русских гидротехнических сооружений была построенная в Киеве в 1199 г. массивная подпорная стена, предохранявшая от оползней берег Днепра. Стена эта просуществовала несколько столетий и справедливо считалась тогда блестящим образцом инженерного искусства. Работы по выпрямлению и соединению русел рек неоднократно проводились и в последующее время. Так, в 1260 г. были сооружены каналы, соединившие р. Сухону с р. Вологдой. В XIV в. велось строительство канала у оз. Селигер для улучшения судоходных условий на водном пути из Новгорода в Тверь через оз. Ильмень, реки Ловать
* По летописным известиям. Черное море называлось Русским: «Днепр втечет в Понтьское море тремя жерелы, се же море слове" Русское» (ПСРЛ, т. XX'.’, с . 338) .
92
и Полу, оз. Селигер и р. Волгу. Наконец, в 60-х годах XVI в. было начато строительство канала длиной 6 км между реками Лежей (притоком Сухоны) и Васильевкой, которая через реки Монжу и Кострому соединялась с Волгой.
Мореплавание
Наряду с освоением речных путей на Руси в IX—X вв. развивалось мореплавание. Был освоен и широко использовался для торговых связей водный путь «из варяг в греки», включавший плавание по Балтийскому и Черному морям. Хорошо известен также восточный водный путь по Волге и Каспию. Морские военные походы и перевозки грузов совершались на ходивших на веслах и под парусами ладьях с высокими надставными («набойными») бортами из досок.
В период феодальной раздробленности и в эпоху монголо-татарского ига водный путь по Днепру и Черному морю постепенно терял свое значение. Русское мореплавание продолжало развиваться главным образом на севере.
Поддерживая оживленную торговлю со странами Западной Европы, новгородцы плавали по Балтийскому морю до берегов Швеции, Дании и других стран. Для промысла морского зверя они в XII в. совершали плавания вдоль побережий Баренцева и Карского морей. Закрепление в середине XIII в. русских владений на Кольском полуострове в еще| большей мере способствовало развитию русского мореходства на северных морях. Так, в XIV столетии русские суда ходили к Халоголанду — пограничной северной области Норвегии.
В XV столетии промышленники-поморы предпринимали морские экспедиции по Северному Ледовитому океану к востоку от устья р. Печоры. Задолго до путешествия голландского мореплавателя В. Баренца ими был открыт о-в Шпицберген (Грумант). В 1496 г. морским путем — от устья Северной Двины до Транхейма на западном побережье Скандинавского полуострова — в Данию по указу великого князя московского прибыло посольство Г. Истомы *, а в следующем году тем же путем, но с запада на восток, возвратились из Дании русские послы «Дмитрий Зайцев, да Дмитрий Ларев»**. В XVI столетии русским людям был уже хорошо знаком путь по Ледовитому океану вплоть до устья р. Оби, в нижнем течении которой (в месте впадения в нее р. Таз) в 1601 г. был основан город Мангазея, получивший название от жившей там народности Малгонзеи (Молгонзеи) [17, с. 61].
Морское судоходство на севере продолжало развиваться и в период образования Русского централизованного государства. Во второй половине XVI в. на Белом море были заложены судостроительные верфи и основан Архангельск (1584).
Плавания по северным морям совершались в крупных ладьях. Специально приспособленными для плавания во льдах были так называемые раньшины — 3-мачтовые парусные суда грузоподъемностью до 100т с корпусами яйцевидной формы. Корабль такой формы при сжатии льдов не раздавливался ими, а выталкивался на поверхность.
* Герберштейн С. Записки о московских делах. Перевод А. И. Малвина. СПб., 1903, с. 184—188. Сигизмунд (Зигмунд) Герберштейн, австрийский дипломат, приезжавший в Россию в 1517 и 1526 гг., записал рассказ о плавании в Тронхейм со слов с? мого Г. Истомы.
** Устюжский летописный свод . М :—Л., 1950. с. 100.
93
Важным событием средневековья, оказавшим большое влияние на развитие географических знаний и мореплавания, было изобретение компаса. Использование магнитных свойств некоторых железных руд получило практическое применение для определения стран света и позволило значительно расширить масштабы путешествий как по морю, так и по суше.
Первые европейские упоминания о компасе относятся к XII—XIII вв. Уже в XVI в., по свидетельству Геррита де Фера, участника экспедиции Баренца, компасом успешно пользовались русские мореплаватели-поморы, называвшие его «маткой». В 1941 г. компас был обнаружен в ходе топографических работ в районе восточного побережья Таймырского полуострова среди предметов, оставшихся от русской морской экспедиции начала XVII в.*
Применение компаса в морском деле, где он стал основным прибором в судовождении, позволило совершать далекие морские путешествия.
ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Вооружение древнерусских воинов
Летописные источники, подробно описывающие боевые действия древнерусских военных дружин, свидетельства современников-иностранцев и уцелевшие остатки военного снаряжения, найденные во время археологических раскопок, дают возможность судить о развитии военной техники в Древней Руси.
Основным оружием воина-дружинника IX—XIII вв. был меч, имевший прямой, широкий и тяжелый клинок длиной до 90 см. Большое распространение наряду с мечами получили копья длиной в 1,5—2 м с железными наконечниками. В погребениях древнерусских дружинников часто встречаются также боевые топорики и колчаны со стрелами, имевшими, как правило, железные ромбовидные наконечники. Широко применялись сабли, кинжалы (так называемые засапожники), булавы и т. д.
Помимо этого легкого вооружения, по крайней мере с XII в. известны крупные станковые луки-самострелы (рис. 29) для метания огромных тяжелых стрел. Такие стрелы длиной 1680 мм и весом 2 кг обнаружены, например, во Владимире на Клязьме при вскрытии могилы князя Изя-слава Андреевича, умершего в 1165 г. О гигантских самострелах, применявшихся половцами, сообщала Ипатьевская летопись. В ней говорится, что половцы имели «луци тузи самострельнии, едва 50 человек можащеть напрящи [натянуть]». По-видимому, тетива в таком самостреле натягивалась с помощью ворота или полиспаста, укреплявшегося на стенках, а самострелы передвигались на колесах.
Известны были русским и камнеметные орудия, действовавшие подобно станковым самострелам и применявшиеся еще в XVI в. наряду с огнестрельной артиллерией.
В качестве защитного снаряжения русские дружинники употребляли шлемы, имевшие остроконечную форму, кольчуги, изготовлявшиеся либо из переплетенных друг с другом железных колечек, либо из набора железных пластин, а также окованные железом щиты.
* Окладников А. П. Русские полярные мореходы XVII века у берегов Таймыра. 2-е изд., испр. и доп. М„ 1957, с. 94.
94
Оборонительные сооружения и стенобитные машины
Частые набеги кочевников заставляли восточных славян уделять большое внимание строительству оборонительных сооружений. К их числу относились как отдельные укрепленные пункты — города и княжеские замки, так и оборонительные линии — «змиевые» валы, представлявшие собой сложную систему земляных валов, тыновых оград и стен из «городней» — деревянных срубов, засыпавшихся внутри землей, а также рубленых башен, носивших название вежей.
В XIII в., в период нашествия монголо-татарских захватчиков, на Руси становятся известными, а впоследствии получают широкое распространение стенобитные камнеметательные орудия, называемые «пороками» и применявшиеся для разрушения крепостных стен.
Порок представлял собой простой, но мощный рычаг, действовавший или противовесом, или натягиванием (по типу лука).
Начало применения огнестрельного оружия
Важнейшим этапом развития военной техники в эпоху феодализма было изобретение пороха и использование его в военном деле. Успехи техники литейного дела и обработки металлов привели к широкому применению и непрерывному усовершенствованию огнестрельного оружия.
Как уже указывалось, первое достоверное известие о появлении на Руси огнестрельного оружия относится к 1389 г. С этого времени оно находит все большее применение в военном деле.
Начиная с конца XIV и особенно в XV в. в составе русского войска появляется специальная категория людей, обслуживающих артиллерию, или, как ее тогда называли, наряд.
95
Военная техника в период образования централизованного государства и во второй половине XVI в.
Развитие производительных сил в период создания централизованного государства на Руси повлекло за собой дальнейшее совершенствование вооружения. Если вначале, как и в странах Востока и Западной Европы, пушки изготовлялись из длинных полос кованого железа, сваренных между собой и скрепленных для большей прочности железными обручами, то в дальнейшем в связи с совершенствованием техники литейного дела (особенно литья колоколов) русские мастера стали отливать пушки сначала из .меди, а затем и из чугуна.
Наряду с тяжелыми крепостными орудиями в войсках, начиная со второй половины XV в., появляется ручное огнестрельное оружие — пищали, вначале фитильные (до XVI в.), а затем более усовершенствованные кремневые. В первой половине XVI в. появляется полевая артиллерия. С этого времени боевое применение артиллерии и огнестрельного оружия принимает еще большие масштабы. В качестве примера можно привести использование артиллерии при осаде русскими войсками Смоленска в 1514 г., где было сосредоточено до 2 тыс. больших и малых пищалей, умелое использование которых привело к быстрой сдаче города.
Во второй половине XVI в. на Руси создается стрелецкое войско. Стрельцы были вооружены ручными пищалями, что давало им значительные преимущества по сравнению с другими видами пехоты.
Совершенствованию вооружения русского войска способствовало сравнительно быстрое развитие промышленности, что повлекло за собой качественное улучшение огнестрельного оружия и прежде всего артиллерии. Достигнуты были значительные успехи и в боевом использовании артиллерии.
Правительства западноевропейских государств препятствовали передаче в Россию новейших достижений в области военной техники. Это, в частности, явилось одной из причин того, что развитие русской артиллерии шло самобытным путем и ее успехи были основаны на творческом труде выдающихся русских мастеров-литейщиков.
В русских городах во второй половине XV и начале XVI в. устраиваются литейные мастерские для отливки пушек — так называемые пушечные избы. Они неоднократно уничтожались во время крупных пожаров и снова восстанавливались.
Во второй половине XV в. в ДТоскве строится Пушечный двор, оборудованный, по-видимому, лучшей техникой своего времени, где создается мощная и передовая в техническом отношении артиллерия. И в XVI, и в XVII в. она занимает одно из первых мест в мире, нередко опережая (в некоторых существенных технических решениях) достижения Западной Европы.
Так, в XVI в. на вооружении русских войск появились многоствольные пушки, известные под названием сорок и дававшие возможность ведения залпового огня. В конце того же века создаются наиболее мощные тяжелые пушки, появляются первые нарезные артиллерийские орудия, продолжаются поиски наилучших конструкций клиновых затворов казнозарядных пушек. В 1615 г., например, была изготовлена нарезная казнозарядная пушка с клиновым затвором, а к середине XVIII в. (если не к более раннему времени) относится изобретение клинового затвора с зубчатым зацеплением, получившего всеобщее распространение только в XIX столетии.
96
Развитие артиллерии во многом повлияло на совершенствование различных механических устройств, вызвав появление многих технологических машин для рассверливания пушечных стволов, отрезания литейных прибылей, шлифовки стволов и т. д., а также грузоподъемных устройств для погрузки, разгрузки и установки стволов артиллерийских орудий. В числе этих устройств, помимо различных блоков и воротов, стали применяться винтовые домкраты, впервые появившиеся, по-видимому, в этот период.
Русские мастера орудийного дела
Развитие производства артиллерийских орудий выдвинуло ряд крупных русских мастеров —специалистов орудийного дела. В конце XVI в. большого искусства в отливке артиллерийских орудий достигли С. Петров, Н. Федоров, С. Дубинин и др.
Непревзойденным мастером, в совершенстве овладевшим техникой литейного производства и изготовления артиллерийских орудий, был А. Чохов (год рождения неизвестен, умер около 1630 г.), проработавший на московском Пушечном дворе около 60 лет и отливший в конце XVI — начале XVII в. большое количество пушек и пищалей, многие из которых сохранились до наших дней. Особенно известна знаменитая, Царь-пушка, отлитая Чеховым в 1586 г. Пушка эта имеет длину 5,34 м и весит около 40 т. По своему типу она является мортирой: длина канала ствола ее равна 3,18 м, калибр у дула — 0,94 м, а у основания ствола— 0,89 м. Продолжение канала ствола представляет собой зарядную камору длиной 1,74 м и калибром в 0,44 м. Таким образом, по своим размерам Царь-пушка представляет собой совершенно исключительное артиллерийское орудие.
Следует отметить, что наряду с Царь-пушкой в XVI в. русскими мастерами было создано значительное количество хотя и менее крупных по размерам, но все же очень больших по тем временам артиллерийских орудий. Они неоднократно использовались в боевых действиях против иноземных захватчиков. Это дает основание полагать, что и Царь-пушка отливалась для боевого применения.
Использование артиллерии носило в XVI в. массовый характер. Об этом свидетельствуют успехи русских войск в войнах второй половины XVI в. Так, при взятии Казани в 1552 г. русские войска сосредоточили мощную осадную артиллерию в составе 150 артиллерийских орудий, а при осаде Полоцка в 1563 г. русское войско имело 200 артиллерийских стволов.
Наряду с артиллерией совершенствовалось и ручное огнестрельное оружие. Россия и в этом отношении давала оригинальные технические решения. Главным усовершенствованием было появление механизма зажигания (замка), которого не было у ранних ручных пищалей.
Русские миниатюры XVI в. свидетельствуют, что в России, так же как в Западной Европе, в то время употреблялись пищали со спусковыми зажигательными механизмами (курками) самого простого устройства. Позднее, в течение XVI — начала XVII в., конструкции спусковых зажигательных устройств ручного огнестрельного оружия значительно усложнялись и разнообразились. Русские оружейники и в этом деле не отставали от зарубежных. Уже с XVI в. в России стали производить ручное огнестрельное оружие с колесными замками. Тогда же появились винтовальные (нарезные) стволы для такого оружия.
7 Очерки истории техники в России
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ТЕХНИКА В РОССИИ
С XVII В. ДО 60-х ГОДОВ XIX В.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ГОРНОЕ ДЕЛО
ГОРНОРУДНЫЙ промысел
В МОСКОВСКОМ ГОСУДАРСТВЕ XVII в.
Освобождение Руси от монголо-татарского владычества, объединение русских земель и образование в конце XV — первой половине XVI в. единого Московского государства благоприятствовали развитию производительных сил страны.
Сельское хозяйство и ремесла, вновь возникавшие промыслы, возрождавшееся и совершенствовавшееся строительное дело, строительство речных и морских судов, изготовление оружия (особенно артиллерии) — все это определило рост потребности в металлах, необходимость увеличения их производства, расширения разведывания и добычи металлических руд. Но только в XVII в., по мере постепенного сосредоточения ремесла в городах, общественного разделения труда и перехода от работы на заказ к работе на рынок, по мере формирования общего всероссийского рынка и возникновения начальных торговых связей внутри феодально-крепостнического строя, горное дело и металлургия в России) приблизились к новым качественным рубежам. Именно в XVII столетии основывались первые русские металлургические мануфактуры, позднее вытеснившие кустарные железоделательные промыслы, и осуществлялся переход от использования болотных и озерных руд к разведыванию и; освоению коренных рудных месторождений. В этом столетии были начаты систематические поиски, добыча и переработка руд цветных металлов, а разведывательные и добычные работы распространились на территорию Урала и Сибири.
Побуждаемое возраставшим спросом на металлы, Московское правительство поощряло деятельность рудоискателей (рудознатцев), приглашало иностранных специалистов рудного дела, предпринимало попытки привлечь иностранный капитал к строительству металлодела-тельных предприятий, снаряжало поисковые экспедиции.
Подготовка экспедиций поручалась центральным правительственным учреждениям: Посольскому приказу, ведавшему помимо сношений с иноземными государствами также и всеми делами с иностранными купцами, находившимися в Русском государстве, Приказу тайных дел, осуществлявшему надзор за деятельностью органов местного управления, Приказу большой казны, в ведении которого находились казенная торговля и промышленность (в том числе Денежный двор, выполнявший чеканку денег), Сибирскому приказу, осуществлявшему управление Сибирью, и др.
98
За обнаружение рудных месторождений рудоискателям обещались награды и предоставлялось право добычи и плавки руд. В центральных районах страны с системой вотчинного землевладения разрешалось проведение поисковых работ на любых государственных и вотчинных землях, равно как на любых землях допускалось строительство металлургических заводов при условии арендного землепользования и поставки в казну определенного количества выплавленных металлов.
Разведывание железорудных месторождений
Особое внимание московских властей привлекали поиски и разработка месторождений железных руд. Однако внутренние политические события начала XVII в., польско-шведская интервенция и война 1610 — 1618 гг. значительно ограничивали возможности таких поисков. Сведения о них на европейской части страны в течение трех десятилетий сводились к отдельным упоминаниям о безрезультатных разведывательных работах на р. Сухоне, в Пермской земле, Чердынском крае, в верховьях Камы и на р. Печоре. Известия о первых разведках рудных месторождений к востоку от Уральского хребта, предпринимавшихся по мере расширения государственных границ за Енисей, ограничивались лишь отрывочными сообщениями об открытии рудных залежей под Томском (1623), близ Верхотурья и на р. Тагиле (1628—1629).
Новый этап в разведывании, добыче и переработке железных руд начался в 30-х годах, когда голландский купец А. Д. Виниус, получив царскую жалованную грамоту «на мельницы и всякое железное дело», приступил к строительству первых в стране вододействующих железоделательных заводов под Тулой, в 40 верстах от ранее разведанного Деди-ловского железорудного массива.
В 50-х годах голландец Ф. Ф. Акема и датчанин П. П. Марселис с сыновьями закончили сооружение таких же заводов на р. Скниге под Каширой и на реках Поротве и Угодке в Калужском уезде. К этому же времени относится строительство железоделательных заводов в вотчине боярина Б. И. Матвеева на р. Беляне Звенигородского уезда. Наконец, в 70—80-х годах компаньон П. П. Марселиса А. Бутенант фон Розенбош построил железоделательные заводы в Фоймогубской волости Олонецкого края [126, с. 18—59].
Основание железоделательных мануфактур и необходимость дальнейшего развития железозаводского дела повлекли за собой усиление поисковых работ, связанных со значительными трудностями. Эти трудности определялись не только несовершенством техники разведывания залежей руд по внешним признакам места (цвету и влажности почвы, характеру растительного покрова, выходу рудных пластов на береговых обрывах) и не только геологическими особенностями центральной части России, на территории которой (в границах XVII в.) имелись лишь болотные руды и небольшие, бедные содержанием железа гнездообразные рудные месторождения. Существенным препятствием к развитию поисков в центральных районах было противодействие землевладельцев, из боязни отчуждения земель и отвлечения рабочей силы от сельского хозяйства, скрывавших рудные залежи и всячески преследовавших местное зависимое население, если оно помогало рудоискателям.
Трудности для поисковых работ в этих районах создавались и непоследовательностью политики правительства, предлагавшего использовать на металлургических мануфактурах вольнонаемных рабочих, но отнюдь не стремившегося к раскрепощению крестьян. В таких условиях
99
7*
основание рудников и заводов неизбежно сопровождалось увеличением трудовых повинностей, возлагавшихся на крепостное крестьянство (добыча и перевозка руд, заготовка топлива и пр.). Неудивительно поэтому, что крестьяне нередко уклонялись от оказания помощи в отыскании руд и в ряде случаев не останавливались перед прямым неповиновением правительственным указам и даже вооруженными столкновениями с отрядами правительственных войск.
Не меньшие трудности возникали при разведывательных работах на Урале и в Сибири, хотя на их территории не распространялось вотчинное землевладение. Суровый климат, малообжитые или совершенно необжитые места, постоянная угроза нападений кочевых племен, отсутствие местных кадров плавильщиков и кузнецов — все это крайне осложняло поиски месторождений.
Намереваясь развивать железозаводское дело в центральной части России, Московское правительство во второй половине XVII в. послало несколько рудоискательских экспедиций, обследовавших огромный район от подмосковных уездов до побережья Северного Ледовитого океана.
В 1658 г. Приказом тайных дел в Коломенский уезд был послан служилый человек Г. Григорьев. Обнаружив по указанию кодомского крестьянина И. Яковлева железную руду, из которой «железо получалось мягкое, годное и в уклад и в стальное дело», он приступил к ее добыче и плавке, но, не располагая достаточными средствами, был вынужден вскоре прекратить работы
В 1669 г. в Москву был приглашен саксонский мастер рудного дела X. Дробыш. Ведя разведку железных руд, он в течение года обследовал Можайский, Звенигородский, Рузский, Верейский и другие уезды. И хотя кратковременность поисковых работ вряд ли способствовала тщательности их проведения, все же были получены сведения о возможности развития железоделательного производства в пределах относительно большого юго-западного района Подмосковья. Еще через два года разведывание железных руд в Фоймогубской волости Олонецкого края велось новгородским гостем С. Гавриловым, и у найденных им рудных месторождений в 1678 г. были построены железоделательные заводы А.Бутенан-та * **. Наконец, в середине 70-х годов разведывательная партия в составе Д. Федорова, Л. и С. Нарыковых, С. Патрикеева и пяти рабочих прошла по маршруту Москва — Каргополь — Заонежье — Кольский острог — Архангельск — Великий Устюг — Вятка — Казань — Галич — Москва. В 1676 г. ею были обнаружены железные руды в Устюжском, Вятском, Казанском и Галицком уездах (рис. 30).
Независимо от выполнения перечисленных работ во все более возраставших размерах велось разведывание руд в Сибири. Военные и хозяйственные нужды вновь осваиваемых огромных областей, ограниченные возможности удовлетворения этих нужд заводами и промыслами центра,
* ЦГАДА, ф. 210. Севский стол, ст. 231, лл. 231—237. Служилые люди (по терминологии XVI—XVII вв.) —лица, несшие государственную военную и гражданскую службу. Высшую группу служилых людей «по отечеству» (происхождению) составляли бояре, окольничие, думные дворяне и думные дьяки, стольники, стряпчие, московские дворяне, дети боярские и пр. В низшую группу служилых людей «по прибору» (набору), пополнявшуюся из крестьян и посадских людей, входили стрельцы, пушкари, казаки и с XVII в.— солдаты, рейтары и др. Посадские люди — жители торгово-промышленных городских районов (посадов), занимавшиеся торговлей или ремеслом.
** Крепостная мануфактура в России, ч. II. М., 1931, с. 74. Гость — член привилегированной корпорации купцов в XVI—XVII вв., освобождавшийся от платежа налогов, пользовавшийся правом свободного выезда за границу, владения вотчинами и другими льготами. Нередко гостям поручалось выполнение важных правительственных заданий.
100
30. Районы поисков и открытий медно- и железорудных месторождений в XVII в. в северных районах страны
1 — путь экспедиции Д. Федорова, Л. и С. Нарыковых и С. Патрикеева; 2 — районы поисков; 3 — места обнаружения железных руд; 4 — места обнаружения медных руд
крайняя осложненность доставки железа из европейских районов страны требовали интенсивного проведения поисковых работ, нередко завершавшихся открытием крупных железорудных месторождений. Но упомянутые ранее, местные условия определили характерное для уральских и сибирских районов распространение небольших железоделательных «за-водишков» с 5—6 рабочими каждый. Строительство металлургических мануфактур стало возможным в Сибири лишь в конце XVII столетия.
В 50-х годах XVII в. известия о местах залегания сибирских руд неоднократно поступали от служилых и «промышленных людей», отправлявшихся из Енисейского, Иркутского и Якутского острогов для освое
101
ния новых территорий, для соболиного промысла и рыбной ловли *. Так, в 1654 г. железная руда была найдена недалеко от Красноярского острога. После пробной плавки рудных образцов, давшей некоторое количество хорошего железа, «годного на всякие кузнечные дела», подьячий съезжей избы Красноярского острога В. Еремеев получил предписание осмотреть, описать и нанести на чертеж обнаруженное рудное месторождение. Позднее, несмотря на постоянную опасность нападения кочевников, «князцы» которых особенно ценили рудные залежи, имевшиеся на их землях, посадский человек Енисейского острога О. Белозаров приступил к разработке месторождения, основав небольшой железоплавильный промысел **.
В конце 60-х годов такой же промысел основал в Верхотурском уезде Д. А. Тумашев, нашедший железорудные месторождения около Краснопольской слободы и в верховьях р. Нейвы. Сын выдающегося рудоискателя и плавильщика А. И. Тумашева, известного главным образом поисками и добычей медных руд, он унаследовал от отца отличное знание рудного дела и металлургии, умение вести успешные розыски различных руд и минералов, практические навыки выплавки железа, меди и серебра. На его промысле работало 15 человек, выплавлявших по три однопудовых крицы в сутки. Такая производительность не являлась значительной по тому времени, и Тумашев мог бы, конечно, расширить «заводишко», увеличив количество плавильных горнов и численность рабочих. Но постоянно отвлекаемый Сибирским приказом на разведывательные работы и не получавший от правительства достаточной поддержки, он вынужден был отказаться от каких-либо попыток расширения производства.
Нападения различных «воинских» и «воровских» людей на рудники и плавильни значительно сдерживали развитие рудного дела и металлургии в Сибири и на Урале. Особенную опасность представляло занятие рудным промыслом на уральских землях. Неудивительно поэтому, что в ряде случаев посылка поисковых партий приурочивалась ко времени отправки в соответствующие районы крупных отрядов правительственных войск. Так, вслед за войсками, выступившими в 1672 г. против башкир, из Уфы на Урал была послана крупная партия рудоискателей во главе с думным дворянином Я- Т. Хитрово, обнаружившая железные руды в районе, где позднее был заложен Екатеринбург (ныне Свердловск), начавшая их добычу и отправку для переплавки в Верхотурье ***.
В 80-х годах железные руды были найдены в Прибайкалье. В 1683 г. иркутский посадский человек С. Кузнец обнаружил рудное месторождение на р. Белой (притоке Ангары). На следующий год из Иркутского острога к Байкалу для поисков руд и других полезных ископаемых была снаряжена экспедиция, нашедшая по «изветам и сказкам» казачьего десятника Д. Урасова еще одну железорудную залежь. Наконец, в 1687 г. в том же районе была открыта красная железная руда «в старых иноземных копях», забытых «чудских» железорудных выработках ****. Открытие это во многом способствовало развитию железных промыслов Енисейского края.
С 90-х годов XVII в. внимание Московского правительства вновь привлекли рудные богатства Урала. В 1691 г. стрелец Ф. Кузнецов нашел
* ЦГАДА, ф. 1177, on. 1, ед. хр. 115, л. 233; ед. хр. 13, л. 148; оп. 2, ед. хр. 89, л. 24.
** ЦГАДА, ф. 214, лл. 9—11, с. 344.
*** ЦГАДА, ф. 1173, on. 1, ед. хр. 637, л. 1; ф. 1111, on. 1, ед. хр. 57, ч. 1, лл. 2, 13—14, 32 73____74.
**** ЦГАДА, ф. 1121, on. 1, ед. хр. 33, лл. 10—13; ед. хр. 60, л. 62; ед. хр. 69, лл. 37—38.
102
железную руду в 130 верстах к северо-востоку от Уфы, а годом позднее это месторождение было подробно осмотрено и описано. В 1696 г. новые железорудные месторождения были открыты близ Краснопольской и Невьянской слобод. Наконец, тем же годом датируется обнаружение залежей магнитных железных руд на г. Высокой у р. Тагила — одного из наиболее богатых месторождений уральских магнитных железняков, приобретшего затем существенное значение для развития отечественной металлургии. Вероятно, местные жители знали об этих залежах еще с 80-х или с начала 90-х годов. Но только после получения в Верхотурье царской грамоты 1696 г., в которой говорилось: «Ведомо государем учинилось, что в Верхотурском уезде есть камень магнит — железная руда, и тот магнит привезенный является во многих местах, а в присылке в Сибирский приказ не бывает»,— верхотурский стрелецкий десятник Ф. Накоряков добыл для отправки в Москву 3 пуда магнитной руды. Опытные плавки этой руды производили мастера московской Оружейной палаты, рудоплавилыцики в Риге и Амстердаме, и все раздельно проведенные опыты показали ее хорошее качество.
В 1697 г. гора Высокая снова и более тщательно была обследована подьячим Сибирского приказа И. Салмановым и рудоплавильным мастером А. Левандианом, также подтвердившими высокую оценку содержавшихся в ней руд. Тогда же, основываясь на положительных результатах разведывательных работ и опытных плавок, верхотурский воевода сообщал московским властям о возможности и целесообразности основания железоделательных заводов на Урале. Еще через год Сибирский приказ направил на Урал боярского сына М. Бибикова и подьячего С. Лосева для подготовки к строительству завода в месте, близком от достаточно богатых рудных месторождений и лесных угодий, на реке, которая могла бы использоваться как источник энергии для вододействующих заводских механизмов и как удобный водный путь для вывоза готового железа.
Осматривая, описывая и нанося на чертежи уже известные рудные месторождения, Бибиков и Лосев нашли в 1698—1699 гг. железные руды в двух новых местах: немагнитные — по р. Нейве, магнитные —недалеко от Арамашевской слободы * **. В ходе этих работ, как бы завершивших длительные упорные поиски рудоискателей XVII в. на северо-западе, в центре и на востоке страны, было выбрано место для постройки Невьянского завода — первенца уральской железоделательной промышленности, вошедшего в число действующих предприятий уже в XVIII столетии *i*.
Разведывание месторождений медных руд
Помимо разведывания и производственного освоения железорудных месторождений, на всем протяжении XVII в. велись поиски медных руд.
Отсутствие этих руд в центральных районах Московского государства и явно недостаточная изученность запасов их в окраинных районах (в XV и XVI вв. было открыто единственное разрабатывавшееся месторождение на р. Цильме) крайне стесняли возможности развития отечественных медеплавильных промыслов. Медники на Руси пользовались привозным металлом.
Между тем потребность в меди все более возрастала, особенно с переходом к отливке бронзовых артиллерийских орудий. Военная мощь
* ЦГАДА, ф. 214, ст. 1280, лл. 9, 11—15, 46—47, 71, 79—80, 105, 205, 209, 214—215.
** Словцов П. А. Историческое обозрение Сибири. СПб., 1886, с. 160.
103
страны оказалась поставленной в прямую зависимость от закупок этого металла за рубежом. Поэтому внимание правительственных органов постоянно привлекалось к разведыванию и разработке меднорудных залежей.
В 1617 г. рудоискатель и плавильщик Я. Литвинов доносил из Никитинской вотчины Строгановых, что в Орле-городке на Каме, в Перми и других строгановских землях имеется много залежей медной руды. На основании этого «извета» (сообщения) из Москвы в Никитинскую вотчину в 1618 г. были посланы служилые люди А. Бартеньев и Г. Левонтьев в сопровождении английского мастера Дж. Ватера и трех рудоплавиль-щиков. Литвинов показал приехавшим рудные месторождения на р. Язьве. Позднее им же были названы залежи руд по берегу р. Камы на Григоровой горе.
Выполняя царский указ, Бартеньев и Левонтьев основали на Язьве медеплавильный промысел, но бедные руды, залегавшие небольшими пластами, оказались невыгодными для разработки. Столь же неудачной была разведка Григоровой горы, проведенная сыном Я. Литвинова Василием. Не обладавший, по-видимому, достаточным опытом, он не сумел обнаружить запасы медных руд, получивших впоследствии широкую известность. Поэтому в январе 1620 г. работы на Язьвенском промысле были прекращены и рудоискатели по распоряжению из Москвы «всем заводом» начали поиски значительно севернее — на р. Цильме. Однако и там, обнаружив остатки старых горных выработок, относившихся к XV в., они не смогли отыскать рудных залежей, достаточных для организации медеплавильного производства * **.
Более удачными оказались поиски, предпринятые в это же время и тоже на Цильме вторым сыном Я. Литвинова Моисеем и серебряником Д. Исаевым. Найдя медную руду, они, вероятно, приступили к ее добыче и плавке, так как в 20-х годах к ним из Сольвычегодска были посланы кузнецы и кирпичники, а на покрытие издержек по освоению новых промыслов было отпущено из местных доходов Орла-городка и Соликамска 400 рублей **. Так же успешно завершились поисковые работы, осуществлявшиеся в 1634 г. в районе Соликамска разведывательной партией окольничего В. И. Стрешнева. Наконец, в 40-х годах уже упоминавшийся рудоискатель и плавильщик А. И. Тумашев начал добычу и плавку разведанной им медной руды у Григоровой горы. Построенные Стрешневым и Тумашевым медеплавильни работали до 60-х годов XVII в.
В середине 60-х годов вновь были предприняты поиски меднорудных месторождений на р. Цильме. Основываясь на сообщении крестьян Пустоозерского уезда о наличии на этой реке руды, из которой «в прежние годы делали медь», Посольский приказ отправил в 1667 г. для «сыска и опыта» партию рудоискателей, возглавлявшуюся пустоозерским служилым человеком И. Павловым и мезенскими рудоискателями-плавильщиками Ф. Кверкаловым и Г. Иконником. В 1668 г., обследовав район р. Цильмы и побережье Баренцева и Карского морей, разведчики успешно выполнили поручение и доставили в Москву образцы обнаруженных ими медных руд с рек Цильмы, Красной, Ижмы и Выбор, с Пустоозера и оз. Вайгач. В том же году с р. Цильмы, «с пустого места, находящего
* ЦГАДА, ф. 151, on. 1, ед. хр. 1, лл. 7, 8; ф. 365, on. 1, ед. хр. 1, лл. 155—157. В XVII в. медь выплавлялась из богатых руд, залегавших тонкими пластами в 3—4 см. Сопутствовавшие им бедные руды, пласты которых достигали толщины 0,5 м, считались пустой породой.
** Рубль в XVII в. равнялся примерно 17 рублям начала XX в.
104
ся от жилья в расстоянии трех дней ходу», медная руда была привезена Л. Марселисом *.
Одновременно с поисками в районе Пустоозера велось разведывание меднорудных месторождений в Заонежье и Олонецком крае.
В 1666 г. медная руда была обнаружена в одном из этих районов олонецким подьячим Е. Ивановым. Тогда же новгородский гость С. Гаврилов и плавильщик Д. Юрич нашли медную руду на территории Тол-вуйской волости Олонецкого уезда и приступили к ее добыче и плавке. Тремя годами позднее в заонежских и лопских погостах того же уезда меднорудные залежи были разведаны X. Марселисом (третьим сыном И. П. Марселиса), Е. Фандергатеном и рудоискателем И. Пульманом. Ходатайствуя перед царем о выдаче Марселисам разрешения на разработку найденных руд и строительство медеплавильных заводов, Новгородский приказ, ведавший Олонецкими землями, указывал, что работа таких заводов будет способствовать снижению цен на медь, что ввоз в страну различных товаров взамен меди повлечет за собой повышение государственных доходов и что при наличии заводов, «делающих всякие ратные запасы», государство будет находиться в мире с другими странами **. К 1675 г. Марселисы и А. Бутенант построили в Фоймогуб-ской волости медеплавильный завод, выписав для его обслуживания шведских мастеров.
В 70-х годах поиски медных руд велись в центральных и восточных областях европейской части России.
В 1672 г. серебряных дел мастер нижегородец И. В. Кожевников получил право разведывания медных «и иных всяких руд» на любых землях от Нижнего Новгорода до Перми. В 1676 г. поисковая партия думного дьяка А. А. Виниуса и вологодского посадского человека Я. Г. Галкина обследовала приречные районы по рекам Волге, Каме, Северной Двине и Сухоне. Еще через два года казанский рудоплавильщик И. Змеев нашел медную руду в Вятском уезде на р. Чепце (притоке Вятки) и начал ее добычу и плавку.
Наряду с поисками медных руд в европейской части страны, поиски их предпринимались в Сибири. Поисковые работы велись местным населением и специальными разведывательными экспедициями, посылавшимися правительством. Сведения о рудных месторождениях поступали от служилых людей, ведавших сбором «ясака» (натуральной подати) и внутренних таможенных пошлин, от «промышленных людей», занимавшихся пушным промыслом, рыбной ловлей и т. п.
В 1658 г. посадский человек Енисейского острога А. Т. Жилин обнаружил меднорудные залежи на реках Верхней Тунгуске и Тосьве. Пробные плавки образцов, доставленных им в Москву, показали хорошее качество руды, и Жилин приступил к ее добыче, основав медеплавильный промысел, один из наиболее крупных сибирских промыслов XVII в. В 1662 г. медную руду обнаружил на р. Оленек в Якутии «промышленный человек» Т. Ушаров. В 1680 г. из Енисейского острога на поиски медных руд отправилась разведывательная партия посадского П. А. Свешникова, в том же году нашедшая рудное месторождение на р. Енисее. Наконец, в 1682 г. также на р. Енисее медная руда была найдена монахом-рудоискателем Нижне-Тунгусского монастыря Павлом, основавшим затем вместе с монастырской братией относительно большой по тому времени медедобывающий промысел.
* ЦГАДА, ф. 151, on. 1, ед. хр. 13, лл. 1, 13; ф. 27, on. 1, ед. хр. 285, лл. 40—41.
** ЦГАДА, ф. 151, on. 1, ед. хр. 17, лл. 2—5.
105
Таким образом, к концу XVII в. месторождения медных руд были найдены и начали разрабатываться во многих районах страны. И если не все из них оказывались известными государственным властям (некоторые и разрабатывались тайно), то все же с постройкой первых медеплавильных заводов стало возможно значительно сократить закупки меди в других странах и обеспечить отечественным металлом производство оружия и других изделий.
Открытие серебросвинцовых руд
Одновременно с разведыванием меднорудных залежей большое внимание Московского правительства и рудоискателей привлекали месторождения серебряных руд. Их поиски, начатые еще в XVI столетии, особенно интенсивно проводились с первой четверти XVII в,— сразу после окончания военных действий.
Так, уже упоминавшаяся экспедиция А. Бартеньева, Г. Левонтьева и Дж. Ватера, работавшая в Пермском крае в 1618—1620 гг., помимо разведывания меднорудных залежей, собирала сведения и о районах залегания серебряной руды. Местные крестьяне («люди Строганова») говорили частникам экспедиции, что в их землях имеется серебряная руда. Но, подвергнутые допросам и даже пыткам, они уклонялись от сколько-нибудь подробных и точных показаний, необходимых для ведения поисковых работ.
Через шесть лет после Бартеньева серебряную руду в Пермском крае искала разведывательная партия Г. Загрясского и иноземца Зорена. Продвигаясь от р. Чусовой вдоль Уральского хребта и р. Печоры до побережья Баренцева моря, она достигла мыса Канин Нос, где, по показанию некоего И. Имерона, в горе у двух впадающих в море рек имелись сереброрудные залежи. Однако обнаружить эти залежи не удалось.
К концу 20-х годов русскими рудоискателями и плавильщиками была предпринята хорошо подготовленная и давшая положительные результаты первая попытка освоения рудных богатств Северного Кавказа. В 1629 г. кабардинский владетель Каншов Мурза Бетемрюков сообщил парю Михаилу Федоровичу о медных и серебряных рудах, залегавших по р. Тереку в районе Нальчика, предупредив, что разработка залежей их возможна только под охраной ратных людей. В том же году на р. Терек для поисков, добычи и плавки серебряной руды была отправлена экспедиция, в состав которой вошли боярский сын С. Огибалов, нижегородский служилый «немчин» (иностранец на русской службе) Ю. Бем, знавший «рудознатское и водоприводное дело», и горные мастера С. Фрик и А. Арольт. Участие в ней двух воевод — И. Дашкова и Б. Приклонско-го — свидетельствовало о достаточно мощной военной защите рудоискателей.
Сохранившиеся документы не содержат сведений о результатах разведки и о добыче серебряной руды. Остаются также невыясненными время и причины прекращения сереброрудного промысла на р. Тереке. Известно только, что он существовал еще в 1631 г. Ликвидация его произошла, по-видимому, либо в связи с так называемой Смоленской войной 1623—1634 гг., либо несколько позднее, в 40-х годах, в связи с продвижением калмыцких военных отрядов на юго-запад от Астрахани и открытием военных действий калмыков против кабардинцев и ногайцев.
Почти одновременно с разведывательными работами в Кабарде начались поиски серебряной руды в Сибири. Посланная в 1627 г. из То
106
больского острога экспедиция служилого человека Я. Хрипунова, пользуясь показаниями жителей Братска, обнаружила месторождение серебряной руды на р. Верхней Тунгуске, но к добыче ее не приступила. Хрипунов был обвинен в различных злоупотреблениях, и после его смерти в 1630 г. деятельность экспедиции прекратилась.
В конце 40-х и в 50-х годах XVII в. в Москву стали поступать сведения о розыске серебряных руд отдельными рудоискателями в северо-восточных районах Европейской России. Так, в 1653 г. пустоозерский рудоискатель и землепроходец Я. Шарапов рассказал о серебряной руде, найденной им на побережье пролива Югорский Шар, объявлять о которой ему запретили его хозяева. В том же году серебряная руда была обнаружена на мысе Канин Нос мезенским рудоискателем А. Машуковым, вскоре умершим и не назвавшим места находки.
Экономические затруднения, вызванные войнами Московского государства с Польшей и Швецией, определили особо пристальное внимание правительства к подобным находкам. Недостаток серебра, повлекший усиленный выпуск медных денег, обесценивание их и, как следствие, народные волнения (московский «медный бунт» 1662 г.) обусловили настоятельную необходимость скорейшего разведывания и освоения сереброрудных месторождений. Поэтому в 1661 г. из Москвы была отправлена поисковая экспедиция дьяка В. Шпилькина, прошедшая по маршруту, составленному применительно к уже имевшимся известиям и предусматривавшему проведение разведывательных работ на реках Кевроле, Мезени, Цильме и Печоре, на мысе Канин Нос и на о-ве Новая Земля.
Производя в течение трех лет поисковые работы, Шпилькин и его спутники обнаружили серебряную руду на реках Волосове, Камбельнице и др., в устье и низовьях Печоры и составили описание этого ранее малоизвестного края.
Тогда же рудоискатели С. Горбов, С. Соболев, Г. Захарий и серебряник Руспута нашли серебряные руды на северо-западе страны — в Олонецком крае у Толвуйского погоста. В 1662 г. посланные в Толвуй-ский погост олонецкий воевода Т. Мышецкий и посадский человек К. Горов начали добычу и плавку руд *. Несколько позднее московским властям стало известно, что из самородного серебра, находимого на о-ве Медвежьем (в Белом море) мастера Кирилло-Белозерского монастыря изготовляли различные серебряные вещи. Это известие послужило поводом к посылке на остров нескольких экспедиций (майора А. Мамкеева в 1671 г., подьячего Новгородского приказа А. Зиновьева в 1673 г., стряпчего Л. Нарыкова в 1676 г. и белозерского дворянина П. Маложенинова в 1680 г.). Но ни одна из них не смогла обнаружить коренные рудные месторождения, упорно скрывавшиеся местным населением.
Настойчиво добиваясь расширения разведывательных работ, Московское правительство не могло оставить без внимания центральные районы страны, открытие рудных месторождений в которых имело бы наибольший экономический эффект. С этой целью поиски серебряных руд велись, в Подмосковье, в Ярославском, Тульском, Владимирском и других уездах.
Сохранились сведения о ложных и ошибочных сообщениях об обнаружении серебряных руд в этих районах. В 1662 г. о находке таких руд недалеко от Тарусы извещал рудоискатель Е. Тадцид, причем воевода С. Дашков сообщал, что начальные известия об этих рудах относились к более раннему времени. Тогда же аналогичные розыски, не давшие по
* ЦГАДА, ф. 151, on. 1, ед. хр. 12, лл. 21—22, 42, 45, 64—72.
107
ложительных результатов, велись А. Ивстровым, Д. Мининым, А. Игнатьевым и иностранными мастерами А. Корковеном и М. Клериком в районе Тулы. Наконец, в том же году крепостной крестьянин помещика Свищева И. Яковлев в челобитной на царское имя доносил о серебряной руде, найденной им у села Саватьмы Кадомского уезда. Однако подвергнутый избиению «за то, что он про ту руду ему [помещику] не сказал наперед», Яковлев позднее отказался от своих показаний. В 1664 г. рудоискатель Г. Дьяконовцев якобы в том же месте нашел и доставил местному воеводе пуд серебряной руды.
Длительные поиски серебрянорудных месторождений велись в 70-х годах XVII в. в Пензенском уезде, где работала поисковая партия А. А. Виниуса, Я. Г. Галкина. Л. Степанова и рудоискателя С. Захарова. На территории самого уезда они руды не нашли *, но, продвигаясь к Уральскому хребту, обнаружили в 1675 г. серебряные руды по берегам р. Камы и ее притоков Яйвы и Косьвы. Разведывание руд в этих местах продолжалось Виниусом и в последующие годы.
К концу 60-х и в 70-х годах несколько экспедиций было послано на Урал и в Западную Сибирь.
В 1668—1669 гг. воевода П. Годунов, пользуясь показаниями местных жителей, нашел рудные залежи в Верхотурском уезде. В 1670 г. начатые им работы по добыче руды продолжались служилым человеком М. Селиным.
Еще через год М. Селин и мастер X. Дробыш, сопровождаемые вооруженным отрядом, были отправлены Приказом тайных дел для разведывания сереброрудных месторождений в районе Тобольска. Но по вине Дробыша, не желавшего оставаться в Сибири, упорно отрицавшего наличие серебряных руд на ее территории и сознательно искажавшего данные опытных плавок, экспедиция эта закончилась по существу безрезультатно.
В 1672 г. Приказ тайных дел снова отправил в Верхотурский уезд большую экспедицию под началом Я. Хитрово. С 500 служилыми людьми и с двумя пушками Хитрово прибыл к месту, где ранее добывали руду П. Годунов и М. Селин, и основал там небольшую крепость для защиты рудокопов и плавильщиков, присланных из Верхотурья. Помимо добычи серебряной руды в месте, уже известном от Годунова, Хитрово нашел в том же районе еще несколько сереброрудных залежей **.
Четырьмя годами позднее впервые были разведаны месторождения серебросвинцовых руд в районе Нерчинска. Использовав сведения, полученные от тунгусских «князцов», служилые люди Нерчинского острога В. Милованов и Ф. Свешников в 1676—1677 гг. обнаружили эти руды, на р. Аргуни и добыли образцы их для проверки. При опытных плавках, проведенных в Нерчинском остроге и в Москве, из доставленных образцов было получено некоторое количество свинца и серебра. Московские мастера-плавильщики признали результаты плавок вполне удовлетворительными и высказали мнение о целесообразности строительства плавильного завода поблизости от найденных руд, если залежи их оказались бы достаточно большими.
Вскоре из Москвы в Нерчинский уезд была отправлена экспедиция, под началом московского дворянина С. А. Лисовского, уточнившая границы мест ранних находок руд и разведавшая новые рудные месторож
* ЦГАДА, ф. 151, on. 1, ед. хр. 12, лл. 71, 73, 75, 79, 89, 97, 98; ед. хр. 21, лл. 1, 2, 4, 9, 18, 20, 23, 24.
** ЦГАДА, ф. 214, ст. 881, ч. I, II; ст. 837; ф. 27, on. 1, ед. хр. 285.
108
дения по берегам рек, впадающих в Аргунь. Еще позднее (в 80-х годах) неизвестные до того залежи серебросвинцовых руд были обнаружены поисковыми партиями, посылавшимися нерчинским воеводой И. Власовым *.
В 1689 г. Московское правительство решило построить на р. Аргуни серебро- и свинцовоплавильный завод, поручив строительство Сибирскому приказу. Еще раньше для защиты работающих от набегов кочевых монгольских племен около разведанных месторождений были основаны Аргунский и Даурский остроги, на прилегающих к ним необжитых землях поселены пашенные крестьяне, присланы плавильщики и работные люди, тогда же начавшие добычу и плавку найденных руд. Но к строительству завода приступили только через 11 лет, с приездом московского плавильного мастера А. Левандиана **.
Продолжались поиски сереброрудных залежей на Урале и в Западной Сибири. В 1696 г. боярский сын С. Тупальский по указаниям местных жителей нашел серебряную руду у р. Коштак на расстоянии пяти дней езды от Томска и образцы ее отослал в Москву. В январе следующего года для обследования этого месторождения в Томский уезд отправилась экспедиция, возглавлявшаяся А. Левандианом. После постройки острога на р. Коштак участники экспедиции начали разработку рудной залежи, но качество руды оказалось невысоким, а работы,
* ЦГАДА, ф. 214, ст. 1081, лл. 5—9, 31— 36, 72—77, 86—88, 97, 150—156.
** ЦГАДА, ф. 214, ст. 1081, лл. 179— 180; ф. 1177, оп. 2, ед. хр. 45, л. 46. Пашенные крестьяне селились у вновь основывавшихся сибирских рудных промыслов и занимались земледелием, чтобы снабжать продовольствием служилых (стрельцов) и наемных работных людей, работавших на промыслах и (со второй половины XVII в.) на мануфактурах России.
ВЛАСОВ ИВАН ЕВСТАФЬЕВИЧ (1628—1710)
Организатор поисков полезных ископаемых в Сибири (красок, слюды, руд). Основатель Нерчинского сереброплавильного и поташных заводов
109
проводившиеся в неблагоприятных геологических условиях, осложнялись частыми нападениями различных «воинских людей». Поэтому в конце 1699 г. Левандиан получил распоряжение Сибирского приказа оставить сереброплавильный промысел под Томском и приступить к работам на Нерчинском промысле. В июне 1700 г. он вместе с другими мастерами и работными людьми прибыл на р. Аргунь, у которой уже было добыто и подготовлено к плавке около 1 тыс. пудов (16,5 т) серебряной руды *. В том же году с его участием было начато строительство Нерчинского плавильного завода — первого предприятия отечественной сереброрудной чромышленности.
Поиски золотых и оловянных руд
Много позднее и значительно медленнее по сравнению с разведыванием и освоением железорудных, меднорудных и сереброрудных месторождений Московское правительство приступило к организации поисков золотых и оловянных руд.
В XVII в. в России не было золотых промыслов. Только отдельные рудоискатели, по-видимому, знали золоторудные месторождения. Сведения о них, относящиеся к концу рассматриваемого периода, отрывочны и случайны. Едва ли не первое документально подтвержденное известие о добыче золотой руды, открытой крестьянином Краснопольской слободы Верхотурского уезда 3. Путиловым, датируется 1693 г. При этом, Путилов не назвал места обнаруженной им залежи, хотя и утверждал, что найденная руда «лучше чусовенке [чусовской] руды, которую везли в Тобольск служилые люди» **. Основываясь на этом утверждении, можно предположить, что к 90-м годам подобные залежи были разведаны кем-то и на р. Чусовой. Но в обоих случаях разработка залежей производилась, по-видимому, тайно, вне правительственного контроля.
Такое положение характерно в XVII столетии для добычи олова, крайне необходимого при производстве медных сплавов и закупавшегося Русским государством за границей по цене, значительно превышавшей цены на железо, медь и свинец. Лишь в документах второй половины XVII в. впервые появляются сведения о оловянных рудах, обнаруженных во время поисков руд других металлов или найденных в результате специально предпринимавшихся поисков. Так, в 1654 г. образец оловянной руды, добытой около Красноярска, посылался в Енисейский острог для проведения соответствующих розысков на территории Енисейского уезда. В 1676 г. Ф. Свешников нашел оловянную руду на р. Аргуни в пяти днях езды от Нерчинска. Наконец, в 1685 г. оловянная руда была найдена в старинных «чудских» копях того же Нерчинского уезда ***.
И все же оловорудный промысел не получил тогда сколько-нибудь заметного распространения. Разработка руд велась, по-видимому, в весьма ограниченных размерах, намного уступая последовательному нарастанию объемов разработки железных, медных и серебросвинцовых руд, подготовившему необходимые предпосылки развития русской горной промышленности и совершенствования техники горных работ в XVIII столетии.
* ЦГАДА, ф. 199, оп. 2, портфель 478, ч. III, д. 45, л. 1; д. 46, л. 1; д. 53, лл. 1, 6.
** ЦГАДА, ф. 1111, on. 1, ед. хр. 72, ч. I, л. 30.
*** ЦГАДА, ф. 214, ст. 344, л. 12; ст. 1081, лл. 5—9, 14, 150.
ПО
Техника добычи руд
На протяжении первой трети XVII в. в способах добычи руд не произошло каких-либо заметных изменений по сравнению со способами, известными в XV и XVI вв.
Основной сырьевой базой железоделательного производства оставались болотные и озерные руды.
Однако позднее по мере перехода к разработке коренных рудных месторождений, особенно при добыче медных и серебряных руд, возникла необходимость применения более сложных способов вскрытия залежей и ведения горных работ. В гористой и холмистой местностях вскрытие велось проходкой штолен — горизонтальных горных выработок, имевших с одной стороны выход на дневную поверхность. На равнинной местности проходились вертикальные выработки — шахтные стволы.
Обычно сечение штолен делалось прямоугольным с высотой, не превышавшей 2 м, и шириной около 1 м. Длина их без достаточно надежной вентиляции, как правило, ограничивалась 40—45 м. Крепились штольни в зависимости от твердости проходимых пород либо сплошной бревенчатой крепью, либо отдельными деревянными стойками, помещавшимися в местах возможных обвалов. Шахтные стволы, как и обычные колодцы, крепились венцовой крепью, но при проходке в устойчивых твердых породах такая крепь нередко заменялась одиночными бревнами (кругляками), закреплявшимися через определенные промежутки в специальных углублениях (врубах) на стволовых стенках.
От штольни или шахтного ствола по рудному пласту проходились небольшие горизонтальные выработки — орты и заходки, между которыми оставлялись целики породы, поддерживавшие кровлю *. Места добычи руды (забои) крепились прочными деревянными стойками; иногда поверх стоек помещался защитный настил из небольших кругляков.
Собственно добыча руды — отделение ее от пласта, дробление и навалка на средства доставки — велась вручную (рис. 31). При этом мягкие горные породы, окружавшие рудный пласт, разрушались (откалывались) кайлами, а для случаев проходки особо твердых пород, возможно, применялся так называемый огневой способ, при котором разрушаемые слои нагревались кострами, растрескивались и затем под ударами кайл относительно легко отделялись от основного массива.
Историки техники не располагают прямыми документальными свидетельствами использования огневого способа русскими горняками в XVI—XVII вв. Однако широко распространенный в странах Западной Европы способ этот был, вероятно, хорошо известен иностранным мастерам, приглашавшимся Московским правительством. Следы применения его обнаружены также в древних рудниках на территориях среднеазиатских республик. После удаления породы от обнаженного рудного пласта молотками или кайлами отбивались большие (весом до 50 кг) куски руды. Для облегчения отбойных работ естественные трещины, имевшиеся в толще пласта, предварительно расширялись забивкой железных клиньев. В дальнейшем отбитые куски дробились, собирались в корзины или в мешки и либо выносились в них по штольням на поверхность, либо доставлялись к шахтным стволам для подъема в бадьях с помощью ручных воротов. Для освещения штолен и забоев использовалась лучи-
* Целик — участок залежи полезного ископаемого, оставляемый для предупреждения подвижки (смещения) верхних слоев горных пород. Кровля — пустые горные породы, располагающиеся над пластом полезного ископаемого.
111
dl. Чертеж Тамгинского завода и рудника на р. Лене ♦
1 — Тамгинскнй завод; 2 — пристань, где выгружали руду и на быках возили на завод; 3 — река Лена, по которой сплавляли рулу; 4 — судно, на котором возили руду; 5 — столбовые паленные горы; 6 — место, где ломали железную руду; 7 — место, где спускали в сумках руду
на; значительно реже применялись сальные свечи. Грунтовые рудничные воды, нередко (особенно в случаях глубокого залегания руд) вынуждавшие прекращать работы, удалялись с помощью деревянных бадей «ща-нов... чим [чем] вода и каменье здымать из ямы воротом»* **
Большой интерес для воссоздания способа добычи руд на крупнейшем по тому времени Дедиловском железорудном месторождении представляют сведения из «Переписной книги», составленной стольником А. (Ю). Д. Фонвизиным, управлявшим Тульскими Городищенскими заводами после передачи их в казну в 1662 г.*** Месторождение это вскрывалось шахтными стволами квадратного сечения со стороной «1 аршин с четью» (около 1 м). В уровне рудного пласта на глубине 6—15 саженей, от основания стволов к границам рудных участков проходились штольни и орты («рвы») длиною до 20 саженей. По окончании проходки ортов рабочие — «ровщики» — продолжали отбойку руды, продвигаясь в об
* ГАСО, ф. 59, оп. 3, ед. хр. 17666. Воспроизводимый чертеж датируется предположительно 1720—1730 гг., но изображенные на нем способы выполнения работ характерны и для более раннего времени.
** Крепостная мануфактура в России, ч. II. Олонецкие медные и железные заводы. Л., 1931, с. 32.
*** Архив ЛОИИ, ф. 175, on. 1, ед. хр. 234 (Переписная книга Тульских железных заводов Афанасия Фонвизина).
112
ратном направлении — от границ участков к шахтным стволам «а как дошед до конца тово [рудного] слоя и назад идучи, тою руду всю выламывают, стороны и верх, без остатку» *.
В каждом орте работал один «ровщик», добывавший за день по заданному «уроку» 25 пудов (0,4 т) руды, причем в объем выполнившихся работ, помимо собственно добычи, включались также первичные обогатительные операции — отборка кусков пустой породы. Обычно работы на рудниках велись только в зимнее время — «а во рвы, государь,— сообщал Фонвизин,— они [ровщики] ходят декабря с 1 числа, а изо рвов, государь, они рудокопных выходят марта 1 число». Объясняется это тем, что рудокопы из местных крестьян были связаны с сельским хозяйством, к тому же зимой по санному путь легче доставлять добытую руду на призаводские склады. Всего на Дедиловском месторождении одновременно работало не менее 50 «ровщиков», добывавших в общей сложности около 2 тыс. т руды в год.
Практика ведения разработок на Дедиловских рудниках, по-видимому, позднее была перенесена на рудники Урала, куда не раз посылались тульские мастера. Тульским мастером был, в частности, строитель Невьянского завода С. Трегубов.
Соляной промысел и техника бурения рассолоподъемных скважин
Наряду с развитием и совершенствованием рудного промысла развивался и совершенствовался соляной промысел — один из старейших промыслов России, начало которого, как уже указывалось, относится к XI—XII столетиям. Широко распространенный по побережью Белого моря, на Новгородских, Костромских, Вологодских и Пермских землях, на Волге у Городца и Балахны, освоенный с 30-х годов XVII в. в Сибири (на р. Лене у места впадения в нее Куты, на р. Вилюе у Компендяйского источника, из которого получалась соль «бела как снег, солка и привкус-на зело»), промысел этот основывался на преимущественном использовании подземных рассольных вод.
Рассол на многих соляных варницах (рис. 32) добывался черпанием его из колодцев. Подобный способ добычи на варницах у оз. Ильмень упоминался, например, в отчете Э. Пальмквиста, военного атташе шведского посольства, находившегося в Москве в 1673—1674 гг.** Но сохранившиеся документы свидетельствуют о применении для той же цели еще в XV—XVI вв. значительно более прогрессивного способа ручного бурения рассолоподъемных скважин («труб»), закладывавшихся на глубину до 125 саженей. О технике такого бурения, лишь много позднее распространенного на другие области горного дела, можно судить по дошедшей до нашего времени рукописи «Роспись, как зачать дЪлать новая труба на новомъ мъсте» — своеобразном руководстве «трубным» (бурильным) мастерам, сосредоточившем длительный предшествующий
* Крепостная мануфактура в России, ч. I. Тульские и Каширские железные заводы. Л., 1930, с. 29, 101.
** Nagre widh sidste Kongl. Ambassaden till tzaren 1 iMoskou gjorde observationer ofver Rysslandh des Wager, Pass medh Fastningar och grantzer sammandragne aff Erich Palmquist. (Некоторые замечания о России, ее дорогах, крепостях и границах, во время последнего королевского посольства к Московскому царю составленные Эриком Пальмквистом). Рукопись «Замечаний» хранится в Стокгольмском государственном архиве и впервые издана способом фототипии в Стокгольме в 1898 г.
8 Очерки истории техники в России
113
32. Соляная варница
опыт выполнения буровых работ и датируемом серединой XVII столетия *.
Проходка скважины (рис. 33) начиналась с устройства неглубокого колодца 1, укреплявшегося бревенчатой венцовой крепью, и с установки в нем «матицы» 2 — опускной трубы из выдолбленного или просверленного ствола сосны или лиственницы диаметром в свету до 600—700 мм.
Нижний край матицы удерживался в заданном положении направляющими бревнами 3, уложенными накрест на наружный венец колодезного сруба. В верхний ее край на расстоянии около 0,71 м от обреза также накрест врубались бревна 4, поддерживавшиеся подкосами 5. Поверх этих бревен укладывался дощатый настил и возводился сруб рабочего помещения («окруты») 6 для рабочих, ведших буровые работы, а по сторонам «окруты» устанавливались направляющие столбы 7.
Для бурения у колодца (примерно в 8,5 м от него) устанавливался рычажный подъемник («жеравец», или «очей») с опорным столбом 8 высотой около 18 м с рычагом («коромыслом») 9 длиной около 20 м, снабженным деревянным противовесом 10. Рычаг приводился в движение пеньковыми канатами 11, попеременно навивавшимися на вертикальный вал ворота 12, к одному из концов рычага со стороны, противоположной противовесу, подвешивался деревянный шест (буровая штанга) 13 с буровым инструментом— бадьей 14 с откидным днищем для проходки мягких пород, «шпагой» 15— долотом для дробления твердых пород, «подгубным» (кривым) долотом 16 для удаления кусков твердых пород из-под нижнего края матицы, «троезубом» 17 — вилами для выбирания раздробленных твердых пород, «шеломом» 18 для вычерпывания грязевых грунтов.
Само бурение при проходке мягких пород велось «ходом» — вращением опущенной буровой штанги (шеста) с помощью горизонтального рычага («стяга») 19. При этом укрепленная к концу штанги бадья, вре-
* Толстой М. П. Соляной промысел и бурение скважин для нужд солеварения в России.— Труды Института истории естествознания и техники АН СССР, 1957, т. 9, с. 73—106; Прозоровский Д. И. Старинное описание солеваренного снаряда.— Известия имп. Археологического общества, 1868, т. VI, отд. 1, вып. 3, СПб., с. 233—255; Машковский Г. И. Проходка шахт бурением. М_, 1947, с. 5—12.
114
заясь нижней зазубренной кромкой в толщу проходимого слоя, заполнялась разрыхленной породой и затем, после подъема над матицей, разгружалась на настил «окруты». По мере пробуривания скважины матица опускалась («заганивалась») в нее под действием веса «окруты».. Когда же верхний обрез матицы достигал уровня поверхности земли,, «окруту» разбирали, с помощью ворота и такелажного оборудования наращивали новое трубное звено, тщательно уплотняли конопаткой и заливали варом место стыка, снова собирали у верхней части нового звена окрутовый сруб, повторяя в дальнейшем все ранее выполнявшиеся буровые операции. Для случаев проходки твердых пород бурение велось, «боем» (ударным способом) с применением долот и с последующей выборкой раздробленной породы. Скорость бурения при круглосуточной' двухсменной работе не превышала 0,7—0,75 м в сутки.
Черпание рассола из пробуренных скважин велось бадьями емкостью-15—18 л. Подъем и опускание бадей выполнялись с помощью воротов..
115
8*
Мануфактурные горнорудные предприятия в XVIII в. Реформа горнорудного дела
и ее социально-экономические предпосылки
К концу XVII столетия в центральных районах Русского государства насчитывалось свыше 20 вододействующих металлургических мануфактур. Помимо уже упоминавшихся Тульско-Каширских, Звенигородских и Олонецких заводов, в 90-х годах вошли в число действующих предприятий железоделательные заводы Е. Избранта под Москвой, дьяка К. Борина и купца гостиной согни Е. Аристова близ Воронежа, Н. Демидова под Тулой (Никита Демидов Антюфеев, или Антуфьев Никита Демидович, 1656—1725,— сын кузнеца Тульской оружейной слободы, унаследовавший профессию отца, позднее — хозяин оружейной мастерской, впоследствии — владелец Тульских и Уральских металлургических заводов, крупнейший железопромышленник, родоначальник известной фамилии горнозаводчиков Демидовых). Но ни эти относительно маломощные предприятия, ни сохранившиеся в тех же районах рудно-металлургические крестьянские промыслы не смогли удовлетворить последовательно нараставший спрос на металлы.
Для обеспечения потребности страны и армии в железе, меди, свинце и других металлах правительство Петра I приступило в начале XVIII в. к строительству металлургических заводов на Урале. В 1701 г. были введены в эксплуатацию Невьянский чугуноплавильный и Каменский железоделательный заводы.
Строительство Каменского завода велось московским плотинным мастером Е. Яковлевым и боярским сыном И. Астраханцевым. На Невьянский завод для «указывания плотинного и доменного строения» был прислан из Москвы мастер С. Викулин. Переданный в 1702 г. по именному царскому указу во владение Н. Демидову завод этот перестраивался затем тульским мастером С. Трегубовым.
С того времени на протяжении свыше полутора столетий Урал с его богатыми рудными месторождениями, огромными лесными массивами и реками, использовавшимся для транспортных нужд и для приведения в действие заводских механизмов, оставался ведущим центром отечественной металлургии. К 40-м годам на нем насчитывалось более 50 доменных (чугуноплавильных), молотовых (железоделательных) и медеплавильных заводов, построенных казною и частными предпринимателями— Демидовыми, Строгановыми, «компанейщиками» Курочкиным и Вяземским, П. Осокиным и др.
Однако значительная удаленность Урала от западных и южных границ государства и сложность транспортных связей побуждали правительство тогда же основывать горнометаллургические предприятия в районах, более близких к этим границам.
В 1702—1707 гг. вошли в число действующих предприятий Петровский, Повенецкий и Кончезерский казенные заводы Олонецкой группы и началось (тоже с 1702 г.) строительство Липецких казенных заводов в Воронежском крае. Несколько позднее были сооружены новые «партикулярные» (частновладельческие) заводы Демидовых и И. Т. Баташева в Тульском районе, «санктпетербургского жителя» Я. К. Рюмина в районе Пронска, братьев Т. и И. Миляковых на р. Ряпке в Пензенской губернии.
Таким образом, уже в петровское время металлургическое мануфактурное производство (особенно производство черных металлов), пред-ставленное несколькими десятками крупных заводов, решительно пре
116
обладало над мелкотоварным производством тысяч кустарных домниц и кузниц. И если выплавка чугуна в России к 1700 г. едва достигала 20% от общего количества выплавлявшегося в Англин, то к 1731 г. она по темпам прироста и по абсолютной величине товарной продукции превысила показатели английской чугуноплавильной промышленности [127].
Развитие металлургических мануфактур повлекло за собой не только изменение технической основы собственно металлургического производства. Настоятельная необходимость в обеспечении заводов большим количеством руды вызвала появление крупных рудников, предприятий мануфактурного типа, в ряде случаев не подчиненных заводам, представлявшим частную собственность подрядчиков-рудовладельцев, и потребовала совершенствования способов разведывания и разработки рудных залежей.
В условиях укреплявшегося феодализма резко осложнялось привлечение к заводскому труду свободных рабочих. В отличие от первых мануфактур предыдущего столетия работа заводов XVIII в. основывалась на применении принудительного труда крепостных крестьян. «Во времена оны,— писал В. И. Ленин,— крепостное право служило основой высшего процветания Урала и господства его не только в России, но отчасти и в Европе» *.
Все это обусловило необходимость проведения реформ горного дела, системы организационных, социально-экономических и технических преобразований, направленных на упорядочение и улучшение разведывательных работ, строительства и эксплуатации рудодобывающих и металлургических предприятий.
Централизация управления горнозаводским производством. Берг-коллегия
Первая попытка осуществления таких реформ была предпринята в 1699 г. Ранее разрозненные «рудокопные дела» были изъяты из ведения различных приказов и сосредоточены в Приказе большой казны. Годом позднее «для искания золотых, серебряных, медных и иных руд» был основан Приказ рудных дел (Рудный приказ), просуществовавший до середины 1711 г. и ликвидированный в связи с передачей руководства горно-металлургической промышленностью губернаторам — начальникам вновь образованных административно-территориальных единиц (губерний). Однако вследствие крайнего недостатка кадров специалистов на местах эта мера оказалась несостоятельной, и в 1715 г. Приказ рудных дел был восстановлен, а в 1716 г. в его ведение были переданы все горные заводы.
С введением централизации и строго ведомственного членения государственного управленческого аппарата, когда немногочисленные коллегии заменили несколько десятков приказов, в декабре 1719 г. «для ведения дел о рудах и минералах» была учреждена Берг-коллегия (горная коллегия) с местными органами — берг-амтами (горными управлениями). Возглавленная крупным государственным деятелем и ученым, одним из ближайших помощников Петра I Я. В. Брюсом (1670—1735), с именем которого связано проведение многих начинаний, улучшавших добычу и переработку руд, введение пробирного анализа и пр., коллегия располагала исключительно широкими полномочиями. В сферу ее ведения входили все области горного дела и металлургии — от геологических разведок полезных ископаемых и исследования руд, совершенствования
* Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 3, с. 485.
117
рудно-металлургического производства, обеспечения предприятий рабочей силой и подготовки технического персонала до судопроизводства (в границах горного права), закупок металлов у частных заводовла-дельцев, оказания материальной помощи горнопромышленникам и конфискации заводов и рудников у несостоятельных лиц. Деятельность ее способствовала успешному развитию горного дела в России XVIII в.
В 1731 г. Берг-коллегия была объединена с Мануфактур- и Коммерц-коллегиями «по сходству их дел и обязанностей» (Мануфактур-коллегия осуществляла управление крупной промышленностью страны за исключением горно-металлургической промышленности; Коммерц-коллегия ведала торговлей, главным образом внешней). В 1736 г. функции Берг-коллегии были переданы вновь образованному Генерал-берг-директориу-му под началом генерал-берг-директора А. К - Шемберга — ставленника Бирона, невежественного авантюриста и стяжателя, причинившего огромный ущерб русской горной промышленности *. Шестью годами позднее после ликвидации «бироновщины» последовал указ о восстановлении Берг-коллегии; еще позднее (в 1751 —1753 гг.) ей были предоставлены исключительное право выдачи разрешений на строительство новых горных заводов и право регулярной ревизии «партикулярных» рудодобывающих и металлургических предприятий.
Вторично Берг-коллегия была упразднена в 1783 г. с введением так называемого Учреждения для управления губерниями, предусматривавшего передачу руководства горнозаводским делом губернским казенным палатам. Однако и на этот раз такая реорганизация оказалась неоправданной: представители местных властей, как правило, не обладали достаточными специальными знаниями и отнюдь не всегда были заинтересованы в развитии рудно-металлургических производств. Но снова восстановленная в 1796 г. с сохранением петровского регламента Берг-коллегия уже не смогла успешно продолжать работу в изменившихся социально-экономических условиях и в 1806 г., после утверждения нового Горного уложения, била окончательно упразднена, уступив свои функции Горному департаменту министерства финансов.
Законодательные основы горного права
Существенной частью горных реформ начала XVIII в. явилась разработка законодательных основ горного права. По указу от 10 (21) февраля 1719 г. вступила в действие первая в России Берг-привилегия — документ, имевший силу закона и определявший правовые нормы ведения горнозаводской промышленности во всех ее областях от взаимоотношений между органами правительственного надзора и частными предпринимателями до регламентации труда рудоискателей и установления размеров денежного вознаграждения за обнаружение месторождений полезных ископаемых.
Отделяя горный промысел от подчинения гражданской администрации и сосредоточивая управление им в одном специальном государственном учреждении, Берг-привилегия точно определяла права и обязанности рудопромышленников и заводовладельцев, гарантировала правовую защиту лиц, ведших поиски руд, и законодательно закрепляла фактически существовавшую еще в XVII в. «горную свободу» — равное для всех право разведывания и разработки рудных залежей на любых го
* Лоранский А. М. Краткий очерк административных учреждений горного ведомства в России 1700—1900 гг. СПб., 1900, с. 24—25.
118
сударственных и помещичьих землях. Владельцы земель могли первыми приступать к добыче полезных ископаемых, залегавших в пределах их владений. Но, отказываясь по тем или иным причинам от предоставлявшихся им преимуществ, они под страхом «жестокого ответа» не могли скрывать так или иначе обнаруженные залежи и препятствовать разработке их другими лицами, довольствуясь в последнем случае получением ‘/32 части прибыли с предприятия и компенсацией за использовавшиеся промышленниками лесные и другие угодья.
В 1727 г. в текст Берг-привилегии было внесено изменение, согласно которому строительство рудников и заводов разрешалось только по предварительному договорному соглашению, заключавшемуся предпринимателями и землевладельцами. Позднее (в 1739 г.) последовал повторный пересмотр Берг-привилегии. В утвержденном Берг-регламенте имелись уточнения некоторых финансовых положений и упрощения денежных расчетов между казной и горнозаводчиками. Наконец, в 1782 г., когда именной указ, подтвержденный затем «Жалованной грамотой дворянству», распространил право собственности помещиков на земные недра, «на все сокровенные минералы и произращения и на все делаемые из того металлы», декларация о «горной свободе» была заменена условием о допустимости разведки и эксплуатации рудных месторождений во владениях частных лиц только с согласия последних. Остальные положения Берг-привилегии сохраняли силу до утверждения Горного уложения в 1806 г.
Горный устав В. Н. Татищева
Применительно к положениям Берг-привилегии в редакции 1727 г. выдающийся знаток горного дела первой половины XVIII в. В. Н. Татищев составил в 1734—1735 гг. проект Горного устава, регламентировавшего организацию русского горнозаводского производства.
Крупный государственный деятель, блестящий администратор и талантливый ученый — историк, географ и экономист, Василий Никитич Татищев участвовал в русско-шведской войне, неоднократно посылался за границу, в 1719 г. начал службу в Берг-коллегии, в 1720 г. назначен начальником Уральских горных заводов.
Деятельность Татищева на Урале отличалась исключительной широтой и напряженностью. Обследовав состояние заводов и рудников, он дал обстоятельные инструкции по улучшению их работы, организовал систематические поиски рудных месторождений, руководил топографической съемкой и составлением карт заводских земель, выбрал места удобные для строительства рудно-металлургических предприятий, и приступил к их строительству, основал (на Кунгурском и Уктусском заводах) школы для подготовки горных мастеров. Но предпринятая им попытка противодействия злоупотреблениям «партикулярных» заводчиков привела к серьезному конфликту с крупнейшими уральскими заво-, довладельцами Н. и А. Демидовыми. По жалобе Демидовых в начале 1722 г. Татищев был отозван «для объяснений» в Петербург, хотя последующее расследование показало явную несостоятельность предъявленных ему обвинений.
В 1724 г. Татищев был командирован в Швецию для выполнения некоторых дипломатических поручений и изучения опыта шведской металлургической промышленности. Полтора года он знакомился с постановкой горного дела в этой стране, посещал заводы и рудники, вел переговоры с местными горными мастерами о приезде их в Россию, наблюдал
119
за ооучением русских учеников знакомился с трудами шведских bix, отбирал чертежи руднич-
lx и заводских машин. После ращения на родину Татищев назначен ч леномМ. осковско"м ои конторы, а в 1734 г. ему овь было поручено руководство
: горно металлургичвои промыш-ностью рйла.
лагая широкими полно-, Т ICB < строительство рудн| наметил
у поит
ТАТИЩЕВ
ВАСИЛИИ НИКИТИЧ
(1686—1750)
Окончил в Москве Инженерную и Артиллерийскую юколы. В 1720—1722 и 1734—1737 гг. управлял казенными заводами на Урале, основал город Екатеринбург (ныне Свердловск). Создал пятитомную «Историю Российскую с самых древнейших времен»
родаййкилТа ии ов и заводов , строителЯЙую програм и удваивавшую их количество , добился дальнейшего г подъема прои зводства на Действовавших предприятиях и весной 1735 г. произвел по показаниям вогула-рудоискателя С. Чумпина тщателшую разведку бэгатого железорудного месторождения м ежду реками К ушвби и Т урой в горе, названной им горой Благодать*. Для разработки этого месторождения, сохранившего существенное значение до нашего времени, им были заложены рудники и сооружены два завода (Кушвинский и Туринский). Однако, как и в 20-х годах, он не смог осуществить широко задуманную реорганизацию уральской металлургии. Последовательный сторонник сохранения казенного рудно-металлургического производства как организующего начала промышленности, он решительно возражал против передачи казенных заводов частным
лицам, в корыстных целях проводившейся кликой Бирона — Шемберга, и в 1737 г. был снова отстранен от должности уральского горного начальника, а в 1745 i. вообще оставил государственную службу. Умер он 15 (26) июля 1750 г. в подмосковной деревне Болдино.
Составленный Татищевым проект Горного устава основывался
* Чупин Н. К- Об открытии магнитной горы Благодать. Пермь, 18G7, с. 1—6.
120
на личном опыте составителя и в некоторой мере учитывал зарубежный опыт*. В его восьми главах излагалась структура управления предприятиями, перечислялись права и обязанности горнозаводской администрации, требования к рудной разведке и выбору мест строительства рудников и заводов, указания по эксплуатации предприятий и контролю качества сырьевых материалов и готовых изделий, для этого предусматривалось учреждение «пробовальных камор» (лабораторий).
Исходя из норм крепостного права и предполагая использование на рудниках и заводах принудительного труда государственных и вотчинных крестьян, Устав предусматривал вместе с тем осуществление мер бытового устройства «работных людей» (организацию подвоза товаров и торговли «настоящею ценою, правдивыми мерами и весом», оказание медицинской помощи штатными лекарями, постройку богаделен для престарелых и увечных рабочих) — мер, необычных в условиях жестокой эксплуатации, когда строительство заводов и работа на них становились «несносной тягостью» и «великим разорением» для крестьянского населения и не раз вызывали прямое неповиновение местным властям.
Большое внимание в проекте Устава уделялось подготовке специалистов для всех областей горнозаводского хозяйства — устройству школ для обучения детей «управительских, церковничьих, приказных служителей, мастеров и всякого звания заводских жителей... как питанию, писанию русскому, так и арифметике и геометрии, а способнейших из оных немецкому и латинскому языкам, также математике и другим высоким наукам».
Заключительная глава содержала правила государственного контроля горнозаводской промышленности, подлежавшего осуществлению специально назначаемыми должностными лицами и распространяемого на все области производства — от надзора за соблюдением норм строительства и технической эксплуатации предприятий, обеспечения технологической дисциплины и качества выпускавшихся изделий до проверки правильности использования рабочей силы, учета расходования денежных средств и материалов, ревизии торговых договоров и пр.
Проект Татищева, переданный Бирону, не был утвержден. Предлагавшиеся в нем первенство казенных заводов как промышленных эталонов и коллегиальность управления заводами, попытка восстановления русской горной терминологии и отказ от пользования иностранными терминами с тем, «чтобы слава и честь отечества и его труд именами немецкими утеснены не были», забота о «работных людях», введение последовательной инспекционной системы явно не соответствовали политическим и экономическим устремлениям правящих верхов того времени. Но неофициально проект этот около столетия оставался основным руководством по организации горнозаводского дела, и еще в 1821 г. одип из русских журналов свидетельствовал, что «по заводам и доныне во многих частях ему следуют» **.
«Абрисы» В. Геннина
Почти одновременно с Татищевым в рудно-металлургической промышленности России начал работать другой выдающийся организатор производства, автор известного энциклопедического сочинения об уральских и сибирских заводах Билим Иванович (Георг-Вильгельм) де Геннин (1676—1750).
* Текст Устава опубликован в «Горном журнале» в 1831 г. (ч. I, кн. 1—3; ч. II, кн. 5—6; ч. III, кн. 7—9; ч. IV, кн. 10).
** Сын Отечества, 1821, № 16, с. 74.
121
ГЕННИН ВИДИМ. ИВАНОВИЧ (1676—1750)
Выдающийся руководитель горного производства и станкостроитель. Время управления Генниным (1722—1734) было важным периодом в истории промышленности Урала. Под его руководством были осуществлены значительные мероприятия в области организации, совершенствования техники и технологии производства. Управлял Сестрорецким и Тульским оружейными заводами
Выходец из Голландии, вступивший в русскую службу в 1697 г. как артиллерист и военный инженер, участник русско-шведской войны, он в 1712 г. по поручению Петра I надзирал за достройкой пушечно-литейного двора и пороховых заводов в Петербурге, а с 1713 г. ведал Олонецкими металлургическими заводами. Дважды (в 1716 и 1719 гг.) совершив заграничные путешествия для осмотра горных предприятий и «составления моделей и планов», он осуществил коренное переустройство подведомственных ему заводов, основал первую в стране горнозаводскую школу и организовал подготовку квалифицированных мастеров доменного и литейного дела, работавших впоследствии не только в Олонецком крае.
В 1722 г. Геннин был командирован на Урал для расследования жалобы Демидовых. Убедившись в правоте Татищева и сообщая Петру I, что Н. Демидов, которому никто не смел, «бояся его,слова выговарить» и которому «досадно было, что Татищев стал с него спрашивать от железа десятую долю» (предусматривавшуюся законом), «не залюбил с таким соседом жить и искал, как бы его от своего рубежа выжить, понеже и деньгами не мог Татищева укупить», он просил сохранить за Татищевым должность обер-ди-ректора или обер-советника Уральских заводов*. Однако Татищев получил другое назначение, и последующие 12 лет Геннин оставался начальником горной промышленности Урала, продолжая работы своего предшественника, руководя разведыванием и разработкой рудных месторождений, переоборудуя старые и сооружая новые заводы (в том числе Екатеринбургские заводы на
* Головщиков К- Д- Род дворян Демидовых. Ярославль, 1881, с. 30—31, 70.
122
р. Исети, намечавшиеся еще Татищевым и положившие начало Екатеринбургу, ныне Свердловску), основывая новые специальные школы для подготовки учеников «ко всяким горным и заводским делам».
В тридцатых годах XVIII в. уральская металлургия по уровню технического совершенства значительно превзошла уровень зарубежных металлургических производств. Но в эти же годы в правительственных кругах все более широко распространялось инспирированное Бироном и его приближенными мнение об убыточности казенных заводов. Правительство Анны Иоанновны, отказавшись от строгой регламентации промышленности, проводившейся Петром I, и аннулировав многие из ранее введенных монополий, упорно проводило политику передачи горно-металлургических предприятий частным владельцам. В этих условиях, когда, по свидетельству самого Геннина, «никакой помощи нет, более помешательства», он обратился с просьбой об освобождении его от службы на Урале и осенью 1734 г. был назначен «при артиллерии», а по указу от 21 апреля (2 мая) 1735 г. ему был поручен «в дирекцию и смотрение» им же еще до поездки на Урал построенный Сестрорецкий оружейный завод.
Возвращаясь в Петербург, Геннин увозил с собой рукопись обширного описания уральских и сибирских заводов, на протяжении нескольких лет подготовлявшуюся им и его сотрудниками, в частности, приложенные к рукописи многочисленные иллюстрации были выполнены берггешвореном М. Кутузовым *. Рукопись эта с длинным названием — «Генералом лейтенантом от артиллерии и кавалером ордена святого Александра Георгием Вилгелмом де Генниным собранная натуралии и минералии камер в Сибирских горных и завоцких дистриктах [округах], также чрез ево о вновь строенных и старых исправленных горных и завоцких строениях и протчих куриозных вещах абрисы»--явилась своеобразным отчетом о деятельности ее составителя и содержала подробное описание заводских сооружений, оборудования и производственной технологии. Причины, по которым она не была тогда же напечатана, остались неизвестными; возможно, что одной из них послужили приведенные Генниным и противоречившие официальной версии обстоятельные доказательства безубыточности работы казенных горных заводов. Отрывки из нее впервые были опубликованы «Горным журналом» в 1828 г., когда рукопись в значительной своей части представляла лишь исторический интерес, а полный текст опубликован только в 1937 г., через двести лет после написания**. В рукописных копиях «Абрисы» широко использовались современниками в заводской практике и в специальных учебных заведениях как первое руководство по горному и металлургическому производству, написанное на русском языке и применительно к опыту русской промышленности. Было бы неправомерным искать в нем рациональное объяснение сущности большинства излагавшихся процессов. Ни Геннин, ни другие металлурги первой половины XVIII столетия не понимали и не могли понимать основные метал
* Берггешворен — горный чиновник (инженер в чине, соответствовавшем воинскому чину поручика), надзиравший за технической и хозяйственной деятельностью на рудниках.
** Геннин Вильгельм де. Описание Уральских и Сибирских заводов. Публикация с предисловием акад. М. А. Павлова. М., 1937. Подлинник рукописи не сохранился. Список ее, наиболее близкий к оригиналу и подписанный Генниным, находится в Отделе рукописей ГПБ (шифр Х-Н); по этому списку печатался текст «Абрисов» в издании 1937 г. Три других списка находятся в коллекциях БАН, Научной библиотеки Ленинградского Горного института и Отдела письменных источников ГИМ (собрание Щукина, шифр Щ-124).
123
лургические процессы, происходящие при доменной плавке: открытие кислорода и создание теория горения несколькими десятками лет были отделены от окончания работы над «Абрисами». Но практическая значимость инструктивных указаний и числовых данных, энциклопедич-ность содержания, сосредоточение опыта эксплуатации лучших заводов— все эти положительные качества «Абрисов» длительное время привлекали к ним пристальное внимание заводского технического персонала.
Горное образование
Рост и совершенствование горно-металлургических производств вы звали настоятельную необходимость систематической учебной подготовки различных групп специалистов горного дела и металлургии.
Стремление использовать передовой зарубежный опыт обусловило привлечение к работам на русских заводах иноземных мастеров. Однако это не могло сколько-нибудь существенно способствовать развитию отечественной промышленности. Надежнее и эффективнее было формирование национальных кадров специалистов путем посылки русской молодежи для обучения за границу и организации соответствующей учебной подготовкой внутри страны.
Констатируя, что «иноземцы мастера, будучи на фабриках и отжив сроки, отъезжают во отечество, а по себе учеников без совершенства науки их оставляют», Петр I специальным указом предписывал «для ускорения мануфактур и фабрик и для искусства художества посылать в чужие края из молодых людей, которые к такому обучению склонны» *.
Еще до издания этого указа в 1702—1704 гг. в Саксонию для изучения «рудно-сыскного» дела были направлены 14 русских учеников. Для изучения маркшейдерии (горного землемерия) и черчения, машинного, токарного, рудообжигательного и плавильного дела в 1724 г. большая группа молодежи была направлена в Швецию. По возвращении на родину участники этой группы работали на уральских и сибирских заводах, занимая руководящие инженерно-административные должности. В 1736 г. для совершенствования в естественных науках и для ознакомления с горно-металлургическим производством в Саксонию были посланы студенты университета при Петербургской академии наук — М. В. Ломоносов, Д. И. Виноградов и Г. В. Райзер **, прослушавшие в Марбурге трехлетний курс лекций профессора X. Вольфа и продолжившие изучение минералогии, горного искусства и металлургии у горного советника И.-Ф. Генкеля во Фрейберге, одном из старейших центров германской рудно-металлургической промышленности. В последней четверти XVIII в. во Фрейбергской горной академии обучались Ф. П. Моисеенко, талантливый минералог, впоследствии адъюнкт Петербургской академии наук, и А. Ф. Дерябин, впоследствии главный начальник Гороблагодатских и Пермских заводов и автор нового «Горного Положения».
* ПСЗ, т. VII, № 4381.
** Дмитрий Иванович Виноградов — товарищ М. В. Ломоносова по московской Славяно-греко-латинской академии, изобретатель русского фарфора, после завершения образования за границей работал на казенной фарфоровой мануфактуре иод Петербургом, основанной в 1744 г. Густав Викентьевич (Густав-Ульрих) Райзер — сын советника (позднее президента) Берг-коллегии В. С. Райзера, по возвращении в Россию был направлен в горно-металлургическую промышленность и во второй половине 40-х годов в чине бергмейстера (старшего руководителя рудничных или заводских работ), соответствовавшем воинскому чину майора, работал на рудниках Урала.
124
Но дорогостоящие заграничные учебные командировки, естественно, не удовлетворяли возрастающую потребность в квалифицированных техниках различных специальностей. Поэтому наряду с такими командировками большое внимание уделялось организации профессионального образования в самой России. Так, в 1701 —1712 гг. в Москве были основаны Артиллерийская школа, предназначавшаяся для обучения «пушкарских и иных посторонних чинов детей... словесной и письменной грамоте, цифирю и иной инженерной наукам», Математико-навигацкая школа, в которой предусматривалось «быть математических и навигац-ких, то есть мореходных, хитростно наук учению» *, и Инженерная школа— заведение повышенного типа, готовившее военных инженеров и специалистов гражданского строительства. В 1715—1721 гг. приступили к работе Морская академия, Артиллерийская и Инженерная школы в Петербурге. И хотя ни одна из перечисленных школ не готовила горняков и металлургов, все же часть выпускников направлялась на горно-металлургические предприятия. Усвоение практики рудничного и заводского производства во многом облегчалось для них знанием основ математики, механики, черчения и геодезии. Кроме того, воспитанники артиллерийских школ обладали навыками литейного дела, приобретавшимися при прохождении производственного обучения на московском и петербургском пушечно-литейных дворах.
В 1716 г. В. Геннин учредил горнозаводскую школу на Олонецком Петровском заводе для 20 учеников-дворян, присланных из Петербурга. Через пять лет такие же школы для детей «всякого званья заводских жителей» были основаны В. Н. Татищевым в Кунгуре и на Уктусском заводе. К преподаванию в них Татищев привлек незадолго до того прибывших на Урал выпускников Московской артиллерийской школы шихтмейстеров Д. Одинцова и С. Братцева **. Еще через два года, когда было завершено строительство заводского комплекса в Екатеринбурге, начались занятия в Екатеринбургской горнозаводской школе, проводившиеся воспитанниками московских Артиллерийской и Математико-нави-гацкой школ шихтмейстером П. Рыбниковым, а после его смерти — М. Кутузовым. К середине XVIII столетия, переданная в заведование выпускнику Петербургской морской академии, большому знатоку горно-металлургического дела А. И. Кичигину, в дальнейшем занимавшему должность главного межевщика уральских заводов ***, школа эта стала крупнейшим специализированным учебным заведением Урала, подготовившим таких впоследствии известных изобретателей, конструкторов и ученых, как И. И. Ползунов, К- Д. Фролов и А. М. Карамышев ****. Несколько позднее в ряду других горнозаводских школ, учреждавшихся на Урале, в Сибири и в Алтайском крае, была основана Барнаульская шко
* История Москвы, т. 2, М., 1953, с. 145.
** ЦГАДА, ф. 271, ед. хр. 1302, лл. 430—433. Шихтмейстер (буквально составитель шихты) — младший горный офицерский чин, приравнивавшийся к воинским чинам прапорщика и подпоручика.
*** Межевщик (маркшейдер) —горный землемер, производивший геодезическую съемку горных выработок. Чин маркшейдера соответствовал воинскому чипу капитана или капитан-поручика.
**** Александр Матвеевич Карамышев — член-корресиондент Петербургской и Шведской академий наук. По окончании Екатеринбургской школы учился в Московском и Упсальском университетах, подготовив докторскую диссертацию под руководством знаменитого шведского натуралиста К. Линнея. В 1774—1779 гг. чита i курс химии и металлургии в Петербургском горном училище. После его отъезда в Восточную Сибирь курс металлургии в том же училище некоторое время читал Ф П. Моисеенко.
125
ла (1752 г.), затем преобразованная в горное училище. В нем начиналась педагогическая деятельность выдающегося русского физика (впоследствии академика) В. В. Петрова. Здесь же получили первоначальную подготовку многие талантливые техники конца XVIII и начала XIX в. (И. И. Черницын, П. М. Залесов, М. С. Лаулин, А. С. Вяткин, В. Е. Речкунов), работавшие в различных областях горнозаводского производства. Наконец, в 1773 г. по проекту, составленному президентом Берг-коллегии М. Ф. Соймоновым, было основано Петербургское горное училище (позже переименованное в Петербургский горный институт) — старейшая в стране и одна из первых в Европе высшая техническая школа, готовившая горных инженеров из детей дворян, чиновников горного ведомства и лиц «свободного состояния» *.
Работы М. В. Ломоносова и И. А. Шлаттера
Свыше 50 лет отделяло открытие учебных занятий в Петербургском училище, располагавшем квалифицированным преподавательским персоналом, учебными пособиями, лабораториями и учебным рудником со штольнями и шахтами (сооруженным на училищном дворе), от первых попыток организовать профессиональное обучение, предпринятых Татищевым и Генниным. Многое в постановке обучения отличало это училище от горнозаводских школ 20—30-х годов. Сообщая в Берг-коллегию о необходимости организации таких школ, Геннин ограничивал их учебные планы преподаванием русской грамоты, основ арифметики и геометрии, черчения и «знаменования» (технического рисования).
В 1736 г. при составлении инструкции школьным преподавателям Татищев несколько расширил первоначально принятую программу, включив в нее преподавание минералогии и пробирного дела, механики, архитектуры (искусства, «как всякое строение покойно и способно к намеренному употреблению заложить» и «крепко строить»), гранильного дела, токарного, паяльного и столярного ремесел, которые «механикам и другим многим мастерам нужны»**. Но и Татищев, подобно Геннину, не ввел в перечень учебных дисциплин специальные курсы горного и маркшейдерского дела и металлургии. Эти предметы, вошедшие в число обязательных в Петербургском училище, ранее длительное время усваивались лицами, окончившими горнозаводские школы, уже на рудниках и заводах в должностях учеников главного межевщика (обер-маркшейдера), главного механика и других «вышних» специалистов горнодобывающего и металлургического производств.
Перечисленные различия определялись не только недостаточным опытом основателей горнозаводских школ и традициями практического заводского ученичества, не только различиями в возрастном составе и начальных знаниях заводских учеников, поступавших в школы в возрасте 7—10 лет, и студентов Горного училища, до поступления в него обучавшихся в Московском университете или получавших аналогичную общеобразовательную подготовку. В ряду причин, ограничивавших школьные программы, немалое значение имела крайняя затрудненность
* Лоранский А. М. Исторический очерк Горного института. СПб., 1873. С 1764 г. начала работать горная школа в Байской Штявнице (Чехословакия). Фрейбергская горная академия была основана в 1765 г. Парижская горная школа основана в 1794 г., а Лондонская королевская горная школа открылась в 1851 г.
** ЦГАДА, ф. 248, кн. 11/1533, лл. 474—475 («Учреждение, коим порядком учители русских школ имеют поступать»).
126
преподавания без учебных пособий. Вероятно, это обстоятельство послужило одним из побуждающих факторов составления «Абрисов» Генниным. Однако и «Абрисы», распространявшиеся в немногочисленных рукописных копиях, не заменяли в сколько-нибудь достаточной мере нормального школьного учебника. Ко времени основания уральских горных школ их ученики могли пользоваться лишь такими пособиями, как учебник преподавателя Московской математико-нави-гацкой школы Л. Ф. Магницкого «Арифметика, сиречь наука числительная»— своеобразная энциклопедия элементарной математики с четко выраженным прикладным уклоном,геометрическое руководство А. Пюркештейна, напечатанное в русском переводе Я. В. Брюса под названием «Геометрии словенски землемерие» с подзаголовком «Приемы циркуля и линейки», таблицы логарифмов и тригонометрических величин,издававшиеся при участии Л. Ф. Магницкого и преподавателя Петербургской морской академии, бывшего профессора Эбердинского университета А. Д. Фарвардсона, краткое пособие «Наука статическая, или механика», составленное «в пол[ь]зу требующим обу-чатися» президентом Петербургской морской академии Г. Г. Скорняковым-Писаревым. Первые же печатные учебники горного дела и металлургии, подготовленные М. В. Ломоносовым и И. А. Шлаттером, появились лишь в 60-х годах XVIII столетия.
Сын крестьянина-помора из деревни Денисовка Архангельской губернии, знаменитый русский ученый-энциклопедист, человек исключительной и разносторонней одаренности, Михаил Васильевич Ломоносов изучал горнозаводское производство и минералогию в годы заграничной командировки сначала на пред-
ЛОМОНОСОВ МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ (1711—1765)
Великий русский ученый-энциклопедист. Его наиболее важные исследования в области геологии, горного дела и металлургии изложены в речи ((Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757) и в работе «Первые основания металлургии, или рудных дел» (1763)
127
приятиях Гиссена (Giessen) и Зигена (Sigen) близ Марбурга, затем во Фрейберге у И.-Ф. Генкеля и, наконец, на рудниках Гарца и у И.-А. Крамера, видного немецкого химика и металлурга, автора «Начального руководства пробирного искусства». По возвращении на родину, уже будучи адъюнктом физического класса и позднее — профессором химии (академиком) Петербургской академии наук, он продолжал работу в этой области. «Главное мое дело есть горная наука, для которой я был нарочно в Саксонию посылай»,— писал он В. Н. Татищеву 27 января (7 февраля) 1749 г. *, подразумевая под горной наукой обширный комплекс теоретических и практических знаний, охватывающий геологические и минералогические исследования, методику разведывания рудных залежей, способы добычи руд и эксплуатации рудников, процессы выплавки и обработки металлов.
В 1742 г. Ломоносов закончил рукопись книги «Первые основания металлургии, или рудных дел»**, содержащую общие сведения о рудах, металлах и горючих ископаемых, характеристику поисковых признаков для рудных месторождений, систематизированное изложение способов добычи полезных ископаемых и описание рудничного оборудования, указания о подготовке руд к плавке и подробные сведения о плавильных операциях, конструкциях плавильных печей и их вспомогательных устройств.
Четкость и обоснованность впервые вводившейся русской горной терминологии, доступность и строгая последовательность повествования, критическое отношение к установившимся, но далеко не всегда оправданным научным и технологическим представлениям того времени, широкие обобщения и новые рекомендации (например, указания о возможности использования гидрометаллургических процессов извлечения металлов из руд, в полной мере оцененные и осуществленные лишь в XX в.) —все это выгодно отличало труд Ломоносова от многих тогда же издававшихся зарубежных пособий по горному делу и металлургии. Позднее, готовя рукопись к печати, он дополнил ее двумя «прибавлениями»: «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном» и «О слоях земных». В первом из этих «прибавлений» излагалась теория естественной вентиляции рудников, разработанная им применительно к законам гидростатики и через полтора столетия послужившая основой теории расчета пламенных металлургических печей, предложенной известным русским металлургом В. Е. Грум-Гржимайло. Во втором «прибавлении» рассматривались проблемы геологии и развивались рациональные представления о происхождении и возрасте рудных жил, об образовании россыпей, о происхождении торфа и каменного угля, о растительной природе нефти и пр.
По невыясненным причинам академическая типография приступила к набору рукописи лишь в 1761 г., через 19 лет после ее. написания, и закончила печатание книги только в 1763 г., через 3 года после публикации «Обстоятельного наставления рудному делу», составленного президентом Берг-коллегии И. А. Шлаттером [141].
Выходец из Германии, сын горного специалиста, переселившегося в Россию по предложению Петра I, Иван Андреевич Шлаттер был крупным знатоком рудного дела, металлургии и пробирного искусства (количественного анализа металлов, содержащихся в рудах, продуктах металлургической переработки и сплавах). Он начал свою деятельность с 1722 г. в должности пробирера (пробирного мастера) химической лабо-
* Л омоносов М. В. Поли. собр. соч., т. 10, 1957, с. 462.
** Там же, т. 5, 1954, с. 391—631.
128
ратории Берг-коллегии. В 1740 г. получил назначение на должность советника Монетной канцелярии, ведавшей чеканкой моне ты, пробирным надзором и аффинажем (работами по разделению благородных металлов и их очистке от посторонних примесей), с 1754 г. управлял петербургским Монетным двором и с 1760 г.— уже в генеральском чине действительного статского советника — возглавлял Берг-коллегию. Знание металлургической практики, особенно металлургии золота и серебра, сочеталось в нем с теоретическими знаниями химика-аналитика. Его работы по совершенствованию технологических процессов получения латуни и аффинажа золотистого серебра дополнялись работами по составлению учебных пособий и руководств, почти до середины XIX в. широко использовавшихся инженерно-техническим персоналом рудников и заводов.
Еще в 1736 г. Шлаттер подготовил «Описание при монетном дворе потребного искусства» — первую книгу по пробирному делу на русском языке, изданную в Петербурге в 1739 г. В дальнейшем, между 1754 и 1758 гг., он написал и издал руководство по монетному делу, объединенное общим заголовком («Задачи, касающиеся до монетного искусства») и содержавшее в трех самостоятельных частях различные сведения о «пробирной науке», аффинаже и о способах изготовления золотых и серебряных сплавов. Наконец, в 1760 г. им было закончено и опубликовано «Обстоятельное наставление рудному делу», сосредоточившее в себе обширный комплекс сведений из области современной ему горно-металлургической техники.
В отличие от «Первых оснований металлургии, или Рудных дел» Ломоносова книга Шлаттера не содержала ни существенных обоб-
9 Очерки истории техники в России
ШЛАТТЕР
ИВАН АНДРЕЕВИЧ (1708—1768)
Русский ученый и государственный деятель. С 1760 г. был президентом Берг-коллегии. Предложил ряд усовершенствований в процессах плавки благородных металлов и чеканки монет. Автор первой русской книги по пробирному искусству, а также ряда работ по металлургии, горному делу, гидросиловым установкам
129
щений, ни изложения новых теоретических воззрений. Он собрал и систематизировал огромное количество практических данных из опыта отечественных и зарубежных рудно-металлургических производств (в том числе некоторые рукописи Геннина), однако во многих случаях не проанализировал их достаточно глубоко и не дал им надлежащей оценки.
Несомненным достоинством «Обстоятельного наставления» явилось ознакомление русских горных специалистов с новинками рудничного и заводского оборудования, с новыми методами рудодобывающих и заводских работ, тогда еще не применявшимися в России. Именно в нем впервые на русском языке было приведено описание (заимствованное из труда шведского специалиста М. Тривальда) «огнем действующих» паровых машин, «которые с начала сего века от Англичан изысканы и во многих местах в употребление для выливания воды из рудных и каменноугольных ям введены» [141, с. 150—163]. Именно по нему знакомился с предлагавшимися за границей ранними конструкциями паровых машин изобретатель универсального парового двигателя И. И. Ползунов. Может быть, эта книга и послужила одним из поводов к тому, что тремя годами позднее «Берг-коллегии президент и Монетной канцелярии главный судья», признававший изобретение таких машин крупнейшим достижением человеческого разума, стал судьей и главным экспертом проекта огнедействующей заводской паровой машины, представленного первым русским теплотехником.
Методы и организация разведывательных работ
Реформы горнозаводского дела, предпринятые в первой четверти XVIII в., подготовка и привлечение к работам на рудниках и металлургических заводах квалифицированных технических кадров, располагавших не только большим производственным опытом, но и относительно широкими теоретическими знаниями, появление специальной технической литературы — все это во многом способствовало развитию и совершенствованию русский горной промышленности, расширению и совершенствованию поисков рудных месторождений.
Длительный, столетиями накапливавшийся опыт разведывания руд в различных районах страны обусловил возможность целенаправленного ведения поисковых работ и объективной оценки вновь поступавших сведений о залежах полезных ископаемых. На основе этого опыта были определены характерные внешние признаки залегания рудных пластов (рельеф местности, окраска поверхностных слоев грунта, характер растительности и травяного покрова, цвет и вкус родниковых и подпочвенных вод, цвет пламени при прокаливании камней), систематизированные и обобщенные М. В. Ломоносовым и И. А. Шлаттером. Постепенно улучшались приемы разведывания месторождений: наряду с закладкой шурфов вводилось разведочное бурение посредством ручных буров (щупов). Соответственно изменялись и становились более разнообразными организационные формы рудоискательства.
Так же, как и в XVII в., продолжались поиски руд рудоискателями, поощрявшиеся Берг-привилегией и регламентом. Они широко велись на северо-западе, в центре и на юге европейской части России, предпринимались в Сибири, но резко сократились на Урале, где строительство крупных металлургических заводов и отвод для них больших земельных участков вызывали серьезное недовольство местного населения и
130
где поисковые работы разведчиков-одиночек оказывались далеко не безопасными.
Необходимость расширения и упорядочения поисков новых рудных месторождений, все более отчетливо ощущавшаяся по мере возрастания потребности в металлах, вызвала проведение в XVIII столетии большого числа разведывательных экспедиций, работавших в различных районах страны — от Карелии до Камчатки и от побережья Северного Ледовитого океана до Кавказа. В отличие от поисковых партий XVII в. экспедиции эти, снаряжавшиеся в начале столетия Сибирским приказом и Приказом рудных дел, а затем Берг-коллегией и Петербургской академией наук, посылались по заранее разработанным маршрутам для выполнения геологоразведочных работ, снабжались необходимыми инструментами. В состав экспедиций входили специалисты горного дела — пробиреры, шихтмейстеры, штейгеры (горные мастера), берггауэры (рабочие, занимавшиеся добыванием руд) и др.
Опасность истощения разрабатывавшихся рудных залежей, особенно существенная для северо-западных и центральных областей, вызвала появление еще одной организационной формы поисковых работ — посылки рудоискателей заводами. Эти рудоискатели — местные крестьяне, заводские штейгеры, плавильщики, «рудокопные люди» — вели регулярные поиски руд на землях, прилегавших к заводам. От успеха их разведок во многом зависела нормальная деятельность металлургических предприятий.
Открытия рудных месторождений рудоискателями-одиночками
В первой трети XVIII в. внимание промышленников и рудоискателей продолжали привлекать рудные запасы центра Европейской России. Это объяснялось не только сохранявшимися традициями более ранних периодов, но и общим подъемом промышленных производств в центральных районах, близостью рынков сбыта и налаженностью транспортных связей. Кроме того, частновладельческим заводам на Урале было крайне трудно конкурировать с казенными заводами, располагавшими тогда большими контингентами рабочей силы, лучшими рудниками и лучшими лесными угодьями.
В этот период разведка железорудных месторождений велась на территориях большинства центральных уездов. Наиболее успешными оказались поиски, предпринятые в 1717 г. тульским железопромышленни-ком И. Т. Баташевым и его сыном. Открытые ими залежи железных руд у так называемой Малиновой засеки на южной окраине Тульского уезда длительное время использовались затем демидовскими и баташевскими чугуноплавильными заводами.
Столь же успешно велось тогда разведывание руд в Северном крае, где были развитые железоделательные промыслы и опытные кадры рудоискателей, плавильщиков и кузнецов из местных черносошных крестьян *. Наличие рудных и лесных ресурсов, в некоторой мере восполнявших постепенно истощавшиеся ресурсы металлургической промышленности Подмосковья, относительно благоприятные условия для привлечения вольнонаемных рабочих, необходимость в местном металле для нужд
* Черносошные (в дальнейшем — государственные) крестьяне — категория русского крестьянства XIV—XVIII вв., поселенная на государственных («черных») землях Поморья, Урала и Сибири, свободная от прямого закрепощения и несшая денежные и натуральные повинности в пользу государства.
9«
131
обороны западных государственных границ, строительство в 1702- -1707 гг. группы Олонецких казенных заводов (Петровского — на р. Ло-сосинке у Онежского озера, Повенецкого — в устье р. Повенчанки и Кончезерского — на Кончозере) —все это способствовало усилению поисковых работ. Они велись на огромной территории — от прионежских земель до Кольского полуострова и от островов Белого моря до Мезени, Ижмы и Печоры. Наряду со многими другими рудоискателями поисками месторождений руды занимались такие знатоки рудной разведки, как посадские люди Г. Черепанов и Ф. Прядунов, крестьянин М. Собинский и его сын Е. Собинский (за заслуги в открытии руд позднее получившие по ходатайству Берг-коллегии «свободу от крестьянства»), государственные крестьяне Е. Лыков и К. Старцев. В результате были разведаны крупные железные, медные и серебросвинцовые месторождения, что во второй половине XVIII в. привело к увеличению в этом районе числа частновладельческих железоделательных предприятий. К тому же нараставшая угроза истребления подмосковных лесов вынудила правительство издать в 1754 г. указ, запрещавший работу металлургических заводов в радиусе 200 верст от Москвы.
Те же причины обусловили привлечение внимания рудоискателей к южным районам страны. В начале столетия были разведаны железные руды в верховьях Дона, в Курском уезде, на землях Киевской губернии и у Таганрога, а в 1720 г. рудоискатель М. Поздняков нашел железорудные залежи в районе Бахмута (ныне Артемовск). Позднее, в 40-х годах, были обнаружены железорудные месторождения под Курском и Белгородом. Наконец, в 70—80-х годах, когда события крестьянской войны под предводительством Е. И. Пугачева на несколько лет прервали связь центра страны с Уралом, а война с Турцией и форсированное строительство Черноморского флота настоятельно требовали увеличения поставок железа, вновь были предприняты поиски железных руд у Бахмута донскими казаками В. Гориным, Е. Шапошниковым и Р. Наумовым *. В 1797 г. на бахмутских рудах начал работать Луганский казенный металлургический завод.
Не менее интенсивно велись разведывательные работы в Сибири, где большие свободные и малоизведанные территории, отсутствие поместного землевладения, обилие лесов и рек, возможность и экономическая целесообразность эксплуатации небольших металлургических предприятий определили благоприятные условия для поисковой деятельности отдельных рудоискателей.
К концу 20-х годов XVIII в. большое железорудное месторождение было обнаружено на р. Лене в 150 км от Якутска. С 1732 г. на рудах этого месторождения начал работать Тамгинский железоделательный завод. Тогда же железные руды были найдены на юго-востоке Красноярского уезда, откуда в 1734—-1758 гг. поставлялась руда Ирбинскому чугуноплавильному заводу. В 50-х годах в число разведанных месторождений вошли железорудные залежи Нерчинского края. В 70—80-х годах были разведаны (сначала крестьянами-рудоискателями Муратовым, Бессоновым и Хабаровым, а десятилетнем позднее берггешвореном Лин-дельталем) богатые железорудные месторождения в Темир-Тельбесском районе (к югу от р. Томь), сохранившие промышленное значение до нашего времени. Большое внимание уделялось также поискам других руд.
Рудоискатели-одиночки вели разведку полезных ископаемых в наи-
* ЦГАДА, ф. 248, кн. 2, л. 109; кн. 4297, лл. 1 —16; ф. 271, кн. 114, л. 38; кн. 608, лл. 78
91, 109.
132
более удаленных географических пунктах нашей страны. Так, в 1747 г. якутский служилый человек Д. Наквасин нашел залежи самородной меди на о-ве Медном у восточного побережья Камчатки *. Крестьянин Делеонов в 1736 г. открыл меднорудные залежи в районе Горного Алтая на р. Змеевке. Залежи полиметаллических руд на р. Иртыше севернее Усть-Каменогорской крепости нашел в 1797 г. берггауэр В. Белоусов**.
Менее энергично шли поиски руд отдельными рудоискателями на Урале. После того как в начале столетия крестьянами Араминской слободы братьями Р. и Ф. Бабиными были найдены железные руды на берегах рек Исети и Полдневой, крестьянин той же слободы К- Сулеев разведал Гумешевское месторождение медных руд на р. Чусовой [136, с. 53], а плавильщик Ф. Молодой обнаружил железорудные залежи в. Кунгурском, Усольском и Вятском уездах, работы рудоискателей-одиночек упоминались все реже и реже. Последующие разведки рудных месторождений на уральских землях выполнялись либо рудоискателями от заводов, либо правительственными экспедициями.
Работы поисковых экспедиций
Начало экспедиционной деятельности, характерной для XVIII в., относится к 1702 г., когда Приказ рудных дел направил в Олонецкий край экспедицию подьячего И. Голованова, разведавшую медные руды и основавшую медеплавильный завод близ Онежского озера. В 1710 г. этот Приказ отправил «во все города Сибирской губернии» отряды рудоискателей, разведавших залежи железных и медных руд у Кунгура, железные магнитные руды около Верхотурья и Тобольска, а также новые сереброрудные месторождения около Нерчинска. Позднее, в 1715—1716 гг., тот же Приказ послал разведывательные экспедиции на Урал ***, в Киргизскую степь, на Дон, в Бежецкий и Устюжно-Жёлезопольский уезды [82, с. 83].
В 1720—1727 гг. на Урале и в Сибири работала экспедиция Д. Мес-сершмидта и Ф. Табберта. Снаряженная Медицинской канцелярией и Берг-коллегией, она обнаружила рудные месторождения в Западном Приуралье, у Тобольска, в Барабинской степи, Минусинском крае, на р. Нижней Тунгуске и в других районах ****.
Еще через 6 лет в Сибирь «для географического описания и осмотра о плодах земных и минералах» направилась экспедиция Адмиралтейств-коллегии и Петербургской академии наук под началом В. Беринга и А. И. Чирикова, работавшая до 1743 г. Её участниками, в числе которых находились профессор И. Г. Гмелин и адъюнкт (впоследствии академик) С. П. Крашенинников, были открыты и описаны месторождения железных и медных руд на землях Кузнецкого и Красноярского краев,
* ЦГАДА, ф. 19, on. 1, ед. хр. 86, л. 6
** Имя Белоусова сохранилось в названиях рудника и поселка, расположенных в 20 км от Усть-Каменогорска (см.: Падалка Г. Л. Белоусовский рудник на Алтае.— Труды Геологического комитета, 1929, вып. 163, с. 3, 7).
*** ЦГАДА, ф. 248, кн. 2, лл. 104, 105, 108; кн. 36, лл. 792—793.
**** Даниил Готлиб Мессершмидт — немецкий естествоиспытатель, с 1716 г. работавший в России по приглашению Петра I. Дневники и отчеты Мессершмидта свыше двух столетий оставались неизданными; лишь в последние годы Академия наук СССР совместно с Академией наук ГДР предприняла публикацию его рукописей (D. G. Messerschmidt Forschungsreise durch Sibirien 1720—1727, T. I. Berlin, 1962). Филипп Йухан Табберт (Страленберг) — шведский офицер, участник Полтавского сражения, в 1709—1722 гг. живший в Сибири и составивший ее историко-географическое описание и карту.
133
34. Гооные экспедиции XVI11 в. в Сибири
/ — путь Мессершмидта (1720—1726); 2 — путь Молчанова (1724); 3 — место работы Гмелина; 4 — путь экспедиций Академии наук и Берг-коллегии (1768—1774); 5 — территория работ экспедиций 1797—1804 гг.; б — место работы экспедиции Шляттера (1804)
залежи каменного угля на Верхней Тунгуске и месторождения полезных ископаемых на Камчатке.
Через 25 лет, в 1768—1774 гг., Академия наук организовала еще пять экспедиций, возглавлявшихся П. С. Палласом, И. И. Лепехиным. И. П. Фальком, С. Г. Гмелиным (племянником И. Г. Гмелина) и И. А. Гильденштедтом и работавших на огромной территории — от Кольского полуострова, Белоруссии и Украины до Забайкалья и от побережья Северного Ледовитого океана до Кавказа и Каспийского моря [51, с. 387—389, 400—417]. Так как программа работ предусматривала наряду с поисками руд и обследование предприятий горнорудной промышленности, то экспедиционный персонал пополнялся специалистами горного дела, назначавшимися Берг-коллегией.
Помимо перечисленных экспедиций, в различных районах страны работали поисковые отряды и группы. Еще в 20-х годах экспедиционный отряд геодезиста Молчанова, отправленный по распоряжению В. Генни-на, выполнил рекогносцировочные работы, пройдя от Астрахани вдоль Яика и Уральского хребта до северной оконечности материка.
В 1748—1753 гг. разведывательная партия берггешворена А. Метене-ва и обергитенфервальтера П. Яковлева * искала медные и серебросвинцовые руды в Якутии на р. Тыры (притоке Алдана). В 1753 г. отряд унтер-шихтмейстера Санникова вел поиски серебросвинцовых и оловянных руд на р. Тереке. В 1759 г. разведочные работы велись в районе между Тотьмой и Бежецком, а в 1764 г. по указанию вице-президента
* Обергитенфервальтер — старший горный инженер (в прямом значении термина — старший специалист плавильного дела), выполнявший различные обязанности по надзору за рудниками, металлургическими заводами и промыслами. Чин гитенфер-вальтера соответствовал воинскому чину штабс-капитана.
134
35. Горные экспедиции в
XVIII в. на Урале
1 — территория работы экспедиции, организованной в 1764 г. Мусиным-Пушкиным; 2 — экспедиция Академии наук и Берг-коллегии (1768—1774); 3 — экспедиция выпускников Горного института (1778); 4—экспедиция Берг-коллегии (1797—1804)
Берг-коллегии А. А. Мусина-Пушкина была направлена экспедиция на Северный Урал, обнаружившая несколько месторождений серебряных руд. В 1778 г. на Южном Урале работала экспедиционная группа выпускников Петербургского горного училища, нашедшая серебряные и золотые руды на р. Уй (притоке Тобола), медные и оловянные руды на р. Урал (маршруты и районы разведок ряда экспедиций показаны на рис. 34 и 35). Год спустя поисковая партия под началом гитенфервальте-ров Н. Аврамова (впоследствии командира Камских заводов), А. Шур-лина и шихтмейстера М. Попова была послана по указу Сената «для осмотра лесов и руд» на территории юго-западнее Минска, Смоленска и Могилева до Брянска, Орла и Курска, но найденные ею бедные железо
135
рудные месторождения оказались непригодными для промышленного использования *.
В 1791 г. экспедиция, также возглавлявшаяся Н. Аврамовым, снова обследовала уже упоминавшиеся залежи железных руд под Бахмутом. Положительные результаты этого обследования дали возможность принять решение о строительстве Луганского металлургического завода. В 1797 г. Берг-коллегия направила несколько экспедиций в Екатеринбургскую и Оренбургскую губернии, в район Верхотурья и в Даурию. Хорошо подготовленные, укомплектованные опытными специалистами и снабженные необходимыми инструментами, они за 2 года обнаружили медные и железные руды на реках Туре и Тече (притоке Исети), у оз. Иртяш (на южной оконечности Среднего Урала), на р, Аргуни и в ряде других мест, золотосодержащие породы на р. Ай (притоке р. Уфы; и пр. Наконец, в 1799 г. начала работать поисковая экспедиция А. А. Мусина-Пушкина, нашедшая новые залежи серебросвинцовых и медных руд на землях Грузии.
Работы заводских рудоискателей
Поиски отдельных рудоискателей и особенно деятельность государственных экспедиций, открывших многие новые рудные месторождения, в значительной степени способствовали строительству рудников и металлургических заводов. Однако преобладающая часть разведанных месторождений находилась далеко от ранее построенных предприятий, и крайне высокая стоимость перевозки руд на большие расстояния практически исключала возможность их использования. Между тем еще в 30-х годах недостаток в рудах стали ощущать Олонецкие медеплавильные заводы и чугуноплавильные заводы центра и северо-запада Европейской России, а с 40-х годов опасность исчерпания разрабатывавшихся рудных залежей возникла на старых уральских заводах. Так определилась характерная для XVIII в. еще одна форма поисковых работ — разведывание руд заводскими рудоискателями.
Система подготовки и проведения подобных работ не была единой для всех заводов. На некоторых из них (в Подмосковье и в Олонецком крае, где использовались болотные руды и небольшие гнездообразные месторождения коренных руд) имелись постоянные группы рудоискателей. На других, более обеспеченных сырьевыми ресурсами и предпринимавших очередные поиски с интервалами в 10—20 лет (заводы Урала и Сибири), по мере необходимости составлялись временные рудоискательские партии из заводских приказчиков, мастеров и рабочих. С 80-х годов в состав таких партий включались специалисты горного дела — берггешворены, шихтмейстеры, гитенфервальтеры, использовавшие рациональные методы рудной разведки (бурение, анализ разведанных руд, описание месторождений и т. д.).
Работы заводских рудоискателей нередко приводили к открытиям крупных залежей. Так, в 1737 г. рудоискатель Т. Антонов обнаружил месторождение медных и золотых руд в Олонецком крае на берегу Вы-гозера. Для разработки этих руд в 1742 г. был основан Воецкий рудник — крупнейшее рудодобывающее предприятие северо-западного рудного района, просуществовавшее до 1794 г. ** На Урале рудоискатели Рев-
* ЦГАДА, ф. 19, on. 1, ед. хр. 68, л. 226, ед. хр. 120, л. 4.
** Ярцев А. С. Российская горная история, ч. III, § 95—109, л. 56 об.— 62. (Рукописный фонд библиотеки ЛГИ).
136
динского завода обнаружили у р. Кыштым богатое железорудное месторождение, близ которого в 1755—1757 гг. был построен Кыштымский доменный завод. Тогда же поисковые партии Березовских золотых промыслов под Екатеринбургом разведали месторождения золота «около Уктусского подгородного села», где вскоре были введены в эксплуатацию Верхне-Уктусский и Нижне-Уктусский золотопромывальные заводы. В 1768 г. рудоискатели Алапаевского завода обнаружили поблизости от него большие железорудные залежи на р. Синячихе, ставшие впоследствии сырьевой базой нового Верхне Синячихинского завода * Разведывательные работы рудоискателей Нерчинского завода обеспечили к 70-м годам удвоение добычи серебряных руд на Даурских казенных рудниках.
Строительство рудников и добыча руд
Рост потребности в рудах повлек за собою не только соответствующее возрастание количества рудников, но и совершенствование всего комплекса горных работ: вскрытия и разработки рудных месторождений, способов крепления горных выработок, конструкций рабочих инструментов и особенно средств вентиляции, рудоподъема и водоотлива. Именно оборудование для проветривания рудников, для вертикального транспорта добытых полезных ископаемых и удаления подземных вод, степень его надежности и конструктивного совершенства приобретали весьма существенное значение. К середине XVIII в. лишь на некоторых рудниках Урала, по свидетельству Геннина, «с малым трудом» добывались железные руды, залегавшие «почти наруже земли» [33, с. 70]. Обычно же глубины шахтных стволов составляли 30—50 м, достигая в отдельных случаях 70—100 м (Воецкий рудник на Выгозере, Змеиногорский серебряный рудник на Алтае).
Вскрытие месторождений осуществлялось применительно к рельефу местности либо шахтными стволами, либо штольнями.
Вертикальные и наклонные шахтные стволы, как правило, имели размеры в плане 6X2 аршина (4,27X1,42 м). Проходка их велась вручную — кирками и лопатами; раздробленная порода поднималась на поверхность в бадьях, подвешивавшихся на канатах, которые навивались на валы простейших ручных воротов. В зависимости от твердости проходимых пород стволы крепились сплошной (бревенчатыми срубами) или венцовой крепью (стояками, скреплявшимися горизонтальными брусьями) со сплошной обшивкой из досок или горбылей. Для распиловки («ростирки») бревен и заготовки пиломатериалов на металлургических заводах имелись лесопильные цехи («пильные тесовые мельницы») .оборудовавшиеся пильными станами с приводом от водяных колес [33, с. 372—382]. В особо твердых породах крепление стволов не применялось, и только для установки лестниц в толщину породы заделывались опорные брусья. Во всех случаях устья стволов перекрывались дощатыми настилами, и над ними для защиты от дождя и снега иногда сооружались небольшие бревенчатые или кирпичные сараи, прототипы современных надшахтных зданий.
* ЦГАДА, ф. 271, кн. 32, л. 238; кн. 734, лл. 388, 395, 396; кн. 1168, лл. 803—815; кн. 1243, д. 10, лл. 153—154, 161, 180; кн. 1289, д. 20, л. 282; кн. 2057, д. 11, лл. 143— 144; кн. 2124, д. 20, л. 98; кн. 2144, лл. 348, 377, 403, 406, 440, 443; кн. 2183, лл. 306— 333; кн. 2707, д. 1, лл. 7—37; кн. 2710, д. 14, лл. 405—551; д. 26, лл. 1045, 1101 — 1108; кн. 2712, д. 22, лл. 737—754; кн. 2718. д. 64, лл. 626—646, 724, 788.
137
Аналогичным образом, но с отвозкой вынутой породы на тачках и в тележках, велась проходка горизонтальных и наклонных штолен (ходов), высота которых обычно не превышала 4 аршин, а ширина принималась равной 2 аршинам. Для предотвращения обвалов кровли штолен крепились крепежными рамами (дверными окладами), стойки которых соединялись поверху горизонтальными бревнами (верхняками). При работах в неустойчивых (мягких) породах эти рамы устанавливались вплотную друг к другу, образуя так называемую сплошную крепь, при которой рамы размещались на расстоянии 3—4 шагов одна от другой, а между их верхняками и кровлей укладывался настил из горбылей. Такое же крепление применялось для случаев проходки штреков. В очистных выработках (свободных пространствах, образующихся после извлечения полезных ископаемых) при неустойчивой кровле использовалась кроме того дополнительная крепь с отдельными стойками и подкладными верхними и нижними брусками, препятствовавшими вдавливанию стоек в породу. Для стока подземных вод по одной стороне штолен и штреков прорубались глубокие узкие водоотливные канавки, закрывавшиеся досками. Выработки, располагавшиеся на разных горизонтах (уровнях), соединялись между собою либо так называемыми слепыми шахтными стволами, не имевшими выходов на земную поверхность, либо наклонными ходами (рис. 36—37) *.
Проходка горизонтальных выработок велась вручную, причем в каждом забое работы выполнялись двумя горнорабочими. Один вел проходку верхней части выработки, другой, несколько отставая от первого, вел проходку нижней части. Так же как и в XVII столетии, для разрушения (откалывания) горных пород и добычи руды (отделения кусков от рудного пласта и их последующего дробления) использовались кайлы (кирки), молотки, ломы и щелерасширяющие клинья. Но тогда же в практике русского горного производства с той же целью получил широкое применение более высокопроизводительный способ буровзрывных работ, сохранивший существенное значение до нашего времени. Впервые этот способ был предложен словацким горняком К. Вайндлом на одном из рудников Банской Штявницы в 1627 г. В 1632 г. началось его освоение на рудниках Германии и Швеции, а с 1679 г. он был введен на рудниках Франции.
Буровзрывные работы
Первые опыты ведения таких работ в России относятся к концу XVII в. Указания о применении пороха для разрушения твердых горных пород неоднократно встречаются в ранних инструкциях Берг-коллегии. «Порохо-стрельные» работы, которыми «великие части горы для облегчения [труда] отрывают», подробно описывались в книгах М. В. Ломоносова и И. А. Шлаттера, о них упоминали П. С. Паллас и И. Ф. Герман **.
* ЦГАДА, ф. 271, оп. 6, ед. хр. 97.
** Иван Филиппович Герман (1755—1815) —минералог и горный инженер, член Петербургской академии наук, с 1801 г. начальник Екатеринбургского горного правления. Путешествуя по Олонецкому краю, Уралу и Сибири, он собрал обширные материалы по минералогии и рудным месторождениям России, по технологии металлургических производств и по истории горного дела. Впоследствии эти материалы были использованы им в книгах «Описание заводов, под ведомством Екатеринбургского горного начальства состоявших», ч. 1—2 (Екатеринбург, 1808), «Историческое начертание горного производства в Российской империи», ч. 1 (Екатеринбург, 1810) и [341
138
36—37. План и разрез рудника. Чертеж 1743 г. (ЦГАДА)
Готовясь к очередному взрыву, горный мастер определял место бурения шпура — отверстия в породе для закладки порохового заряда. Затем рабочий приступал к бурению, используя для этого пустотелый бур диаметром 7—8 см. Последовательно чередующимися ударами молотка и поворачиванием на небольшой угол относительно горизонтальной оси бур заглублялся в породу на глубину до 40 см, и в подготовленное отверстие закладывался порох. Затем шпур забивался деревянной пробкой (чурбашкой) или влажной глиной. Закончив подготовку шпура, рабочие уходили из забоя в укрытие, а мастер насыпал пороховую дорож
139
ку от шпура к заранее определенному месту паления и, покидая забой последним, поджигал ее пучком горящей соломы. Так как операции воспламенения заряда оказывались при этом недостаточно надежными и далеко не безопасными, то в ряде стран неоднократно предпринимались попытки их совершенствования. По свидетельству Шлаттера, в России с середины XVIII столетия практиковалась с этой целью замена пороховых дорожек набитыми порохом гибкими ивовыми прутьями, сердце-вина которых предварительно выжигалась раскаленной проволокой.
Рудничный транспорт и рудоподъем
Отколотые от пласта и раздробленные молотами глыбы породы и руды грузились в четырехколесные тележки с деревянными кузовами и с деревянными же колесами, перемещавшимися по лежневым путям. В этих тележках они доставлялись по горизонтальным выработкам к шахтным стволам и в таких же тележках перевозились по поверхности рудников. Упоминая в своей рукописи о старом руднике на Григоровой горе у Соли Камской, основанном во второй половине XVII в., Геннин отмечал, что при расчистке его в начале XVIII столетия были найдены «горные старинные инструменты» и «половина горной телешки» [33, с. 546].
Подъем породы и руды на поверхность осуществлялся в деревянных бадьях (кибелях) с железной оковкой.
При небольших глубинах шахт и относительно малом объеме добычных работ бадьи поднимались простейшими ручными воротами (гаспи-лями, или гашпилями) с деревянными станинами, горизонтальными деревянными валами, на которые навивались пеньковые грузовые канаты, и с железными приводными рукоятками. Вороты устанавливались на помостах над устьями шахтных стволов и иногда для облегчения труда рабочих снабжались деревянными маховиками, насаживавшимися на концевые части валов.
Такие же вороты, но с вертикальными валами и стопорными приспособлениями, препятствовавшими произвольному вращению валов под действием подвешенного груза, применялись на некоторых рудниках для спуска в шахты крепежного леса (стоек, верхняков и пр.). Эти «лесоспускающие» вороты помещались в стороне от устьев шахтных стволов, и для их канатов над устьями укреплялись направляющие блоки.
В отдельных случаях в эксплуатацию вводились сложные ручные вороты с промежуточными передачами. Каждый такой ворот, подобно подъемной машине, построенной в 1734 г. на Екатеринбургском заводе (рис. 38), имел опорную раму 1, вертикальный ведущий вал 2 с приводными рычагами 3, горизонтальный ведомый вал 4 с катушками («вью-хами») 5 для подъемных канатов 6 и цевочно-зубчатую передачу между валами с цевочным колесом 7 и зубчатым колесом 8.
Для подъема с больших глубин применялись рудоподъемники (вороты) с конным приводом. Так, в 1789 г. механик Колывано-Воскресен-ских заводов И. Граль построил конный рудоподъемный ворот на Соймоновской шахте Салаирского рудника (рис. 39). Помещенный в восьмигранном шатровом сарае (цирке) около шахтного устья, он состоял из вертикального вала, барабана (вьюхи) диаметром 6 аршин для двух подъемных канатов и рычагов (водил), к которым на расстоянии 8 аршин от оси вращения вала крепились вальки конной упряжки. При работе ворота одновременно совершались подъем груженой и опускание
140
s ая 1734 г. (Г
38. Подъемная машина на Екатеринб*ргском завод^ построенн в и"М
39. Рудо- и водоподъемная машина с конным приводом на Соймоновской шахте Салаирского рудника. Чертеж 1789 г.
порожней бадьи, но каждый раз, когда заканчивался очередной рабочий цикл, для изменения направления вращения вьюхи упряжка лошадей шла в обратном направлении. Подобные конные рудоподъемники применялись также на рудниках в других горных районах.
Средства водоотлива.
Водоподъемник Е. Г. Кузнецова.
Первые опыты применения паровых водоподъемных машин
Столь же сложным и настоятельно необходимым было обеспечение рудничного водоотлива. Борьба с подземными водами, заливавшими горные выработки, требовала постоянного внимания, большого количества водоотливного оборудования и непрерывной его работы, огромных затрат времени и труда. И все же недостаточная производительность средств водоотлива неоднократно оказывалась причиной отказа от дальнейшей эксплуатации многих рудников.
Наиболее широко распространенными средствами водоотлива на протяжении XVIII столетия были водяные насосы с ручным, конным или вододействующим приводом. Каждый такой насос состоял из деревянной всасывающей трубы с поршнем, штоком и приводным рычагом. Поршень, плотно прилегавший к стенкам трубы и разделявший ее внутреннее пространство на верхнюю и нижнюю полости, снабжался перепускным клапаном. При ходе поршня вниз клапан открывался, пропуская воду из нижней полости трубы в верхнюю. При обратном ходе он закрывался, и поршень, засасывая воду в нижнюю полость, выталкивал ее из верхней полости в водоотводный патрубок.
Во многих случаях насосы эти делались сдвоенными (с двумя комплектами труб, поршней и штоков) и имели ручной привод от одного
142
я*
40—41. Рудо- и водоподъемная машина начала XIX в.
приводного качающегося рычага. Так как вода поднималась ими на высоту, не превышавшую 7—8 м, то в более глубоких шахтных стволах обычно устанавливалось несколько насосов, размещавшихся один над другим и последовательно перекачивавших воду из промежуточных водосборников (корыт). Ручной привод в подобных насосных системах оказывался неэффективным и заменялся конным или приводом от вододействующих колес со штанговыми передачами, преобразовывавшими вращательное движение приводных валов в возвратно-поступательное движение поршневых штоков.
Нередко конный привод насосов совмещался с приводом бадьевых рудоподъемников. Например, совмещенным был привод уже упоминавшейся водо- и рудоподъемной машины И. Граля, в которой движение горизонтальной передаточной штанге сообщалось кривошипом, закреп-
143
ленным в верхнем торце вертикального приводного вала. Тот же принцип совмещения привода использовался в «водовылевательном конном вороте» Николаевской шахты Турьинских рудников, работавшем еще в начале XIX столетия (рис. 40—41). От машины Граля ворот этот отличался несколько иным конструктивным решением передаточного механизма насосной группы: его горизонтальная штанга, поддерживавшаяся опорным роликом, приводилась в движение шарнирно-скрепленными с нею рычагами (шатунами), попеременно отклонявшимися кулачками чугунного венца на барабане (вьюхе) рудоподъемника.
Помимо насосных установок, для нужд водоотлива тогда же использовались многоковшовые водоподъемники непрерывного действия — прототипы современных ковшовых элеваторов. Один из таких водоподъемников был построен в 1764 г. для Меднорудянского рудника мастеровым Нижне-Тагильского завода Е. Г. Кузнецовым.
Сын кузнеца Выйского завода из «вечно отданных» в заводские работы и «счисленных равно с крепостными», Егор Григорьевич Кузнецов родился в 1725 г., работал кузнечным подмастерьем, мастером слесарной «фабрики» (цеха) и заводским механиком. Отпущенный «вечно на волю» лишь в 1804 г., незадолго до смерти, он всю жизнь оставался неграмотным. Но выдающийся талант изобретателя, обширные знания и опыт позволили Кузнецову разработать и практически осуществить многие значительные изобретения (листопрокатные станы и станы для непрерывной прокатки сортового железа, усовершенствованные воздуходувные меха для доменных печей и металлорежущие ножницы с вододействующим приводом, сложные часы и «механические дрожки» с музыкальным органом и путеизмерительным механизмом), с которыми еще не раз встретятся читатели этой книги.
Водоподъемник с бадьями, подвешивавшимися между двумя бесконечными цепями, был первой конструкцией Кузнецова в области рудничных и горнозаводских машин. Подобные водоподъемники применялись в горном производстве и до Кузнецова, его водоподъемная машина вряд ли отличалась от других машин того же назначения, использовавшихся в отечественной и зарубежной практике. Тем не менее именно с ней и с именем ее конструктора связано предложение об использовании подъемников непрерывного действия как средства подъема горных пород и руды— одно из первых предложений этого рода машин, известных у нас и за рубежом*. Характерное для прогрессивных тенденций развития подъемно-транспортного оборудования промышленных производств, оно тогда же было практически осуществлено на Меднорудянском руднике, а несколько позднее получило блестящее применение в уникальном комплексе горнотехнических сооружений, выполненных в Колывано-Вос-кресенском горном округе крупнейшим гидротехником и механиком второй половины XVIII столетия К. Д. Фроловым.
К концу столетия на некоторых рудниках для привода водоотливных установок пытались использовать паровые двигатели. В 1791 г. такой двигатель, построенный Александровским пушечным заводом в Петро-
* Начало использования многоковшовых подъемников непрерывного действия относится, по-видимому, к концу XVI в., когда в книгах Ж. Бессона «Theatre des Instruments mathematiques et mechaniques» (Лион, 1578) и Б. Лорини «Delle Fortification!» (Венеция, 1597) появились описания таких подъемников, обслуживавших транспорт разрыхленного грунта при строительстве фортификационных сооружений. Однако лишь через столетие, на рубеже XVII и XVIII вв., в Англии был предложен подъемник этого типа для вертикального транспорта в рудниках (Harman. Н. М. Mechanical Handling through the Age.— Mechanical Handling, 1946, v. 33, N 12).
144
заводске, был установлен на Военком руднике, удивляя современников «точностью своею, исправностью, легкостью хода, особливо силою»*. В 1799 г. паровой двигатель был введен в эксплуатацию на уральском Гумешевском руднике. Но, постепенно распространяясь в отечественной рудной промышленности, двигатели эти еще несколько десятилетий намного уступали по своей численности более ранним системам привода и лишь к 40-м годам XIX в. стали заменять другие средства рудничного, водоотлива.
Рудничная вентиляция
Для подземных горных работ исключительное значение имеет надежное проветривание рудников. К началу XVIII в. при разработке неглубоко залегавших рудных пластов довольствовались, как правило, естественной вентиляцией, проходя в необходимых случаях вентиляционные штольни и вентиляционные шахтные стволы. Но к середине столетия, когда началась разработка пластов глубокого залегания, все ощутимее сказывалась необходимость усиления притока воздуха к забоям. С этой целью над устьями шахтных стволов устанавливались дощатые отражательные щиты, размещавшиеся под прямым углом один к другому в плане и отводившие воздушный поток в глубь рудника. С той же целью использовались деревянные бочки с отверстиями в стенках, также помещавшиеся над устьями шахтных стволов и свободно поворачивавшиеся по мере необходимости вокруг вертикальной оси для лучшего улавливания воздушного потока (рис. 42).
Такие простейшие вентиляционные устройства, удовлетворительно действовавшие при ветре, не могли, однако, обеспечивать сколько-нибудь надежное проветривание рудников в безветренную погоду. Чтобы исключить зависимость от часто менявшегося метеорологического режима, иногда использовали установки принудительного вентилирования с деревянными воздухоразводящими трубами и с воздуходувными мехами, приводившимися в действие вручную или от гидравлических колес.
Отечественные горные техники знали различные типы вентиляционных установок. Так, М. В. Ломоносов поместил в «Первых основаниях металлургии или рудных дел» (со ссылкой на «Трактат о движении воды и других жидкостей» Э. Мариотта) описание воздухоподающей установки (своеобразного водяного инжектора), оставшейся не замеченной западноевропейскими специалистами и положительно оцененной русским ученым. Ломоносов полагал, что «оную сделать не мудро и не трудно», что «она к своему действию людей не требует» и что для привода ее возможно пользоваться «тою же водою, которая другие машины движет» **.
Помещавшаяся в непосредственной близости от приводного вододействующего колеса шахтного насоса, установка эта состояла из деревянного проконопаченного и просмоленного ящика без днища, поставленного на плоский неглубокий заполненный водой поддон, приемной воронки над отверстием в ящичной крышке и воздухоотводной трубы, перекрывавшей отверстие в боковой ящичной стенке выше поддона. Водяная струя, сбрасывавшаяся с лопаток колеса и разбрызгивавшаяся при падении, поступала в воронку, увлекая с собой частицы воздуха. Отрабо-
* Челищев П. И. Путешествие по северу России в 1791 году. СПб., 1886, с. 27.
** Ломоносов М. В. Поли. собр. соч., т. 5, с. 459—460.
Ю Очерки истории техники в России 145
a 1
42, Рудничные вентиляционные установки (из книги М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел»)
а — вентиляция с помощью дощатых отражательных щитов; б — вентиляция с использованием дере винных бочек с отверстиями в стенках; в — принудительная вентиляция при помощи ручных воздуходувных мехов
тавшая вода вытекала из ящика и отводилась в сторону от установки, а захваченный ею и скоплявшийся в ящике воздух по трубе направлялся в рудник.
Рудообогатительное оборудование
Добытая в забоях и поднятая на поверхность руда до отправки на плавильные заводы подвергалась сортировке (разборке) в рудоразборных сараях, измельчению и промывке на толчейно-промывальных фабриках (поверках) для отделения от пустой породы.
146
43. Вододействующая толчея для дробления руды
Сортировка выполнялась вручную и вручную же — тяжелыми молотами— дробились крупные глыбы руды. Дальнейшее измельчение ее перед промывкой велось на вододействующих толчеях (рис. 43) с деревянными корытами (лотками), выложенными изнутри толстыми железными полосами, и с деревянными дробильными пестами. Снабженные железными коваными наконечниками песты эти последовательно поднимались «боевым» (кулачковым) валом водяного колеса, перемещаясь в опорных стойках и так же последовательно падали вниз, дробя рудный слой в толчейных корытах*.
Размельченная руда выгружалась из корыт и на носилках или в тачках доставлялась к промывальным ларям (плангертам) — многоступенчатым наклонным желобам, по которым протекала вода. В водяной струе на плангерте происходило разделение рудных частиц. Тяжелые частицы, содержавшие значительные включения металла, оседали на дно плангерта и задерживались выступающими порогами его верхних ступеней, а более легкие проносились водой на нижние ступени. Для улучшения и ускорения промывки рабочие непрерывно перемешивали промываемую массу гребками, проталкивая ее вверх и по желобу навстречу водяному потоку. Промытая руда вручную извлекалась из плангер-тов и просушивалась.
Работы К. Д.' Фролова
XVIII столетие было временем значительного количественного и качественного развития отечественных горнорудных и металлургических производств. Тяжелый труд сотен тысяч работных людей и соединенные усилия многих выдающихся специалистов горного дела, предпринимавшиеся в условиях жесточайшей крепостнической эксплуатации, работы по совершенствованию руднично-заводского оборудования и производственной технологии вывели горно-металлургическую промышленность России на одно из первых мест в мире.
* По свидетельству Геннина, для измельчения руды иногда применялись вододействую-щие хвостовые молоты, а толчейно-промывальные установки использовались не только’ для операций рудообогащения, но и для извлечения частиц чугуна из доменных шла-ков (Отдел рукописей ГПБ, шифр Х-11; рукопись В. Геннина «О вновь строенных и старых исправленных горных и завоцких строениях и протчих куриозных вещах абрисы», лл. 39, 39 об.).
147
10*
В области разработки технологии горно-металлургического производства особое место во второй половине столетия занимали работы алтайского гидротехника и механика К- Д. Фролова.
Сын мастерового Полевского завода Козьма Дмитриевич Фролов родился 29 июня (10 июля) 1726 г. В 1744 г. после окончания горнозаводской школы в Екатеринбурге он начал работать в должности горного ученика-медеплавильщика на Екатеринбургском заводе. С 1746 г. работал берггауэром на Гумешевском медном руднике, затем простым рабочим участвовал в разведывательной партии, направленной для поисков свинцовых руд на реках Яике и Белой, и с 1749 г. был занят на ремонте и постройке рудничных водоотливных машин [115].
Выдающиеся способности, отличное усвоение основ общетеоретических школьных дисциплин и всестороннее знание практики горного дела способствовали быстрому выдвижению Фролова из среды заводских мастеровых. Но, выполняя ответственные и сложные поручения, он только в 1757 г. получил звание унтер-штейгера (помощника горного мастера). В 1758 г., уже в звании штейгера, он по распоряжению Берг-коллегии выезжал в Олонецкую губернию для налаживания добычи золота на Воецком руднике, а после возвращения на Урал был назначен руководителем работ на Березовских золотых промыслах. Позднее (в 1760— 1762 гг.) на Уктусском и Березовском заводах по его «новоизобретенному прожекту» и при его прямом участии велось изготовление золото-промывальных машин, успешно работавших с меньшим количеством людей, обслуживающих эти машины. Наконец, в январе 1763 г. по настоянию начальника Колывано-Воскресенских заводов А. И. Порошина он был переведен на Алтай для строительства рудообогатительных фабрик.
Летом 1764 г. Фролов закончил сооружение первой такой вододействующей фабрики при Змеиногорском руднике, впервые осуществив на ней комплексную механизацию технологических и транспортных операций, «через что людям не мало работы уменьшилось» Руда, поступавшая на фабрику, дробилась механическими толчеями и промывалась на механических промывальных станах с приводными перемешивающими устройствами, доставляясь к ним опрокидными тележками маятниковой канатной откатки. Каждая откаточная установка (их число равнялось числу толчейных установок) состояла из двух параллельных лежневых путей и двух тележек (по одной на каждом пути), скрепленных с тяговыми канатами, попеременно навивавшимися на вал горизонтального ворота и сбегавшими с него при реверсировании приводного механизма. Груженые тележки, поднимавшиеся вверх по наклонным лежневым путям, автоматически разгружались, опрокидываясь над приемными лотками промывальных станов. После изменения направления вращения воротового вала опорожненные тележки под действием собственного веса передвигались вниз по наклону к пунктам повторной загрузки.
В последующие годы Фролов, произведенный в ранг горного офицера (шихтмейстера), продолжал руководить строительством рудообогатительных фабрик, последовательно улучшая их толчейные и промываль-ные агрегаты. На Барнаульском заводе он успешно завершил доводку и испытания парового двигателя И. И. Ползунова, незадолго до того прерванные в связи со смертью изобретателя, и предложил оригинальную конструкцию пожарной машины. К началу 70-х годов Фролов раз
* ГААК, ф. 1, on. 1, ед. хр. 308, л. Ill; оп. 2, ед. хр. 135, л. 247.
148
работал проект механизации водо- и рудоподъема на шахтах Змеиногорского рудника, беспрецедентный по масштабам намечавшихся работ, по смелости замысла и совершенству предложенных инженерных решений.
Два варианта проекта, представленные Фроловым в 1772—1773 гг., не были утверждены горным начальством. Лишь через 8 лет, когда по мере углубления шахт стали возникать все большие затруднения в использовании рудоподъемных машин с ручным и конным приводами, а работа имевшихся насосных установок оказалась недостаточной для борьбы со все увеличивавшимся притоком подземных вод, когда создалась реальная угроза затопления нижних рудничных горизонтов и стала, несмотря на жестокое принуждение рабочих, резко снижаться добыча руды, Горный совет согласился с доводами проектировщика.
В 1781 г. назначенный управляющим Змеиногорского рудника в чине бергмейстера Фролов приступил к частичному осуществлению проекта и весной 1783 г. ввел в эксплуатацию водоподъемную установку на Вознесенской шахте. Тогда же он переработал проект, предусмотрев, в частности, использование установок механической откатки руды по горизонтальным и наклонным выработкам с лежневыми путями и реверсируемой канатной тягой вагонеток. Однако его командировка в Петербург с транспортом серебра, а затем выполнение доделочных работ в подземной камере (кунстштате) «слонового» вододействующего колеса на 2 года приостановили дальнейшее строительство комплекса рудничного оборудования. Возобновленное в 1775 г. после утверждения проектного варианта 1773 г., оно продолжалось по 1789 г.
В середине 1786 г. был закончен монтаж вододействующих колес на Преображенской и Екатерининской шахтах и перестроена плотина на р. Змеевке. К концу 1787 г. в число действующих машин рудника вошел многобадьевой рудоподъемник (патерностер) Вознесенской шахты, а в 1788 г. такой же рудоподъемник с канатной передачей от приводного колеса, поднимавший руду с глубины до 50 саженей (107 м) [27, с. 111 ], был смонтирован на Преображенской шахте, заменив ранее имевшуюся там двухбадьевую рудоподъемную машину циклического действия. Но установка канатной откатки с тележками грузоподъемностью 50 пудов (0,8 т), признанная Горным советом излишней для нормальной эксплуатации рудника, не была осуществлена.
В 1752 г., за двадцать лет до окончания разработки первого варианта змеиногорского проекта К. Д. Фролова, на Чагирском руднике, также входившем в округ Колывано-Воскресенских заводов, был предложен проект бесприводной двухколейной канатной откатки, в которой усилие, развиваемое груженой тележкой при движении вниз по наклонной колее, предполагалось использовать для перемещения порожней тележки вверх по наклону. Проект этот также остался неосуществленным, и лишь много позднее, в 1778 г., первая рудничная откатка с канатной тягой, близкая по конструкции к канатным откаткам рудообогатительных фабрик Змеиногорска, была на Семеновском руднике построена Ф. С. Вагановым, учеником и последователем Фролова.
Огромная по тому времени производительность каждого нового рудоподъемника, достигавшая 10 тыс. пудов (167 т) в сутки, намного превышала фактическую производительность ручной откатки. Ускорение, подвозки руды в тачках и, следовательно, увеличение интенсивности работ было в этих условиях единственной мерой устранения несоответствия между двумя взаимозависимыми транспортными операциями. Отчетливо сознавая причины такого несоответствия и не желая ужесточать и без
149
того крайне изнурительный труд рабочих-откатчиков, Фролов в 1791 г. приказал демонтировать патерностеры и восстановить на всех шахтах воротовые установки рудоподъема.
В 1790 г. Фролов был назначен начальником конторы Колывано-Во-скресенских рудников. В его ведении сосредоточились изыскания новых рудных месторождений на обширной территории от Салаирского кряжа до южной государственной границы, строительство новых и переоборудование ранее заложенных рудников, прокладка дорог, проектирование и постройка гидротехнических сооружений, рудообогатительных фабрик и рудничных машин. Через 8 лет в чине берггауптмана * он вышел в отставку, оставаясь членом Горного совета, и 9 (21) марта 1800 г. скончался.
Значение работ Фролова исключительно велико. По степени технического совершенства, по масштабам исполнения и производственному эффекту созданные им механические комплексы рудничного оборудования не имели равных в России и за ее пределами. Надолго пережившие своего создателя, успешно работавшие на протяжении многих десятилетий и частично сохранившиеся до нашего времени, они как бы подводили итог развитию техники горного дела в XVIII столетии. В них были заложены прогрессивные идеи комплексной механизации, и именно эти идеи, блестяще претворенные в конкретных инженерных решениях, определили историческую ценность творчества выдающегося алтайского техника.
НАЧАЛО ПОИСКОВ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАМЕННОГО УГЛЯ
Предпосылки промышленного использования каменного угля
Рост промышленных производств, постепенный переход к паровой энергетике и обусловленное этими обстоятельствами быстрое истребление лесов вызвали настойчивые поиски новых топливных ресурсов — торфа и каменного угля.
Особенно остро ощущавшийся в странах Западной Европы топливный кризис не был характерен для России, располагавшей колоссальными лесными богатствами. И все же развитие металлургической промышленности и строительство флота, предъявлявшие повышенный спрос к лесозаготовкам, побудили русское правительство законодательным путем ограничить вырубку леса на дрова и для «угольного жжения» в северо-западных и центральных районах страны.
С 1715 г. начался систематический ввоз каменного угля в Россию из Англии, так как в нем имелась «немалая нужда» при выполнении кузнечных работ, а с 20-х годов развернулись поиски каменноугольных месторождений на территории европейской части Русского государства и на юго-западе Сибири.
* Берггауптман — старший горный инженер. Чин берггауптмана соответствовал воинскому званию полковника.
150
Первые поиски каменноугольных месторождений и попытки их производственного освоения
Осенью 1721 г. известный рудоискатель того времени подьячий Г. Капустин, искавший руды по поручению Берг-коллегии, обнаружил залежи каменного угля «на Дону... да и в Воронежской губернии... под селом Белогорье». Это открытие привлекло внимание Петра I, и по его указу в 1723 г. Берг-коллегия послала Капустина на Дон для дополнительной разведки «каменного уголья». Привезенные им образцы угля при опробовании получили положительную оценку тульских кузнечных мастеров.
Годом раньше крестьянин-рудоискатель М. Волков доставил в канцелярию Сибирского вышнего горного начальства* образцы каменного угля из найденных им залежей на р. Томь близ Кузнецка. Тогда же рудоискатели И. Палицын и М. Титов донесли в Берг-коллегию о «земляном угле», обнаруженном в Рижском уезде у села Петрово и около Переяславля-Рязанского (Рязани). В середине 1724 г. поисковая партия унтер-офицера Семеновского полка Б. Никулина и берггаузра С. Рон-далера наряду с разведкой других полезных ископаемых провела розыск каменноугольных месторождений на землях между Днепром и Десной от Дорогобужа до Киева. Наконец, в 1724—1725 гг. экспедиция Г. Капустина и английского горного мастера Дж. Никсона занималась поисками угольных залежей от Москвы через Переяславль-Рязанский, Ряжск, Воронеж и Осеред (ныне Павловск) до урочища Скелеватое в 25 верстах юго-восточнее Бахмута (рис. 44).
Правительство, заинтересованное в том, чтобы использовать каменноугольное топливо в промышленности, настаивало на скорейшей разработке разведанных месторождений. Вскоре после открытий Капустина и Волкова Берг-коллегия обязала В. Геннина, ведавшего в то время горно-металлургическими предприятиями Урала и Сибири, «иметь старание о прииске каменного уголья, как и в протчих европейских государствах обходитца, дабы оным лесам теми угольями было подспорье». В 1723—1724 гг. по указу Петра I Бахмутское соляное правление начало разработку залежей угля под Бахмутом, поставляя добытый уголь на местные солеваренные заводы и в кузницы.
Возможности применения минерального топлива привлекли и частных предпринимателей. Так, в 1725 г. право эксплуатации угольных месторождений в Ряжском уезде было предоставлено владельцам Ис-тинского и Улусского чугуноплавильных и железоделательных заводов Н. и П. Рюминым. В 1739 г. аналогичная привилегия на добычу угля у р. Томь «под городом Кузнецким» была выдана уральскому заводчику А. Демидову**. В 40-х годах попытки использования каменного угля в металлургических процессах предпринимались И. Морозовым — строителем Терсинского чугуноплавильного и железоделательного завода в Царицынском уезде (в месте слияния рек Терсы и Медведицы) ***.
* Сибирское вышнее горное начальство — местное управление горно-металлургической промышленностью, ведавшее казенными рудниками и заводами Урала и Сибири. В 1723 г. переименовано в Сибирский обер-бергамт, а в 1734 г,—в Главное правление сибирскими заводами.
** ЦГАДА, ф. 271, ед. хр. 91, л 346,- ед. хр. 118, л. 168; ед. хр. 620, л. 198; ед. хр. 629, лл. 89, 187—188, 336; ед. хр. 639, лл. 229—233.
*** Открытие и начало разработки угольных месторождений в России. Исследования и документы. Составлено под руководством проф. А. А. Зворыкина. М.— Л., 1952, с. 155 и сл.
151
44. Месторождения каменного угля и нефти, открытые на территории России в XVIII в.
/ — каменный уголь; 2 — нефть
Разведывание и добыча каменного угля во второй половине XVIII в.
Рукопись И. Бригонцова
И все же до второй половины XVIII столетия освоение каменноугольных богатств нашей страны не получило заметного развития. Недостаточное знание техники разведки и добычи ископаемого угля, которая, по замечанию Шлаттера, «от всех рудных дел совсем отменна», не могло не сказаться отрицательно на результатах первых опытов подоб
152
ных работ. Металлургия Урала и Сибири, располагавшая значительными лесными резервами, продолжала работать на древесном угле, технология получения и применения которого тщательно отрабатывалась на протяжении очень длительного времени. В слабо заселенных южных районах с их наиболее крупными месторождениями каменного угля еще не было промышленных предприятий, за исключением нескольких солеварен в Бахмуте и Торе (Славянске).
Только с 60-х годов, когда Берг-коллегия получила первые сведения о каменном угле, найденном крестьянином-рудоискателем И. Белым в Новгородской губернии у оз. Ильмень, а затем экспедиция берггешво-рена И. Князева разведала в той же губернии и начала разработку угольных пластов на р. Мете, проблема использования ископаемого твердого топлива вновь стала привлекать серьезное внимание правительственных и деловых кругов.
Расширение промышленности Петербурга и тяготевших к нему районов, увеличение объемов производства верфей, арсеналов и металлообрабатывающих предприятий, работавших на дорогом привозном угле, определили несомненную целесообразность и явную экономическую выгоду промышленного освоения угольных месторождений, располагав-' шихся в непосредственной близости от этих районов и связанных с ними удобным водным путем. Теми же соображениями экономической необходимости обусловливалась попытка использования каменного угля, обнаруженного в 1786 г. рудокопом и рудоискателем М. Юговым у Кизе-ловского чугуноплавильного и железоделательного завода И. Л. Лазарева на Среднем Урале*.
В 80-х годах, с началом строительства Черноморского флота и с ростом новых городов Причерноморья, вновь стал возрастать интерес к угольным месторождениям Донецкого бассейна. Каменный уголь, добывавшийся жителями донских станиц, продавался городскому населению для бытовых нужд и поставлялся в порты Азова, Таганрога, Севастополя, Херсона, Николаева и Одессы по указаниям Адмиралтейств-кол-легии, признававшей, что она «в приуготовлении того земляного уголья находит немалую для казны пользу». По тем же соображениям государственной пользы в 1790—1791 гг. начались поставки донецкого угля с казенных угольных разработок, проводившихся открытым способом (разносом) и проходкой штолен под смотрением уже известного читателям гитенфервальтера и коллежского асессора Н. Ф. Аврамова **. Наконец, в 1797 г. в связи с постройкой Луганского завода в 80 верстах от него был заложен Лисичанский угольный рудник, первый рудник Донецкого бассейна.
Последовательному усилению разведывания и использования каменного угля помимо экономических факторов способствовали расширение и систематизация сведений о характерных внешних признаках угольных месторождений и об особенностях ведения эксплуатационных работ.
Одной из попыток подобной систематизации была статья академика я. Я. Штелина «О приискании каменного уголья в Российской империи», опубликованная в «Трудах Вольного экономического общества» за 1768 г. и содержавшая описание «наружных тел признаков, которые...
* ЦГАДА, ф. 271, ед. хр. 1290, лл. 401, 413—415; ед. хр. 2194, лл. 458—459 об., 485—486.
** ГАНО, ф. 243, on. 1, ед. хр. 81, лл. 3, 12—13, 198—220, 306—312, 499. Коллежский асессор (заседатель) —чин Н. Ф. Аврамова по гражданской службе в Берг-коллегии. Как и звание гитенфервальтера в горной службе, чин этот приравнивался по табели о рангах к воинскому званию штабс-капитана.
153
обыкновенно употребляются к открытию сего уголья». Подробные наставления по разведыванию и разработке угольных залежей, по предупреждению взрывов рудничного газа и затопления шахт, по выполнению химических проб угля и т. д. сообщались затем в инструкции, составленной в 1769 г. вице-президентом Берг-коллегии А. А. Мусиным-Пушкиным перед отправкой нижегородской экспедиции И. Князева. Позднее, в 1795 г., в кратком рукописном «Руководстве к познанию, разработы-ванию и употреблению каменного угля» й. Бригонцова впервые на русском языке приводились данные по всему комплексу разведочных работ и «угольнокопного производства» *.
Воспитанник Петербургского горного училища, хорошо осведомленный в технике горного дела, Бригонцов отчетливо представлял большое значение минерального топлива в различных отраслях народного хозяйства, полагая, что «нет ни одного искусства и мастерства, где б нельзя было употребить тот или другой род земляных или каменных угольев» и что «бессмысленно было бы там истреблять лес, где есть каменный уголь или его удобно с сходною ценою иметь можно».
Он начинал свою рукопись с перечисления каменноугольных месторождений, открытых на территории России, и с характеристики свойств каменного угля, упоминая, в частности, о жаротворной способности этого вида топлива сравнительно с жаротворной способностью дерева. В последующих разделах рукописи излагались сведения об особенностях залегания угольных пластов, подразделявшихся на висячие (пологопадающие, с углами наклона к горизонту не более 45°) и стоячие (крутопадающие, с углами наклона от 45 до 90°), рассматривались способы разведывания угольных залежей (в том числе — техника глубокой буровой оазведки со станковым бурением на глубины до 100 саженей), технология проходческих работ на полого- и крутопадающих пластах, перечислялись различные группы шахтного оборудования и рекомендовалось применение паровых машин для установок водо- и углеподъема. В заключительном разделе содержались рекомендации по использованию каменного угля в теплотехническом хозяйстве многих распространенных промышленных производств, по его коксованию (обжиганию или «отсе-риванию») и по брикетированию угольной пыли (каменноугольного порошка) .
Крайне существенно свидетельство Бригонцова об областях применения парового двигателя, установленного в 1791 г. на Воецком руднике. «Таковая превосходная в своем действии и толь замысловая машина построена у нас в России,— писал он,— в Олонецком наместничестве для Воецкого золотого рудника, в коем из глубины 62-х перпендикулярных саженях вытягивает насосами воды, и в одно ж время приводит в движение толчею и поднимает руду». Первая малоуспешная попытка применения парового двигателя Ньюкомена—Коули для подъема угля на каменноугольных копях Англии относится к 1763 г. Начало использования паровых подъемных машин в эксплуатационной практике угольной промышленности той же страны датируется 1784 г.
* ЦГВИА, ф. ВУА (Артиллерийского отделения Военно-ученого комитета Главного штаба), ед. хр. 18076, лл. 1—33. Рукопись «В общественную пользу внутренней государственной экономии руководство к познанию, разработыванию и употреблению каменного угля с показанием и исследованием тех мест России, где оный преимущественно находится и необходимо нужен к замене и вознаграждению недостатков в лесе. Написано Иваном Бригонцовым, в Екатеринославе, 1795 года». Сокращенная публикация рукописи в [142].
154
Деятельность Н. А. Львова
Рукопись И. Бригонцова осталась ненапечатанной. Но в 17 в Петербурге была издана к Н. А. Львова «О пользе и реблении русского земляного угля», автору которой во многом обязана своим становлением чественная каменноугольная мышленность.
Человек разносторонней одаренности, занимавшийся вопросами истории, экономики, геологии и строительной техники, изобретатель способа возведения глинобитных построек и составитель первого в России пособия по отопительным и вентиляционным устройствам, архитектор и художник, поэт и собиратель народного песенного творчества, член Петербургской академии наук и почетный член Петербургской академии художеств, Николай Александрович Львов (1752— 1803) заинтересовался изучением горного дела под влиянием М. Ф. Соймонова.
Особенно серьезное внимание его привлекла проблема замены дешевым отечественным ископаемым углем дорогостоящего привозного каменного угля, доставлявшегося в Петербург и на предприятия Петрозаводска из Бельгии и Англии. С 1786 г. он начал поиски угольных месторождений в Новгородской губернии, разведал и затем приступил к опытной разработке угольных пластов на казенных землях близ Боровичей.
Тщательное исследование физико-химических свойств найденных образцов, проверка их жаро-творной способности, превосходившей жаротворную способность лучших сортов березовых дров, успешные опыты использования боровичских углей для обжига кирпича и извести и столь же успешные опыты выжигания кокса, пригодного для кузнечных
ЛЬВОВ
оте-про-
НИКОЛАИ АЛЕКСАНДРОВИЧ
(1752—1803)
русского для ста-
промыш-
Автор книги «О пользе и употреблении земляного угля» (1799). Многое сделал новления отечественной каменноугольной
ленности. Занимался поисками угольных месторождений. Руководил разработками каменноугольных месторождений в России
155
работ, убедили его в несомненной технической и экономической выгодности организации большого «угольного производства». Долго и настойчиво добивался он признания правящими кругами страны огромной пользы такого производства, указывая, «что англичане от 8 до 30 копеек [за пуд] цену угля их возвысившие, и совсем вывоз оного запретить могут» и что «тогда поздно уже будет начать разработку своего угля без остановки заводов» *. Тем не менее «разработка оного,— по позднейшему признанию Львова,— оставалась безгласною, смеялись обретению [находкам угля] и обретателю [ведшему поиски], обещали, отказывали, и я, терпевши всякого рода неудачи 10 лет, не отставал от моего начала» [83, с. 46].
Только в 1797 г., когда все более ощутимыми стали затруднения с поставками топлива на предприятия северо-западных и центральных районов, когда вследствие недостатка в лесе начальство вынуждено было в 1796 г. уничтожить совершенно липецкие заводы, переведя оттуда мастеровых на Луганский завод, последовал правительственный указ «о разрабатывании и введении в общее употребление земляного угля, отысканного под городом Боровичами и по берегу реки Меты в 1786 году Львовым». Назначенный тогда же официальным руководителем разработок каменноугольных месторождений на всей территории России Львов в течение года осуществил поставку в Петербург свыше 130 тыс. пудов (2,13 тыс. т) угля. По его заказу Олонецкие заводы приступили к изготовлению паровых водоподъемных машин для боровичских угольных шахт **. По его же настоянию производилось разведывание каменноугольных залежей в Подмосковье, в Тульской, Калужской и Тверской губерниях, исследовались образцы углей, присылавшиеся с Дона и Волги, из Крыма и с Урала.
Работы Львова как бы подводили итог всему ранее сделанному в России в области поисков, добычи и промышленного использования ископаемого топлива. Но, сдерживаемые тесными рамками самодержавия и крепостничества, ограниченные непреодоленными старыми традициями промышленных производств, они не получили достаточной поддержки и должного развития, оставаясь, по существу, единственным примером крупномасштабных работ этого рода на протяжении нескольких последующих десятилетий.
ТЕХНИКА ГОРНОРУДНЫХ И УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX В.
Конец XVIII и особенно первая половина XIX в. характеризовалась в России распадом феодальных и нарастанием капиталистических отношений. Чем быстрее протекал этот процесс, тем большим оказывалось несоответствие между существовавшими тогда производственными отношениями и уровнем, достигнутым производительными силами, тем сильнее тормозилось дальнейшее развитие производительных сил.
Россия, занимавшая в XVIII столетии одно из первых мест в мире по выплавке чугуна, стала отставать от стран Западной Европы как по количественным показателям, так и по степени технического совершенства горно-металлургических производств.
Применение крепостного труда, при котором горнопромышленники, являвшиеся одновременно помещиками и заводчиками, «основывали свое
* ЦГАДА, Разряд XVI, ед. хр. 189, ч. 1, л. 173.
** ЦГАДА, ф. 271, кн. 2236, л. 6; кн. 2690, лл. 837—838.
156
господство не на капитале и конкуренции, а на монополии и на своем владельческом праве» *, тормозило технический прогресс. Берг-привилегия 1719 и регламент 1739 г.—законодательные акты, длительное время не подвергавшиеся пересмотру,— уже не удовлетворяли изменившимся социально-экономическим условиям. Усиление эксплуатации зависимого населения (крестьян и работных людей), последовательно проводившееся с целью повышения производительности труда, повлекло за собой обострение классовой борьбы. Все это вынудило правительство в начале XIX в. приступить к осуществлению новых реформ, направленных на частичное устранение создавшихся затруднений.
Горный департамент и Горное положение 1806 г.
Осенью 1802 г. последовало окончательное упразднение коллегий, учрежденных Петром I и реорганизованных при Екатерине II. Взамен их, завершая ранее наметившийся переход от коллегиального начала в государственном управлении к единоначалию, были учреждены министерства. Берг-коллегия была подчинена министерству финансов, а затем в 1807 г. преобразована в Горный департамент (отдел) этого министерства, позднее (в 1811 г.) переименованный в Департамент горных и соляных дел.
В ведении департамента сосредоточились общий надзор за горнозаводской промышленностью, руководство казенными рудниками и металлургическими заводами (через окружные Горные правления), контроль за деятельностью частновладельческих горнозаводских предприятий и сбор установленных горных податей, отвод земельных участков для заводов и рудников, выдача разрешений на проведение разведок полезных ископаемых, рассмотрение ходатайств заводовладельцев о предоставлении правительственных субсидий и пр.
Для проведения экспертиз и рассмотрения различных научно-технических проблем горного дела при департаменте в 1825 г. был образован ученый совет. В том же году началось издание «Горного журнала» — старейшего русского печатного органа, специализированного на вопросах техники и технологии горнодобывающих и горнообрабатывающих производств. Одновременно с реорганизацией центрального и местного административного аппарата подверглось пересмотру и ранее действовавшее горное законодательство.
В 1804 г. начальник Гороблагодатских и Пермских заводов А. Ф. Дерябин представил министру финансов доклад, содержавший соображения о преобразовании русской горной промышленности. Объективно анализируя причины застоя горного дела в России, Дерябин предлагал введение вольнонаемного труда на горнопромышленных предприятиях и сдельной оплаты производимых работ, восстановление горной свободы и поощрение частной инициативы, проведение технической реконструкции предприятий и предоставление широких полномочий местной администрации, упорядочение системы профессионального образования и улучшение условий труда рабочих и инженерно-технического персонала.
Для рассмотрения доклада был назначен специальный комитет под председательством министра финансов А. И. Васильева. В состав его вошли товарищ (помощник) министра Г. С. Качка, ранее занимавший пост начальника Колывано-Воскресенских заводов, бывший президент Берг-коллегии М. Ф. Соймонов, выдающийся специалист горного дела, бывший начальник Уральских (Екатеринбургских) заводов А. С. Ярцев
* Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 3, с. 485—486.
157
щихся отношений- в
ДЕРЯБИН
АНДРЕИ ФЕДОРОВИЧ (1770—1820)
ное
с оведе-
и управляющий Ол онецкими заводами А. М. Полторацкий Результатом деятельности комитета явилось новое Горное положе-йние, утвержденное 13(25) июля
1806 г. и опубликованное в 1807 г (алеко не все предложения > Дерябина вошли в этот документ .
шЫгресы iGeiMJftASQ-вшего класса правительство не могло согласиться пр оренных реформ, предпо-их ломку ранее сложив социально-экономических рамках крепостного признавались возможны-лишь частичные изменения ствовавшей горнозаводской рактики И все же утверждение и публикация нового горного регламента сыграли известную положительную роль. Ориентиро-спользование прину-ейостн ого труда
(приписных рабочих) Горное положение тем не менее уделяло существенное внимание юридическим вопросам, быту и нормированию труда горняков и заводских «работных людей», допуская,
Специалист горнозаводского производства. Окончил Высшее горное училище в Петербурге. Работал главным начальником Гороблагодатских и Пермских заводов. Принимал активное участие в разработке Горного положения
«что со временем заводы достиг-
нут до своей цели, чтоб все работы исправлялись людьми свободными» *. Предусматривавшаяся Положением замена приписных крестьян на вспомогательных заводских работах «непременными работниками»** способствовала
* Высочайше утвержденные доклады и другие сведения о новом образовании Горного начальства и Управления горных заводов, ч. I. СПб., 1807, с. 316.
** Приписные крестьяне — государственные крестьяне, приписанные к казенным и частным заводам для выполнения вспомогательных работ (выжигание древесного угля, подвозка руд и т. п.). В отличие от приписных рабочих они не освобождались от сельскохозяйственных работ, прив-лекаясь к заводским отработкам без оплаты труда. Непременные работники — постоянные платные вспомогательные рабочие из числа бывших приписных крестьян, не занятые в сельском хозяйстве.
158
укреплению заводских кадров и формированию класса промышленных рабочих. Положение не восстанавливало декларацию о «горной свободе» на любых землях страны, провозглашенную указом 1719 г. и отмененную затем манифестом 1782 г., но подтверждало ее для казенных земель. Наконец, оно не определяло сколько-нибудь широкой программы реконструкции заводов и рудников, но все же отводило значительное место совершенствованию горнозаводской техники, обязывая местную горную администрацию консультировать заводовладельцев и горнопромышленников по техническим вопросам и требовать введения технических улучшений, если процесс их реализации не был связан с уменьшением объема выпускавшейся продукции, с увеличением потребности в рабочей силе или с необходимостью временной остановки производства.
Организационные формы разведки полезных ископаемых
Новые социально-экономические условия и частично отражавшее их новое горное законодательство обусловили изменение организационных форм разведывания полезных ископаемых.
Характерные для XVIII столетия поиски отдельных рудоискателей и экспедиционных отрядов, работавших на ограниченных территориях, указывавшихся местным населением, по мере развития промышленности, общей экономики и элементов новых производственных отношений оказывались недостаточными. В новых условиях первостепенное значение приобретало сплошное геологическое (геогностическое) изучение больших районов — их описание и картографирование с уточнением сведений о ранее открытых залежах полезных ископаемых и с нанесением на карты вновь обнаруживаемых месторождений. Такое изучение велось геологическими экспедициями, снаряжавшимися государственными учреждениями (Департаментом горных и соляных дел, Академией наук), добровольными научными организациями (Русским географическим обществом) и заводовладельцами (в пределах территорий заводских дач, размеры которых на Среднем Урале достигали сотен квадратных километров). Разведочные работы осуществлялись при этом с широким использованием ударно-штангового бурения и с последующей закладкой шурфов (разведывательных колодцев) на глубину до 30 м. Итоги экспедиционных исследований, охвативших многие районы Европейской России, Урала и Сибири — от западных государственных границ до побережья Тихого океана (рис. 45),— составили огромный свод сведений, весьма существенных по своему познавательному значению.
Рудоразведочные экспедиции внутри страны и за ее пределами
В' первой трети XIX в. при геологическом изучении Лифляндской и Рижской губерний (ныне Эстонская и Латвийская ССР) были найдены месторождения свинцового блеска, цинковой обманки и минеральных красителей. В 1824 г. геолог Гельман, обследовавший районы юга страны, обнаружил железорудные месторождения в Житомирском, Радо-мышльском и Новоград-Волынском уездах (ныне районы Житомирской обл. УССР). В том же году горные инженеры А. Гурьев и Н. Воскобойников, ведя геологические разведки в Крыму и Тамани, открыли залежи бурого железняка на Керченском полуострове — известное Камышбу-рунское месторождение, на рудах которого начал работать Керченский
159
45. Районы горно-геологических экспедиций в России в первой половине XIX в. /—1803—1819 гг.; 2—1820—1837 гг.; 3—1838—1847 гг.; 4-1848—1859 гг.
чугуноплавильный завод, разрушенный англо-французскими войсками в ходе Крымской войны ; 1853—1856 гг. В 1828 г. •дДже А. Гурьев и Н. Дмитриев р'аже,-дали залежи железных руд горючих сланцев в окрестностях Ижорского завода под Пет гом. Тогда же геологии г инженер (впоследствипКп член Петербургской наук) Е. П. Ковалеве ставил подробные характеристики полезных ископаемых Донецкого бассейна *.
В 1840—1841 гг. экспедиция английского ученого-геолога, члена Петербургской академии наук Р. Мурчисона, в которую входили русские ученые и горные инженеры (геолог А. А. Кейзерлинг, минералог Н. И. Кокшаров и др.), провела геологическое обследо-5 вание Урала, северных районов Европейской России и территории от Оренбурга до низовьев Дона. По окончании полевых изысканий Мурчисон и его сотрудники подготовили и опубликовали региональное описание геологии Европейской России и Уральских гор. Напечатанное в русском переводе в 1849 г., оно, помимо результатов работ самих составителей, содержит полную сводку геологических исследований, выполненных к тому времени отечественными геологами и горными инженерами, и остается до наших дней полезным справочным пособием **.
В 1841 г. экспедиция Бледе составила геологическое описание юго-западного района страны от Харькова до Кишинева. Еще
р-й
КОВАЛЕВСКИЙ ЕВГРАФ ПЕТРОВИЧ (1792—1867)
Геолог и горный инженер. Выполнил первое крупное исследование геологического строения Донбасса и дал подробные характеристики его полезных ископаемых
* Ковалевский Е. П. Опыт геогностических исследований в Донецком горном кряже.— Горный журнал, 1827, кн. 2; Он же. Геогностическое обозрение Донецкого горного кряжа.— Горный журнал, 1829, кн. 1—3.
** Геологическое описание Европейской России и хребта Уральского, ч. 1 — 2. СПб., 1849.
Очерки истории техники в России 161
через год геолог Г. П. Гельмерсен, выполнявший аналогичные работы в Петербургской губернии, обнаружил медные руды близ Волхова. Наконец, к середине столетия в итоге разведывательных работ на Урале и в Приуралье были составлены геологические карты Богословского, Куш-винского, Екатеринбургского и Златоустовского горных округов.
Одновременно велись геологоразведочные работы в Закавказье. Начатые уже упоминавшимися поисковыми партиями А. А. Мусина-Пушкина, открывшими сереброрудные месторождения южнее Тифлиса (Тбилиси), эти работы были продолжены с конца 20-х годов геологическими отрядами Н. Воскобойникова, А. Гурьева, А. Иваницкого и др., обследовавшими неизвестные до того районы залегания золотых, серебросвинцовых и медных руд, каменной соли и ископаемого угля у Ели-саветполя (Кировабада), медных руд в Зангезурском хребте, золота в Сванетии и угля близ Ткибули. С середины 50-х годов началась эксплуатация Садонского серебросвинцового рудника в Осетии, заложенного А. Иваницким. К этому же времени относится окончание строительства Алагирского сереброплавильного, Чатахского чугуноплавильного, Кавартского, Кедабекского, Катарского и Гелизурского медеплавильных заводов. На рубеже 40—50-х годов геолог Г. В. Абих разведал железные руды на реках Ахадцихе и Араксе. В 1854 г. поисковая партия инженера И. К. Комарова, пользуясь показаниями местных жителей, обнаружила на р. Квириле между селениями Наварзеты и Чиатура месторождение марганцовой руды — одно из крупнейших и наиболее богатых марганцовых месторождений мира.
С первых десятилетий XIX в. велось систематическое изучение геологии Сибири.
В 1813 г. экспедиция геолога Германа нашла залежи свинцовых, медных и железных руд у р. Каратургая на территории Кустанайской области. Снаряженная затем экспедиция под началом И. П. Шангина, пройдя в 1816 г. по рекам Ишиму, Терисаккану и Сарысу к району Кар-каралинска и далее к Павлодару, разведала медные, свинцовые, серебряные и цинковые руды в Боян-Аульских горах. В 20—30-х годах поисковые партии, отправлявшиеся на Алтай, обнаружили новые месторождения серебряных руд в районе Салаирского кряжа и золотосодержащие пески на притоках Алея, Пни и Чумыша. В 1838—1842 гг., когда вновь подвергся геологическому обследованию район Тургая, отряд инженера Н. Стражевского разведал месторождения золота между реками Тоболом и Уралом. Через шесть лет экспедиции, работавшие в Енисейской, Томской и Иркутской губерниях, обнаружили такие же месторождения на реках Кан, Бирюкса и Верхняя Тунгуска. К концу 40-х годов по мере смещения районов геологических исследований к дальневосточным границам государства золото было найдено в Забайкалье и Приамурье в районах Горбицы и Кудеги, по берегам рек Белый Урюм, Ама-зар и других.
Помимо поисков полезных ископаемых в своей стране, русские геологи и горные инженеры к середине XIX столетия выполнили существенные горно-геологические исследования на территориях некоторых других государств. Так, в 1837—1838 гг. русская геологоразведочная экспедиция по приглашению черногорского правителя Петра I Негоша вела поисковые работы в Черногории, составив ее геогностическую карту и разведав залежи железных и свинцовых руд. В 1842 г., удовлетворяя просьбу персидского правительства, русские власти направили в Персию «для содействия развитию железного и медного производства» и для разведки рудных месторождений горного инженера Н. Вос
162
кобойникова и группу мастеров Пермских металлургических заводов. В 1847—1848 гг. по просьбе правительства Египта для разведывания золотоносных россыпей и организации золотых промыслов к верховьям Голубого Нила была послана экспедиция инженер-полковника корпуса горных инженеров Е. П. Ковалевского, обнаружившая места залегания железных руд и золотосодержащих песков, построившая под руководством уральского штейгера И. Бородина золотопромывальную фабрику и подготовившая обслуживающий персонал для нее из местного населения *.
Работы рудоискателей-одиночек. Открытие месторождений золота, платины и никелевых руд
Экспедиционные геологические разведки намного снизили значение частной поисковой инициативы. Новое Горное положение в отличие от Берг-привилегии и регламента не содержало обращений к рудоискателям и не требовало от местных властей поощрения их труда. В документах первой половины XIX в. все реже упоминались фамилии рудоискателей-одиночек, занимавшихся поисками железных, медных и серебросвинцовых руд. Открытия железорудных и меднорудных месторождений, сделанные, например, М. Ошвинцевым, А. Чащиным и И. Оботуровым на Урале, Барауковым в Сибири и О. Хаджемировым на Кавказе, находки сереброрудных залежей тем же Барауковым и Заводиным в предгорьях Алтая не привлекли серьезного внимания горной администрации. А железные руды, разведанные еще в первой трети XIX в. в районах Кузнецкого Алатау и Горной Шории (Тельбес, Темир-Тау и др.), стали использоваться лишь через столетие (после 1927 г.), когда в связи со строительством Кузнецкого металлургического комбината возникла настоятельная необходимость в местном рудничном сырье.
Значительно интенсивнее рудоискатели-одиночки вели поиски золотых месторождений. Побуждаемые двумя немаловажными обстоятельствами— предоставлением частным лицам права добычи золота, ранее составлявшей монополию государства, и освоением эффективного способа промывки золотоносных песков, введенного в 1814 г. штейгером Л. И. Брусницыным,— они осуществляли поисковые работы в Уральских горах (обнаружив к концу первой четверти XIX в. несколько сотен золотосодержащих россыпей в Оренбургском крае, где к 40-м годам были основаны золотые прииски), на Алтае, Кавказе и особенно в Сибири, ставшей с середины XIX в. центром русской золотодобывающей промышленности.
В 1819—1823 гг. в золотоносных песках, добывавшихся в Верх-Исет-ском округе, на дачах Невьянского и Билимбаевского заводов и на Миасских золотых промыслах, был обнаружен «новый сибирский металл»—платина, или «белое золото». В 1824 г. поисковая партия мас-
* ЦГИА СССР, ф. 44, оп. 2, ед. хр. 560, л. 1; ед. хр. 644, лл. 6, 8, 42, 542; ед. хр. 835, лл. 1, 95, 220; ГАСО, ф. 129, папка 47, ед. хр. 541, лл. 1—23. Егор Петрович Ковалевский (1811 —1868) —специалист в области горного дела и путешественник, почетный член Петербургской академии наук. Окончив Харьковский университет, он работал на алтайских и уральских золотых промыслах, участвовал в Черногорской геологоразведочной экспедиции, позднее (иеред отъездом в Египет) руководил практикой египетских инженеров, прибывших «для изучения в России способов разработки золотоносных песков» (ГАСО, ф. 25, on. 1, ед. хр. 1766, лл. 1—4, 10—11, а также [59]). В 1849—1851 гг. путешествовал по Монголии и Китаю.
163
11*
теровсго Билимбаевского завода Андреева открыла богатую платиносодержащую россыпь на р. Уралихе. Россыпь эта, находившаяся в 12 верстах от завода, имела длину около 2 верст, толщину платиноносного слоя от 1 до 1‘/2 аршин (0,71 — 1,1 м), располагаясь под таким же слоем пустой породы и, по свидетельству осматривавшего ее оберберггаупг-мана Н. Р. Мамышева, содержала от 3 до 15 золотников (12,8—64 г) платины на каждые 100 пудов песка. Основанный для ее промышленной разработки Царево-Александровский прииск был первым платиновым прииском Старого Света *. В том же году гитенфервальтер П. Голляховский обнаружил золотосодержащие россыпи на речках Известной, Мельничной и Ис в Нижне-Туринских дачах, а еще через год — исключительные по содержанию платины Нижне-Тагильские россыпи. В дальнейшем платиновые россыпи и коренные месторождения платины были найдены и в других горных округах Урала.
Почти одновременно с открытием платиносодержащих песков, в 20-х годах, на Ревдинской заводской даче близ Екатеринбурга рудоискатели обнаружили залежи никелевой руды. Примерно к этому же времени относились первые находки уральских алмазов на Крестовоздви-женских золотых промыслах в 26 верстах к северо-востоку от Бисерского завода.
Разведывание каменноугольных месторождений и добыча каменного угля
Наряду с поисками руд в первой половине XIX в. продолжалось разведывание месторождений каменного угля. Постепенное нарастание темпов развития промышленных производств, последовательный переход к использованию паровых двигателей, дороговизна древесного топлива и ограниченность его запасов — все это определяло заинтересованность правительства и частных предпринимателей в развитии каменноугольной промышленности России.
Углеразведочные работы и добыча угля развивались не равномерно по времени. В 1830 г. добыча угля на всех русских копях составляла лишь 8113 т, не превышая ‘А части импортных поставок и сосредоточиваясь главным образом на казенных угольных разработках, находившихся в ведении Луганского завода **.
До конца 40-х годов сохранялись многочисленные трудности, препятствовавшие широкому освоению новых топливных ресурсов.
На землях Войска Донского, содержавших богатейшие залежи полезных ископаемых, право занятий горным промыслом предоставлялось только войсковым жителям (казакам) по решению Войскового правления, причем ограниченные размеры земельных участков, отводившихся под строительство шахт, были явно недостаточны для рационального ведения рудничного хозяйства ***.
Огромные возможности использования минерального топлива в ме
* Звягинцев О. Е. История уральской платины.— Труды ИИЕиТ АН СССР, 1955, т. 6, с. 160—164. Впервые платина была ввезена в Европу из Южной Америки в 1735 г.
** Немчинов В. П. Открытие и начало разработки угольных месторождений.— В кн.: К истории открытия и изучения месторождений полезных ископаемых. М., 1963, с. 56—58.
*** Архив АН СССР, ф. 59, on. 1, ед. хр. 16, лл. 5, 9. Официально отмена упомянутого ограничения последовала в 1849 г., когда Войсковое Донское правление особым правительственным распоряжением обязывалось «для усиления разработки каменноугольных пластов составить проект об учреждении компаний из лиц, хотя войску не
164
таллургии оставались нереализованными. Длительные опыты его применения для плавки руд на Луганском заводе признавались неудовлетворительными, и выплавляемый чугун оценивался как низкокачественный «от неспособности горючего материала». Лишь в 1839 г., когда в вагранках этого завода впервые был успешно применен антрацитовый кокс, более отчетливо определились перспективы эффективного ведения металлургических процессов на некоторых сортах каменного угля. Но понадобилось еще 10 лет для того, чтобы в Москве начала работать специальная комиссия по производству опытов «над антрацитом, добываемым на Дону», и несколько десятилетий, чтобы ископаемый уголь прочно вошел в производственную практику металлургических предприятий на востоке страны. Неудовлетворительными оставались транспортные связи угольных бассейнов с потребляющими районами. Отсутствие железных дорог и доставка угля крестьянским гужевым транспортом по плохим грунтовым дорогам обусловила резкое ограничение дальности перевозок, не менее резкое ограничение объема перевозочных операций и значительное увеличение транспортных издержек.
Некоторое улучшение условий промышленного освоения каменноугольного топлива наступило в 50-х годах прошлого столетия. В эти годы после отмены ограничительных хлебных законов в Англии намного возрос экспорт зерна из южнорусских губерний через порты Черно-морья. Это дало толчок развитию морского пароходства. Кроме того, вследствие западноевропейского промышленного кризиса 1847 г., революционных событий во Франции и дипломатических осложнений, завершившихся Крымской войной, возникли затруднения с импортом промышленных товаров в Россию и все более ощущалась необходимость развития отечественных промышленных производств. Неудивительно поэтому, что именно тогда, в преддверие промышленного переворота в нашей стране — с началом строительства железнодорожной сети и увеличением состава судов парового речного и морского флотов, с возрастанием числа стационарных и передвижных паровых двигателей, суммарная мощность которых составила ко времени реформы 1861 года около 200 тыс. л. с.*,—стала расти добыча каменного угля. В 1860 г.она достигла 125 тыс. т, распространившись на Донецкий, Подмосковный и другие угольные бассейны.
Последовательная и интенсивная деятельность геологоразведочных экспедиций, проводившихся в первой половине XIX в., была отмечена открытием многих крупных каменноугольных месторождений.
В 1820 г. маркшейдер Козин, обследовавший районы, прилегавшие к Дону, обнаружил на р. Грушевке в 30 верстах от Новочеркасска залежи антрацита, впоследствии разрабатываемые преимущественно для нужд Луганского завода. В 1827—1835 гг. разведывание новых месторождений угля в этом районе велось поисковыми партиями этого же завода.
В 1837—1839 гг. на территории Донецкого кряжа работала геологоразведочная экспедиция, снаряженная горнопромышленником А. Н. Демидовым и возглавлявшаяся профессором Парижской горной школы П.-Ф. Лепле. Ведя разведки полезных ископаемых, участники ее — русские горные инженеры и геологи — исследовали уже известные и открыли новые залежи каменного угля. Отчеты экспедиции во многом
принадлежавших». Однако исполнение распоряжения практически было отсрочено до 1859 г.
* Струмилим С. Г. Очерки экономической истории России. М.. 1960, с. 404.
165
способствовали дальнейшему производственному освоению угольных месторождений на юге страны. Но сам Лепле, исходя, по-видимому, из интересов иностранных фирм, поставлявших уголь в Россию, полагал нецелесообразной промышленную разработку обнаруженных угольных пластов.
К середине XIX столетия в Донецком бассейне имелось уже относительно большое число каменноугольных шахт, принадлежавших казне, закладывавшихся на помещичьих землях под наблюдением горных специалистов и разрабатывавшихся кустарно местным крестьянским населением. Добытый на них уголь, со второй половины 40-х годов пополнявшийся углем кубанских месторождений *, использовался для кузнечных работ, поставлялся на местные солеварни, вывозился в причерноморские города и порты Черного моря. Некоторое количество его отправлялось в районы Северного Кавказа и Нижнего Поволжья. Значительное увеличение угледобычи намечалось к концу 50-х годов, когда незадолго до того учрежденное и субсидировавшееся правительством «Русское Общество пароходства и торговли» заложило на донецких месторождениях свыше 30 больших шахт. Однако вследствие существенных технических ошибок, допущенных в ходе строительных и добычных работ, эксплуатация их не дала ожидавшихся положительных результатов. Неудача, постигшая горные предприятия Общества, несколько задержала рост разработок полезных ископаемых Донбасса, став одной из причин последующего захвата этих разработок иностранными промышленниками.
Переход к паровой энергетике на фабриках и заводах центра Европейской России и начало железнодорожного строительства в центральных русских губерниях повысили интерес предпринимателей к каменным углям Подмосковного бассейна. Начатое еще в XVIII в. разведывание этих углей было продолжено в первой четверти XIX в. В 1839— 1841 гг. изучение их месторождений проводилось Г. П. Гельмерсеном и инженером Оливьери. В 1850—1852 гг. аналогичные работы выполнялись X. И. Пандером, П. В. Еремеевым, Н. П. Барбот де Марии, и К. Д. Романовским. С 1854 г. к добычным работам на месторождениях в западной части бассейна приступил Н. И. Путилов, а в 1857 г. были заложены первые угольные шахты в Малевке и Товаркове (к юго-западу от Тулы).
Медленнее шло промышленное освоение каменноугольных ресурсов Урала. Обеспеченность уральских заводов древесным топливом для металлургических процессов и сохранение водяного привода заводских агрегатов не стимулировали разведывание и добычу ископаемого угля в этом районе. Длительное время не использовались угольные залежи Кизеловского месторождения. Детальное разведывание месторождения, обнаруженного на даче Каменского завода еще в 1801 г., было начато только в середине 40-х годов. Общее количество угля, добытого на Урале в 1860 г., не превышало 6,8 тыс. т, объем добычных работ на уральских копях был почти в 15 раз меньшим объема аналогичных работ в том же году в Донецком бассейне.
Еще медленнее — уже за пределами 60-х годов — нарастала разработка угольных месторождений в Сибири. О месторождениях на р. Ангаре и около Иркутска упоминали в последней трети XVIII в.
* Кокшуль Ф. О кубанском каменном угле.—Горный журнал, 1867, № 5, с. 222—244. К этому же времени относились и первые опыты использования угля Ткибульского месторождения на Кавказе (ЦГИА СССР, ф. 37, оп. 11, ед. хр. 472, лл. 1—3).
166
П. С. Паллас и И. Сиверс, затем сообщали берггешворен Яковлев (в 1810 г.) и геофизик А. Эрман (в 1829 г.). Позднее, до середины 50-х годов XIX столетия, разведывание этих месторождений велось геологами и горными инженерами Э. К- Гофманом, Н. Г. Меглицким, Ю. И. Бутовским, Н. Башевичем и др. В 1856 г. каменноугольные залежи были найдены в Забайкалье близ Александровского сереброплавильного завода. С 30-х годов XVIII в. были, как уже указывалось, известны угли Кузнецкого бассейна, разведывавшиеся впоследствии на протяжении всей первой половины XIX в. В начале XIX в. залегания каменного угля были открыты на казахских землях при рекогносцировке горного хребта Каратау. Крайне слабое развитие промышленности, отсутствие удобных путей сообщения и малочисленность населения Сибирского края ограничивали добычу ископаемого топлива в разведанных месторождениях. В 1860 г. было добыто лишь 4 тыс. т угля.
В 1851 г. экспедиция Н. И. Невельского обнаружила каменный уголь на западном побережье о-ва Сахалин. Через пять лет после детальных разведок, выявивших крупные угольные залежи (в частности, у поселка Дуэ), началась их промышленная разработка для нужд дальневосточного пароходства (около 2,2 тыс. т в 1860 г.). Наконец, к 60-м годам было разведано каменноугольное месторождение у залива Посьета близ Владивостока.
Техника разведочного бурения
Интенсивное проведение геологоразведочных работ повлекло за собой значительное совершенствование техники бурения. Наряду с закладкой разведочных шахт и разрезов взамен ручных буров (щупов) все более широко вводились штанговые и канатные буровые установки, допускавшие возможность вести разведочные операции на глубину нескольких сотен метров.
Первым по времени использования был способ штангового бурения, упоминавшийся еще в рукописном «Руководстве к познанию, разрабатыванию и употреблению каменного угля» И. Бригонцова. При этом способе, как и при способе проходки солеподъемных «труб», известном на Руси с XV—XVI вв., над местом закладки разведочной скважины устанавливался буровой станок (рис. 46) с деревянной вышкой 1, горизонтальным воротом (лебедкой) 2 и верхним направляющим блоком 3 для каната 4. К свободному концу каната подвешивалась железная буровая штанга 5 с навинченным на ней буром; по мере углубления скважины штанга постепенно удлинялась жестко скреплявшимися с нею штангами-надставками.
Процесс бурения складывался из последовательно чередовавшихся операций разрыхления (дробления) породы и извлечения разрыхленной породы («буровой муки») на поверхность земли. В случае проходки мягких (слабых) пород применялось так называемое вращательное бурение, при котором полый бур (рис. 46, а, б, в, г, д), закрепленный на штанге, вращавшейся с помощью горизонтального рычага, своей режущей кромкой постепенно врезался в толщу разбуриваемой породы. Для проходки твердых пород применялось ударное бурение, при котором разбуриваемая порода дробилась сплошным буром (рис. 46, е, ж, з), попеременно опускавшимся и поднимавшимся вместе со штангой посредством качающегося рычага. В обоих случаях через некоторые промежутки времени колонна штанг извлекалась на поверхность и в скважину вводилась желонка — цилиндрический сосуд с откидным днищем.
167
46. Буровой станок и буровые инструменты (из книги А. И. Узатиса)
/ — деревянная вышка; 2 — горизонтальный ворот (лебедка); <3—верхний направляющий блок;
4 — канат; 5 — буровая штанга; а—и — буровые инструменты
Опущенная до дна (забоя) скважины желонка заглублялась в разбуренную породу, предварительно обильно смачивавшуюся водой, зачерпывала ее, поворачиваясь вокруг вертикальной оси, затем поднималась в уровень буровой вышки и опорожнялась опрокидыванием. После завершения очередных зачистных работ возобновлялись основные буровые работы. С 1815 г. и до конца 50-х годов неоднократно предпринимались попытки обеспечения непрерывности буровых работ. Но только в 1855 г. в Дании была разработана практически приемлемая система промывки скважин и удаления разбуренной породы струей воды без приостановки бурения.
Примерно до середины 30-х годов XIX в. в установках штангового бурения сохранялась простейшая система жесткого соединения буровых штанг. Однако с увеличением глубин проходки скважин такое соединение все меньше удовлетворяло условиям рационального ведения рабочих процессов. Удары бура о забой скважины при ударном буре
168
нии вызывали резкое сотрясение штанговой колонны, искривление штанг и разрушение стенок на ранее пробуренных участках. Кроме того, подъем всей штанговой колонны перед нанесением очередного удара по забою требовал большого физического усилия и вызывал замедление буровых операций.
Для устранения первого из упомянутых недостатков с 1834 г. в Бельгии, а затем (наряду с другими странами) и в России были введены буровые установки с так называемыми сдвижными концевыми штангами (рис. 46, и). Каждая штанга состояла из двух частей, и нижняя часть ее при соприкосновении бурового инструмента с забоем вдвигалась во внутреннюю полость верхней части, гася реактивную силу удара. Несколько позднее для устранения второго недостатка стали применять установки разведочного бурения со свободно падающими бурами. Впервые предложенные в 1844 г., они оборудовались специальными приспособлениями, позволявшими осуществлять подъем только нижней концевой штанги с буровым инструментом. С той же целью в эксплуатационную практику вводились установки канатного (веревочного) бурения. В отличие от штанговых буровой инструмент в этих установках крепился к канату, навивавшемуся на барабан подъемной лебедки, что исключало непроизводительные затраты времени на разборку штанговых колонн при подъеме из скважин и на повторную сборку их при последующем опускании.
Техника разработки рудных месторождений
Системы разработки разведанных рудных месторождений на протяжении первой половины XIX столетия не подверглись сколько-нибудь существенным изменениям. Столь же незначительно изменились ручные орудия, использовавшиеся для добычи полезных ископаемых. Разрушение горной породы и отбойка руды при проведении проходческих работ по-прежнему осуществлялись либо кайлами, клиньями и боевыми молотами, либо (в случаях проходки твердых пород) взрыванием пороха, закладывавшегося в шпуры, пробуренные пустотелыми ручными бурами.
Сами взрывные («порохострельные») работы — приемы их выполнения, состав пороха и заделка его в шпурах (забойка глиной или мелкой горной породой) —оставались такими же, как и в XVIII столетии; несколько увеличилась лишь глубина шпуров. Но к середине XIX в. была во многом усовершенствована наиболее несовершенная и наиболее опасная операция воспламенения пороховых зарядов.
Еще в XVIII в. внимание специалистов привлекла возможность такого воспламенения на расстоянии посредством электрической искры. В 1804 г. опыты электрического паления пороховых зарядов были предприняты в Австрии. Затем в 1812 г. русский ученый и изобретатель П. Л. Шиллинг, работавший некоторое время в области электромин-ной техники, предложил надежно действовавший электрический пороховой запал — водонепроницаемый пороховой патрон с двумя заостренными угольными стержнями, соединявшимися при помощи двух проводов с зажимами гальванической батареи. Взрывание патрона осуществлялось искрой, проскакивавшей в зазоре ме^кду стержнями при замыкании электрической цепи.
Признававшийся самим изобретателем весьма важным для горного дела запал Шиллинга получил одобрение горных инженеров, отмечавших его дешевизну, простоту и безопасность применения. Но отсутствие
169
достаточно совершенных источников электрического тока, пригодных для применения в сложных условиях подземных работ, ограничило тогда распространение способа электровзрывания. С изобретением же в 1831 г. английским инженером У. Бикфордом огнепроводного (запального) шнура с льняной или джутовой оболочкой и пороховой сердцевиной задержалось на длительное время освоение способа подрыва заряда электрической искрой.
Вскоре после введения в английскую горнопромышленную практику бикфордов шнур стал применяться на русских рудодобывающих предприятиях. Надежность и удобство пользования им позволили внедрить буровзрывные работы на каменноугольных копях, в которых рудничный газ и угольная пыль исключали пользование открытым огнем для паления пороховых зарядов.
Системы разработки месторождений каменного угля
Повышение спроса на каменный уголь в России повлекло за собою последовательное совершенствование техники угледобычи.
До 30-х годов XIX в. угледобыча велась по так называемой камерной системе — отдельными узкими выработками (камерами) с оставлением между ними целиков (столбов) для поддерживания кровли. Проходка выработок производилась, как правило, без выполнения крепежных работ, а сами выработки использовались только для выемки угля, не подразделяясь на подготовительные и очистные. Подготовительные выработки — это свободные пространства, искусственно образуемые в толще месторождения при его подготовке к эксплуатации и предназначающиеся для прохода людей, доставки полезного ископаемого, пустой породы, оборудования и крепежных материалов, для нужд вентиляции, водоотлива и пр. Очистные выработки — пространства, образующиеся в результате выемки полезного ископаемого в ходе эксплуатационных (очистных) работ.
Характерные для этой системы плохое вентилирование и затрудненность доставки добытого угля препятствовали отходу забоев на сколько-нибудь значительные расстояния от шахтных стволов независимо от размеров разрабатывавшегося угольного пласта. Количество вынимавшегося угля не превышало при этом 50% от общих запасов его в пределах разрабатываемого участка-, преобладающая часть полезного ископаемого терялась в целиках. Кроме того, оставление больших невырабо-танных масс угля часто вело к возникновению подземных пожаров, тушение которых водой нередко приводило к затоплению выработок.
В начале 30-х годов на Лисичанских казенных копях, крупнейших по тому времени угольных копях Донецкого бассейна, была введена более рациональная система разработки короткими столбами, предполагавшая проведение подготовительных работ. Система эта, известная в горной практике Германии, Франции и Англии, действительно упорядочивала ведение добычных работ, улучшала условия проветривания выработок и определяла возможность более эффективной борьбы с пожарами посредством выкладывания защитных (каменных или кирпичных) стенок, изолировавших очаги огня. Но и эта система предусматривала выемку угля узкими выработками (столбами) и не устраняла большие потери его в целиках, поддерживавших кровлю. Поэтому в 1838— 1839 гг. по настоянию одного из выдающихся специалистов горнозаводского дела России, начальника штаба Корпуса горных инженеров
170
К. В. Чевкина на тех же Лисичанских копях началось применение системы разработки длинными столбами с креплением очистных забоев и с последующим обрушением кровли в выработанном пространстве *.
При этой системе по простиранию угольного пласта проходились главные штреки 1 (рис. 47), ограничивавшие выемочный участок. Затем этот участок восстающими штреками (печами) 2, располагавшимися с интервалами 15—20 саженей, разрезался на отдельные столбы 3. Выемка столбов велась в направлении от шахтного ствола 4 к противоположному концу участка, причем каждый столб вынимался сверху вниз — от верхнего к нижнему штреку — сплошным забоем .5 или уступным забоем 6. Так как забои на время производства очистных
47. Система разработок длинными столбами (по К. В. Чев-кину)
работ, крепились деревянной крепью, то отпадала необходимость в оставлении целиков угля (сплошные или рассеченные целики 7 оставлялись только под главными штреками) и соответственно сокращались его потери, а увеличение длины забоев облегчало проведение выемки и определяло возможность разделения труда между группами рабочих, выполнявших отдельно операции зарубки пласта, отбойки и погрузки (навалки) угля, подноски крепежного леса, крепления и пр. По окончании очистных работ крепь удалялась и кровля обрушивалась в выработанное пространство.
Основываясь на опыте Лисичанских копей, Горное ведомство приступило в 1841 г. к строительству образцовой угольной шахты на Грушевском месторождении «для указания жителям Войска Донского посредством оной правильной разработки каменного угля». Годом позднее в Донецком бассейне насчитывалось уже пять таких «правильных» казенных и частновладельческих шахт. В дальнейшем подобное строительство было начато и в других угольных районах России.
Рудничный транспорт и шахтный подъем
Значительно медленнее совершенствовались в каменноугольной и рудной промышленности работы по транспорту и подъему полезных ископаемых.
Для доставки их от забоев на рудниках применялись одноколесные тачки. На угольных копях с той же целью использовались так называе-
* В 1834 г. в числе мер искоренения «свободолюбивых идей», проводившихся Николаем I, последовало преобразование Горного ведомства (Департамент горных и соляных дел) в военизированный Корпус горных инженеров с присвоением административному и производственному персоналу воинских чинов. Корпус оставался в ведении министра финансов, получившего ранг главноначальствующего Корпуса, и управлялся начальником штаба. В 1863 г. Корпус горных инженеров снова был преобразован в гражданское правительственное учреждение—Горный департамент.
171
48. Откаточные рельсовые пути
мые санки — деревянные корыта, перетаскивавшиеся волоком рабочими-саночниками по неровной поверхности очистных выработок. Доставленные к откаточным штрекам или штольням руда и уголь перегружались в вагонетки с деревянными кузовами и по деревянным же лежневым путям откатывались к шахтным стволам или к устьям штолен.
На протяжении первой половины XIX в. почти прекратились попытки механизации рудничных транспортных работ. Лучшие образцы откаточных установок — канатные откатки К- Д. Фролова и Ф. С. Ваганова, предложенные и созданные в конце XVIII столетия,— не получили распространения. Не был осуществлен и более поздний проект канатной откатки с вододействующим приводом, подготовлявшийся в 1826 г. уральским механиком С. Е. Козопасовым для механизированной доставки руды в вагонетках между Меднорудянским рудником и Нижне-Тагильским заводом. Лишь к 40-м годам началась замена деревянных лежневых путей переносными железными рельсовыми путями на Лисичанских копях, а в середине 40-х годов на Нагорном руднике Екатеринбургских золотых промыслов вошла в эксплуатацию система рельсовых путей (рис. 48) с сопрягающими поворотными кругами 1 и с бесперегрузочной передачей груженых вагонеток 2 между откаточным штреком 3 и эстакадой 4 на поверхности рудника. Но и в этих немногочисленных случаях улучшения рудничного транспорта операции откатки по-прежнему выполнялись вручную.
Столь же медленно шло совершенствование установок шахтного подъема. Бадьевые рудоподъемники с деревянными бадьями и с вододействующим или конным приводом на рудниках, такие же подъемники с конным приводом на угольных шахтах длительное время оставались основ-
172
ними средствами вертикального транспорта на горных предприятиях России. Отдельные конструктивные улучшения, вызывавшиеся углублением шахтных стволов и необходимостью увеличения грузоподъемности рудо- и углеподъемного оборудования (например, применение жестких направляющих в конном подъемнике, замена пеньковых подъемных канатов и тяжелых подвесочных цепей высокопрочными и легкими стальными проволочными канатами вскоре после введения их в 1834 г. В. Альбертом на германских рудниках), еще не определяли решения общей задачи реконструкции шахтного подъема. Также не решали ее в границах дореформенного периода одиночные попытки использования парового привода для рудо- и углеподъемных машин (первый паровой двигатель мощностью 20 л. с., приводивший в действие водоотливную и углеподъемную установки, был сооружен на шахте М. С. Воронцова близ села Александровки Бахмутского уезда в 1842 г. *).
Совершенствование рудничного водоотлива
Значительно успешнее велось в эти годы совершенствование рудничного водоотлива — одной из особо существенных областей горной техники. По мере перехода к разработке глубоко залегавших рудных и угольных пластов все ощутимее становилась необходимость использования водоотливных средств, обладающих большой производительностью и удовлетворительно работающих на откачивании воды с больших глубин. Именно ненадежность и ограниченность производительности водоотливных установок в условиях большого притока рудничных вод нередко приводили к прекращению горных работ и отказу от дальнейшей эксплуатации рудников.
Уже в конце XVIII столетия в зарубежной и отечественной практике достаточно широко использовались поршневые насосы, совершенствовались их конструкции и технология их изготовления. Деревянные цилиндры насосов и деревянные трубы водоотливных систем заменялись цилиндрами и трубами из чугуна и латуни, последовательно улучшались конструкции насосных клапанов, повышалось качество обработки деталей. Как следствие этих работ, продолжавшихся на протяжении первой половины XIX в., в эксплуатационную практику вошли насосные установки, обладавшие большой работоспособностью и удовлетворявшие повышенным требованиям постепенно развивавшихся горных производств.
Наряду с совершенствованием поршневых насосов тогда же предпринимались попытки конструирования новых водоотливных средств — центробежных насосов. Принципиальная схема и технически приемлемое конструктивное решение таких насосов предлагались еще в 1689 г. французским физиком Д. Папеном. Но на протяжении свыше ста последующих лет их инженерная разработка не принесла результата. Появление работоспособных конструкций насосов этого типа относится лишь к 30-м годам прошлого столетия и во многом связано с деятельностью А. А. Саблукова — талантливого и разностороннего изобретателя в областях артиллерийского и морского дела, строительства и горной механики.
Генерал-лейтенант Корпуса горных инженеров и член ученого со-
* Фомин П. И. Горная и горнозаводская промышленность юга России, т. 1. Харьков, 1915, с. 67.
173
49. Схема центробежного насоса А. А. Саблукова
вета этого Корпуса, председатель 4-го (технического) отдела Вольного экономического общества и почетный вице-президент Политехнического общества в Париже Александр Александрович Саблуков (1783—1857) в начале 30-х годов сконструировал первую модель центробежного всасывающего вентилятора с четырехлопастным рабочим колесом и с ручным приводом. Испытанный на некоторых промышленных предприятиях и на судах морского флота вентилятор этот производительностью 2000 м3 воздуха в 1 час в 1835 г. был успешно применен для проветривания горных выработок на Чагирском медном руднике. Выгодно отличаясь от тогда же применявшихся более энергоемких и громоздких поршневых нагнетательных вентиляторов, он получил признание и высокую оценку отечественных и зарубежных специалистов. В том же году Саблуковым была предпринята попытка приложения принципа действия центробежного вентилятора к водоотливным установкам, а еще через три года (после проведения необходимых экспериментальных работ) изготовлена первая модель центробежного насоса (водогона) с четырехлопастным рабочим колесом 1 (рис. 49) диаметром 203 мм и шириной 51 мм в кожухе 2, предварительно заполнявшемся водой, со всасывающим патрубком 3, нагнетательным патрубком 4 и ручным приводом посредством ременной передачи 5 от махового колеса 6. Насос этот обладал производительностью 8 м3 в 1 час и подавал воду на высоту до 10 м. Позднее (с начала 50-х годов) аналогичные конструкции насосов предлагались в Англии и других странах.
Простота устройства, малые габариты, отсутствие громоздких и часто ломавшихся частей, возможность откачивания загрязненной воды — все это выгодно отличало центробежные насосы от насосов поршневого типа. Но потребовалось еще около 70 лет, чтобы они — с развитием электропривода — получили достаточно широкое применение в практике горных работ. Для успешного действия их было необходимо большое число оборотов рабочих колес и, следовательно, наличие, быстроходных двигателей. Ни преимущественно распространенный тогда вододействующий привод, ни вновь появившийся привод от паровых машин не удовлетворяли этому условию.
Однако, даже не отвечая требованиям быстроходности, паровые машины по мере их совершенствования, увеличения мощности и повышения экономической выгодности все более широко вводились в практику рабо
174
ты поршневых насосных установок. Впервые использованные, как уже упоминалось, в 90-х годах XVIII в., они в течение первой половины прошлого столетия постепенно вытесняли вододействующие колеса. Так, в 1811 г. для откачивания воды с глубины 12 сажен (25,6 м) была установлена паровая машина одиночного действия на Михайловском медном руднике Златоустовского завода. К началу 20-х годов была введена в эксплуатацию паровая машина с клапанным парораспределением для водоотлива на Алексеевском руднике Верх-Нейвинского завода, построенная уральским механиком А. С. Вяткиным*. В 1827—1837 гг. механиками Е. А. и М. Е. Черепановыми были изготовлены успешно работавшие паровые машины двойного действия для водоотливных установок на шахтах Меднорудянского рудника Нижне-Тагильских заводов и на шахтах Кыштымских заводов [28, с. 79—91]. Несколько позднее (к началу 40-х годов) паровой двигатель для водоотливных насосов был установлен на Ивановском руднике в Пермском округе. Наконец, наряду с насосными установками, приводившимися в действие паровыми двигателями заводского типа, на шахтах Донецкого бассейна стали использоваться паро-насосные установки прямого действия с одноцилиндровыми двигателями без маховых колес, размещавшиеся в шахтных стволах, и с поршневыми насосами, штанги которых скреплялись непосредственно со штоками паровых цилиндров. Впервые предложенные в Бельгии, они в 1838 г. были введены на одном из французских рудников. В 1844 г. одна из таких установок, построенная Луганским заводом, начала работать на Лисичанских копях.
Оборудование для обогащения руд
В те же годы паровые двигатели постепенно вводились в практику рудообогатительных работ. Их освоение в этой области горных производств осуществлялось медленнее, чем в других областях, что объясняется более медленным процессом совершенствования производственного оборудования обогатительных фабрик. Сохранив конструктивные решения, во многом характерные для предшествовавшего периода, технологические агрегаты этих фабрик еще длительное время приводились в действие водяными силовыми установками, и только к 40-м годам, по мере увеличения объема работ и введения новых рабочих машин, вододействующий привод стал вытесняться паровым.
Так же, как и в XVIII столетии, начальные рудоразборочные операции (разделение руд по минералогическим признакам с отбором кусков пустой породы) велись на фабриках еще вручную. Для мелкого дробления (толчения) руд по-прежнему использовались толчеи с дробильными пестами. Руду, как и раньше, нередко промывали в простейших (неподвижных) промывальных ларях, что требовало больших затрат тяжелого ручного труда. Но для операций крупного дробления тогда же (как новшество обогатительной техники) вводились валковые рудодробильные станы с литыми рифлеными (бороздчатыми) валками, а для выполнения основных операций промывки и отсадки (извлечения глинистых и прочих примесей и разделения раздробленных рудных частиц по удельному весу) стали применять подвижные грохоты и механические решета.
* Сивков В. А. Строитель паровых машин Афанасий Вяткин.— В кн.: Свердловский областной краеведческий музей. Доклады на секциях музейно-краеведческого совета. Секция историческая. Свердловск, 1957, с. 35.
175
Состояние горной науки.
«Курс горного искусства» А. И. Узатиса
Еще не имея достаточных социально-экономических предпосылок для коренной реконструкции технических основ производства, горная промышленность в России первой половины XIX в. все же достигла некоторых успехов в освоении более прогрессивных систем разработки месторождений полезных ископаемых и соответственно более совершенных конструкций машинного оборудования рудо- и угледобывающих предприятий.
За время, прошедшее после издания «Первых оснований металлургии или рудных дел» М. В. Ломоносова, намного продвинулось вперед и формирование горной науки. Продолжая традиции, заложенные Ломоносовым, сочетая глубокое изучение и систематизацию производственной практики с широтой теоретических обобщений, русские ученые и инженеры значительно способствовали ее развитию. Своеобразным итогом работ в этой области явился труд горного инженера А. И. Узатиса, опубликованный в Петербурге в 1843 г. и на протяжении нескольких после-j дующих десятилетий остававшийся основным пособием для подготовки квалифицированных специалистов горного дела.
Сын симбирского канцеляриста Алексей Иванович Узатис (1814— 1875) в 1828 г. был принят в число воспитанников Петербургского горного кадетского корпуса (ранее называвшегося Горным училищем, а позднее переименованного в Горный институт) и в 1835 г. окончил его первым по списку с большой золотой медалью. После трехлетней работы на Колывано-Воскресенских заводах он два года находился в заграничной командировке, знакомясь с состоянием горной промышленности в Бельгии, Венгрии, Австрии и Германии и слушая лекции по горной механике, читавшиеся профессором Ю. Вейсбахом во Фрейбергской горной академии. По возвращении из командировки он в чине капитана Корпуса горных инженеров был назначен преподавателем Горного института и вел в нем курс горного искусства до выхода в отставку «по домашним обстоятельствам» в ноябре 1844 г. Дальнейшая инженерная и изобретательская деятельность Узатиса не была связана с горным производством. Но в историю отечественной техники он вошел именно как автор исследований о водяных турбинах, устанавливавшихся тогда на Уральских горно-металлургических заводах, о доменном производстве и особенно как автор энциклопедического «Курса горного искусства», высоко оцененного специалистами и отмеченного Петербургской академией наук (по представлению академика Г. И. Гесса) Демидовской премией *.
Курс этот, предназначавшийся не только слушателям специальных учебных заведений, но инженерам и практикам горной промышленности, «труд самостоятельный и оригинальный», по широте содержавшихся в нем сведений и степени их обобщения намного превосходил другие аналогичные курсы, публиковавшиеся за рубежом в первой половине прошлого столетия.
Отличающийся полнотой содержания и систематичностью изложения, упорядоченностью терминологии, точностью и стройностью системы определений основных понятий, в значительной своей части сохранившейся без изменений до нашего времени, этот труд охватывал все виды горных
* Ежегодные Демидовские премии, имевшие назначение «содействовать к преуспеянию наук, словесности и промышленности в своем отечестве», присуждались с 1831 по 1865 г. общим собранием Петербургской 'Кадемии наук из средств, пожертвованных русским заводчиком П. Н. Демидовым.
176
работ от предварительного разведывания месторождений полезных ископаемых до заключительных операций их обогащения. В нем подробно рассматривались и оценивались методы проходки разведочных, подготовительных и очистных выработок, способы ведения буро-взрывных операций, различные типы креплений и различные конструкции оборудования водоотлива, рудничного подъема и рудничного транспорта. Особое внимание уделялось в нем новой отрасли горной промышленности — добыче каменного угля. Наибольшим же достоинством курса и бесспорной заслугой его автора явилось приложение методов математического анализа к исследованию специальных технических проблем и введение инженерных расчетов в существовавшую практику горных производств. Эта первая попытка, направленная «к утверждению науки на основаниях общих неизменных», попытка, успешно осуществленная и удовлетворявшая запросам совершенствования техники добычи полезных ископаемых, во многом определила дальнейшие направления развития теории горного дела.
РАЗВЕДЫВАНИЕ И ТЕХНИКА ДОБЫЧИ НЕФТИ
Начальные известия о нефтяных месторождениях
На протяжении нескольких столетий деятельность разведчиков полезных ископаемых в России сосредоточивалась главным образом на поисках металлических руд. Разведка и эксплуатация нефтяных месторождений, подобно разведыванию и разработке залежей каменного угля, стали предприниматься лишь в XVIII в. До этого времени, как уже указывалось, потребность в нефти оставалась крайне ограниченной и только «белая» (легкая сураханская) нефть, в небольших количествах ввозившаяся из Баку, использовалась для приготовления боевых зажигательных составов, красок и лекарств. Этим и объясняется безразличное отношение русских правительственных органов и частных предпринимателей к ранним известиям о природных нефтяных запасах, находимых во внутренних районах страны.
Не повлекли за собою повышения интереса к этому ископаемому и сообщения об открытии нефтяных источников в бассейнах рек Печоры и Волги (на реках Ухте и Соке), датируемые 1692 и 1703 гг., равно как и относящееся к 1718 г. описание кавказского путешествия Г. Шобера, лейб-медика Петра I, нанесшего на карту местность между реками Тереком и Сунжей, где «из некоторой горы нефть, или петролеум вытекает, и никто ее не сбирает, ни же употребляет» *. Не привлекло внимания и донесение А. П. Волынского в 1721 г. о нефтяных ключах в той же местности. Столь же безразлично отнеслись правительственные учреждения к известию из Архангельска о нефти, найденной в 1723 г. рудоискателем Г. Черепановым в бассейных рек Мезени и Печоры. Берг-коллегия лишь запросила местные власти, «коликое число оной невти в сутки можно начерпать и с водою [ли] оная невть смешалась или без воды» **. Таким же безрезультатным оказалось поданное в 1738 г. в канцелярию главной артиллерии донесение рекрута Ярославского посада Я. Шаха-нина об открытии нефти на р. Волге ниже Симбирска. Собранные им образцы были доставлены на Самарские серные заводы и в 1741 г. ис
* Отдел рукописей БАН. Собрание Петра Великого (шифр 32.5.16), № 35, лл. 1, 7, 8 об., 22, 22 об.
** ЦГАДА, ф. 271, ед. хр. 94, л. 708.
12 Очерки истории техники в России
177
следовались в лаборатории профессора натуральной истории И. Аммана при Петербургской академии наук. Но, получив экспертное заключение Аммана, канцелярия так и не приняла решения о разработке найденного нефтяного источника, ограничившись посылкой указа о предоставлении дополнительных сведений, «из чего оная [нефть] вынимана, из камня или из воды» *.
Значительно серьезнее отнеслось правительство к известиям о нефтяных месторождениях на западном побережье Каспийского моря, подробно описанных и зарисованных еще в 70-х годах XVII в. Э. Кемпфером, секретарем шведского посольства, направлявшегося в Персию, п вновь осмотренных и описанных в 1719—1720 гг. гидрографом Ф. И. Соймоновым.
В отличие от других полезных ископаемых, форсирование поисков и добычи которых определялось последовательно возраставшими требованиями отечественных производств, нефть рассматривалась русскими правительственными и торговыми кругами первой половины XVIII столетия лишь как доходная статья внешней торговли с кавказскими государствами, Персией (Ираном) и среднеазиатскими ханствами, где население издавна пользовалось нефтью для бытовых нужд и где, следовательно, имелись устойчивые и достаточно емкие рынки сбыта. Возможно, что соображениями целесообразности использования Прикаспийских промыслов с их удобным географическим расположением, многочисленными нефтяными источниками и опытными кадрами промысловиков для расширения выгодных торговых связей со странами Востока руководствовался Петр I, осматривая во время Персидского похода 1722 г. нефтяные колодцы близ Дербента и поручая затем генералу М. А. Матюшкину «разведать о пошлинах и доходах, особенно о нефти» **. Во всяком случае именно промыслы на западном побережье Каспия, отошедшие к России по условиям Петербургского договора 1723 г., были первыми нефтяными промыслами, управлявшимися русской правительственной администрацией.
Собирание нефти с поверхности открытых водоемов
Начало добычи нефти на севере России было положено в 1745 г. на р. Ухте уже упоминавшимся архангельским рудоискателем Ф. С. Пря-дуновым и его сыном.
По описанию академика И. И. Лепехина, на этом промысле для собирания нефти над пробивавшимся со дна реки нефтяным ключом был сооружен отстойный чан с отверстием в днище, огражденный снаружи бревенчатым срубом. Нефть, скоплявшаяся в чане, снималась с поверхности воды берестяными ковшами и переливалась в деревянные ушаты. Обслуживался промысел помимо самого владельца двумя или тремя наемными рабочими. Собранная нефть доставлялась в Москву для перегонки в лаборатории Берг-коллегии и продавалась как лекарственное средство.
В 1753 г. после смерти Ф. С. Прядунова Ухтинский промысел перешел к вологодскому купцу А. И. Нагавикову, а с 1766 г. принадлежал яренскому купцу М. С. Баженову. Количество нефти, добывавшейся на промысле, по данным за два десятилетия (1745—1767) не превышало 856 кг в год ***.
* Архив ВИМАиИВ, ф. Генерального повытья (1741 г.), ед. хр. 632, № 3966, 7704.
** ЦГВИА, ф. ВУА Главного штаба, ед. хр. 37 (1722—1725 гг.), л. 4.
*** ЦГАДА, ф. 248, оп. 39, ед. хр. 763/3246, лл. 701—702 об.
178
В 1754 г. башкирский старшина Н. Уразметов с сыном основали небольшой промысел («нефтяной завод») на р. Сок, выше г. Сергиевска (возможно, в месте, упоминавшемся в 1703 г. петровскими «Ведомостями»). Однако выход нефти оказался незначительным, содержание промысла было невыгодно, и через 3 года работы на нем прекратились. В 1760 г. уфимский купец И. И. Сенеев и старшина Якшимбетов подали заявку на обнаруженное ими нефтяное месторождение около р. Инзера (притока Белой), где «из земли подземная течет нефть» *.
Наконец, в 1777 г. собирание нефти в «российских нефтяных озерах» Оренбургской губернии было предпринято промышленником В. Моргуновым. Кроме того, сведения о нефтяных источниках сообщались в труде известного исследователя Оренбургского края П. И. Рычкова (месторождения у Сергиевска и в верховьях р. Сагиз, притока Эмбы), в отчетах участников академических экспедиций 1768—1774 гг. П. С. Палласа, осматривавшего в 1768 г. нефтяные ключи близ р. Сок, И. И. Лепехина, нашедшего в 1769 г. нефтяной источник на р. Белой у деревни Бишка-дак, и И. П. Фалька, наблюдавшего добычу нефти, которая покрывала слоем толщиной в палец одно из озер близ Эмбы **.
Таким образом, во второй половине XVIII в. в России было разведано уже относительно большое число мест выхода нефти на поверхность. Но ни тогда, ни позднее способ ее собирания на открытых водоемах не получил распространения, хотя применение его в отдельных районах страны (на р. Ухте с использованием отстойных чанов, на о-ве Челекен у восточного побережья Каспийского моря и у источника Май-Булак в Ферганской долине с использованием сточных канав, перегораживавшихся не доходившими до дна дощатыми перегородками, задерживавшими нефть) упоминалось еще в 60-х годах прошлого столетия. Простой по выполнению, он признавался малопроизводительным и невыгодным, так как собиравшаяся при этом тяжелая нефть могла применяться без предварительной перегонки лишь в качестве смазочного материала, по своим свойствам отнюдь не превосходившего другие дешевые и распространенные смазочные материалы того времени.
Добыча асфальта и переработка нефтесодержащего песка
Почти одновременно с началом добычи нефти с поверхности рек и озер в России была начата добыча асфальта (горной смолы) и нефтесодержащего песка.
Документы оренбургского горного начальства содержат относящиеся к 1764 г. сведения об открытых (ведшихся без проходки шахтных стволов и штолен) разработках асфальтового месторождения на р. Инзере в Уфимском уезде ***. Тогда же, по свидетельству П. С. Палласа, открытые асфальтовые разработки велись в Поволжье у Тетюшей, причем добытый асфальт использовался местным населением для воронения железных изделий и смоления лодок. В 1769 г. И. И. Лепёхин обнаружил месторождения асфальта близ села Табынска, а тремя годами позднее^ об аналогичном месторождении у оз. Байкал упоминал И. Г. Георги ****.
* ГАСО, ф. 115, on. 1, ед. хр. 89, л. 4.
** Паллас П. С. Путешествия по разным провинциям Российской империи, ч. I. СПб.. 1773, с. 171; Лепехин И. И. Дневные записки путешествия, ч. II. СПб., 1772, с. 21, 43; Полное собрание путешествий по России, т. 7. СПб., 1825, с. 87—88.
*** ГАСО, ф. 115, on. 1, ед. хр. 98, лл. 2—5, 18—18 об., 22.
**** Georgi J. G. Bemerkungen einer Reise im Russischen Reich im Jahre 1772.
179
12*
В начале 80-х годов добычу асфальта из неглубоких шахт на о. Челекен наблюдал участник Каспийской экспедиции естествоиспытатель К. И. Таблиц, сообщавший, что добытый асфальт очищался от песчаных примесей перетапливанием в котлах, сливался в земляные ямы и затем в смеси с воском использовался для изготовления свечей и факелов. Еще позднее (уже в XIX столетии) были предприняты добыча и переработка нефтесодержащих песков на Таманском полуострове.
Первые письменные известия о нефтяных источниках Тамани относятся к 1785 г., когда Паллас сообщил о нефти, собиравшейся местными жителями с поверхности естественных водоемов. В 1793 г. по приказу адмирала Ф. Ф. Ушакова на Тамань были отправлены рабочие для сбора нефти, предназначавшейся к использованию Черноморским флотом. Тогда же начались нефтедобычные работы отдельных старателей из казаков Черноморского казачьего войска, незадолго до того переселенного на Кубань с Буга и Днепра. Но действительное развитие таманского нефтепромысла и, в частности, использование залежей нефтеносных песков датируется 30-ми годами XIX в.
Пропитанные нефтью песчаные пласты толщиною около 35 см залегали по берегу Азовского моря на глубине 8,4—16 м. Первоначально песок, вынимавшийся из вскрытых пластов, загружался в отстойные чаны, наполненные водой, и подвергался длительному перемешиванию, при котором нефть постепенно всплывала на поверхность и собиралась специальными черпаками. Однако к 1833 г. этот способ был заменен менее тяжелым способом вымывания нефти водяной струей в особых промывочных станках. Каждый такой станок состоял из промывочной ямы с наклонными стенками и покатым дном, выложенными камнем, двух вспомогательных ям, одна из которых, сообщавшаяся с промывочной ямой, заполнялась морской водой, и дощатой перегородки, разделявшей промывочную яму на две камеры и несколько не доходившей до ее дна. В правую (верхнюю) камеру периодически загружался песок, подносимый на носилках из разрабатывавшегося пласта. Затем рабочий, стоявший в яме, поливал песок водой, черпал ее черпаком из более глубокой ямы. Вода, просачиваясь через песчаную толщу, вымывала нефть и постепенно перетекала под разделительной перегородкой, скапливаясь в левой (нижней) камере промывочной ямы. Отделенная от воды нефть собиралась пучками травы, которые вручную отжимались над деревянными ушатами. Из ушатов нефть сливалась в отстойные бочки. Водяные остатки и частицы песка выпускались из бочек через отверстия в днищах. После отстоя нефть поступала в деревянные хранилища-лари, а промытый песок на тачках вывозился в отвалы.
Работая сезонно (в течение четырех летних месяцев, когда вязкость нефти оказывалась наименьшей и отделение ее от песка не составляло существенных затруднений), таманский промывальный промысел достиг в 1838 г. максимального объема нефтедобычи, равного 32,4 т. В последующие годы производительность его постепенно снижалась, и в 1845 г. работы на нем были прекращены, по-видимому, вследствие неоправды-ваемой дороговизны производства.
Значительно интенсивнее продолжались в эти годы разработки месторождений асфальта и кира (песчаных и глинистых горных пород, пропитанных загустевшей нефтью). Помимо промысла и завода близ Керчи, основанного в 1838 г. полковником инженерного корпуса К. И. Бюрно и поставлявшего асфальт из нефтеносного известняка для опытного покрытия тротуаров в Петербурге и Одессе, десятки тонн асфальтового сырья добывались в шахтах на о-ве Челекен и в горе Кок-Тюбе на тер
180
ритории современной Наманганской области, которое использовалось как кровельный и облицовочный материал в жилищном строительстве и при сооружении арыков*. Тогда же горный инженер А. Р. Гернгросс, проводивший по заданию Горного департамента геологическую разведку в Казанской, Симбирской и Оренбургской губерниях, обнаружил асфальтовые залежи возле Костычей (под Сызранью), у Тетюшей и Сер-гиевска **.
Особенно возросла, исчисляясь сотнями тонн в год, добыча асфальта и кира к середине прошлого столетия, когда началась промышленная переработка их для получения парафина. Но в дальнейшем она, подобно добыче нефтесодержащих песков, последовательно уменьшалась. На первое место постепенно выдвигались колодезный способ добычи нефти и ее переработка на нефтеперегонных заводах.
Колодезный способ добычи нефти
Этот способ был известен на многих нефтяных промыслах. Так, в 1766 г. добыча нефти черпанием из ям глубиной до 2,8 м велась на промысле Соболева и Ратова в бассейне реки Печоры. По свидетельству К. И. Таблица, в конце XVIII —начале XIX в. черпание нефти из ям практиковалось на промыслах о-ва Челекен, в Крыму (около крепости Еникале) и на Кубани***. Наконец, добыча нефти черпанием из колодцев глубиной до 27—28 м в течение нескольких столетий велась на Бакинских промыслах, с 1723 г. находившихся под управлением русской администрации и в 1735 г. по Ганджинскому договору отошедших к Персии.
Рытье колодцев на этих промыслах начиналось с выкапывания воронкообразной ямы с пологими стенками (рис. 50, а) на глубину, соответствовавшую глубине залегания нефтяного пласта. На дне ям помещались горизонтальные опорные лежни, скреплявшиеся между собой, и на них укладывались венцы колодезного сруба, уширенные внизу (для удобства очистных работ) и постепенно по мере наращивания их рядов сужавшиеся до размеров квадрата со сторонами 0,7—1,0 м (рис. 50, б). В нижних венцах сруба прорезывались отверстия, через которые нефть поступала в колодец. С наружной стороны такие венцы обкладывались слоями полыни или камыша толщиной 5—8 см, затем яма засыпалась землей. Для большей устойчивости срубов глубоких колодцев часть венцов (с интервалами по высоте от 1,4 до 3,6 м) изготовлялась из удлиненных брусьев, а выступавшие концы их заделывались в грунт. В неглубоких колодцах деревянные срубы нередко заменялись каменной кладкой (рис. 50, в), а при малом притоке нефти — плетневым ограждением. В местностях, периодически подвергавшихся затоплениям,, колодезные срубы и кладка выводились выше уровня земли и вокруг них
* Карелин Г. С. Записки во время путешествия по Каспийскому морю в 1836 г.— Записки русского географического общества по общей географии, 1883, т. 10, с 232— 236; Нефтяные источники Ферганской области.— Известия русского географического общества, 1882, т. 18, с. 40—43.
** ГАОО, ф. 6, оп. 5, ед. хр. 11283, карт. 203, лл. 1, 1 об.; Отчет штабс-капитана Герн-гросса 2-го о поисках, произведенных по поручению Горного начальства в Симбирской, Казанской н Оренбургской губерниях для отыскания асфальта.— Горный журнал, 1837, № 12, с. 413—414, 420—421.
*** Г(аблиц) К. Исторический журнач бывшей в 1781—1782 гг. на Каспийском море российской эскадры. М., 1809, с. 72. Он же. Физическое описание Таврической области. СПб., 1785, с. 54.
181
устраивались земляные насыпи. Устья колодцев перекрывались деревянными навесами.
В начале XIX в. на Биби-Эйбатском нефтяном промысле близ Баку эксплуатировались нефтяные колодцы, располагавшиеся в Каспийском море на расстоянии около 19 м от берега. Сооруженные еще в XVI в. на береговой полосе, они были позднее затоплены при подъеме уровня моря и в конце XVIII в. вновь введены в эксплуатацию после постройки деревянных защитных ограждений.
182
Длительное время техника сооружения нефтяных колодцев оставалась неизменной. Приемы строительства, характерные для XVII и XVIII столетий, сохранялись на Бакинских промыслах до начала XIX в., когда они после присоединения Северного Азербайджана к России снова перешли в ведение русской правительственной администрации. Лишь в 1844 г. Н. И. Воскобойников, несколько лет работавший директором промыслов, предложил способ шахтной проходки колодезных стволов, значительно сокращавший объем строительных работ.
Столь же несовершенной оставалась техника черпания нефти с помощью ручных воротов, а при эксплуатации глубоких колодцев — с помощью примитивных конных машин (рис. 50, г). Черпание производилось ведрами (мешками) емкостью до 80 кг, сшивавшимися из козьих или лошадиных шкур и подвешивавшихся к подъемным канатам посредством железных колец и дуг. Поднятые воротами ведра опорожнялись вручную. В случаях применения конных машин ведра опорожнялись механически— при набегании на нижние направляющие ролики (блоки) подъемных устройств. Отдельные попытки совершенствования черпальных работ, предпринимавшиеся на различных промыслах в 30-х годах, не получали сколько-нибудь заметного распространения. Так, по сообщению обергитенфервальтера Н. П. Фоллендорфа, на некоторых нефтяных колодцах Тамани в 1833 г. применялись ручные насосы, но глубина откачивания нефти не превышала 4,3 м, и преобладающим способом добычи по-прежнему оставался способ собирания нефти пучками травы, опускавшимися в колодцы и затем отжимавшимися над ведрами или ушатами. В 1839 г. в министерстве государственных имуществ рассматривался проект механизации откачивания нефти из колодцев на Бакинских промыслах при помощи паровых насосов с котельными установками, отапливаемыми природным газом. Однако проект был отклонен, так как глубины колодцев превышали возможную высоту всасывания, а трубопроводный транспорт газа по промыслам вследствие их разбросанности был признан невозможным.
Очень сложными при колодезной добыче нефти были очистные и ремонтные работы, проводившиеся по мере засорения колодцев и повреждения их срубов или облицовочной кладки. Рабочие, опускавшиеся в колодцы на веревках или по лестницам, задыхались от недостатка воздуха. Длительность единичного рабочего цикла при чистке и ремонте глубоких узких колодцев обычно не превышала 1 мин, по истечении этого времени очередной чистильщик или ремонтник поднимался наверх, и на смену ему опускался другой. Только в 1835 г. Н. И. Воскобойников, пытаясь облегчить проведение этих исключительно тяжелых и опасных работ, предложил использовать для подачи свежего воздуха «холщевые вентиляторы»-—матерчатые рукава, опускавшиеся в колодцы с поверхности земли. Пятью годами позднее он же ввел в эксплуатационную практику пользование «дыхательными снарядами» — простейшими респираторами с гибкими воздухоотводящими трубками, выводившимися за пределы колодцев. В таких «дыхательных снарядах» рабочие могли достаточно долго находиться в атмосфере, насыщенной нефтяными парами, и пользоваться необходимыми инструментами.
Частичные улучшения в строительстве и эксплуатации нефтяных колодцев не обеспечивали необходимого прироста нефтедобычи. Приток нефти в колодцы постепенно уменьшался вследствие истощения нефтеносных пластов, залегавших на небольшой глубине. Если, например, на Бакинских промыслах в 1825 г. из 120 колодцев было добыто 4126 т< нефти, то в 1862 г., когда количество колодцев возросло почти вдвое
183
(до 220), общая добыча увеличилась лишь на 33% и составила 5480 т,' явно не удовлетворяя повышавшийся спрос на нефтепродукты *. Ко второй половине XIX столетия все очевиднее становилась необходимость перехода к новому, более эффективному способу проведения нефтеразведывательных и добычных работ. Таким способом было бурение, давно и успешно применявшееся в других областях горного дела.
Разведывательное бурение и добыча нефти из буровых скажин
Впервые разведывательное бурение на нефть проводилось на Таманском полуострове в 1835 г. Разведка велась с помощью «земляного» бура 1 (рис. 51), вручную ввинчивавшегося в толщу разведываемого грунта и по конструкции не отличавшегося от буров, известных в практике горных работ еще в XVIII в. [141, табл. 34]. Иногда для облегчения бурения в буровую скважину подливали воду. Если на вынутом буре оказывались следы нефти, то в месте бурения выкапывалась неглубокая яма 2, проходился узкий колодец 3 (с поперечным сечением 225X335 мм) до нефтяного слоя 4. Грунт при такой проходке разрыхлялся прямой лопатой 5 и извлекался из колодезного ствола изогнутой лопатой-«чистячкой» 6.
В 1844 г. член совета главного управления Закавказским краем В. Н. Семенов для повышения добычи нефти на Бакинских промыслах предложил углубить с помощью буров имевшиеся нефтяные колодцы и провести разведывательное бурение в районах балаханских, биби-эй-батских и кабристанских колодцев. Через 2 года разведка Новых нефтяных месторождений близ Баку была предпринята горным инженером К- Юндзиллом **.
Однако на протяжении почти двух десятилетий бурение нефтяных скважин не получало признания. Крайне дешевый труд крепостных крестьян, занятых на промыслах, делал экономически невыгодным применение нового оборудования и новых технологических приемов. Система краткосрочных откупов, при которой предприниматели (откупщики) по договорам с казной приобретали право временного (сроком до 8 лет) единоличного пользования огромными нефтеносными участками, также исключала экономическую оправданность сколько-нибудь крупных денежных затрат на совершенствование промысловой техники. Территории таких участков, как свидетельствуют современники, нередко оказывались «величиной с целое государство». Так, крупный откупщик И. Мирзоев получил в 1863 г. на откуп нефтеносные участки в Бакинской, Ше-махинской, Ленкоранской и Нухинской губерниях, в Дербентском градоначальстве, Кайтаго-Табасаранском и Закавказском округах общей площадью 57 тыс. км2***. Доводам о целесообразности ведения буровых работ противопоставлялись теоретические доводы, подобные мнению известного геолога Г. В. Абиха о недостаточном притоке нефти к пробуренным скважинам сравнительно с притоком ее к колодцам вследствие
* ЦГИА ГССР, ф. 2 (канцелярия Гл. управления Закавказским краем), on. 1, ед. хр. 1502 (1825 г.), лл. 90—92; ф. 264 (Кавказское горное управление), ед. хр. 266 (1866 г.), лл. 36, 36 об.; Сборник статистических сведений по горной части на 1865 г. СПб., 1865, с. 304.
** ЦГИАЛ, ф. 37, оп. 25, ед. хр. 1139 (1835 г.), лл. 50об., 51 об.; ед. хр. 1197 (1847 г.), л. 12.
*** Газ. «Биржа», 1872, № 193.
184
лодец
51. Ручной земляной бур и
разведочный ко-
малого диаметра обсадных труб *. Это было справедливо лишь для случаев проходки скважин на небольшую глубину. Главным же достоинством нового способа была возможность относительно дешевого и быстрого вскрытия глубоколе-жащих нефтеносных пластов с большим пластовым давлением.
Только с отменой крепостного права, когда ранние русские опыты бурения на нефть уже были успешно продолжены за рубежом (разработка нефтяных месторождений буровыми скважинами в США была начата в 1859 г., глубина первой скважины равнялась 21 м), буровые работы начали постепенно вводиться в практику отечественных нефтепромыслов.
В 1866 г. после двухлетней подготовки на нефтяном промысле А. Н. Новосильцева близ Анапы
вошла в эксплуатацию первая буровая скважина (нефтяной артезианский колодец) глубиной 54,7 м, дававшая до 164 т нефти в сутки **. Проходка этой скважины, как и других скважин, закладывавшихся в более позднее время, велась способом штангового бурения.
Перед началом собственно буровых работ на месте, где закладывалась скважина, выкапывалась яма 1 (рис. 52) глубиной около 2,5 м, ограждавшаяся боковыми дощатыми щитами и перекрывавшаяся прочным деревянным настилом 2. Над ямой сооружалась буровая вышка (башня) 3 высотой до 12 м с двумя боковыми пристройками 4. В одной устанавливалась лебедка 5 для подъема и опускания штанг с буровым инструментом, в другой помещался станок 6 с балансиром 7, применявшийся для случаев ударного бурения в твердых грунтах. На барабане лебедки закреплялся подъемный канат 8, перекинутый через направляющий блок в буровой вышке и посредством скобы 9 соединенный с четырехгранной буровой штангой 10. Штанга эта, несшая буровой инструмент, проходила сквозь отверстие в разборной крышке 11 над лю
ком, прорезанным в деревянном настиле, и удерживалась в заданном положении ключом 12.
Основная операция бурения — рыхление грунта (дробление породы)— осуществлялась долотами 13, в зависимости от длины рабочей кромки которых диаметр проходимых скважин варьировался в пределах от 150 до 355 мм. По мере выполнения буровых работ долота периодически извлекались из забоев и заменялись полыми цилиндрическими зачищающими инструментами — желонками 14.
После окончания зачистных операций в скважину опускалось очередное звено обсадной трубы. Изготовлявшиеся из котельного железа
* Абих Г. В. Краткий обзор строения Апшеронского полуострова и некоторые сведения о минеральных произведениях Бакинской губернии.— Записки Кавказского отдела Русского географического общества, 1864, кн. 6, с. 141—142.
** ЦГИАЛ, ф. 37, оп. 64, ед. хр. 1938 (1867 г.), л. 43 об.
185
52. Установка для бурения нефтяных скважин
толщиной 1,5—3 мм и имевшие длину около 0,8 м звенья эти скреплялись между собой заклепками. Так как последующее бурение велось буровыми инструментами меньшего диаметра, соответствовавшего внутреннему диаметру трубного звена, то для расширения скважины в забое и выбирания породы под нижней кромкой опущенной трубы использовались вспомогательные инструменты — расширители 15 с раздвиж-
186
S3. Черпание нефти желонкой
ными режущими лезвиями. При движении в трубе лезвия сжимались ее стенками, по выходе из трубы раздвигались под действием разводных пружин. Скорость бурения в начале работ составляла примерно 3—3,6 м в день, в дальнейшем (с увеличением глубины скважины) — в среднем 0,6 м, а при проходке твердых пород не превышала 0,3 м.
Из пробуренных скважин нефть черпалась железными бадьями, также получившими название желонок (рис. 53). Каждая из них, высотой до 6 м, подвешенная к подъемному канату и открытая сверху, снабжалась донным загрузочным клапаном со стержнем, выступавшим наружу. При опускании желонки стержень соприкасался с дном скважины и открывал клапан, а желонка заполнялась нефтью. При поднимании желонки давление нефтяного столба в ней закрывало клапан. Для подъема желонок применялась конная тяга. С той же целью использовались лебедки с ручным приводом и реже лебедки с приводом от паровых машин. Поднятая нефть сливалась из желонок в приемные лари. Применение конной тяги на буровых скважинах глубиной 50—70 м давало возможность подъема 30—40 желонок в 1 час; при использовании паровых лебедок в течение 1 часа выполнялось 50—60 подъемов.
Первые опыты нефтяного бурения, еще далекие от совершенства, все же увеличивали добычу нефти, способствовали развитию техники переработки и транспортировки нефти, повышали ее значение в хозяйственной жизни страны.
К концу 60-х годов прошлого столетия по примеру Кубанского промысла А. Н. Новосильцева буровые работы были предприняты в Татарии, на правобережье Волги у Тетюшей, на р. Ухте и на Ширакских промыслах в б. Тифлисской губернии. Но повсеместное вытеснение старого колодезного способа нефтедобычных работ новым способом разработки нефтяных месторождений буровыми скважинами относится к 70-м годам, когда была отменена откупная система на территориях основных нефтеносных районов Закавказья.
187
ГЛАВА ВТОРАЯ
МЕТАЛЛУРГИЯ
СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛУРГИИ К НАЧАЛУ XVII В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Расширение поисковых работ и улучшение способов разведки полезных ископаемых, увеличение добычи руд и совершенствование способов разработки рудных месторождений диктовались возраставшей потребностью в металлах, развитием металлургии.
Возникновение горно-металлургических промыслов на территории России относится к древнейшим периодам. Но, как уже говорилось ранее, до конца XV столетия они сосредоточивались в центральных и северо-западных районах государства. Отсутствие местных запасов медных, свинцово-серебряных и оловянных руд исключало возможность организации производства цветных металлов. Только в 1491 —1492 гг. по настоянию Ивана III была сделана первая попытка разведывания, добычи и плавки медной руды на р. Цильме (притоке Печоры), не принесшая сколько-нибудь существенных результатов. Столь же малоуспешными были попытки, предпринимавшиеся в первой половине XVI в. при Иване IV и прерванные Ливонской войной 1558—1583 гг., опустошительными набегами крымских татар, бурными событиями внутри страны и польско-шведской интервенцией.
Поиски медных и свинцово-серебряных руд возобновились во втором десятилетии XVII в. на Пермских землях и на землях Строгановых. Там же в 20-х годах было положено начало медеплавильным промыслам. Позднее, во второй трети того же столетия, начались добыча и плавка серебряных руд из залежей, разведанных на Северном Кавказе в районе Нальчика. В дальнейшем по мере освоения Сибири серебро- и свинцовоплавильные промыслы были основаны в Забайкалье близ Нерчинского и Аргунского острогов. Еще позднее, уже в XVIII в. началось производственное освоение месторождений коренного (рудного) золота у Выг-озера и на Урале. Наконец, лишь в середине второго десятилетия XIX в. началась эксплуатация уральских платиновых россыпей.
Значительно интенсивнее развивалось производство железа. Еще в XV в. определились районы железоделательных промыслов в Подмосковье у Тулы, Серпухова и Каширы, в Замосковном крае у Белоозера и, Пошехонья, у Ярославля, Галича и Костромы, в Новгородском крае у Бежицы и Осташкова, около Устюжны-Железопольской, в Олонецком, крае и Карелии, в Поморье, у Яренска и в Заонежье на так называемых Лопских погостах. Оставаясь деревенскими (крестьянскими) промыслами, они относились к той промысловой категории, в которой ранее других происходило формирование товарного производства, постепенно отделявшего промышленность от сельского хозяйства и устанавливавшего разделение трудового процесса между отдельными группами работников. Если в конце XV в. одна крестьянская семья, владевшая домни-цей (дымарней), сама копала руду, дробила ее, готовя к загрузке в плавильный горн, вела плавку и последующую проковку выплавленных криц, то в XVI в. все более отчетливо выделялись самостоятельные профессии копачей (рудокопов), рудников (дробильщиков и промывальщиков добытой руды), домников, или дымарей (плавильщиков, ведших процесс восстановления железа из руд), и ковачей (кузнецов, проковы
188
вавших крицы для удаления частиц шлака и угля). При этом домницы нередко располагались далеко от рудных месторождений, а число плавильных горнов в них по мере укрупнения производств увеличивалось от 1—2-х в XV—XVI столетиях и 3-х — в XVII до 4-х и более в начале XVIII столетия.
Общее годовое количество железа в крицах, выплавлявшееся в стране к концу XVI в., по подсчетам академика С. Г. Струмилина составляло 150 тыс. пудов (2,5 тыс. т) [127, с. 26].
СЫРОДУТНЫЙ способ получения железа
Производство сыродутного железа в XVII столетии
В истории железоделательных промыслов наиболее длительное время сохранялся способ прямого восстановления железа из руд в так называемых сыродутных плавильных горнах (печах) с искусственной по дачей неподогретого (сырого) воздуха клинчатыми воздуходувными мехами (рис. 54).
Известный на Руси в течение многих столетий, этот одностадийный способ к началу XVII в. по техническому уровню вряд ли значительнс отличался от того, что было достигнуто еще в домонгольский период.
Архивные документы не содержат сколько-нибудь подробных сведений ни об особенностях технологических процессов плавки, ни о конструкциях плавильного оборудования того времени. Нет таких сведений и среди археологических и этнографических материалов. Только из отдельных разрозненных свидетельств можно установить, что, как и в предшествовавшее время, руда перед плавкой измельчалась вручную пестами в дробильных ступах, затем промывалась, просушивалась и загружалась в горн на слой предварительно поджигавшегося древесного угля, а воздух во внутреннее пространство горна нагнетался посредством двух ручных воздуходувных мехов. Выплавленные крицы проковывались ручными молотами для получения дельного железа.
По-видимому, в тот период было характерно увеличение емкости и суточной производительности сыродутных горнов и сооружение особых помещений (железцовых кузниц) с нагревательными горнами для операций передела криц в дельное железо. Но если появление таких кузниц подтверждается писцовыми книгами, служебными донесениями и деловой перепиской, то о размерах горнов можно судить лишь по косвенным данным — из сопоставления веса криц, не одинакового для различных железоделательных промысловых районов. Так, вероятно, наиболее крупные горны, в которых выплавлялись крицы весом до 70 фунтов (28,6 кг), находились на промыслах Лопских погостов. В меньших горнах велась плавка криц «весом по пуду с лишком» на Верхотурском промысле Д. А. Тумашева. Еще меньшими были горны Тихвинских промыслов Новгородского края, где вес выплавлявшихся криц не превышал 36 фунтов (14,7 кг) [ 127, с. 28, 30].
Крицы путем многократного нагрева и проковки переделывали в железо, пригодное для выделки изделий. Если в конце XVI в. в стране производили до 150 тыс. пудов железа в крицах, то в первой половине XVIII в. уже до 350 тыс. пудов или до 230 пудов дельного железа. Эту продукцию получали в сыродутных горнах, которых насчитывалось не меньше 3 тыс. [127, с. 16—26, 27—48].
Удаленность друг от друга центров производства металла, неравномерность развития экономики страны влияли и на развитие техники
189
54. Клинчатый воздуходувный мех (ГИМ)
получения сыродутного железа. Об этом говорит и неодинаковый вес криц в разных районах. В первой половине XVIII в. в Галицком уезде изготовляли преимущественно небольшие крицы. В месяц их получали до 50 штук весом по 8 фунтов. В течение суток в горне могли получать 2 или 3 крицы. В бассейне р. Унжы крестьяне выделывали в горне по 3, а в деревне Тарашево — по 2 крицы в сутки. В большей части районов изготовляли крицы весом около 12 фунтов (4,9 кг). В Алешевской и Шишкиловской волостях в 1720—1723 гг. выделывали в год по 50 криц, с выходом железа 10 пудов, т. е. из одной крицы получалось примерно 8 фунтов дельного железа. Учитывая угар при переделе, получим, что крицы весили около 12 фунтов каждая.
В основном в сыродутных горнах крицы получали весом от 2 до 6,6 кг. Это свидетельствует о том, что объем горнов не увеличивался, и поэтому, чтобы получить необходимое количество’железа, приходилось строить большее число горнов. Однако в некоторых районах России производительность была значительно выше. Так, в начале XVIII в. в Тульской слободе суточной нормой выработки в одном горне считали по 1,5 крицы. Их вес был равен 5 пудам. В сутки получали до 123 кг железа в крицах [127, с. 40].
Для удовлетворения хозяйственных потребностей в железе крестья-не использовали маленькие горны, которые почти не отличались от сыродутных горнов домонгольского периода. Такое кустарное производство железа было распространено в Сибири и Якутии. В начале XVIII в. И. Г. Гмелин наблюдал между реками Кондома и Мраза работу сыродутного горна, расположенного в юрте. Горн состоял как бы из двух частей: нижней — в виде углубления в земле и верхней — глиняной «вьюшки». Нижнее сферическое углубление было диаметром около 15 см. Глиняная «вьюшка» высотой 39 см имела вверху отверстие диаметром 4 см. В низу «вьюшки» для вынимания крицы имелось отверстие, которое во время работы горна закладывали камнем и замазывали глиной. Работали у горна два человека. Из 1,2 кг мелкой толченой руды в течение полутора часов получали 0,8 кг железа в виде крицы. Воздух в горн подавался двумя воздуходувными мехами. Такую же картину наблюдал И. Г. Георги в конце XVIII в. в том же месте, а также в Якутии.
Необходимость получать крицы весом до 1 пуда и более требовала
190
иных форм производственных отношений между людьми в процессе изготовления железа. Если при работе в маленьких горнах одной крестьянской семье можно было и добывать руду, и выплавлять железо, то в дальнейшем потребовалось разделить труд: руду копали крестьяне одной деревни, а выделкой железа занимались жители другой. Это привело к изменениям в технике производства железа. Раньше маленькие горны использовались и для восстановления железа из руды, и для получения из крицы дельного железа. Теперь восстановление железа из руд велось в сыродутных горнах, в домницах, а передел криц в дельное железо — в железцовых кузницах. Это разделение труда при значительном количестве горнов вело к возникновению начальных форм капиталистической мануфактуры [127, с. 83—101].
Сыродутное железо в XVIII в.
Описаний сыродутных горнов XVIII в. сохранилось мало. Одно из самых ранних оставлено шведским металлургом Норбергом, который видел сыродутный горн в конце XVIII в. в районе Устюжны-Железополь-ской. В основании горн имел прямоугольное сечение (0,53—0,55 м шириной и длиной на уровне фурмы), а завершался круглым отверстием, которое едва достигало 0,3 м в диаметре. Высота рабочего пространства горна над фурмой равнялась 0,91 м, объем его был не более 0,2 м3.
Восстанавливали железо из руды следующим образом. Горн заполняли древесным углем и сверху засыпали руду. На единицу объема руды затрачивали по 4,4 единицы угля. По сгорании угля вновь задавалась та же порция угля и руды, и так повторялось до тех пор, пока не получалась крица весом примерно в 1 пуд. Как только крица была готова, мехи убирали, переднюю часть горна (которую называли грудь) выламывали и вынимали крицу. Разбирали не всю переднюю часть горна, а только отверстие внизу около места установки железной фурмы, ранее заложенное камнями. Вынутую крицу обколачивали на камне деревянной колотушкой для уплотнения и удаления шлака, а затем разрубали топором на отдельные куски. В сутки двое рабочих делали 6 криц, т. е. около 98 кг кричного железа.
Подобные горны прямоугольного сечения были широко распространены в европейской части нашей страны. В начале XIX в. на территории Белоруссии горны были высотой 0,53 м, расстояние между стенками в основании — 0,7 м. Примерно в это же время в Карелии действовали горны несколько больших размеров (рис. 55). Объем их рабочего пространства составлял около 0,41 м3. В сутки в таком горне 3 человека получали до 4-х криц весом 4—5 пудов. При этом на единицу кричного железа затрачивалось 4,22 единицы руды и 2,44 единицы угля. В Устюжском и Белозерском уездах горны прямоугольного сечения в начале XIX в. видел академик В. М. Севергин, а в 1852 г.— А. Поливин. В 1862 г. Н. Каргопольцев осматривал подобные горны, приспособленные жителями Череповецкого уезда для передела отходов железоделательного и кузнечного производств в железо [ 144, с. 65—71 ].
Водяной двигатель, как известно, был основой техники мануфактурного периода, поэтому неудивительно, что к сыродутным горнам также начали устанавливать водяные колеса. В начале XVIII в. они применялись для приведения в движение воздуходувных мехов сыродутных горнов. С таким приводом были установлены 7 сыродутных горнов на Вохтозерском заводе в Карелии, а во второй половине XVIII в,—два горна на сыродутной фабрике Топорецкого доменного и молотового-
191
55. Карельский плавильный горн начала XIX в.
завода, 3 на Туломозерском заводе, два на Тивдинском, 4 на Туборец-ком *.
В других районах также использовали энергию падающей воды в сыродутном производстве железа. В начале XIX в. в районах Киева и Во-
* Васильевская О. В. Частная металлургия Карелии в середине XVIII века (1730— 1770 гг.). Петрозаводск, 1954, с. 43, 49, 60 и др.
192
лыни в руднях (помещение с горнами и молотами) воздуходувные мехи и молоты приводились в движение водяным колесом. Это позволяло в сравнительно небольшом сыродутном горне (с высотой рабочего пространства около 0,6 м) получать в сутки две крицы весом до 7 пудов каждая. При этом на единицу железа в крицах затрачивалось по весу 8,57 единиц руды и 5,7 угля [127, с. 76—77].
Повышенный спрос на металл заставлял постоянно улучшать сыродутный способ получения железа. Однако на смену ему шло более совершенное доменное производство. Оно решительно вытесняло сыродутные горны, и лишь в отдельных экономически отсталых районах они сохранялись до конца XIX — начала XX в. Особенно долго сыродутные горны применялись в Якутии.
В начале XVIII в. сыродутное производство железа в нашей стране достигло высшего уровня — 350 тыс. пудов в год железа в крицах. Затем стало резко возрастать получение железа способом кричного передела чугуна. В 1718 г. таким способом было произведено 284 тыс. пудов, а дельного сыродутного железа изготовлено 230 тыс. пудов. В русской металлургии начался переход на более высокую ступень технического развития.
РАЗВИТИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛА
Создание доменной печи
Возникновение доменного процесса органически связано с сыродутными способами получения металла, а современная доменная печь представляет собой конечный этап эволюции сыродутного горна.
Сыродутный горн с искусственным дутьем постепенно приобрел форму шахтной печи с вертикальным рабочим пространством. Горение угля в ней, с одной стороны, развивало достаточно высокую температуру, а с другой — создавало внутри печи сильно восстановительную атмосферу вследствие образования окиси углерода. В этих условиях составные части железной руды претерпевали химические превращения, состоящие в том, что одна часть окислов железа восстанавливалась до металлического железа и отчасти науглероживалась, а другая, превращаясь в закись железа, соединялась с кремнеземом и иными окислами и превращалась в легкоплавкий железистый шлак. Но так как образование закиси предшествует получению металлического железа, то закись железа тотчас же шлаковалась смешанной с ней пустой породой. Окончательному восстановлению подвергалось только то количество закиси железа, для ошлакования которой не хватало пустой породы.
При увеличении высоты печи температура верхних и нижних ее частей значительно различалась. При определенной высоте печи в верхних частях ее на большом протяжении температура становилась ниже той, которая необходима для шлакования закиси железа. Однако температура все же достаточна для восстановления железа из его окислов. Поэтому в высоких шахтных печах процессы восстановления железа и шлакования совершаются на различных горизонтах и в различные периоды: сначала в верхних частях печи происходит восстановление, а в нижних горизонтах идет шлакование. Если загруженные материалы (шихта) будут опускаться медленно, то значительная часть окислов успеет восстановиться прежде, чем шихта достигнет горизонта с высокой температурой, где происходит шлакование.
13 Очерки истории техники в России 193
Так как восстановленное железо не может шлаковаться кремнекис-лотой, то потери железа в шлаке становятся минимальными. Для шлакования пустой породы в шихту добавляются основные окислы, которые в высоких шахтных печах не восстанавливаются. Для получения легкоплавких шлаков обычно используют известь, которая при взаимодействии с пустой породой образует шлак, выпускаемый из печи в жидком виде.
Благодаря длительному пребыванию восстановленного железа в контакте с углем оно успевает значительно науглеродиться и поэтому превращается в легкоплавкий чугун с содержанием около 4% углерода. Он, также получается в жидком виде и легко выпускается из печи.
Таковы те существенные изменения, благодаря которым сыродутный процесс преобразовался в доменный. Это произошло в результате увеличения высоты печи и потребовало добавки в шихту шлакующих флюсов.
Конечным продуктом сыродутного способа был металл, который непосредственно шел на производство изделий. В доменном процессе получался чугун, который для превращения в железо и сталь должен был подвергаться дополнительной операции (переделу). Лишь сравнительно небольшая часть чугуна использовалась непосредственно на изготовление различных изделий в виде чугунного литья.
Превращение сыродутного горна в доменную печь завершилось раньше в Западной Европе. Доменные печи появились не ранее середины XIV в. и не позже половины XV в. в Нидерландах. Сначала это были небольшие сооружения, хотя в то время их называли «высокими», да и производительность их была лишь чуть больше производительности наиболее совершенных сыродутных горнов. По описанию, составленному Бирингуччо в 1540 г., в Италии доменные печи были не выше 4—5 м. Старейшие печи в Гарце достигали 4,5—5,3 м, а высота шведских даже в XVII в. колебалась между 3,6 и 6,0 м. И те и другие давали всего 600—900 кг чугуна в сутки [127, с. 98].
Доменное производство в XVII столетии
Возможности для развития доменного производства в Московской Руси созрели значительно позже, чем в ряде стран Западной Европы, зато в некоторых отношениях они оказались гораздо благоприятнее. Кроме изобилия и дешевизны естественных сырьевых ресурсов, необходимых для создания крупного производства, Московская Русь имела еще ту особенность, что не знала ограничений, связанных с цеховой регламентацией мелкого ремесленного производства, как это было в западных странах. Поэтому доменное производство России, возникнув позже, чем на Западе, могло строиться по наиболее законченным и передовым зарубежным образцам. Однако в нашей стране не ограничивались слепым подражанием Западу, а, учитывая местные условия, значительно совершенствовали технику производства металла.
В 1632 г. голландский купец А. Виниус с компаньонами получил жалованную грамоту на сооружение заводов на реках между городами Серпухов и Тула. Постройка затянулась надолго, первое железо в количестве 144 пуда было получено лишь в 1636 г. Официальный же пуск завода состоялся не ранее 1637 г. Доменные печи Тульских (Городищен-ских) заводов были построены, по-видимому, по образцам французской части Нидерландов, так как в начале 1636 г. оттуда прибыла
194
направленная А. Виниусом группа мастеров для работы на этих заводах.
О технике и технологии первых доменных заводов России имеются весьма скудные сведения. Археологическая разведка, проведенная Институтом истории естествознания и техники АН СССР, позволила установить расположение заводов [126]. По сведениям 1647 г., на речке Тулица были построены четыре плотины. У двух из них были «плавильни». Одна из «плавилен» «рублена в столбы забором, крыта лубьем», а в ней «горн большой с трубою» (горном в доменной печи называется нижняя ее часть, где собирается чугун). Из сведений 1662 г. можно установить, что доменные печи на Тульских заводах были построены около одной плотины по две в одном кожухе. Кожух сооружался из больших белых камней, а внутреннее рабочее пространство обкладывалось огнеупорными камнями.
В одной из находящихся в общем кожухе печей выплавляли чугун, а вторая была запасной, и ее рабочее пространство футеровали лишь по мере надобности, Воздух в горн подавался двумя клинчатыми деревянными мехами длиною около 7,8 м, которые приводились в движение энергией водяного колеса. Кожух занимал площадь 14,7X8,4 м при высоте 7,4 м, что для того времени было большим техническим достижением.
Подобные печи в Западной Европе стали строить лишь через столетие. Так, новейшая для 30-х годов XVIII в. шведская доменная печь в Даннеморе достигала высоты 7,4 м, а «величайшая и знаменитейшая» английская печь в Суссексе высотой 8,5 м давала в сутки не более 1,6 т чугуна. Суточная же производительность тульских доменных печей достигала 1,64—1,97 т. В странах Западной Европы доменных печей такой производительности не было даже в 30-х годах XVIII в. Лучшие печи в Бельгии (в Люттихе) высотой 6,5 м давали в сутки до 1,7 т чугуна. И качественные показатели доменных печей Тульских (Городищенских) заводов не уступали зарубежным. В 1662 г. руду перед загрузкой в них обжигали на дровяных кострах. На единицу чугуна затрачивалось по весу 1,7—2,0 единицы руды и 2,5—3,0 единицы древесного угля. В шведских доменных печах на единицу чугуна расходовали 3,6—4,2 единицы древесного угля, а в некоторых немецких печах даже больше 6 единиц [127, с. 98].
Таким образом, в нашей стране были превзойдены основные достижения черной металлургии Западной Европы. Сооружение новых заводов в России вело к дальнейшему совершенствованию металлургии. Во второй половине XVII в. были построены Каширские металлургические заводы на р. Скниге, а затем на р. Протве. Несколько позже начали работать заводы на реках Вепрейка, Угодка, Истья. В ряде районов строились мелкие заводы. На Вепрейском заводе, построенном не позже 1671 г., работала доменная печь высотой 8,5 м. Подобная же печь имелась на Тульских (Городищенских) заводах в 1690 г. Кожух этих печей, выложенный камнями, укреплялся железными связями. Была попытка строить по одной доменной печи в кожухе.
Уральские доменные печи XVIII в.
К началу XVIII в. лесные ресурсы черной металлургии в центре России сильно истощились. А между тем длительные войны, которые вел Петр I, предъявляли повышенный спрос на металл. Фосфористый чугун
195
13*
56. Чертеж Каменского доменного завода, 1701 г. (Эрмитаж)
и выделенное из него железо Замосковского центра были мало пригодны для литья пушек и изготовления ружейных стволов и сабель. Уральские же железные руды привлекали не только своей неисчерпаемостью, но главным образом высоким качеством. Они позволяли получать металлы с минимальным содержанием вредных примесей. Внимание к Уралу привлекали также дешевые рабочие руки и изобилие лесов.
Первенцами уральской черной металлургии были Каменский и Невьянский заводы. Их начали строить в 1699—1700 гг. Первый выпуск уральского чугуна из доменной печи производился 15 октября 1701 г. на Каменском заводе, а через два месяца — на Невьянском [127, с. 144— 163]. Из сообщений того времени видно, что производительность доменных печей на первенцах уральской металлургии была значительно выше, чем на заводах центра России. Так, в конце 1702 г. доменный мастер Каменского завода Я. Фадеев сообщал: «... В сутки де выходит у него из домны чугуну по два выпуска, а в выпуске пуд по 90, и по 100, и по НО, и по 120» *. При этом на единицу чугуна по весу затрачивали 1,67— 2,22 единицы руды и 4,0—5,3 единицы древесного угля.
* ЦГАДА, ф. 151, 1702, д. 48, лл. 56, 118 об.
196
Некоторое представление о доменных печах Каменского завода и о самом заводе 1701 г. дает рис. 56. Однако подробнее о размерах первых уральских доменных печей можно судить по сохранившимся письменным сведениям. В конце 1702 г. Н. Демидов, ставший владельцем Невьянского завода, сообщал, что в сутки в доменную печь загружали 500,, 520, 550 пудов руды и чугун выпускали 2 раза по 120 пудов в выпуске. Следовательно, суточная производительность доменной печи в 1702 г. достигала 240 пудов. Таким образом, уже первые уральские доменные печи были мощнее доменных печей центра России и давали продукции в 2 раза больше.
Доменная печь Невьянского завода была «складена из женого кир-пичю с известью длиною пяти сажень, поперёг полпяты сажени, в вышину четыре сажени от подошвы, на домне колоша в вышину в полтора аршина»*, т. е. корпус печи занимал площадь 10,7X9,6 м, а высота достигала 9,6 м. Следует заметить, что амбары, в которых изготовляли формы и отливали изделия, на уральских заводах были сделаны больших размеров. Если на Тульском (Городищенском) заводе амбар был «длиною 10, поперег 6 саженей», то на Невьянском заводе—13X11 саженей, на Каменском заводе еще больше— 16X16 саженей. Для заливки изделий в доменных амбарах в землю врывали скрепленный железными обручами «большой чан» высотой 5,7, диаметром внизу 4,3 м и вверху 3,6 м.
Вслед за Каменским и Невьянёким заводами на Урале возникли Ук-тусский и Алапаевский (1704), Верхне-Тагильский (1720), Выйский (1722), Екатеринбургский (1724), Нижне-Тагильский (1725). Всего с 1700 по 1725 г. на Урале построено 20 доменных печей, в которых в 1725 г. было выплавлено 595,2 тыс. пудов чугуна. В центре же России — в Подмосковном районе, в Олонецком крае и близ Воронежа — у пяти заводчиков к началу XVIII в. насчитывалось всего 10 доменных печей (у Нарышкина 2 на Ченцовском и 1 на Вепрейском заводах, у Меллеров 2 на Угодском, у Борина 2 на Воронежском, у Бутенанта 2 на Олонецких, у Воронина 1 на Сорокинском).
Так как Урал был весьма далек от западных и южных границ страны, правительство Петра I затратило немало усилий для создания и расширения Олонецких и Липецких доменных и пушечных заводов. Среди них наиболее значительными были Петровский и Повенецкий. Однако доменные печи здесь были небольшими. На Петровском заводе каждая доменная печь, выпуская чугун один раз «в трои сутки», давала всего до 165 пудов чугуна, т. е. 55 пудов в сутки. Повенецкие были еще меньше — в сутки каждая из двух печей давала по 45 пудов чугуна. Болотные руды, которые использовали на Олонецких заводах, были весьма бедны, и их требовалось по 4,46 единицы на единицу чугуна по весу. С 1718 г. начала действовать доменная печь Кончозерского завода.
Небольшие доменные печи в центре были построены Демидовыми,. Рюминым, Логиновым, Баташовым и Миляковыми. К 1725 г. в стране насчитывалось уже 42 доменные печи, из них 25 действующих. Заводы центра России выплавляли 220 тыс. пудов, следовательно, общая выплавка чугуна в 1725 г составляла 815 тыс. пудов. Таким образом, за чет-
* ЦГАДА, ф. 199, on. 1, 1739, ед. хр. 515, ч. 2, л. 51, об.; Кафенгауз Б. Б. История хозяйства Демидовых, т. 1. 1949, с. 76.
197
51. Доменная печь Екатеринбургского завода (рисунок XVIII в.)
верть века выплавка чугуна поднялась более чем в 5 раз, главным образом за счет Урала [127, с. 164—180].
Так как уральские заводы в XVIII в. приобрели громадное значение для страны, несколько подробнее рассмотрим их технику.
По описанию 1735 г., составленному В. Генниным, доменный корпус из двух печей казенного Екатеринбургского завода (рис. 57) был сложен из кирпича. Высота рабочего пространства печи—7,5 м, распар (наибольший диаметр поперечного сечения) — 2,8 м. В сутки одна печь давала 220—257 пудов чугуна, расходуя 1,89—2,0 единицы руды и 1,58—1,72 единицы угля на единицу чугуна по весу.
Судя по профилю доменной печи, горн был высотой 1,78 м, шириной по лещади 0,71 м и у заплечиков 1,07 м. Отношение
диаметра колошника к диаметру распара около 0,75 [33, с. 147—149]. Такие профиль и соотношения размеров существенно отличались от западноевропейских. В то время считалось, что увеличение размеров горна вредно. Поэтому, стремясь сосредоточить сильный жар для получения литейного чугуна — основного продукта производства,— делали горн узким. Но узкий горн, широкий колошник и высоко расположенные заплечики давали меньший полезный объем в горне и заплечиках и больший в верхней половине шахты, т. е. в области умеренных температур. Подобный профиль не позволял полностью использовать полезный объем печи.
Сравнение профиля уральских доменных печей первой половины XVIII в. с профилем западноевропейских показывает значительный прогресс в развитии доменных печей русских заводов. В Германии даже в 30—40-х годах XIX в. продолжали выплавлять чугун в доменных печах, горн которых не превышал 0,3—0,35 м. Колошник там делали также более узким.
Как известно из описания, составленного шведским металлургом Све-денбергом в 1734 г., доменные печи Швеции имели крепление стен в виде сплошного деревянного сруба. У нас же лишь в Олонецком крае первые доменные печи имели деревянное крепление, но не в виде сруба, а из отдельных брусьев, уложенных горизонтально «крест-накрест» и стянутых железными связями.
Стены доменных печей на Урале делали массивными, так как по старым понятиям это позволяло сохранять тепло. Кладка уральских печей делалась сначала из «дикого камня» пли из бута, в дальнейшем — из красного кирпича на известковом растворе. Внутри этой массивной кладки, с основания до верха, оставляли «трубу», или пустоту, в которой также из камня выкладывали рабочее пространство. Промежуток
198
58. Разрез и план доменной печи Саткинского завода
набивали крупным и мелким бутом с глиной, оставляя лишь два проема для доступа к рабочему пространству печи в нижней его части. На рис. 58 представлен чертеж корпуса доменных печей середины XVIII в., конструкция которого типична для уральских заводов XVIII и первой половины XIX в.
Все доменные печи, построенные в нашей стране до 60-х годов XIX в., имели «открытую грудь». Часть горна со стороны выпуска шлака и чугуна имела так называемый передок, или передний горн, ограниченный порогом. Порог был образован чугунной доской или огнеупорным камнем с огнеупорной футеровкой с внутренней стороны. Через порог переливался шлак, выдавливаемый из горна воздухом, так как стенка горна со стороны порога не доходила до лещади, оставляя отверстие. Нижняя кромка стенки, под которой протекал шлак, называлась «темпелем» и была образована огнеупорным камнем [33, с. 147].
199
При каждой задувке печи уплотнялся материал в забутке, расширявшаяся огнеупорная кладка раздвигала кирпичи кожуха, при остывании кирпичи не возвращались на место, поэтому образовывались трещины. Многократные задувки и выдувки вели к тому, что от выпучивания кладки кожуха лопались железные связи, а трещины в ней грозили разрушением печи.
Корпуса уральских древесноугольных доменных печей сохранялись в течение многих десятилетий, а некоторые из них — до 100 лет. Это объясняется тем, что конструкция корпуса позволяла свободно менять поперечные размеры рабочего пространства, можно было увеличивать и высоту печи за счет наращивания или корпуса, или огнеупорной кладки. Доменные печи у нас делали с. шахтой круглого сечения и лишь горн прямоугольный, в то время как во многих странах Западной Европы существовали доменные печи прямоугольного сечения.
В 1735 г., по данным В. Геннина, на Нижне-Тагильском заводе суточная производительность печи достигала 250—400 пудов чугуна [33, с. 620]. В 1740 г. на Невьянском заводе П. Демидова построена доменная печь высотой 12,8 м, которая оказалась самой высокой и мощной в мире. Ее профиль по данным И. Германа [34] воспроизвел академик М. А. Павлов. Горн печи высок. Его стены расходились кверху и образовывали широкое сечение в месте перехода в заплечики. Применение такого профиля и размеров в невьянской доменной печи было в то время крупным шагом вперед в развитии доменного производства. Выплавка чугуна в невьянской печи была значительно увеличена. Вначале выплавляли около 840 пудов чугуна в сутки, а в 1743 г., когда были впервые в доменном производстве применены две фурмы, выплавка чугуна увеличилась до 1200 пудов в сутки.
Во второй половине XVIII в. в России наблюдался новый подъем металлургического производства, особенно возрос выпуск чугуна и железа. Это объясняется упразднением всех внутренних таможен в России, развитием товарно-денежных отношений, общим ростом промышленности. Спрос на железо возрос не только внутри страны, но и за ее пределами. В Англии назревала промышленная революция, требовавшая все больше металла. Запасы леса в Англии быстро истощались, поэтому древесноугольная металлургия не могла обеспечить потребности в металле. Основным поставщиком железа в Англию стала Россия. За десятилетие с 1751 по 1760 г. в России было воздвигнуто 20 доменных печей, что было рекордным для всего XVIII в. [127, с. 459—466].
Расширение производства чугуна во второй половине XVIII в. шло главным образом за счет строительства новых заводов и совершенствования техники производства.
Значительным изменениям подверглись воздуходувные средства. В 1765 г. русский теплотехник И. И. Ползунов предложил новую конструкцию воздуходувки — цилиндрические мехи поршневого действия. Новая воздуходувная машина постепенно внедрялась на доменных заводах. Однако еще в 70-х годах на ряде крупных доменных печей можно было встретить деревянные клинчатые мехи. Так, на Нижне-Тагильском заводе Н. А. Демидова, славившемся высокими достижениями в металлургии чугуна и железа, в 1773 г. все четыре домны обслуживались клинчатыми деревянными мехами. Тем не менее к концу XVIII в. лишь на немногих уральских заводах можно было видеть клинчатые мехи.
Применение более производительных воздуходувок позволило значительно улучшить работу доменных печей. Так, на Невьянском заводе в начале XIX в. расход древесного угля составлял по весу 1,19—1,31 еди
200
ницы и руды 1,55—1,64 единицы на единицу чугуна. На отдельных заводах (Нижне-Тагильском и Верхне-Салдинском) расход угля удалось снизить до 1,05 единицы. Наиболее распространенными были доменные печи мощностью 350—500 пудов чугуна в сутки с расходом угля 1,2— 2,0 единицы и 1,8—2,5 единицы руды на единицу чугуна.
В 30-х годах XVIII в. Россия по масштабам производства чугуна обогнала Англию, заняла первое место в мире и удерживала это первенство до конца XVIII в. Однако с внедрением в доменное производство Англии минерального топлива — кокса — английская металлургия начала быстро набирать темпы. Особенно резко возросло производство чугуна в Англии начиная с 80-х годов, что повлекло за собой сокращение вывоза металла из России. С этого времени темпы роста производства в черной металлургии России стали снижаться, к тому же начало сказываться тормозящее влияние крепостного права на развитие промышленности, в которой зарождались элементы новых социально-экономических отношений.
Однако и в конце XVIII в. доменные печи в России были самыми крупными и производительными. Об этом свидетельствует немецкий историк металлургии Л. Бек, который писал об уральских печах, называя их сибирскими: «Сибирские домны — величайшие и лучшие древесноугольные доменные печи, которые были до тех пор построены, и все, также и английские печи, по производительности были далеко ими превзойдены. Они были с мощными цилиндрическими воздуходувками с водяным приводом. Сибирские домны имели от 35 до 45 футов [от 10,5 до 12,96 м] в высоту, от 12 до 13 футов [от 3,6 до 3,9 м] в поперечнике в распаре, имели шесть цилиндрических воздуходувных мехов и производили в неделю от 2000 до 3000 центнеров чугуна, каковая мощность тогда не была достижимой даже для величайших английских коксовых домен» *.
Дальнейшие улучшения в технике доменного производства
В первой половине XIX в. металлурги пытались решить ряд важных проблем, связанных с интенсификацией металлургических процессов и экономией топлива. Многие улучшения были достигнуты при участии металлургов нашей страны. Новые изобретения в доменном производстве у нас внедрялись в ряде случаев быстрее, чем в западных странах. Так, в нашей стране раньше других осуществлены опыты по использованию колошниковых газов, применению горячего дутья и т. д.
Громадное количество тепла отходящих газов у доменных печей с открытым колошником сначала терялось безвозвратно. Первая попытка использования этого тепла осуществлена лишь в 1805 г. Тогда на колошнике домны Кусинского завода была сделана рудообжигательная печь, работавшая на колошниковых газах. Результаты оказались удовлетворительными, и уже в 1807 г. подобные печи для обжига руды были устроены на Златоустовском и Саткинском заводах. Такое использование колошниковых газов на уральских заводах осуществлялось продолжительное время. В 1819 г. эти печи в действии видел П. П. Аносов на Златоустовском заводе. Он подробно описал и зарисовал устройство рудообжигательной печи, использовавшей отходящие колошниковые газы двух доменных печей.
* Beck L. Die Geschichte des Eisens, Bd. 3. Braunschweig, 1897, S. 741.
201
Во Франции опыты по использованию колошниковых газов были начаты лишь в 1809 г. на заводах французского предпринимателя Оберто. Здесь стали применять колошниковые газы для цементования железа, обжига известняка, кирпича и т. д. В 1811 г. привилегию на эти способы получил Оберто. Затем использование колошниковых газов стали широко практиковать и в других странах.
Еще одно значительное изобретение — применение горячего дутья в доменных печах и вагранках — было впервые осуществлено в России. В первой половине 1829 г. в Петербурге на Александровском казенном литейном заводе в вагранке проводились опыты плавки с нагретым дутьем. Весной 1835 г. на казенном пушечном Александровском заводе в Петрозаводске были построены такие же воздухонагреватели, как и на петербургских. Опыты по подогреву дутья в вагранках прошли с большим успехом. Они проводились независимо от опытов и изобретения Дж. Нейльсона, который в 1828 г. получил патент на способ плавки с горячим дутьем. Однако осуществить свое изобретение он смог лишь в 1830 г. на английском доменном заводе в Клайде.
Дальнейшие опыты применения горячего дутья и России продолжались в 1833 г. на доменной печи Кушвинского завода. На Выксунском заводе в 1837 г. сначала применили нагретое дутье в вагранке, а потом и в доменной печи. По сведениям 1840 г., на Верх-Исетском заводе в течение 19 суток проводили опыты выплавки чугуна с нагретым дутьем в доменной печи. На Кушвинском заводе опыты продолжали и в 1845 г. Однако в древесноугольных доменных печах нашей страны нагретое дутье в первой половине XIX в. широкого применения не получило. Основной помехой являлось то, что огнеупорные материалы не выдерживали той высокой температуры, которая создавалась в печи в результате применения горячего дутья, к тому же и древесный уголь не выдерживал столь высокой температуры.
Каменный уголь в первой половине XIX в. на Урале еще не использовали в доменном производстве, хотя делались отдельные попытки получать чугун или плавить его в вагранках на коксе, приготовленном из уральского каменного угля. Так, в апреле и мае 1854 г. в Екатеринбурге были поставлены опыты плавки чугуна в вагранке на коксе из сухоложского угля. Однако в доменной печи таких опытов не проводили, так как каменный уголь давал много золы (до 15%). Успешнее прошли опыты использования антрацита на Луганском литейном заводе. Они были начаты в 1844 г., в ходе опытов получено 1137 пудов чугуна. Однако опыты прекратились, потому что сгорели фурмы, которые не успели заменить более совершенными (с водяным охлаждением) *.
Следует заметить, что в нашей стране, как и в ряде стран Западной Европы, некоторое время исследовалась возможность выплавки чугуна в доменных печах на дровах. Так, в 1795 г. на Александровском заводе в Петрозаводске из-за недостатка древесного угля пришлось использовать дрова. Результаты оказались малоутешительными. В 1827 г. недалеко от Петербурга в поместьи А. А. Фока была построена четырехугольная без распара печь для выплавки чугуна на дровах. В январе 1828 г. печь задули, а запустили ее лишь в июне 1829 г. С этого времени печь работала исправно в течение более 9 лет. Опыты выплавки чугуна в доменной печи на сухих дровах проводились на Выксунском (1843) и Кушвинском заводах (1842). Однако, как и в других странах, эти опыты
* Об опытах проплавки Луганских железных руд антрацитом.— Горный журнал, 1845, № 3, с. 405—410
202
не привели к каким-либо практическим улучшениям в доменном производстве.
В первой половине XIX в. русские древесноугольные доменные печи, достигшие совершенства или возможного предела в развитии, были превзойдены английскими коксовыми доменными печами. Однако и в России доменное производство продолжало улучшаться, уменьшались удельные расходы материалов на единицу чугуна. Если в 1829 г. расходовали руды 1,74 единицы, а угля 1,45 единицы на единицу чугуна по весу, то в 1860 г. затрачивали 1,67 единиц руды и 1,33 угля [127, с. 430]. Следовательно, хотя и медленно, но все же осуществлялся технический прогресс в доменном производстве. Производительность доменных печей к 1860 г. значительно выросла. В 100 доменных печах за этот год было выплавлено 14 512 тыс. пудов чугуна.
КРИЧНЫИ ПЕРЕДЕЛ ЧУГУНА
Кузницы кричного передела в XVII в.
Одновпеменно с развитием доменного производства был создан способ передела чугуна в железо, получивший в нашей стране название кричного.
Первым, вероятно, был создан валлонский метод кричного передела чугуна в железо. Сначала он использовался в Люксембурге, потом в Льеже, далее в Швеции и Германии и, наконец, в Англии. Основное отличие этого метода от всех остальных состояло в том, что крицу получали в одном горне, а нагревали ее для ковки прутового железа в другом.
В России кричный передел чугуна в железо впервые был применен на Тульских (Городищенских) заводах около 1637 г. Его осуществляли в кузницах. Сохранились некоторые сведения об устройстве первой кузницы Тульских заводов. Все ее оборудование составляли 2 горна и 1 молот. Около каждого горна для подачи воздуха были установлены по два воздуходувных меха, приводившихся в движение водяными колесами. Молот также приводился в движение энергией падающей воды.
В 1662 г. на Тульских (Городищенских) заводах были построены две кузницы для передела чугуна в железо, в которых применялись два разных варианта кричного передела. В одной весь процесс осуществляли в горне. За сутки выделывалось до 14,4 пуда прутового железа. Расход древесного угля достигал 10,4 пудов на 1 пуд железа. В другой кузнице процесс шел по французскому, или валлонскому, способу в двух кричных горнах. В одном горне из чугуна получали крицу железа, которую под молотом разрубали на части и уплотняли отдельные куски в брусья, в другом эти брусья переделывали в прутовое железо. Суточная выработка достигала во второй кузнице 19 пудов при затрате 12 пудов древесного угля на 1 пуд прутового железа.
Из сравнения этих вариантов кричного передела можно заметить экономическую невыгодность валлонского. Следует еще добавить, что и затраты труда на единицу продукции при валлонском варианте были значительно выше. В связи с этим неудивительно, что в 1690 г. валлонский способ в районе Тулы и Каширы сохранился лишь на одном (Угодском) заводе.
Техника кричного передела и масштабы производства кричного железа с 1662 по 1690 г. заметно изменились. Так, типично молотовой кузницей до 1662 г. было помещение, в котором устанавливали два горна
203
и насаженный на двухсаженное «топорище» молот весом в 17 пудов. Каждый горн получал дутье от двух кожаных мехов длиною по 2 сажени. Производительность таких горнов соответствовала производительности примерно одного горна Тульского (Городищенского) завода, т. е. 14,4 пудов. Правда, не везде производительность была одинакова; например, на Саламыковском заводе на каждом горне заготовляли толстые прутья «по полусажени на латные и дверные доски», и три человека за день делали три крицы, которые затем разрубали на три или четыре части и протягивали в пруты. Таких прутов за день отковывали восемь (немногим более 9пудов), при этом расходовали 9 возов угля.
К 1690 г. размеры зданий молотовых стали увеличиваться. Исчезла их однотипность. Длина молотовых колебалась от 8 до 15, а ширина от 6 до 8 сажен. Количество горнов на один молот после некоторых попыток увеличить их оставалось не более двух. Вес молотов увеличен до 20 пудов. Такие молоты стали применяться почти на всех заводах центральной части России. Молот и наковальня по-прежнему отливались из чугуна. Кожаные мехи заменялись деревянными клинчатыми, такими же, которые еще 30 лет до этого использовались для подачи воздуха в доменные печи. Однако для кричных горнов начали применять мехи лучшей конструкции, позволявшей регулировать количество подаваемого воздуха, не изменяя напора воды на водяное колесо.
Кричный передел чугуна на заводах Урала
В ходе строительства крупных металлургических заводов на Урале был широко использован технический опыт металлургии центра России.
Техника кричного передела чугуна там получила дальнейшее развитие. Так, из описания 1702 г. видно, что вес наковальни на Невьянском заводе достиг 41 пуда. Здесь впервые осуществлена попытка соединения двух горнов под одним «шатром», из которого были выведены две кирпичные трубы высотой около 30 м. Трубы эти поддерживались двумя чугунными столбами. И трубы, и горны укреплялись железными связями. Рабочее пространство горнов, а также пол перед ними выкладывались чугунными плитами. Дальнейшее улучшение конструкции спаренных горнов привело к тому, что их стали делать под одной кирпичной трубой. Такая конструкция применялась на большинстве заводов России.
«Новый горный и заводской штат» Геннина [33, с. 197] устанавливал нормы выработки на кричных горнах. Обыкновенным в то время считалось сочетание работы двойного горна с одним молотом. Обслуживали этот комплект оборудования 12 рабочих в две смены (4 мастера, 4 подмастерья, 4 подсобных работника). На каждого мастера давалось 90 пудов чугуна и 13,5 короба угля (около 20 пудов в коробе) на неделю. За это время мастер должен был изготовить 60 пудов полосового железа. Следовательно, суточная выработка двух горнов и одного молота была равна 40 пудам железа при затрате 4,5 пуда древесного угля и 1,5 пуда чугуна на 1 пуд прутового железа. Фактически на заводах Урала эти нормы превышались. Так, суточная производительность бы па не ниже 44 и достигала 54,2 пудов, затраты угля снижались до 2,6—3£ пуда и чугуна — до 1,3 пуда *.
Следует отметить, что в 30—40-х годах XVIII в. в технике кричного
* ЦГАДА, ф. 199, 1739, ед. хр. 515, ч. 2, л. 1—21; Кафенгауз Б. Б. История хозяйства Демидовых в XVIII—XIX вв., т. 1. М—Л., 1949, с. 192.
204
передела чугуна была сделана еще одна попытка дифференциации процесса. Около двух спаренных кричных горнов стали устанавливать третий молот. Это создавало возможность изменять вес молота в соответствии с технологическими требованиями, кроме того, можно было регулировать количество ударов в единицу времени, что позволяло за счет увеличения веса садки чугуна немного увеличивать производительность кричного горна.
Как уже отмечалось, развитие металлургии чугуна и железа в России в XVIII в. шло очень быстро. За 100 лет было построено более 100 заводов по производству чугуна и железа. С 1700 по 1800 г. производство чугуна выросло со 150 до 9787,8 тыс. пудов и железа с 50 до 6153,5 тыс. пудов [127, с. 459—493].
Особенности кричного передела
Прежде чем рассматривать дальнейшее развитие техники кричного передела чугуна, коротко остановимся на анализе сущности этого процесса, что поможет установить основные направления в ходе дальнейшего развития кричного передела. На основе сведений начала XIX в. определим средний вес садки чугуна в кричный горн. На заводах Урала употребляли садку весом 10, И, 12 пудов, иногда и более. Большинство заводов Урала работали с садкой 11 пудов. Из таблицы видно, что наименьший расход материалов на единицу продукции был именно при этой садке.
Влияние веса садки чугуна на показатели работы кричного горна (по данным начала XIX в.), в пудах
Вес садки чугуна Суточная производительность горна Расход на 1 пуд полосового железа
чугуна угля
10 18,0—25,0 1,33—1,43 3,13—4,30
11 26,6—30,0 1,37 2,50—3,58
12 23,3—37,0 1,50 3,75—4,70
Свыше 12 26,6—48,0 1,50 до 5,0
Для получения большего количества железа (при снижении требований к качеству) оказывалось выгоднее делать крицы большего веса, несмотря на перерасход материалов. В тех случаях, когда требовалось получить железо высокого качества, приходилось делать крицы меньше-/ го веса и более тщательно их обрабатывать. Следовательно, наиболее экономичным оказывался передел определенного количества чугуна — 11 пудов.
Рабочее пространство кричного горна было ограничено чугунными плитами, создававшими как бы открытый ящик, в который вводилась фурма для подачи воздуха (рис. 59). Размеры рабочего пространства оставались без изменений в течение всего столетия. Это можно проследить по следующим данным: В. Геннин в 1735 г. дал размеры рабочего пространства кричного горна в плане 5X4 четверти; И. Герман в 1808 г. по многим заводам указывает этот размер равным 1,25х 1 аршин; Г. Бейне в 1856 г. дает величину рабочего пространства равной 34,5x28,75 дюйма. В метрических единицах это будет примерно 0,9 X 0,7 м. Неизмен-
205
ной оставалась и глубина горна — не более 16 дюймов (0,4 м) в зависимости от сорта чугуна.
Известно около 90 вариантов кричного передела чугуна. Они различаются по конструкции горна (рис. 59), главным образом по конструкции фурменного устройства; по совместной обработке чугуна и кусков крицы в одном горне или раздельной в разнык горнах (как в валлонской группе вариантов); по количеству расплавлений переделываемой садки чугуна или по методу расплавления и обработки в крицу; по методу присадки окалины и шлаков и по различным присадкам в процессе получения крицы.
Кричный передел был весьма универсальным процессом, так как позволял переделывать чугуны различного состава. Однако он обладал тем недостатком, что вес садки нельзя было беспредельно увеличивать. Дело в том, что воздух в горн подавался струей. Направленная наклонно на дно горна, эта струя с большим эффектом окисляла вещества в пространстве, расположенном ближе к фурме. В более удаленных от фурмы местах кислорода оказывалось меньше, так как, проходя сквозь слой древесного угля, он взаимодействовал с углеродом. Следовательно, условия для окисления примесей чугуна были неодинаковы в рабочем пространстве горна. Часть крицы, расположенная ближе к фурме, успевала быстрее освободиться от примесей, чем часть, удаленная от фурмы. С увеличением массы переделываемого чугуна эта разница в условиях протекания процессов передела становилась все более ощутимой в продукте, что и ограничивало возможность беспредельного увеличения веса садки чугуна.
Характер выгорания примесей при кричном переделе чугуна легко определялся из представленной на рис. 61 диаграммы, выполненной по результатам двух опытов Ф. Ботышева в 1862 г. *
Воздуходувные мехи кричных горнов
Та важная роль, которую в кричном процессе передела чугуна играла струя воздуха, определяла дальнейшую тенденцию развития воздуходувных средств.
Еще в XVII в. началась замена кожаных мехов деревянными клинчатыми. Деревянные мехи применялись в кричных горнах до второй половины XVIII в., да и в начале XIX в. они не были большой редкостью на заводах. Деревянные мехи имели большие преимущества. Прочность их в сравнении с кожаными была выше, что позволяло увеличивать их
* Ботышев Ф. Изменения, претерпеваемые чугуном во время кричной операции.— Горный журнал, 1862, кн. 2, с. 237—246.
206
60. План кричной фабрики Нытвенского завода
61. Диаграмма выгорания примесей чугуна при кричном переделе (по данным Ф. Ботышева)
мощность. Однако на 1 горн все же приходилось устанавливать пару деревянных мехов с приводом от водяного колеса.
Клинчатые мехи заменялись мехами поршневого действия по образцу1 мехов около доменных печей. Сначала использовались ящичные, затем цилиндрические деревянные и далее чугунные. К началу XIX в. на Урале количество горнов, которое обслуживалось цилиндрическими, клинчатыми и ящичными мехами, было почти одинаковым.
Число воздуходувных мехов на один кричный горн изменялось в зависимости от конструкции мехов. Если клинчатые устанавливали, как правило, по два на один горн, то ящичные уже по три на два горна. Блок из четырех цилиндрических деревянных мехов мог обеспечить воздухом работу четырех горнов. Такой же блок цилиндрических чугунных мехов обеспечивал воздухом работу 4, 5, б и даже 7 горнов. При этом следует заметить, что если с кожаными клинчатыми мехами на каждый горн требовалось одно водяное колесо, то с чугунными цилиндрическими мехами на одно колесо приходилось до 7 горнов. Чугунные цилиндрические мехи стали применять на Олонецких заводах.
207
Совершенствование кричного способа передела в первой половине XIX в.
В 20-х годах XIX в. во Франции был создан контуазский вариант кричного передела чугуна. Его стали широко использовать во Франции и за ее пределами: в Бельгии, Швеции и России. В 1838 г. на Никольском заводе (б. Бабаевском) были начаты опыты по использованию контуаз-ского варианта французскими кричными мастерами, вывезенными из Оденкура, где этот вариант был уже хорошо изучен. Новшество быстро распространилось на заводах России: сначала на Юрюзань-Ивановском, затем на Златоустовском и Симском, далее на Кусинском, Саткинском, Артинском, Нижне-Туринском и многих других.
Особенность контуазского варианта кричного передела чугуна состояла в устройстве горна и, главное, в ином положении фурмы в горне. Она устанавливалась с меньшим наклоном, чем в обыкновенных кричных горнах. Если раньше струю воздуха стремились направлять на середину «донной» плиты, то в контуазском горне струю направляли на «проти-вофурменную доску» на 7,6 см выше донной.
Так как струя воздуха шла почти горизонтально, то чушку чугуна укладывали не на дно горна или над фурмой, а так, чтобы струя ударялась в конец чушки сбоку. От чушки длиной около 2,5 м и весом 20—25 и даже 30 пудов на крицу «нажигалось» лишь около 3—5 пудов, т. е. крицы были очень малого веса. Расплавленный чугун капал на дно горна. Капля чугуна, проходя зону воздействия струи воздуха, падала на дно, куда были положены желизистые шлаки и окалина. На изготовле ние крицы затрачивалось от 1 ч 50 мин до 2 ч 30 мин.
При использовании контуазских горнов удавалось получать больше продукции, чем в обыкновенных горнах. В сутки изготовлялось 30—40 пудов железа, при этом выработка на одного рабочего составляла 5,0— 6,6 пуда; угар чугуна достигал 30—35%, расход древесного угля — 2,16 пуда на 1 пуд железа *.
Успешное применение нагретого дутья в доменных печах повлекло за собой попытки использования этого нового принципа и в кричных горнах. Большая серия опытов по кричному переделу чугуна с подогретым дутьем была проделана на уральских заводах. Результаты опытов показали некоторую целесообразность нагрева дутья в целях экономим топлива.
Экономия не сразу решила исход борьбы за внедрение горячего дутья в кричном переделе, так как начали замечать, что качество железа стало хуже, к тому же повышалась трудоемкость процесса. Интенсивное горение древесного угля требовало больше кислорода, а его поступление ограничивалось возможностью одной фурмы. Новые поиски привели к установке в контуазских горнах не одной фурмы, а двух рядом. Это позволило увеличить зону, богатую кислородом. В таком виде контуазские, горны получили значительное распространение на заводах России. Кроме того, на кричных горнах стали подогревать чугун теплом отходящих газов. В результате оказалось возможным в одном горне вырабатывать в сутки 77,5 пуда железа**. В контуазских горнах можно было перера-
* Бердников. Кричный мастер, или руководство к изучению контуазского способа.— Горный журнал, 1866, № 11, с. 173—220; № 12, с. 379—431; Рашет В. К. О приготовлении железа контуазским способом в Никольском заводе.— Горный журнал, 1844, кн. 3, с. 465—469.
** Мальцев И. Сведения о кричном производстве Очерского железоделательного завода.— Горный журнал, 1887, № 8, с. 188—196.
208
батывать в железо чугунные изделия больших размеров (бракованные пушки, валики и т. и.).
При внедрении двухстадийного способа получения железа почти в 7 раз уменьшились затраты труда на единицу продукции при почти одинаковых удельных затратах исходных материалов. В дальнейшем расход материалов снизился еще больше. Так, древесного угля в весовых единицах в доменных печах середины XIX в. затрачивали в 2 раза меньше, чем в доменных печах середины XVII в. В кричном переделе чугуна удельный расход топлива сократился почти в 5 раз.
К I860 г. уровень производства железа в кричных горнах достиг более 6000 тыс. пудов в год, т. е. почти в 25 раз больше максимального уровня в начале XVIII в. Это был наивысший уровень для способа передела чугуна в кричных горнах. Однако он вскоре был превзойден другими способами производства железа.
ПУДЛИНГОВАНИЕ ЧУГУНА
Возникновение пудлингования
Во второй половине XVIII в. в Англии возник новый способ передела чугуна в железо, который получил название пудлингование (от английского слова «puddle» — месить).
В Англии с ее бурно развивавшейся промышленностью уже с XVI в. чувствовался недостаток леса, а со временем его стало не хватать все больше и больше. Надо было переводить металлургию на минеральное топливо, тем более что потребность в металле — основном материале для изготовления машин — с развитием крупной машинной промышленности значительно возросла. Это и повлекло за собой технический переворот в металлургии. Переход на минеральное топливо в доменных печах привел к увеличению их объемов и отсюда к росту производительности. Распространение таких доменных печей, особенно в Англии, привело к диспропорции между производством чугуна и возможностью его передела в железо. Надо было совершенствовать способы передела чугуна в железо.
Пудлингованием принято называть процесс передела чугуна в железо и сталь в пламенно-отражательных печах с дальнейшим прокатом полученных кусков металла в прокатных валках. Процесс пудлингования и получения полосового железа состоял из нескольких операций: пудлингование чугуна в пудлинговой (пламенно-отражательной) печи и получение крицы «сырого» железа; проковка криц под молотом для удаления шлака и уплотнения металла (здесь же крицы разрубали на несколько кусков); проварка металла в кусках в сварочной (пламенно-отражательной) печи; прокат проваренных кусков в прокатных валках на полосовое железо. Последние две операции в зависимости от сорта продукта повторяли по два, три и более раза и получали двухсварочное, трехсварочное и т. п. железо.
Пламенно-отражательные печи отличались от кричных горнов тем, что в последнем топливо (древесный уголь) и металл находились в одном рабочем пространстве, а в пламенно-отражательной печи рабочее пространство отделено от топки. Это делалось для того, чтобы можно было использовать различное по физическому состоянию и теплотворной способности топливо с некоторым увеличением в нем вредных примесей. Следовательно, в этих печах можно было применять и каменный уголь.
•|2. Очерки истории техники в России
209
Кроме того, в пламенно-отражательных печах топку и рабочее пространство можно было совершенствовать, приспособлять к различным условиям работы.
Производство железа пудлингованием стало еще одной ступенью в разделении металлургических процессов на отдельные операции и виды производства. В кричном горне одновременно выполнялись операции передела чугуна и проварки железа. Первая операция требовала окислительную атмосферу, а для второй эта атмосфера была вредна, так как увеличивала угар металла. Разделение операций, осуществленное в пудлинговом производстве, позволило освободиться от этого противоречия.
Где, когда и кто впервые высказал мысль о возможности передела чугуна в отражательной печи — пока неизвестно. Известны лишь первые попытки передела чугуна в пламенно-отражательных печах, а также попытки найти лучшую форму печи для производства железа из чугуна. Большинство этих попыток было сделано в Англии. Уже в 1762 г. Дж. Ро-бек, основатель Карронских железоделательных заводов, получил патент на процесс, близкий к пудлингованию. Предложение Робека не нашло применения в практике. В 1766 г. братья Т. и Дж. Кранедж построили отражательную печь, отапливаемую каменным углем, и переделывали в ней чугун на железо. 17 июня 1766 г. они также получили патент. Известна подобная же попытка Дж. Кокшета в Америке в 1783 г.
Наибольшую известность имело предложение англичанина Г. Корта (1740—1800), который для пудлингования использовал уже получившие распространение обыкновенные отражательные печи и разработал все 4 операции пудлингования. Г. Корт взял патент на свое изобретение 13 февраля 1784 г.
Пламенно-отражательные печи конца XVIII в. имели подину, набитую речным кварцевым песком. В печах с кислой песчаной набойкой подины при пудлинговании наблюдался значительный угар железа. Объясняется это тем, что выгорание примесей не начиналось до тех пор, пока закись железа, взаимодействуя с кремнеземом набойки подины, образовывала шлак, пропитывающий набойку. Лишь после образования определенного слоя, пропитанного шлаком, начинались процессы выгорания примесей чугуна. По окончании процесса пудлингования подина печи не покрывалась жидким шлаком (была сухой), поэтому пудлингование на песчаной подине и получило название сухого пудлингования.
Так как в Англии коксовые чугуны были с высоким содержанием углерода и других примесей, приходилось предварительно подготавливать металл для пудлингования в специальных горнах. При такой подготовке его переплавляли (рафинировали) на белый чугун.
К началу XIX в. конструкция пудлинговой печи была значительно улучшена по сравнению с той, которую использовал Г. Корт.
Пудлинговые печи первой половины XIX в.
В России, как и в других странах, делались попытки внедрения сухого пудлингования. Так, на Пожевском заводе в 1817 г. в пудлинговой печи на песчаной подине при дровяном отоплении было переделано в. железо несколько пудов чугуна. Результаты оказались маловыгодными экономически, так как на передел 10 пудов чугуна пришлось затратить около 45 м3 дров. В 1826 г. сделана попытка организовать производство железа сухим пудлингованием на Нижне-Тагильском заводе.
Значительному распространению пудлингования в большинстве стран способствовало улучшение конструкции пода печи и изменение состава
210
набойки подины. По предложению С. Роджерса в 30-х годах XIX в. кислая набойка пудлинговых печей была заменена основной. Под вместо кирпичной кладки стали делать из чугунных плит.
В 1836 г. на Воткинском (Кам-ско-Воткинском) заводе работали английские мастера С. Пенн и Дж. Пенн, которые начали устанавливать оборудование и производить
62. Схема пудлинговой печи С. Пенна на Воткинском заводе
опыты пудлингования. С. Пенн, видевший в Англии пудлингование на каменном угле, построил пудлинговые и сварочные печи для древесного топлива по образцу английских. В результате ему пришлось проделать 307 опытов пудлингования и 228 проверочных операций, прежде чем в сентябре 1837 г. пудлингова-
ние было освоено. Наименьший рас-
ход дров составлял 22,2 м3 на 100 пудов пудлинговых кусков. В январе 1838 г. на одной пудлинговой печи работали 4 человека в смену. В сутки 8 человек делали около 120 пудов железа в кусках, при этом на 100 пудов железных кусков сжигалось 14,5 м3 дров, а если дрова были сырые, то и 19,4 м3 *.
Причины неудач С. Пенна следует искать в неправильной конструкции пудлинговой печи. Однако результаты пудлингования привлекали внимание повышенной производительностью, поэтому по образцу боткинской (рис. 62) были построены печи на Выксунском, Бильском и Ун-женском заводах Баташевых я на Чермозском заводе. Не закончился еще срок пятилетнего контракта с Пенном, а Горный департамент вынужден был пригласить другого английского специалиста, на этот раз знакомого с пудлингованием на дровах. В конце 1839 г. на Воткинский завод приехал «установщик пудлинговых и сварочных печей» В. Аллен-дер, который до этого работал в Швеции на заводе Нюбю.
Примерно через год, т. е. в конце 1840 г., начальник Воткинского завода И. П. Чайковский сообщал, что Аллендер добился некоторых
успехов, заменив крупные дрова мелкими, и несколько улучшил печь Пенна тем, что применил чугунные каналы для охлаждения не только порогов, но и стен. В пудлинговой печи в сутки стали получать уже 150 пудов пудлинговых кусков, которые затем обрабатывали в сварочной печи. Суточная производительность сварочной печи равнялась 210 пудам железа в болванках. На изготовление 100 пудов односварочного железа в 1843 г. на Воткинском заводе затрачивалось 143 пуда чугуна и 33,1 м3 дров **.
В процессе внедрения пудлингования в России производство кричного железа иногда улучшали за счет применения какой-либо одной части нового процесса. Так, в кричных молотовых кричный горн заменяли пуд
* ЦГИАЛ, ф. 880, on. 1, 1836—1838, д. 381, лл. 112, 114, 191 об,— 194, 199 об.; Олылиев. Замечания о пудлинговании дровами в заводах гг. Шепелевых, сравнительно с. положением его в Воткинском заводе.— Горный журнал, 1843, кн. XII, с. 304—348.
** Олышев. О пудлинговом производстве в Камско-Воткинском заводе.— Горный журнал, 1843, кн. VI, с. 361—402.
211
14
линговой печью, а обработка криц делалась в кричных молотах. Иногда для получения криц использовали кричные горны, а дальнейший процесс производства железа завершался в сварочных печах с прокатными валками. В таком виде производство железа широко использовалось не только в России, но и за рубежом.
На многих заводах пудлинговые куски, т. е. обжатую под молотом крицу, часто еще в горячем виде, без дополнительного нагрева прокатывали в полосу прямоугольного сечения, которая называлась пудель-барсом, или мильбарсом. В дальнейшем мильбарс шел на изготовление сортового железа.
Особенности пудлингования
Различные варианты пудлингования отличались методами передела чугуна. Вслед за сухим пудлингованием в связи с заменой кислой подины на основную шлаковую получило широкое распространение пудлингование на основной подине. Первый вариант его — пудлингование на зернистое железо — с успехом использовали в странах Западной Европы, в Америке и в нашей стране.
В тот период пудлингование на зернистое железо было наиболее производительным, однако металл получался менее однородным и содержал больше примесей, чем полученный другими способами пудлингования и даже кричным способом. Такое железо приходилось дважды обрабатывать в сварочных печах. Однако часто качество железа, полученного таким путем, вполне удовлетворяло требования рынка, и в результате этот метод использовали при производстве так называемых торговых сортов железа.
Пудлингование на зернистое железо отличалось от других вариантов главным образом тем, что чугун в печи в период выгорания примесей (в основном углерода) охлаждался шлаком или водой. В ходе плавления чугуна в ванне пудлинговой печи при наличии шлаков и закиси железа марганец и кремний окислялись. В конце плавления на подине печи получались два продукта в жидком виде — слой металла и слой шлака, между которыми, хотя и в слабой степени, но все же протекали процессы окисления с выделением окиси углерода из ванны металла в виде пузырей. В это же время окислялся фосфор. Чтобы ускорить выгорание примесей, прибегали к перемешиванию металла со шлаками, т. е. к пудлингованию. Но перемешивание шлаков и металла, разделившихся по удельному весу в разные слои, не давало результатов. Поэтому, чтобы металл загустел, приходилось охлаждать ванну, разбрызгивая воду или забрасывая холодные шлаки.
При непрерывном перемешивании металла и шлака металлическими клюшками на поверхности ванны появлялись пузыри горящей окиси углерода. Далее окисление углерода усиливалось и по внешнему виду напоминало бурное кипение. В результате выгорания углерода температура сплава становилась выше и начинался процесс кристаллизации зерен чистого железа. Железо, выделяясь из общей массы в виде зерен, сваривалось в куски. Однако этот процесс происходил неравномерно по всей массе. Для завершения пудлингования необходимо было проделать операцию, получившую название пропаривание, или «ход печи на взвар». Как только в тестообразной массе появлялось некоторое количество хорошо сварившегося железа, начинали накатывать крицы. Для этого ломом собирали железо в крицу, уплотняли и выдерживали у порога в области высоких температур. В результате шлак становился более жидкотекучим, а железо лучше нагревалось, что ускоряло сваривание
212
частиц. Крицы накатывали по мере готовности металла и нагретыми подавали под молот для обжима.
Менее производительным, но позволявшим получать более чистое и однородное железо, был вариант пудлингования на волокнистое железо. Он отличался от предыдущего главным образом тем, что ванну металла в период выгорания углерода охлаждали вместе с печью. Этот вариант получил большое распространение на уральских заводах. Еще в XVIII в. уральское железо получило всемирную известность благодаря качеству изготовления и чистоте. Поэтому вариант пудлингования на волокнистое железо приобретал особое значение при наличии чистых древеснсуголь-ных чугунов. Однако продолжительность пудлингования на волокнистое железо была велика и составляла немногим менее трех часов.
В то время как в России уже использовали газогенераторы для газового пудлингования, в Германии, Франции и других странах основное внимание металлургов было все еще сосредоточено на использовании колошниковых газов как для пудлингования, так и для нагрева калильных печей, паровых котлов и т. п. Лишь в Оденкуре (Франция) были построены и работали два газогенератора на смеси угольного мусора и угля для обеспечения пудлинговых печей горючими газами.
Небольшие по размерам и несовершенные газогенераторы при сжигании в них угольной мелочи не могли, конечно, обеспечить нормальную работу пудлинговых печей. Поэтому на многих заводах продолжались работы по улучшению газогенераторов.
Пудлингование на газовом топливе
Новое направление в практике производства железа пудлингованием возникло в результате применения вместо твердого топлива газообразного. Вначале для этой цели использовали отходящие газы доменной печи.
В 1837 г. Фабер дю Фор (Германия) пусгил первую газовую печь для отбеливания чугуна, а в 1838 г.— газопудлинговую печь, которые работали за счет использования доменных газов, взятых на некотором расстоянии ниже колошниковой площадки. Кроме того, на заводах Германии, Франции и других стран были сделаны попытки использования для пудлингования колошниковых газов.
В нашей стране на Воткинском заводе в 1842 г. была сооружена маленькая газопудлинговая печь, а затем большая с садкой чугуна в 11 пудов (рис. 63). Газогенератор был сделан в соответствии с эскизом профессора Парижской горной школы П. Ж. Эбельмана, а пудлинговая печь — по образцу печи Фабер дю Фора, но с некоторыми изменениями в конструкции и размерах. Опыт пудлингования в газопудлинговой печи принес удовлетворительные результаты и стал применяться на других заводах.
В 1847 г. начала работать газопудлинговая печь на Лысвенском заводе. Через полгода их стало четыре, а к 1850 г. было построено шесть печей. Суточная выработка их достигала 135 пудов криц при угаре чугуна 6,5% и затрате на 100 пудов железа в крицах 6,1 м3 дров. На изготовление 100 пудов полосового железа в газопудлинговой и газосва рочной печах расходовали 115,6 пуда чугуна и 10,95 м3 дров. Однако печи Лысвенского завода были громоздки и расход топлива был велик, поэтому поиски лучшей конструкции печей продолжались.
Много полезного для совершенствования пудлингования, как и вообще для развития русской металлургии, сделал А. А. Носса (1810—
213
63. Схема газопудлинговой печи Воткинского завода (1843)
1894), который, окончив в 1829 г. Горный петербургский институт и работая на уральских заводах, выполнил ряд теоретических работ, связанных с улучшением производства кричного и пудлингового железа, стали и цветных металлов. В 1850 г. А. А. Иосса организовал на Воткинском заводе строительство и внедрение в производство газопудлинговых и газосварочных печей нового типа. Их конструкция отличалась своей компактностью. Газогенератор был выполнен вместе с печью и весьма напоминал обыкновенную, но очень глубокую топку для дров. В генераторе такой конструкции создавались условия неполного сгорания в топке и дальнейшего сжигания полученных газов в рабочем пространстве пудлинговой печи. Экономия топлива в газогенераторе по сравнению с обыкновенной печью достигала 50%.
Газопудлинговые и газосварочные печи по образцу Воткинского завода были построены и пущены в действие к 1857 г. на ряде заводов: Юго-Камском, Нижне-Тагильском, Сысертском, Сергинском, Уфалей-
214
оком. Через два года на Нижне-Кыштымском заводе работали 4 газопудлинговые и столько же газосварочных печей.
На Гусевском заводе Боташевых и на заводах Шепелевых в конце 50-х годов XIX в. были построены по проекту инженера М. И. Иванова более производительные газопудлинговые печи. В них, переделывая чугун, получали в сутки до 350 пудов железа в кусках и при этом на 100 пудов железа расходовали лишь 2,8—3,3 м3 дров *.
Первые опыты пудлингования на каменном угле
В конце 1850 г. началось строительство, а в начале 1851 г. была опробована маленькая опытная пудлинговая печь на каменном угле на Керченском заводе. Однако во время Крымской войны завод был разрушен.
С 1849 г. велась переписка Горного департамента с Луганским заводом об организации на нем пудлингования на каменном угле. Но лишь в январе 1866 г. на заводе было закончено строительство пудлинговой фабрики, где были установлены три пудлинговые (в том числе две с газогенераторами) и две сварочные печи, приспособленные к отоплению каменным углем **.
Опыты пудлингования на южных заводах явились практической основой дальнейшего развития пудлингования на каменном угле в России. Вслед за Луганским пудлингование было организовано на строившихся, в 70-х годах XIX в. заводах.
На привозном каменном угле работали пудлинговые печи казенных и частных предприятий Петербурга.
Пудлингование на каменном угле было организовано и на Урале. Первыми попытками в этом направлении были опыты, проводившиеся в 1855 г. на Александровском заводе Всеволжского. Суточная производительность при этом достигала 125—130 пудов железа в болванках при затрате 87,5 пуда каменного угля и 113,8 пуда чугуна на 100 пудов болванки ***.
Однако пудлингование на каменном угле на уральских заводах тогда не получило должного размаха. Объясняется это тем, что в это время лесопромышленность России была лучше развита, чем каменноугольная. Большое значение при решении вопроса об использовани каменного угля имело то обстоятельство, что заводопромышленники боялись испортить репутацию уральского железа. Уральские древесноугольные чугуны, содержавшие исключительно мало серы, позволяли получать высококачественное пудлинговое железо. При отоплении же пудлинговых печей каменным углем загрязнение железа вредной примесью — серой — считалось совершенно неизбежным.
В 1860 г. пудлингового железа было произведено примерно столько же, сколько и кричного (пудлингового — 6173 тыс., кричного — 5729 тыс. пудов). Таким образом почти за 20 лет пудлинговый способ занял ведущее место в черной металлургии России.
* Иванов М. И. Ответ на замечания г. подполковника Котляревского «О выделке железа газами из торфа на заводах гг. Шепелевых».— Горный журнал, 1863, № 6, с. 615—627.
** ЦГИАЛ, ф. 37, оп. 11, 1846—1871, д. 476, лл. 27 об., 57, 72—74, 100—112, 310, 387 об., 449—451.
*** Милованов. Об испытании Соликамского каменного угля при доменном и пудлинговом производствах.— Горный журнал, 1855, кн. 2, с. 167—168.
215
Производство проката
С внедрением пудлингования возросло значение производства проката, так как оно явилось составной частью процесса получения полосового железа. Целью проката кусков пудлинговой крицы в прокатных палках было уплотнение металла и придание полосе железа определен-; ного сечения.
В нашей стране прокатные валки появились очень рано. Уже в 1723 г. простейшие плющильные машины были в ходу на Урале. В деревянном стане с приводом от водяного колеса устанавливали два кованых желез-fых валка, поверхность которых была обварена укладом. В них прокатывали куски железа, нагретые в специальных печах и разрезанные в прорезной машине. Эти машины по устройству мало отличались от плющильной машины, лишь верхний и нижний валки снабжались кругами, которые и разрезали железо на прутки. За 6 дней разрезали 780 пудов железа и прокатывали 328 пудов, т. е. около 55 пудов в сутки. Более сложные валки с калиброванными ручьями для сортового проката применялись на Урале еще до 1765 г., а листопрокатные станы — с 1782 г. [33, с. 298—308; 127, с. 398—399].
В 1783 г. Г. Корт запатентовал прокатные станы, более совершенные по сравнению с существовавшими до этого времени в разных странах, в том числе и в Англии. Их внедрение было связано с первыми попытками организации пудлингования чугуна. Однако в России плющильные машины долго использовались не только для получения сортового железа, но и для проката листового.
Если при пудлинговании можно было обойтись без прокатных станов и обходиться кричными молотами, то при изготовлении сложного фигурного профиля обойтись без прокатных станов уже было невозможно При восстановлении сгоревшего в 1837 г. Зимнего дворца в Петербурге было решено междуэтажные перекрытия и стропила сделать железными. Попытки применить для этой цели обыкновенное полосовое железо сечением 76X16 мм не увенчались успехом, так как при этом не обеспечивалась необходимая жесткость конструкции. В мае 1840 г. архитекторы В. П. Стасов и М. Е. Кларк потребовали профильное железо определен-, ного образца для стропил и балок на зданиях. Им нужно было 5,7 тыс. пудов листового железа размером 4260X700X3 мм, 10 тыс. пудов таврового (ребрового) железа длиной от 4 м и более сечением 76X76X12 мм и 6,8 тыс. пудов углового, длиной 4—6 м и толщиной 12 мм. Весь этот заказ был выполнен Камско-Воткинским заводом в течение 1840— 1841 гг. Для производства этого профильного проката были использованы пудлинговые печи и прокатные станы, которые в то время действовали на заводе для изготовления полосового металла.
При утверждении проекта строительства Петербургско-Московской железной дороги в 1842 г. возникла необходимость организовать изготовление рельсов на русских заводах. Осенью 1843 г. начал работать рельсопрокатный стан на Пожевском заводе Всеволожских производительностью 1200—1400 пудов рельсов в сутки. В это же время на Выксунских заводах Шепелева были выпущены первые образцы рельсов. Для их изготовления крицы из пудлинговой печи обжимали под жомом (машина для обжима криц при помощи валков) и затем прокатывали в валках с одного нагрева. Подготовительная операция осуществлялась на трех парах валков в 14 ручьев, которые приводились в движение водяным колесом. Полученные болванки складывали в пачки (длиной 169 см, шириной 12,5 см, высотой 17,5 см) вместе с четырьмя пудлинго
216
выми болванками и двумя досками односварочного железа. Затем пачку сваривали в печи и прокатывали в трех парах рельсовых валков в 16 ручьев, приводимых в движение паровой машиной в 100 л. с. Рельсы вместо 5,3 м утвержденной длины изготовляли длиной 7,3 м *.
Успешные опыты проката рельсов тогда же проводились на Нижне-Тагильских заводах Демидова и Чермозском заводе Лазарева. На подмосковных заводах Мальцева к середине 1845 г. было изготовлено 34 тыс. пудов рельсов. Подряд на их поставку был дан «Обществу русских за-водовладельцев», которое получило для этого казенный Александровский завод в Петербурге. Рельсопрокатный стан на этом заводе был введен в эксплуатацию весной 1844 г., но работал он плохо, и к 1847 г. выпуск рельсов составил лишь 39 209 пудов [28].
Значительное количество рельсов было заказано за границей, так как изготовление их там оказывалось более экономичным и цены ниже тех, которые назначали русские заводчики.
В лучшем положении с изготовлением рельсов оказались строители Петербургско-Варшавской железной дороги. Рельсы для нее подрядились сделать наследники Демидова (1200 тыс. пудов) и наследники Яковлева (1500 тыс. пудов). К 1856 г. с заводов Яковлева были доставлены образцы рельсов по качеству выше английских и «вполне всем требованиям соответствующие» **.
Таким образом, производство проката постепенно приобретало самостоятельное значение как способ обработки металла давлением, расширялся ассортимент изделий, совершенствовались прокатные станы.
СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Русская углеродистая сталь в XVIII в.
Развивающиеся и вновь возникающие ремесла еще в древности требовали более прочного металла, чем сварочное железо. Так, для всех режущих орудий труда (ножей, серпов, кос и т. п.), для холодного оружия и ряда инструментов нужен был металл, который обрабатывался бы доступными тогда средствами, но изделия из которого были бы прочными. Этим условиям вполне удовлетворяла углеродистая сталь, из которой ковкой сравнительно легко могли быть получены необходимые изделия.
Способность углеродистой стали принимать закалку была хорошо известна. Методы получения ее из сыродутного железа, выработанные еще в глубокой древности, использовались некоторое время даже в начале XVII в., т. е. тогда, когда уже были освоены способы получения чугуна в доменной печи и кричный передел чугуна в железо.
Наиболее распространенным у нас был способ получения уклада (малоуглеродистой стали) из сыродутного железа. Крицу железа, полученную в сыродутном горне, нагревали в раскаленном древесном угле. В результате этого углерод диффундировал в нагретое железо и получалось поверхностное науглероживание. Быстрое охлаждение водой или снегом производило закалку этого сталистого слоя, который становился хрупким и при ударе легко отделялся от общей массы крицы.
* О выделке рельсов на заводах г. Шепелева.— Горный журнал, 1844, кн. 1, с. 161 —164.
** О выделке рельсов для железных дорог в России.— Горный журнал, 1856, № 3, с. 389—391.
217
Неоднократное повторение подобной операции до полного превращения железной крицы в листочки стали составляло первую половину процесса производства уклада. Вторая же заключалась в сварке этих разрозненных частичек в крицу. Этот способ сохранялся до начала XIX в. в Олонецкой губернии. Качество металла было неоднородным, но все же уклад использовался с большим успехом для производства топоров, ножей и другого рода инструментов.
Углеродистую сталь получали и непосредственно в сыродутных горнах, в которые воздух подавался мехами. Процесс получения стали протекал при избытке древесного угля сравнительно медленно. В конце процесса требовалось подавать небольшое количество воздуха. На территории нашей страны, например в Якутии, таким способом до конца XIX в. получали сталистое железо, а иногда и сталь.
При строительстве первых доменных заводов уклад изготовляли из сыродутного железа. Сравнение пригодности сыродутного и кричного железа для уклада показало, что кричное железо могло быть использовано с таким же успехом. Поэтому более дешевое кричное железо быстро вытесняло сыродутное из всех областей его использования.
Укладной горн мало отличался от кричного. Лишь рабочее пространство его не выкладывали чугунными плитами, а набивали песком, оставляя круглую яму диаметром 53 и глубиной 35 см. Уклад делали из железа, имевшегося на заводах в виде отходов производства (стружка, обрезки).
На неделю одному мастеру выдавалось 14 пудов железа. Он переплавлял его в горне и затем охлаждал, выпуская всю плавку на пол. Операция эта называлась переплавкой на чугун. Полученный продукт разделяли на 10 частей и из каждой в горне плавили крицу уклада с добавлением окалины — «трески», которую собирали на заводе. Крицы затем разрубали на куски, которые проваривали в горне и затем окунали в расплавленный чугун.
Таким путем из 14 пудов железа с прибавлением 2,4 пуда «трески» мастер с учеником за неделю должен был сделать «доброго и среднего уклада — 9 пудов, плохого а/4 пуда и среднего 33/4 пуда». Качество уклада, вероятно, было еще не совсем удовлетворительным для многих изделий. Поэтому уклад переделывали в сталь. Для этого куски уклада расковывали в тонкие плашки, их складывали по 10 штук и тщательно проваривали с подсыпкой песка. Затем все это проковывали в брусок. Перегнув брусок пополам, его еще раз проваривали. Стальной горн обслуживали три человека: мастер, подмастерье и ученик. На неделю мастеру выдавалось 15 пудов уклада, чтобы сделать стали «доброй» 9,5 пуда и «средней» 1,5 пуда. Угар металла по нормам должен был быть около 28% [33, с. 265—277].
Этот способ производства стали долгое время использовался на заводах России. Затем его начали изменять. При сплавлении железа (операция «переплавка из чугуна») прибавляли некоторое количество доменного чугуна. Так, на Томском железоделательном заводе в горне одновременно переплавляли 3 пуда железа и до 1 пуда чугуна, в результате чего получали так называемую плавь, из которой приготовляли уклад [34, с. 199—202].
На Пышминской стальной фабрике в конце XVIII в. был фактически использован тот же способ, но вместо железа в сталь переделывали чугун. Способ получения стали состоял из трех переделов: чугуна в сырую сталь (уклад), сырой стали в очищенную, очищенной стали в пружинную. При переделе чугуна в сырую сталь расходовалось чугуна 238 пудов
218
и угля 1333,3 пуда. При этом затрачивалось 100 человеко-дней. На передел сырой стали в очищенную расходовали 152—156 пудов сырой стали и 670—718 пудов угля при затрате 80 человеко-дней. Приготовление тонкой пружинной стали из очищенной требовало 117,5 пуда очищенной стали, 282 пудов угля и 26,7—33,3 человеко-дней. Всего на производство 100 пудов тонкой пружинной стали нужно было 437 пудов чугуна, 3157 пудов древесного угля и 283 человеко-дня [34, с. 127—134]. Столь высокий расход материалов и большие затраты труда удорожали сталь, поэтому такой способ был распространен мало.
В первой половине XVIII в. были созданы еще два способа производства углеродистой стали: цементование железа и тигельная плавка. Правда, еще в начале XVII в. в Бельгии и других странах были сделаны попытки получить углеродистую сталь путем науглероживания железа, но полную разработку научных основ этого процесса сделал французский физик Р. А. Реомюр, который в 1722 г. опубликовал описание и чертежи подробно разработанной технологии и конструкции печи для выделки цементной (томленой) стали. Не сразу этот способ нашел применение. Лишь во второй половине XVIII в. и особенно в начале XIX в. во многих странах, в том числе и в России, начали строить печи для цементования железа. Способ заключался в том, что полосы железа нагревались вместе с карбюризатором в закрытом сосуде в течение длительного времени. В результате диффузии углерода в железо получалось постепенное науглероживание слоя полосы железа на все большую( и большую глубину. Цементованная сталь была неоднородна, поэтому первой попыткой ее улучшения было опять неоднократное проваривание в горне и проковка под молотом.
Сообщения о способе производства стали цементованием появлялись с 60-х годов XVIII в. и на русском языке. Так, в «Обстоятельном описании рудного плавильного дела» И. Шлаттер производству стали отвел целую главу, где дал состав карбюризатора, указал на способ укладки полос и засыпки карбюризатора. Цементованные, т. е. нагревавшиеся в течение суток и науглеродившиеся полосы железа И. Шлаттер рекомендовал проваривать и проковывать так же, как это делалось ранее при изготовлении стали из уклада. Полосы железа для цементования должны быть немногим более 3 мм, поэтому науглероживание обеспечивалось на всю их глубину [141, с. 124—136].
Тигельный метод плавки стали наиболее удачно использовал английский часовой мастер Б. Гунстман, который в 1730 г. начал опыты получения стали для изготовления из нее небольших часовых пружин. Гунстман расплавлял цементованную сталь в смеси с древесным углем и толченым стеклом в герметически закрытых тиглях. На основании своих опытов он установил, что присадки в тигель различных веществ влияют на качество получаемой стали. Свое открытие Гунстман держал в большом секрете. В 1740 г. в предместье Шеффилда он построил сталелитейный завод, где изготовляли стальные изделия из тигельной стали *. Однако секрет производства невозможно было удержать долгое время.
Работа по освоению процессов производства цементной и литой тигельной стали осуществлялась одновременно во многих странах. Многое в этом отношении сделано русскими мастерами и металлургами.
* Менделеев Д. И. Новейшие металлургические исследования.— Промышленный листок, 1858, № 29, с. 115.
219
Русская углеродистая сталь в XIX в.
На ряде заводов России было организовано производство цементованной и тигельной стали. Так, в 1800 г. на Нижне-Исетском заводе началось строительство фабрики для проковки цементованной стали, а уже в 1801 г. там было изготовлено методом цементования 1467 пудов стали. Цементовали железо и на Верх-Исетском, Елизавето-Нердвин-ском, Невьянском, Каслинском, Алапаевском, Пожевском, Катав-Ива-повском, Ревдинском и других заводах.
В 1808 г. крепостной мастер С. И. Бадаев ставил опыты производства литой стали на Петербургском заводе хирургических инструментов, а затем более успешно осуществил получение цементованной и тигельной стали на Воткинском заводе. В связи с успехами, достигнутыми С. И. Бадаевым в производстве стали, специальная комиссия вынесла в 1810 г. постановление, по которому за Бадаева было решено заплатить из государственной казны помещику Рагозину 1800 руб. и, кроме того, наградить мастера золотой медалью на владимирской ленте*.
В 1809 г. на Воткинском заводе тульский мастер Гайдуров сложил печь для цементования железа и ознакомил боткинских мастеров со способами обработки тигельной стали.
Большую роль в познании металлургических процессов, в особенности сущности тигельного способа производства стали, сыграли работы знаменитого русского металлурга П. П. Аносова.
П. П. Аносов за 8 лет прошел путь от смотрителя отделения до управителя оружейной фабрики. Первый печатный труд его, опубликованный в 1826 г. в «Горном журнале»**, был результатом кропотливого изучения геологического строения Южного Урала.
Наряду с геологическими исследованиями П. П. Аносов продолжал настойчиво изучать и улучшать производство Златоустовского завода. Он усовершенствовал цилиндрические воздуходувные мехи, что значительно увеличило подачу воздуха в металлургические печи. П. П. Аносов предложил способ закалки стальных изделий в «сгущенном воздухе». В результате было организовано производство кос на Артинской фабрике с закалкой их в струе воздуха от заводских цилиндрических мехов.
В 1831 г. П. П. Аносов был назначен главным начальником заводов Златоустовского горного округа и с этого времени особенно энергично занялся изучением литой стали — ее качества и способов производства. На Златоустовском заводе было организовано производство литой стали в тиглях из местных материалов. Значительное количество литой стали использовалось для изготовления кос, а также холодного оружия. Производство тигельной литой стали, организованное П. П. Аносовым в Златоусте, имело огромнейшее значение для дальнейшего развития сталелитейного дела. Оно позволило убедительно доказать преимущества литой стали перед другими сортами. В 1837 г. в первом номере «Горного журнала» появилась статья Аносова «О приготовлении литой стали», где был обобщен его многолетний опыт.
Особенно значительных успехов П. П. Аносов добился при разработке способа производства булатной углеродистой стали. Использовав строго научный метод исследования, он определил роль углерода как элемента, влияющего на качество стали, а также изучил значение ряда других
* Батуров П. Н. Развитие техники производства стали в России в первой четверти XIX века.— Труды по истории техники, 1954, вып. IV, с. 91.
** Аносов П. П. Геогностические наблюдения над Уральскими горами, лежащими в ок-pvre Златоустовских заводов.— Горный журнал, 1826, № 5, с. 3—30.
220
элементов. Выяснив важнейшие условия образования лучшего сорта углеродистой стали — бу лата, Аносов разработал технологию его выплавки и обработки *. В ходе упорного изучения и совершенствования тигельного способа Аносов создал четыре основные его варианта: 1) плавка железной руды в смеси с графитом (в результате нагревания в начале плавки восстанавливалось железо из руды и затем получалась сталь); 2) в тигле сплавлялись чугун и железо в присутствии флюса с окалиной (затем передел чугуна осуществлялся без железа под слоем флюса); 3) отливка стали в формы с последующим длительным отжигом ее в специальной печи без доступа воздуха; 4) наиболее совершенный способ состоял в «сплавлении железа непосредственно графитом, или соединении его прямо с углеродом». Характерной особенностью этого способа являлась выдержка тигля с расплавленной сталью до полного остывания слитка в печи.
Благодаря деятельности П. П. Аносова на Златоустовском заводе было организовано производство литой тигельной стали высокого качества. Но этот способ производства углеродистой стали не получил широкого развития, так как он был очень трудоемким и требовал от сталеплавильщиков и кузнецов большого мастерства. Кроме того, предъявлялись весьма высокие требования к исходным материалам.
Большой спрос на дешевые углеродистые сорта стали заставлял металлургов многих стран, в том числе и России, искать такие способы производства, которые снижали ее стоимость. Еще в конце 30-х годов XIX в. был разработан способ получе-
АНОСОВ ПАВЕЛ ПЕТРОВИЧ (1799—1851)
Русский металлург. В 1817 г. окончил Горный кадетский корпус в Петербурге и в том же году поступил на службу на Златоустовские заводы, где проработал 30 лет. Изучил и разработал процессы получения высококачественной литой стали. Автор книги «О булатах»
* Аносов П. П. О булатах.— Горный журнал, 1841, № 2, с. 157—318.
221
ния пудлинговой стали, который стал широко известным благодаря деятельности австрийского металлурга Туннера, подробно описавшего его. Практически этот способ заключался в том, что процесс пудлингования приостанавливали в то время, когда в ванне не полностью происходила обезуглероживание.
Производство пудлинговой стали в нашей стране, как и в ряде других, не получило самостоятельного значения и было использовано лишь на сталелитейных заводах при получении тигельной стали. Пудлинговая сталь входила составной частью в шихту, загружавшуюся в тигель. В больших масштабах производство пудлинговой стали (как вспомогательное к тигельному способу) было организовано на Обуховском, Пермском и Воткинском заводах во второй половине XIX в.
Развивающееся машиностроение требовало все больше и больше ме? талла, росли требования к его качеству. Особенно остро ощущалась потребность в стали высокого качества на предприятиях, выполнявших военные заказы. Необходимо было совершенствовать способы получения литой стали в больших количествах. Эту задачу применительно к тигельному способу решил П. М. Обухов.
Павел Матвеевич Обухов, окончив в 1843 г. с большой золотой медалью Петербургский институт корпуса горных инженеров, стал работать помощником смотрителя Гороблагодатских заводов Урала, потом он был смотрителем Серебрянского завода, а после заграничной командировки — управляющим Кушвинского чугуноплавильного и затем: Юговского медеплавильного заводов. В 1854 г. Обухов был назначен управляющим Златоустовской оружейной фабрики, где еще продолжали работать мастера, помогавшие великому русскому металлургу П. П. Аносову в разработке технологии выплавки литой тигельной стали. В 1854 г. Обухов в основном завершил опыты, связанные с производством тигельной стали, и ее начали применять для изготовления кирас — пуленепроницаемых нагрудников. Производство стали по способу Обухова для изготовления кирас было организовано на Златоустовской фабрике, а в дальнейшем на Ижевском и Сестрорецком заводах для производства холодного оружия, ружейных стволов и инструмента.
В феврале 1855 г. П. М. Обухов предложил использовать литук> сталь для отливки артиллерийских стволов, но лишь в 1858 г. началось строительство для этих целей Князе-Михайловской фабрики, пущенной в эксплуатацию к началу 1860 г. Сначала на ней было установлено-96 двухтигельных горнов, а к 1864 г. работало 113 двухтигельных и 14 четырехтигельных горна. Это позволяло уже в первый год при емкости одного тигля около 1,5 пуда отливать болванки весом около 300 пудов *.
Артиллерийские стволы, отлитые из литой стали, приготовленной по способу Обухова, выдерживали небывалое для того времени количество выстрелов. Пушка, выдержавшая 4 тыс. выстрелов, была отмечена золотой медалью на Всемирной Лондонской выставке в 1862 г. Имя П. М. Обухова стало широко известно в России и за рубежом.
В основу производства литой стали на Князе-Михайловской фабрике был положен тигельный способ Обухова. Для большинства сортов стали, приготовлявшейся по этому способу, шихта состояла из белого-чугуна, железных и стальных «обсечек» и магнитного железняка. П. М. Обухов весьма точно подобрал пропорции шихты. Тщательная
* Колчак В. О сталелитейном производстве.— Морской сборник, 1864, № 5.
222
подготовка шихтовых материалов позволяла вести плавку на получение стали заданного сорта одновременно в нескольких тиглях, а содержание углерода и других примесей в стали оказывалось примерно одинаковым.
На основе способа П. М. Обухова в Петербурге в 1865 г. был построен Обуховский сталелитейный завод, а затем этот способ использовался на ряде заводов нашей страны. Таким образом, было положено чачало сталелитейному делу в России.
До середины XIX в. производство углеродистой стали не было главным в металлургии. Удельный вес ее в общем производстве металлов был невелик. Так, в 1860 г. было выработано около 100 тыс. пудов разных видов стали (уклада, цементной, тигельной и т. д.), в то же время железа получено 12 844 тыс. пудов. Лишь с созданием новых способов производства соотношение изменилось в пользу литой стали.
ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Медь
Вплоть до начала XVIII в. человечеству были известны только 10 металлов — золото, серебро, медь, ртуть, железо, свинец, олово, сурьма, цинк и висмут. В XVIII в. стали открывать и другие металлы. Вместе с тем началось постепенное использование цветных металлов в промышленном производстве, расширение их добычи и совершенствование обработки. История металлургии цветных металлов, как и в металлургии железа, представляет большой интерес в связи с тем, что трудами русских ученых и металлургов сделан существенный вклад в ее раз витие.
В 1666 г. в Олонецком уезде у оз. Онежского новгородский купец С. Гаврилов с иностранным плавильщиком произвел разведку медных руд, которая дала благоприятные результаты. По ряду сообщений 70-х годов XVII в. видно, что там было организовано производство меди, но просуществовало недолго главным образом из-за больших трудностей при добыче руды, так как рудник заливало водой, к тому же руда содержала мало меди [82, с. 16].
Между 1630—1635 гг. на Урале к северо-западу от Соликамска у Григоровой горы предполагалось на месте добычи медной руды построить плавильную печь для выплавки меди. Но более благоприятными показались условия на р. Камгорке под Пыскорским монастырем, где и были построены одна плавильная и две обжигательные печи. Мастера первое время были из иностранцев. В 50-х годах XVII в. Пыскорским заводом владел русский плавильщик А. Тумашев, который был обязан поставлять медь в казну. Однако в 1656—1657 гг. производство меди прекратилось, «потому что на Григорове горе и на Куж-горах медные руды вынялись», но, главное, потому, что место для постройки завода было выбрано неудачно. Плотину очень часто смывало водой. Плавильню, задняя стена которой была прямо «вкопана в гору», при оползнях заваливало землей. Обжигательные печи, сложенные из плохого кирпича и на глине, разваливались *.
Есть сведения об эксплуатации в середине XVII в. медных месторождений в районе бывшего Казанского царства. Однако о месте
* Кашинцев Д. История металлургии Урала, т. 1. М.— Л., 1939, с. 32—33.
223
плавки руд ничего не известно, существует лишь предположение, что плавильная печь была в Казани, так как именно оттуда в Москву посылали чистую медь в 50-х и 60-х годах XVII в. [82, с. 24—25].
В конце XVII в. велись усиленные поиски серебряных руд на сравнительно большом пространстве в районе рек Аргуни, Газимура, Зе-рентуя и Шилки. Организовать производство свинца и серебра из серебросвинцовых руд Нерчинских гор удалось греку А. Левандиану. В 1700 г. были проведены первые опытные плавки и получены свинец и серебро. По сообщению 1705 г., Левандиан начал плавить руду на речке Серебрянке, где проплавлено 60 пудов и получено 13,5 пуда сырого свинца, из которого выделено 0,52 кг серебра и 131 кг чистого свинца. В 1708 г. сообщалось о производстве серебра и свинца на этом предприятии *.
В начале XVIII в. на некоторых из новых доменных металлургических заводов было организовано производство меди. Так, на Уктусском заводе плавили руду медного Полевского рудника (в верховьях р. Чусовой). Однако в 1718 г. рудник и завод временно оставлены после разорения восставшим местным населением. Плавилась медная руда и на Кончезерском заводе в Олонецком крае. Большое строительство заводов по производству меди в 1723—1725 гг. началось на Урале. На казенные средства воздвигались заводы Екатеринбургский в верховьях р. Исети, Лялинский в верхнем течении р. Ляли (притоке Сосьвы), Егошихинский в месте впадения в Каму р. Егошихи, Пыскорский на р. Камгорке, Полевский на р. Полевой, притоке Чусовой. В 1721 г. был построен Выйский завод Демидова на р. Вые, притоке Тагила [82, с. 72].
Техника производства меди на заводах первой половины XVIII в. была основана на плавке медной руды в плавильных печах с последующей очисткой продукта в горнах. Медеплавильные фабрики оборудовались кирпичными сооружениями, в которых размещались две плавильные печи (крумофен, или косые печи) и один очистительный (гармахер-ский) ** горн.
По описанию В. Геннина, фундамент под это сооружение занимал площадь размером 11,6X3,3 м. Рабочее пространство плавильных печей было прямоугольного сечения (1,07X0,60 м) и сужалось вверху, высота до заплечиков 1,83 м, с заплечиками 2,75. Толщина боковых стенок 0,6 м, а задней 0,53 м. Переднюю стенку перед началом плавки заделывали кирпичами. «Гнездо» (в современном представлении — передний горн) для накапливания и отстаивания выплавленных продуктов делали перед печами. Воздух в плавильные печи нагнетали клинчатыми мехами, приводимыми в движение гидравлическим колесом.
В ходе плавки руды получался шлак, содержащий окислы, и рош-тейн, состоящий главным образом из сульфидов. Печи использовались не только для плавки руд, но и для плавки роштейна на черную медь. В неделю в одной печи проплавляли 900—1200 пудов руды. Как правило, плавку руды на роштейн проводили непрерывно в течение 14 сут. При плавке на черную медь проплавляли до 200 пудов роштейна в сутки.
* ЦГАДА, ф. 214, оп. 18, д. 386, лл. 1, 6, об., 7; д. 1300, л. 9.
** От немецкого «garmachen» — рафинировать, очищать. Переводчики технических книг при Петре I часто не владели элементарными основами специальных знаний и поэтому вводили в употребление термины вроде «гармахерский», «крумофен» и ряд других, которые будут часто встречаться в данной главе.
224
Роштейн перед плавкой на черную медь обжигали в обжигательных печах. Известно было два типа таких печей: старые, широко используемые на уральских заводах, и новые, опробованные на Пермских заводах и названные кальценирами. Основное их различие состояло в способе сжигания топлива. В старых печах по сгорании дров роштейн приходилось перегружать в подобную же печь для дальнейшего обжига. Эта операция повторялась 13—20 раз. В новых печах топливо сжигали на решетке в одном конце печи, а роштейн обжигался нагретыми газами В новой печи за 5 суток обжигали 50 пудов роштейна, используя для топлива не только дрова, но и щепу.
На Пермских и Пыскорских заводах роштейн на черную медь плавили в печах более высоких и с иным профилем, чем обыкновенные плавильные. Общая высота рабочего пространства с заплечиками у них составляла 3,98 м, поперечное сечение внизу 1,37X0,62 м, вверху 1,22X0,33 м. Задняя стенка выстроена отвесно, а сужение остальных начинали с середины печи. По словам В. Геннина, такая печь при плавке роштейна на черную медь требовала меньшей затраты древесного угля [33, с. 407—408].
Очистительный горн (гармахерский) использовался для плавки черной меди на так называемую гармахерскую медь, а также этой меди на штыковую. Устройство горна мало отличалось от кричного, лишь рабочее пространство выполнялось в виде круглой ямы диаметром около 0,62 м и глубиной от 0,25 до 0,30 м. Угар металла при переделе составлял по нормам не более 12,5% [там же, с. 411—413]. Гармахерскую медь (ее иначе называли гаркупфер), охлажденную в воде, расплавляли в этом же горне и затем разливали в чугунные изложницы.
По данным работы отдельных заводов можно выяснить производительность оборудования для медеплавления. Например, на Полевском заводе было 9 плавильных печей, из которых 8 использовались для получения роштейна и одна — для плавки роштейна на черную медь. В сутки из 230 пудов руды с затратой 83,3 пуда угля (считая 20 пудов в коробе) в одной плавильной печи получали 13,04 пуда роштейна и 2,3 пуда медных криц. Затем в одной плавильной печи из роштейна и из медных криц в двух отделительных горнах в сутки получали 19,02 пуда черновой меди. Дальнейшую очистку меди завершали на Екатеринбургском заводе [там же, с. 515—516].
Подсчет затрат материалов, необходимых на полный передел руды в чистую медь, говорит о весьма значительном расходе. Так, на 100 пудов чистой меди затрачивали: при получении роштейна и медных криц в плавильной печи — руды 1499,3 пуда, угля 543 пуда; при получении черной меди в одной плавильной печи и двух отделительных горнах из роштейна и медных криц — 646,4 пуда роштейна и медных криц и 619,3 пуда угля; при получении чистой меди очисткой в одном гар-махерском горне и дальнейшей переплавкой в одном штыковом горне — 119,4 пуда черной меди с затратой в гармахерском горне 175,9 пуда угля и в штыковом 130,5 пуда. Всего израсходовано 11 571,6 пуда руды и 5237,8 пуда древесного угля.
Конечно, такие затраты материалов не были типичными для всех медеплавильных заводов Урала. По нашим подсчетам на отдельных заводах они были ниже. Так, на Лялинском заводе при подобном же способе выплавки на единицу чистой меди затрачивалось 67,5 единицы руды и 40,3 единицы угля.
В связи с тем, что в плавильных печах достигалась сравнительно невысокая температура, штейн в смеси со шлаком вытекал в приготовлен
15 Очерки истории техники в России
225
ное «гнездо» и не успевал хорошо отстаиваться. В результате при втором расплавлении в плавильной же печи полученного в ходе первой плавки роштейна получали продукт, который ранее и называли черной медью.
Весьма интересен метод извлечения черной меди (в современном представлении — это штейн) из гнезда плавильной печи. Во второй половине XVIII в. печи для плавки руды были шесточные и очковые. Очковые имели перед собой два или три гнезда, выполнявшие роль современного переднего горна. Шесточные были больше похожи (по устройству нижней части печи — горна) на доменную печь. В горн, который ранее называли шестком, штейн поступал вместе со шлаком, который, всплывая, оказывался над штейном и по мере накопления удалялся через отверстие. Штейн затем выпускали, и он накапливался в гнезде. Для извлечения из гнезда его приходилось обливать водой, при этом продукт затвердевал сверху толстым пористым кругом, круг вынимали из гнезда. Подобную операцию повторяли 6—7 раз до полного извлечения продукта. Верхний круг содержал много окислов, поэтому его приходилось обрабатывать в отдельном горне. Иногда верхний круг называли медной крицей, позднее — медным чугуном [34, с. 117].
Во второй половине XVIII в. техника получения штейна оставалась почти без изменений, если не считать, что клинчатые воздуходувные мехи при плавильных печах начали заменять цилиндрическими. Улучшение воздуходувных средств привело к повышению качества штейна. Из источников конца XVIII — начала XIX в. видно, что количество роштейна в продуктах плавильной печи уменьшается за счет получения черной меди [35, с. 91].
Техника переработки черной меди во второй половине XVIII в. значительно изменилась. Гармахерские горны стали строить по два в одном кирпичном корпусе отдельно от плавильных печей. Но главное заключалось в том, что в процесс передела штейна в медь была включена новая печь — сплейзофен. На медеплавильной фабрике Полевского завода конца XVIII в. сплейзофен — отражательная печь занимала площадь 1,0X4,6 м и имела круглое рабочее пространство. Отапливали эти печи дровами. Загрузка составляла 100—125 пудов черной меди, из которой получали 70—90 пудов чистой (или сплейзофенной) меди при затрате около 4,85 м3 дров. Использование отражательных печей позволило улучшить не только качество металла, но также сократило расход топлива на передел черной меди в штыковую. Если ранее на этот передел затрачивалось около 300 пудов древесного топлива, то теперь расходовалось в пересчете на древесный уголь не более 165 пудов на 100 пудов штыковой меди [34, с. 49].
Прогресс в технике плавки медных руд состоял и в том, что в плавильных печах вместо прямоугольного ввели круглое сечение рабочего пространства, чтобы избежать образования настыли в углах печей.
В конце XVIII в. на заводах внедрялись ящичные воздуходувные мехи. К 1791 г. на Богословском медеплавильном заводе из 20 плавильных печей к восьми печам воздух подавался ящичными мехами; из десяти сплейзофенов четыре обслуживались также ящичными мехами.
В 30-х годах XIX в. на Богословском заводе оставались примерно те же печи и в том же количестве (лишь сплейзофенов стало 8). В плавильную печь в сутки загружали 280 пудов руды и шлака и получали 10—20 пудов купферштейна с затратой 29 пудов древесного угля на
226
100 пудов руды. В сплейзофен сразу загружали 100—140 пудов обожженного в кальцинирофене купферштейна. Когда купферштейн расплавлялся, его «дразнили» сосновым шестом, т. е. перемешивали. Затем несколько раз добавляли по 15—20 пудов купферштейна, а всего 500 пудов за 5—6 сут. В результате получалось 130—180 пудов сплейзофенной меди при расходе 24,62 сажени дров на 1 тыс. пудов купферштейна. Садка штыкового горна равнялась 250 пудам сплейзофенной меди. По расплавлении медь разливали в штыки (болванки) весом 1,6—2,4 кг. Из 250 пудов сплейзофенной меди получалось 230—235 штыковой, при этом на 1 тыс. пудов сплейзофенной меди затрачивалось 2,25 сажени дров и 46 пудов древесного угля *. Пересчитав эти данные и переведя дрова на уголь, получим, что на 100 пудов продукта при плавке в плавильной печи затрачивалось 1400—2800 пудов руды и 406—812 пудов угля; плавка купферштейна в сплейзофене требовала 278—385 пудов купферштейна и 506—700 пудов угля; плавка в штыковом горне — 106—108 пудов сплейзофенной меди в 22,6—23 пуда угля. Всего же расходовали 4123—11 642 пудов руды и 1755,5—4162,6 пуда древесного топлива и получали 100 пудов чистой меди. Таким образом, применение сплейзофенов позволило сократить расход топлива.
До середины XIX в. в технике производства меди не произошло сколько-нибудь значительных изменений. Следует отметить лишь, что для воздуходувок иногда применяли конные машины.
Серебро и свинец
Как уже отмечалось, в некоторых месторождениях были обнаружены руды, содержащие благородные металлы и свинец. Их переработка представляла определенную техническую трудность. В начале XVIII в. серебросвинцовые руды Нерчинского округа перерабатывали на Нерчинском заводе. Сибирское серебро доставляли на Московский денежный двор, где в нем в 1718 г. монетный мастер И. Мокеев обнаружил наличие золота. Этот же мастер предложил способ разделения золотистого серебра. В течение 35 лет разделение (аффинаж) золота и серебра систематически производилось в Москве мокрым путем — серебро растворялось в азотной кислоте, а золото отделялось сухим путем с помощью сурьмы.
На Алтае добыча золотистого серебра началась в 40-х годах XVIII в. Сначала вблизи рек Чарыша и Алея А. Демидов построил небольшой завод, а затем в 1729 г. пущен завод с четырьмя плавильными печами, названный Колыванским. Несколько позже здесь были открыты серебросвинцовые месторождения. Первое серебро было получено с Воскресенского рудника. В результате возник комплекс горнометаллургических предприятий — Колывано-Воскресенские заводы.
Руды на Колывано-Воскресенских заводах проплавляли в плавильных печах и получали штейн, содержащий серебро, медь и свинец. Штейн обжигали на дровах в «пожигательных печах» (иногда обходились и без обжига), затем обрабатывали на «извлекательных горнах», где из расплавленного штейна серебро извлекается свинцом. Путем анализа устанавливали содержание серебра и в зависимости от его количества в штейне и массы штейна, загруженного в горн, определяли,
♦Описание методов выплавки меди в Богословском заводе.— Горный журнал, 1827, кн. IX, с. 59—92; кн. X, с. 106—148.
227
1 5*
сколько нужно внести свинца. Расплавленное серебро со свинцом садились на дно горна. Полученный металл, содержавший 0,86% и более серебра, называли веркблей (серебристый свинец).
Штейн обрабатывали свинцом до тех пор, пока в нем оставалось серебра не более 0,029—0,043%. Веркблей перерабатывали в трейбофе-нах (разделительных печах). Это были отражательные печи с дутьем от воздуходувных мехов. Отапливались они дровами. Загрузку до 1 тыс. пудов веркблея выдерживали в течение 8 сут и получали от 6 до 8 пудов бликового серебра. Свинец обращался в глет. При этом угорало не менее */4 части. Бликовое серебро расплавляли, разливали в штыки и в таком виде отправляли для очистки в Петербург на Монетный двор [34, с. 272—276].
Систематическое разделение и очистка металла Колывано-Воскре-сенских заводов в Петербурге начаты в 1746 г. Позднее там же обрабатывали золотистое серебро Нерчинского завода, так как было установлено, что процесс отделения золота от серебра лучше поставлен и дешевле обходится на Петербургском монетном дворе.
Операции аффинажа на Петербургском монетном дворе были организованы под руководством И. А. Шлаттера. Разделение золотистого серебра производилось сухим способом, который давал возможность перерабатывать серебро любой пробы быстро и сравнительно просто. Наиболее совершенным и производительным методом очистки была плавка в пламенных печах. Применялся также и сухой метод аффинажа золота. Известно было два сухих метода: цементации и плавки с «антимониею». Основной операцией сухого аффинажа следует считать очистку золота с помощью «антимонии». Сущность этого процесса состоит в том, что серебро, содержащееся в сплаве, образует с серой антимонит — сульфид серебра, а сурьма замещает серебро, образуя сплав с золотом. При продувке сплава сурьма в результате окисления удаляется, а чистое золото остается.
Для аффинажа серебра использовался мокрый метод очистки с помощью азотной кислоты.
Комбинированный способ аффинажа золотистого серебра существовал в неизменном виде до 1820 г., когда на Петербургском монетном дворе перешли на мокрый метод аффинажа.
Во второй половине XVIII в. в районе Нерчинска был построен ряд сереброплавильных заводов. В 1764 г. на р, Кутомаре — притоке Средней Борзы — возник Кутомарский завод. Плавильные печи на нем обслуживались воздуходувками с конным приводом. В 1776 г. здесь была сооружена плотина и построено отделение, называемое Екатерининским заводом, где в шести плавильных печах воздух нагнетали мехи, приводимые в движение двумя водяными колесами.
К середине XIX в. схема производства серебра и свинца на Алтайских заводах почти не изменилась. Руду плавили в шахтных печах высотой 3,6—4,8 м. В 1 сут в плавильную печь загружали 200 пудов серебряной руды, 35—60 пудов горнового роштейна (продукт плавки в плавильной печи, из которого извлечена большая часть серебра), 40—60пудов известняка (флюса) с добавкой 20 пудов озерной соли (сернокислый натр).
На 100 пудов руды расходовали 80—100 пудов древесного угля и получали от 30 до 60 пудов роштейна. Роштейн содержал сернистые соединения железа, меди, бария, свинца и других металлов. Извлечение серебра из роштейна производили в небольших горнах, вмещавших до 75 пудов расплавленных продуктов. На роштейн, выпущенный из печи
228
в горн, клали свине. "да он расплавлялся и опускался на дно, его «дразнили» сырым де иным шестом. Серебристый свинец (веркблей) выпускали, а в остаг ся роштейн снова загружали свинец. Так поступали до четырех j Оставшийся продукт — горновой роштейн — опять загружали вмест е рудой в плавильную печь.
Веркблей шел на р зделение в трейбофенах. Разделение 600 пудов
веркблея продолжалось 1,5—2 сут, при этом сжигали 24,3 м3 дров. На
некоторых заводах веркблей перед разделением в трейбофенах обога-
щали путем переплавки в чугунных котлах. В них по охлаждении получалось два продукта: внизу — тестообразный, бедный серебром, а наверху (в виде жидкого металла) — богатый серебром *.
Золото
Больших успехов русские инженеры достигли в развитии техники добычи золота. Используемый с давних времен простой прием отделения золотин от породы, основанный на различии удельных весов природных сплавов золота и сопутствующих минералов, в нашей стране широко применялся и механизировался при помощи различных вододействующих машин.
Разработка коренного золота производилась теми же методами и с использованием той же техники, которые были известны в горном деле. Добытая руда измельчалась в толчеях и затем промывалась в вашгердах, сначала «толчейных», затем в машинных, на которых получали тяжелый с золотом шлих. Окончательная промывка шлиха велась детьми на маленьких ручных вашгердах. Шлиховое золото в лаборатории сплавляли в «корольки», которые по накоплении сплавляли в штыки весом до 1 пуда и более.
Замечательное открытие совершил в 1814 г. Л. И. Брусницын (1786—1857), положив начало развитию добычи рассыпного золота. Ранее рассыпное золото не могли добывать только потому, что основное внимание было сосредоточено на добыче рудного, а если и добывали, то такими же методами, как и рудное: золотоносные пески сначала измельчали, а затем промывали. Такие методы не позволяли уловить все находящееся в песке золото. Л. И. Брусницын устранил переработку на толчеях и ввел непосредственную промывку золотоносных песков, что сразу же дало огромный эффект. Дальнейшее развитие техники добычи рассыпного золота пошло по пути совершенствования механизмов для промывки золотоносных песков (рис. 64). За период с 1823 по 1840 г. был создан комплекс машин, позволивший более чем вдвое увеличить количество промываемых на одной машине песков [41].
Рассмотрим, как развивалась техника добычи золота на примере крупных для своего времени приисков в Мияссе, открытых в 1823 г. Здесь ежегодно получали 50—55 пудов золота.
Вначале на Миясских рудниках золотосодержащие пески промывались на ручных вашгердах, каждый из которых обслуживал 1 промывальщик. В вашгерд загружались 2—3 пуда песка, подавалась вода, песок размывался, крупные его части и галька оседали на дне, ил уносился с водой. Промывальщик гребком подавал песок к голове вашгерда и растирал его. Процесс промывки повторялся. У головы ваш-
* Краткое описание плавки серебряных руд в Алтайских заводах.— Горный журнал, 1851, кн. 1, с. 22—56.
229
М. Золотопромывальна
герда скапливались частицы железа, золота, незначительное количество песка.
Пески промывались до тех пор, пока у головы вашгерда не скапливался слой значительной толщины. Перерабатывали 80—100 пудов золотосодержащих песков за смену, а золота при этом получали всего около 4—8 долей (0,18—0,35 г).
Введя предварительную промывку песков на специальных станках «наподобие венгерских», уменьшили массу обрабатываемых вручную песков в 40 и даже в 58 раз. Предварительная промывка выполнялась в ларях. На их дно укладывались чугунные решетки. На решетки насыпали песок и подавали воду. 4 промывальщика гребками растирали песок, следующие 4 промучивали прошедший через решетку песок на вашгерде.
В 1835 г. на Миясских рудниках имелся золотопромывальный стан. На нем 3 промывальщика растирали пески в ларе для отделения крупной гальки. Отмучивание велось в корыте движущимися граблями. Вал с граблями приводился в движение человеком или конной машиной. За смену здесь промывали 800—1000 пудов золотосодержащих песков. Более производительную машину Агте на Миясских рудниках не применяли из-за сложности ее устройства и необходимости подачи большой массы воды * *.
Много внимания русские металлурги уделили разработке техники амальгамации и внедрению ее в производство. Амальгамация основана на способности золота образовывать сплавы со ртутью.
Для образования амальгамы нужен очень непродолжительный контакт золотины с жидкой ртутью при обычной температуре. Амальгамация была известна еще в древности. О ней упоминали в своих трудах ученые металлурги разных веков. М. В. Ломоносов считал извлечение золота из руд при помощи ртути одним из лучших способов. В книге «Первые основания металлургии, или рудных дел» он не только описал этот способ, но и сделал рисунок с изображением фабрики для промывки руд, на которой может быть применена амальгамация **.
Однако до начала XIX в. амальгамация не выходила за пределы лаборатории, где ее применяли при опробовании руд. Лишь в 1808 г. в Екатеринбурге на территории монетного двора начала работать первая опытная амальгамационная фабрика. Инициатором ее создания и техническим руководителем был инженер А. А. Агте. Непосредственным поводом к созданию фабрики послужила необходимость переработки больших отвалов так называемого черного шлиха, получавшегося при обработке золотых руд и накопившегося за много лет. Черный шлих доставлялся на фабрику сырым прямо с толчейных фабрик, поэтому его приходилось сушить, а затем обжигать для окисления сульфидов на специальной двухподовой печи. Обожженный шлих измельчали и засыпали в лари, размещавшиеся над амальгамационными бочками.
Амальгамация черного шлиха производилась в горизонтальных бочках. В бочку загружали 500 кг шлиха, 320 кг воды и 190—240 кг ртути, а также 16 кг мелкого железа. Загруженные этой смесью на 2/з объема бочки вращались от водяного колеса со скоростью 20—24 об/мин. Амальгамация длилась 18 ч. Затем смесь выпускали в холщовые меш
* Описание промывки золотосодержащих песков и сравнение прежде бывших золото-промывальных устройств с существующими ныне при Миясских золотных рудниках. Соч. Блюма.— Горный журнал, 1835, кн. 2, ч. 1, с. 265—286.
* Ломоносов М. В. Поли. собр. соч., т. 5, с. 502.
231
ки, вручную отжимали и получали от 2 до 8 кг золотой амальгамы. Отжатая ртуть использовалась для очередной операции. Расход ртути составлял 150 г на 1 т шлиха.
Отпарка амальгамы велась в специальной печи. На железную сковороду загружали около 30 кг амальгамы. Отпарка длилась более 12 ч. Получалась золотистая медь, иногда с примесью свинца и с содержанием от 4 до 21% золота. Дальнейшее разделение металлов производилось в Екатеринбургской лаборатории.
Успешная переработка черных шлихов амальгамацией в Екатеринбурге привела к мысли применить этот метод к извлечению благородных металлов и серебристого роштейна, получавшегося на Колыванских заводах. Опыты, проведенные в 1820 г., показали, что амальгамация дает удовлетворительные результаты, значительно сокращая потери.
В 1832 г. в Екатеринбурге амальгамацию стал изучать горный инженер И. И. Варвинский, намереваясь применить ее к извлечению золота и серебра из шлихов. Он предложил вести амальгамацию в кислой среде — в присутствии серной кислоты. Его опыты оказались столь успешными, а результаты настолько превосходили все другие способы амальгамации, что новый способ вскоре был введен на заводах Урала, а затем и Алтая.
Процесс амальгамации, предложенный И. И. Варвинским, улучшил горный инженер И. В. Авдеев, который более четко и правильно изложил необходимые требования к успешному выполнению амальгамации.
Амальгамация стала использоваться и на золотых промыслах. Внедрялся комбинированный способ извлечения золота из золотоносных песков промывкой с последующей амальгамацией пульпы. Массовые опыты применения амальгамации для улавливания тонкого золота, обычно теряемого при промывке песков, начали проводить с середины XIX в. на частных золотых предприятиях.
Платина
В 1819 г. на промыслах Урала в составе рассыпного золота был обнаружен «новый сибирский металл». В дальнейшем было выяснено, что зерна этого металла встречаются на многих промыслах Урала, но цвет у них неодинаков. Последующие исследования показали, что «белый металл», или «белое золото» является разнообразными минералогическими комбинациями платины и ее спутников.
В 1825—1826 гг. по поручению управляющего Гороблагодатскими заводами Н. Р. Мамышева и при его содействии в лаборатории Кушвин-ского завода горные инженеры А. Архипов, Г. А. Посса и мастер В. Сысоев очистили значительное количество платины способом сплавления с мышьяком; при этом примеси переходили в шлак. После отделения шлака мышьяк, содержавшийся в платине, выжигали, и платина проковывалась. Из очищенной таким способом платины были изготовлены различные изделия: кольца, цепочки, пистолетные и ружейные полки, предметы церковной утвари. Так начался платиновый промысел. К 1835 г. уже получали по НО пудов и более платины в год. С 1828 по 1845 г. в России чеканились платиновые монеты.
Дальнейшие опыты по разработке способов очистки (аффинажа) и получения ковкой платины проводились в Петербурге в лаборатории Горного корпуса П. Г. Соболевским и В. В. Любарским. Работа этих ученых имеет громадное значение в платиновом деле и является первой по порошковой металлургии. Ими был разработан метод очистки путем
232
растворения сырой платины в царской водке. Раствор осторожно сливали. Нерастворившийся осадок выпаривали досуха, а затем обливали горячей водой. Когда смесь остывала, к ней добавляли раствор нашатыря. Светло-желтый осадок нашатырной платины отфильтровывали и прокаливали до получения губчатой платины. Губчатую платину набивали в пресс-формы и прессовали под винтовым прессом. Получались плотные металлические кружки, которые нагревали до белого каления и после этого снова прессовали. После такой обработки кружки можно было ковать и подвергать механической обработке. Этим способом и производилась платина для чеканки монет.
Во второй четверти XIX в. платину в нашей стране производили в очень небольших количествах. Однако ряд ученых и техников продолжали изучение сырой платины и возможности ее применения в промышленности. Этими работами занимались П. П. Аносов на Златоустовском заводе, И. М. Мухин в Петербурге, К. К. Клаус в Казани и др.
Таким образом, в рассматриваемый период в металлургии цветных и благородных металлов были достигнуты определенные успехи. Промышленное получение меди в России, фактически созданное в XVII в., развивалось быстрыми темпами, и к середине XVIII в. наша страна, производя около 180 тыс. пудов меди в год, вышла на первое место в мире. Русская медь не уступала венгерской и шведской, считавшимися лучшими в Европе. В конце XVIII в. в медной промышленности России ощутимо отразилось отрицательное влияние крепостного строя, и страны, уже вставшие на путь капиталистического развития, вышли вперед. В середине XIX в. в России выплавлялось свыше 300 тыс. пудов меди в год; по сравнению с серединой XVIII в. уровень производства ее возрос лишь на 66%.
Свинец выплавляли из руд в основном попутно с извлечением серебра. В промышленности свинец употреблялся лишь в процессах извлечения серебра из серебряных руд. К середине XIX в. в России выплавляли свыше 60 тыс. пудов свинца.
В начале XVIII в. бликовое серебро в штыках поступало в Mockbv для аффинажа серебра и золота. Аффинаж серебра производили мокрым путем, а аффинаж золота — сухим. С 1746 г. систематическое отделение золота от серебра было организовано в Петербурге, где применяли более совершенные способы аффинажа, в том числе комбинированный. Это позволило получать чистые металлы в значительных количествах. Так, в 1859 г. в России было получено чистого серебра 1084 пуда.
Золото в нашей стране до начала XIX в. разрабатывалось главным образом коренное. Вода и водяные двигатели были основными в технике извлечения золота. Дальнейшее развитие техники добычи золота пошло по пути совершенствования механизмов и приемов для промывки золотоносных песков. В начале XIX в. в качестве подсобного способа стала использоваться амальгамация, впоследствии улучшенная в связи с применением кислой среды.
В результате изучения методов получения ковкой платины были разработаны основы порошковой металлургии и создан способ, который позволял с меньшими затратами извлекать платину.
233
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ЭНЕРГЕТИКА
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ XVII В.
По мере перехода от ремесленного к мануфактурному производству все более отчетливо определялась необходимость использования энергетических установок большой мощности, надежно работающих в условиях тяжелого рабочего режима, предполагающих возможность эффективного накопления механической энергии и регулирования ее последующей отдачи.
Мускульная двигательная сила человека и животных уже не отвечала растущим требованиям производственной практики, не могла применяться для привода сложного и энергоемкого технологического и вспомогательного оборудования, вводимого на рудниках, металлургических и металлообрабатывающих заводах, сукновальных, бумажных и прочих предприятиях. Значительно успешнее оказалось использование с этой целью энергии неорганической природы — энергии ветра и водного потока. Именно энергия движения воды на протяжении многих столетий использовалась в различных странах Востока и Запада для замены изнурительного ручного труда в энергоемких процессах размола зерна и водоподъема для орошения в земледелии. Длительный, веками накопившийся опыт строительства вододействующих зерновых мельниц и оросительных установок сосредоточил в себе огромную сумму практических знаний и навыков, необходимых при возведении гидротехнических сооружений.
Мельницы
Начало энергетического использования рек — строительство водяных мукомольных мельниц на территории Русского государства — относится, по-видимому, еще к VI—IX вв. н. э. Можно считать несомненным, что славянские племена и первые государственные образования в районе верхнего и среднего течения Днепра уже в VI—VIII вв. знали водяные мельницы с подливными колесами, часто наплавного типа, аналогичные римским устройствам на р. Тибре.
Первое письменное упоминание о мельницах мы находим в перечислении владений русского духовенства, освобождаемых от поборов — повинностей, в ярлыке хана Менгу-Темира, данном в 1267 г.
Многие документы XIV в. неоднократно упоминают водяные мельницы, ставшие к этому времени существенными элементами хозяйственного быта монастырей, княжеских усадеб, а вскоре и крестьянских общин. К XV в. распространение водяных мельниц в России становится обширным и повсеместным.
В Москве на реках Коломенке, Студенце, Неглинке, Мьстице, Косине, Яузе и других существовали значительные гидротехнические сооружения. Так, на р. Неглинке в XV в. были выстроены 3 большие мельницы, а в 1519 г. великий князь Василий III «пруды копал и мельницу камену доспел на Неглинне» *. Плотина на этой реке и мельница при ней были построены на месте современной площади Революции, а пруд ее занимал всю нынешнюю площадь Свердлова.
* ПСРЛ, т. III, с. 198.
234
На Урале, в Поволжье, на Украине и в других местах строились плотины, сооружались мельницы, совершенствовали свое искусство мастера «плотинных дел». Широко используя опыт строительства крепостей на обширной территории юга, юго-запада и северо-востока России, плотинные мастера в совершенстве владели искусством загораживать реки, копать каналы, а при случае и «хитростью пустить воду» на врага.
О смелости замыслов русских плотинных мастеров в XVI в. свидетельствует попытка обуздать такую реку, как Волхов. Ряд летописей сохранил эпическое повествование об этом выдающемся замысле. В записи за 1528 г. в IV Новгородской летописи сообщается, что к Новгородскому архиепископу Макарию пришел «некий хитрец от Псковской страны... и возрев на Волхов реку и нача говорити: „Аще бы кто повелел, сделал бы есми на сей реце мелицу“» *. В другой летописи (I Псковской), относящей это событие к 1524 г., указано, что с предложением «мелницу поставити, где искони не бывало, на славной реце на Волхове пониже мосту; и прииде к нему муж Невежа псковитин, Снетно-горского мелника человек». Несмотря на то что многие предостерегали Макария от согласия на предложение «псковитина», утверждая, что «Волхов наша съмолоду не молола; ачи на старость учнет молоть», но Макарий распорядился строить плотину и мельницу на месте, которое «псковитин» счел бы подходящим («где пригоде»).
Анализ сохранившихся описаний плотины «псковитина» позволяет считать ее конструкцию аналогичной известным впоследствии под названием буна. Судя по стремлению «псковитина» освоить быстрины между левым берегом реки и островом, его установка была уже известного плавучего типа, колеса которой используют кинетическую энергию текущей воды. Бун, сужавший проток, был необходим для увеличения скорости течения и .соответственного увеличения мощности, развиваемой колесом. Ряжи, срубленные из добротного леса, загружались валунами с тем, чтобы «топити те срубы камением велицем». По мере утопления ряжи наращивали и снова загружали камнем. Это был оригинальный в принципе сохранившийся и до наших дней способ сооружения ряжевой каменно-деревянной плотины.
Плотина и мельница при ней были построены и действовали, по-видимому, осенью в год постройки, но весной ледоход и паводок разрушили все строение. «Пришед вода и развесе пруд»,— сообщает летопись. Новгородская летопись содержит больше подробностей о катастрофе. И ледоход, и особенно необычный по величине паводок разрушили все сооружение, «разнесе и самое то место, идеже жерно стоя». Такой необычный паводок на реке, являющейся единственным выходом из озера, которое принимает сток более 300 рек, несомненно, разрушил бы и более совершенное гидротехническое сооружение. Но летописец обвинял в катастрофе «псковитина», называя его «въконец безумным» **.
Строитель первой плотины на р. Волхове был вынужден бежать из Новгорода. «И из града избеже, неведомо камое скрыся и доныне погибе». «Не сбыстся владыки Макарию поставить на Волхове мельницы»,— заключает свое повествование о Невгже-псковитине новгородский летописец.
Однако неудачи не могли остановить строителей. Широкое распространение водяных мельниц подтверждается множеством сохранившихся сведений об их постройке на далеких Соловецких островах и на Украи
* Там же.
** ПСРЛ, т. IV, с. 19S.
235
не, в верховьях Волги и на Каме. Да и на самом Волхове попытка построить плотину в 1600 г. была успешно завершена — при Борисе Годунове на Волхове была сооружена плотина и при ней мукомольная мельница.
В XVI и начале XVII в. водяные колеса стали использоваться не только для помола зерна. Наряду с мельницами и крупорушками повсеместно встречаются сукновальные колеса и другие разнообразные установки для промышленных нужд, в том числе на реках Москвы.
По сообщению Р. Барберини известно, что в 1564 г. «затеяли они [москвитяне] также ввести делание бумаги, и даже делают»*. В 1634г. «бархатного дела мастер» Е. Фабрикант получил право на заведение в России «мельниц и сушилен для выделывания лосиных кож». Весной 1655 г. патриарх Ников выстроил на р. Пахре рядом с существовавшей мукомольной мельницей водяную бумажную. В 1666 г. на той же Пахре построена еще одна бумажная мельница, затем (до 1681 г.) на Пахре и Яузе было выстроено еще несколько бумажных мельниц.
В 1655 г. на р. Яузе были построены две крупные «мельницы, в которых толкут порох водою»: одна у Сыромятников (Мельницкий переулок на Верхне-Сыромятнической улице), другая ниже по течению, у Яузского моста. Верхняя вскоре была превращена в бумажную, а затем снова в пороховую.
В царском имении в Измайлово в XVIII в. появилась мельница для выделки стекла. На р. Яузе у села Преображенского была лесопильная мельница, а рядом с ней плотина с колесом, приводившим в движение механизмы фабрики для выделки парусных полотен.
Новым и весьма важным этапом развития гидросиловых установок было применение водяных колес на металлургических и металлообрабатывающих заводах. В 30-х годах XVII в. на р. Тулице, в 15 км от Тулы, А. Виниус построил, по-видимому первый в России, «вододействуемый железоделательный» завод. Вскоре здесь же были выстроены еще три завода (Городищенские заводы). На р. Ваге Ф. Акема и П. Марселис построили ядерный завод. В 1653 г. они же построили на р. Скниге четыре плотины, а при них Каширские металлургические заводы. Расширяя производство металла, Акема и Марселис в 1656 г. взяли «на оброк» Поротовский завод. В 1659 г. они присоединили к своим владениям Угодский завод, с плотиной на р. Угодке **.
В 1651 г. под Москвой на р. Белой, правом притоке Истры, в селе Павловском у Звенигорода боярин В. Морозов завел «рудню» и «поставил мельницу водою железо ковать» ***. С 1668 г. завод этот перешел в ведомство Тайного приказа и был расширен до трех корпусов.
Плотины
На любом заводе плотина была основным, наиболее сложным и дорогим сооружением. Длина их колебалась от 80 до 200 м, высота достигала 6—6,5 м. Чаще всего это были земляные сооружения, тело которых покрывалось деревянной обшивкой, закрепленной сваями. В теле плотины устраивали прорези для спуска вешних (паводковых) вод или так
* Лихачев Н. П. Бумага и древнейшие бумажные мельницы в Московском государстве. СПб., 1891, с. 84.
” Крепостная мануфактура в России, ч. 1. Л., 1930, с. 30—40, 93—95.
*** Забелин И. Е. Большой боярин в своем вотчинном хозяйстве XVII в.— Вестник Европы, 1871, кн. 2, с. 465.
236
65. Ворот для подъема затвора (ГИМ)
называемый вешняный прорез для «вешней и прибылой воды». Подобная плотина была сооружена и в селе Измайлове.
Порог водоспуска устраивался много выше основания, сохраняя в пруду большое количество воды. Однако для полного спуска ее в теле плотины прокладывали особую сливную трубу , закрывавшуюся специальным затвором.
Над вешняным водоспуском делали мост, а в верхнем бьефе для защиты прорези в теле плотины сооружали быки из дубовых бревен с земляным заполнением. Сами водоспуски делались также из дубовых бревен, по которым настилали сливной пол из дубовых же брусьев, надежно прикрепленных к бревнам железными гвоздями и скобами .Длина водоспуска определялась для каждой плотины в зависимости от напора и расхода воды с тем, чтобы в конце его скорость течения была заметно уменьшена и не подмывала нижнего окончания водосброса .Во многих случаях слив делали каскадным либо в начале, либо в конце водоспуска—такое устройство гасило энергию потока и предохраняло нижний бьеф от размывания .
Затворы в вешняках устраивали из дубовых досок. Они двигались в брусьях со специальными пазами. Поднимались затворы вручную с помощью ворота (рис. 65).
Из пруда к колесам вода поступала в систему ларей по проложенной в теле плотины «водяной трубе». Вода, забранная из верхнего бьефа (обычно из верхнего слоя его), поступала через несколько (от 1 до 6) труб в большие лари, от которых разветвления отводили воду в малые лари, а от них к водяным колесам. Обычно это были верхненаливные колеса («верхнего боя»).
Водяные колеса приводили в движение воздуходувные мехи, кричные молоты, установки для сверления ружейных стволов и рассверливания пушек.
Представляет интерес одна из оригинальных гидросиловых установок, созданных в 50-х годах XVII в. у г. Каширы. Описание ее находим в записках путешественника и ученого П. Алеппского, в 1654 г .посетив
237
шего Москву: «Идет источник текучей воды по длинным и толстым деревянным желобам, выдолбленным внутри, подобно узкогорлым глиняным кувшинам для воды; желоба отвиты ветвями и спускаются по склону горы; между каждыми двумя желобами небольшая мельница, а таких мельниц, с удивительными приспособлениями, двенадцать от укрепления до реки» *. Такое каскадное использование водотока было ярким примером высокого технического уровня всей схемы.
Оригинальной была и первая гидросиловая установка на р. Москве, единственная на этой реке в черте города. В пролетах выстроенного к 1692 г. Большого Каменного моста были сооружены плотины, и вода направлялась на мельницы. Несмотря на оригинальность этих устройств, ежегодные заторы льда и подъем воды в верхнем бьефе приносили много неудобств, вследствие чего в 1731 г. мельницы и плотины были сломаны, а пролеты очищены, «чтобы проход воды был свободный»**.
Конечно, далеко не все плотины были построены удачно. Зачастую реки, на которых возводились плотины, были маловодны, а местность не всегда благоприятствовала возведению плотин. В некоторых случаях поймы рек были так широки, что приходилось сооружать плотины длиной до 300 м. Иногда заводы располагались так близко один от другого, что подпор нижних мешал работе верхних.
Прорывы плотин разрушали нижележащие заводы. Во многих случаях эти прорывы были следствием неумелой эксплуатации, отсутствием необходимого надзора за плотинами. Больше всего страдали они во время пропуска вешних вод и ледоходов.
Но неудачи не останавливали распространения «вододействующих предприятий». Передовая по тому времени техника прокладывала себе дорогу и развивалась ускоренными темпами. Первые русские заводы с водяными колесами были той более высокой формой производства, которая вскоре пришла на смену ремеслу и обеспечила развитие крепостной мануфактуры.
К середине XVII в. применение «вододействующих предприятий» в России стало повсеместным и обширным и начало создавать затруднения развивающемуся судоходству. Насколько серьезны были эти затруднения (и насколько, следовательно, широко распространено строительство плотин), свидетельствует издание государственных актов, ограничивающих строительство новых плотин на судоходных и сплавных реках. В 1649 г. царь Алексей Михайлович ввел в главу IX «Соборного уложения» статьи о мостах, перевозах и плотинах. Они запрещали сооружение новых плотин на судоходных реках. Разрешалась лишь постройка плотин с воротами для судового хода, «чтобы теми вороты мочно было судам ходити». В случае порчи дорог и мостов подъемом воды из-за самовольного сооружения плотин предписывалось «те мельницы... свести». Но если строитель, поставив плотину, «учнет кто бити челом Государю, чтобы у них мельниц не ломать, и тем мельницам по их челобитью быть». Однако в обязанность строителя при этом вменялось «в тех местах где бывали старые дороги, зделати для проезду всяких людей мосты и перевозы устроити добрые» ***.
* Путешествие антиохийского патриарха Макария в Россию в половине XVII в., описанное его сыном, архидиаконом Павлом Алеппским, вып. 2, М., 1897, с. 139.
** Нестерук Ф. Я. Водное строительство Москвы. М., 1950, с. 264.
*** Уложение государя, царя и великого князя Алексея Михайловича (1649 г.). СПб., 1913. «Соборное уложение» 1649 г. было составлено на основании жалоб и челобитных, собранных на протяжении более 30 лет. Следовательно, много мельниц на судоходных реках строилось еще в первой трети XVII в.
238
Накопление опыта и овладение мастерством сооружения и эксплуатации плотин и мельниц хорошо характеризуются словами Петра I (1697), ответившего на вопрос, держать ли работавшего на лесопильной мельнице «иноземца терщика, есть ли и без нево умеют — отпустить» [82, с. 697]. Как мы увидим далее, иностранный опыт в большинстве случаев оказывался неприменимым в русских условиях, а накопленное отечественными мастерами умение стало основой блестящего расцвета русской гидротехники в XVIII в.
«Вододействующие предприятия XVII в. сыграли свою роль, не только расширив области применения водяных двигателей в России. Особенно велика их роль в деле подготовки кадров последующих строителей новых вододействующих заводов, созданных в XVIII в. на Урале, Алтае, в Олонецком крае и других районах»,— писал известный советский историк техники В. В. Данилевский [38, с. 20].
Плотины гидросиловых установок в XVII — первой половине XIX в.
Переход от ремесла к крепостной мануфактуре совершался в России в условиях превращения страны из экономически отсталой в одну из наиболее мощных европейских держав. Российская империя нуждалась в быстром развитии всех отраслей промышленности, и Петр I, всячески поощряя инициативу, ввел немало льгот для лиц, начинавших строительство различных предприятий.
Многие отрасли производства требовали не только огромного числа рабочей силы, но и механической энергии в больших масштабах. Это относилось прежде всего ко всем видам горнорудной и вообще к добывающей промышленности Поэтому льготы в этих отраслях были особенно значительными и широко применялись в течение почти полутора столетий. Это вызвало подъем промышленности и невиданное ранее развитие энергетической базы — вододействующих установок. Особые льготы устроителям таких установок сохранялись почти до 70-х годов XIX в. Например, кабинет министров 7 января 1736 г. ввел «льготы и поощрения... при условии использования водяных мельниц», а указом от 28 марта 1830 г. установлены «льготы всем тем, кои отныне заведут значительные заведения, водою действующие».
В конце XVII в. и особенно в первые десятилетия XVIII в. принципиально новым применением водной энергии в России было использование водяных колес в горнорудной, металлургической и металлообрабатывающей отраслях промышленности. Именно на предприятих этих отраслей сложилась своеобразная практика гидросилового строительства, наследовавшая все лучшее, что накопили русские гидротехники при строительстве плотин, мельниц, шлюзов, каналов, водяных колес в предшествующие столетия.
Отраслевое назначение сооружаемых в эти годы гидросиловых установок определило и их географическое размещение. Помимо существовавших к концу XVII в. Тульских и Подмосковных железоделательных заводов, в последние десятилетия XVII в. и в самые первые годы XVIII в. новые заводы возникли в Олонецком крае и на Урале. Позднее, в конце XVIII в. и в первые десятилетия XIX в., к этим районам присоединяются Горный Алтай и Забайкалье, где было сооружено немало рудников с железоделательными, меде- и сереброплавильными заводами.
Олонецкие и уральские заводы строились вблизи небольших рек, ко
239
торые вращали водяные колеса, чаще всего верхненаливные (верхне-бойные), приводившие в движение различные заводские механизмы. Это были почти исключительно приплотинные установки, в основном с центральными двигателями и механической передачей энергии к рабочим механизмам. Несколько позднее получила распространение система распределения воды центральным водяным ларем, из которого она поступала в рабочие лари, доставлявшие ее к водяным колесам различных цехов завода.
Заводские гидротехнические сооружения первой половины XVIII в. отличаются большой продуманностью схем, высоким мастерством исполнения, быстротой строительства сложных конструкций. Более 200 заводских плотин, сооруженных на Урале в течение 20—30 лет, значительная часть которых построена в один строительный сезон, свидетельствуют о грандиозном размахе промышленного строительства на Урале в этот период. А тот факт, что многие из плотин, несмотря на далеко не благоприятные условия эксплуатации, используются и в настоящее время, спустя 250 лет, подтверждает высокое качество работ в эпоху блестящего расцвета русской гидротехники.
Положение несколько изменилось во второй половине XVIII и в начале XIX в. в связи с упадком уральской металлургии, продолжавшимся более 150 лет.
Строительство новых заводов переместилось на восток, где были обнаружены неисчислимые природные богатства. Но на Алтае, в Сибири и Забайкалье гидротехнические сооружения создавались по иным, чаще всего по деривационным схемам. Их своеобразие, смелость решений, создание уникальных сооружений, прославивших во всем мире русскую гидротехнику, характерно для конца XVIII — начала XIX в.
Одновременно началось развитие гидротехнических сооружений в интересах водного транспорта. Совершенно несомненна преемственность и взаимосвязь технических решений в сооружении гидросиловых устройств и строительстве каналов, плотин, шлюзов, создании водохранилищ. В истории дореволюционного отечественного водного транспорта именно конец XVIII —начало XIX в. должны быть отмечены как период наиболее оживленной деятельности. В эти годы создавались основные соединительные каналы между верховьями многих мощных рек, возникали сплошные водные пути, построены Тихвинская и Мариинская системы, соединены Днепр и Западный Буг, Западная Двина и Неман, Волга и Сухона и другие реки.
Однако вторичный расцвет русской гидротехники вскоре сменился почти вековым периодом застоя. Лишь единичные сооружения этого периода могут привлечь наше внимание, например знаменитое водяное колесо Кренгольмской мануфактуры на р. Нарове (г. Нарва), а также некоторые сооружения Мариинского водного пути.
Причины упадка объясняются появлением парового двигателя как в стационарных энергетических установках, так и на транспорте. В промышленности паровой двигатель появился в конце XVIII в. сначала в виде «огненной» машины, используемой для водоотлива в шахтах и рудниках, затем в виде универсального двигателя для заводских нужд. Появление парового двигателя коренным образом изменило роль транспорта в жизни страны. Возросли перевозки грузов и пассажиров рельсовым транспортом, а появление пароходов резко изменило требования, предъявляемые к искусственным водным путям. Под действием этих причин к середине XIX в. гидротехника в России переживала своеобразный переломный период.
240
Схема приплотинных гидросиловых установок первой половины XVIII в.
В период расцвета строительства гидросиловых установок русские мастера выработали своеобразный тип сооружений, отличавшихся глу? бокой продуманностью расположения всех частей и основанных на критическом освоении предшествующего опыта как отечественного, так и иностранного.
Гидросиловые сооружения имеют ту специфическую особенность, что компоновка каждой установки своеобразна и зависит от многих факторов— топографии, геологии, режима стока реки. Однако при изучении множества схем русских гидросиловых установок можно отобрать ряд типичных, наиболее характерных, в которых нетрудно увидеть некото-, рые общие принципы, положенные в основу каждого конкретного решения.
Так, характерным для гидросиловых установок первой половины XVIII в. является применение исключительно приплотинных схем с тесным расположением всех сооружений в виде одного узла. В состав такого узла обычно входили плотины с прорезями для подвода воды к ларю («рабочий прорез») и сброса весенних паводков («вешняный прорез»), сливным мостом, мостом, с которого осуществлялось управление затворами прорезей, с деревянными ларями, подводившими воду к верхненаливным колесам, и с отводным каналом, для стока отработавшей воды.
Примерами таких установок, сооруженных в первые десятилетия, XVIII в., могут служить гидросиловые устройства заводов Олонецкого края (Петровский завод в Петрозаводске, Повенецкий, Кончезерский), Урала (Екатеринбургский, Каменский, Уктусский, Полевский, Елизаветинский, Верх-Исетский, Выйский, Егошихинский, Алапаевский, Лялин-ский, Шуралинский, Верхне-Тагильский, Нижне-Тагильский, Ревдин-ский и другие), Алтая (Колыванский, Барнаульский).
Основные принципы, принятые строителями гидросиловых установок в первой половине XVIII в., наиболее полно изложены в рукописи В. И. Геннина. Сначала в Петербурге, затем в Олонецком крае, Сестрорецке, на Урале, снова в Сестрорецке и Туле этот талантливый горный инженер проектировал, строил и эксплуатировал не только заводы, но и плотины, водяные колеса.
Уже в первые годы своей деятельности Геннин понял, что специфические условия России и ее технические традиции в области сооружения плотин и шлюзов не позволяют полностью опираться на зарубежный опыт. Именно этим объяснял он неудачи многих первоклассных иностранных специалистов, не сумевших успешно применить свои знания при постройке плотин в России.
Это и понятно. Многовековой опыт гидротехнического строительства, накопленный русскими Пильняками, шлюзных и плотинных дел мастерами, учет специфических особенностей русских рек, русского климата, местных строительных материалов выработал своеобразную практику сооружения плотин заводских гидросиловых установок. Подробно анализируя особенности русских плотин, Геннин указывал, что в Западной Европе и строительные материалы, и схемы гидросиловых установок были совершенно иными.
Свою работу в России Геннин начал с постройки плотин для Олонецких металлургических заводов. Реформы Петра I и особенно борьба за устье р. Наровы значительно повысили потребность страны в металле,,
16 Очерки истории техники в России
241
и Петр начал ускоренно развивать олонецкие и уральские заводы. Особенное значение он придавал заводам Олонецкого края, так как их металл можно было быстрее использовать для военных целей.
Гидросиловая установка первого в Олонецком крае Петровского завода в Петрозаводске создавалась по приплотинной схеме, обычной для заводов XVIII в. К сожалению, ни плана, ни описания завода, относящихся к началу XVIII в., не сохранилось. Лишь в 1819 г. по распоряжению горного начальника олонецких заводов были собраны воспоминания старожилов и проведен осмотр остатков плотины. На р. Лососинке из ряжей — срубов, заполненных глиной — построена деревоземляная плотина. Расположение отдельных частей ее было общепринятым для того времени — «рабочий прорез» («русло для действия завода») сделан у примыкания плотины к левому берегу реки, паводочный водосброс («вешняный прорез») —посередине плотины. Это была обычная для того времени компоновка. Отступления от нее во второй половине XVIII в. дали весьма неблагоприятные результаты.
В 1713 г. Геннин был назначен начальником всех горных заводов Олонецкого края. В короткий срок он привел в порядок запущенное хозяйство Петровского завода, расширил его, построил 2 новых домны, реконструировал Повенецкий и Кончезерский заводы. Уже в это время Геннин внимательно изучил особенности русского плотиностроения, его отличия от того, что приходилось встречать на Западе, где он вновь побывал в 1716 и 1719 гг. для осмотра горных заводов.
Приступая в 1720 г. к коренному переустройству олонецких заводов и вводя на них в действие технически более совершенные металлургические цехи, Геннин использовал иностранный опыт и привлек многих специалистов из Сахсонии и «из прочих мест». Естественно, что потребовалось расширить и силовые установки заводов. Еще до прибытия приглашенных мастеров (до августа 1720 г.) были перестроены старые плотины, построена одна новая. Работа выполнялась исключительно русскими мастерами. Более того, с олонецких заводов Геннин не раз посылал на Урал для обучения демидовских рабочих своему искусству многих мастеров, в первую очередь плотников, строителей плотин.
В марте 1722 г. Геннин получил назначение на Урал, где ему поручалось привести в порядок горные заводы. Отправляясь туда, он взял с собою немало русских мастеров, подмастерьев и учеников с олонецких заводов и из Петербурга. Среди них были и опытные плотинные мастера.
Ко времени приезда Геннина на Урале действовал ряд железоделательных и медеплавильных заводов. На большей части плотины при них были сооружены по принятой и вполне оправдавшей себя схеме.
В 1723 г. Геннин начал строить новый железоделательный завод, место для которого он выбрал весьма удачно на р. Исеть при истоке ее из Шит-озера. Место это вполне отвечало требованиям, позднее сформулированным Генниным, обобщившим опыт сооружения плотин в России. Он рекомендовал выбирать для сооружения плотин места, «где судового ходу нет, и такие, чтобы на обоих сторонах реки береги, где быть плотине, были круты и высоки и, конечно, не ниже 5—6 сажен [11 — 13 м], и река б не очень круто падение имела, но выше б плотины довольной розлив мог быть, и запертая вода далее могла разливатца. И когда на таком месте для верхнебойных колес, понеже нижебойные не употребляютца для бережения воды, плотина построитца вышиною в 4 сажени, и вешняки запруца, тогда вешняя вода может без выпуску в розливах быть в пруде, и хотя излишняя будет напрасно не проходить,
242
но для запасу на фабрики будет на целой год... И в таких озерах и прудах великих вода не так стынет, для того что они глубоки, такожде в ларях вода завсегда стоит вглубь с лишним на пять аршин и имеетца выше колес. И от такой великой тягости воды на колеса меньше потребно, ибо она из ларей на колеса идет сильно» [33, с. 128—129].
В марте 1723 г., начав строительство плотины, Геннин доносил Петру I: «Зачал я на реке Исети, где место сыскал лучше, воды довольно и лесов и руды на многие лета,— крепость и завод»*. Плотина была по тем временам одной из наиболее крупных—длина ее 209 м, ширина 42,6 м, высота 6,5 м. Сооружаемая у самого истока реки из озера, плотина поднимала уровень его. «При Екатеринбурхе показалося, что спруд-ная вода с пятнадцать верст вверх на разлив взошла и сделалось вверху пруда озеро окружением верст на тритцать и больше» [там же].
Такой запас воды позволил не только работать круглый год, но и увеличить мощность установки. Если бы не было такой плотины на реке Исеть, «на которой построены все Екатеринбурхские фабрики... и вешней запасной воды, но шла б оная мимо, то б и такая река, как оная Исеть, не могла поднять более пятнатцати колес верхнебойных, а ныне оная поднимает, и действуетца всегда слишком пятьдесят колес целый год без остановки» — писал позднее В. Геннин [там же, с 131].
Екатеринбургская плотина (рис. 66), подробно описанная В. Генни-ным как типичная плотина начала XVIII в., сооружена из дерева и глины. Строили ее в следующем порядке. В пойме и русле реки был отрыт котлован, несколько углубленный в материковую породу, в который опустили два параллельных ряда срубов, рубленных из толстых бревен лиственницы или сосны. По-видимому, эти срубы ставились не прямо на материковое основание, а на сваи, забитые на значительную глубину. Сами срубы и все пространство между ними забито плотно утрамбованной глиной без песка от основания до верха. Высота срубов доходила до уровня порога рабочих и водосбросных отверстий.
Со стороны будущего пруда срубы были обшиты досками, а затем произведена отсыпка глины и крепкая утрамбовка ее ручными бабами («токмарями»), Верховой откос плотины укреплялся дерном, уложенным наискось в три —четыре ряда. Глиной засыпали оба ряда срубов до намеченной высоты (гребня) плотины.
В центре плотины сделан «вешняный прорез» для сброса весенних вод после заполнения обширного водохранилища, а симметрично в обоих сторонах плотины между этим прорезом и берегом сделаны два ларевых (рабочих) прореза. Через них, систему ларей (деревянных водоотводов) и ларевые окна вода поступала к каждому из 50 верхненаливных колес, установленных на отдельных фабриках (цехах), располагавшихся вблизи плотины по обе стороны русла реки.
Особое внимание обращалось на такие ответственные части установки, как «понурные мосты», т. е. устройства для пропуска через тело плотины воды из будущего пруда. Три понурных моста Екатеринбургской плотины, по описанию В. Геннина, опирались на прочные срубы и были сделаны из толстых шпунтовых («паженных») досок, под которые с особой тщательностью набивалась глина.
Прорезы в теле плотины — вешняный и рабочие — были укреплены тем, что срубы возле них возводились на всю высоту плотины и обши-
* Жизнеописание генерал-лейтенанта Видима Ивановича Геннина, основателя Российских горных заводов.— Горный журнал, 1826, кн. IV. Приложения, с. 118.
243
16*
в6. Пл°ТИНа Екатеринбургского за»0Да
вались шпунтовыми досками, которые были «друг к другу пристроганы стругом и приплочены плотно, как бочки» [33, с. 131].
Не менее важной частью плотинной установки был так называемый «вешняный», или «сливной мост», т. е. устройство, по которому вода, пройдя «вешняный» прорез, сбрасывалась в русло реки. Он должен был отводить паводочную воду как можно дальше за пределы расположенных ниже плотины заводских цехов. Эго было необходимо не только для предохранения заводских построек от разрушения паводочными водами, но главным образом чтобы погасить энергию сбрасываемой воды.
В 30-е годы XVIII в. под руководством Геннина была сооружена также плотина'на Каменском заводе, имевшая некоторые, правда неоправ-давшиеся, нововведения (рис. 67). Основным недостатком было устройство ряжей непрерывно по всему поперечному профилю плотины, что вело к просачиванию воды вдоль бревен ряжей через все сечение плотины. Неблагоприятные последствия могли быть вызваны и промерзанием верхних слоев глины в ряжах, составлявших все тело плотины [38, с. 129].
На необходимость строгого соблюдения правил сооружения плотин, их отдельных частей и размеров неоднократно указывали и Геннин, и другие строители плотин и заводов. Опыт показал, что неразумное, необоснованное отступление от этих правил, пренебрежение техническим опытом русских гидротехников приводило к авариям.
По окончании строительства Екатеринбургского завода, в апреле. 1724 г., на нем действовали две доменные печи, две кричные и пять «молотовых фабрик», выпускавших уклад (мягкую сталь, полученную из кричного железа), сталеплавильный, железорезальный и проволочный цеха и «пильная» (лесопильная) мельница. Вскоре к этому добавились еще две «молотовых фабрики».
Строительство горных заводов и плотин для них осуществлялось Генниным необычайно быстро. На Верхнеуктусском заводе плотину начали строить 1 июня 1722 г. и окончили осенью. Плотину Верх-Исетского завода (длиной 320 м) начали строить 1 июня 1725 г. и окончили в том же году еще до зимы. Сооружение Екатеринбургского завода в течение года, а плотины на реке Исети в течение одного лета, несомненно, удивительно. Рукопись Геннина открывает нам «тайну» этих темпов — бесчеловечная эксплуатация пригнанных на стройку многих тысяч крестьян и солдат.
Принятые на Урале схемы расположения плотин и заводских цехов, пользующихся водяными колесами, вскоре получили распространение и в Сибири. По этим схемам в 30-х годах XVIII в. строились первые алтайские заводы — Колыванский и Барнаульский.
В 1727 г. на Алтае был построен небольшой медеплавильный завод с ручными воздуходувными мехами. Присланный А. Демидовым с Урала плотинный мастер Клеопин перенес завод на берег р. Белой и построил на ней у села Колывань плотину по обычной для Урала схеме. Она отличалась лишь тем, что как верхний, так и нижний откосы имели облицовку из обработанного камня. Что же касается Барнаульского серебро- и медеплавильного завода, то его плотина отличалась от Колыван-ской лишь размерами.
Геннин пробыл на Урале до 1733 г. Его сменил выдающийся сподвижник Петра I, работавший на Урале еще до приезда Геннина, В. Н. Татищев, также немало сделавший для развития уральской горной промышленности. Однако построенные им плотины не отличались принципиально от сооруженных при Геннине. Варьировалась лишь тщательность исполнения и отделка отдельных частей.
245
67. Плотина Каменского завода (ГИМ) а — разрез плотины; б — план плотины
246
Приплотинные схемы второй половины XVIII и начала XIX в.
На большинстве заводов, сооруженных в первой половине XVIII в. и продолжавших действовать во второй его половине, сохранились приплотинные установки, созданные по рассмотренным выше схемам. Таковы заводы Екатеринбургский, Егошихинский, Колыванский и ряд других. Различного рода перестройки не изменяли по существу принятых схем.
Многие новые заводы, построенные на рубеже первой и второй половины XVIII в. сохраняли почти без изменения плотинные схемы начала века. Это Преображенский (1750), Каноникольский (1751), Верхне-Троицкий (1752), Катав-Ивановский (1755), Воткинский (1758), Ижевский (1759—1760) и др. В других районах страны нередко встречаются плотины, сооруженные по типичной плотинной схеме начала века. Такова, например, плотина Чернореченского завода, построенного в 70-х годах XVIII в. вблизи Петербурга, плотина Александровского завода в Петрозаводске (1774) (рис. 68).
Наиболее типичной для второй половины XVIII в. можно считать плотину одного из лучших заводов России — Воткинского, построенную под руководством гидротехника Москвина и подробно описанную металлургом И. Германом [34, с. 65—76]. Воткинская плотина представляла значительное по тем временам сооружение. Общая длина ее 685 м, ширина по гребню 43,7 м, по подошве 85,3 м, полная высота около 10 м, нормальный напор, используемый колесами, составлял 3,72 м, число колес 70 *. Зеркало водохранилища, образованного Воткинской плотиной, составляло 20 млн. м2, а объем срабатываемой части пруда 48,75 млн. м3.
Как и для плотины Екатеринбургского завода, в основании ее были сделаны четыре ряда противофильтрационных замков — траншей глубиной до 2,1 м, заполненных тщательно утрамбованной глиной. Само тело плотины состояло из чередующихся слоев глины, шлака и хвои и покрыто сверху чистой глиной. В теле плотины сделано три прореза — два вешняных и один рабочий (ларевой), причем вдоль одного из вешня-ных водоспусков устроен ларь для подачи воды в «молотовые фабрики».
Особое внимание обращалось на укрепление прорезов, ограждение их, ото льда специальными «дворами», на примыкание плотины к берегам, на «понурные» и «сливные» мосты, по которым вода стекала в старое русло реки. Берега этого русла укреплялись отсыпкой шлака во избежание размыва и разлива воды в периоды паводков.
Как видно из описания Воткинской плотины, сооружение ее отвечало всем требованиям плотиностроительной техники начала века (за исключением лишь требований к материалам).
Нельзя не упомянуть о плотине и необычной силовой установке, сооруженной М. В. Ломоносовым на Усть-Рудицкой фабрике «разноцветных стекол». Как сама фабрика, построенная для экспериментальных работ Ломоносова, так и ее гидросиловая установка были созданы ученым для научных исследований. Выбрав место для фабрики у слияния двух небольших речек, из которых одна — Рудица —• имела очень быстрое течение, Ломоносов построил на ней «плотину длиной на 30 сажен, вышиною в 1,5 сажени, которая состояла из крепких Тарасов [бревенчатых срубов], набитых глиною и каменьем, шириною в 2 сажени, да отсыпь каменная с дерном на 4 сажени со слюзами и воротами, утверде-
* Тиме И. А. Курс гидравлики. СПб., 1894, ч. 1, с. 123.
247
на на крепких шпунтовых сваях. На одной плотине поставлена мельница, мерою против лаборатории, в ней движутся 3 колеса: первое для двух рам пильных, чтобы пилить доски к фабричному строению и впредь для пристроек, починок и ящиков под материалы; второе колесо для машин, которыми молоть, толочь и мешать материалы, в стекло потребные и шлифовать мозаику, для которых кругов в мельнице 2 покоя особливые; третьим колесом ходят жернова для молотья хлеба, на котором содержать фабричных людей» *.
Последней из установок старого типа, созданных на основе обобщения опыта строительства плотин на Урале и в других районах страны, была, по-видимому, гидросиловая установка Томского железоделательного завода. В 1769 г. выдающийся минералог, ученик И. И. Ползунова В. С. Чулков был послан для обследования только что открытых у р. Томь-Чумыш (Кемеровская обл.) месторождений железной руды и выбора площадки для будущего завода. Чулков выбрал для него место и наметил расположение цехов. Но приехавший на строительство выдающийся русский гидротехник Д. Ф. Головин предложил другой вариант и построил завод «по собственному расположению». «Расположение» это отличало гидросиловую установку Томского завода от большинства при-плотинных установок других заводов конца XVIII в. тем, что позволяло обезопасить все цеха от возможности затопления в случае прорыва плотины паводочными водами.
Соблюдая все правила, выработанные русскими гидротехниками начала XVIII в., Головин расположил плотину у петли, образуемой р. Томь-Чумыш, в том месте, где вода промыла перемычку между встречными руслами и создала старицу. В выбранном створе берега реки были прочными и позволяли надежно закрепить плотину. Выше нее была котловина, достаточная для создания значительного водохранилища, ниже — ровная площадка, удобная для размещения цехов завода.
Классическая схема гидросиловой установки начала XVIII в. была применена разумно и умело приспособлена к местным условиям, что предохраняло завод от разрушения в многоводные годы. Это был последний случай строгого соблюдения технических традиций начала века.
Во второй половине XVIII в. отступления от выработанных русскими гидротехниками правил строительства и эксплуатации плотин привели к серьезным катастрофам и разрушениям. Это можно показать на примере плотины Александровского завода в Петрозаводске.
Плотина на р. Лососинке, при которой в 1773—1774 гг. построен новый Александровский пушечный завод, была расположена в 1 км от старого, переставшего работать Петровского железного и медеплавильного завода. Сооруженная по проекту начальника завода А. С. Ярцева, она имела ширину по основанию 43 м, по верху 32 м и длину 380 м. «С самого начала оная построена обыкновенным образом, так как построение плотин почти при всех заводах в Сибири происходит ... Сия плотина существовала до переустройки и пущения в действие сего завода по Кар-ронской методе...» [35, с. 26].
Перестройка по «карронской методе», т. е. по способу, применявшемуся на знаменитых в то время Карронских металлургических заводах в Шотландии, откуда был приглашен в Россию инженер Гаскойн, должна была способствовать увеличению выплавки металла на Александровском заводе. В 1786 г. Гаскойн был назначен начальником Олонецких заводов. С помощью 12 английских специалистов-техников, среди кото
* Ломоносов М. В. Поли. собр. соч., т. 9, с. 114—115.
248
рых были и хорошо знакомые с практикой строительства гидротехнических сооружений в Англии, он приступил к перестройке.
Следует подчеркнуть, что Гаскойн исходил из опыта передовой зарубежной техники. Сопоставление примененной им схемы со схемами и техникой сооружения плотин, выработанными в России, весьма любопытно для оценки того места, которое принадлежит русским гидротехникам в мировой практике XVIII в.
Что же сделал Гаскойн? Следуя «карронской методе», он наглухо заложил водоспуск в средней части плотины, устроив новый прорез около берега в правой ее части. Этот «вешняный прорез» высотой 1,5 м, хотя и был по ширине равен старому (10,6 м), но не имел запоров, т. е. был водосливным. Вода к колесам завода подавалась проведенным через плотину квадратным деревянным ларем высотой 0,89 м. В половодье напор на нем составлял 1,8 м. Такая переделка, по мнению Гаскойна, приближала плотину к типу глухих водосливных, что и рекомендовала практика Западной Европы.
Но «новшество» это было, во-первых, не новым, а во-вторых, не улучшало, а ухудшало условия эксплуатации плотины. Устройство водоспуска не в центре, а у одного из концов плотины применялось еще в первой половине XVIII в. в гидросиловых устройствах Каменского (1700—1701),
68. Плотина Александровского завода в Петрозаводске
а — продольный вид; б — план
249
Уктусского (1702—1704), Бынге^ского (1718), Полевского (1724—1725), Елизаветинского (1722—1725), Верх-Исетского (1726) и других заводов1 Урала, где такая схема была вполне обоснованна.
Открытый вешняный водослив с высоким порогом (т. е. с большим объемом неиспользованной воды водохранилища) тоже применялся в России. В 1735 г. на Каменском заводе была сооружена одна «новоманерная» плотина с высоким порогом водослива без запоров с очень широким прорезом (23,5 м). Но опыт показал, что это нововведение не работало в русских условиях и было отвергнуто.
Перестройка плотины по «карронской методе» привела в 1800 г. к угрозе крупной аварии, избежать которую можно было при сохранении плотины в том виде, как ее соорудил А. С. Ярцев. В августе 1800 г. после трехдневных ливней, завершивших дождливое лето, вода в пруду, не успевая пройти через водослив, поднялась, угрожая переливом через гребень по всей длине плотины. Пришлось спешно прорывать отводной канал.
Так же не оправдалась перестройка Гаскойном второго Олонецкого завода — Кончезерского. Ларь, подававший воду от плотины у оз. Порт-новолокского, «покрыт тесом, и на двух местах имеет так называемые душники с запорами, над коими построены каменныя избушки с печами для разтаивания льду в зимнее время» [35, с. 29].
Это была дань ошибочному представлению об опасности промерзания ларей, подававших воду к колесам завода. Однако вековой опыт строительства гидросиловых установок на Урале, Алтае и в Сибири с подачей воды на расстояния, значительно превышающие длину Кончезерского ларя, опроверг необходимость такого новшества, удорожавшего строительство и осложнявшего эксплуатацию новой установки.
Но не только подобные переделки плотин по рекомендациям зарубежных специалистов приводили к авариям и разрушениям. Строительство новых плотин без соблюдения правил, выработанных русскими гидротехниками, и особенно пренебрежение указаниями по эксплуатации плотин вело к их разрушению. Приведем несколько примеров.
При строительстве Шульбинской плотины (Алтай, 1748 г.) были нарушены элементарные требования, уже хорошо известные строителям. Место сооружения было выбрано неудачно — песчаный грунт в основании плотины сильно фильтровал. Несмотря на это, строители не заложили под тело плотины применявшиеся в то время противофильтрацион-ные глиняные зубья. Неудовлетворительная подготовка основания вызвала значительную фильтрацию, причем объем фильтрующейся воды даже при половинном против расчетного напоре (2,3 вместо 4,8 м) имел катастрофическую величину.
Само тело плотины было сооружено из песка, так как для ускорения строительства отказались от подвоза глины, а отсыпку производили грунтом, имевшимся поблизости. В результате и само тело плотины фильтровало так, что во избежание катастрофы из пруда пришлось поспешно спускать воду. В дальнейшем от постройки завода у Шульбинской плотины отказались, а плотина была полностью размыта рекой.
Нельзя сказать, что строители не знали средств защиты от фильтрации или не умели их применять. Об этом говорит опыт строительства Сестрорецкой фильтрующей плотины, опасность разрушения которой была устранена соблюдением определенных условий. Но именно эти-то условия и не соблюдались при сооружении Шульбинской плотины: ни профиль, ни основание ее, ни состав тела не соответствовали тем требованиям, которые предъявлялись к заводским плотинам.
250
Неудачный выбор места сооружения плотин нередко служил причиной их разрушения. Примером может служить плотина Барнаульского завода, сооруженная на р. Барнауле вблизи от впадения ее в р. Обь. Близость большой реки неоднократно приводила к затоплению плотин. В 1785 г. вода, подошедшая из р. Оби к плотине Барнаульского завода снизу, размыла ряжи у сливного моста и «вешняного прореза». Только с помощью нескольких сот приписных крестьян и заводских рабочих удалось предотвратить полное разрушение плотины.
Особенно сильными были разрушения Барнаульского завода и его плотины в паводок 1793 г. Правда, этот паводок был исключительным — до 24 апреля температура воздуха не поднималась выше минус 9° С, а с 1 мая потеплело, пошли грозовые дожди, и к утру 3 мая вода, наполнившая пруд, начала переливаться через плотину, образовалась огромная промоина глубиной до 7,5 м и шириной 60—70 м, в которую устремилась вода из пруда. Через несколько дней, когда паводок на р. Барнауле уже начал идти на убыль, поднялся уровень воды в Оби. Это привело к затоплению завода. Только в начале июня после спада воды в Оби удалось определить размеры бедствия и начать ремонт плотины.
Тем же паводком был разрушен и другой завод—-Павловский, расположенный в устье р. Касмалы, левом притоке Оби. Здесь паводок вызвал не только многочисленные разрушения на самом заводе, но и размыл плотины. Когда же паводок прошел и уровень воды в р. Касмале снизился, выяснилось, что река промыла новое русло в обход плотины. Для восстановления работы завода пришлось не только капитально отремонтировать старую плотину, но и соорудить еще одну, чтобы направить воду через ларь к механизмам завода.
Эти катастрофы показали, что размеры водоспусков плотин были занижены, и они легко засорялись в весенние, а иногда и в летние паводки.
Весной 1796 г. вновь произошло подтопление Барнаульского завода. Однако оно не вызвало значительных разрушений главным образом вследствие опыта персонала и мер, принятых для усиления плотины в 1793 г.
Характерны разрушения, произведенные паводком 1862 г. на Сим-ском заводе. Вместимость водохранилища (заводского пруда) была очень невелика. Однако размеры водоспусков оказались все же недостаточны. К тому же тело плотины ослабили тем, что к нему вплотную пристроили лесопильную мельницу со своим рабочим прорезом.
Паводок наполнил водохранилище, и начался перелив воды через плотину. Разрушение ее началось с промыва в месте нахождения лесопильной мельницы. Промоина достигла больших размеров, и вскоре вся вода заводского пруда ушла. Когда паводок прекратился, река текла в своем естественном русле.
Однако лежащий ниже по течению той же р. Сим Миньярский завод, через водоспускные устройства плотины которого прошла вся вода из водохранилища Симского завода, не пострадал. Значительно больший объем верхнего бьефа, правильное расположение плотины и размеры ее водосбросов, разумные меры, принятые плотинным мастером Миньяр-ского завода, предотвратили аварию, казавшуюся неизбежной при столь катастрофическом паводке.
В тот же паводок 1862 г. пострадал и Усть-Кфтавский завод, водоспуски в плотине которого оказались забитыми лесом, хворостом, остатками смытых мельничных запруд. Вода, переливаясь через плотину, отмыла и обрушила каменную облицовку нижнего (сухого) откоса, а затем образовала в теле плотины огромную промоину шириной до 90 м.
251
Правда, этот паводок, распространившийся на все реки Северного, Среднего и Южного Урала, был наивысшим по крайней мере за 100 предыдущих лет. От его разрушительных действий пострадали, кроме упомянутых, плотины Саткинского, Юрюзанского, Катав-Ивановского и ряда других заводов. Подавляющее же большинство плотин, расположенных на тех же реках и даже ниже плотин, подвергшихся разрушениям, сохранилось без всяких повреждений. Это говорит о том, что строгое соблюдение требований русских гидростроителей и нормальная эксплуатация плотин обеспечивали их сохранность в самых трудных условиях.
Паводок 1862 г. имел большое значение для дальнейшего проектирования плотин. Их сохранность в условиях самых высоких паводков требует расчета на пропуск расходов воды, встречающихся реже чем раз в 100 лет. Именно этот вывод заставил ввести в практику такой величины отверстия для водоспуска, которые обеспечивали бы проход паводков, повторяющихся 1 раз в 100 и более лет. Уже в 1863 г. были высказаны пожелания пересмотреть применявшиеся ранее нормы определения размеров водоспусков.
Однако многие из выдвинутых предложений были отнюдь не прогрессивными и отражали стремление избежать возможных аварий в ущерб соображениям экономической целесообразности без учета технических возможностей того времени. Таково, например, предложение об изменении намеченного места сооружения заводов и переносе строительства (а иногда и уже действующих заводов) на реку с меньшими расходами воды. И это предлагалось тогда, когда опыт строительства гидросиловых установок, накопленный к середине XIX в., позволял ставить плотины на реках со значительными расходами воды. Примером тому могла служить р. Нарва и ряд рек на Урале, на которых существовали водосливные плотины, расчетный водосброс которых гарантировал их сохранность при любых паводках.
Некоторые весьма значительные отступления от принципов строительства плотин в начале века обнаружились и в отношении материала для тела земляных плотин. Так, если Геннин твердо отстаивал необходимость однородности материала, предназначенного для тела плотины при ее сооружении, то в конце XVIII в. стали применять и шлак, и «елань» (слои древесной хвои, пересыпанные глиной) [35, с. 65]. Только в середине XIX в. требования к материалам деревоземляных плотин вновь стали соответствовать требованиям начала XVIII в.— в тело плотин не допускалась укладка песка и органических веществ: «елани», пней, корней, веток, деревьев и т. п.
Что касается песка, от употребления которого для строительства плотин предостерегал В. Геннин, то напомним о Сестрорецкой плотине, сооруженной в 1806—1810 гг. целиком из фильтрующих песков. Дамба, окружавшая искусственное водохранилище, состояла также из песчаной насыпи. Несмотря на то что насыпь постоянно фильтрует, дамба эта сохраняется и доныне. Замечания Геннина следует понимать как запрещение смешивать глину и суглинок с песком, ослабляющим при этом фильтрационную стойкость тела плотины.
На протяжении целого столетия русские гидротехники совершенствовали методы строительства плотин, стремясь обеспечить безопасность заводов, располагавшихся ниже плотин, в непосредственной близости к ним. Но как бы ни были настойчивы старания гидротехников, опасность разрушения заводов при осуществлении приплотинных схем сохранялась. Избежать ее можно было, лишь перейдя к широкому применению деривационных схем.
252
Деривационные схемы гидросиловых установок
Значительные успехи русских гидротехников первой половины XVIII в. в сооружении приплотинных силовых установок все же не могли преодолеть существенных недостатков этих сооружений. Причиной были ограниченные возможности наливных колес передавать энергию на расстояние. Приплотинные гидросиловые установки надо было располагать непосредственно у потребителей энергии (заводов, фабрик), что ставило предприятия под угрозу в случае перелива воды через плотину, прорыва ее в местах примыкания к берегам (наиболее частая причина аварий) или полного разрушения плотины паводковыми водами. Как бы, хорошо ни были продуманы схемы приплотинных гидросиловых установок и как бы тщательно ни соблюдались правила их сооружения и эксплуатации, надежной защитой от разрушительных действий паводковых вод мог быть лишь переход к принципиально иной схеме — к деривационным устройствам, позволявшим отдалить заводские строения от плотины на значительные расстояния.
К этому следует добавить, что применение наливных («верхнебой-ных») колес требовало больших водохранилищ со значительными объемами так называемой мертвой (неиспользуемой) воды. Подобные водохранилища (заводские пруды) вызывали заболачивание как выше плотин по берегам прудов, так и расположенных ниже их заводских площадок водами, фильтрующимися через тело плотины из верхнего бьефа. Техника сооружения плотин в русле реки позволяла сооружать их лишь на реках с небольшими расходами.
Многие из этих недостатков устраняются применением деривации водотока, т. е. отведением воды из реки или водохранилища по каналу^ тоннелю или трубопроводу к станционному узлу, где за счет естественного понижения местности создается перепад между верхним и нижним бьефами. Применению деривационных установок препятствовало распространенное мнение гидротехников Западной Европы о невозможности в России из-за суровых зим подавать воду по каналам или трубам к колесам силовой установки. Это же мнение высказывал и В. Геннин.
Однако опыт русских гидротехников, сумевших создать деривационные установки, которые надежно работали в условиях суровых сибирских зим, блестяще опроверг эти доводы. Более того, известные нам деривационные гидросиловые установки второй половины XVIII в., созданные на Алтае и в Сибири, были значительно совершеннее приплотинных сооружений первой половины XVIII в., созданных в Олонецком крае, на( Урале и Алтае. В них явно видно более зрелое мастерство отечественных гидростроителей, их умение решать сложные вопросы обеспечения безопасности заводов от разрушения паводковыми водами, избавляться от различных неудобств, связанных с содержанием заводских прудов. Само строительство водозаборных сооружений, подводящих каналов, предохранение их от промерзания осуществлялось на значительно более высоком техническом уровне, чем это делалось иностранными специалистами или строителями приплотинных установок на протяжении всего XVIII в.
Первым строителем деривационной установки на Алтае в начале 50-х годов был выдающийся русский изобретатель, создатель первой в мире универсальной паровой машины И. И. Ползунов. Как уже говорилось, на Змеиногорском руднике, одном из наиболее крупных поставщиков золота и серебра, была сооружена плотина, перестроенная в 1753 г. под руководством И. И. Ползунова. Одновременно на р. Змеевке
253
он построил другую плотину, у которой нужно было установить для нужд рудника пильную мельницу.
Оценив все преимущества деривации потока, Ползунов предложил через специальный прорез в теле плотины направлять воду в канал, подводивший ее к колесам пильной мельницы.
Несколько позднее Ползунов видоизменил водозабор этой установки: перенес начало канала на значительное расстояние ниже плотины и создал там специальное головное сооружение («запор»). Это была законченная схема самостоятельной деривационной установки. Именно эта схема встречается во всех чертежах Ползунова начиная с декабря 1755 г. На чертеже, сделанном в 1761 г., деривационный канал заканчивался деревянным люком, подававшим воду на колесо пильной мельницы.
Многолетний опыт эксплуатации этой установки рассеял опасения, что вода в деривационном канале будет промерзать и что колесо зимой не будет работать.
Один из наиболее выдающихся гидротехников XVIII в. К. Д. Фролов применил такую же схему в ряде установок на р. Корбалихе, вблизи. Змеиногорского рудника. В 1764—1765 гг. он устроил водоподъемную плотину, от которой вода поступала в канал, подводивший ее к первому построенному им рудотолчейному устройству—-похверку. От водяного колеса этого похверка вода по каналу направлялась к колесу второго похверка. Это была каскадная схема использования водной энергии, аналогичная схеме Каширской установки 1654 г.
Нельзя не упомянуть и о деривационных установках на Нерчинских рудниках и заводах. Первые попытки сооружения плотин для гидросиловых установок в Забайкалье были сделаны еще в начале XVIII в. В 1724 г. на р. Ишаге в 40 верстах от Нерчинского завода построена небольшая плотина, не удовлетворявшая потребности рудника и вскоре заброшенная. В 1750 г. была построена небольшая плотина на р. Урове [34, с. 262].
Невозможность постройки в Забайкалье больших плотин объяснялась скальным основанием берегов и русел рек, что считалось ненадежным, так как не позволяло углубляться и создавать прочное нефильтрующее сопряжение тела плотины с основанием. Это же обстоятельство объясняет небольшие размеры плотин вблизи Нерчинского завода (на реках Алтачи и Монастырке), а также у Дучарского, Кутомарского, Шилкинского, Александровского заводов. Лишь о Петровском заводе было сказано, что он «имеет воды достаточно к действию в летние и осенние месяцы» [34, с. 281].
Только в 1776 г. командированный из Колывано-Воскресенских заводов на Нерчинские опытный гидротехник, участник строительства змеиногорской деривационной установки Ф. С. Ваганов построил для Кутомарского, Екатерининского, Дучарского, Ширкинского и Газимурского заводов плотины и деривационные гидросиловые установки [117, с. 2Б].
Оба завода — Кутомарский и Екатерининский — построены на р. Ку-томаре в 4 км от впадения ее в р. Среднюю Борзю. На плане Кутомарского завода видно, что от плотины к заводу был проведен канал, вода из которого поступала в лари, разводившие ее к колесам цехов. Длина канала около 1,5 км. Отработавшая вода отводилась также каналом. К Екатерининскому заводу вода от плотины шла по «стосаженному руслу на машину».
Для Дучарского завода была построена плотина на слиянии рек Сосновки и Калукчи, «откуда [вода] широким жолобом или руслом несколько сажен длиною на машину ведется» [34, с. 261—265].
254
На Шилкинском заводе колеса приводились в действие водой, поступавшей в летние месяцы от плотины, расположенной «в несколько сот шагов выше старых фабрик». Зимой все механизмы завода приводились в движение лошадьми. Для Газимурского завода в 1778 г. Ваганов построил плотину на р. Газимуре, от которой вода также только летом подводилась «руслом, имеющим почти 500 сажен длины» [34, с. 267].
Однако деривационные установки, созданные Ф. С. Вагановым на Нерчинских заводах, не получили одобрения горного начальства, считавшего, «что вода, двигающая машинами, ведется из плотин на колеса чрезмерно долгими руслами или желобами, которых строение и содержание весьма ценно [дорого], и вместо которых можно было избрать места, где бы удобно было поставить фабрики под самыми плотинами» [34, с. 268—269].
По деривационной схеме была построена и гидросиловая установка нового Алейского завода. Строитель его Д. Ф. Головин смело пошел на, использование крупной р. Алей, правого притока Оби, имевшей расход в межень до 7 м3/с, а в паводок до 400 м3/с (катастрофические расходы доходят до 700—800 м3/с). Ясно, что на такой реке приплотинная схема для техники тех лет была исключена.
Д. Ф. Головин предложил перекрыть русло Алея небольшим порогом из хвороста с каменной наброской шириной около 21 м и длиной 17 м, создававшим подпор всего около 1,4 м. Водозабор выше порога должен был происходить через головное сооружение, состоявшее из ряжей, поставленных у берегов реки с затворами, запиравшимися, как обычно, ставнями. Канал длиной 341 м, шириной 1,4 м и глубиной 1 м подводил воду к колесу завода. Перепад от уровня воды в р. Алее до уровня ее в отводном канале после колеса составил 5 м.
Перед колесом Головин предложил соорудить особый спуск для излишней воды. Он точно указал размеры отводного канала, общего как для отработавшей на колесе, так и излишней воды. Следуя выработавшейся практике, Головин стремился максимально удлинить отвод отработавшей воды — общая длина канала 181,4 м, из которых 117,3 м предусматривалось укрепить деревянными креплениями на сваях *.
Установка, спроектированная Д. Ф. Головиным, была осуществлена с небольшими отклонениями от проекта — забор воды производился не из основного русла Алея, а из рукава реки, несколько ниже по течению. Запруда для подъема воды была более сложной и представляла из себя сланевую плотину. 19 июля 1775 г. завод начал действовать. Его гидротехнические сооружения не имели никаких аналогов в предшествующей как русской, так и иностранной практике [38, с. 93].
В 1776 г. в паводок, образовавшимся затором, головное сооружение в рукаве было прорвано и вода хлынула в староречье. По-видимому, после этого плотина водозабора была перенесена на то место р. Алей, где образовался затор. Подпертая вода из реки направлялась в староречье, а из него через прорех в специальной плотине направлялась в деривационный канал. В этой же плотине имелся сброс, отводивший избыток воды в реку и тем самым предохранявший все сооружение от разрушения. Водосливное устройство и начало деривации были защищены ряжами и сваями, поставленными в виде буквы «Г». Некоторая реконструкция водозабора и головного сооружения деривационного канала,
* Дело о построении Алейского завода на вновь обысканном месте гитенфервальтером Дорофеем Головиным с 1774 по 1777 г. Алтайский обл. ист. архив, ф. 1, д. 560.
255
выполненная между 1785 и 1798 гг., не изменила принципиальную схему этой замечательной деривационной установки.
Несколько иная схема была осуществлена на другом заводе у р. Алей. В 1782 г. вблизи так называемого Алейского локтя для Локтевского завода сооружена деривационная гидросиловая установка. Характерным ее отличием было устройство сброса паводочных вод через шлюз в проходивший поблизости Ивановский исток. Шлюз длиной в 34 м расположен был вдоль канала в месте наибольшего приближения его к Ивановскому истоку, впадавшему в р. Алей. Часть стенок канала укреплялась кладкой из дикого камня.
Подведенной с напором в 4—5 м водой на заводе приводились в движения 4 водяных колеса, обслуживавших 8 медеплавильных печей, пильную мельницу и толчейную установку.
В 1791 г. Ф. С. Ваганов провел гидрологическое обследование рек Ур, Аламбай, Бачаты, Большая Толмовая и составил проекты сооружения на них заводов. Ваганов спроектировал замечательную каскадную систему гидросиловых установок на Большой Толмовой для двух заводов [177, с. 25]. Проект этот, обобщавший опыт создания деривационных систем И. И. Ползунова, К. Д. Фролова и Д. Ф. Головина, первоначально предполагал создание двух прудов — верхнего и нижнего. Вода, отработавшая на колесах первого завода, должна была сбрасываться в речку, перегороженную плотиной, а затем из нижнего пруда идти по каналу на колеса второго завода. В проекте этом еще видна старая традиция расположения завода в пойме реки для увеличения напора в ларях, из которых вода поступала по коротким лоткам на водоналивные колеса.
Такова схема Ф. С. Ваганова по чертежу 1791 г. Однако этот оригинальный проект не был осуществлен.
Проект, составленный в 1792 г., после повторного обследования р. Б. Толмовой, несколько отличен от проекта 1791 г. В нем уже не предусматривалось каскадное использование реки. При выборе места под плотину намечалось использовать естественное стеснение реки, вдвое сокращавшее ее пойму,— отрог берега составлял около 107 м, тогда как искусственная плотина достигала высоты лишь 53 м. В естественной части плотины был запроектирован прорез для выпуска «излишней» воды, в левом углу ее начинался открытый канал для подвода воды к колесам завода. В начале канала проектировался затвор, в самом конце его намечалось соорудить пильную мельницу. Отработавшая вода должна была сбрасываться в реку водоотводным каналом.
Проект утвердили, но с одним существенным изменением — канал заменялся штольней. Это была дань официальному страху перед сибирскими зимами.
Завод, названный при пуске Екатерининским, но затем переименованный в Гавриловский, построили и пустили в действие в 1794 г. Искусственная часть плотины состояла из каменной наброски и земляной отсыпки. Откосы естественной и искусственной частей укрепили, а низ последней выложили камнем. Водоспуски прорезали в наиболее прочной естественной части. В деривационной штольне длиной 310 м устроили два смотровых колодца («лихтлога») [38, с. 101 —104].
В таком виде гидросиловая установка завода сохранялась до ликвидации его в конце XIX в. Но в 1812—1813 гг. при рассмотрении вопроса о расширении Гавриловского завода один из учеников К- Д. Фролова, П. М. Залесов вновь предложил оригинальную схему каскадного использования р. Б. Толмовой. Для увеличения производительности заво
256
да в 3 раза он намечал сооружение еще одной плотины выше старой и при ней новый завод с таким же количеством плавильных печей.
Вода, отработавшая на колесах верхнего завода, должна была не сбрасываться в реку (как в проекте Ф. С. Ваганова), а поступать в штольню Гавриловского завода и лишь после его колес возвращаться в реку. При этом плотина старого Гавриловского завода становилась ненужной. Однако проект этот в связи со значительными изменениями схемы и удорожанием строительства был отклонен [177, с. 43].
Нельзя не обратить внимания и на ряд других весьма интересных проектов гидросиловых установок, разработанных в России в начале XIX в. почти одновременно с начавшимся повсеместно применением «огненных», т. е. паровых машин в качестве универсальных двигателей^' К числу таких проектов относился разработанный П. М. Залесовым в 1810—1811 гг. проект Невинского металлургического завода и плотины на р. Нене, притоке Бии. Это был один из первых в России проектов, составлению которого предшествовали тщательные гидрологические и, геологические изыскания. Из трех предварительно намеченных створов Залесов выбрал верхний, наиболее благоприятный с точки зрения расположения завода в безопасном месте и наименьшего затопления ценных угодий. Геологическое обследование створа показало, что грунт береговых откосов и дна реки позволял создать прочную плотину и гарантировал отсутствие опасной фильтрации из будущего пруда.
Непосредственные гидрологические наблюдения, выполненные способами, близкими к современным (замер скорости течения поплавком по показателям секундомера или применением трубок Пито), дополнились опросом местных жителей и изучением следов максимального подъема уровня воды в реке. Так как участок р. Нени выше намеченного створа; был перегорожен рядом мельничных плотин, изменявших естественный режим стока реки, П. М. Залесов произвел нивелировку русла, определил место выклинивания подпора и рассчитал расход воды при условии ликвидации всех мельниц.
Проект Залесова предусматривал сооружение земляной плотины с плотным экраном, предохранявшим ее от фильтрации, отводом воды по, рабочему ларю к заводу и сбросу ее в реку ниже завода. Заботясь о максимальном увеличении мощности установки и стремясь достигнуть этого повышением напора, он предложил срыть ряд перекатов и мелей, спрямить русло реки ниже плотины, т. е. то, что в наше время называется расчисткой нижнего бьефа гидростанции. Для улучшения условий судоходства от завода до устья р. Бии Залесов проектировал создать судоходный канал длиной в 21 км.
П. М. Залесов составил и весьма подробный проект сооружения металлургического завода, разведал запасы железной руды, древесины, глины, известняков, огнеупоров. Однако законченный в конце 1811 г. проект не только не был утвержден, но даже не рассматривался в Горном совете.
В 1812 г. Залесову было поручено составление проекта нового сереброплавильного завода в районе Салаирских рудников. Так же тщательно проводя изыскания на трех реках — Бачате, Алашбае и Талмо-вой, он доказал, что наивыгоднейшим местом строительства плотины и завода (названного Гурьевским) был створ на р. Бачате в 9 км от Са-лаирского рудника. Летом того же года Залесов составил проект завода и гидросиловой установки, в котором развивались достижения строителей Колывано-Воскресенских заводов.
В свой проект Залесов включил ряд новшеств. Деривационный водо-
17 Очерки истории техники в России 257
проводящий канал он предложил провести в искусственной насыпи, так как прокладка открытого канала по пересеченной местности была невозможна. В начале канала должен сооружаться искусственный деревянный бассейн типа ларя. Кроме того, в схеме будущего Гурьевского завода имелся вариант небольшого каскада, дающего возможность более рационально использовать накопленную в пруду энергию воды [117, с. 45].
Проект не был осуществлен. Строительство завода началось в 1816 г., и, хотя воздвигал его П. М. Залесов, требование закончить постройку в один сезон вынудило отказаться от создания искусственного канала и создать обычный деревянный ларь.
Последним проектом сооружения каскадной деривационной гидросиловой установки был проект П. М. Залесова и Д. Бигтова, разработанный в результате двухлетних (1818 и 1819 гг.) изысканий на р. Чумыше и соседних с ней притоков р. Томи. Этот проект предназначался для реконструкции Томского железоделательного завода и позволял удвоить его производительность.
Но и этот проект остался неосуществленным — наступила пора применения паровых машин. Строительство гидросиловых заводских установок в России прерывалось на многие годы. Только примитивные плотины для мукомольных мельниц, создававшие подпор в 1—2 м и сооружаемые из различных подручных материалов (навоза, хвороста и т. п.), продолжали строить в 30—70-е годы XIX в. Плотины эти, получившие характерное название «чертопрудов», разрушались почти ежегодно и требовали огромных затрат труда на их восстановление.
Но, несмотря на это, искусство создания гидротехнических сооружений в России продолжало совершенствоваться — именно в эти годы на строительстве шлюзов, водоудержательных плотин на речных путях был выработан тот «русский» тип гидротехнических сооружений, основные особенности которого известны строителям и до нашего времени.
Распространение теоретических знаний
Накапливая опыт строительства различных гидротехнических сооружений, русские гидротехники — плотинные и водяные мастера — еще до начала XVIII в. выработали многие практические правила и приемы создания плотин, шлюзов, мельниц. Большой продуманностью отличаются указания о способах выбора мест под плотины и гидрологической оценки их, об определении ожидаемой мощности силовой установки, последовательности сработки и наполнения создаваемого плотиной пруда, пропуска льда и весеннего паводка —этих важнейших моментов эксплуатации гидротехнических установок.
Большим искусством отличалась сама техника сооружения плотин. Забивка свай, рубка ряжей, соединение брусьев и стоек, настилка полов из «паженных» (шпунтовых) досок, как и множество других плотничных работ, производились с завидным мастерством.
Продуманно велась и отсыпка самих плотин, строго соблюдались требования к составу грунта для тела плотины, к последовательности его укладки.
Не меньшее значение имели и указания о способах эксплуатации плотин и гидросиловых установок, соблюдение которых, как мы видели, сохраняло эти установки на долгие годы.
К концу XVIII — началу XIX в. этот огромный опыт (обогащенный строительством деривационных и подземных установок) начал обоб-
258
в Петербурге
щаться в виде инструкций по производству изысканий — топо-графических, {-идеологических, геологиче&мЦАВыбор мест'а постройки плоти® уже не завис от таланта того или иноголг техника, а все более и 6ojjje ламентивовалсЯМУими Цказ ми. Впитав в сй&г ценимо ное из многоиИювогсУДиы ских строителей, указания э сохраняют свою ценность и настоящего времени.
Если в допетровскую эпоху русской истории гидротехническое строительство осуществлялось плотинных дел мастерами, лишь изустно передававшими накопленные сведения о своей профессии, то уже при Петре I началось издание руководств по отдельным вопросам энергетического рек.
Так, в 1708 г.
была издана «Книга о способах, творящих восхождение рек свободное», излагающая приемы регулирования рек, выпрямления русел, устройства судоходных шлюзов.
Большой интерес представляет изданная в 1793 г. в Курске книга А. Каофернгофера, переведенная на русский язык преподавателем математики и физики Курского народного училища С. Зубковым [56].
В 1795 г. появилось «Всеобщее и полное домоводство» одного из наиболее интересных и своеобразных писателей конца XVIII — начала XIX в. В. Левшина. В четвертой части этого труда имеются указания «о устроении прудов». Позднее эти указания были значительно расширены и изданы в 1810—1811 гг. в шести томах, а затем еще раз в виде двухтомника *.
Mtof.
судоходного и использования
и-
БЕРНУЛЛИ ДАНИИЛ
(1700—1782)
Работал в Петербургской академии, наук. Известен трудами по механике, математике и физике. Автор известного курса «Гидродинамика», который был написан в 1738 г. в Петербурге. Вывел основное уравнение стационарного движения идеальной жидкости, носящее его имя
* Левшин В. А. Всеобщее и полное домоводство. М., 1795. Он же. Полное наставление, на гидростатических правилах основанное, о строении мельнип
259
17
Хотя книга В. Левшина представляет в основном перевод различных заграничных работ по вопросам мукомольного дела, некоторые добавления из опыта русских мукомолов и строителей мельниц делают ее интересной для историков русской техники.
Огромный технический прогресс в области гидротехники и гидроэнергетики сопровождался и теоретическими исследованиями русских ученых. Уже в середине XVIII в. в Петербургской академии наук велись исследования в области гидравлики, в особенности по гидродинамике, рассматривавшейся как часть математики и механики. Труды Д. Бернулли (1700—1782) и Л. Эйлера (1707—1783), приглашенных в Академию еще Петром I, заложили фундаментальные основы всей современной гидравлики. В 1738 г. Д. Бернулли вывел уравнение, устанавливающее связь между скоростью и давлением в каждой точке струи тяжелой жидкости, выражающее в самом общем виде закон сохранения энергии движущейся жидкости.
Труды Д. Бернулли были существенно дополнены фундаментальными исследованиями Л. Эйлера. В 1755 г. он опубликовал работу «Общие принципы движения жидкости», в которой впервые была выведена система дифференциальных уравнений движения жидкости. Решение этих уравнений дает возможность получить картину движения жидкости в пространстве и времени. К этому следует добавить, что Л. Эйлер вывел так называемое уравнение неразрывности и установил коэффициент пропорциональности (число Эйлера), позволяющий переходить от замеров давлений жидкости на модели к определению их на натуральном объекте исследования, составляющие и поныне основу гидродинамических исследований.
По существу, именно труды Бернулли и Эйлера, выполненные ими в Петербургской академии наук, положили конец эмпирическим исканиям, которые предшествовали возникновению науки об использовании водных потоков.
Большое значение имели и работы М. В. Ломоносова, изучавшего движение жидкостей на своей экспериментальной установке в Усть-Ру-дице. Так, в отчете за 1754 г. Ломоносов писал: «Деланы опыты при пильной мельнице в деревне, как текущая вода течение свое ускоряет и какою силою бьет» *.
Необходимо отметить, что и предпринятые Академией наук по инициативе М. В. Ломоносова гидрографические экспедиции 1768—1774 гг. немало способствовали не только расширению познания водных богатств страны, но и развитию теоретических положений гидрологии.
К концу XVIII в. теоретические работы в области гидравлики были значительно обогащены исследованиями Шези, Борда, Дюбуа, а в начале XIX в.— Хагена, Прони, Понселе, Эйтельвейна и др. Все эти исследования были известны русским инженерам. Внимательно следя за развитием гидротехнической науки за границей, они умело сочетали ее выводы с русской практикой.
И если все еще издавались переводные руководства по сооружению плотин, то в практике использовались руководства русских инженеров. В «Трудах Вольного экономического общества» уже в конце XVIII в. появились статьи о способах сооружения плотин. В первой половине XIX в. статьи о русских гидротехнических сооружениях печатались в
каждого рода. М., 1810—1811. Он же. Полное наставление о строении всякого рода мельниц (в двух частях). М., 1818.
* Макаренко Н. Мозаичные работы Ломоносова. Пг., 1917, с. 157; Билявский. Материалы для биографии Ломоносова. СПб., 1865, с. 280.
260
«Горном журнале», «Журнале Министерства путей сообщения», «Инженерном журнале».
В. Рожков, Нейберг, Севастьянов, Андреев, Палибин, Глушинский и особенно К- Ф. Гаусман (заведовавший гидротехническими сооружениями в технических заведениях артиллерийского ведомства, позднее профессор Технологического института) дали подробные описания отдельных гидротехнических сооружений на Урале, в Петрозаводске, Сестрорецке, на Тульских оружейных заводах.
В 40—50-х годах XIX в. появляются специальные руководства по сооружению плотин и шлюзов, постройке гидросиловых установок. Устанавливаются единая гидротехническая терминология и названия отдельных частей речных гидротехнических сооружений. Так, плотины по способу пропуска воды разделялись на 1) глухие, не рассчитанные на пропуск весенних паводочных вод, 2) глухие водосливные (или просто водосливные), допускающие перелив весенних паводковых вод через верх (гребень) и 3) водоспускные, имеющие специальные устройства для пропуска паводковых вод. Вводятся названия для участков реки выше и ниже плотины или шлюза — верхний и нижний бьеф. Разность уровней бьефов стала называться напором. Вводится новый термин — флютбет, объединяющий три элемента русских деревоземляных плотин: понур, водобой и слив. Устройства для гашения энергии в конце водобоя, или сливного пола, названы водобойными колодцами (или водобойными стенками). Устройства, преграждающие доступ воды в водоспуски, или водоводы, получили название затворов, или щитов.
Это лишь несколько примеров из терминологии, установившейся в 60-е годы XIX в., которая, хотя и была отчасти позаимствована из иностранных источников, прочно вошла в технический русский словарь, стала понятной, общепризнанной и сохранилась поныне.
В ряде учебных заведений — Горном институте, а позднее в Институте инженеров путей сообщения и Технологическом — было начато преподавание гидравлики. Теоретические курсы этого предмета в середине XIX в. содержали главным образом вопросы, связанные с движением жидкости по трубам, что объяснялось практической потребностью в связи с растущим значением подвода воды с помощью водопроводов для различных целей. А в ряде курсов гидравлики уже в 60-е годы получили освещение многие вопросы, специфические для гидросиловых устройств.
Так, к 60-м годам XIX в. были разработаны методы расчета плотин (земляных, каменно-набросных и из каменной кладки, бетонных) на опрокидывание вращением вокруг низового ребра, на скольжение, сдвиг по горизонтальным слоям, а также методы расчета распределения давления, фильтрации, суффозии. В одном из курсов появились элементы методики энергоэкономических расчетов для определения целесообразности выбора того или иного типа плотины и отдельных ее частей. В другом курсе давались основы теории расчета наивыгоднейшей сработки водохранилищ (прудов при плотине). Эти методы излагали в своих курсах К. Ф. Гаусман, Ф. Е. Максименко, И. А. Евневич и др.
В 60-е годы начал работу над своим энциклопедическим трудом по сооружению плотин широко и разносторонне образованный гидротехник Д. Д. Неелов. Его труд, опубликованный в 1884 г., как по объему, так и по составу вполне сопоставим и с современными курсами подобного рода, и с современными нормативными документами, содержащими технический кодекс строителей гидротехнических сооружений Так, дей
* Неелов Д. Д. Устройство плотин, в трех частях, с атласами чертежей. СПб., 1884.
261
ствующие в настоящее время Строительные нормы и правила (СНиП) в части возведения земляных плотин содержат немало требований, подобных тем, что рекомендовал Д. Д. Неелов. Это совсем не означает, что современные требования являются отсталыми, а говорит о том, что практика русских гидротехников была обширной и многосторонней, строители были вдумчивыми, умевшими отбирать лучшее и развивать его.
Д. Д. Неелов ясно видел причины упадка в сгроительстве крупных, соответствующих мощностям русских рек гидросиловых установок. Он понимал, что на старой основе — механической передаче энергии — использование напора рек не имеет перспектив. Неелов правильно оценил первые опыты передачи электроэнергии на расстояние, возможности применения ее для различных нужд промышленности и транспорта и значение использования водной энергии для выработки огромных количеств энергии электрической. По этой причине, считал он, значение гидротехники будет возрастать и в ближайшее время начнется ее новый подъем.
И хотя исторические условия, экономическая отсталость России задержали осуществление этого предвидения, все же опыт русских гидротехников нашел применение: он проявился в тех замечательных проектах крупных по тому времени гидроэлектрических станций, которые русские гидротехники и гидроэнергетики разработали в конце XIX и в первое десятилетие XX в.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ
Водяные колеса. Технические данные и область применения
Глубина и размах творческой мысли старых русских гидротехников сказались в совершенствовании древнейших водяных двигателей — колес, которые более пяти веков служили единственными преобразователями энергии на месте ее производства.
В нашей стране применялись водяные колеса как с вертикальным, так и с горизонтальным валом: первые обычно использовались на мельницах (мутовчатые мельницы, рис. 69), а вторые — в заводском производстве (например, для привода ковочных молотов).
Уже в XVI—XVII вв. водяные колеса стали применяться для привода машин в железоделательном, писчебумажном и суконном производстве с единичной мощностью 5—6 л. с. на одно колесо.
Водяные колеса по устройству и способу подачи воды разделялись на три типа: подливные (нижнебойные), верхненаливные (верхнебойные) и средненаливные (среднебойные) (рис. 70). На ободах подливных колес устанавливались лопасти, на верхне- и средненаливных — ящики. Подливные колеса работали исключительно под действием кинетической энергии потока воды, наливные — под ударами и тяжестью падающей на них воды.
Несмотря на все возраставшее распространение и развитие использования водной энергии для различных отраслей промышленности, существенных изменений в конструкции водяных двигателей не наблюдалось: продолжали пользоваться плавучими, подливными и отчасти наливными колесами с теми или другими чисто внешними изменениями. До середины XVIII в. строители водяных колес шли ощупью, в области научных исследований не было теоретических работ, которые могли им помочь. К тому же единственным материалом, которым располагали
262
строители колес, было дерево. Позднее, во второй половине XVIII в., наука стала заниматься гидравлическими двигателями, а в руках практиков появилось железо. '
Подливные колеса, получившие в мануфактурный период значительное распространение на гидроустановках, были маломощными, тихоходными и предназначались для работы при незначительной величине используемого напора воды (в пределах 0,5— 2,0 м). Так как увеличение их мощности представлялось задачей трудно выполнимой, то они уже не могли оправдать себя при переходе к фабричным масштабам.
Предпринятые в середине XVIII в. серьезные работы ио изучению водяных колес строго научными методами показали различие в действии воды уда
69. Мутовочная мельница
ром и давлением и выяснили преимущества наливных колес перед подливными. Результаты исследований не замедлили сказаться:
начиная с 60-х годов XVIII в., т. е. в годы наиболее интенсивного развития машинной индустрии, подливные колеса стали сменяться наливными, в которых вода действует своим весом и в зависимости от обстоятельств подается сверху (верхненаливное колесо) или же подводится к средней части колеса (средненаливное колесо). Обладая более высокими коэффициентами полезного действия (0,7—0,8), наливные колеса позволили к тому же в большей степени использовать напор воды. Возросла мощность водяных двигателей.
Наибольшая мощность верхненаливных колес достигалась при постоянном горизонте воды, при напоре от 2,5 до 10 м и расходе воды
70. Тилы водяных колес
(слева направо: нижнебойное, среднебойное, верхнебойное)
263
71. Верхнебойное водяное колесо (по В. 1еннину)
до 1 м3/с; при переменном же напоре в пределах 2,5—8 м и расходе воды до 2 м3/с применялись средненаливные колеса.
На горнозаводских предприятиях России наливные колеса получили преобладающее значение уже в первые десятилетия XVIII в. Преимущества их перед подливными были хорошо известны русским гидротехникам того времени, о чем свидетельствуют «Абрисы» В. И. Геннина. Давая практические советы строителям заводских гидросиловых установок, он указал, что колеса «нижебойные не употребляются для береже-ния воды», и далее отмечал, что «в ларях вода завсегда стоит вглубь с лишним на пять аршин [во избежание перерывов эксплуатации в зимнее время] и имеетца выше колес. И от такой великой тягости воды на колеса меньше потребно, ибо из ларей на колеса идет сильно» [33, с. 131].
Многочисленные примеры механических агрегатов с приводом от верхнебойных колес, описанные в «Абрисах» и иллюстрированные чертежами, говорят о преимущественном применении наливных колес на заводских установках России в XVIII в. Вместо применявшейся за границей в первой трети XVIII в. формы наливного колеса в виде цилиндра с наклонно поставленными прямыми лопатками в нашей стране получили распространение колеса с более рациональными ковшеобразными лопатками. Обычные размеры таких колес были: высота 3,5 м, ширина 1,0 м.
Максимальное для 30-х годов XVIII в. количество верхнебойных колес (рис. 71) обслуживало Екатеринбургский завод на р. Исети, где «дей-ствуетца всегда слишком пятьдесят колес целой год без остановки» [33, с. 131]. Если принять единичную мощность каждого из колес равной в среднем 10 л. с., то получим 500 л. с.— энергетический максимум для уральского завода первой половины XVIII в.
На Нижне-Тагильском заводе к 80-м годам XVIII в. было установлено до 57 водяных колес, в том числе: 4 по 20 л. с. и 53 по 10 л. с., а всего мощностью 610 л. с. Эту гидравлическую мощность можно считать для конца XVIII в., по-видимому, предельной не только для уральских, но и для установок всей промышленности России.
Русские гидротехники настойчиво искали пути совершенствования водяных колес и повышения их КПД. увеличивали диаметр, количество
264
оборотов, производственную мощность. Вместе с тем мысль русских мастеров усиленно работала над тем, чтобы приспособить водяное колесо к обслуживанию нескольких механизмов, иначе говоря, над превращением его в центральны?! двигатель завода, в своеобразную силовую станцию.
Особенно больших размеров водяные колеса достигали в подземной гидросиловой установке, построенной К- Д. Фроловым в 80-х годах XVIII в. на Змеиногорском руднике алтайских Колывано-Воскресенских заводов. Верхненаливные колеса диаметром 16—17 м не имели себе подобных в зарубежной практике и были гораздо производительнее нижне-бойных, получивших в то время преимущественное распространение на зарубежных установках. Так, во Франции, славившейся своими достижениями в области использования водной энергии, в отдельных отраслях промышленности все еще господствовало нижнебойиое колесо, как это видно из «Энциклопедии» Дидро и Д’Аламбера, содержащей исчерпывающую характеристику водяных двигателей во Франции в середине XVIII в.
Несмотря на то что преимущества колес наливного типа были уже известны, переход к ним при напоре в 2,5—3,0 м был затруднен. Так, нижнебойные колеса диаметром лишь 8 м имела водоподъемная станция в Версале, которую современники называли «чудом инженерного искусства». У лондонской городской водокачки на Темзе было 5 подливных колес по 7 м в диаметре. Известный ученый Г. Монж, описывая в 1794 г. сверлильные устройства наиболее передовых пушечных заводов в Кувэн и Шальо, отмечал как достижение техники того времени установленные на заводах водяные колеса диаметром в 4 и 6 м.
Секрет успешности и плодотворности работы К-Д. Фролова, разрешившего проблему создания дешевой энергетической базы рудничного хозяйства, заключался в том, что он сумел в максимальной степени использовать все скрытые ресурсы старой феодальной техники — водяного колеса, как нельзя лучше отвечавшего потребностям крепостного горнозаводского производства. Доведя до логического конца старую техническую традицию, Фролов вышел за рамки техники, характерной для мануфактурного периода, приблизившись к созданию системы машин. Созданный им Змеиногорский комплекс гидротехнических и горнозаводских сооружений, механизмов и машин ужг предвосхищал многие черты того будущего механического чудовища с его бесчисленными рабочими органами, о котором писал К- Маркс [1, с. 393].
Опередив своих западных современников в создании мощной и наиболее совершенной гидросиловой установки, К- Д. Фролов имеет и другую заслугу: он первый в мире в 60-х годах XVIII в. указал путь к полной механизации предприятия на примере осуществленных на Алтае рудообогатительных устройств. Фролов заставил центральный двигатель — мощное водяное колесо — не только приводить в действие механические агрегаты, выполнявшие технологические операции по обогащению руд, но и механизировал перемещения руд от одной операции к другой с помощью механического внутризаводского транспорта.
Однако в условиях царской России, когда мануфактуры, а металлургия преимущественно, основывались на принудительном крепостном труде, оригинальные начинания новатора гидротехники не могли получить широкого распространения.
С развитием металлургии и ее водного хозяйства все настойчивее сказывалась потребность в усовершенствовании водяных двигателей, становилось все яснее, что водяное колесо имеет ограниченные возможности
265
использования напоров и расхода воды. Используемый колесом напор не мог превышать его диаметра, а количество подаваемой на ковши воды ограничивалось объемами ковшей. При больших ковшах получались громоздкие конструкции с увеличенной нагрузкой на подшипник, с возрастанием трения и бесполезным расходом энергии на его лреодсление.
Коэффициент полезного действия верхнебойных колес редко превосходил 0,5—0,6. Использовалась примерно половина мощности потока, причем вследствие его недостаточного регулирования и колебания уровня бьефов КПД снижался. Так, повышение уровня воды в верхнем бьефе, наиример в половодье, не использовалось для полезной работы, а с повышением горизонта воды в нижнем бьефе водяные колеса затоплялись, что вызывало либо их полную остановку, либо понижение мощности.
Вместе с тем в водяных колесах происходила значительная фильтрация через зазоры затворов, а в зимний период колеса обмерзали, что нередко вызывало полную остановку заводского производства.
Мощность и число оборотов колес поддавались лишь ограниченному регулированию, причем обороты регулировались с помощью задвижек, действующих на расход воды, но не автоматически и в весьма ограниченных пределах. Число оборотов колес первоначально изменялось от 4 до 10 в мин, тогда как заводские машины (орудия), приводимые ими во вращение, работали при значительно больших числах оборотов. Кузнечные мехи, например, а позднее поршневые воздуходувки требовали 15—30, кузнечные молоты — 20—80, прокатные станы 100—200 об/мин. Поэтому приходилось прибегать к сложным и громоздким передачам между водяным колесом и машиной. Это влекло за собой снижение и без того невысокого КПД водяных колес. Максимальная мощность колес не превышала 450—500 л. с.
Выход из этого тупика состоял в том, чтобы увеличивать число колес или их размеры, а это, естественно, делало гидросиловые установки очень громоздкими.
Рассказывают, что Дж. Уатт при осмотре знаменитой гидросиловой установки в Марли (у Парижа) долго смеялся, увидав 14 огромных колес с 235 неуклюжими насосами, с бесчисленными приспособлениями, занимавшими громадную площадь и создававшими мощность лишь в 124 л. с.
Больше всего потребность в подходящем механическом двигателе ощущалась в горном деле, где борьба с водой по мере углубления шахт становилась все труднее и труднее.
В 1806 г. металлург И. Ф. Герман испрашивал для Березовских рудников кредиты «для постройки предполагаемых вододействующих машин вместо конных при рудниках для отливки воды, равно и на постройку паровых машин для подъема руд». Но водяные колеса при своей ограниченной мощности не могли выполнить работу лошадей, занятых водоотливом. Пришлось обратиться к паровой машине, которая в 1810 г. заме-, пила 236 лошадей.
Недостатки водяных колес, а в ряде случаев и их полная несостоятельность побуждали техническую мысль настойчиво искать новые решения для усовершенствования гидравлических двигателей, повышения их скорости и КПД, а также для использования водяных двигателей при значительных колебаниях уровня воды и сокращения ее бесполезной утечки. Русские гидротехники достигли определенных успехов и в этом деле.
В начале XIX в. на Урале получили широкое распространение колеса мощностью 200 л. с., отличавшиеся рядом преимуществ по сравнению
266
72. Схема водяного колеса Кренгольмской мануфактуры
с зарубежными. При этом диаметр колес оставался относительно небольшим. В качестве примера можно указать на колесо Юрюзанского завода, работавшее при напоре 7,5 м и развивавшее мощность 200 л. с. Оно имело диаметр 8 м, ширину 3,6, высоту обода 0,4 м. При 10 об/мин скорость на внешней окружности достигала 4,1 м/с, расход воды при наибольшем наполнении ковшей составлял 4 м3/с.
За границей при конструировании водяных колес руководствовались правилом Редтенбахера, принимая скорость на внешней окружности колеса в пределах 1,3—-1,5 м/с. Увеличение ее без ущерба для действия колеса считалось допустимым лишь с увеличением диаметра колеса. Это правило в совокупности со слабым наполнением ковшей водой и влекло за собой значительное увеличение размеров колес. Во избежание этого при мощностях, превышающих 100 л. с., Редтенбахер рекомендовал устраивать два водяных колеса вместо одного.
Высшим достижением техники строительства гидравлических колес в России явились двигатели Кренгольмской бумагопрядильной мануфактуры на р. Нарове. Для приведения в действие станков первоначально было запроектировано 6 водяных колес по 500 л. с. каждое. Фактически же были построены 4, а вместо двух недостающих колес в 1860 г. были установлены 2 гидротурбины по 450 л. с.
Кренгольмское колесо (рис. 72) средненаливного типа развивало мощность 500 л. с., работая при напоре в 5,2 м и совершая 4—4,2 об/мин. Диаметр колеса 9,15 м, ширина 7,6 м, высота 0,9 м, вес 100 т, число металлических ковшей 48, расход воды 9 м3/с, скорость на окружности колеса до 2 м/с.
Колесо имело две системы спиц, причем каждая состояла из 12 радиальных и 12 диагональных спиц диаметром 78 мм. Чугунный пустотелый вал состоял из двух (по длине) частей. Диаметр вала 1,1 м при толщине стенок всего в 5 см. Диаметр пустотелых цапф 35 см. Столь незначительная толщина стенок чугунного вала была причиной неоднократных аварий, что и повлекло за собой полный отказ от применения колес.
Передача движения от колеса к исполнительному механизму осуществлялась двумя зубчатыми венцами, помещенными во избежание изгиба тонких спиц по сторонам колеса. Для контролирования скорости служил
267
центробежный регулятор. Щиты колеса, по 3 в ряд, имели ручной привод. Для предупреждения обмерзания колеса в зимнее время помещение двигателя отапливалось чугунными печками.
Кренгольмское гидравлическое колесо имело диаметр более чем в 2 раза меньший, чем крупнейшие зарубежные водяные колеса того времени, но по мощности превосходило их в два раза.
Мощность водяного колеса при данном напоре зависит от его емкости, понимая под этим количество воды, принимаемой колесом в 1 с. Последнее в свою очередь определяется шириной колеса и высотой обода и не зависит от его диаметра. Иначе говоря, мощность наливного колеса зависит исключительно от ширины колеса и высоты обода. В Кренгольм-ском колесе эти размеры были наибольшими, а диаметр имел лишь среднюю величину.
Теоретические работы
Вооружению строителей гидравлических двигателей теоретическими знаниями способствовали передовые ученые того времени.
В 1823 г. профессор Главного инженерного училища в Петербурге Д. С. Чижов издал книгу по практической механике, которая дает описание различных конструкций водяных колес; в частности, приводится описание наливного колеса, расходующего половинное количество воды против колес обычного устройства *.
Затем типография Московского университета издала ценное теоретическое исследование А. Милютина, проверенное собственными опытами автора, под названием «Руководство к построению водяных мельничных колес, основанное на законах гидродинамики» (1828). В нем говорится: «Сообразив все существенные законы, к сему нужные, пройдя многие сочинения иностранные, к сему же предмету отчасти и непосредственно относящиеся, и сделав несколько опытов, собственно для себя, я изложил те правила, кои при устройстве мельничных колес могут вести к лучшим последствиям».
Автор подверг критике некоторые выводы иностранных авторитетов того времени и доказал их несостоятельность. «Христиан полагает,— писал А. Милютин,— что высота пера не должна превышать трех вершков и расстояние между ними должно быть равно высоте их; но правило сие для пошвенного колеса может иметь вредные последствия, не принося существенной пользы». Далее автор дает обоснование этих положений и советы с примерами расчетов водяных колес.
Используя рекомендации русских ученых, строители совершенствовали водяные колеса. Известный деятель гидроэнергетики первой половины XIX в. инженер В. И. Рожков в 1848 г. констатировал, что «наши колеса обращаются скорее», чем западноевропейские, и «притом ящики наполняются совершенно» **.
В 1852 г. Московский университет издал труд И. Рахманинова «Теория вертикальных водяных колес», оставивший далеко позади все, что знала передовая научная мысль Западной Европы ***. Рахманинов Иван Иванович (1826—1897) учился в Московском университете на физико-математическом факультете, который окончил в 1847 г., а в 1852 г. за-
* Чижов Д. С. Записка о приложении начал механики к исчислению действия некоторых из машин, наиболее употребительных. СПб., 1823.
** Рожков В. И. Краткий обзор гидравлической системы, употребляемой на Уральских заводах.— Горный журнал, 1848, кн, 8, с. 211.
** Рахманинов Ив. Теория вертикальных водяных колес. М., 1852.
268
щптил в том же университете магистерскую диссертацию «Теория вертикальных водяных колес». В 1853 г. он был назначен адъюнктом по кафедре прикладной математики Киевского университета. За работу «Основания теории относительного движения» был удостоен степени доктора математических наук и астрономии. С 1857 г. состоял профессором кафедры прикладной математики в Киевском университете.
Научные исследования Рахманинова относились к различным вопросам теоретической и прикладной механики. В теоретической механике он занимался теорией относительного движения, движением точки по поверхности и общими принципами механики. В области прикладной механики Рахманинов основное внимание уделял теории гидравлических машин.
Книга Рахманинова «Теория вертикальных водяных колес» была направлена П. Л. Чебышеву, детально ее рассмотревшему, по отзыву которого автору была присуждена Демидовская премия. По мнению Чебышева, особенная заслуга автора книги состоит «в сближении теории с практикой», в сопоставлении сделанных им теоретических выводов с правилами построения колес, найденными из наблюдений *.
Автор труда вывел точные формулы для определения «количества работы воды» в различных водяных колесах и определил условия, при которых колеса «преобразовывают силу воды в возможно большую полезную работу».
Ознакомившись с сочинениями всех известных французских и немецких ученых, своих современников, Рахманинов отметил, что в этих сочинениях интересующий вопрос «далеко не исследован в надлежащей полноте и точности, необходимой для практики, где вода употребляется как двигатель... и выведенные ими уравнения движения колеса не имеют надлежащей ценности, и результаты, из них выводимые, непосредственно к практике приложены быть не могут». Тут же Рахманинов дал теоретические обоснования элементов колеса, которые «были совершенно недоступны для прежней теории» **.
Касаясь исследований, проведенных французским гидромехаником Мореном, автор книги отмечает: «Мы не приписываем опытам Морена того общего значения, какое им придают французские гидравлики: их мы рассматриваем как превосходные примеры, объясняющие и дополняющие теоретические выводы, но за правила эмпирические формулы Морена ни в каком случае приняты быть не могут. Если к колесам, у нас нехитро устраиваемым, приложить формулы Морена, то, без всякого сомнения, они скажутся несостоятельными» ***.
Останавливаясь на общепринятой до него классификации водяных колес (нижебойное, среднее и верхнебойное), автор считает, что «такое разделение не характеризует их достоинств», и предлагает свою классификацию, в основе которой лежит практическая зависимость того или другого колеса от данных условий, определяющих его устройство. «Расход воды, а преимущественно падение, условливает выбор колеса». Автор книги прослеживает изменение устройства колеса с изменением падения и находит связь и различие между колесами, то или другое устройство которых «есть следствие не произвола, но необходимости».
* 22-е присуждение учрежденных П. Н. Демидовым наград 23 мая 1853 г. СПб., 1853, с. 99—105.
** Рахманинов Ив. Указ, соч., с. 101.
*** Там же, с. 104—105.
269
Подчеркивая значение труда И. И. Рахманинова для совершенствования водяных колес, П. Л. Чебышев писал:
«Из обзора этого сочинения видно, что оно содержит подробный анализ всего наиболее существенного относительно увеличения полезной работы в колесах вертикальных, колесах наиболее употребительных. До сих пор ни ио одной части практической механики мы не имели сочинения, в котором бы предмет был исследован с такой подробностью и отчетливостью, в котором бы показаны были теоретические начала для определения главных элементов машины. Чтобы представить в таком виде теорию вертикальных водяных колес, автор воспользовался всем, что наилучшего сделано в ней различными учеными; сличил со многими наблюдениями их теоретические выводы и, в некоторых местах, дополнил их собственными» *.
С 50-х годов началась деятельность выдающегося ученого в области горнозаводской механики и гидроэнергетики И. А. Тиме. В целях оказания «посильной помощи уральским техникам к более правильному и экономическому пользованию силой воды» И. А. Тиме обобщил весь предшествующий опыт постройки гидравлических двигателей, посетил ряд заводов на Урале, осмотрел гидромеханические устройства в других местах России и создал поистине классический для своего времени труд «О некоторых горнозаводских машинах» (1875). Осветив в нем современное состояние проблем строительства гидравлических двигателей, И. А. Тиме внес существенные поправки в принятые в то время методы проектирования водяных колес и дал собственные рациональные решения.
Несмотря на крупный вклад в теорию водяных колес, сделанный учеными, практическое применение ее ограничивалось узкими пределами используемых количеств воды (максимум 5 м3/с) и напора (максимум 20 м). Для получения более или менее значительных мощностей при малых напорах необходимо было строить большое количество колес. Скорости оборота колес были очень малы. Для повышения числа оборотов приходилось прибегать к сложным передачам. Последние, увеличивая вредное сопротивление (трение), с одной стороны, влекли за собой снижение КПД установки, а с другой — усложняли и удорожали ее. Кроме того, колеса не имели регулирующих приспособлений, и все попытки их устройства оставались пока безуспешными.
Эти обстоятельства, подкрепленные теоретическими исследованиями, говорили о том, что качественной трансформации водяных колес положен предел.
Улучшая водяные колеса, машиностроители к 70-м годам XIX в. довели их «до той степени совершенства, которая делает положительно невозможным какия-либо изобретения по этой части»,— так объяснил И. А. Тиме полное отсутствие гидравлических колес среди экспонатов механического отдела Венской всемирной выставки 1873 г.
Вместе с тем благодаря тем же теоретическим работам становились все более и более очевидными преимущества другого типа водяных двигателей — турбин, в которых вода непрерывно течет по особым изогнутым каналам внутри самого колеса.
* 22-е присуждение учрежденных П. Н. Демидовым наград, с. 105.
270
Гидравлические турбины
Прообразом турбины были быстроходные горизонтальные колеса на мутовчатых мельницах, получиз-шие распространение в XVI в. на Урале.
В XVIII в. профессора Петербургской академии наук Д. Бернулли и Л. Эйлер выполнили важнейшие исследования по созданию механизмов, действующих от отдачи энергии водяной струей. Эйлер в 1754 г. вывел основные уравнения, на которые опираются современные строители гидротурбин, и разработал теорию этих турбин. Он впервые выдвинул проект нового двигателя, близкого по сущности рабочего процесса к современным турбинам. Гидродвигатель Эйлера (рис. 73) состоял из двух частей — при
73. Схема водяного реактивного двигателя Л. Эйлера
емного резервуара и вращающегося барабана. Сущность его предложения состояла в том, что, снабдив
приемный резервуар выпускными
трубками особой формы, Эйлер сделал его направляющим аппаратом, посредством которого струя воды получила наивыгоднейшее (в смысле наилучшего использования ее динамического действия) направление. Вращающийся барабан также был снабжен трубками, концы которых были отогнуты все в одну сторону по окружности. Таким образом, в схеме гидродвигателя Эйлера уже имелись в зачаточном виде главнейшие части, характерные для современных гидротурбин, а именно направляющий аппарат и рабочее колесо, снабженное криволинейными лопатками.
Большие успехи в создании турбин были достигнуты в 30-х годах XIX столетия, когда французский инженер Б. Фурнейрон и уральский механик И. Е. Сафонов почти одновременно и независимо один от дру-
гого предложили первые практически осуществимые конструкции этого нового типа гидравлических двигателей.
Работы И. Е. Сафонова
Сын крепостного мастерового Нижне-Алапаевского металлургического завода Игнатий Егорович Сафонов родился в 1806 г. и по окончании Алапаевской горнозаводской школы начал работать слесарным учеником на том же заводе. Выдающиеся способности, увлеченность техникой и настойчивость в овладении специальными знаниями вскоре выделили его из общей среды «работных людей». Четырнадцатилетним подростком он уже выполнял обязанности помощника плотинного мастера, а в дальнейшем сам был назначен на эту должность. Такое назначение свидетельствовало о больших заслугах и технической подготовленности молодого механика, так как плотинными мастерами, в ведении которых находились строительство и обслуживание всех гидроэнергетических
271
систем заводов, назначались наиболее способные и опытные работники. В этой должности он проработал около 20 лет и умер в 1850 г., так и не освободившись от крепостной зависимости.
В истории отечественного изобретательства имя Сафонова связано с созданием и совершенствованием различных групп заводского технологического оборудования. К началу 40-х годов он сконструировал и построил на Алапаевском заводе воздуходувную цилиндрическую машину (цилиндрические мехи) с водяным приводом, признававшуюся образцовой. Но основным его изобретением, делом его жизни явилось «горизонтальное водяное колесо» — радиальная гидравлическая турбина с внутренним подводом воды.
Пристальное внимание изобретателя к конструкциям гидравлических двигателей не было случайным. Водяное хозяйство заводов, в полной мере удовлетворявшее энергетические нужды производства в XVIII в., все более ограничивало развитие производственных мощностей в XIX в.
Массовое истребление лесов ухудшало водный режим рек и вело к резкому сокращению запасов воды в заводских водоемах, питавших энергетические установки.
Совершенствование водяных колес не устраняло их основных недостатков: громоздкости, тихоходности и относительно малой мощности. Неоднократно предпринимавшиеся попытки предотвращения «водяного голода» (устройство резервных водохранил щ, переброска воды из смежных речных бассейнов и т. п.) не давали заметных положительных результатов. Единственным выходом могло быть только создание новых экономичных и более мощных гидравлических двигателей.
Имея большой производственный опыт и разностороннюю техническую подготовку, по должности плотинного мастера постоянно наблюдавший работу водяных колес Сафонов отчетливо представлял себе несовершенство современной ему заводской гидроэнергетики. При этом он хорошо понимал, что затруднения, возникавшие в энергетическом хозяйстве заводов, осложняли и без того изнурительный труд мастеоо-вых. Эти обстоятельства побудили талантливого механика отказаться от продолжения попыток вносить отдельные усовершенствования в конструкцию гидросиловых установок. В 1835 г. он предложил управлению Алапаевских горных заводов разработанный им проект нового водяного двигателя — первой в России гидравлической турбины. Годом позднее, получив разрешение заводоуправления, он приступил к постройке этого двигателя.
Изобретенное Сафоновым «горизонтальное водяное колесо» представляло собой радиальную турбину с внутренним подводом воды. Мощность турбины (при напоре в 2,5 м и 25 об/мин) — 36 л. с., КПД 0,53. Расход воды составлял 2,5 м3/с. Диаметры турбины: внешний 3,6 м, внутренний 2,9 м, число лопаток 35.
Первая водяная турбина Сафонова была установлена в 1837 г. для приведения в действие тяжелых заводских механизмов — листокатальных станов. Своей мощностью она выгодно отличалась от турбин, появившихся почти в одно время с нею за границей.
Как видно из слов его современника инженера В. И. Рожкова, сконструированная Сафоновым турбина представляла собой оригинальное творение. «Хотя устройство этой турбины касательно правил наивыгоднейших отношений между частями машины, преподанных самим изобретателем и другим механиками, очень несовершенно,— писал В. И. Рожков,— однако ж, это не должно вредить полезной предприимчивости и
272
славе строителей ея, особенно, если обратить внимание на то, какими средствами они руководствовались при построении машины»*.
После замены ранее действовавшего на Алапаевском заводе верхне-бойного колеса турбиной производительность прокатки при том же расходе воды удвоилась благодаря увеличению числа оборотов прокатных станов и возможности избегнуть многократного подогрева болванки, обычного при медленном вращении валков.
Ввиду очевидной пользы нового водяного двигателя управление Алапаевских заводов решило установить еще две такие же турбины на Ирбитском и Нейво-Шайтанском заводах. Эти турбины значительно улучшенной конструкции были также успешно построены И. Е. Сафоновым — первая в 1839 г., вторая в 1841 г.
Нейво-шайтанскую турбину Сафонов строил в то время, когда была уже опубликована статья инженера А. И. Узатиса о теории турбин **. С ней, видимо, познакомился изобретатель и воспользовался ею при расчетах. Об этом свидетельствует то обстоятельство, что выбор наивыгоднейшего профиля и конфигурации лопаток и водоспускных перегородок, равно как число их и расположение некоторых частей, сделаны в турбине близкими к тому, о чем говорилось в статье.
КПД нейво-шайтанской турбины 0,70, что на 20% выше КПД лучшего водяного колеса. По окружности рабочего колеса турбины, имеющего форму диска, укреплены лопатки, изогнутые в ином направлении, чем направляющие лопатки. Расход воды регулировался цилиндрическим щитом.
Мощность турбины 59 л. с., напор 3,5 м и расход воды 2,4 м3/с. Внешний диаметр 4,6 м, внутренний 2,5 м, число лопаток 30. Число оборотов исполнительных механизмов было увеличено в 5 раз против скорости турбины в 35 об/мин.
Как видим, диаметр колеса этой турбины был значительно меньше, чем у первой турбины Сафонова, зато ее мощность увеличена почти вдвое путем улучшения конструкции рабочего колеса и направляющего аппарата.
Представление о преимуществах турбины в прокатном производстве будет особенно очевидным при сравнении ее работы с работой верхне-бойных водяных колес.
В те годы на Урале лучшими считались верхненаливные колеса, установленные в 1839 г. на Нижне-Исетском заводе для привода трех станов — плющильного, листокатального и резного. «Нижне-исетские прокатные машины построены со всеми изменениями устройства, признанными в последнее время наилучшими,— свидетельствовал В. И. Рожков,— следственно от них должно было ожидать самых выгодных результатов» ***.
Работая при напоре в 6,4 м, все три колеса расходовали воды 800 л/с. Нейво-шайтанская турбина Сафонова, работая при напоре в 3,5 м, потреблял^ воды 240 л/с, т. е. в 3 с лишним раза меньше, чем нижне-псетские колеса, однако результат ее работы был вдвое выше при значительно меньшем напоре. Все это имело большое значение, так как воды заводам не хватало, а запасы лесных массивов алапаевских заводов сильно истощились.
* Рожков В. И. Описание турбин, устроенных в Алапаевских заводах.— Горный журнал, 1846, кн. 7, с. 7.
** Уза тис А. И. О турбине.— Горный журнал, 1839, кн. 4, 7.
*** Рожков В. И. Указ, соч., с. 19.
18 Очерки истории техники в России
273
Смелое начинание И. Е. Сафонова было быстро подхвачено передовыми деятелями отечественной промышленности. Уже в 1839 г. водяная турбина была установлена в цехе стальных изделий на Воткинском заводе. В 1843 г. турбины работали на прокатном производстве Нязепет-ровского завода и в токарном цехе Екатеринбургской механической фабрики. В 1851—1852 гг. на этой фабрике были изготовлены четыре водяные турбины: одна для Екатеринбургского монетного двора и три для Нижне-Исетского завода. К середине XIX в. большая часть хвостовых молотов Алапаевских заводов уже была переоборудована на привод от гидротурбин. В результате потребность в воде сократилась вдвое, а мощность двигателей значительно возросла против прежней.
Развитие теории турбин
В одно время с Н. Е. Сафоновым работал над изобретением улучшенных водяных двигателей французский инженер Б. Фурнейрон, которому удалось в 1834 г. построить пригодную к эксплуатации турбину. Однако мощность ее была невелика, а конструкция крайне несовершенна.
Теория нового двигателя была еще мало разработана. По этому поводу В. И. Рожков в 1848 г. писал: «Фурнейрон вывел из своей теории правила для определения существенных частей колеса. Но эти правила были ошибочны и, при назначении размеров и расположения частей вели к самым ложным заключениям. Следственно: теория Фурнейрона не могла служить ни к точному определению производимой работы построенного действующего колеса, ни к верному выводу размеров предполагаемого к постройке» *.
Простые п вместе с тем универсальные формулы, годные для расчета турбин различных типов, опубликовал в 1839 г. инженер А. И. Узатис **, основоположник русской школы горной механики. Он писал, что «обнародованные Фурнейроном для этой цели правила [определения параметров турбин] оказались несоответствующими своему назначению, и турбины, построенные по ним в Германии, бывали всегда неудачны; самое развитие его формул не совершенно точно». Далее автор отмечал, что теорию турбин Фурнейрона дал профессор Фрейбергской горной академии Ю. Вейсбах. Подробно рассматривая рассуждения Вейсбаха и выведенные им формулы, Узатис сделал вывод, что эти формулы, «несмотря на совершенную их точность в математическом отношении, не могут быть прямо применены к определению размеров турбин». После подробного изложения существовавших в то время теорий и описаний конструкций турбин Узатис заключает: «Не зная сочинений, в которых этот предмет был бы изложен просто и удовлетворительно, я осмеливаюсь представить здесь свой опыт упрощения формул, выведенных Вейс-бахом».
Последующий период отечественного гидроэнергомашиностроения характеризуется углубленной разработкой теории турбин, введением ряда новых конструкций и появлением руководств по турбинам.
Одной из первых книг на русском языке по расчету и конструирова нию гидравлических турбин является сочинение студента Казанского
* Рожков В. И. О турбинах.— Горный журнал, 1848, кн. 8, с. 226.
** Узатис А. И. Описание турбины Б. Фурнейрона.— Горный журнал, 1839, № 4. Небезынтересно отметить, что А. И. Узатис, применив свои формулы к турбинам, построенным Фурнейроном, определил угол, под которым вода встречает лопатку, равным 27°, что составляло строжайший секрет французского изобретателя.
274
университета А. И. Нератова «Вычисление действия и описание устройства гидравлических колес», опубликованное в Казани в 1844 г. По сути дела эта книга подводила итог опыта, полученного в области строительства водяных двигателей к середине XIX в.
В книге подробно и систематично рассмотрены все типы водяных колес и турбин, применявшихся в то время, излагаются история их развития и основные теоретические и экспериментальные данные их расчета ч конструирования. Предлагая «правила для размера составных частей турбины», А. И. Нератов ссылается на расчетные формулы А. И. Уза-тиса, который в этих определениях предложил «заменить выражения, данные Вейсбахом, другими, более простыми» и «точность своих выра-
74. График Нератова
жений подтвердил применением к турбинам, устроенным самим Фур-нейроном».
При рассмотрении теории активных турбин (в том числе и турбины Фурнейрона в качестве предельной) А. И. Нератов, пользуясь правилами дифференциального исчисления, находит условия для наивыгоднейшей их работы, определяет соответствующие углы лопаток и выгоднейшую окружную скорость. При этом за полезную работу он принимает сумму кинетической энергии при входе на колесо и силы тяжести на высоте колеса за вычетом выходной потери. Автор вводит понятие об «устойчивой скорости», указывая, что «для всякого гидравлического двигателя существует такая скорость движения, при которой колесо собирает самое большое количество работы».
Оптимальное число оборотов турбины в 1 мин Нератов предлагает определять, пользуясь составленным им графиком — «кривой для работы двигателя» (рис. 74).
По оси абсцисс наносятся «средние скорости для каждой единицы времени», т. е. число оборотов в 1 мин, а по оси ординат-—«работа двигателя, собираемая машиной в ту же единицу». Из кривой ACD видно, что полезная работа турбины достигает максимума лишь при некотором определенном числе оборотов. При понижении или повышении этого числа работа уменьшается. Работа же приводимой машины возрастает с числом оборотов по некоторой кривой АВ. Эти две кривые пересекаются в точке С, где работа двигателя и сопротивлений равны и где скорость АЕ стремится сохранить постоянное значение, почему и может называться «устойчивою скоростью». Для полного использования турбины необходимо (как правильно указывает Нератов) «давать ординате точки С пересечения самое большое значение на кривой двигателя»,, иначе говоря подогнать передачу между турбиной и машиной-орудием так, чтобы эта точка соответствовала максимуму работы.
275
18*
Воспроизводимый впервые спустя более 100 лет после опубликования график Нератова является по сути дела первой не только в русской, но и в мировой гидроэнергетической литературе турбинной характеристикой. Напомним, что за рубежом турбинные характеристики внедрялись в практику лишь с 1847 г. после испытаний турбин Френсиса.
Сочинение А. И. Нератова, равно как и статья А. И. Узатпса, было первой в нашей стране, публикацией о турбинах и сыграло большую роль в распространении знаний по теории и конструированию нового типа гидродвигателя.
Первыми турбинами Сафонова было положено начало развития отечественного гидротурбостроения. На протяжении последующих 50 лет ряд инженеров как в нашей стране, так и за рубежом предложил значительные усовершенствования первоначальных конструкций гидротурбин, а также конструировали свои системы турбин, различающиеся между собой характером и геометрическими формами траекторий течения воды по их рабочим органам — рабочему колесу и направляющему-аппарату— и иным размещением последнего.
Не будем перечислять все появившиеся за это время типы турбин. Отметим лишь некоторые, наиболее характерные: первые реактивные осевые турбины Геншеля и Жонваля, радиальные активные турбины Швамкруга, осевые активные турбины Жирара, радиальная турбина Френсиса.
Во все эти турбины вложены две идеи: одна, принадлежащая Л. Эйлеру, заключается в том, что двигатель работает главным образом за счет потенциальной энергии воды (турбины Б. Фурнейрона, И. Сафонова, Жонваля, Д. Френсиса), и вторая, принадлежащая французскому ученому Ж- В. Понселе, предполагает работу гидродвигателя за счет кинетической энергии потока (турбины Швамкруга, Жирара).
Первые осевые турбины, в которых вода движется в направлении оси, а не перпендикулярно к ней, как в радиальных турбинах, были сконструированы немецким механиком Геншелем в 1837 г. и французом Жон-валем в 1841 г. Геншелю же принадлежит и первое применение третьего основного рабочего органа — всасывающей трубы, которым не были снабжены появившиеся ранее турбины Фурнейрона и Сафонова. Всасывающая труба дала возможность устанавливать рабочее колесо выше нижнего уровня воды без особых потерь напора.
Реактивная турбина Геншеля—Жонваля с осевым направляющим аппаратом была более совершенной гидравлически и конструктивно, чем центробежная турбина Фурнейрона и Сафонова, а потому и получила преимущественное распространение на гидроустановках второй половины XIX в. в форме одно- и двухколесных двигателей с несколькими венцами. В подавляющем числе случаев эти турбины имели вертикальную ось. До 90-х годов XIX в. максимальная единичная мощность турбин Жонваля составляла 1200 л. с. (гидроустановка Кренгольмской мануфактуры). Большое количество турбин этой системы было установлено на металлургических заводах Урала, причем огромную роль в их развитии сыграли выдающиеся деятели отечественной гидроэнергетики второй половины XIX в. В. И. Рожков и И. А. Тиме.
Работы В. И. Рожкова
Выдающийся русский гидротехник, основоположник научных основ водного хозяйства наших горных заводов, действующих силой воды, автор первого трактата о плотинах на русском языке и пионер отечест-
276
венного гидротурбостроения Василий Иванович Рожков родился в 1816 г. в г. Верхотурье. По окончании Корпуса горных инженеров в Петербурге он приехал в 1840 г. в Алапаевск и свыше 25 лет работал на заводах Урала.
Впоследствии В. И. Рожков был начальником Петербургского монетного двора, который обязан ему капитальным переустройством всей механической части и сооружением нового медного передела.
Умер В. И. Рожков в ноябре 1894 г. в Петербурге.
Своими многочисленными статьями в «Горном Журнале» В. И. Рожков познакомил русских техников с трудами своих предшественников, классиков гидравлики и прикладной механики и широко развил и усовершенствовал методы этих ученых в ходе исследования водоводов, а также гидравлических двигателей на Урале.
В 1856 г. им был издан капитальный и оригинальный труд «О гидравлическом горнозаводском хозяйстве, с описанием устройств, в нем употребляемых», который в 1859 г. был удостоен Демидовской премии. Труд этот, не утративший своего значения и в настоящее время, составлен на основе многолетнего опыта автора и представляет собой одно из первых на русском языке (после «Абрисов» Геннина) пособий по гидроэнергетике. В нем даются указания о «способах образования запасов рабочей воды», иными словами, сведения о водохранилищах, плотинах, водоотводах, питающих гидравлические двигатели, и о способах пользования накопленною водою.
Но особенно велика заслуга Рожкова в области турбостроения. В 1842 г. он дал теоретическое обоснование водяным турбинам И. Е. Сафонова и провел их теоретический расчет на основании личного осмотра. В 1851 г. на Алапаевском заводе Рожков провел первые динамометрические опыты над турбинами.
Самым ценным и долговечным памятником В. И. Рожкову, явилась созданная им и носящая его имя двойная гидротурбина, построенная в 1856 г. и получившая в последующие 40 лет значительное распространение на уральских вододействующих заводах. Этот двигатель, установленный на Екатеринбургском монетном дворе, представлял собой сдвоенную осевую турбину с горизонтальным валом и двумя отсасывающими трубами (рис. 75). Первое описание его принадлежит профессору Фрейбергской горной академии Ю. Вейсбаху, который в своем труде «Механика» (1857 г.) поместил лестный отзыв о турбине Рожкова как о лучшей из имевшихся в то время гидротурбин такого типа.
Напорная труба подводила воду в резервуар, к которому с обеих сторон примыкали турбинные камеры, соединенные с вертикальными отсасывающими трубами. Из резервуара вода через направляющие перегородки поступала на колеса турбины и далее через отсасывающие трубы в отводящий канал. Для регулирования турбин служили затворы, помещенные на выходе из отсасывающих труб и действовавшие от ручных винтовых механизмов. Вал турбины с насаженными на нем колесами был пропущен сквозь сальники и спирался на подшипники.
Наличие двух рабочих колес на одном валу увеличивало быстроходность турбины на 40%, что облегчало передаточные устройства к машинам и одновременно повышало коэффициент полезного действия передач.
Большое преимущество турбины Рожкова состояло и в том, что при принятом автором устройстве разгружалась пята турбины, а также отпадала необходимость осуществления передачи с вертикального вала на горизонтальный.
277
75. Схема турбины В. И. Рожкова
Турбина Рожкова открыла широкие возможности дальнейшего промышленного использования нового типа водяных двигателей. Подобные турбины вскоре стали устанавливать на Нижне-Тагильском и других уральских металлургических заводах, а затем в Германии.
В первые годы производственного применения гидротурбин, как уже говорилось, возникло много различных типов их, которые развивались, распространялись и совершенствовались параллельно друг другу.
В 1848 г. появилась турбина саксонского механика Швамкруга с внутренним подводом воды в радиальном направлении по части окружности. Впервые такие турбины использовались во Фрейбургских рудниках. Диаметр их составлял 2—3 м.
Турбины этого типа применялись и у нас на заводских установках Урала и на Олонецких горных заводах. Наибольших размеров они достигли на Тагильском заводе, где в 70-х годах XIX в. инженер В. Алексеев сконструировал турбину диаметром более 7 м. Она служила для непосредственного привода воздуходувных цилиндров и развивала мощность в 120 л. с. при напоре 5,6 м и расходе воды 2,8 м3/с. Ее КПД составлял 0,6.
В 1851 г. французский инженер Жирар установил в своей турбине принцип активного действия, сконструировав лопатки рабочего колеса таким образом, что давление в них на всем пути воды оставалось одинаковым и равным атмосферному. Принцип Жирара вскоре был применен к осевым и радиальным турбинам в нашей стране на заводских установках Урала.
Механик Пожевского завода И. А. Шилоносов, руководствуясь предложенной профессором И. А. Тиме теорией, построил в 70-х годах турбинное колесо системы Жирара, заменив им действовавшие до того наливные колеса. Турбина Шилоносова служила для непосредственного
278
привода листокатального стана, который за 12 ч работы вырабатывал около 2 т кровельного железа, причем потребляла в 6 раз меньше воды, чем прежнее наливное колесо.
Расчетный напор турбины Шилоносова 7,3 м, число оборотов колеса в 1 мин 45, расход воды 1,2 м3/с, максимальная мощность турбины при КПД 0,65 достигала 75 л. с.
Уникальное для того времени турбинное колесо диаметром 3,4 м с 76 лопатками было чугунным цельнолитым. До И. А. Шилоносова никто не решался изготовлять столь большие отливки, не было подобных примеров и за границей.
Блестящий опыт И. А. Шилоносова оказал решающее влияние на переход от водяных колес к турбинам и, в частности, на внедрение усовершенствованного им двигателя системы Жирара на заводских установках нашей страны.
В 1863 г. лишь в металлургической промышленности России действовало 58 гидротурбин, а к 1876 г. их число только на Урале достигло 113. Наряду с ними еще уцелели наиболее крупные водяные колеса. Всего к этому времени в стране насчитывалось 2050 водяных двигателей общей мощностью около 40 тыс. л. с. (30 тыс. кВт). Наиболее же широкое применение получили турбины лишь в последние годы XIX в. с открытием способа передачи электрической энергии на большие расстояния и с переходом от гидромеханических установок к гидроэлектростанциям.
Турбины Кренгольмской мануфактуры
Наиболее крупными по единичной мощности турбинами в нашей стране в период до введения электропередачи была оборудована гидроустановка Кренгольмской мануфактуры на р. Нарове (рис. 76).
Все кренгольмские турбины были одного типа, наиболее совершенного в то время,— реактивными турбинами Жонваля, имеющими осевой направляющий аппарат.
В 60-х годах была смонтирована первая турбина на 1200 л. с. (895 кВт), заменившая 2 водяных колеса.
«Тюрбины в 1200 л. с.,—отмечал И. А. Тиме,— представляются с первого раза чем-то невероятным, если вспомнить, что целые гидравлические заводы на Урале, и притом самые большие, не могут при постоянном действии развивать силу свыше 500 — 600 паровых лошадей. Расхода воды самых больших заводских рек на Урале не достанет (разумеется, за исключением весенного времени) для питания даже и одной Нарвской тюрбины» *.
Почти постоянная величина напора в 7,5 м была благоприятным фактором для наивыгоднейшей установки турбины. Отсасывающая труба, впервые появившаяся у осевых турбин Жонваля, позволила, как уже говорилось, установить рабочее колесо выше нижнего уровня без особых потерь напора. Направляющий аппарат был установлен на 5 м выше уровня воды в отводящем канале; следовательно, весь напор распределялся на две неравные части: давящий напор /г1=2,5 м и всасывающий напор й2=5 м, при отношении h2: /ii=2. Возвышенное положение турбины облегчало ее эксплуатацию в условиях свойственного р. Нарове массового образования донного льда и шуги, а также допускало удоб-
* Тиме И. А. О некоторых горнозаводских машинах. СПб., 1875.
279
76. Гидроэнергоузел Кренгол ьмской мануфактуры на р. Нарове (общий вид и разрез турбины)
ный осмотр и ремонт, поскольку для освобождения от воды было достаточно прекратить ее подачу в верхний резервуар.
Направляющее колесо диаметром в 3,7 м, выполненное цельным из чугуна с залитыми 12 лопатками из 19-миллиметрового железа, имело массу 10,8 т. Находящееся под ним рабочее колесо, также отлитое цельным, снабжено 30 железными лопатками толщиной 19 мм. Вес его 10 т. Лишь наружная кольцеобразная часть его сделана для облегчения из 19-миллиметрового железа в виде кольца, надетого в нагретом состоянии, а затем дополнительно стянута снаружи тремя толстыми железными кольцами, надетыми также в горячем состоянии. Высота направляющего колеса 57 см, рабочего — 48 см. Ширина турбинных каналов 65 см. Скорость истечения воды из направляющих каналов 0,8 м/с, скорость на средней окружности рабочего колеса 0,7 м/с.
Расход воды турбиной 17 м3/с, КПД 0,7. Нормальное число оборотов колеса в 1 мин 60. Вес турбинного вала диаметром 0,48 м 6,5 т. Вследствие значительного веса вращающихся частей турбины пятник поддерживался вертикальной трубой, помещенной внутри всасывающей, причем для устойчивости трубы служила еще пустотелая поперечная балка. Насос предназначался для питания пятника свежим маслом; загрязненное масло отводилось особой трубой.
Всасывающая труба диаметром 4 м состояла из восьми частей (для удобства перевозки), свинченных между собой. Ее масса с чугунным кожухом 46,6 т.
В те годы еще не был открыт способ передачи электроэнергии на большие расстояния, и турбины отдавали свою механическую энергию машинам-орудиям через трансмиссии. На Кренгольмской мануфактуре передаточным устройством служили два конических зубчатых колеса диаметром 3,7 и 2,8 м общим весом 9,2 т. Каждое из этих огромных колес состояло из двух частей. Масса всех металлических частей турбины составляла 140 т.
Регулирование числа оборотов рабочего колеса выполнялось вручную: каждая турбина имела центробежный регулятор, соединенный при помощи зубчатой передачи со стрелкой, указывающей число оборотов колеса. При нормальном числе оборотов стрелка занимала вертикальное положение.
Постоянный избыток воды Нарвского водопада позволил применить самый несовершенный, но зато простой способ регулирования расхода воды посредством кольцевого подъемного щита, установленного во всасывающей трубе. Щит был изготовлен из 10-миллиметрового железа с наружными кольцевыми скреплениями из углового железа, вес его со всем прибором достигал 5,6 т.
Управляя кольцевым щитом, ограничивали изменения числа оборотов турбины в пределах от 59,5 до 60,5 т. е. на один оборот, что считалось в то время хорошим результатом для бумагопрядильных и подобных им фабрик, где от двигателя требуется равномерное движение.
Кренгольмские гидротурбины, замечательные своими гигантскими по тому времени размерами и превосходным техническим выполнением, были экспонированы в модели на Петербургской выставке 1870 г. и на Всемирной выставке в Вене в 1873 г. По своей мощности они являлись рекордными среди гидросиловых установок того времени.
Однако к концу XIX в. осевые турбины Жонваля были вытеснены радиально-осевыми турбинами Френсиса, развивавшимися параллельно с ними и получившими большее распространение благодаря совершенной схеме регулирования.
281
ПАРОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
На протяжении столетий использование энергии водного потока сохраняло первенствующее значение в энергетических системах различных промышленных производств.
Коренной недостаток гидроэнергии, отмеченный К- Марксом как ее локальность, определил то обстоятельство, что гидроэнергия рассеивала производство в деревне вместо того, чтобы концентрировать его в городах [ 1, с. 388].
Теплоэнергетика, основанная на применении паровой машины, была свободна от этого ограничивавшего развитие производительных сил недостатка.
Если в странах Западной Европы становлению стационарной теплоэнергетики в конкретной форме паровой машины, явившейся универсальным двигателем промышленности нарождавшегося капитализма с его машинной техникой, предшествовал длительной период применения паровых машин частного назначения, то в России становление стационарной теплоэнергетики происходило в форме революционной и всеобщей замены водяных колес универсальными паровыми машинами.
Именно так вопрос был поставлен первым русским теплотехником И. И. Ползуновым, который в 1763 г. писал о необходимости «способом огня действующею механикою водяное руководство пресечь», заменив водяные колеса «огненными машинами», построенными так, чтобы они были в состоянии «по воле нашей, что будет потребно, исправлять» *.
Решимость, с которой Ползунов провозглашал коренной переворот в энергетике, вытекала из двух положений. Первое, связанное с «уничтожением» водяного колеса, заключалось в производственном опыте Ползунова, сумевшего правильно оценить ограниченность гидроэнергетики своего времени. Перед Ползуновым стоял вопрос: где же строить завод? У рудника? У лесных угодий? У реки — носительницы энергии? И Ползунов дает ответ: «...в Российском государстве почти все заводы на реках построены». Почему? Потому что руду и топливо, хотя и с большими трудностями и расходами, можно транспортировать на далекие расстояния, а реку, носительницу энергии, нельзя.
Заслуга Ползунова состоит в том (и это второе положение его смелого проекта), что Ползунов нашел решение, позволявшее «пресечь водяное руководство».
Этим решением явился детально разработанный проект парового универсального двигателя.
Вводя это понятие в научный обиход, К. Маркс в качестве его признаков устанавливал: 1) малую зависимость от местных, локальных условий, 2) универсальность по техническому применению. В предложении Ползунова универсальность формулировалась как способность «что будет потребно исправлять».
Первый из этих признаков был придан двигателю трудами ряда изобретателей, позволивших Энгельсу назвать изобретение паровой машины «первым действительно интернациональным изобретением» [ 1, с. 431]. Освобождением энергетики от локальности путем использования теплоты с ее крайне энергоемким носителем — топливом занимались и Папен, и Лейбниц, и Севери, и Ньюкомен и ряд других изобретателей и ученых. В результате был сконструирован двигатель, способный транс
* ГАНО, ф. 969, ед. хр. 5, лл. 104, 114. Копия докладной записки И. И. Ползунова начальнику Колывано-Воскресенских заводов (апрель 1763 г.).
282
формировать теплоту в механическую работу, способный, следовательно, вырваться из пут локальных условий и работать в любом географическом пункте, где есть вода для получения пара и куда можно подвезти горючее.
Но этот двигатель еще не произвел промышленного переворота, оставаясь двигателем частного назначения.
Для решения задачи об универсальном двигателе оставалось придать паровой машине частного назначения второй признак — универсальность по техническому применению. Конкретные условия этой задачи сводились к тому, чтобы сконструировать такой тепловой двигатель, который, получая работу от рабочего тела прерывно, периодически, был бы способен отдавать ее потребителю непрерывно.
Принципиально такая задача решается несколькими методами: построением роторной машины — турбины, аккумулированием части работы рабочего хода машины для отдачи потребителю во время холостого ее хода, суммированием на одной детали машины работы нескольких рабочих полостей. Первый метод стал возможным только на уровне техники XX в. Второй был малоэффективным, что видно по ряду неудачных попыток его использования (Хэлл, Фицжеральд и др.). Из двух вариантов третьего метода — суммирование работы двух полостей одного цилиндра (так называемая машина двойного действия, предложенная Д. Уаттом в 1782 г.) и суммирование работы отдельных цилиндров — Ползунов выбрал последний как наиболее прогрессивный, по которому сегодня работает свыше 100 млн. тепловых двигателей.
Двигатель И. И. Ползунова
Творческий замысел Ползунова был запечатлен на детально разоа-ботанном проекте двухцилиндрового двигателя, дающем представление о полноте проработки совершенно новых конструктивных форм.
Рецензент проекта Ползунова И. А. Шлаттер, возглавлявший Берг-коллегию, писал, что «сей его вымысел за новое изобретение почесть должно, и вместо того, что все в свете находящиеся такие машины оди-наки и из одного цилиндра делать предлагает, следовательно, он и дру7 гие члены к движению всей его машины вымыслить был должен, нежели при обыкновенных имеются, в чем он преизрядной успех имел».
Высоко оценив конструкторский талант Ползунова, Шлаттер не понял главного содержания рецензируемого проекта: замены водяных колес, сковывавших развитие производства, универсальными паровыми двигателями. Это видно из того, что Шлаттер предложил Ползунову накачивать машиной прерывного действия воду в резервуар и направлять ее на водяные колеса как двигатели, универсальные по техническому применению.
Сопоставление предложений Ползунова и Шлаттера представлено^ на рис. 77. По проекту Шлаттера (рис. 77, а) паровые машины и насосы 1, 2 подают воду в резервуар 3, откуда она по желобу 4 поступает на водяные колеса 5, которые через механизм 6, 7 передают движение воздуходувным мехам 8; канал 9 служит для отвода отработавшей на колесах воды.
В проекте Ползунова (рис. 77, б) двухцилиндровый двигатель 1 приводил в действие два громадных воздуходувных меха 2, нагнетавших воздух в аккумулятор давления («воздушный ларь», по определению Ползунова) 3, откуда сжатый воздух по трубам 4 подавался в плавильные печи.
283
77. Сравнительная схема проектов Шлаттера и Ползунова а — проект Шлаттера; б — проект Ползунова
За разницей конструктивных форм скрывалась громадная разница в экономике.
Вводя в систему заводского привода гидравлическую передачу насос— резервуар — водоток — колеса, Шлаттер увеличивал бесполезное растрачивание энергии, а поэтому удельный расход топлива на единицу' полезной работы в предложенной им установке был в 2,5 раза больше, чем в установке Ползунова. Что касается мощности, передаваемой рукояткам мехов, то в установке Шлаттера она была в 9,3 раза меньше, чем у Ползунова, и делала всю систему привода практически неработоспособной.
Помимо громадного упрощения установки, что видно из приведенных схем, Ползунов, отказавшись от промежуточного носителя энергии в виде поднятой воды, более чем вдвое увеличил экономичность установки.
Категорически исключая «водяное руководство», Ползунов нашел новое прогрессивное решение. Вместо предложенной Шлаттером децентрализации генераторов энергии он ввел централизацию ее потребителей.
Исключительно изящное решение! В этих конструктивных формах содержалась и победа над Шлаттером в экономике. Теперь расход топ
284
лива снижался в 2,7 раза, а подаваемая мощность увеличивалась в 10,4 раза по сравнению с проектом Шлаттера.
Преимущества проекта Ползунова требовали практического доказательства, и он приступил к героическому труду — постройке сложной и большой машины.
Схематический чертеж этой машины (рис. 78) показывает основу ее работы. Работа двух цилиндров 1—1 (на рисунке один цилиндр скрыт за другим) передавалась поочередно на громадные балансиры 3,2, а от них — к двум воздухонагнетательным мехам 10—10, откуда воздух через коллектор И поступал в аккумулятор 12 для распределения по печам. На больших балансирах были укреплены малые полубалансиры 4, 5. От полубалансира 4 движение передавалось на пароводораспределительный механизм 6, 7, а от полубалансира 5 через полубалансир 8 к насосам 9.
В исключительно трудных условиях пришлось реализовать Ползунову свой смелый проект. Ни кадров, ни оборудования, ни опыта сооружения подобных установок, ни понимания и сочувствия окружающих. В Петербурге смелые новаторские замыслы остались непонятыми, в Барнауле заводское начальство не считало Ползунова за «настоящего механика», а забитые неграмотные рабочие-крепостные смотрели на Ползунова как на колдуна. Единственным из современников Ползунова, сумевшим понять его замыслы и дать им должную оценку, был ординарный академик Российской академии наук Э. Лаксман, побывавший в Барнауле. Он писал в одном из своих писем в 1765 г.: «Другой, с кем я наиболыпе имею знакомство, есть горный механик Иван Ползунов, муж, делающий честь своему отечеству. Он строит теперь огненную машину, совсем отличную от Венгерской и Английской. Машина сия будет приводить в действие меха или цилиндры в плавильнях посредством огня: какая же от того последует выгода! Со временем в России, если потребует надобность, можно будет строить заводы на высоких горах и в самих даже шахтах. От сей машины будут действовать 15 печей»*.
Ползунов настолько отдавал себя непосильной работе, что даже канцелярия заводов на требование из Петербурга об ускорении работ отвечала, что «к наискорейшему окончанию понудить Ползунова не можно, дабы не сделать помешательства, и человека, употребляющего все силы, смысла и душевные дарования, в отчаяние и конфузию привести отважиться не можем».
Творческое горение и титанический труд сломили организм Ползунова. 16 мая 1766 г. он скончался от скоротечной чахотки.
Через неделю после его смерти его ученики начали испытания установки, отраженные в «Дневной записке», раннем предшественнике современных журналов испытаний.
Итоги испытаний показали, что за 43 сут работы машины было выплавлено 14 пудов серебра, свыше 14 фунтов золота на общую сумму 18 471 руб. 62 коп. Весь же расход по постройке машины, мехов, печей и всего оборудования, согласно отчету от 29 января 1767 г., составил 7455 руб. 53 3/4 коп. Таким образом, только за 43 сут работы прибыль вдвое превысила стоимость сооружения машины, причем она работала только на три сооруженные печи вместо десяти. Если бы машина работала на десять печей, т. е. с полной нагрузкой, то годовая прибыль составила бы 360 тыс. руб.
Вместе с тем испытания показали ряд дефектов, которые объясняются отсутствием оборудования и низкой квалификацией работников. Нет
* Лагус В. Г. Эрик Лаксман, его жизнь, путешествия, исследования и переписка. Пер. со швед. СПб., 1890.
285
сомнения, что Ползунов, будучи жив, преодолел бы все трудности, возникшие в эксплуатации машины. Он считал, что изготовленный в Барнауле котел годен «к первоначальной только пробе», и рекомендовал заказать настоящий. Эта рекомендация Ползунова не была выполнена начальством, боявшимся израсходовать каждый грош. Временный котел, как и предсказывал Ползунов, через 43 сут работы дал течь, что и послужило достаточным основанием для того, чтобы остановить машину навсегда.
Основная причина гибели дела, которому Ползунов отдал свою жизнь,— крепостнический строй России, когда дешевый труд крепостных не вызывал потребности замены его двигателями, использующими энергию неживой природы, а слабая и распыленная промышленность еще не испытывала кризиса мускульной энергетики людей и лошадей. Помещичья верхушка не поддерживала отечественных изобретений, а в случае необходимости в новой технике предпочитала обращаться за границу. Весьма показательно, что «наук и художеств покровительница» Екатерина II, ограничившись в деле Ползунова только красивым жестом вместо должной поддержки, распорядилась выписать из Англии паронасосную установку для Кронштадтских доков стоимостью в 55 тыс. руб.
Паровые двигатели в промышленности. Проект С. В. Литвинова
Только в конце XVIII в., через 30 лет после работ Ползунова, в России началось производство паровых машин. По-видимому, первой из них была машина, построенная в 1790 г. неизвестным конструктором на одном из Олонецких заводов для отливки воды на Воицком золотом прииске. Можно предполагать, что инициатором создания установки, а может быть и ее исполнителем, был шотландский уроженец Гаскойн, организовавший чугунолитейное и механическое производство Олонецких заводов. Машина была уаттовского типа, который преобладал в России в конце XVIII и в первой четверти XIX в.
Машина Уатта была изображена на эскизном чертеже И. П. Кулибина, сопровождающем его предложение о применении паровых двигателей для движения судов. О машине Уатта писали Л. Сабакин, В. Левшин Д. Чижов. Паровая машина Уатта была изображена на медали, отчеканенной в 1815 г. в Екатеринбурге в честь создания Вяткиным паровой машины на Верх-Исетском заводе. Машину Уатта описывает И. Меджер в письме к академику Крафту, а последний говорит о ней в своей статье. Машины Уатта распространяли приехавшие из Англии механики. Не случайно В. Карелин писал, что «у нас воображают, что паровою силою можно пользоваться не иначе, как в том виде, к которому приучили нас англичане... Но это отнюдь не справедливо, и есть не что иное, как заблуждение, основанное на слепой привычке» *.
Карелин прав в том отношении, что «паровою силою можно пользоваться» и иначе. Действительно, подавляющее большинство паросиловых установок в России было предназначено для шахтного и рудничного водоотлива, где наиболее целесообразна установка не сложных универсальных машин, а специализированных насосных, сложившихся к тому времени в виде усовершенствованной машины Ньюкомена, т. е. снабженной отдельным конденсатором. Имеющиеся же, хотя и разрозненные,
* О русских паровых машинах и сельских мельницах. Составлено В. Карелиным. СПб., 1848.
286
данные по паросиловым насосным установкам показывают, что они сооружались путем механического подсоединения качающейся насосной штанги к двигателю, обладающему вращательным движением главного вала. Это объясняется многими причинами и прежде всего тем, что отечественная теплоэнергетика, отстававшая тогда на несколько десяткой лет от английской, вынуждена была, как писал Карелин, «всегда зависеть от доброй воли и постоянного старания не знающего по-русски мастера-наемника». Далее, известен ряд факторов, когда новаторскую деятельность сковывали указания хозяев или начальников, требовавших повторения оправдавшего себя на практике опыта английской пиротехники.
Тем не менее даже в этих условиях новаторская мысль, хотя бы в не осуществленных по названным здесь причинам проектах и предложениях, оставила заметный след в истории отечественной теплоэнергетики. Можно назвать работу М. Назукина, построившего на Пожевском заводе паровую машину мощностью в 47 л. с., доставленную в 1833 г. в Петербург, которая отличалась высоким давлением пара. Большой интерес представляют модели паровых турбин, выполненные П. Залесовым на Сузунском заводе Алтая в 1806—1813 гг. Реактивные паровые турбины, в которых воплотилась идея Терона Александрийского, предлагались в Европе значительно позднее. Что же касается активных турбин, к которым принадлежали и турбины П. Залесова, то, как говорят документы, в его конструкциях имелись «перья», т. е. лопатки, которые начали предлагаться на Западе значительно позднее.
Следует отметить успешную работу русских конструкторов
ЧЕРЕПАНОВ
ЕФИМ АЛЕКСЕЕВИЧ (1774—1842)
Выдающийся уральский машиностроитель, изобретатель и станкостроитель. Совместно с сыном М. Е. Черепановым (1803—1849) на протяжении первой половины XIX в. построил около 20 паровых машин, которые внедрялись во все области металлургического и горного производства взамен конных и вододействующих приводов. Черепановы построили первую в России железную дорогу с паровой тягой (1833—1835)
287
79. Медный рудник Нижне-Тагильского завода (картина художника В. Худоярова, 40-е годы XIX в.)
Е. А. и М. Е. Черепановых, построивших несколько первоклассных машин для уральских рудников (рнс. 79).
Значительный интерес представляет и новаторское творчество С. В. Литвинова (1785—1843).
Барнаулец берггешворен С. В. Литвинов в 1824 г. предложил совершенно оригинальную и исключительно прогрессивную паросиловую установку для привода заводской воздуходувной системы — установку с прямоточным котлоагрегатом, состоявшим из оребренных труб (рис. 80). В установке Литвинова содержался ряд новаторских элементов, которые в практику теплотехники вошли только в XX в. В установке насос высокого давления 5 подавал питательную воду в нижнюю часть котла, состоящую из двух ребристых труб 3, названную изобретателем «водо-калителем». Вода здесь перегревалась без испарения при высоком давлении, а затем через дроссельный клапан поступала в верхнюю часть котла, в парообразователь 4, где давление поддерживалось ниже, чем в «водокалителе», мгновенно испарялась и частично перегревалась. Отработав в цилиндре высокого давления (ЦВД) 1, пар поступал во второй котел 6, нагревавшийся отходящими газами, из которого он подавался в цилиндр низкого давления 2 с меньшей влажностью. Из цилиндра низкого давления пар выходил в конденсатор 7, а конденсат направлялся насосом низкого давления 8 во вторичный котел 6. В этом котле Литвинов впервые использовал принцип регенеративных установок, получивших большое развитие только в XX в. Как видим, в предложении Литвинова имеются некоторые элементы и принципы современных паросиловых установок: ступенчатое испарение, прямоточные котлоагрегаты, регенерация тепла.
Предложение Литвинова не было принято на основании рецензии, выраженной одной краткой фразой: «Даже в Англии таких нет».
К концу первой четверти XIX в. в связи с развитием хлопчатобумажной, шерстяной и льняной текстильной промышленности возникает по-
288
80. Схема паросиловой установки С. В. Литвинова
требность в универсальном двигателе для привода нового парка рабочих машин. Старые машины перестали удовлетворять нового потребителя. Продукция самого старого машиностроительного завода в России-—завода Берда, основанного в 1790 г., не успевала за новыми требованиями. Как писал А. Ершов, «до 1840 г. работы Берда считались образцовыми. Справедливость, однако, требует отметить, что машины Берда были необыкновенно тяжелы и громадны» *. Автор объяснял это свойство тем, что завод учитывал низкую квалификацию машинистов, ломавших машины. Но это объяснение не выдерживает критики. Вряд ли заводчик станет затрачивать лишний металл для достижения долговечности выпускаемых им машин.
В 1836 г. на Сноведском заводе системы Выксунских заводов Урала, принадлежавших Шепелевым, начали выпускать паровые машины типа машин Уатта для текстильных фабрик Владимирской губернии. Несколько позднее машины начали строить на Костромском заводе Шиповых, Тульских заводах Мальцевых, на Петербургском Александровском заводе. Людиновский завод Мальцева позднее стал систематически выпускать локомобили для сельского хозяйства.
К середине XIX в. основан ряд машиностроительных заводов в России, освоивших выпуск паровых машин разного назначения.
В 1853 г. был построен первый в Москве завод, выпускавший паровые машины С. В. Алексеева. В Петербурге основаны машиностроительные заводы Сан-Галли (1853), Лесснера (1859), Компании С.-Петербургского металлического завода (1857),Обуховский завод (1863).
Одним из первых заводов паровых двигателей в Петербурге был завод Огарева. Точное время его основания неизвестно, но уже в 1824 г. он, пострадав от наводнения, был законсервирован, снова открыт в 1842 г., но через 6 лет закрыт как не освоивший производство железнодорожных рельсов. Вновь открытый генерал-лейтенантом Огаревым около 1850 г., этот завод до 1861 г. выпускал локомобили.
Однако внедрение паровых машин в первой половине XIX в. шло крайне медленно, что объясняется социальной структурой полуфеодального государства. Так, к 1840 г. общая установленная мощность паровых двигателей в России составляла около 20 тыс. л. с., включая и судовые установки, которых было значительно больше, чем стационарных. Стационарных установок вместе с насосными в 1840 г. было не более 500 на всю страну. Резкое ускорение роста мощности паросиловых установок наступило после 1860 г.
Небезынтересны попытки отдельных изобретателей и экономистов преодолеть укоренившуюся схему паросиловых установок.
* Ершов А. Обзор машиностроительных заведений в России, т. 2. СПб., 1863.
19 Очерки истории техники в России
289
В. Карелин, правильно оценивая засилие иностранных специалистов, считал целесообразным конструирование «русской паровой машины». В его предложениях заключалось стремление приспособить паровую машину, этот универсальный двигатель крупной промышленности, к нуждам аграрной страны. Его «русская машина» была не чем иным, как возвратом к парогидравлическим установкам, изобретенным в начале XVIII в., на низкой технологической основе, с деревянными паровыми котлами.
Исходя из подобных стремлений, упрощенную установку с деревянным котлом проектировал, например, англичанин Й. Меджер, который, судя по его письму к академику Г. В. Крафту, был весьма посредственным теплоэнергетиком, а спроектированная им машина вряд ли работоспособной.
О деятельности Меджера сохранились очень скудные данные. О нем упоминает К. Скальковский в обзорной статье по развитию горного дела а России: «В 1812 г. в Екатеринбурге поручено было механику Меджеру по его вызову [т. е. по его предложению] устроить собственным иждивением фабрику паровых и других машин и инструментов для горных заводов. Правительство дало ему с Уральских заводов 50 мастеров в обучение на том же основании, как и Берду». Это «основание» состояло в следующем: «В 1806 г. отданы были англичанину Берду на его чугунолитейный завод в С.-Петербурге 100 учеников на пять лет с тем, чтобы по прошествии этого срока отдавать ему обученных 1/5 часть, получая, вместо того, столько же новых учеников и продолжая это 15 лет» *.
Правительство, как видим, проявляло заботу о подготовке отечественных кадров механиков. По-видимому, Меджер был инициативным и квалифицированным механиком, металлургом и технологом, но в области теплоэнергетики его квалификация была невысокой. Это подтверждается сообщением академика Г. В. Крафта, в котором он приводит письмо Меджера к нему и дает свои пояснения в области пиротехники **.
Крафт описывает машину Уатта в двух ее разновидностях: конденсационную (низкого давления, как тогда определяли) и работающую на выхлоп в атмосферу (высокого давления) — и определенно указывает на то, что построенная Меджером машина является машиной высокого давления, и даже приводит ее английское название.
Положительным нововведением Меджера Крафт считал конструкцию парового котла, сделанного из дерева. В этом сказалась знакомая Крафту забота Уатта об изоляции цилиндра (кстати, ранее применявшаяся Смитоном), но Крафт не смог увидеть разницу между тепловой изоляцией цилиндра с его переменными температурами и котлом с постоянной температурой, а поэтому согласился с Меджером, что деревянный котел был целесообразным.
Меджер в письме к Крафту пишет, что в 1804 г. он установил на Юговском медеплавильном заводе Кнауфа паровую машину мощностью в 10 л. с., подчеркивая два положительных свойства ее. Первое, по мнению Меджера, в том, что «вся машина состоит из деревянной воду нагревающей бочки», что уменьшает тепловые потери наружу тем более, что «очаги — в середине деревянной бочки», т. е. топка является внутренней, что уменьшает потери от радиации тепла. Второе положительное
* Скальковский К. О значении царствования императора Александра I в истории русского горного дела.— Горный журнал, 1878, т. 1, с. 1—58.
** О меджеровой паровой машине. Сообгц. академ. Крафтом.— Технологический журнал, 1805, т. II, ч. 1.
290
свойство машины Меджер видит в ее универсальности, приданной Уаттом. Здесь под универсальностью подразумеваются широкие возможности в способе распределения выработанной в машине энергии, а описание Крафта и письмо Меджера дают основания сомневаться в том, что такая машина способна генерировать механическую энергию, так как в этой машине работа паром избыточного давления сочетается с деревянным котлом.
Деревянные паровые котлы имели применение в конце XVIII и начале XIX в. для машин низкого давления. Они генерировали пар, давление которого превышало атмосферное на несколько сотых долей атмосферы и автоматически поддерживалось уровнем воды в питательной трубе, отстоящим от уровня воды в котле на несколько десятков сантиметров. Работа пара в таких машинах осуществлялась за счет рабочего давления, равного котельному минус давление в конденсаторе, которое у уат-товских машин достигало 0,2 атм. Таким образом, рабочее давление было примерно около 0,6 атм, принимая во внимание расширение пара. Чтобы получить такое же рабочее давление в машине с выпуском пара в атмосферу, нужно было в котле иметь давление, равное рабочему плюс 1 атм, т. е. 1,6 атм, или, иными словами, избыточное давление в котле, нагружающее его стенки, должно быть равно рабочему.
В письме Меджера говорится о давлении в котле от 10 до 50 фунтов на 1 квадратный дюйм, что соответствует 0,62 до 3,1 кг/см2. Таким образом, нижнее из указанных Меджером давлений позволяло получить от машины высокого давления тот же эффект, который даст машина низкого давления тех же размеров. Но деревянная бочка не может генерировать пар такого давления.
Родившаяся одновременно с универсальным двигателем мысль о непосредственном получении вращательного движения вала парового двигателя подтолкнула некоторых изобретателей к попыткам осуществить коловратный двигатель. Показательно, что один из изобретателей А. Хомяков, не рассчитывая на реализацию своего изобретения в России, издал описание его в Лондоне на английском языке, отдав дань патриотизму только в названии своей машины — «Московка».
Рассматривая применение двигателей частного назначения, преимущественно водоотливных и заводских, т. е. двигателей, приводящих в движение не транспортные или вспомогательные средства, а рабочие машины, можно сказать, что поворот к машинной технике с присущим ей универсальным двигателем был положен А. Е. и Е. А. Черепановыми, когда после первого своего двигателя, предназначенного для размола муки, они соорудили промышленный привод от паровой машины в своем «механическом заведении».
РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ТЕПЛА РУССКИМИ УЧЕНЫМИ
Работы М. В. Ломоносова и Г. В. Рихмана
Учение о сущности тепловых явлений начал разрабатывать М. В. Ломоносов, опубликовавший в 1750 г. в первом томе «Новых комментариев Петербургской академии наук» замечательную по своему глубокому научному содержанию работу «Размышления о причине теплоты и холода», в которой были заложены основные положения механической теории тепла, опровергавшей господствующую в то время теорию теплорода. М. В. Ломоносов, признавая молекулы всех тел материаль-
291
19*
ними, выдвинул положение, что «все, зависящее от общих их качеств, можно объяснить по законам механики».
Ломоносов объединил материю с движением как ее неотъемлемым свойством. Он писал, что «достаточное основание теплоты заключается в движении. А так как движение не может происходить без материи... теплота состоит во внутреннем движении материи». Он впервые применил закон сохранения движения к тепловым явлениям, полагая, что при теплообмене от горячих частиц к холодным горячие частицы «передают им часть своего движения; столько же движения уходит от первых, сколько прибавляется у вторых». Это положение механики в его применении к молекулярным явлениям привело Ломоносова к выводу о том, что «холодное тело В, погруженное в тело А, очевидно, не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет А».
Развивая эти положения, Ломоносов пришел к фундаментальному выводу о том, что если увеличение скорости частиц и соответствующего им нагрева не имеет видимых границ, то «по необходимости должна существовать наибольшая и последняя степень холода, которая должна состоять в полном прекращении вращательного движения частиц.». В такой формулировке было впервые высказано существование абсолютного нуля температуры. Устанавливая теоретически существование абсолютного нуля, Ломоносов, исходя из данных практики, ограничивает возможности естественного состояния тел при этой конечной температуре: «воздух, всегда и везде наблюдаемый, жидок, т. е. в силу показанного тепел... поэтому высшей степени холода на нашем земноводном шаре не существует».
Совершенно отчетливое представление о внутреннем механизме газов дал Ломоносов в работе «Опыт теории упругости воздуха», опубликованной впервые на латинском языке в том же томе «Новых комментариев Петербургской академии наук», где он, опровергая существование особой «материи упругости» и исходя из гипотезы, что «взаимодействие атомов воздуха обусловлено только теплотой», писал: «Отдельные атомы воздуха в беспорядочном чередовании сталкиваются с ближайшими через нечувствительные промежутки времени, и, когда одни находятся в соприкосновении, иные друг от друга отскакивают и наталкиваются на ближайшие к ним, чтобы снова отскочить; таким образом, непрерывно отталкиваемые друг от друга частыми взаимными толчками, они стремятся рассеяться во все стороны».
Подобная картина молекулярного движения была общепризнана только в середине XIX в. Уточняя ее в «Прибавлениях к размышлениям об упругости воздуха» учетом собственного объема молекул, Ломоносов приходит к выводу: «отношение упругостей воздуха должно отличаться от отношения плотностей», который получил признание только через столетие. В 1760 г. в «Рассуждении о твердости и жидкости тел» Ломоносов сформулировал всеобщий закон сохранения материи и движения в следующих словах: «...Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так, ежели убудет где несколько материи, то умножится в другом месте... Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения; ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».
Только с возникновением методов измерения количества теплоты и развитием понятия об энергии сформулированный Ломоносовым закон получил твердую экспериментальную основу, а теплоэнергетика — воз
292
можность судить о качестве использования законов природы на основе теплового баланса как частного случая проявления закона сохранения энергии и выводимого из уравнения баланса понятия о качественном показателе тепловых машин — коэффициенте полезного действия.
Начало научным исследованиям в области измерений количества тепла — калориметрии — было положено в России трудами современника Ломоносова академика Г. В. Рихмана (1711 —1753).
В 1750 г. в «Новых комментариях Петербургской академии наук» была опубликована работа Г. В. Рихмана по определению температуры смеси двух различных масс воды mt и т2 при разных температурах h и t2 и дана общеизвестная формула
, m1t1 -|- zn.i/.j
Рихман впервые установил одну из существенных зависимостей в явлении нестационарного теплообмена, которую он формулировал следующим образом: «Разность теплот [температур] воды и воздуха в постоянной теплоте [температуре] воздуха во времени, по прогрессии арифметической проходящая; убывают по прогрессии геометрической, например, ежели разность теплот сначала будет 100, а по прошествии 5 минут 95 градусов, то по прошествии 10 минут будет 90‘4 градуса». Эта закономерность была снова установлена Дюлонгом и Пти во Франции только через 67 лет.
Работы И. И. Ползунова
Труды М. В. Ломоносова и Г. В. Рихмана оказали значительное влияние на развитие теории тепла и практики построения тепловых машин. Исследования Рихмана дали толчок работам Блека, обнаружившего скрытую теплоту. Труды Ломоносова, особенно его «Опыт теории упругой силы воздуха» и «Прибавления» к переведенной им физике Вольфа, оказали непосредственное влияние на творчество И. И. Ползунова.
Знакомство с трудами Ломоносова дало Ползунову громадную моральную поддержку в его новаторском начинании. Отталкиваясь от работ Ломоносова, Ползунов обращался к практике.
В теоретической части своего проекта Ползунов многое выписал непосредственно из «Вольфиянской физики» и «Прибавления» к ней, а также из «Слова о происхождении света» и «Слова о явлениях воздушных».
Ползунов (после Ломоносова и Рихмана) стал первым в нашей стране экспериментатором в области тепловых явлений. Он провел опыты по определению плотности веды и воздуха и нашел, что «и по действительным опытам кубичной фут здешней воды тянет 1 пуд 277s фунта, а воздуху около семи с четвертью золотников». Понимая важность процесса парообразования для работы паровых двигателей, Ползунов ставит эксперимент с целью проникнуть в механизм этого сложного физического явления.
Опыты Ползунова по исследованию механизма парообразования так описаны им самим. Что касается до свойства «паров, из воды восстающих, они состоят из пузырьков весьма мелких и, коло исходящей воздушной теплоты прильнув, растянуты бывают утлою скорлупою, которая их с собою, ради полости, до ровного с воздухом в тягости градуса вверх уносит и там содержать, доколе он не обредеет, дозволяет (по
293
добно, как тощий металловый шар из воды сплывает), о которых в темной каморке сквозь маленькую дирку на пропущенном солнечном луче по светлой дорожке (когда под ней вода кипит) через микроскоп всяк себе в доказательство представить может *.
Здесь Ползунов верно описывает механизм режима парообразования, называемого в наше время ядерным, что согласуется с современными данными исследований посредством скоростной киносъемки.
Не будет преувеличением сказать, что вся работа И. И. Ползунова по расчету, проектированию, постройке и испытанию теплового двигателя являлась по сути своей большим и сложным экспериментом над массой взаимосвязанных физических и химических процессов.
В начале XIX в. к исследованию тепловых явлений обращается академик Я. Д. Захаров (1765—1836). Он провел исследования теплоемкости тел и теплоты изменения агрегатного состояния и отчетливо поставил вопрос о взаимопереходе механической и лучистой энергии, хотя и не дал его законченной формулировки.
Известно, что развитие теплоэнергетики послужило одним из самых мощных стимулов к исследованию тепловых явлений и в конечном счете привело к утверждению закона сохранения и превращения энергии.
Распространение знаний в области теплотехники
В распространении знаний в области теплоэнергетики в России известную роль сыграли авторы книг и статей, знакомивших русского читателя с развитием этих знаний за рубежом. При этом они выдвигали свои соображения, критиковали позиции зарубежных авторов, развивали отдельные положения теплоэнергетической теории и практики.
Первой на русском языке книгой, в которой описывались установки Савери для водоподъема, следует считать учебник по механике академика Г. В. Крафта (1738), написанный на немецком языке и переведенный на русский язык адъюнктом Академии наук В. Е. Адодуровым **.
Достаточно подробное и иллюстрированное описание водоподъемной установки более сложного типа — балансирной машины Ньюкомена — дал в своей обширной учебной книге, изданной в 1760 г., И. А. Шлаттер [141]. В одной из глав книги Шлаттер поместил перевод труда Белидо-ра, посвященного установке Ньюкомена. Эта глава, несмотря на неполный перевод, послужила основой для оригинального и своеобразного творчества И. И. Ползунова.
Сведения о машине Уатта в России впервые опубликованы в 1787 г. Л. Ф. Сабакиным (1746—1813), работавшим губернским механиком в Твери. Он дважды был в Англии, лично встречался с Уаттом, знакомился с работой паровых двигателей и хорошо усвоил их устройство. Переведя на русский язык книгу Фергюссона, Сабакин написал «Прибавление к Фергусовым лекциям», где дал обстоятельно описание машины Уатта ***.
Нужно оговориться, что не всеми деятелями науки и техники в России было понято значение универсального двигателя как двигателя нарождавшейся крупной промышленности. Так, в изданной в Петербурге
* Данилевский В. В. И. И. Ползунов. Жизнь и труды. М.— Л., 1940.
** Краткое руководство к познанию простых и сложных машин, сочиненное для употребления российского юношества. Переведено с немецкого языка через Василья Адодурова, адъюнкта при Академии наук. СПб., 1738.
*** Сабакин Л. Лекции о разных предметах, касающихся до механики. СПб., 1787.
294
работе Картмазова (1817) описывается двигатель Ньюкомена, хотя автор называет его «машиной господина Савери», и говорится, что этот двигатель представляет собой «превосходное изобретателя творение». О двигателе же Уатта Картмазов говорит, что «сия новая машина, как несовершенная отрасль первой (двигателя Ньюкомена), никогда не сможет затмить ни совершенства, ни славы оной *. Не оценив главного в двигателе Уатта, Картмазов обращается к тому, что задолго до Уатта предлагалось Леупольдом и Кюньо [104].
В сочинениях В. Левшина, опытного специалиста в области гидротехнических сооружений, сведения о паровых двигателях весьма отрывочны и поверхностны.
Работы по истории теплоэнергетики первых русских авторов как написанные по иностранным сочинениям, так и более оригинальные были, как правило, проникнуты критическим духом и стремлением к исторической правде и справедливости в оценке исторического материала.
В книге профессора Главного инженерного училища Д. Чижова описывается двигатель Уатта, что же касается водоотливной паросиловой установки Ньюкомена, то он просто отсылает читателя к учебному пособию П. Гамалеи**. В книге Чижова впервые на русском языке описываются машины высокого давления с выхлопом в атмосферу и расширением пара. «При новейшем устроении паровых машин,— писал Чижов,— ...упругость паров доводится до невероятности, а именно до 37 атмосфер, со временем надо ожидать большего преобразования по сей части».
В исторической части книги Д. Чижов, стремясь к установлению исторической справедливости, писал: «Англичане, которых национальная гордость переходит за пределы, не желая уступить иноземцу чести изобретения паровых машин, или вовсе почти не упоминают о Соломоне де Коз [так Чижов переводит фамилию де Ко], как, напр. Тред-гольд в его знаменитом сочинении о паровых машинах и Партингтон, или говорят, что он не имел понятия о действии пара и что это же самое он производил и расширением воздуха». Впрочем, такое опровержение совершенно уничтожается словами Соломона де Коз, находящимися в том же сочинении, именно где он говорит «о силе пара, произведенного действием огня, заставляющего воду подниматься. Пар этот выходит из клапана с чрезвычайным стремлением после того, как вода будет уже поднята».
Чижов был первым, кто писал о вбрызгивании холодной воды в полость цилиндра (по данным Терстона, это предложил Дезагюлье в 1718 г.), указывая, что «первый способ сгущения в машине Савери состоял из поливания холодной воды на поверхность парового сосуда для произведения пустоты».
Почти с тех же слов начинает характеристику английских авторов Н. Н. Божерянов: «Англичане, в пылу национальной гордости ...переходящей за пределы, по неимению оригинальных рисунков, составили фантастические чертежи машины маркиза Сомерсета, утвердили за ним славу изобретения и с него ведут начало паровых машин; Франция, в опровержение, представляет Соломона де Ко и Амонтона, а Германия
* Подробное описание паровой машины, устроенной в Великобритании изобретателем оныя г. Савери, составлено членом военно-ученого комитета 5 класса Картмазовым. СПб., 1817.
** Гамалея Пл. Вышняя теория морского искусства. 2-е изд. СПб., 1812.
295
знаменитого Папена, который, хотя и был по происхождению француз, но служил и писал в герцогстве Кассельском» *.
Цель своей книги Божерянов видел в том, что «рудники, фабрики, заводы, гавани, каналы и дороги» нуждаются в новой «движущей силе», а для внедрения этой «силы», по мнению автора, «главнейшим средством послужат книги, в которых бы общепонятным языком было объяснено устройство, действие и польза механизмов, движимых паром».
Будучи автором первого в России курса «Паровой механики», введенного по инициативе начальника Морского корпуса И. Ф. Крузенштерна, Божерянов написал «Теорию паровых машин», высоко оцененную академиками Э. X. Ленцем и Б. С. Якоби и удостоенную Демидовской премии **.
Высоко оценивая значение теплоэнергетики в жизни общества и учитывая бедность отечественной литературы по данному вопросу, «с целью хотя отчасти пополнить этот недостаток» в 1853 г. издал свою обзорную книгу «член разных ученых обществ» М. Хотинский. В исторической части книги он, как и уже названные авторы, стремится к исторической правде и объективности, что делает его исторический обзор весьма ценным для исследователей. Научно-техническое содержание книги находится на высоком уровне и также носит критический характер. Ссылаясь на существующие положения о безопасности котельных установок (основанные, по данным автора, на «Приложении к третьему продолжению Свода Законов, т. XI»), автор подчеркивает тот факт, что в России ранее многих стран были введены правила эксплуатации паровых котлов, а в 1843 г. был издан закон: «Постановление о мерах предосторожности при употреблении паровых котлов».
Хотя «Постановление» 1843 г. предусматривало в качестве обязательной меры предосторожности установку на котле двух предохранительных клапанов (одного под сеткой), обязательное требование устанавливать манометр с красной чертой было введено только в 1873 г.
М. Хотинский высоко оценил первые, правда пока еще мало эффективные, опыты использования ранних предшественников газовых турбин — «воздуходвигательных», или «теплоходных»,по терминологии того времени, тепловых двигателей. «На чугунолитейном и железокователь-ном заводе Нобеля с сыновьями, находящемся в С.-Петербурге, на Петербургской стороне, близ Самсоньевского моста,— писал Хотинский,— недавно устроена и пущена в ход Эриксонова воздуходвигательная машина ***. Благодаря обязательности владельцев мы имели случай весьма подробно познакомиться не только с наружным видом и ходом машины, но и с внутренним ее устройством. Заметим теперь же, что машина гг. Нобелей не есть рабская копия с Эриксоновой. Один из сыновей г. Нобеля придумал к ней значительное упрощение».
Об усовершенствовании двигателя Эриксона на заводе Нобеля Хотинский пишет: «Не можем умолчать также о замечательном видоизменении, придуманном и исполненном г. Нобелем. В устроенной им машине снабдитель [компрессор] помещен не над рабочим цилиндром, а внутри сего последнего, в самом поршне ...с которым вместе совершает
* Божерянов Н. Описание изобретения и постепенного усовершенствования паровых машин. СПб., 1842, с. 92; Он же. Теория паровых машин. СПб., 1849.
** Хотинский М. История паровых машин, пароходов и паровозов, общепонятно изложенная. СПб., 1853.
*** «Один из сыновей г. Нобеля нарочно ездил прошлым летом в Америку для личных сношений с г. Эриксоном и привез все необходимые рисунки, по которым устроена машина, действующая ныне на упомянутом заводе» (примечание Хотинского).
296
качания. От этого машина сделалась несравненно уютнее и уменьшилась в высоте более чем на треть, не потерпев никаких изменений в силе и действии. Такая машина, примерно в пять лошадиных сил, была опробована 10-го февраля нынешнего года... и действовала совершенно удовлетворительно. Автор предлагаемого сочинения сам был свидетелем, как эта машина действовала при нагревании тремя горящими по-ленами, по вынутии которых вместе с несгоревшими угольями действие не прекращалось в течение четверти часа, несмотря на то, что в топке вовсе не было огня». Двигатель работал, очевидно, за счет теплоты, аккумулированной в кладке топки, что возможно при холостом ходе.
«Машину простого действия,— пишет далее Хотинский,— находящуюся ныне на заводе г. Нобеля, владельцы придумали превратить в машину двойного действия, соединив два воздуходвигательных снаряда так, чтобы при опускании поршня в первом поднимался поршень на втором и обратно. Эта идея весьма проста, но остроумна, и нет сомнения, что последствия будут самые благоприятные».
Действительно, объединение двух двигателей в один двойного действия радикально улучшило машину Эриксона. Исключалась необходимость привлечения гравитационных сил и, следовательно, вертикальной ориентировки двигателя. Увеличивалось удельное давление на поршень, что привело к сокращению размеров машины при той же мощности. В известной степени это устройство было отдаленным прототипом применяемых ныне двигателей с «плавающими поршнями».
Для решительного внедрения тепловых двигателей нужно было перейти от поршневой конструкции к роторной, что и осуществлено в наше время. С этих позиций нельзя не считать проницательным взглядом в будущее определение Хотинского, который писал: «Воздуходвигательная или теплоходная машина решит участь паровой и почти везде заменит последнюю...» и что она «...занимая место в истории паровых машин, составляет последнюю главу этой истории».
Работы по теории тепла и по паровым двигателям в рассматриваемый период заканчиваются трудом профессора инженер-полковника А. А. Добронравова *. Это была одна из первых работ, посвященных разработке инженерной науки о паровой машине, о методах ее проектирования. Автор справеливо указывал на то, что «наука о паровых машинах и котлах... еще не возникла», и сделал все от него зависящее, чтобы заложить одну из основ будущей науки, разработав, в частности, вопрос о потерях на трение в паровой машине.
Значительное развитие науки о природе тепла началось в России после реформы 1861 г. и связано с началом быстрого развития промышленности, с широким распространением паросиловых установок. Начинался новый период в истории нашей страны. «Пореформенная эпоха,— писал В. И. Ленин,— резко отличается в этом отношении от предыдущих эпох русской истории. Россия сохи и цепа, водяной мельницы и ручного ткацкого станка стала быстро превращаться в Россию плуга и молотилки, паровой мельницы и парового ткацкого станка» [5, с. 597— 598].
* Добронравов А. А. Общая теория паровых машин и теория паровозов. СПб., 1858.
297
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Заводское механическое оборудование и становление машиностроения
Появление первых русских мануфактур в XVII в., их последующее распространение в следующем столетии и постепенный переход от мануфактуры к фабрике, наметившийся в первой половине XIX в., обусловили введение механического оборудования и постепенное расширение сферы его применения на промышленных предприятиях России.
Вентиляционные, водоотливные и рудоподъемные установки, рудотолчейные агрегаты и «пильные мельницы» в горном производстве, воздуходувные установки, механические кричные молоты, плющильные (прокатные) станы и грузоподъемные устройства на металлургических заводах, вододействующие и (позднее) паровые двигатели в промышленном энергетическом хозяйстве — весь многообразный и сложный комплекс машин, рассмотренный в предыдущих главах, последовательно и все более широко использовался в производственной практике. Его промышленное освоение способствовало повышению производительности труда, увеличению выпуска и удешевлению товарной продукции. Это же обстоятельство привело к формированию новой отрасли промышленных производств — машиностроения («построения машин» по терминологии XVIII и XIX вв.). Отрасль эта, объединившая в одном производственном цикле технологические процессы и оборудование ранее разобщенных и независимых областей кузнечного и литейного дела, обработки металлов резанием, в своей завершающей стадии составила основу промышленного машиностроения, изготовления машин машинами — одной из ведущих групп современной тяжелой индустрии.
Как уже говорилось, на Руси издавна получили распространение водяные и ветряные мукомольные мельницы, изготовлялись часовые механизмы, появились пороховые, сукновальные и бумажные «мельницы» с водяным приводом, использовались простейшие камнерезные и деревообрабатывающие станки, а на соляных промыслах для проходки рассолоподъемных скважин применялись буровые установки. В конце XVI в. на железоделательных промыслах Строгановых под Сольвыче-годском были предприняты первые опыты проковки криц «самоковом» (кричным молотом с приводом от вододействующего колеса). К середине XVII столетия на Тульских (Городищенских) заводах и несколько позже на Каширских и Звенигородских (Павловском и Поротовском), на Алексинском и Вепрейском заводах вошли в эксплуатацию вододействующие станы для обрезки литейных прибылей и сверления пушечных стволов.
В XVIII столетии по мере развертывания заводского строительства, расширения подготовки квалифицированных технических кадров внутри страны и ознакомления русских техников с образцами передовой зарубежной техники того времени формировались и приобретали существенное практическое значение характерные для мануфактурной промышленности вспомогательные системы машин. Наконец тогда же, вначале медленно, в единичных случаях и в ограниченных пределах особо тру-
298
доемких производств, затем все более интенсивно и все более широко распространяясь в различных областях промышленных производств, стали вводиться машины-орудия, рабочие машины на основных операциях, подготавливая промышленный переворот середины XIX в. и обусловливая последовательное нарастание масштабов и темпов машино-снабжения.
Русские заводы XVIII в. имели в своем составе цеха, оборудованные для выполнения разнообразных процессов металлообработки. Например, на Липецком заводе, кроме доменных печей и «молотовой кузницы» (откуда выходили заготовки для последующей обработки), имелись «кузница оружейная, где стволы заваривают» с 8 наковальнями и 32 молотами, «заварная кузница» (для ремонтных целей), «кузница, где замки куют», «амбар, где ружья водою сверлят», в верхнем этаже «на 15 тисков отделывают стволы», а в нижнем «на 4 станка стволы сверлят, на 2 станка штыки точат». Имелись также и сборочные цеха.
Екатеринбургский чугуноплавильный и железоделательный завод — одно из крупнейших предприятий первой четверти XVII в.— наряду с ружьями, пистолетами, шпагами и другим оружием изготовлял якоря, гвозди, проволоку, жесть и прочие изделия.
Особенно хорошо оснащались заводским оборудованием Олонецкие заводы. На них приезжали мастеровые с других заводов для заимствования опыта. Так, например, в 1798 г. на них приезжали с Колывано-Воскресен-ских заводов унтер-шихтмейстер Залесов и «механический ученик» Вяткин (оба известные деятели начального периода отечественного машиностроения) для подробного описания «состоящих при
КУЛИБИН ИВАН ПЕТРОВИЧ (1735—1818)
Знаменитый русский механик, конструктур многих оригинальных механизмов и приборов, в частности часов. Разработал способы шлифовки стекла для изготовления микроскопов, телескопов и др. Создал несколько проектов одноарочного моста через р. Неву с длиной пролета 298 м
299
олонецких Петровских заводах фабрик, машин и прочего строения, к заводскому действию нужного» *.
Многое для развития отечественного машиностроения и приборостроения было сделано механиками-изобретателями второй половины XVIII — начала XIX в. Е. А. и М. Е. Черепановыми, Л. Ф. Сабакиным, И. П. Кулибиным, А. К- Нартовым и др.
Металлообрабатывающая промышленность
Металлообрабатывающая промышленность России в XVII и XVIII вв. представлена, помимо Каширских и Тульских заводов, также заводами в других районах страны.
В районе Воронежа в начале XVIII в. были построены Липецкий и Кульминский заводы, обеспечивающие потребности армии и флота. В первой четверти XVIII в. начали быстро развиваться заводы в Северо-западном крае: заводы Олонецкой группы на берегах Онежского озера. На р. Сестре близ Петербурга был основан Сестрорецкий вододействующий оружейный завод, изготовлявший, кроме стрелкового оружия, гвозди, проволоку и пр. Середина XVIII в. характеризовалась расцветом заводской промышленности Урала.
В 1798 г. открылся казенный Луганский литейный завод «для снабжения Черноморского порта и крепостей орудиями и снарядами» **. Одновременно возник частный чугунолитейный и машиностроительный завод Берда в Петербурге.
В XVIII и в начале XIX в. самостоятельных крупных предприятий металлообрабатывающей промышленности почти не существовало.
Характерным типом металлических заводов XVIII в. были «вододействующие» доменные и молотовые заводы, на которых иногда изготовлялись методом литья чугунные изделия. На Уральских и Олонецких заводах, кроме того, вырабатывались металлические изделия — пушки, снаряды, якоря и даже чугунная посуда.
На Александровском пушечно-литейном заводе имелись токарный, машинный, сверлильный и кузнечный цехи, молотовая, плющильная, резкая мастерские, в которых выполнялись отрезка литейных прибылей и обточка пушечных стволов. На заводе имелись машины для расточки цилиндров, «машина для дела винтов» и лаборатория. Все машины и механизмы имели водяной привод.
Кроме артиллерийских орудий и снарядов, а также изделий, необходимых для заводских машин, на этом заводе производилась отливка чугунных изделий, «употребляемых в общежитии»,— посуды, колонн, ваз, медалей, гирь, различных архитектурных украшений (дверей, оград и т. д.). Отливались также большие цилиндры для воздуходувных и паровых машин [35, с. 87].
Чтобы судить хотя бы косвенно о технологии металлообработки на русских заводах конца XVIII в., приведем краткое описание к плану Екатеринбургского железоделательного завода «со означением заводских фабрик и машинного действия», которое содержит сведения о его техническом оснащении ***.
На заводе были две кричные фабрики с шестью молотами, «под которыми выковывается разносортное железо»; кузница для починки разных кричных инструментов, а также «кузница для дела новых и починки
* ЦГАДА, ф. 271, оп. 8, кн. 2716, ед. хр. 11, лл. 493—499.
** ЦГАДА, ф. 271, оп. 8, кн. 2203, л. 264.
*** ЦГАДА, ф. 271, оп. 6, ед. хр. 2991.
300
старых разных заводских инструментов, в коей два горна и два стана — один для резки, а другой для плющения железа — и при них нагревательная печь, колотушный молот для выковки сортового железа и приготовления разных заводских припасов; якорная, в коей делают якори, горшки к сплавке серебра и золота [на заводе имелись монетные фабрики] и разные заводские инструменты отменной величины и малого весу, в ней же пять горнов, один из них кузнечный для дела новых и починки якорных инструментов с двумя при них меховыми машинами [воздуходувками] и один боевой молот; стальная и укладная, в ней два горна укладных и один стальной с одною меховою машиною и двумя молотами, действуемыми одним валом, молота ж один большой, а другой маленький для ковки в тонкие бруски стали; колотушечная, в ней колотушечный молот для ковки разносортного мелкого железа и ряд горнов для других целей, в том числе — кузнечный молот и т. д.; пильная мельница и в ней три стана, действуемые одним колесом».
Это описание дает представление не только о наличии заводского оборудования, но и об использовании водяного привода различных станов и машин.
На Сестрорецких оружейных заводах также имелись различные цеха и среди них «якорная и тяжелых вещей кузница», литейная «тяжеловесных чугунных и медных вещей». Машины и механизмы в этих цехах имели водяной привод.
КУЗНЕЧНОЕ ДЕЛО
Ручная свободная ковка
Кузнечное дело, составившее существенную область технологии ма шиностроительных производств, было одним из старейших и широко распространенных ремесел на Руси. К началу XVII в. оно прошло длительный путь накопления практического опыта и совершенствования рабочих приемов, задолго до того разделившись между металлургическим производством (проковка криц) и производством изделий из «дельного» железа.
С XV в. кузнечное ремесло получило особенно быстрое развитие. В этот период русскими кузнецами отковывались пушки (до перехода в конце XV столетия к литью их из меди), пушечные ядра, элементы строительных конструкций, отдельные детали машин и пр. Последовательно увеличивалась потребность в мелких бытовых изделиях (гвоздях, замках, оковках для бочек и т. д.), в орудиях сельского хозяйства (топорах, серпах, косах, мехах и т. п.), в железных подпятниках, валах, различных креплениях для водяных мельниц. Переход к глубокому бурению соляных скважин потребовал изготовления сложных буров, рычагов и штанг, железных частей для воротов и блоков. Много железных поделок (якорей, цепей и всевозможных заклепок) требовал морской и речной транспорт. Для крупных поковок нужны были больших размеров наковальни, кузнечные клещи и многие другие приспособления, понадобилось увеличить в размерах горны и воздуходувные меха (рис. 81).
Появление вододействуюших молотов
Существенным технологическим скачком в кузнечном производстве явилось применение механических молотов, приводимых в движение от водяных колес. Вододействующие молоты привели к значительному по-
301
кУзцийа (по в’ Геннину)
81' б вид; б . операц“Я "° ковке >ря
а — о ЯК(
вышению производительности кузнечных работ. Вес падающих частей таких молотов достигал величин, намного превышавших вес ручных, позволял изготовлять крупные изделия. Вододействующие молоты были просты и дешевы, нетребовательны в эксплуатации и использовали уже имевшуюся энергетическую базу. Конструкции их не отличались от конструкций кричных молотов.
Паровые кузнечные молоты
Чрезвычайно большое значение для развития кузнечного производства имело изобретение в 30-х годах XIX в. англичанином Дж. Несмитом парового молота.
По мере развития машиностроения требовалась ковка все более крупных изделий, например узлов мощных машин. Судостроение, локомоти-востроение и другие отрасли машиностроительных производств в первой половине XIX в. нуждались в столь крупных деталях, изготовить которые прежними способами было уже нельзя. Из-за недостаточной силы ударов кричных молотов в крупногабаритных металлических деталях часто не удавалось получить требуемой проковки. Большим недостатком кричных молотов было и то, что при обработке больших заготовок первые удары оказывались слабыми, в то время как их желательно было иметь наиболее сильными для получения наибольшего обжатия, пока заготовка имела самое пластичное состояние. Приходилось часто подогревать заготовки, что увеличивало угар металла и расход топлива. Подавляющее большинство брака при ковке получалось от несовершенной проковки первоначальной массы. А при небольшой толщине заготовки удары кричных молотов часто оказывались гораздо большей силы, чем требовалось. Все это заставило изыскивать новые технологические способы ковки металлов и, наконец, привело к использованию силы пара для ковочных молотов
Изобретение Дж. Несмита явилось крупнейшим событием в истории кузнечного производства, определившим дальнейшее развитие технологии машиностроения.
Паровой молот позволил сделать огромный шаг вперед в обработке металлов давлением. Он вооружил кузнечное производство машиной, сделавшей возможным значительное увеличение производительности при изготовлении поковок. В отдельных случаях усовершенствования в технологии ковки приводили к конструктивным изменениям машин. Крупные тяжелые литые детали стало возможным заменять легкими и прочными, изготовление которых уже не составляло особой сложности.
Паровые молоты вскоре стали применяться и на русских заводах. Так, два паровых молота в 1848 г. были куплены в Англии для Екатеринбургской механической фабрики и Воткинского завода. Выписывали паровые молоты «со всеми нужными устройствами для проварки и ковки различных частей паровых машин». Состояние технологии машиностроения на русских заводах могло уже обеспечивать изготовление паровых машин для речных судов мощностью в 80 л. с. и для морских пароходов мощностью свыше 500 л. с.
Одновременно из Англии выписывали мастеров для работы на этих молотах. Помимо исполнения своих прямых обязанностей «кузнецов и молотарей по отковыванию и приготовлению тяжеловесных железных вещей посредством пародействующего молота», они обязывались также
303
обучать «кузнечному и молотарному мастерствам рабочих, которые для того избраны будут» *.
Как видим, в России пристально следили за новинками в технологии машиностроения, и уже к середине XIX в. отечественные заводы оснащались новейшим по тому времени оборудованием. Принимались также меры к подготовке кадров рабочих для эксплуатации этого оборудования.
Паровые молоты уже давали возможность регулировать силу ударов в широких диапазонах, что обеспечивало добротную проковку металла. Этим они выгодно отличались от вододействующих, которые к тому же не обеспечивали параллельности между поверхностью наковальни и падающей части молота за исключением случаев, когда молот устанавливался для отковки изделий известной и постоянной толщины.
О преимуществах ковки на паровых молотах появились сообщения в русской технической литературе уже в начале 40-х годов XIX в.
К концу рассматриваемого периода, т. е. к середине XIX в., состояние технологии кузнечного дела можно наиболее рельефно показать, описав молотовое оборудование и приемы выполнения ковочных работ на Екатеринбургской механической фабрике.
Фабрика имела 11 хорошо оборудованных горнов из котельного железа, набитых изгарью и окалиной. В зависимости от величины поковок эти горны были больших, средних и малых размеров. Кроме того, для сварки железных расковок, а также для ковки различных валов, лебедок и штампов на фабрике имелись сварочные печи с огнеупорной кладкой внутри.
Наличие сварочных печей давало большие технико-экономические преимущества. Во-первых, сварочное железо при расковках получалось весьма высокого качества. Во-вторых, в ряде случаев после сварки в печи заготовка шла прямо под молот, и здесь можно было сразу, обжимая заготовку, придать ей нужную законченную форму. В-третьих, в связи с тем что работа в этих случаях велась быстрее, можно было за одно и то же время и теми же средствами изготовить изделий в полтора раза больше. Для подачи воздуха в горны на фабрике была построена водяная турбина, приводившая в движение мехи.
В кузнечном цехе работало 3 молота: паровой молот Несмита, привезенный из Англии, и 2 гидравлических оригинальной конструкции, построенные на самой фабрике. Эти последние — один большой, весом 90 пудов, и другой малый, весом 30 пудов,— по простоте устройства, по верности ударов и правильности хода весьма выгодно отличались от ранее применявшихся вододействующих молотов для ковочных работ. Движение молотам, установленным друг от друга на расстоянии 1,53 м, передавалось от водяной турбины через пару зубчатых колес и вал, на kotodom были насажены боевые барабаны с подъемными пальцами. Молоты могли работать совместно (они соединялись при помощи муфт) и каждый самостоятельно в зависимости от характера заготовок и времени их разогрева в печах и горнах. Малый молот делал в 1 мин 65 ударов, большой — 52.
Особое внимание было уделено устройству фундаментов под молоты, так как прочность их оказывала большое влияние на работу. Для выполнения вспомогательных подъемно-транспортных операций при молотах имелись 4 подъемных крана.
* ЦГИА СССР, ф. 37, оп. 10, ед. хр. 25, л. 1, 3, 10.
304
При отковке тяжеловесных машинных изделий к середине XIX в. на русских заводах применялись уже хорошо продуманные способы и приемы выполнения этих работ. При этом обращалось внимание как на горючий материал, так и на свойства железа и способы его выделки, на нагревательные устройства и на особенности (форму и величину) отковывавшихся частей машин и на то, каким образом обеспечить наибольшую прочность поковки при быстрейшем выполнении работы и с наименьшей потерей (угаром) металла.
Для нагрева заготовок в горнах уже к середине XIX в. стал применяться каменный уголь, который в отличие от древесного обеспечивал более равномерное прогревание заготовок по всей толщине. Такое прогревание достигалось не только большей теплотворной способностью каменного угля, но и тем, что он при спекании образует в горне своеобразный свод, под который помещались нагреваемые заготовки. Кроме того, при нагревании каменным углем используется главным образом «лучистый жар», а не непосредственное соприкосновение заготовок с горящим топливом (как при древесном угле), что обеспечивает более равномерный прогрев заготовок, препятствует прилипанию частиц угля к нагреваемым заготовкам и устраняет опасность их пережога. Опыт показал, что ковка при этом прогревании происходила в 2 раза быстрее, чем при прогревании заготовок на древесном угле, и соответственно в 2 раза меньше металла уходило в угар.
Кузнечная сварка
Значительной по объему областью кузнечного дела являлась так называемая кузнечная сварка, особенно широко практиковавшаяся для изготовления крупногабаритных деталей машин. Заготовки сваривались последовательно друг с другом, составляя валы, штанги и пр.
Приемы сварки варьировались в зависимости от размеров и конфигурации изделий.
Так, при изготовлении прямых валов диаметром до 152 мм концы свариваемых заготовок, имевших прямоугольное сечение, предварительно обрезались под острыми углами (рис. 82), затем, после нагревания, плотно прижимались один к другому и проковывались под молотом. Аналогичным образом, но с укладкой нагретых железных планок х и у в желобки на поверхности сваривавшегося стыка велась сварка валов диаметром до 229 мм. При изготовлении валов диаметром до 305 мм сваривавшийся стык усиливался двумя наружными накладками. Наконец, при изготовлении валов диаметром свыше 305 мм вначале из четырех заготовок квадратного сечения сваривались в печи и проковывались под молотом их отдельные части, также усиливавшиеся накладками. После повторного нагрева в торцах соединявшихся частей под молотом же производилась вытяжка стыковых уступов, затем на состыкованные уступы укладывались соединительные планки, причем верхняя планка несколько перекрывала место стыка, и выполнялась проковка.
Сварка коленчатых валов небольшого диаметра велась в горнах. Валы большого диаметра сваривались в сварочных печах. Сварка небольших коленчатых валов велась применительно к схеме, показанной на рис. 82. Сначала отковывались колена х и сваривались наискось в вертикальной плоскости. Затем к опущенным концам у приваривались в вертикальной плоскости другие части колен вала. Сварка коленчатых валов большого диаметра в печи выполнялась по способу сварки прямых валов диаметром более 12 дюймов: выбивали молотом с двух сто-
1/2 20 Очерки истории техники в России 305
рон, а затем, положив заготовку на наковальню, пробивали в ней уступы; в середине тела пробивали продолговатое отверстие х и по нему высекали часть z. Пороки заготовок (непровар железа, трещины и т. п.) устранялись накладыванием на дефектные места планок из доброкачественного металла с последующей проковкой.
Первые опыты штамповки деталей
В начале XIX в. на ряде русских заводов, главным образом оружейных, возникали новые технологические процессы металлообработки. Этого требовал, в частности, массовый характер их производства. Кроме того, именно в производстве ружей впервые начали использовать принцип взаимозаменяемости, при котором особенно важна была высокая точность обработки. К числу таких новых процессов в первую очередь следует отнести штамповку — технологический процесс производства изделий из металлов при помощи штампов на молотах, впоследствии (уже во второй половине прошлого столетия) осуществлявшийся при помощи прессов и многих других машин.
При штамповке течение (расширение) обрабатываемого металла в отличие от свободной ковки ограничивается стенками штампа, определяющими форму изготовляемого изделия. Если свободной ковкой можно получать изделия любых размеров и веса, то штамповкой
могут изготовляться изделия, огра-у---7 ниченные по весу и габаритам
;--------------7 штампа. Кроме того, изготовление
I i штампов сложно и связано с боль-
I________________1 шими первоначальными затратами.
Но все эти ограничения в крупно-
82. Схемы выполнения кузнечной СерИЙНОМ И МЭССОВОМ ПрОИЗВОДСТВе сварки компенсируются высокой произво-
дительностью штамповки, однородностью и точностью размеров получаемых изделий, возможностью изготовления изделий весьма сложной конфигурации, неудобных для изготовления методами свободной ковки без упрощений, приводящих к чрезвычайно увеличенному отходу металла в стружку при последующей обработке поковок резанием.
306
83. Штамп Тульского завода
1 — чугунное основание подъемная гиря, или пруток, из которого деталь
Как уже упоминалось, штамповка в России впервые стала применяться при изготовлении оружия на заводах в Тулей Сестрорецке. Созданная к этому времени на Тульском заводе технология обработки металлов сделала русское оружейное производство в техническом отношении стоящим на более высоком уровне, чем за рубежом, чему особенно1 способствовало установление на заводе взаимозаменяемости деталей оружия.
Введению взаимозаменяемости способствовало применение на этом заводе с 1819 г. штамповки при изготовлении многих ружейных деталей, когда «вместо прежнего затруднительного отковывания от руки» они стали выбиваться в формах, «отчего выходят несравненно лучше и совершенно единообразны между собой, почему и каждая часть приходится ко всякому замку, что, особливо в военном походе, доставляет великую пользу» [32, с. 73].
Штамп был устроен следующим образом (рис. 83). На весьма тяжелом чугунном стуле 1 между чугунными бабками и винтами укреплялась нижняя часть формы. Другая половина формы укреплялась при помощи винта в подъемной гире или молоте 2. Нагретый конец прутка 3 помещался в полуформу на чугунном стуле, и при ударе верхней полуформы в пруток формировалась требуемая деталь.
В широких размерах применялась штамповка отдельных ружейных частей и на другом оружейном заводе — Сестрорецком. Здесь предварительно отрезанная нагретая заготовка укладывалась в нижнюю часть штампа, а верхняя часть его с помощью падающей части молота или с помощью пресса производила ее обжимку. Обеспечивая размеры деталей «совершенно верные и несравненно прочнее обыкновенных», штам-
307
23*
17ОВКЗ «сокращала время и число рук» и обеспечивала большую точность изготовления *.
На Камско-Воткинском заводе в начале 30-х годов XIX в. при помощи штамповки изготовлялись подковы вначале с использованием копрового ручного, а затем с помощью вододействующего штампа. Введение штамповки давало экономию в металле, горючем материале и рабочей силе.
Проблемы взаимозаменяемости при производстве ружей решались с помощью штамповки и на иностранных заводах. Например, во Франции в 1722 г. была сделана попытка ввести штамповку при изготовлении частей ружейного замка. Но эти попытки тогда не увенчались успехом и только в конце XVIII в. французы вновь вернулись к этому процессу (в Англии этим способом тогда же изготовляли только одну сравнительно простую деталь — курок).
Причинами неудач первых попыток были еще слабая изученность металловедческих вопросов и недостаточный опыт конструирования и применения штампов.
ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЕЙНЫХ РАБОТ
При литье использовалось совершенно иное, чем при ковке, свойство металла — его жидкотекучесть (способность заполнения форм). В глубокой древности люди путем весьма продолжительных наблюдений сумели распознать эти наиболее важные свойства металлов и использовать их при изготовлении орудий, оружия, предметов быта и т. д.
Как уже говорилось, в древней Руси наряду с ковкой было развито и литейное производство. В XIV—XVI вв. русские литейщики создали большое количество уникальных отливок — колоколов и пушек. Трудный и малопроизводительный метод производства кованых пушек из железных полос в XV в. был заменен их отливкой [109].
Наряду с колоколами и пушками изготовлялось художественное (статуарное) литье, технология которого, близкая к технологии литья колоколов, в потенциальной форме содержала многие технологические элементы, характерные для современного машиностроительного литья, в частности литья по выплавляемым моделям.
Начиная с XIV в. в России применяли уже многие виды формовки — открытую в почве, в опоках и с помощью шаблонов.
В XVI и XVII вв. литейное дело получило дальнейшее интенсивное развитие в центре страны, главным образом на заводах Тулы, Каширы и др. Строительство многочисленных заводов в конце XVII и начале XVIII в. во многом способствовало быстрому развитию литейного дела
На Каменском чугуноплавильном и литейном заводе, построенном на Урале в 1701 г., отливали в глиняные формы «вещи вообще в житейском хозяйстве употребляемые» **; там же в особую «опочную землю» (смесь обычной «не столь вязкой» красной глины с землей, уже ранее употреблявшейся для отливок) велась отливка пушечных стволов. Формовка их производилась в чугунных опоках. Перед сушкой внутренность форм смазывали водным раствором тонкорастертой белой глины, чтобы предотвратить образование трещин.
В начале XIX в. на русских заводах был введен новый способ отливки медных орудий в чугунные опоки.
* Гегель И. Подробное наставление об изготовлении, употреблении и сбережении огнестрельного и белого солдатского оружия. СПб., 1825, с. 188—189.
** Герман И. Ф. Описание заводов, под ведомством Екатеринбургского горного начальства состоявших. СПб., 1808, с. 61.
.308
Если «по сие время,—писал современник введения этого способа,— в России медные орудия отливаемы были в глиняные формы, окованные железом», и для составления каждой формы изготовлялся глиняный же «болван», который (как и сама форма) после отливки разрушался, и «таким образом труды, в продолжение нескольких недель понесенные», уничтожались, то при новом способе один и тот же «болван», сделанный из металла, мог служить сколь угодно долго. Кроме того, при этом способе формовка велась в 2 раза быстрее. «Болваны», как и чугунная опока, делалась из нескольких частей *.
Для составления формы использовалась формовочная смесь из трех частей просеянного песка и четырех частей сухой истолченной глины.
Построенные в 1703—1707 гг. Олонецкие казенные заводы изготовляли чугунные пушки со снарядами, якоря, мельничные валы, уклад, сталь, полосное четырехгранное железо. В 1759 г. на Кончозерских заводах изготовлялось «литье про казенные надобности чугунных вещей», причем велось оно «в песок» **.
На Александровском (Олонецком) пушечном заводе для изготовления пушек, снарядов и бомб имелись большие цеха, а также цеха модельные, кузнечные, слесарные и др. Для приготовления формовочной земли применялись хорошие сорта глины. При определении техникоэкономических показателей, в частности при определении расхода металла, учитывался его угар при нагреве и т. д.
С развитием и расширением заводов происходило и совершенствование технологии металлообработки, в том числе и технологии изготовления отдельных машинных деталей. Например, «построение для литья адмиралтейской артиллерии весьма огромного и против всех в России находящихся заводов иным образом расположенного Александровского завода», несомненно, способствовало развитию технологии машиностроения. Следует отметить при этом, что «усердное рачение и искусство об оной употреблено главным тех заводов командиром обер-бергмейсте-ром Ярцевым тем более, что не только все то строение заводское без всяких архитекторов и механиков под особенным его смотрением скороспешно происходило, но и к литью артиллерии и ни к чему другому он никаких иностранных мастеров не требовал и теми ж русскими мастеровыми людьми оное привел в такой лучшей порядок и доброту, что они ничем не уступают самому лучшему Аглицкому литью; но в ином случае еще оное и превосходят»***.
Работы И. И. Ползунова в области литейного дела
Значительный вклад в разработку технологии машиностроительного литья был внесен И. И. Ползуновым.
Материалы Алтайского краевого государственного архива и других архивов показывают, что Ползунов был не только создателем первой паровой машины, но и высококвалифицированным технологом-машиностроителем. Он подробнейшим образом разработал технологию отливки деталей своей паровой машины. Эта технология впервые учитывала особенности машиностроительного литья: получение отливок особенно сложных очертаний и размеров с припусками на последующую механическую обработку, достижение большой точности изготовления дета
* Заборовский. О способе отливания медных артиллерийских орудий в чугунные опоки.— Артиллерийский журнал, 1809, № 4, с. 39—60.
** ЦГАДА, ф. 271, кн. 2175, ед. хр. 3, лл. 298, 306, 307.
*** ЦГАДА, ф. 271, кн. 2181, ед. хр. 19, лл. 164—165 об., 353—381.
309
лей и т. д. Все это, естественно, повышало требования к технологии литья. Ползунов предусмотрел нововведения на всех стадиях литья, начиная с приготовления металла (составления шихты). Была разработана особая формовочная смесь с повышенной прочностью и газопроницаемостью, огнестойкостью и противопригарностью. При изготовлении форм применялись специально изготовленные стержни и шаблоны. Была разработана и особая технология заливки металла в формы, литниковые системы и т. д.
Отливки машиностроительных деталей проходили дальнейшую обработку на токарных и шлифовальных с приводом от водяного двигателя станках, изготовленных Ползуновым.
Как видим, уже во второй половине XVIII в. в России были сделаны серьезные шаги к улучшению технологии машиностроительного литья.
Самыми трудоемкими и важными операциями в литейном производстве были формовочные работы — приготовление формовочных смесей, изготовление моделей и опок.
Модели
Модели делались из дерева, алебастра, свинца, бронзы, олова, меди или чугуна. При выборе материала для модели исходили из того, какой отделки требовало заказываемое изделие и какое количество изделий нужно было изготовить.
Деревянные модели употреблялись для изделий, не требовавших большой чистоты поверхности и большой точности. Металлические же употреблялись, когда нужно было обеспечить высокую точность размеров отливок и изделий из них, а также когда заказывалось много одинаковых изделий или предполагалось повторение заказа.
Для отливки мелких изделий с тонкими и сложными изображениями на поверхности употребляли бронзовые и оловянные модели, так как они хорошо обрабатывались и легко отделялись от формовочного песка. Однако от частого употребления такие модели довольно быстро приходили в негодность [35, с. 88].
В конце XVIII — начале XIX в. часто применялись весьма сложные модели, состоявшие из нескольких частей.
Формовка в зависимости от материала формы
Основные вопросы технологии литейного производства — изготовление форм и приготовление расплавленного металла — были достаточно хорошо решены на русских заводах к началу XIX в. Уже тогда были известны основные способы формования в глину, песок и чугунные' формы.
Экономически оправданным и технически продуманным было отношение к выбору того или иного способа формования в зависимости от размеров отливок и удобства работ по формованию. В описании заводов Олонецкого округа указывалось, что «удобность фурмования, величина и назначение фурмуемого тела определяют выбор того или другого способа» *.
ЦГИА СССР, ф. 37, 1811, оп. 67, ед. хр. 5, л. 41
310
Формование в глину
Когда изготовлялось сравнительно небольшое число деталей крупных размеров, не требовавших большой точности и чистоты в отделке, то применялась формовка в глину. Этот способ существенно отличался от формования в песок, а «наииаче от формования в формах, где вся точность, правильность и чистота предлагаемого отлитого тела соблюдены быть должны. По сему все отливаться имеющие вещи следуют на-фурмованы быть во всех частях сходственно с предполагаемым предметом, которому предварительно делается чертеж, по оному верная модель; а ио сей и самая форма» *.
Формование в глину разделялось на две главные операции: составление так называемого сердечника, который делался из кирпичей и глины, и составление формы, или кожуха. В ходе первой операции изготовлялись элементы формы, которые соответствовали во всех частях внутренности формуемого тела. Во второй операции изготовлялась наружная часть формы. Между обеими частями оставлялось столько пространства, сколько требовала толщина отливавшегося изделия.
При формовке в глину изготовлялись, например, большие чугунные цилиндры для паровых машин. После отливки и охлаждения металла форма разнималась, сердечник разрушался, а отливка отвозилась «по подземному ходу на телеге куда следует». Тогда уже было замечено, что глиняная форма могла служить только для получения одной отливки, так как при освобождении отливки разрушалась. Поэтому при изготовлении одинаковых изделий это «причиняло бесполезную работу и большую трату во времени».
В начале XIX в. на заводах были введены способы формования в песок и в чугунных формах, «из коих каждый употребляется с приличием к тому или другому роду отливаемых вещей, судя по удобности их фур-мования и другим отношениям, не отвергая однако ж совершенно фур-мования в глину, которое предпочитается при большом, как выше сказано, и небольшой чистоты требующих телах, и как затруднительно было бы или совершенно невозможно фурмование в песок» **.
Формование в песок
Этот способ был важнейшим и наиболее употребительным, так как обеспечивал большую точность, правильность и чистоту отливок. «Искусство, прилежание и осторожность должны руководствовать фурмов-щика при сей работе». Здесь формовка осуществлялась либо в сырой, либо в сухой песок. В первом случае металл заливался тотчас по изготовлении формы, во втором случае формы предварительно высушивались в сушильных печах. Выбор способа изготовления песчаной формы определялся родом формуемых деталей. Так, небольшие отливки (печные дверцы, решетки, картечная дробь и т. п.) формовали в сырой песок; при этом форма не могла оказывать значительного сопротивления жидкому металлу. Большие вещи требовали отливки в сухой песок.
При формовании в сырой песок важным делом был выбор песка, «который, есть ли природа недоставляет нам совершенно способного для сей работы», мог быть получен «искусством, через смешение разных родов песку». Нужно, чтобы песок обладал двумя качествами: быть огне
* Там же, л. 40 об.
** Там же; л. 40.
311
стойким и не расплавляться «от степени теплоты, сообщенной ему расплавленным металлом». Кроме того, песок должен был иметь достаточную связь, которая в ряде случаев достигалась через смачивание «пивом, квасом или другими жидкостями».
После выбора песка и его просеивания составлялась модель, по которой предполагаемая вещь должна была формоваться. «Для сего рода работы модели делаются деревянные», которые разрезаются вертикально и горизонтально «на столько частей, сколько удобность при фурмов-ке того требует, или и совсем не разрезываются», смотря по сложности изделий.
«Все искусство мастера состоит в том, чтобы легчайшим образом фурмовать те вещи, кои по виду своему представляли бы большие затруднения». Для этого употреблялись особые «предуготовительные приемы, кои состояли в разсечении моделей на несколько частей по разным направлениям... и тело со всею легкостью фурмуется».
Квалификации формовщика придавалось при этом огромное значение. «Одна опытность может руководствовать искусству мастера в сем деле, которая, основываясь на здравом суждении, есть лучшее правило, какое предписать можно».
Особенно качественно должны были изготовляться формы для отливки в сухой песок, которые применялись при отливке больших изделий, так как в этом случае песок, не имевший «большой связи в частях своих», при малейшем сотрясении или ударе мог приводить к большим повреждениям формы. Кроме того, могли получаться повреждения формы и в момент заливки больших порций металла вследствие гидравлического удара его о стенку формы.
Отливка в сухие песчаные формы широко использовалась в практике литейного дела. Даже в начале XIX в. этот способ формовки рассматривался как шаг вперед в технологии литья. При этом отмечалось, что в случаях формовки из сухого песка «вещи выходят уже без всяких почти недостатков, исключая иногда малых, кои удобно поправляются, не говоря о сбережении времени, которое есть важнейший пункт заводской экономии» *.
Отливка в чугунные формы
В самом начале XIX в. стали применять отливки в чугунные формы, которые использовались исключительно для литья ядер.
Формовка ядер в песок была сопряжена со многими трудностями и неудобствами. Ядра нужно было отливать совершенно круглыми, чего трудно было добиться при песочной форме: струя жидкого металла делала при заливке углубления в форме, и поэтому отлитое ядро редко получалось «совершенно круглое и способное к употреблению». Из сравнения «сего неудобства с издержками при составлении и точке чугунных форм нашлось, что выгоднее отливать ядра в чугунных формах так, как сие производилось до сих пор в Англии».
Чтобы отлить чугунную форму для ядра, сначала делали деревянную модель из двух половин. Затем отливали оловянную форму, ее хорошо обтачивали и уже по ней отливали чугунные формы. Чугунная форма могла служить для отливки 30—40 ядер.
* ЦГИА СССР, ф. 37, оп. 67, ед. хр. 5, лл. 49, 53 об.
312
Опоки и формовочные смеси
Опоки —это ящики без днищ и крышек для удержания песка, в котором производится формовка изделий для отливки. Как правило, они были чугунными и состояли из нескольких частей соответственно делению модели. Каждая часть опоки разделялась на две половины для удобства разборки ее после отливки. В некоторых случаях половинки опок скреплялись с помощью клиньев. Опоки обычно имели железные скобы для подъема их крюками воротов (кранов).
В зависимости от назначения отливки, ее размеров, способа формирования и т. д. применялись различные формовочные материалы. Например, на Александровском заводе для формовки пушек использовался
Я4. Схема формовки литых изделий
мелкозернистый песок, содержавший значительное количество глины. Он назывался иловатою землей. Такие пески иногда привозились издалека.
Часто использовался песок, смешанный в пропорции 1:8 с размолотым древесным углем. Совершенно сухой песок не годился для формовки. Поэтому его смачивали так, чтобы при сжатии в руке он слипался в ком, а ком, брошенный на землю, должен рассыпаться. После просушки форм влага испарялась, а в песке оставались мелкие скважинки, через которые при отливке выходили воздух и газы, образующиеся при формовке. Влажность песка увеличивала газопроницаемость форм.
Формовка изделий, не имеющих внутренних полостей
При формовке таких изделий, как, например, валы для небольших плющильных станков, поступали следующим образом. Модель вала укладывалась до половины в подобную фигуре вала прорезь деревянной доски, как это видно на чертеже (рис. 84, а). На доску ставилась часть опоки (рис. 84, б) и засыпалась сверху приготовленным для формовки песком, который непрерывно уплотнялся. Когда опока оказывалась плотно набитой песком, ее вместе с доской осторожно переворачивали, затем доску снимали, а модель оставалась в опоке (рис. 84, в). Наформованную таким образом половину модели просушивали и формовали другую половину. Для этого модель и песок, находившийся около нее, сначала посыпали угольным порошком, а затем ставили на опоку другую ее половину, набивали песком, ушки скрепляли винтами, а в песок помещали стержень- для литника и для отдушины (рис. 84, г). После набивки осторожно удаляли стержни, разнимали опоки и вынимали модель.
21 Очерки истории техники в России 313
В случаях, когда формовка велась в опоках, состоявших из нескольких частей, работа почти не отличалась от только что описанной; разница заключалась лишь в том, что модели формовались по частям, в каждой опоке отдельно, а потом опоки соединялись и скреплялись винтами.
Формовка пустотелых изделий
Формовка таких изделий значительно сложнее, так как нужно было формовать не только наружную сторону изделия, но и внутреннюю (сердечник) для образования внутренних полостей (пустот) в форме. Например, при формовке цилиндра сначала формовалась наружная сторона его, а затем сердечник. С этой целью на стержень, предварительно обернутый соломой, наносилась формовочная смесь. Получалось подобие вала несколько большей толщины, чем нужно для образования внутренней полости цилиндра. После просушки сердечника его обтачивали до требуемой толщины и помещали в предварительно наформованную наружную часть цилиндра.
Художественное и особенно скульптурное литье, подготовившее базу для машиностроительного литья, было серьезным экзаменом мастеру при выполнении всех операций литейного производства.
Крупногабаритные пустотелые изделия представляли немало затруднений при изготовлении для них моделей и форм. Но с этими трудностями русские литейщики успешно справлялись.
На заводе Берда в Петербурге в первой половине XIX в. высшим достижением в литье была фигура ангела для Александровской колонны. Для формовки этой фигуры употреблена смесь, состоявшая из песка, глины и угольного порошка в пропорции 13:8:3 и небольшого количества шерсти. Модель была сделана из алебастра в Петербургской академии художеств. Формовка и отливка фигуры выполнялись по частям. Рука, поднятая кверху, и крылья формовались и отливались отдельно. Каждая часть формовалась в раздельных опоках, которые затем складывались и скреплялись винтами, составляя одну сложную опоку.
Формовка больших цилиндров
Формы для отливки больших чугунных цилиндров паровых машин изготовлялись из глины. Процесс формовки сводился к следующему. На чугунной доске из простого кирпича, скрепленного глиной, выкладывали стержень цилиндрической формы. Внутри кладки помещался деревянный шест, на верхнем конце которого имелась горизонтальная штанга с прикрепленной к ней доской. Доска эта, носившая название точильной, располагалась за пределами наружной поверхности кладки и параллельно ей.
Начиная формовку, на наружную сторону стержня набрасывали влажную глину, оглаживая и срезая ее с поверхности точильной доской до толщины, равной внутреннему диаметру будущего цилиндра. Затем стержень просушивали угольным жаром, заделывали появлявшиеся трещины, вторично обтачивали и слабо просушивали. По окончании просушки стержень смазывали специальной смесью, снимали точильную доску и на ее место укрепляли другую, так называемую теловую доску на расстоянии, равном толщине стенок цилиндра.
На стержень накладывался новый слой глины, обтачивался (сглаживался) доской. Когда он достигал требуемой толщины, его просушивал»
314
и смазывали тем же составом. После этого вокруг глиняного слоя выкладывали стенку (кожух) из кирпичей на глине, снабжая железными связями. Кожух просушивали и извлекали слой глины, уложенный между ним и стержнем. Сняв кожух, производили окончательную зачистку рабочих поверхностей и, доведя их до требуемых размеров, снова подвергали обжигу. Наконец кожух ставили на место и начинали отливку.
Формовка и отливка снарядов
Большой опыт литейных работ, который потом использовали в практике машиностроительных производств, был накоплен при изготовлении артиллерийских снарядов как цельных (картечь, ядра), так и пустотелых (бомбы, гранаты). Они отливались в хорошо высушенные песочные формы.
Для формовки употреблялся мелкозернистый и достаточно вязкий песок. Песок с большим содержанием глины не рекомендовался, так как при сушке он растрескивался, и жидкий чугун заливался в трещины. Слишком же рыхлый песок не имел достаточной вязкости, что вело к повреждениям форм. Такие же повреждения возникали при использовании излишне плотного песка: газы, образовавшиеся при отливке, в этом случае не получали свободного выхода.
Формовка и отливка цельных снарядов
Картечь формовалась по чугунной модели. Опоки при этом представляли собой низкоусеченные четырехсторонние пирамиды, закрытые только с боков.
Модели, употреблявшиеся для формовки ядер, представляли собой полые чугунные шары, составленные из двух половин и соединенные фальцем по окружности. Опоки выполнялись из чугуна и состояли каждая из двух частей — восьмигранных пирамид, смыкавшихся основаниями.
При формовке одну половину модели помещали на доску. Затем устанавливали нижнюю часть опоки, набивали ее песком, покрывали доской и поворачивали опоку. Потом набивали вторую половину модели, землю по краям ее посыпали угольным порошком, устанавливали верхнюю половину опоки и сбоку вставляли иитник. По окончании работ осторожно разнимали опоку и, несколько ослабив каждую половину модели, вынимали их из формы. Так как литник находился в верхней половине опоки, то в нижней части опоки против отверстия литника вырезали гладилкой в земле небольшое углубление, чтобы чугун беспрепятственно заливался в форму. Перед заливкой, поправив осыпавшуюся землю, внутренность формы посыпали угольным порошком. Чугун для заливки подавался из вагранок или воздушных печей ковшами.
Сушка форм
Просушивание заформованных опок велось либо в специальных сушильнях, либо непосредственно на месте изготовления под железными листами, для чего между ними и опоками клались раскаленные угли. Такая сушка была более продолжительной и не такой удобной, как в сушильнях.
Сушильни представляли собой большие камеры, в каждой из которых в одном углу устраивалась печь с большим отверстием вместо тру
315
21*
бы, в другом же, противоположном по диагонали углу выводилась труба, основание которой не доходило до пола примерно на 50 см. Таким образом, топочные газы распространялись по всей сушильне и потом уже уходили в трубу. Топка печи производилась вне сушильни.
На Александровском заводе сушильные печи были длиной 5 сажен и высотой 2 V2 аршина.
Приготовление металла для заполнения форм
Чугун, выпускаемый из доменных печей, был очень жидким и давал большую усадку, это вело к появлению брака при литье. Кроме того, в зависимости от руд в ряде случаев чугун имел высокое содержание фосфора, и его нельзя было употреблять для изготовления отливок из-за хладноломкости.
Для повышения качества отливок надо было очищать чугун путем повторной переплавки чугунных слитков вместе с обломками старого литья, с отрезанными прибылями и литниками в воздушных или, как их еще тогда называли, самодувных отражательных печах и в вагранках.
Очистка чугуна в воздушных печах
Воздушные печи (рис. 85) состояли из топки, в которую закладывался горючий материал, собственно печи, или плавильного пространства, и трубы. Из топки газы направлялись в плавильное пространство и, проходя над всей поверхностью загруженного металла, расплавляли его.
В качестве топлива в воздушных печах употреблялись каменный уголь и дрова, причем первый вид топлива был более эффективным. Вот как об этом говорится в описании олонецких заводов, составленном в 1811 г.: «До сего времени печи сии нагреваемы были каменным углем, который для сей работы гораздо способнее, ибо дает сильнейший жар, но недостаток в оном заставил прибегнуть к дровам, которые хотя такого жару не производят, каковой произведен был каменным углем, одна-кож удовлетворяют довольно успешно намерению их употребления» *.
Чтобы «производимый дровами жар» был способен к расплавлению чугуна в случае работы на дровах, в передней части печи устанавливались особым способом решетки (колосники), обеспечивающие большую поверхность соприкосновения воздуха с дровами.
Чугун, получавшийся в воздушных печах, был лучшего качества по сравнению с чугуном, получаемым в доменных печах.
На Александровском (олонецком) заводе работало 7 воздушных печей, и в каждой расплавлялось примерно до 300—400 пудов металла в день.
Вагранки
Для приготовления расплавленного чугуна применялись также вагранки. Они обеспечивали лучшие технико-экономические показатели. «Так как управление доменною печью и привод оной в действо сопряжены со многими трудностями, кои становятся весьма чувствительны при небольших отливках, когда принуждены бывают гасить доменную печь, и потом опять в случае нужды приводить оную в действие, в чем утратилось бы не только много времени и работы производились медленно;
* ЦГИА СССР, ф. 37, оп. 67, ед. хр. 5, л. 28.
316
85. Схемы воздушных плавильных печей
но издержки далеко превышали бы цену на металл; да и качество его выходит не всегда желаемой доброты; не могли бы всегда удовлетворять употреблению в предполагаемые отливки; улутчение же его в сих печах не может быть произведено, как чрез долгое время. Воздушные же печи в сем случае не могли бы снабжать довольным количеством чугуна по причине малой вместительности своей. То, дабы избегнуть всех сих неудобностей, и учреждены для маловажных отливок печи, далеко отличающиеся в измерении от доменных, а в устроении от воздушных и приносящие весьма большие выгоды тем, что для управления своего не требуют многих людей, для действия большого количества горючего материала; вмещают знатное количество чугуна, которому в короткое время можно придавать различные качества и употреблять в отливку, когда потребуется» *.
Прототипы современной вагранки были известны в России еще в XVIII в. Об этом свидетельствовали Ярцев и известный шведский металлург Норберг, работавший в России в должности горного советника на Урале. Так, Норберг в опубликованной им в 1805 г. работе указывал, что он применил в Швеции шахтную печь типа вагранки по тому образцу, который он видел на одном из Уральских заводов.
Русский промышленник А. Р. Баташев построил в 1774 г. на своем Гусевском заводе чугунолитейную мастерскую с двумя печами, которые были прообразом современных вагранок и предназначались для переплавки чугуна [109, с. 154—155, 164]. Это было сделано до того как
’ Там же, л. 31 об.— 32 об.
317
вагранка появилась в Англии, где ее изобретателем считают Д. Виль-кинсона. Первый патент на вагранку как непрерывно действующую печь был взят в Англии Д. Вилькинсоном в 1794 г. Около середины XVIII в. были известны вагранки Реомюра, но они отличались малыми размерами.
В вагранках, так же как и в воздушных (отражательных) печах, получали необходимый для заполнения форм жидкий чугун с той только разницей, что здесь чугун выходил более свободным от посторонних примесей.
Выгоды в приготовлении металла для отливок в вагранках, заключающиеся в получении чугуна высокого качества при малом расходовании горючего материала, в легкости управления ею, быстроте пуска этого агрегата и остановки его, а следовательно, и в сравнительно малых издержках производства, обеспечили широкое распространение вагранок в литейных цехах и в наши дни.
Работавшая в первой трети XIX в. на Александровском (Олонецком) заводе вагранка состояла из пяти чугунных цилиндров высотой каждый более 5 футов (1,52 м), диаметром до 5 футов, поставленных друг на друга на каменном фундаменте. Кожух вагранки скреплялся болтами и, кроме того, в нескольких местах стягивался толстыми железными обручами. В нижнем цилиндре имелись отверстия для выпуска шлака и чугуна. Внутри вагранка футеровалась огнеупорным кирпичом.
Воздушное дутье вагранки выполнялось при помощи цилиндрических мехов, причем воздух поступал с двух сторон через сопла для равномерного распространения по вагранке и для получения высокой температуры.
Весьма любопытна с технической точки зрения эксплуатации вагранки одна деталь, связанная с подачей воздуха: «наблюдать должно, чтоб сопла не находились прямо противоположно одно другому, но несколько отходили в сторону от прямой линии; ибо лучи воздуха, встречаясь, уничтожались бы и не производили желаемого действия» *.
В зависимости от качества чугуна в вагранку загружалось различное количество угля, извести или руды. Это также делается и в наши дни.
Цилиндрические мехи действовали вначале (например, на Олонецких заводах) при помощи движущейся воды, а позднее уже посредством паровой машины.
Воздух в вагранку подавался через общую трубу. Впоследствии (в начале XIX в.) распределение воздуха стало более совершенным, обеспечивавшим равномерную его подачу и возможность регулирования с помощью кранов. Возле вагранки имелся чугунный резервуар, в который воздух поступал из общей трубы, а из резервуара разделялся через краны и по двум чугунным трубам подавался к фурмам. Краны служили для отвода воздуха, когда возникала необходимость остановить его приток в вагранку. Этими же кранами можно было при необходимости и управлять дутьем. Для наблюдения за интенсивностью дутья имелись «духомеры» (водяные манометры).
В феврале 1836 г. на Александровском (Олонецком) заводе велись опыты подачи в вагранку горячего воздуха.
Аппарат для нагревания воздуха состоял из двух литых чугунных ящиков 1 и 2 (рис. 86), каждый из которых разделялся чугунными же перегородками на пять камер 3, попарно соединявшихся чугунными трубами 4, изогнутыми в виде сифонов, так что воздух, войдя в первую
* ЦГИА СССР, ф. 44, оп. 2, ед. хр. 1067, л. 34.
318
камеру ящика 1, переходил в соответствующую камеру ящика 2, из нее — во вторую камеру того же ящика и потом по сифону — во вторую камеру ящика 1. Пройдя таким образом по всем сифонам, воздух выходил в чугунную трубу 5 и из нее по двум трубам подводился к фурмам 6. По сравнению с дутьем холодным воздухом горячее дутье (при степени подогрева до плавления олова и даже свинца) давало возможность переплавлять чугуна в два раза больше.
Опыты с горячим дутьем продолжались 35 дней, в течение которых было переплавлено 8709 пудов чугуна и израсходовано на нагрева-
319
ние аппарата 133 короба угля и 36 саженей аршинных дров. Горячее дутье с аналогичным нагревательным аппаратом, помещенным в особую печь, отапливаемую дровами, применялось в середине 30-х годов XIX в. и на Выксунском заводе.
Применение горячего дутья позднее получило широкое распространение, обеспечив повышение теплового КПД и повышение температуры плавильного пояса вагранок.
Отливка изделий
При отливке нужно было хорошо высушить формы, так как при заливке металла в сухую форму он меньше разбрызгивается и получает гладкую поверхность, от которой после охлаждения земля легко отстает. Опоки должны надежно скрепляться между собой и прижиматься грузом (при несоблюдении этого условия при литье они могут разорваться выделяющимися газами и воздухом). Для отливки высоких изделий плавильные печи располагались на достаточной высоте, чтобы производить отливку, не углубляя опоки в землю.
верхних частях отливок раковин и пус-
67. Разливочные ковши
В
Во избежание образования тот при литье применялись прибыли, т. е. избыточный жидкий металл, необходимый для заполнения указанных пустот.
Расплавленный чугун из вагранки разливался в обмазанные внутри глиной ковши (рис. 87, а), вмещавшие от 200 до 300 пудов чугуна (3,3—4,9 т). Ковши с металлом развозили на тележках (рис. 87, б) и затем, подняв воротом, подносили к формам. При заливке форм шлаки, плававшие на поверхности металла, удерживались досками или особыми деревянными лопатами.
Для залива небольших форм применялись малые ковши (рис. 87, в), которые вмещали от 5 до 10 пудов расплавленного металла. Такие ковши разносили вручную.
Когда форма наполнялась металлом, то на прибыль немедленно засыпался слой мелкого угля, что замедляло остывание металла и способствовало получению мягкого чугуна (устраняло отбеливание чугуна, чтобы облегчить последующую механическую обработку отливок на металлорежущих станках).
Представление о технологии литейных работ на русских заводах на рубеже XVIII—XIX вв. дает план литейного дома (рис. 88), относящийся к 1801 г. и обнаруженный в отделе рукописей Государственной публичной библиотеки им. М. Е. Салтыкова-Щедрина в Ленинграде.
Среди предприятий, на которых особенно интенсивно развивалось литейное производство, были Александровский (олонецкий) пушечно-
320
88. Общий вид литейного цеха
литейный завод и Петербургский арсенал. В конце XVIII в. литейные цеха были построены на Кронштадтском и Сестрорецком заводах. Хорошо оборудованным для чугунолитейного и машиностроительного производства был и завод Берда в Петербурге. В 1802 г. начал работать литейный цех на заводе Вильсона в Москве, производивший отливки для сельскохозяйственных машин. В это же время чугунолитейные заводы возникали в Риге, а еще ранее — на ряде заводов Урала.
В 50-х годах появляется первое пособие по литейному делу, впервые на русском языке обобщившее практику литейного производства за рубежом и в России. Автором его был крупный специалист-литейщик горный инженер А. Ф. Мевиус.
321
Петербургский арсенал в зиа-ельной мере (^поеобствова i усОв ершМмвовдн и ю литейшМг проц йроводились на
технологии
ства В . нем
)ты по выбору азональных конструк-
цнию наилучших ставов
МЕВИУС
АПОЛЛОН ФЕДОРОВИЧ (1820—1898)
сь «такие
металла для литья пушек
совершенствовались спосо-
фы ормовки и т.Ц. ри арсена-
ле готовились кадры квалифиц и-рованных рабочих — литейщиков, машинистов, кузнецов, слесарей, токарей, столяров, паяльщиков и т. д Кузницы и литейные были для того времени хорошо оборудованы .
В начале XIX в. в техническом инвентаре арсенала по, сви-ству специалистов
Г о которых можно было
имр-
в то время
только мечтать» * Так пр ие б« егунов »
н
идоене-
для растирания
формовочного материала впервые в России было осуществлено в арсенале в 1850 г. Важным технологическим мероприятием было введение литья в чугунные опоки.
Окончил в 1840 г. Горный институт. Смотритель Туринского и Златоустовского металлургических, заводов. С 1855 г. работал на Луганском литейном заводе и одновременно руководил проектированием и строительством металлургического завода в Бахмутском уезде. Написал около 100 научных трудов по различным вопросам горного дела и металлургии черных металлов. Автор первого русского руководства по литейному производству
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ
Металлорежущие станки по своей конструкции являются преемниками механизмов, предназначенных для производства изделий из дерева, кости и камня. От своих предшественников они унаследовали принципы устройства и действия.
Сверлильно-расточные станки
Самой старой группой станочного металлорежущего оборудования являются сверлильно-расточные станки. Установки, походившие на расточные станки, впервые были применены в XIV в. для удаления неровностей в ка-
* Родзевич В. Историческое описание С.-Петербургского арсенала за 200 лет его существования (1712—1922 гг.). СПб., 1914, с. 338.
322
налах стволов артиллерийских орудий. Стволы ставились вертикально, и в них опускались деревянные борштанги с резцовыми головками. Перемещались борштанги вручную. В XVI в. применялись несколько более совершенные станки с горизонтальным расположением рассверливаемого ствола, но их конструкция оставалась несовершенной.
XVII в. знаменуется применением оборудования, которое по справедливости уже может быть названо станочным. Реконструкцию такого сверлильно-расточного агрегата, действовавшего на Тульско-Каширской группе заводов в середине XVII в., сделал на основе описей деталей и сохранившегося эскиза Н. Б. Бакланов [13, с. 43—50]. Агрегат этот включал в себя дисковую пилу для отрезания литейных прибылей и вертикально-сверлильную машину, которые приводились в действие водяным колесом. Дисковая пила помещалась на валу, связанном с валом водяного колеса зубчатой передачей и вращавшемся с большой скоростью. Подача ствола к пиле осуществлялась ручным воротом. Подача при рассверливании была автоматической за счет веса ствола, опиравшегося на борштангу. Направляющими для ствола были вертикально установленные деревянные брусья.
Станки для рассверливания каналов пушечных стволов, снабженные вертикально расположенными борштангами (сверлами), применялись в России почти до конца первой четверти прошлого столетия; в других странах, например в Швеции, они просуществовали еще дольше. Однако уже около 1712 г. для аналогичных работ В. Геннин предложил и затем построил на Олонецких заводах комплексную вододействующую установку, состоявшую из горизонтально-сверлильной машины, устройства для обработки стволов снаружи и пилы для отрезания литейных прибылей.
Сам Геннин, отмечая преимущества своей установки, указывал, что для нее не требовалось такого высокого здания, как для вертикальносверлильных станов. Но, кроме того, в ней упрощалась конструкция привода, уменьшались потери в передаточных механизмах и повышалось качество сверления.
При вертикальном расположении растачивавшегося ствола, под действием собственной тяжести оседавшего на борштангу, последняя постоянно испытывала значительное давление. Неоднородность металла ствола, несовершенство режущего инструмента и относительно большой! продольный изгиб борштанги приводили к нарушению режима резания. Недостаточно жесткие опоры борштанги и ствола не могли противостоять воздействию сил резания, обусловливая неустойчивость всей системы и, как следствие, неправильность и неточность обработки. При горизонтальном расположении ствол лежал на салазках, надвигавшихся по направляющим с помощью храпового механизма и зубчато-реечной передачи. Борштанга, закрепленная в торцевой части вала вододействующего колеса, подвергалась продольному изгибу в пределах, не превышавших незаметных глазу деформаций, передававшееся же на нее давление легко поддавалось регулированию. Таким образом, вся система намного лучше сопротивлялась усилиям, возникавшим в процессе резания, и качество обработки повышалось.
С конца XVIII в. горизонтально-сверлильные машины стали использоваться для обработки цилиндров воздуходувных мехов, насосов и паровых машин. Позднее, по мере совершенствования технологических процессов машинострения, на их основе было начато конструирование и изготовление расточных станков, специально приспособленных для нужд машиностроительной практики. Первым таким станком, чертежи
323
которого, датированные мартом 1827 г., сохранились до нашего времени, был расточный станок, построенный на Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. Станок приводился в действие водяным колесом через двойную зубчатую передачу.
Универсальные сверлильные станки
В начале XIX столетия наряду со специализированными сверлильнорасточными станками стали применяться универсальные сверлильные станки. Они возникли из ручных сверлильных инструментов, присоединявшихся к трансмиссиям, которые получали движение от вододействующих колес.
Для первой четверти XIX в. весьма типичен универсальный вертикально-сверлильный станок Выйского механического заведения, сконструированный и построенный Е. А. и М. Е. Черепановыми (рис. 89) *.
Станок не имел холостого шкива и воспринимал движение на одну из ступеней двухступенчатого шкива 1. Включение и выключение станка осуществлялось кулачковой муфтой при повороте рукоятки 2. Коническая зубчатая пара 3 передавала движение шпинделю 4. Последний имел канавки в верхней части, на которой сидело коническое зубчатое колесо. Поэтому при вращении рукоятки 5 шпиндель мог подниматься или опускаться.
Уже в станке Черепановых можно найти почти все основные элементы современного универсального сверлильного станка. Развитие конструкций этих станков шло весьма быстро.
Токарные станки
С XVI в. для изготовления изделий из древесины твердых пород и кости начали применять токарные станки, на которых можно было копировать неограниченное количество раз отлитые из бронзы оригиналы. Эти станки, представлявшие усовершенствованные конструкции ранее известных токарных станков, стали снабжать различными дополнительными устройствами, механизировавшими процесс точения.
Французский математик и механик Ж- Бессон уже в середине XVI в. описывал токарные станки, на которых применялись копиры, позволявшие точить предметы овального сечения и наносить декоративные винтовые линии на предметы переменного сечения. На рубеже XVII и XVIII столетий в книге Ш. Плюмье «Искусство точения»** впервые был собран и систематизирован длительный опыт обработки резанием различных материалов (в том числе и металлов), накопленный токарями-ремесленниками разных стран. Но наиболее успешно для выполнения художественных токарных изделий конструирование и постройка станков велись в России в первой четверти XVIII в.
Петр I, проявлявший большой интерес к токарному искусству, основал отчасти для развлечения, отчасти для распространения технических навыков дворцовую токарную мастерскую, где работали лучшие токари и конструкторы станков, русские и иностранцы. Оборудование мастерской, состоявшее преимущественно из станков, изготовленных в ней са-
* НТФ ГАСО, ф. 47. Альбом чертежей Выйского механического заведения.
** Книга Плюмье имелась в личной библиотеке Петра I и по его распоряжению в 1716 г. была переведена на русский язык. Рукопись перевода, оставшаяся неопубликованной, хранится в отделе рукописей библиотеки Академии наук СССР в Ленинграде.
224
89. Универсальный сверлильный станок Черепановых
мой, удовлетворяло наиболее высокие технические требования своего времени.
Среди этого оборудования, сохранившегося в коллекциях Государственного Эрмитажа, привлекает внимание станок с надписью «St. Petersburg 1712», снабженный механизированным суппортом.
Кинематическая схема станка показана на рис. 90, а. Привод станка осуществлялся рукояткой 4, вращавшей вал 5 в опорах 6. Насаженное на этом валу зубчатое колесо 7 сцеплялось с колесом 8, закрепленным на валу 9, подшипники 10 которого можно было перемещать по вертикали для регулирования натяжения передаточного ремня 15 между шкивами 14 и 16 (помимо приводной рукоятки 4, станок мог приводиться в действие от внешнего источника энергии посредством трансмиссионного желобчатого шкива). Шкив 16 закреплен на длинном' шпинделе 17, поддерживался слева кронштейном 18, а справа опорной доской 20, качавшейся на шарнирном пальце 21 и оттягивавшейся пружиной 22. На барабан 23 шпинделя надевался цилиндр-копир 24, а на конце шпинделя в патроне 25 закреплялась заготовка 26. На поверхность заготовки резцом 27, зажатым винтами в резцедержателе 28 суппорта 29, вырезалось копировавшееся изображение. Суппорт этот перемещался по направляющим ,30 с помощью рейки 31. Такая же рейка сообщала движение копировальному суппорту, снабженному держателем 33 для копирного пальца, «следившего» за рельефом рисунка на копире и прижимавшегося к нему пружиной. Рейки получали движение от вала 9 через верхнюю зубчатую пару ,34 и 35, вертикальный вал, ниж-
325
90. Кинематические схемы токарного станка
нюю червячную пару и систему зубчатых колес на горизонтальных промежуточных валах.
На рис. 90, б отдельно изображена кинематическая схема механизма суппорта станка.
Суппорт приводился в действие от главного движения, т. е. от верхнего вала 2 и шкива 1, вращавшего шпиндель с копиром и заготовкой. За правым подшипником 3 на валу 2 было закреплено колесо 4 с торцовыми зубьями, сцеплявшимися с зубьями колеса 5, посаженного на верти-
326
калькой валу 6. Сверху последний имел опору-центр 7. Внизу на вертикальном валу 6 был закреплен червяк 8, сцеплявшийся с червячными зубьями колеса 9, вращавшего поперечный горизонтальный вал 10 с зубчатой передачей к валу 11. На концах этого вала закреплялись реечные шестерни 12, сцеплявшиеся с рейками 13. Рейки эти проходили через стойки 14 и скреплялись с ползунками копировального и резцового суппортов, двигавшимися по верхним и нижним направляющим брускам 15 и 16. Ползушка 17 скреплялась с резцедержателем болтом 19, а в верхней части резцедержателя винтами 21 закреплялся резец 22. Копировальный суппорт аналогичен резцовому. Такой суппорт с шестеренно-реечным механизмом по своей идее был весьма совершенен. Сходный по конструкции суппорт нередко применялся на станках XVIII в.
Наиболее выдающимся механиком петровской токарной мастерской был А. К- Нартов. Он сконструировал и построил ряд сложных и оригинальных станков, вошедших в состав оборудования мастерской. Некоторые из них как выдающиеся образцы станкостроения были направлены в качестве дипломатических подарков в Берлин и Париж.
Станки для изготовления токарных художественных изделий, выдающиеся по конструкции и качеству исполнения, стоили очень дорого и в большинстве случаев делались специально для знатных любителей «токарного художества». С исчезновением моды на подобные «развлекательные» работы эти сложные токарные станки были забыты. Но положительный опыт их конструирования и изготовления позднее использовался в конструкциях промышленного металлорежущего оборудования.
НАРТОВ
АНДРЕЙ КОНСТАНТИНОВИЧ
(1693—1756)
Выдающийся станкостроитель. Изобрел и построил ряд совершенных и оригинальных по кинематической схеме токарных станков, часть которых впервые в мире была снабжена механическими суппортами
327
91. Токарно-винторезный станок А. К. Нартова
Работа А. К. Нартова по конструированию и постройке станков для фигурного точения продолжалась до закрытия дворцовой токарной мастерской в 1727 г. Затем до конца жизни он создавал машины для изготовления частей других машин. Среди них особое значение имеет токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и сменными шестернями, о котором Нартов в 1738 г. сообщил в Академию наук. Станок предназначался для изготовления крупных винтов, применявшихся в текстильном, бумажном и монетно.м производствах. Чертеж станка представлен на рис. 91.
На направляющих А станка были установлены неподвижная бабка В и подвижная бабка, между которыми зажималась цилиндрическая заготовка. Маховое колесо, снабженное приводной рукояткой, передавало вращение горизонтальному валу 1, имевшему прямоугольную нарезку. Вал этот являлся одновременно ходовым винтом для прямоугольного бруска-суппорта К- Внутри суппорта имелась гайка ходового винта. Вращение суппорта при движении предотвращалось тем, что он двигался, прижимаясь к параллелям Н.
На суппорте находилась стойка, к которой крепился резец 2, прижимавшийся к обрабатываемой детали барашком, ходившим на винте. Последний был прикреплен к стойке шарнирно, что давало резцу необходимую свободу перемещения в плоскости, перпендикулярной оси нарезаемого винта. Обрабатывавшаяся деталь получала движение от ходового винта 7 с помощью насаженного на него зубчатого колеса.
328
Применение механизированного суппорта на токарных станках, предназначенных для изготовления деталей машин, в России было осуществлено задолго до начала промышленного переворота в Англии.
Важнейшее значение для развития производства машин машинами, кроме механизированного суппорта, имело применение набора сменных зубчатых колес для нарезания винтов с различными параметрами при использовании одного и того же ходового винта станка.
Описание и чертеж токарного станка Нартова взяты из его теоретического труда по станкостроению «Театрум Махинарум, или Ясное зрелище махин». Эта книга оставалась в рукописи. В ней содержится опи-, сание технологических процессов изготовления деталей станков (зубчатых колес, частей станины, валов, пружин, частей суппорта и др.), их сборки, а также 30 различных станков, резцов, ручного инструмента и1 токарных художественных изделий.
Первые вполне достоверные сведения о применении на заводах токарных станков с набором сменных зубчатых колес относятся к 1749 г., когда такие станки стали изготовлять на Тульском оружейном заводе в трех экземплярах по моделям мастера Петергофской гранильной фабрики («шлифовалной мелницы») О. О. Ботона, сына англичанина, натурализовавшегося в России при Петре I.
Все сказанное здесь представляет предысторию металлорежущего токарного станка, который получил широкое распространение вместе с развитием машиностроения лишь на рубеже XVIII и XIX вв. Это связано с промышленным переворотом в Англии и в других странах. Механизированный суппорт и набор сменных зубчатых колес ко времени промышленного переворота были уже известны и применялись на заводских станках. Однако это были только единичные случаи, поскольку машинизация производства еще не начиналась и, следовательно, еще не возникла острая потребность в передаче производства металлических деталей из рук слесарей металлорежущим станкам. Только массовые заказы на металлические изделия, связанные с перестройкой производства и новыми условиями быта больших городов, вызвали необходимость в расширении станочного парка.
В начале XIX в. многие машино- и приборостроители работали над внедрением в производство усовершенствованных металлорежущих станков.
Наибольшую известность получили работы английского конструктора Г. Модели (1771 —1831). Кузнец, слесарь, владелец мастерской и, наконец, заводчик, Модели многое сделал для механизации собственного производства. Изготовленные для своих нужд станки оказались в то же время товаром, пользующимся большим спросом, и завод Модели постепенно стал специализироваться на изготовлении металлорежущего оборудования для продажи. Другие заводчики нередко копировали станки Модели.
В иностранной литературе широко распространена версия о единоличном изобретении Модели механизированного суппорта и набора сменных зубчатых колес. Но такие утверждения лишены основания, так как суппорт и сменные зубчатые колеса были известны задолго до рождения Модели и использовались многими поколениями ремесленников. Значение работы Модели состоит в том, что он применил эти открытия в надлежащее время, в социально-экономической обстановке, сложившейся в Англии к началу XIX в. Он правильно понял потребности своего времени и добился успеха в силу благоприятно сложившихся обстоятельств.
22 Очерки истории техники в России 329
Исследования, проведенные в последние годы, показали, что Россия не стояла в стороне от творческого процесса создания машин, и в ней, хоть и в меньшей степени, чем в Англии, все же достаточно интенсивно на машиностроительных предприятиях (горных заводах, оружейных и в арсеналах) разрабатывались конструкции различных видов металлорежущего оборудования в соответствии с новыми требованиями и нередко в своеобразном оформлении.
Так, в 1812 г. механик Тульского оружейного завода П. Д. Захаво (1779—1839) сконструировал и изготовил специализированный токарный станок для обточки ружейных стволов *. Станок имел механический суппорт, в котором закреплялись резец, и стружколоматель, скользящий люнет, поддерживающий обрабатываемую деталь, автоматический останов и устройство для подачи охлаждающей жидкости. Суппорт станка перемещался по двум направляющим станины и поддерживался, кроме того, двумя симметрично расположенными дополнительными направляющими, укрепленными на специальных кронштейнах. Движение ему сообщалось маточной гайкой, передвигавшейся по ходовому винту.
Устройство резервуара для охлаждающей жидкости пояснений не требует. Интересно устройство для смазывания наружной поверхности обрабатываемого ружейного ствола жидким топленым («квашенинным») непищевым салом. Здесь смазка была особенно необходима в связи с наличием упора, воспринимавшего силы резания. Небольшой сосуд со смазкой оканчивался желобком, покрытым «ветошкой». Желобок все время прижимался к вращавшемуся стволу с помощью рычажка и грузика.
Токарный станок Тульского оружейного завода был в свое время наиболее автоматизированным и совершенным не только в России, но и других странах.
Усовершенствования станков вызвали изменения в конструкциях инструментов. Резцы делались без ручки, уменьшались в размерах и для придания большей прочности выполнялись из однородного высококачественного материала. Согласно свидетельству Гамеля, для обточки употреблялись два вида резцов: «сначала резец, округленный на конце, а потом другой поострее». Для отрезания прибыли у стволов ружей применялся резец в виде четырехгранного бруска, сделанный из стали и «сточенный наподобие долота» [32, с. 179].
С конца XVIII в. абразивный режущий инструмент теряет значение при обработке металлов резанием. Естественные абразивы были быстро вытеснены стальным режущим инструментом. Только с изобретением в 1860-х годах искусственных абразивных инструментов шлифовальные станки приобретают важное значение.
В первой четверти XIX в. в России, так же как в Англии и США, появились рациональные конструкции станин, началось применение механизированных суппортов, наборов сменных зубчатых колес, были введены холостой и рабочий шкивы, реверсирование с помощью трех конических зубчатых колес. Характерной особенностью отечественного станкостроения до 40-х годов XIX в. было применение для токарно-винторезных станков взамен механизированного суппорта более простого и дешевого устройства — «образцового винта». Такие станки чаще всего встречались на горных заводах, где потребность в разнообразных резьбах винтов была меньше, чем на оружейных. Примером может служить станок, построенный в 1829 г. на Луганском заводе механиком Л. Изго-
* ГАТО, ф. 187, ед. хр. 1847, л. 123.
330
ровым. Его станок предназначался для «нарезки прессовых винтов», как значится на чертеже. На нем можно было выполнять не только нарезку наружной резьбы на деталях значительной длины и сложной конструкции, но и внутри крупных цилиндров. Высота центров станка 815 мм, длина направляющих, определявшая наибольшую возможную длину обрабатываемой детали, 4270 мм. При обработке длинных деталей пользовались люнетом.
Немеханизированный крестовый суппорт мог быть установлен и закреплен хомутами, стягивавшимися болтами, в любом месте направляющих в зависимости от вида обрабатываемой детали. Направляющие были изолированы от других частей станка, но установлены на одном каменном фундаменте. Это уменьшало вибрации и положительно сказывалось на качестве обработки. Одной из особенностей станка было то, что обрабатываемая деталь продвигалась мимо неподвижного резца, закрепленного в неподвижном суппорте.
Станина собиралась на болтах из чугунных отливок на железных растяжках. Для ее скрепления с мощным фундаментом применялись очень крупные фундаментные болты. Последние не заделывались наглухо, а имели доступ, благодаря чему их можно было подтягивать.
В подшипниках мог свободно вращаться и перемещаться вдоль своей оси шпиндель. На одном его конце глухо посажен патрон, а другой конец входил в уширение ходового винта, которое служило как бы подшипником. Передача движения от шпинделя к ходовому винту осуществлялась через сменные зубчатые колеса. Таким образом , ходовой винт, опираясь о гайку, толкал шпиндель и заставлял его перемещаться с той или иной скоростью в зависимости от комбинаций сменных зубчатых колес. Шпиндель получал движение от трансмиссии через четырехступенчатый шкив и зубчатый перебор, одна из пар которого была довольно сложной для изготовления, так как имела внутреннее зацепление, но это делало конструкцию в целом более компактной.
Описанный станок мог быть использован для большого количества разнообразных токарных, сверлильных и расточных работ на корпусных деталях разнообразной конфигурации, что делало его особо ценным на машиностроительном заводе широкого профиля, каким был Луганский завод. Конструкция станка включала лучшие достижения того времени: механизацию процесса нарезания резьбы, применение набора сменных зубчатых колес и зубчатый перебор, причем все это в оригинальном конструктивном оформлении.
В 20—30-х годах XIX в. Е. А. и М. Е. Черепановы сконструировали и изготовили для Выйского механического заведения, одного из первых машиностроительных предприятий в России, полный комплект металлорежущих станков, необходимых при производстве паровых двигателей, грузоподъемников, паровозов и других сложных машин. Токарный станок конструкции Черепановых с двухступенчатым шкивом и зубчатым перебором, простой по устройству и отличавшийся удачным инженерным решением основных узлов, обеспечивал рациональное выполнение технологических операций обработки резанием.
Подобные станки сохранялись в производственной практике вплоть до начала XX столетия. Но уже к 40-м годам прошлого века станочный парк на русских заводах стал пополняться более совершенными станками, по техническим характеристикам приближавшимися к современным. К их числу относился, например, универсальный токарный станок Ижевского завода с двумя сменными трехступенчатыми приводными шкивами для шести скоростей резания. В нем впервые было применено устройство
331
22*
для подачи охлаждающей жидкости в зону резания при высоких скоростях и впервые использовано корыто для собирания охлаждающей жидкости и стружки. Наличие на шпинделе делительного диска, который обычно устанавливался на английских токарных станках по почину Модели, позволяло нарезать зубья колес, перемещая суппорт вручную. Наибольшее расстояние между центрами станка составляло 1075 мм, высота центров равнялась 225 мм. Этот токарный станок, построенный на Ижевском оружейном заводе, не уступал английским, имевшим то же технологическое назначение.
Развитие машиностроения ставило перед станкостроителями новые задачи, для разрешения которых приходилось сооружать не только небольшие специализированные, но и тяжелые станки. В архивах сохранилось несколько чертежей таких станков, один из которых спроектирован для Ижевского оружейного завода в 1853 г. под руководством полковника Трифонова и предназначался для обточки прокатных валков, но был пригоден и для обработки широкой номенклатуры корпусных деталей.
Станок этот был сдвоенным: механизм главного движения, расположенный примерно на середине длины станка, обслуживал его правую и левую части, что позволяло одновременно вести обработку двух корпусных деталей, но при одинаковой скорости их вращения. Это оригинальное конструктивное решение давало значительную экономию: станок был дешевле двух станков с двумя механизмами главного движения. Сдвоенный станок нуждался и в меныней площади. Недостатком его была одинаковая скорость вращения обрабатываемых деталей. Но так как станок предназначался для обработки единичных корпусных деталей, то это не требовало частого регулирования скорости резания. В то время и при обработке деталей небольшого размера несравненно реже меняли скорость резания.
Механизм подачи станка был независим от механизма главного движения. Кроме того, механизмы подачи правой и левой частей станка приводились в действие от трансмиссии с помощью плоского ремня, надевавшегося на четырехступенчатый шкив. Габариты станка 9000X3000X Х1800 мм.
Таким образом, в середине XIX в. в основном завершилась разработка конструкций токарных металлорежущих станков, предназначенных для изготовления деталей машин. Конструкции эти в том или ином виде включали основные узлы, которые в дальнейшем совершенствовались на основе общего роста техники и технологии машиностроения.
Строгальные станки
С 30-х годов XIX в. в практике машиностроительных производств начинают широко распространяться строгальные станки. Прототипы их, впервые появившиеся во второй половине XVII столетия, использовались при изготовлении изделий из кости для выстрагивания декоративных канавок и желобков. Один из таких станков, имевший основные элементы позднейшего продольно-строгального станка, приведен в рукописи А. К. Нартова «Театрум Махинарум».
В середине XVIII в. французский механик Н. Фок предпринял удачную попытку применения продольно-строгального станка в машиностроении. Но только в первой половине XIX в. строгальные станки стали регулярно использоваться для обработки деталей машин, сравнительно быстро приобретая рациональные формы. В России в машиностроитель
332
ную практику их ввели, по-видимому, Е. А. и М. Е. Черепановы. Время постройки станка, сконструированного ими для Выйского механического заведения, можно определить лишь ориентировочно: известно, что в 1840 г. он уже действовал.
Станок этот имел литую чугунную станину со сдвоенными направляющими стола. Резцовый суппорт, помещавшийся на траверзе, не был механизирован. Вертикальные перемещения резца при снятии стружки осуществлялись вручную — вращением приводного винта. Установочные перемещения выполнялись подвижкой траверзы по высоте поддержки вавших ее двух стоек. На последних имелись ходовые винты, а на траверзе— гайки. При вращении рукоятки движение передавалось через конические шестерни одновременно обоим винтам, и траверза вместе с суппортом поднималась или опускалась. Специальные прорези на суппорте допускали возможность установки его под различными углами наклона в вертикальной плоскости, создавая дополнительные удобства при строгании наклонных поверхностей. Перемещение суппорта по траверзе, по-видимому, осуществлялось вручную.
В первой половине XIX в. получили широкое распространение в машиностроительных производствах поперечно-строгальные станки, примером которых может служить поперечно-строгальный станок, изготовленный в 1845 г. машиностроительным заводом Берда по заказу Петербургского арсенала.
Кривошип приводного механизма станка имел кулису, и перемещением кулисного камня можно было регулировать ход ползуна, на котором помещался суппорт. Перемещения суппорта, нужные для регулирования глубины резания, осуществлялись вручную с помощью ходового винта. Подача стола, на котором помещалась заготовка, была механизирована. Конструкция станка включала большинство элементов, которыми оснащались строгальные станки на протяжении ряда десятилетий.
Фрезерные станки
Почти одновременно с первыми строгальными станками были предприняты попытки конструирования и постройки станков с вращающимся режущим инструментом (фрезами).
Промышленное внедрение фрезерования относится к середине XIX в. и связано с возникновением массового производства изделий, отдельные части которых одинаковы, взаимозаменяемы и изготовлялись в большом количестве. Но простейшие фрезерные станки были известны уже в первой половине XVIII в., а инструменты, по принципу работы напоминающие фрезу, известны в течение многих столетий. Прототипы дисковых фрез— стальные круги с насечкой по периферии— длительное время употреблялись для производства часовых зубчатых колес. Металлические («укладные») круги, армированные укладом и имевшие по периферии зубья, использовались на отечественных предприятиях в XVIII в. для отрезания прибылей у орудийных стволов после их отливки.
Наиболее ранними по времени фрезерными станками были зуборезно-фрезерные для нарезания зубчатых колес. Их появлению предшествовало введение сначала (в XVI в.) делительных шайб (шаблонов) для разметки заготовок колес часовых механизмов, нарезание которых осуществлялось вручную, и потом (в конце XVII в.) — специальных машинок для изготовления таких колес, в которых операции разметки и нарезания были совмещены. Первый станок, предназначенный для наре-
333
92. Фрезерный станок Тульского завода
зания зубчатых колес любых машин и механизмов, построен в 1724 г. А. К. Нартовым.
А. К. Нартов осуществил конструктивную схему, применительно к которой без каких-либо существенных изменений велась постройка зуборезных фрезерных станков вплоть до середины XIX в. Он же предложил конструкцию фрезерного станка для обработки поверхностей — одну из наиболее ранних конструкций, предполагавших расширение областей применения фрезерования за пределы нарезания зубчатых колес.
Подобно станкам многих других типов, этот станок Нартова не предназначался для промышленного использования: его грибовидной фрезой наносились узоры на декоративные изделия из кости. Только к 1818 г., более чем через 70 лет после Нартова, американский конструктор и предприниматель И. Уитни ввел аналогичные станки в практику машиностроения.
В первой половине XIX в. фрезерование стало применяться в оружейном производстве, где требовалось выполнять большое число однородных операций. В 1826 г. специализированные фрезерные станки работали на Тульском оружейном заводе. Примером их может служить показанный на рис. 92 станок для обрезки ружейных стволов [32, с. 161—162, табл. IX].
Наряду со специализированными фрезерными станками в первой половине XIX в. появились довольно совершенные универсальные фрезерные станки. К их числу относится, например, имевшийся на Ижевском заводе горизонтально-фрезерный станок. Он предназначался для обработки заготовок набором фрез, собранных на одной оправке. Принятые в станке конструктивные решения просты и целесообразны.
334
ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Грузоподъемные устройства в XVII в.
Наряду с технологическим оборудованием в практике машиностроения все более широко использовались вспомогательные подъемно-транспортные устройства.
Достаточно хорошо и давно известные в строительстве и горном деле, применявшиеся и для нужд артиллерии, они в XVII в. были использованы на металлургических и литейных заводах для подъема литейных форм и подачи отливок на сверлильные станы.
Уже упоминавшиеся переписные книги Тульских и Каширских заводов (1657—1663) перечисляли в числе прочего оборудования «векши» (полиспасты) и «стоячие вороты» для вертикального перемещения тяжестей (в частности, в сверлильных амбарах) [13, с. 48].
В 1696 г. во время второго Азовского похода «под смотрением» литейного мастера Е. Данилова был сооружен под Азовом пушечно-литейный «двор» (завод), в котором использовалось более сложное подъемнотранспортное оборудование для выполнения не только подъемных операций, но и перемещения грузов по горизонтали. Комплекс производственных построек этого «двора» состоял из плавильной печи, литейной ямы, в которой размещались формы перед заливкой, «подъема» для установки форм и выемки готовых отливок и «сверла» — сарая со станами для сверления пушечных стволов. Бревенчатый «подъем», располагавшийся подле литейной ямы, был оборудован двумя воротами — простейшими литейными кранами для поднятия и последующего горизонтального перемещения грузов. Сверлильный сарай также был оборудован двумя воротами.
В первой четверти XVIII в. в связи с усиленным строительством заводов и фабрик началось освоение новых и совершенствование ранее освоенных производственных процессов. В числе технических новшеств большое место заняли подъемно-транспоргные машины и установки. О них рассказывалось в первых переводных технических книгах и в оригинальных технических пособиях, сообщалось в отчетах специалистов, посещавших страны Западной Европы.
С переводом в 1709 г. одной из книг — пособия К. Алларда «Новое галанское карабелное строение» — в русскую техническую терминологию впервые было введено понятие «подъемный кран». Переводчик книги Алларда корабельный мастер Ф. С. Салтыков скалькировал голландский термин, не задумываясь над его смыслом. Между тем этот термин и старорусский термин «жеравец», или «журавец» (от глагола «жеравить» — поднимать груз рычагом), являются равнозначащими и аналогично латинскому «grus», французскому «grue», немецкому «Kranich», или «Кгап», английскому «сгапе» имеют двоякое значение: название птицы (журавль) и машины для подъема тяжестей.
Помимо переводных книг при конструировании и постройке различных типов грузоподъемных машин, русские техники пользовались такими работами, как получившее международную известность сочинение выдающегося лейпцигского механика Я. Лейпольда «Theatrum machina-rium», 4-й том которого «Theatrum machinarium oder Schau-Platz der Heb-Zeuge» содержал сведения о ряде подъемных устройств. Для подготовки и печатания «Theatrum machinarium» Лейпольду была обещана денежная помощь Петра I, так как «мошна его [составителя] слаба есть такое пространное и драгое дело совершить», а сам составитель
335
в 1724—1725 гг. приглашался на должность механика в основывавшуюся тогда Петербургскую академию наук.
Заводские механики Урала и Алтая, обязывавшиеся «всякие машины... к горным делам, а именно для выливания воды, для подъему руты и прочего строить и в действо производить», вводили на заводах и рудниках различные группы подъемно-транспортного оборудования — от простейших поворотных «воротов» (кранов) до сложных подъемников.
В 1734 г. на Екатеринбургском заводе был построен один из таких сложных сдвоенных подъемников для подачи чугуна от доменной печи, расположенной ниже уровня верхнего обреза заводской плотины, к погрузочному причалу, с которого грузился чугун в речные суда.
В 1770 г. строитель Томского железоделательного завода Д. Ф. Головин едва ли не первым в практике конструирования грузоподъемных устройств предложил новую схему крановой установки. Он заменил обычное горизонтальное вращательное движение крановой укосины прямолинейно-поступательным движением подъемного механизма и поднятого груза. Установка, составленная из двух параллельных брусьев длиной около трех саженей, закрепленных в перекрытии цеха и несущих грузовую тележку с полиспастом «для подъему и подвесу тяжелых вещей», предназначалась для подачи ковшей с расплавленным чугуном от доменных горнов к литейным формам и для перемещения охлажденных отливок. Прогрессивная по принципу действия (этот принцип много позднее использован в кранах мостового типа), расширявшая зону обслуживания и позволявшая рациональнее планировать рабочие площади, установка эта, однако, не была создана. Администрация Колывано-Вос-кресенских заводов отклонила проект Головина, заявив, что «никакой в том совершенной надобности не признает, а токмо почитает за излишнее в ширине оного распространение» *. Только спустя полстолетия по-< еле того, как подобные машины нашли широкое применение за рубежом, установка, аналогичная головинской («передвижной ворот»), была построена для сборочной мастерской Екатеринбургской механической фабрики.
Преимущественное распространение в заводской практике (на Сибирских, Уральских и Олонецких заводах) получили в это время стационарные поворотные краны с ручными лебедками, обслуживавшие литейные операции, подачу отлитых изделий на обрезные и сверлильные станы и пр. (рис. 93).
Значительные работы в области конструирования подъемно-транспортных устройств были выполнены в связи с отливкой громадного царь-колокола в Московском Кремле. В 1732 г. литейный мастер И. Ф. Моторин, производивший отливку, изготовил модели подъемных устройств и представил их для экспертизы в Петербург. Экспертиза была поручена академикам Д. Бернулли, Л. Эйлеру и И. Лейтману, которые в том же году представили отчет о результатах осмотра моделей **. Из сохранившегося черновика русского перевода этого отчета можно установить, что предложение Моторина, сводившееся к применению рычага и подкладных бревенчатых венцов, вызвало возражения академиков,
* ГААК, ф. 1, оп. 2, ед. хр. 372, лл. 535—536.
** Отдел рукописей БАН. Отзыв о модели машины, назначавшейся для поднятия колокола в Москве (шифр 26.2.III. 189), лл. 1—4. Судя по документам, опубликованным в «Материалах для истории императорской Академии наук», текст отзыва и предложение конструкции подъемной машины принадлежали Д. Бернулли. Два других эксперта, как явствует из сохранившегося письма Бернулли, не разделяли, по-видимому, уверенности автора отзыва в целесообразности использования этой машины.
336
ЙЗ. Копровый (а) и литейный (б) краны на уральских металлургических заводах конца XVIII в. (ЦГАДА)
337
выдвинувших собственный проект, предусматривавший полиспастную систему подвески поднимаемого колокола с канатами, навивавшимися на вал приводного ступального колеса. Модели Моторина освидетельствовал выдающийся русский механик того времени А. Нартов. Он тоже отрицательно отнесся к ним и в свою очередь предложил иную конструкцию подъемного устройства, которое и было сооружено. С помощью этого устройства в дальнейшем осуществлялся подъем литейного кожуха колокола, весившего свыше 7 тыс. пудов (116 т).
Конструирование устройств для той же цели продолжалось и после предложения Нартова. В начале 1736 г. изобретатель отставной солдат Т. Хитров (Хитрой) представил в Московскую сенатскую контору модель подъемного устройства, которая была признана ненадежной вследствие «в щислении и деле механическом неискусства» ее автора. В том же году модели подъемных устройств для колокола были предложены талантливым механиком крестьянином Л. Шамшуренковым. В 1737 г. по его модели над литейной ямой были установлены деревянные конструкции подъемного устройства. Но очередной пожар в Московском Кремле уничтожил деревянное сооружение и повредил самую отливку; работы по подъему были прерваны и возобновились лишь спустя 100 лет, когда поврежденный колокол был поднят из ямы и установлен на пьедестал, на котором находится и в наше время.
Подъемно-транспортные машины в первой половине XIX в.
В первой половине XIX столетия внедрение подъемно-транспортного оборудования на русских литейных машиностроительных заводах шло быстрыми темпами.
К началу 30-х годов на Александровском (Олонецком) заводе был установлен полочный элеватор для подачи шихты в вагранки. Высота его (между осями верхнего и нижнего валов) равнялась 5 м, концевые барабаны охватывались двумя бесконечными цепями, составленными из шарнирно скрепленных пластин, с шагом 165 мм. К цепям на расстоянии 0,75 м одна от другой шарнирно крепились болтами полки для груза (коробов с углем и поддонов с чугунными чушками). Заполненные короба и поддоны поднимались полками рабочей ветви элеватора, порожние короба и поддоны опускались на полках холостой ветви. Натяжение цепей регулировалось специальным винтовым натяжным устройством. Машина эта была первой в промышленной практике не только России, но, несмотря на несомненные эксплуатационные достоинства, конструктивную простоту и надежность, распространения не получила.
Тогда же на Александровском заводе наряду с подъемными кранами, изготовленными из дерева (рис. 94), были установлены (по-видимому, впервые в России) краны с опорными конструкциями, отлитыми из чугуна (рис. 95). Свободно стоящие поворотные краны этого типа имели укосины с постоянным вылетом; приводные вороты (лебедки) некоторых из них (по условиям удобства обслуживания) располагались в стороне от крановых опорных колонн, и грузовые канаты подводились к ним по специальным тоннелям *.
Для обслуживания подъема и перемещения тяжестей в артиллерийских арсеналах был спроектирован передвижной подъемный кран с гидравлическим приводом («машина для перенесения тяжестей посредством
* ЦГИАЛ, ф. 37, оп. 63, ед. хр. 34, лл. 44, 46—48.
338
94. Деревянный поворотный кран
25. Цельнометаллический поворотный кран начала XIX в.
гидравлического гнета»). Кран этот состоял из несущей горизонтальной рамы, опиравшейся на ходовые колеса, которые перемещались по рельсовой колее. Между продольными брусьями рамы был закреплен гидравлический цилиндр со штоком, упиравшимся в коромысло-укосину крана, хвостовик которой, скрепленный шарнирно с концевой неподвиж-
339
96. Схема передвижного крана 30-х годов XIX в.
ной стойкой, являлся как бы центром вращения укосины. При нагнетании воды в полость цилиндра шток выдвигался кверху, отклоняя укосину и заставляя подниматься ее свободное плечо, снабженное специальным захватным устройством. Среди архивных документов не удалось обнаружить каких-либо указаний об изготовлении этого крана и его эксплуатации. Не удалось обнаружить и указаний об авторе проекта. Известно только, что чертежи подобного крана, опубликованные в зарубежной литературе, относятся к значительно более позднему времени.
В 1838 г. на Александровском механическом заводе в Петербурге был изготовлен первый передвижной подъемный кран (рис. 96). Он был смонтирован на тележке, перемещавшейся по рельсовому пути, и представлял собой так называемый кран на колонне с ручной лебедкой, снабженной двухпарной зубчатой передачей для подъема предельного груза (3 т) и сменной однопарной зубчатой передачей для подъема более легких грузов с более высокой скоростью, и с противовесом, скрепленным с поворотной станиной лебедки. С этой же станиной шарнирно скреплялась дубовая стрела, вылет которой мог меняться в зависимости от условий работы.
На Екатеринбургской механической фабрике, крупнейшем русском машиностроительном заводе первой половины XIX в., в 40-х годах впервые в России были введены краны мостового типа. В 1843 г. заводской механик А. Тет, незадолго до того вернувшийся из заграничной командировки, представил «Краткую пояснительную записку к проекту и смете на вновь предполагаемую пристройку к корпусу Екатеринбургской механической фабрики», в которой указывал: «Для перетаскивания тяжелых вещей из токарного цеха в комнату, для сборки машин назначаемую, предположено устроить чугунные рельсы; подобным образом и в отделении, для сборки назначенном, будут устроены такие же рельсы, на коих будет помещен подвижной домкрат, как необходимейшее вспомогательное устройство при сборке машин, особенно больших, при которых употребляются вещи, имеющие значительный вес» *. В другом документе того же времени говорится, что в помещении слесарного (сбо
* ГАСО, ф. 56, on. 1, ед. хр. 333, л. 18.
340
рочного) отделения фабрики предусматривался «чугунный ворот для подъема и переноски тяжеловесных вещей» и «рельсы, по которым должен двигаться ворот» *. Постройка этого «передвижного ворота» (мостового крана), как видно из «Ведомости о машинах, находящихся в действии во всех цехах Екатеринбургской механической фабрики»**, относится к 1848—1849 г. В 1866 г. такие «подвижные вороты» поставлялись на Пермский чугуно-пушечный завод и на другие предприятия.
КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН
Особенности развития конструирования
Важнейшим этапом в создании любого орудия труда (простого приспособления, механизма, сложной машины, системы машин) является проектирование. На первой стадии проектирования формулируется идея машины и разрабатывается техническое предложение. Однако воплощение идеи в действительность, принятие определенного конструктивного решения, являющегося вторым этапом проектирования, порою отодвигается на многие годы.
По мере познания законов природы и овладения ими изменялось содержание процесса конструирования машин и орудий, обогащалась наука о конструировании (способ расположения и выбор формы и размеров различных частей для достижения наибольшей прочности и экономичности машины и наименьшей потери движущих сил).
В истории развития в России научных основ конструирования машин можно наметить несколько периодов. Отличительной чертой первого периода был эмпирический подход к конструированию машин и механизмов. Он продолжался до 60-х годов XIX столетия. Затем при конструировании стали все больше и больше применять научные данные, проводить теоретические исследования отдельных групп машин, разрабатывать методы расчета деталей на прочность. С конца XIX — начала XX столетия расчетные методы конструирования получили самое широкое распространение.
Современный период конструирования в машиностроении характеризуется всесторонним использованием данных науки. В основе его лежат достижения таких научных дисциплин, как теоретическая механика, теория механизмов и сопротивления материалов, начертательная геометрия и техническое черчение, технология машиностроения, экономика производства. Наряду с возникновением и развитием новых расчетных методов конструирования все большее значение приобретают научно-экспериментальные методы проверки напряжения в деталях машин.
Начальные этапы конструирования
Для построения орудий в ранний период наиболее существенное значение имел опыт, приобретенный в практике создания технических средств. Он был тогда единственным источником конструкторских знаний.
В ходе развития ремесленного производства совершенствовались механические устройства, применявшиеся прежде всего при выполнении
* Там же, л. 16.
** Там же, ед. хр. 507, лл. 26 об., 27.
341
подготовительных производственных операций,— толчеи, воздуходувные мехи, гончарные круги, грузоподъемные устройства и др.
Практика построения механических средств труда стала основой для разработки новых орудий. Используя наглядный опыт и устные рецепты, передававшиеся из поколения в поколение, люди конструировали и строили новые орудия производства.
До возникновения письма формой отражения идеи изобретателя была, вероятно, модель. Никаких предварительных разработок не существовало. Модель являлась объемным изображением конструируемого устройства и часто изготовлялась в натуральную величину, многократно опробовалась, дорабатывалась и исправлялась. При неудовлетворительных результатах она переделывалась коренным образом.
Исключительное значение для технического прогресса имело изобретение письменности, которая стала важнейшим средством закрепления и передачи мыслей. Особенно велика роль письменности в накоплении и систематизации знаний предшествовавших поколений.
Однако простое описание технических средств, каким бы подробным оно ни было, в полной мере не достигает цели. По описанию трудно изготовить детали и тем более узлы механизмов. Словесное описание должно дополняться наглядным изображением. Этой цели и служили модели, а по достижении определенного уровня развития — графики, чертежи. Предполагают, что начало использования чертежей на Руси относится к концу XI в. С возникновением чертежей процесс конструирования машин существенно изменился, так как в распоряжении мастера, специалиста появилось мощное средство отражения технических замыс лов и идей.
В период ремесленного производства, когда главным способом изготовления изделий был ручной и отсутствовало разделение труда, письменному и графическому изображению не придавалось большого значения. Графические приемы ремесленников ограничивались вычерчиванием контура окончательной формы детали. В этих условиях не возникало необходимости в каких-либо технических средствах для передачи замысла или конструктивного решения от одного лица другому, поскольку изобретатель, конструктор и технолог был в одном лице и! выполнял весь цикл работ от возникновения идеи нового устройства до выпуска готового средства труда. Мастер ограничивался словесными указаниями рабочим-исполнителям. Однако в процессе разработки новых конструкций, вероятно, делались отдельные наброски, представлявшие собою чертежи-рисунки и чертежи-схемы, которые до появления бумаги могли выполняться на дереве, песке и других материалах. Такие чертежи-рисунки были полезны для выяснения компоновки вновь создаваемого технического средства.
Отношение к графическим материалам резко изменилось в период становления мануфактур. Из переписных книг Тульских и Каширских заводов — первых русских мануфактур — известно, что они выполняли заказы и по «чертежу». Контроль над заводами и их производством со стороны правительства в свою очередь стимулировал создание технической документации — описаний и чертежей. В архивных документах XVII в. наряду с описанием оборудования и процесса изготовления изделий хранятся чертежи строений и некоторых производственных установок. Из них можно получить некоторое представление об общем устройстве машин и орудий. Так, чертеж сверлильного амбара* создает
* ЦГАДА, ф. 37, ед. хр. 484, л. 79.
342
впечатление вертикального разреза, позволяющего судить о конструкции станка для сверления пушек. Однако в XVII в. чертежи были еще редкостью, а основой конструирования и создания орудий и машин по-прежнему оставались модели.
С развитием мануфактурного производства и его утверждением в начале XVIII в. в таких областях, как горно-металлургическая, кораблестроительная, артиллерийская, оружейная, возросло использование чертежей как производственных документов при конструировании оборудования в ходе изготовления изделия и для управления предприятиями.
Создатели новых машин в XVIII в. при конструировании различных устройств использовали все известные в то время средства и приемы — описания, графические изображения, модели.
Вот как выглядели, например, рекомендации относительно построения пильной мельницы — «как оные мельницы надлежит строить»: «А по зделании оных при каждой мельнице надлежит к действию их и к ро-стирке на тес бревен иметь следующее: 1) в кожухах, или колесницах, рубленных из бревен, вал деревянной длиною кроме шипов 2‘/2 сажени, толщиною в диаметре 1 аршин; на нем на средине колесо деревянное водяное в диаметре в 43/4 аршина, шириною в 13/4 аршина и в два вершка; в нем на обоих концах по шипу железному коленчатому, у которых быть шейкам, чем на подшипниках лежат, длиною в 14, толщиною в 5 дюймов, от шеек колено в 8 дюймов, от чего рамы с пилками движение имеют; 2) шатуны, или движимое брусье, длиною в 9'Л аршин, толщиною в 5 вершков; 3) двои рамы, в которые пилы вкладываютца..., а рамы длиною в 73/4 аршина, шириною в 1 аршин и в 2‘/2 вершка, а ис которых брусьев те рамы зделаны бывают, те брусья шириною в 12 дюймов, толщиною в 4 вершка» [33, с. 372—375].
По мере создания все более сложных конструкций машин и орудий значение технических чертежей возрастало. Первоначальные графические наброски были предварительной разработкой нового устройства, позволявшей еще до построения модели представить сущность машины.
Средства графического изображения в XVIII столетии достигли высокого развития. С начала XVIII в. чертежи стали выполнять в масштабе, что позволяло «снимать» размеры. Иногда к масштабному плану вычерчивались «пришпекты» (перспективные рисунки) машин, так как чертежа-плана было недостаточно для изображения некоторых предметов. Однако перспективное построение внешнего вида искажало действительные размеры предметов, к тому же такое изображение машин было под силу далеко не всякому даже талантливому практику.
Уровень развития производительных сил bXVIII в. стимулировал создание таких чертежей, на которых бы было показано без искажения как внутреннее устройство предметов, так и их внешний вид. Уже в 40-х годах для изображения внешнего вида вертикальных поверхностей предметов в машиностроительные чертежи были введены «профили», а с 70-х годов — «прорези» — вертикальные разрезы, которые показывали внутреннее устройство машины. Планы, «профили» и «прорези» полностью отражали конструкцию машин, тем более что с 60-х годов на чертежах начали применяться деталировки и надписи технологического содержания. Однако конфигурация и размеры полностью в них не выявлялись. Поэтому деревянные детали изготовлялись квалифицированными мастерами «по обычаю». Что же касается металлических деталей и узлов, в особенности при разработке новых конструкций, то они подвергались более тщательной графической разработке, хотя в процессе изготовления машины они нередко не только уточнялись, но и существенно изменя
343
лись. В XVIII в. мастер сочетал в себе опыт высококвалифицированного механика и знания конструктора. Имея функциональную схему машины и представление о ее работе, мастер-механик сам рассчитывал размеры некоторых деталей.
Вторым этапом создания нового орудия труда являлось изготовление модели предлагаемого устройства.
При конструировании новых технических средств в XVIII в. моделям придавали большое значение. К ним прибегали все известные механики того времени — А. К. Нартов, И. И. Ползунов, И. П. Кулибин, Л. Ф. Са-бакин и др.
Вновь изобретенные машины в моделях подвергались осмотру и испытанию. По модели судили об эффективности новой машины, о возможных путях улучшения ее и т. д. В качестве экспертов привлекались видные ученые и механики своего времени.
Требования к изготовлению моделей были весьма высокие. Модели, как правило, должны были быть больших размеров, а нередко и действующими, чтобы по ним можно было судить не только об устройстве и принципе действия, но и о степени надежности машины в эксплуатации.
Введение чертежей
Хотя в последней четверти XVIII в. были созданы проекционные методы черчения, позволявшие получать рабочие чертежи, отражающие все подробности конструкции, модели продолжали играть большую роль в процессе создания новых технических средств. Необходимость построения модели объясняется главным образом тем, что весь процесс конструирования технических средств был основан на эмпирических сведениях, по своей природе ограниченных объемом известных конструктивных решений, не позволявших судить о работоспособости машины, отличавшейся в какой-либо степени от прототипа. Инженерные расчеты при конструировании машин и орудий в XVIII в. почти не применялись, хотя некоторые из них были известны.
Подробные чертежи новых технических средств составлялись лишь после того, как то или иное устройство проходило испытания на модели, а иногда и в качестве действующего образца. Так, чертежи парового двигателя И. И. Ползунова выполнялись в основном с готовых и уже смонтированных агрегатов машины. Они точно выявляли формы и размеры деталей, содержали указания о материале деталей и сведения о порядке сборки узлов.
Мастера в XVIII в. располагали определенными техническими средствами для производства графических работ. В книге известного конструктора металлорежущих станков А. К. Нартова (1755) имеется перечень инструментов для чертежных и конструкторских работ — «математические инструменты особливого свойства, а именно размерительные с масштабами футы, линейки и циркули, употребляемые для измерения геометрических углов при сочинении механических конструкций теоретическими правилами, и при аккуратном изображении на бумаге всяких проектов и чертежей» *. В книге изображены треугольник с отвесом, линейка, угольник, гусиное перо, рейсфедеры, игла, циркуль.
Таким образом, проектирование машин представляло собой процесс, состоящий из нескольких этапов: разработки функциональной схемы
* ГПБ, отдел рукописей. Нартов А. К- Театрум махинарум, то есть Ясное зрелище махин, шифр Эрм. 160, л. 23 об., 60, 61.
344
(идеи), частичной конструктивной разработки машины (чертежи), построения модели. Однако резкого разграничения этапов создания машины в XVIII в. провести нельзя.
Очень часто не только конструктивные формы и размеры деталей, но и кинематические схемы машин уточнялись в процессе их сборки. Иногда в ходе конструирования и изготовления машины изобретались целые узлы. Так, при конструировании парового двигателя И. И. Ползунов изобрел прибор для автоматического питания котла, крановое паро- и водораспределение, балансирный передаточный механизм, аккумулятор дутья — воздушный ларь и др.
Механики и машиностроители XVIII в. выдвинули и применили на практике некоторые положения одного из важнейших принципов современного машиностроения — взаимозаменяемости деталей. Необходимость изготовления взаимозаменяемых частей, возникающая при массовом производстве, резко выявилась прежде всего в производстве оружия.
В середине XVIII в. была высказана мысль о том, что при конструировании и изготовлении некоторых производственных установок необходимо предусмотреть одинаковые размеры деталей одного назначения. Так, президент Берг-коллегии И. А. Шлаттер в книге «Обстоятельное наставление рудному делу», описывая устройства, предназначавшиеся для передачи энергии на расстояние, и отмечая большое число деталей в этих устройствах, рекомендовал придерживаться одной длины для всех тяговых шестов таких устройств и изготовлять замки к ним «по одной модели и лекалу» для быстрой замены вышедшего из строя шеста [141, с. 148].
Рекомендация относительно того, что при конструировании конкретного технического средства следует предусмотреть единообразие деталей, находящихся в одинаковых условиях, имеет большое значение не только для изготовления и эксплуатации этого устройства. В этой рекомендации заключаются зачатки будущей унификации деталей и принципа взаимозаменяемости, ставших основой массового производства.
Накопление практических рецептурных сведений —отличительная черта первого этапа многовекового развития машиностроения. Изучение деятельности машиностроителей того времени подтверждает, что в своем большинстве они обладали в основном только таким объемом знаний, который вытекал непосредственно из практики и который мог быть использован при решении ближайших практических задач.
Первые попытки инженерных расчетов
Отрицать влияние науки на конструирование и расчет машин, особенно к середине XIX в., было бы неправильным. Наука являлась тем активизирующим фактором, значение которого с веками непрерывно возрастало, хотя достижения практики в области конструирования и изготовления различных механических устройств в течение длительного времени ее значительно опережали.
Отдельные расчеты, которые могли быть полезны при конструировании новых технических средств, зафиксированы уже в книгах, изданные в XVIII в.
Одни из первых таких расчетов содержатся в «Арифметике» Л. Ф. Магницкого (1669—1739), изданной в 1703 г. [84]. Эта книга, являвшаяся энциклопедией математических знаний, содержала сведения, необходимые для практических приложений. В частности, в ней приведены расчеты отношений зубчатой передачи. В разделе «О прикладах потребных ко гражданству» содержатся интересные задачи.
23 Очерки истории техники в России
345
97. Задача о расчете рычага в рукописи книги Г. Скорнякова-Писарева
В задаче 19 по числу оборотов двух зубчатых колес и диаметру одного из них определяется диаметр другого колеса. В задаче 20 по длине окруж,-ности одного колеса и числам оборотов колес, находящихся в зацеплении, определяется длина окружности второй зубчатки: «Паки егда окружение колесе есть 7 аршин, и другое против того зделать, которое бы обрати лося четырежды против десятих обращений первого. И ведатель-но есть, коликих аршин ему во окружении подобает быти; придет 172/4 аршин» [84, с. 197].
Первой русской печатной книгой по механике был учебник видного русского деятеля, президента Морской академии в Петербурге Г. Г. Скорнякова-Писарева «Наука статическая, или Механика», вышедший в свет в 1722 г. [122]. Эта книга имела большое практическое значение. Определяя механику как «художество познавати весы и малыми силами чрез способ машин великие бремена двизати и подъимати», автор указывает, что механика «учит... всякие машины для движения и подъемов всяких бремен устрояти». Вся книга посвящена решению технических задач, возникающих главным образом при подъеме тяжестей (рис. 97).
К середине XVIII в. в России насчитывалось значительное число сочинений по артиллерии, гидравлике, математике и механике, в которых можно было найти решение отдельных практических вопросов машиностроения. Однако к этому времени не было написано ни одного сочинения, которое можно было бы отнести к разряду машиностроительной литературы.
Первой книгой по машиностроению была уже упомянутая книга А. К. Нартова «Театрум махинарум, то есть Ясное зрелище махин», единственный рукописный экземпляр которой хранится в Государственной публичной библиотеке им. М. Е. Салтыкова-Щедрина.
Первая глава книги посвящена общим принципам проектирования и построения машин. Автор не только описывает существовавший порядок создания машин, но и выражает передовые взгляды механиков своего времени. Отмечая взаимосвязь теории и практики, А. К. Нартов писал: «Человеческое понятие двояким образом в мысли определяется: Теориею и Практикою или самым опытом». А. К. Нартов указывал на то, что теория учит, как рассчитывать механизмы, и помогает избежать напрас
346
ной затраты труда и средств при разработке новой конструкции, практика же «производит в машинах движение и опытом самым Теоретическую правду удостоверяет».
Путь перехода от проектов к действующим конструкциям лежит, по мнению А. К- Нартова, через экспериментальные модели, причем проверке могут подлежать как отдельные механизмы, так и машины в целом.
А. К. Нартов традиционно указывал на существование «простых и сложных» машин и на то, что сложные машины «составляются из некоторого числа простых машин, которыми называются одинакие, т. е. несложные машины».
Таким образом, «великое множество»» сложных машин может быть получено из простых машин как из элементов.
Во второй главе книги А. К- Нартов останавливался на «машинных членах». Он описал способы изготовления таких основных деталей машин, как «железные валы и протчие, к персональным машинам принадлежащие члены», «солидные валы, потребные для движения токарных машин», колеса и шестерни, «железные балансы или шатающиеся параллельные рамы» и др. В этой главе рассматриваются и способы изготовления «машинных членов» при помощи «кузнечных работ», наварки, закалки, цементации.
Основная часть рукописи А. К. Нартова содержит описание и чертежи станков, созданных в России. В конструкциях станков широко использовались многозаходные червячные передачи, конические зубчатые колеса, ходовые винты с разными шагами резьбы, цепные передачи со шкивами различных диаметров для перемещения изделия и копира, пропорциональных масштабу, и др. Пространственные изображения конструкций и кинематические схемы станков выполнены в книге с исключительно высоким мастерством.
Возникновение теоретической базы конструирования машин и первых инженерных расчетов механических устройств относится ко второй половине XVIII в. и связано с работами петербургского академика Л. Эйлера.
В 50-х годах XVIII в. Л. Эйлер рассмотрел задачу о том, какую форму следует придавать зубьям вращающихся колес. Решение этой задачи было опубликовано в V томе «Новых комментариев Петербургской академии наук» за 1754—1755 гг., изданном в 1760 г. Эта работа носила аналитический характер. В начале исследования ученый сформулировал условия, необходимые для правильной работы сцепляющихся колес. «Если в машине одно колесо вращается посредством зубьев другого колеса, то обычно должны быть выполнены следующие условия: во-первых, нужно, чтобы при равномерном вращении одного колеса движение другого колеса было также равномерным; во-вторых, при взаимодейст вии обоих колес не должно возникать трения» *.
В результате анализа уравнения для профилей сопряженных зубьев Эйлер пришел к выводу, что одновременное выполнение обоих сформулированных условий невозможно. Кроме того, Эйлер признал, что зубчатые колеса, при вращении которых не происходит трения, для практического использования непригоды. При рассмотрении зубчатых колес, обеспечивающих равномерное движение, Эйлер пришел к выводу о возможности профилирования зубьев по развертке круга — эвольвенте.
* Цит. по ст.: Загорский Ф. Н., Иолоба Г. Л. Академик Л. П. Эйлер — основоположник теории эвольвентного зацепления.— Вестник машиностроения, 1954, № 5, с. 90.
347
23*
В работе «О форме зубьев у вращающихся колес» (1765) Эйлер рассмотрел метод построения профилей зубьев по развертке основных окружностей.
В своих работах Эйлер уделил особое внимание вопросу о числе зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, а также определил их высоту. Вывод о профилировании зубьев колес по развертке круга не потерял своего значения и в настоящее время. Зубья, профиль которых выполнен по эвольвенте, просты и дешевы в изготовлении, допускают любые сочетания колес, обеспечивают постоянное направление усилия, передаваемого зубьями.
В 1775 г. в «Новых комментариях Петербургской академии наук» Эйлер опубликовал решение задачи о равновесии гибкой и нерастяжи-мои нити, лежащей на окружности круга, находящегося в покое, и соприкасающейся с ним по дуге определенного радиуса. Выводы, к которым пришел Л. Эйлер при решении этой задачи, и по сегодняшний день лежат в основе расчета ременных передач, ленточных тормозов и т. д.
В сочинении академика С. К. Котельникова «Книга, содержащая в себе учение о равновесии и движении тел» (1774) в главе IX указывается на практическое приложение теории равновесия нитей для определения натяжения цепей и канатов и определения их длины, исходя из усилий разрыва от собственного веса.
Последняя четверть XVIII — первая четверть XIX столетия характеризуется расширением технического образования, популяризацией знаний в разных областях техники, появлением ряда работ о машинах. Распространение технических знаний связано с развитием производства, с подготовкой промышленной революции в России.
Необходимость распространения технических знаний в России нашла отражение в учреждении в 1804 г. первого печатного периодического технического издания — «Технологического журнала или собрания сочинений и известий, относящихся до технологии и приложения учиненных в науках открытий к практическому употреблению». Этот журнал издавала Петербургская академия наук. Небезыинтересно привести слова редактора журнала академика В. М. Севергина: «Успехи ремесел и заводов в необходимой находятся связи с успехами наук. Работник, обделывающий различные естественные или искусством приготовленные тела, никогда не найдет способов к доставлению их в большем совершенстве, ежели не просветится правилами основательного умозрения. Простым навыкам приобыкши обращаться с ним, следует он слепо дошедшим до него преданиям и, не ведая ни причин действия вообще, ни средства к замене одной вещи другою, ниже способов, коими бы мог работу свою облегчить и сберечь издержки, или выгоднейшим образом распространить и улучшить свои произведения, не приносит он ни себе, ни отечеству всех тех выгод, коих бы от трудов его ожидать можно было» *.
«Технологический журнал» стад проводником знания и в области машиноведения. В журнале помещались статьи, описывавшие отдельные машины.
* Технологический журнал, 1804, т. 1, ч. 1, с. 3—4.
348
Конструирование и разработка прикладных вопросов механики
Прикладные вопросы механики стали усиленно разрабатываться со второй четверти XIX в. Начиная с 30-х годов создавалась специальная литература по прикладной и технической механике. Первыми работами в этой области были учебники и пособия для учебных заведений.
В 1834 г. для воспитанников Московской практической коммерческой академии была издана «Техническая механика, заключающая в себе руководство к познанию свойства машин». Автор книги Е. И. Классен (год рождения неизвестен — умер в 1862 г.) в предисловии писал, что он поставил перед собой цель, чтобы его сочинение «служило к распространению общеполезных сведений из области механики и руководило к познанию свойства машин, встречающихся в мануфактурной промышленности» *.
В книге наряду с изложением основ теоретической механики описывается устройство ряда машин и механизмов — гидравлического пресса, различных ступальных и водяных колес, деталей и механизмов для передачи движения (зубчатых колес, кулачковых механизмов, ременных передач). Несколько параграфов книги посвящено устройству маховиков и регуляторов.
Книга содержит сведения о прочности материалов и ряд таблиц, в которых приводятся удельный вес различных материалов, сопротивление веревок изгибу и др. К тексту книги приложены хорошо выполненные чертежи.
Заключительная глава книги повествует об общих правилах построения машин. При создании машины «надлежит прежде всего обратить внимание на свойство и величину движущей силы... и стараться употребить оную так, чтобы она производила возможно больший эффект», что, по справедливому мнению автора, зависит не только от способа приложения сил, но также «от устроения каждой отдельной части машины и от взаимного сих частей совокупления».
Автор отмечает, что при построении машины следует обращать особое внимание на обеспечение равномерности ее хода, особенно у машины большого размера. Нарушение равномерности хода ведет к нарушению внутренних связей машины и таит в себе большую опасность.
Е. И. Классен указывает, что схема машины, ее кинематическая цепь не должны содержать лишних элементов, так как «чрез сие выгадываем мы не только что уменьшение трения, но и большую прочность машины»; «нужно иметь гораздо больше сведений для того, чтобы уменьшить число частей машины, нежели увеличить оное».
Учитывая опыт разработки новых конструкций, автор рекомендовал, прежде чем приступать к построению машин, изготовлять их модели. Он изложил правила построения модели: «от модели требуется: 1-е, чтобы сила и тяжесть находились в том же отношении, в каком оне предложены при устроении машины в натуре; 2-е, чтобы все части машины сделаны были по одному и тому же уменьшенному масштабу».
Автор справедливо отмечал, что и при соблюдении этих условий не следует ожидать, «чтобы эффект машины увеличился во столько, во сколько самая машина больше модели». «Причина сего уклонения эффекта машин от эффекта моделей заключается в том, что не все то, что имеет при машине влияние на величину ее действия, растет в том же со
* Классен Е. Техническая механика. М., 1834, с. II.
349
держании, в каком увеличивается самая машина относительно к модели». Трудно учесть, например, возрастание потерь в ременной передаче, употребляемой в машине по сравнению со шнуровой в модели, изменение потерь в подшипниках, прогиб осей и т. д.
В 1837—1838 гг. вышел двумя частями «Курс практической механики» Н. Ф. Ястржембского (1808—1874) для учащихся Санкт-Петербургского технологического института. Это выдающееся произведение было отмечено премией Академии наук. Кроме изложения основных начал механики и приложения их к изготовлению машин, «Курс» содержал табличные данные, необходимые для решения практических задач. Эта работа, по признанию самого автора, опиралась на подобную же книгу французского инженера Ж. Понселе (1788—1867), но ряд разделов — о движении машин вообще, о движителях, об исполнительном механизме и сопротивлении строительных материалов — был написан Ястржембским заново.
Первая часть «Курса» посвящена вопросам общей теоретической механики; вторая — вопросам теории машин и механизмов. Начиналась книга с рассмотрения общей теории движения машин. Читатель знакомился с понятиями работы и коэффициента полезного действия, с выводом и исследованием общего уравнения движения. Далее рассматривались «приводы, посредствующие между принимающею частию и орудием», системы для передачи и преобразования движений, описывались регуляторы, маховые колеса и зацепления. Излагая принципы классификации механизмов Г. Монжа и его последователей (Ланца и Бетанкура), Ястржембский подвергал их серьезной критике как устаревшие. Отдавая им должное и признавая, что в свое время они принесли известную пользу, автор считал, что они уже не нужны, так как показали практическую бесполезность вследствие допускавшегося в них объединения в одной или смежных классификационных группах механизмов совер-, шенно различного функционального (технологического) назначения.
В отдельных случаях Ястржембский ссылался на опыт заводов, описывал способы изготовления отдельных деталей, рассматривал приложения теории сопротивления материалов к определению формы и размеров некоторых частей машин. Размеры отдельных деталей были приведены в таблицах, но автор давал и пояснения, каким образом можно их получить расчетом. Так, размеры спиц колеса могли быть рассчитаны, полагая, что излом происходит у самого основания спицы, а вершина ее находится под действием силы, приложенной к ободу. Такой подход совпадает с расчетным способом определения размера сечения спицы, которым иногда пользуются и при современных расчетах.
«Курс практической механики» Ястржембского, получивший высо-, кую оценку, вполне отвечал своему названию. Он содержал много ценных сведений по устройству как отдельных деталей, так и целых машин.
В 1846 г. Н. Ф. Ястржембский закончил другую книгу — «Начальные основания общей и прикладной механики», подвергнув коренной переделке свою предыдущую работу. Эта книга также имела две части: «Общая механика» и «Прикладная механика» («Приложение общих законов механики к объяснению действий фабричных машин»), но содержание ее было значительно изменено: многое подвергалось переделке, уточнению, многое добавлено вновь. В ее основу было положено понятие работы, впервые введенное Кориолисом в 1829 г. в сочинении «Исчисление действия машин», и все содержание строилось, исходя из принципа «передачи работы» как следствия «закона возможных работ». По определению
350
Ястржембского, «машиною называется всякий прибор, посредством которого действие силы может быть передано из одного места в другое. Всякая машина подвергается действию двух родов сил: движущим силам, или движителям, доставляющим некоторую работу, и сопротивлениям, которые потребляют работу движителей». В этом определении наиболее ярко проявился динамический подход к изучению машин.
Для изучения и оценки существовавших конструкций, а также для конструирования новых машин особое значение приобретали сочинения, обобщавшие опыт построения отдельных групп машин и механизмов, а также атласы и сборники машиностроительных чертежей.
Существенное значение для технического прогресса в XIX в. имело становление новой энергетики, основанной на применении универсальных паровых двигателей. Распространение двигателей нового типа, начавшееся в конце XVIII в., привлекло внимание машиностроителей к разработке конструкций и совершенствованию паровых машин и вызвало появление специальной литературы в этой области.
Однако, несмотря на глубокую разработку учеными прикладных вопросов, положения теоретической механики долгое время не использовались в практике. При решении теоретических вопросов обычно принимались во внимание абсолютно твердые и абсолютно жидкие тела, во многих случаях пренебрегали трением, сопротивлением среды. Это вело к тому, что выводы теоретической механики не всегда совпадали с данными практики. Поэтому конструирование машин и механизмов в первой половине XIX в. по-прежнему носило эмпирический, кустарный характер. Оно основывалось на частных решениях, подсказанных практикой построения аналогичных устройств. Конструктивная разработка новой машины велась от начала до конца в соответствии со вкусами автора. Каждая новая машина была продуктом индивидуального творчества. Все составлявшие машину детали и узлы рассматривались как специфичные для данной машины и разрабатывались применительно к особенностям устройства и назначению именно этой машины.
Недостаточность теоретических обобщений частных конструктивных решений обусловила тот факт, что в течение длительного времени для каждого назначения машину конструировали заново до самой последней детали. Даже крепежные детали, широко применявшиеся в самых разнообразных конструкциях, рассматривались как специфические элементы, свойственные конкретной машине. Размеры многих деталей определялись по месту в конструкции.
Только ко второй половине XIX в., когда развитие техники в России ознаменовалось большими успехами в области добычи металлов, в способах их обработки, в методах изготовления машин, когда осуществлялся переход к изготовлению машин в основном из металлов (к середине XIX в. дерево уступило место чугуну, а последний в свою очередь при изготовлении многих деталей был заменен сталью), когда ручная обработка деталей все чаще заменялась машиной, причем почти все способы обработки были усовершенствованы,— только тогда стали применяться в практике теоретические положения механики, науки о сопротивлении материалов, машиноведения и возникли первые научные методы расчета и конструирования машин.
Теоретическое исследование групп машин и становление специальных дисциплин по конструированию и расчету технических средств открывают следующий период развития в России научных основ проектирования машин.
351
ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
Развитие техники и механических устройств, которое шло в России зачастую самобытными путями, привело к необходимости определенной систематизации и некоторых теоретических обобщений практических знаний, накопленных на предыдущих этапах.
Начальным этапом в истории науки о машинах в России можно считать первую четверть XVIII в. До этого времени печатных произведений, касающихся механики и машин, в России не появлялось. Но несомненно, что интенсивное развитие техники в XVIII в. (в частности, машин и механизмов) обусловило появление определенных достижений в области теории.
«Наука статическая»
В 1722 г., как уже упоминалось, появилась первая русская оригинальная книга о машинах «Наука статическая, или Механика» Г. Г. Скорнякова-Писарева [122]. Автор ее — преподаватель, а затем президент Морской академии, учрежденной Петром I в 1715 г. в Петербурге, руководитель работ по постройке Ладожского канала, один из заметных деятелей техники петровского времени.
Появлению книги Скорнякова-Писарева предшествовала начавшаяся еще в 1708 г. большая переводческая работа, целью которой было дать русским читателям книгу по теории машин, кратко и вразумительно написанную, годную для использования в качестве практического руководства. Это было государственное задание. Для перевода была выбрана книга X. Штурма, немецкого механика, написавшего много работ, весьма популярных в то время. Перед переводчиками возникали серьезные затруднения терминологического характера. Приходилось вводить в русский язык новые понятия, создавать новые слова. Книга Штурма не смогла, однако, удовлетворить поставленным требованиям, и переводы ее не были изданы. Задача создания первой на русском языке книги о машинах была предпринята Скорняковым-Писаревым.
В книге Скорнякова-Писарева кратко, почти конспективно рассматриваются «простые машины» с практическими расчетами их действия.
«Статика» и «механика» были в то время понятиями равнозначащими. «Механика» (или «статика») — наука чисто практическая, утилитарная, техническая. Она представляла собой «художество» — т. е. технику, мастерство, совершенно не касалась вопросов движения тел и оперировала только статическими методами, сводя решение всех задач при расчете машин к применению закона рычага (закона равенства моментов). Динамика же, возникшая в XVII в., составляла в то время совершенно особую, новую науку, не связанную прямым образом с техникой машин, науку чисто теоретическую.
Анализ содержания книги Скорнякова-Писарева, а также современных ему заграничных книг по механике подтверждает эти выводы. Наука о машинах — «механика» — выступала в них еще целиком в своей традиционной форме, унаследованной от древности, в форме учения о подъеме грузов с помощью «простых машин». Машина понималась исключительно как устройство для движения и подъема грузов.
Таким образом, по своему содержанию «Механика» Г. Г. Скорнякова-Писарева представляла собой краткое практическое руководство и технический справочник для обучения мастеров, техников, инженеров военных и гражданских, всех, кто так или иначе в своей работе должен
352
был иметь дело с постройкой или
применением машин для подъема и передвижения гр была первая в России машинах. В то же время бы завершала |шм|ютап тия механики
Теория машин в
Петербургская
явилась одним из главных центров развития науки в Европе. Механика в Академии была представлена рядом весьма крупных ученых. Труды Академии, начавшие издаваться с 1726 г., стали одним из самых авторитетных научных изданий того времени, особенно в области математики, механики, физики. В них печатались классические работы, открывавшие новые пути в науке.
Время с конца 30-х и до второй половины 60-х годов XVIII в. характерно необычайно быстрым подъемом научных исследований в России. Подъем этот выражался прежде всего в изумительной деятельности М. В. Ломоносова.
КРАФТ
ГЕОРГ-ВОЛЬФГАНГ (1701 — 1754)
В период 1738—1765 гг. в Петербургской академии наук разрабатывались самые актуальные
для того времени вопросы теории машин и механизмов. В эти годы была сделана первая попытка нового — динамического — подхода к изучению машин и впервые были решены важнейшие вопросы теории механизмов, связанные с профилированием зубча-
Академик. Приехал в Петербург в 1725 г. Автор первой русской книги по механике «Краткое руководство к познанию простых а сложных машин» (1738), а также книги «Краткое введение в геометрию» (1740). Многое сделал для преподавания и популяризации механики
тых колес.
«Руководство» Г.-В. Крафта
В 1738 г. был издан учебник академика Г.-В. Крафта по теории машин (механике), который был в течение очень долгого времени основным элементарным руководством по этому предмету [72],— одно из лучших руководств по элементарной теории машин XVIII в.
353
ных «
и не ного
Механика в этом учебнике матривалась еще исключи-ехническая статика духе традиционного учения о машинах Однако задачи уже были усложнены и предусматри-валй нео ходдамижучения и
учета трения и других сопротивлений. Все машины разделялись применительно к классическому делению на простые и сложные,
причем сложные рассматривались как комбинации простых. Сохранявшийся до XIX в. этот принцип деленгш мог пол костью оправдать себя в производственной практике. Большое ногообразие существовавших тогда машин никак не умещалось в рамки этого определения и ни-ак не сводилось к комбинациям IX. Поэтому авторы различ-еханик» того времени хотя отказывались от традициоч-определения «сложных ма-
ЭИЛЕР ЛЕОНАРД
(1707—1783)
шин», однако не решалась подробно рассматривать их на основе такого определения, а предпочитали отсылать читателей к
Математик, механик и физик. В труде «Механика» впервые изложил в широком объеме динамику точки при помощи нового математического анализа. Много занимался чисто прикладными задачами
сводным описаниям различных машин. Так поступил и Крафт.
Описания различных машин играли тогда большую роль в популяризации знаний о машинах и механизмах. Сборники описаний с приложением чертежей, охватывающие значительное ко-
личество машин, давно известных и вновь изобретенных, издавались в Западной Европе начиная с XVI в. Особенной известностью в XVIII в. пользовалась уже упоминавшаяся книга немецкого механика Я. Лейпольда. В последние годы своей жизни составлением книги описаний машин занимался А. К. Нартов.
Работы Л. Эйлера
Первая попытка подойти к изучению машин с позиций динамики и рассмотреть их работу в движении принадлежит Л. Эй
354
леру. В области науки о машинах, как и во многих других областях, Эйлер проложил новый путь, создав динамическую теорию машин. Его работы представляют один из важных моментов в истории науки о машинах.
До Эйлера механика представляла собой техническую науку о машинах (о «простых машинах» главным образом). Это была элементарная статика, унаследовавшая в основном свои формы и методы ог времен древности. Она никак (или почти никак) не соприкасалась с динамикой — новой наукой, заложенной и развитой трудами Галилея, Ньютона и других корифеев естествознания. Для нужд динамики был создан могущественный аппарат математического анализа бесконечно малых, а классическая механика (статика) по-прежнему довольствовалась арифметикой и элементарной геометрией. В XVIII в. разрыв между этими двумя разделами механики стал особенно ощутимым. Между тем развитие производительных сил шло все более и более быстрыми темпами. Быстро увеличивались скорости движущихся частей в машинах. Отсутствие теории машин, неумение учитывать динамические величины при их работе вели к многочисленным поломкам и катастрофам.
Все это ясно видел Л. Эйлер. В 1736 г. он издал в Петербурге свою знаменитую «Механику», в которой описал динамику точки, впервые применив аналитический метод изложения.
Однако, чтобы принципы динамики применить к изучению машин, необходимо было создать динамику твердого тела. И Эйлер выполнил эту задачу. Он исследовал движение простых машин как частный случай движения твердого тела.
Разработке общей теории машин посвящены три мемуара Эйлера, напечатанные в «Комментариях» Петербургской академии наук. Первый из них — «О наиболее выгодном употреблении машин как простых, так и сложных». В нем рассматривались движения при работе рычагов разных видов, воротов и механизма многоступенчатой зубчатой передачи, причем в рассмотрение вводились моменты инерции простых машин и их частей и, исходя из основного закона динамики, выводились формулы ускорений для движимых грузов и формулы соотношений между плечами в простых машинах, из которых можно выводить их оптимальные размеры.
Второй мемуар по общей теории машин — «О машинах вообще» (1753) —представляет особый интерес. В нем показана беспомощность традиционной теории машин в вопросах практики машиностроения п полная несостоятельность ее с точки зрения науки того времени. Основную причину этого Эйлер видел не в том, что при расчете пренебрегали трением, и не в других внешних обстоятельствах, а в том, что существовавшая теория машин утверждалась только на законах равновесия, в то время как всякая машина работает в движении. Таким образом, чтобы дать теорию машин, надо опираться на законы движения. Исследование работы простых машин в движении в самом общем виде в было содержанием второго мемуара.
Третий мемуар Эйлера посвящен общей теории машин — «Начала теории машин». В нем обобщены предыдущие исследования в этой области и сформулированы основы новой (динамической) теории машин в виде 16 теорем.
Эйлер многое в науке видел глубже своих современников, вернее угадывал тенденции и будущие потребности развивающейся практики, смелее, чем другие, ломал старые формы наук и открывал новые пути,
355
рискуя в иных случаях на некоторое время оторваться от общего фронта научного движения. В этом смысле он опережал свое время. Его идеи и достижения в области теории машин не сразу стали достоянием учебников и руководств. Но новые идеи хотя медленно, но уверенно пробивали брешь в старой механике и прокладывали широкие пути для ее движения вперед.
Тот факт, что новая (динамическая) теория машин начала создаваться в России, не случаен. В 60-е годы XVIII в. в России появились предпосылки для индустриальной революции. Правда, победила иная — консервативная — тенденция, и страна вновь стала отставать экономически и культурно. Но на какой-то срок во второй половине XVIII столетия Россия занимала первенствующее положение во многих отношениях.
Проблемы трения
Кроме вопросов, касающихся скоростей, ускорений и сил инерции движущихся частей машин, не менее важными для развития науки о машинах в изучаемый период были проблемы трения. Изучение сухого трения твердых тел и определение сил трения, возникающих при работе в машинах, было одной из главных, практически необходимых задач науки и техники на протяжении всего XVIII в. Наряду с трением ставился вопрос о жесткости (негибкости) канатов в машинах. Нужно было определять жесткость при расчетах. Эти два явления — трение и жесткость гибкого органа — рассматривались в теории того времени как две главнейшие «неспособности» в работе машин. Проблемы теории сопротивления материалов, хотя и в малой степени, но тоже стали в этот период проникать в науку о машинах. В большей степени они получили развитие в строительной механике, которая также переживала процесс формирования.
«Механические предложения» Я. П. Козельского
В 1764 г. в Петербурге вышли «Механические предложения» Я. П. Козельского [61] —книга по механике, предназначенная для учащихся военных учебных заведений и представляющая большой интерес для истории науки о машинах. Автор ее Яков Павлович Козельский (1728 — умер после 1793 г.) — оригинальный русский мыслитель, математик, механик и философ. В молодости он был связан с Академией наук, вероятно, учился в академическом университете, затем преподавал механику в Петербургском и Инженерном шляхетном кадетском корпусе.
Книга Козельского была самым полным руководством по механике изданным в России в XVIII в., и оказала большое влияние на учебную литературу последующих десятилетий.
В начале первой главы дано определение предмета механики: «Механика есть наука, которая содержит в себе правила о приведении в равновесие или в движение твердых тел чрез уменьшение силы или времени» [61, с. 1]. К этому определению есть примечание: «Предмет механики составляет тяжесть в телах и сила, которая против ее действует» [там же, с. 7]. Задача механики определялась еще как чисто практическая, в традиционной классической формулировке. Козельский понимал, что старая классическая теория машин была уже недостаточной. Но вопросы динамики машин, поставленные Эйлером, казались
356
еще, видимо, малодоступными. Исследование динамики сложных ма шин и создание их общей теории составляло задачу чрезвычайно трудную и, видимо, непосильную для науки того времени, все еще считавшей машину только приспособлением для передвижения больших грузов малой силой.
Козельский пошел по пути компромисса. В теоретической части книги он подробно разбирал весьма сложные вопросы динамики, но в главах, касающихся машин, в основном ограничивался лишь традиционными статическими расчетами простых и сложных машин в положении равновесия, приводя, впрочем, много интересных практических подробностей и замечаний, отсутствовавших обычно в книгах подобного рода. Касаясь вопросов динамики машин, автор много внимания уделил трению и другим «неспособностям» в работе машин, этой чрезвычайно важной проблеме того периода.
Распространение знаний о машинах
После 1765 г. характер развития науки о машинах в России заметно изменился. Если время с 40-х по 60-е годы было временем наиболее интенсивной разработки теории машин, то в дальнейшем, вплоть до начала XIX в., наступил период более широкой популяризации науки о машинах.
В эти десятилетия со страниц трудов Академии наук и других изданий почти совершенно исчезают исследования по общим вопросам теории машин, но зато все больше появляется описаний отдельных машин и машинных агрегатов («мельниц») для самых различных отраслей производства. Расширяется профессионально-техническое образование в различных школах при производственных предприятиях, а также в мастерских Академии наук, в Академии художеств (где имелись тогда классы механического, часового, инструментального, токарного и прочего мастерства) и в некоторых других учебных заведениях.
Работа С. К. Котельникова
В 1774 г. появилась оригинальная русская работа по механике общего характера, представляющая значительную научную ценность. Это «Книга, содержащая в себе учение о равновесии и движении тел, сочинения Семена Котельникова» [69]. Академик Семен Кириллович Котельников (1723—1806) —талантливый русский ученый второй половины XVIII в., ученик Ломоносова и Эйлера, один из видных представителей эйлеровской школы — подготовил наиболее серьезную из всех оригинальных и переводных книг по механике, изданных в России в XVIII в. К сожалению, опубликована была только первая часть работы, «в которой изъясняются самые первые основания движения тел и учение о равновесии твердых тел».
Полагая, что статику удобнее рассматривать совместно с динамикой, так как равновесие лишь частный случай движения, Котельников обобщил и систематизировал материал громадной важности, подготовленный в предшествующие годы главным образом трудами Эйлера, его учеников и сотрудников. В книге прежде всего излагались проблемы теоретической механики о движении и равновесии тел, но вместе с тем уделялось большое внимание актуальным и сложным вопросам техники, рассматривавшимся как важнейшие и самодовлеющие объекты и.чччения и доводившимся в процессе рассмотрения до практического применения.
357
Теория машин в школьном преподавании и в популярных изданиях
В 80-е годы XVIII в. пропаганда технических знаний в России усилилась. Количество статей и книг, посвященных описанию различного рода машин и «мельниц», последовательно возрастало, достигнув максимума к концу 80 — началу 90-х годов. Характерным для этого периода являлось стремление включать технические знания в школьное преподавание — своеобразная «политехнизация» обучения.
В 1785 г. в Петербурге было издано «Руководство к механике» — учебник для народных училищ, составленный анонимным автором. Переизданный со значительными дополнениями в 1790 г., он представлял собой краткий элементарный курс механики (главным образом технической), написанный ясно и точно, содержавший много сведений о сложных машинах, мельницах, часах и пр. и снабженный большим количеством чертежей. Заметное влияние на автора «Руководства» оказала книга Я. П. Козельского «Механические предложения». Из нее заимствованы отдельные положения и формулировки. Некоторое влияние имела, видимо, и книга С. К. Котельникова. Отличительной особенностью этого «Руководства к механике» являлось стремление возможно шире ознакомить учащихся с различными механическими устройствами, распространенными в производстве того времени.
В 1787 г. вышла книга английского механика Дж. Фергюсона «Лекции о разных предметах, касающихся до механики» в переводе Л. Сабакина [134]. Она имела целью ознакомление интересующихся этим предметом с основами технической механики и важнейшими видами механических устройств того времени. Эти особенности книги Фергюсона и привлекли, видимо, внимание Сабакина, который считал развитие и распространение технических знаний задачей огромной важности.
Теоретическая и прикладная механика
Вторая половина XVIII в. была решающим периодом в развитии механики. Шло выявление и формирование этой стройной системы научных знаний, которая в следующем столетии получила название теоретической механики. Решающее значение в этом процессе имела работа Ж. Лагранжа «Аналитическая механика» (1788). Центром развития механики становится Франция.
Вместе с формированием теоретической механики, но несколько позже по времени, складываются элементы так называемой прикладной механики, также в основном начатой трудами французских ученых.
Прикладная механика создавалась в эпоху промышленной революции в странах Европы, когда мануфактурная техника заменялась техникой машинной. Начало ее формирования совпало с периодом французской буржуазной революции 1789—1794 гг. Социальная революция открыла широкие возможности для развития машинной техники.
Прикладная механика разрушала старое учение о машинах, господствовавшее в мануфактурный период, и постепенно вытеснила его окончательно. Подходя к изучению машин с новых позиций, она рассматривала их уже не в качестве приспособлений для подъема и движения больших грузов малой силой, а как устройства для передачи сил или движения с изменением величины или направления.
358
Теория механизмов
В 90-е годы XVIII в. во Франции Г. Монж высказал мысли о создании новой науки — теории механизмов. Основы ее были созданы преимущественно трудами учеников и младших современников Монжа—Ашетта, Бетанкура и Др.
В России новая наука о машинах не сразу получила положительную оценку и поддержку. Она не нашла никакого отражения в работах Петербургской академии наук, не повлияла и на преподавание механики в русских университетах, где все еще толковали преимущественно о «простых машинах» и о равновесии «силы» и «тяжести». Однако уже с начала XIX в. новые идеи в области теории машин начали постепенно распространяться в русских военно-технических кругах и в специальных учебных заведениях.
Большая роль в первоначальном распространении и развитии новой науки о машинах и механизмах принадлежит Петербургскому институту корпуса инженеров путей сообщения, основанному в 1810 г. и тесно связанному с передовыми идеями и традициями Парижской политехнической школы. Организатором и первым руководителем этого института был А. Бетанкур (1758— 1824), крупный инженер начала прошлого столетия, до конца жизни проработавший в России, один из пионеров кинематики механизмов и автор одной из первых их классификаций.
Уже в первые десятилетия XIX в. наука о машинах в России начинает развиваться в направлении кинематического и динамического анализа механизмов и машин, как бы открывая новый период своего развития, соответствующий машинной технике. Так, в 1823 г. появился труд про-
БЕТАНКУР
АВГУСТИН АВГУСТИНОВИЧ
(1758—1824)
Инженер-механик и строитель. Под руководством Бетанкура выполнен ряд важных работ: переоборудован Тульский оружейный завод, установлены на нем паровые машины, созданные по его проекту, сооружено здание Манежа в Москве, перекрытого уникальными по величине пролета (45 м) деревянными фермами, и т. д. По инициативе Бетанкура в 1810 г. в Петербурге учрежден Институт путей сообщения, которым он руководил до конца жизни
359
фессора Петербургского университета, Института корпуса инженеров путей сообщения и Главного инженерного училища Д. С. Чижова «Записки о приложении начал механики к исчислению действия некоторых из наиболее употребительных машин», написанный целиком с новых позиций. Предметом изучения становится механизм машины и ее работа в целом. «Машина,— писал Чижов,— есть совокупление движимых частей, из коих одни принимают действие движителя, другие же, изменив скорость и направление оного, передают тем частям, которые должны производить полезное действие, т. е. то действие, для которого машина устроена». В этом определении уже нет упоминания о машинах как средстве для подъема и передвижения грузов малой силой.
С 1825 г., ставшего во многих отношениях переломным в истории России, началось систематическое издание русских научно-технических журналов, имевших существенное значение в развитии технических наук и распространении научно-технических знаний («Горный журнал», «Журнал путей сообщения», «Журнал мануфактур и торговли», «Инженерные записки» и др.). В них наряду с переводными статьями во все большем количестве стали печататься оригинальные исследования отечественных авторов по различным техническим вопросам и, в частности, по вопросам практической механики.
Одновременно увеличился выпуск книг по практической механике (переводных и оригинальных), предназначавшихся для учебных целей и для инженеров и мастеров.
Связи с французской наукой
В это время русская техническая наука (главным образом практическая механика) была тесно связана с французской наукой и с прогрессивной французской технической школой. В 20—30-е годы XIX в. французская техническая наука переживала подлинный расцвет. Практическая механика во Франции в эти десятилетия занимала первое место в мире и сохраняла его едва ли не до середины столетия. Именно в эти годы в Парижской политехнической школе и в Школе мостов и дорог трудами талантливых французских ученых (Ж. Понселе, Г. Кориолиса и др.) была создана прикладная механика в том почти каноническом виде, который сохранялся в течение очень долгого времени и применительно к которому воспитывались десятки поколений инженеров Франции, России и других стран. Основное содержание ее составляли общая динамика машин, обязанная своим развитием главным образом знаменитому курсу Ж- Понселе, и кинематика механизмов, классификация которых являлась камнем преткновения для ученых на протяжении всего прошлого столетия. Основная идея, на которой строилась эта «прикладная механика», заключалась в том, чтобы последовательно применить, или «приложить» все основные положения теоретической, или «рациональной», механики (которая после Лагранжа окончательно обособилась от практики и составила стройную систему аксиом, постулатов и теорем) к машинам, механизмам (отсюда ее название — «прикладная»).
Работы французских ученых-механиков были хорошо известны в России, и развиваемые в них идеи легли в основу воззрений, которые распространялись в русских высших учебных заведениях этого периода. Практическая (техническая, или прикладная) механика тогда преподавалась не только в технических учебных заведениях, но и в университетах. Петербургский институт корпуса инженеров путей сообщения был главным центром передовой технической мысли, рассадником тех
360
нических знаний в России. В нем получали образование не только крупнейшие инженеры, но и большинство преподавателей специальных технических дисциплин в других технических учебных заведениях (Главном инженерном училище, Практическом технологическом институте, Училище гражданских инженеров и т. д.).
Наиболее значительными из русских оригинальных книг по вопросам практической механики, изданных в 1825—1855 гг., были произведения Е. И. Классена и Н. Ф. Ястржембского, о которых говорилось выше, а также книга А. С. Ершова.
«Кинематика механизмов» А. С. Ершова
Книга А. С. Ершова «Основания кинематики, или Элементарное учение о движении вообще и о механизме машин в особенности» издана в 1854 г. в Москве. Эта талантливо написанная книга представляет особый интерес. Она посвящена исключительно кинематике механизмов, и чисто кинематический подход к изучению машин проводился в ней с исключительной последовательностью и строгостью.
Александр Степанович Ершов (1818—1867) — преподаватель и организатор технического образования, с именем которого связано основание одного из старейших специальных учебных заведений России — Ремесленно-учебного заведения (впоследствии МВТУ), блестящий пропагандист техники и технических знаний — окончил Московский университет, где был учеником известного профессора теоретической механики Н. Д. Брашмана (1796—1866), по совету которого посвятил себя изучению практической механики. После окончания университета он изучал технические науки в Петербургском технологическом институте и в Институте инженеров путей сообщения. Затем был в заграничной командировке, где слушал лекции лучших парижских ученых и знакомился с передовой техникой того времени на промышленных предприятиях Франции, Швейцарии, Бельгии и в особенности Англии. Вернувшись в Москву и защитив диссертацию, он стал преподавать практическую механику в Московском университете. Его лекции сыграли большую роль в распространении технических знаний, в пропаганде машинной техники, в развитии фабрично-заводской промышленности в нашей стране.
Сторонник кинематического направления в изучении машин, которое не было тогда господствующим и обычным, он считал, что основой такого изучения должны быть способы передачи и преобразования движения, а не динамические вопросы и понятия, составлявшие главное содержание прикладной механики в стиле Понселе и его последователей. В этом направлении Ершов думал примерно так же, как значительно позднее его Ф. Рело, и в некоторой степени был его предшественником. История оправдала такой подход. Наука о машинах XX в. начинается с рассмотрения структуры и кинематики механизмов, и теория машин строится на ней как на своем фундаменте.
Высказывая соображения о необходимости кинематического изучения «механизма машин», А. С. Ершов называет имена своих предшественников — Лейпольда, Монжа и его школу и, наконец, Ампера, мысли которого о кинематике механизмов, высказанные в статье «Опыт классификации наук» (1834), были ему особенно близки. Говоря о кинематике механизмов как о необходимой науке будущего, Ампер писал, что «она должна изучать различные снаряды, посредством которых одно движение переходит в другое: так что, прилагая к этим снарядам на
24 Очерки истории техники в России
361
звание машин, должно будет определить машину не таким снарядом, посредством которого можно изменять направление и напряжение дачной силы, но таким, которым можно изменять направление и скорость данного движения». Эти слова Ампера послужили Ершову своеобразным руководством к действию. В самом деле, исходя из этого кинематического принципа, понятие машины расширяется, становится более общим. В него включаются и такие устройства, для которых передача и преобразование силы не имеют существенного значения и смысл действия которых — только передача и преобразование движения (например, часы). В этом проявилась победа исторически прогрессивной тенденции в теории машин: понятие машины постепенно все больше и больше освобождалось от своего первоначального, появившегося еще в древности, чисто энергетического определения и становилось все более, общим, широким и емким.
При этом Ершов предпочитал графические методы изложения и анализа кинематики механизмов аналитическим методам как более наглядные, убедительные и удобные для целей инженерной практики. По этой причине, рассматривая в своих «Основаниях кинематики» различные системы классификации механизмов, существовавшие к тому времени, он неодобрительно относился к классификации Р. Виллиса, предложенной в 1841 г. и основанной на учете отношений между скоростями смежных звеньев механизма. Считая ее неудачной, он предпочитал ей старые и менее совершенные классификации Ашетта и Ланца—Бетанкура, разработанные на основе принципов, выдвинутых Г. Монжем, и учитывавшие прежде всего характер преобразования формы движения. История подтвердила справедливость мнения Ершова о классификации Виллиса как сложной, нерациональной и непригодной для практического использования.
Зарождение русской школы теории механизмов и машин
Книга Ершова не только завершала определенный период развития науки о машинах в России, но в известной мере открывала новый, значительно более плодотворный и оригинальный период в истории русской технической науки. Она несла в себе некоторые черты, в дальнейшем ставшие наиболее характерными для большинства значительных русских работ в этой области, выполненных во второй половине XIX и в первой половине XX в. Характерно, что один из наиболее выдающихся и оригинальных представителей этой школы, крупнейший математик и механик П. Л. Чебышев (1821—1894) учился, как и А. С. Ершов, в Московском университете у того же профессора Н. Д. Брашмана, затем слушал лекции самого Ершова. Здесь нет необходимости в сравнительной оценке их дарований и вкладов в науку. Оба они увлекались теорией механизмов. В этой области неизменно находились их научные интересы. Начиная с работы А. С. Ершова можно говорить об одном из главных направлений русской научной мысли в области исследований практической механики — о русской школе теории механизмов и машин, которая внесла большой вклад в развитие мировой науки, связанной с именами П. О. Сомова, X. И. Гохмана и Л. В. Ассура.
ЛИТЕРАТУРА
1. Маркс К. Капитал, т. 1.— В кн.: Маркс К-, Энгельс Ф. Соч., т. 23.
2. Маркс К. Капитал, т. 2.— В кн.: Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 24.
3. Энгельс Ф. Анти-Дюринг.— В кн.: Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 20.
4. Энгельс Ф. Диалектика природы.— В кн.: Маркс К.., Энгельс Ф. Соч., т. 20.
5. Ленин В. И. Развитие капитализма в России.— Поли. собр. соч., т 3.
6. [Агентов М. И., Гаврилов И. Г.]. Открытие сокровенных художеств, служащее для фабрикантов, мануфактуристов, художников, мастеровых людей и для экономии. Переведено с немецкого из разных авторов переводчиком Михаилом Агентовым, ч. 1—3. М„ 1768—1771.
7. Аистов Н. Н. и др. История строительной техники. М.— Л., 1962.
8. Александров А. И. У истоков гидротурбостроения. Свердловск, 1957.
9. Александров А. И. Из истории инженерной графики Урала и Сибири. Свердловск, 1959.
10. Арциховский А. В. Древнерусские миниатюры как исторический источник. М„ 1944.
11. Арциховский А. В. Основы археологии. М., 1954.
12. Бадер О. Н. Древнейшие металлурги Приуралья. М., 1964.
13. Бакланов Н. Б., Мавродин В. В., Смирнов И. И. Тульские и Каширские заводы в XVII в.— Изв. ГАИМК, 1934, вып. 98.
14. Балагуров Я. А. Олонецкие горные заводы в дореформенный период. Петрозаводск. 1958.
15. Баташов Н. С., Гагарин Е. И. Е. Г. К'7знецов, выдающийся мастер XVIII века. М„ 1953.
16. Белькинд Л. Д. и др. История энергетической техники. 2-е изд. М., 1960.
17. Берг Л. С. История русских географических открытий. М., 1962.
18. Биографический словарь деятелей естествознания и техники, т. 1—2. М„ 1958—1959.
19. Богаевский Б. Л. Техника первобытно-коммунистического общества.— История техники, т. 1, ч. 1 (Труды Института истории науки и техники АН СССР. Сер. IV). М,—Л., 1936.
20. Богачев И. Н. Секрет булата. (Очерк жизни и деятельности П. П. Аносова). Свердловск, 1957.
21. Боголюбов А. Н. История механики машин. Киев, 1964.
22. Брандт А. А. Очерк истории паровой машины и применение паровых двигателей в России. СПб., 1892.
23. Бриткин А. С. Первые тульские строители сложных вододействующих машин. Деятельность Марка Сидорова, Якова Батищева, Павла Захавы. М., 1950.
24. Бриткин А. С., Видонов С. С. Выдающийся машиностроитель XVIII века А. К. Нартов. М., 1950.
25. [Буйе]. Книга о способах, творящих водохождение рек свободное. Напечатана повелением благочестивейшего великого государя, царя и великого князя Петра Алексиевича. всея ве-ликия и малыя и белыя России самодержца... В царствующем великом граде Москве, лета господня 1708, в иулии месяце. (Пер. с фр. яз. Бориса Волкова.)
26. Введенский А. А. Дом Строгановых в XVI—XVII веках. М., 1962.
27. Виргинский В. С., Савельев Н. Я. Строительство вододействующих устройств на Алтае в XVIII веке. М., 1955.
28. Виргинский В. С. Жизнь и деятель
* Книги, статьи и другие источники, указанные в ратуры не включены.
подстрочных ссылках, в список лите-
363
24*
ность русских механиков Черепановых. М„ 1956.
29. Виргинский В. С. Творцы новой техники в крепостной России. Очерки жизни и деятельности выдающихся русских изобретателей XVIII — первой половины XIX века. 2-е изд. М., 1962.
30. Воронин Н. И. Зодчество Северо-Восточной Руси XII—XV веков, т. 1—2. М„ 1960—1961.
31. Всемирная история, т. 1—6. М., 1955—1959.
32. Гамель И. X. Описание Тульского оружейного завода в историческом и техническом отношении. М., 1826.
33. Геннин В. Описание Уральских и Сибирских заводов. М., 1937.
34. [Герман И. Ф.]. Сочинения о Сибирских рудниках и заводах, собранные надворным советником и академиком Иваном Германом, ч. 1—3. СПб., 1797—1801.
35. Герман И. Ф. Описание Петрозаводского и Кончезерского заводов и производимого при оных литья пушек и снарядов. СПб., 1803.
36. Горнозаводская промышленность Урала на рубеже XVIII—XIX вв. Сборник документальных материалов, составленный А. Г. Козловым и В. Я. Кривоноговым. Свердловск, 1956.
37. Готье Ю. В. Известия Пальмквиста о России.— Археологические известия и записки, издаваемые Московским археологическим обществом, 1899, № 3—5.
38. Данилевский В. В. История гидросиловых установок России до XIX века. М.— Л., 1940.
39. Данилевский В. В. Русская техническая литература первой четверти XVIII века. М.— Л., 1954.
40. Данилевский В. В. Нартов и «Ясное зрелище машин». М.— Л., 1958.
41. Данилевский В. В. Русское золото. История открытия и добычи до середины XIX в. М., 1959.
42. Дорогов А. А. Учение о машинах в русской научно-технической литературе периода мануфактурной техники.—Труды ИИЕиТ АН СССР, 1956, т. 8.
43. Древнерусская миниатюра. Альбом миниатюр из рукописей, хранящихся в Государственной библиотеке СССР им. В. И. Лепина, с описанием и статьями М. Владимирова и Г. Георгиевского. М., 1933.
44. Загорский Ф. Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIX века. М.— Л., 1960.
45. Загорский Ф. Н. Л. Ф. Сабакин, механик XVIII века. М.—Л., 1963.
46. Зворыкин А. А. и др. История техники. М., 1962.
47. Зеленин Д. К. Русская соха. Ее история и виды. Вятка, 1907.
48. Значко-Яворский И. Л. Очерки истории вяжущих веществ от древнейших времен до середины XIX века. М.— Л., 1963.
49. Зубов В. П. Историография естест венных наук в России. М., 1956.
50. История Академии наук СССР в 3-х т. Т. 1 (1724—1803). М.—Л., 1958.
51. История естествознания в России, т. 1,ч. 1—2. М„ 1957.
52. История культуры Древней Руси. Домонгольский период, т. 1, 2. М,— Л., 1948—1951.
53. История русской архитектуры. 2-е изд., испр. и доп. М„ 1956.
54. История техники. Библиографический указатель, вып. 1 —10 (литература, изданная в СССР в 1946—1966 гг.). М„ 1950—1978.
54а. История технического развития угольной промышленности Донбасса. Киев, т. 1, 1969.
55. [Канкрин Ф. Л.}. Первые основания искусства горных и соляных производств, сочиненные коллежским советником Францом Людвигом Кан-крином, ч. 1—10 (пер. с нем. яз.). СПб., 1785—1791.
56. [Каофернгофер А.]. Подробное изъяснение о колесах в водяных мельницах и о внутреннем строении пильных мельниц... сочинено Андреем Као-фернгофером, с немецкого переведена на российский Семеном Зубковым, Курского главного народного училища математических наук и физики
учителем. Курск, 1793.
56а. Карпенко 3. Г. Горная и металлургическая промышленность Западной Сибири в 1700—1860 гг. Новосибирск, 1963.
57. Кирпичников А. Н. и др. Метательная артиллерия и оборонительные сооружения древней Руси. М., 1958.
58. К истории открытия и изучения месторождений полезных ископаемых. Сб. статей. М., 1963.
59. Ковалевский Е. П. Путешествие во внутреннюю Африку. СПб., 1849.
60. Коган Ю. Я. Просветитель XVIII века Я. П. Козельский. М., 1958.
61. [Козельский Я- П.} Механические предложения для употребления обучающегося при Артиллерийском и инженерном шляхетном кадетском корпусе благородного юношества, сочиненные артиллерии капитаном .Яковом Козельским. СПб., 1764.
62. Козлов А. Г. Творцы техники на Урале. Краткий биографический указатель. Свердловск, 1954.
63. [Колмаков А. В.]. Карманная книжка для вычисления количества воды, вытекающей через трубы, отверстия или по жолубам; также и силы, ка
364
кою они ударяют, стремясь с данною скоростью; с приложением правил для вычисления трений, производимых в махинах, в пользу находящихся при строении мельниц и проведении вод. Сочинение Алексея Колмакова. СПб., 1791.
64. Колчин Б. А. Техника обработки металла в Древней Руси. М., 1953.
65. Колчин Б. А. Черная металлургия и металлообработка в Древней Руси.— В кн.: Материалы и исследования ио археологии СССР, М., вып. 32, 1953.
66. Костомаров В. М. Из деятельности Русского технического общества в области машиностроения. М., 1957.
67. Косточкин В. В. Русское оборонное зодчество конца XIII — начала XVI веков. М., 1962.
68. Косточкин В. В. Государев мастер Федор Конь. Л1., 1964.
69. [Котельников С. К.]. Книга, содержащая в себе учение о равновесии и движении тел, сочинения Семена Котельникова. Часть 1, в которой изъясняются самые первые основания движения тел и учение о равновесии твердых тел. СПб., 1774.
70. Качин Г. Е. Материалы для терминологического словаря древней России. М„ 1937.
71. Краткая история СССР в двух частях, ч. 1. М.— Л., 1963.
72. [Крафт Г. В.]. Краткое руководство к познанию простых и сложных машин, сочиненное для употребления российского юношества. Переведено с немецкого языка чрез Василья Адо-дурова, адъюнкта при Академии наук. СПб., 1738.
73. Кудрявцев А. С. Очерки истории дорожного строительства в СССР, ч. 1. Дооктябрьский период. М., 1951.
74. Кузин А. А. История открытий рудных месторождений в России до середины XIX в. М., 1961.
75. Кузнецов Б. Г. Творческий путь Ломоносова. 2-е изд. М., 1961.
76. Кутателадзе С. С., Цукерман Р. В. Очерки развития теории тепла в работах русских ученых XVIII и XIX столетий. М.— Л., 1949.
77. Ламан Н. К. Развитие техники волочения металлов. М., 1963.
78. Эйлер Л. Сборник статей в честь 250-летия со дня рождения, представленных Академии наук СССР. М„ 1958.
79. Лисичкин С. М. Очерки развития нефтедобывающей промышленности СССР. М„ 1958.
80. Ломоносов М. В. Первые основания металлургии, или рудных дел. СПб'., 1763.
81. Лукьянов П. М. История химических промыслов и химической промышленности России до конца XIX в., т. I—IV. М.— Л., 1948—1955.
82. Любомиров П. Г. Очерки ио истории русской промышленности в XVII, XVIII и начале XIX века. М., 1947.
83. Львов И. А. О пользе и употреблении русского земляного угля. Сочинена в Гатчине 1799 августа в 27 день. СПб., 1799.
84. [Магницкий Л. Ф.[. Арифметика, си-речь наука числительная. С разных диалектов на славенский язык пре-веденая, и во едино собрана, и на две книги разделена. И ныне же... в богоспасаемом царствующем великом городе Москве типографским тиснением ради обучения мудрозюбивых российских отроков, и всякого чина и возраста людей на свет произведена первое в лето.,. [1703], индикта [дня] 11, месяца ианнуария. Сочинися сия книга чрез труды Леонтиа Магницкого.
85. Матвеев Г. А. История отечественного котлостроения. М., 1950.
86. Материалы для истории императорской Академии наук, т. 1—3 (1716— 1738). СПб., 1885—1886.
87. Мевиус А. Ф. Чугунолитейное производство, или систематическое изложение всех способов и приемов, употребляемых для получения литейного чугуна, приготовления моделей, производства формовки, отливки и окончательной отделки разных чугунных изделий. Харьков, 1859.
88. Меженко Ю. А. Русская техническая периодика 1800—1916 гг. Библиографический указатель. М.— Л., 1955.
89. [Монж Г.]. Искусство лить пушки. Сочинение г-на Монжа Пер. с фр. яз. П. Раткевича и И. Горбовского. СПб., 1804.
90. Наумов В. П., Козлов А. Г. От Екатеринбургской фабрики до современного завода. Свердловск, 1957.
91. Новик Е. О., Пермяков В. В., Козленко Е. Е. История геологических исследований Донецкого каменноугольного бассейна (1700—1917).
Киев, 1960.
92. Обручев С. В. Русские поморы на Шпицбергене. М., 1964.
93. Оловяншцников Н. История колоколов и колокололитейное искусство. 2-е изд., дополненное. М., 1912.
94. Остальский Вс. И. Заметки о грузоподъемных кранах в России до начала XIX века.— Труды ИИЕ иТ 411 СССР, 1960, т. 29.
95. Остальский Вс. И. К вопросу о месте истории естествознания и техники в системе исторических наук.— Вопросы истории естествознания и техники, 1963, вып. 15.
96. Остромецкий А. А. Алексей Иванович Узатис. М., 1951.
97. Павленко Н. И. История металлургии в России XVIII века. М., 1962.
98. Памятники каменного и бронзового
365
веков Евразии. Сборник статей под ред. О. Н. Бадера. М., 1964.
99. Пекарский П. П. Наука и литература в России при Петре Великом, т. I—II. СПб., 1862.
100. Пшгуныров В. Н. Иван Петрович Кулибин. Жизнь и творчество. М., 1955.
101. Пономарев К. П., Штейнер С. И. Очерки истории нефтяной промышленности Кубани. М., 1958.
102. Пономарев Н. А. Возникновение и развитие ветряной мельницы. М.. 1958.
103. [Пюркенштейн А.]. Геометриа сла-венски землемерие. Издается новотипографским тиснением. Повелением благочествейшего великого государя нашего царя и великого князя, Петра Алексиевича... В царствующем великом граде Москве. В лето... 1708. Индикта [дня] первого. Месяца марта. [Пер. с нем. яз. Я- В. Брюса с редакторской правкой и дополнениями Петра I].
104. Радциг А. А. История теплотехники. М,— Л., 1936.
105. Райнов Т. И. Наука в России XI— XVII веков. М,—Л., 1940.
106. Раскин Н. М. Иван Петрович Кулибин (1735—1818). М,—Л., 1962.
107. Раскин И. М., Малькевич Б. А. Рукописные материалы И. П. Кулибина в архиве Академии наук СССР. Научное описание с приложением текстов и чертежей. М.— Л., 1953.
108. Розенфельд С. Я., Клименко К. И. История машиностроения СССР (с первой половины XIX в. до наших дней). М„ 1961.
109. Рубцов И. Н. История литейного производства в СССР, т. 1. 2-е изд., доп. и перераб. М., 1962.
110. Руденко С. И. Горноалтайские находки и скифы. М.— Л., 1952.
111. Русский изобретатель-металлург В. С. Пятов.— Сборник документов под ред. акад. Н. Т. Гудцова. М., 1952.
112. Рыбаков Б. А. Ремесло Древней Руси. М„ 1948.
113. Рыбаков Б. А. Первые века русской истории. М., 1964.
114. Савельев Н. Я. Выдающийся паро-техник—барнаулец С. В. Литвинов. Барнаул, 1950.
115. Савельев Н. Я. Козьма Дмитриевич Фролов. Жизнь и деятельность замечательного русского изобретателя. Свердловск, 1950.
116. Савельев И. Я- Сибирские механики П. М. Залесов и М. С. Лаулин. Новосибирск, 1953.
117. Савельев Н. Я- В старом Салаире. Из истории зарождения промышленности Кузбасса. Кемерово, 1957.
118. Сахаров А. М., Муравьев А. В. Очерки русской культуры IX—XVII вв. М„ 1962.
119. Сводный каталог русской книги гражданской печати XVIII века (1725—1800), т. I—II. М., 1962—1964.
120. Семенов С. А. Первобытная техника (Опыт изучения древнейших орудий и изделий по следам работы). М.— Л., 1957.
120а. Семенов С. А. Развитие техники в каменном веке. Л., 1968.
121. Сергеев В. Л. Камские заводы. Из истории возникновения и развития Ижевского и Воткинского железоделательных заводов. Ижевск, 1958.
122. [Скорняков-Писарев Г. Г.]. Повелением всепросветлейшего, державней-шего императора и самодержца всероссийского, Петра Первого, и отца отечествия, изобретенная сия наука Статическая, или Механика, тщанием и трудами господина генерала маэ-ора, и от Бомбардир капитана поручика, и Академии президента Григория Григориевича Скорнякова-Писарева в пользу требующим обучатися. Напе-чатася в Санктъпитербурхской Академии, лета господня 1722, февраля в 20 день.
123. Снегирев Б. Л. Аристотель Фьора-ванти и перестройка Московского Кремля. М., 1935.
124. [Спасский Г. И.]. Горный словарь, составленный Григорием Спасским, ч. I—III. М„ 1841.
125. Сперанский А. Я. Очерки по истории Приказа каменных дел Московского государства. М., 1930.
126. Стоскова Н. И. Первые металлургические заводы России. М., 1962.
127. Струмилин С. Г. История черной металлургии в СССР, т. 1. Феодальный период (1500—1860). М., 1954.
128. Трошин А. К- История нефтяной техники в России (XVII в.— вторая половина XIX в.). М., 1958.
129. Трошин А. К. Иван Евстафьевич Власов, воевода-рудознатец XVII в. М„ 1963.
130. Уварова Л. И. Развитие средств передачи механической энергии. М., 1960.
131. Участкина 3. В. Русская техника в производстве бумаги. М.— Л., 1954.
132. Фаерман Е. М. Развитие отечественной горной науки. М., 1958.
133. Фальковский Н. И. Москва в истории техники. М., 1950.
134. [Фергюсон Дж.}. Лекции о разных предметах, касающихся до механики, гидравлики и гидростатики... сочиненные Г. Фергусоном, а с Английского на Российский язык переведенные Тверским Губернским Механиком Львом Сабакиным, с присовокуплением ко оным собственной его лекции о огненных машинах. В Санкт-петербурге... 1787 года.
135. [Флаша С.] [Flachat 5.]. Основания
366
промышленной механики, выбранные из трудов Христиана, Понселе, д’Обюиссона, Кориолиса, Гашетта, Ланца, Бетанкура, Дюпения, Борни-са, Гениво, Леблана и проч, и проч. Степаном Флаша. Перевод с французского, со второго издания, со мно-1ими дополнениями из Пуансо, Пам-бура, Тредгольда, Евенса, Рюльма и Арманго. М., 1843.
136. Xабаков А. В. Очерки по истории геологоразведочных знаний в России, ч. 1. М., 1950.
137. Xрамой А. В. Очерк истории развития автоматики в СССР. Дооктябрьский период. М., 1956.
1.38. Холостое П. Е. Краткий исторический очерк горно-заводского дела в Олонецком крае и обзор деятельности Александровского пушечно-литейного завода в продолжении его столетнего существования (1774—1874). Петрозаводск, 1874.
139. Чепакал В. Л. Русские приборостроители первой половины XVIII в. Л., 1953.
140. Шафрановский И. И. Николай Иванович Кокшаров. М.— Л., 1964.
141. [Шлаттер И. A.J. Обстоятельное наставление рудному делу, состоящее из четырех частей, в которых описаны рудокопные места, жилы и способы к прииску оных, також учреждение новых рудников, потребные к рудному произведению машины, и разобрание, толчение и промывание руд, с прибавлением о добывании каменного уголья, сочиненное и многими чертежами изъясненное действительным статским советником, берг-коллегии президентом и монетной канцелярии главным судьею Иваном Шлаттером. СПб., 1760.
142. Шухардин С. В. Русская наука о разработке ископаемого угля в XVIII веке. М,— Л., 1950.
143. Ш ухардин С. В. Основы истории техники . Опыт разработки теоретических и методологических проблем. М., 1961.
144. Яковлев В. Б. Развитие способов производства сварочного железа в России. М., 1960.
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Абих Г. В. 162, 184, 185
Авдеев И. В. 232
Аврамов Н. Ф. 135, 136, 153
Агте А. А. 231
Адодуров В. Е. 294
Акема Ф. Ф. 99
Алексеев В. 278
Алексеев С. В. 289
Алеппский П. 75, 237
Аллевдер В. 211
Амман И. 178
Андреев 261
Аносов П. П. 201, 220—222,
233
Антонов Т. 136
Анучин Д. И. 35
Аракелян Б. Н. 50
Аристов Е. 116
Арольт А. 106
Архипов А. 232
Арциховский А. В. 58, 67
Ассур Л. В. 362
Астраханцев И. 116
Бабины Р. и Ф. 133
Бадаев С. И. 220
Баженов В. И. 22
Баженов М. С. 178
Бакланов И. Б. 323
Барауков 163
Барберини Рафаэль 81, 236
Баренц В. 93
Бартеньев А. 104, 106
Баташев А. Р. 317
Баташев И. Т. 116, 131, 197
Батория С. 86
Батуров П.Н. 220
Башевич Н. 167
Бек Л.201
Белоусов В. 133
Белый И. 153
Бем Ю. 106
Берд 289, 333
Беринг В. 22, 133
Бернулли Даниил 259, 260,
271, 336
Бессонов 132
Бетанкур А. А. 350, 359, 362
Бибиков М. 103
Бигитов Д. 258
Боголюбский А. 83
Божерянов Н. Н. 295, 296
Борин К. 116, 197
Бородин И. 163
Ботышев Ф. 206, 207
Братцев С. 125
Брашман Н. Д. 361
Бригонцов И. 152, 154, 155, 167
Брусницын Л. И. 163, 229
Брюс Я. В. 117, 127
Бутовский Ю. И. 167
Бюрно К. И. 180
Ваганов Ф. С. 172, 255—257
Варвинский И. И. 232
Ватер Дж. 104, 106
Вейс бах Ю. 274, 275, 277
Викулин С. 116
Вилькинсон Д. 318
Виниус А. А. 105, 108
Виниус А. Д. 99, 194, 195, 236
Виноградов Д. И. 124
Власов И. Е. 109
Волков М. 151
Волынский А. П. 177
Вольф X. 124
Воронин Н. Н. 83
Воскобойников И. И. 159, 162, 183
Выродков И. Г. 84
Вяткин А. С. 126, 175, 286
Таблиц К. И. 180, 181
Гаврилов С. 100, 105, 223
Гайдуров 220
Галкин Я. Г. 105, 108
Галовей X. 75
Гамалея П. 295
Гамель И. X. 23, 330
Гаскойн 248, 249, 250, 286
Гаусман К. Ф. 261
Гельман 159
Гельмерсен Г. П. 162, 166
Геннин В. И. 121 — 123, 125, 126, 127, 130, 134, 137, 140, 147, 151, 198, 200, 205, 224, 225, 241—243, 245, 252, 264, 323
Геншель 276
Герберштейн С. 93
Герман И. Ф. 138, 200, 247, 266
Гернгросс А. Р. 181
Гесс Г. И. 176
Гильденштедт И. А. 134
Глушинский 261
Гмелин И. Г. 133, 134, 190
Гмелин С. Г. 134
Годунов П. 108
Голованов И. 133
Головни В. 91
Головин Д. Ф. 248, 249, 255, 256, 336
Голляховский И.164
Головщиков К. Д. 122
Горбов С. 107
Горин В. 132
Гордый С. И. 81
Горов К. 107
Гофман Э. К. 167
Гохмап X. И. 362
Греков Б. Н. 52
Граль И. 140, 143, 144
Григорьев Г. 100
Гунстман Б. 219
Гурьев А. 159, 161, 162
Данилевский В. В. 239, 294
Данилов Е. 335
Дашков И. 106
Дашков С. 107
Дежнев С. 21
Демидов А. Н. 119, 151, 165, 227, 245
Демидов Никита 116, 119, 122, 151, 197, 200
Дерябин А. Ф. 124, 157, 158
Дмитриев Н. 161
Добронравов А. А. 297
Донской Д. 14, 79
Дробыш X. 100, 108
Дубинин С. 97
Дьяконовцев Г. 108
Евневич И. А. 261
Еремеев В. 102
Еремеев П. В. 166
Ермолин В.Д. 86
368
Ершов А. С. 289, 361, 362
Ефименко П. П. 27
Жилин А. Т. 105
Жирар 276, 278, 279
Жонваль 276, 279, 281
Забелин И. Е. 77, 236
Заводии 163
Загрясский Г. 106
Зайцев Д. 93
Залесов П. М. 126, 255—258,
287
Захаво П. Д. 330
Захарий Г. 107
Захаров С. 108
Захаров Я. Д. 294
Зворыкин А. А. 151
Зиновьев А. 107
Зорен 106
Зубков С. 259
Иваницкий А. 162
Иванов Е. 105
Иванов М. И. 2Г5
Иван IV (Грозный) 17, 79,
84
Ивстров А. 108
Игнатьев А. 108
Избрант Е. 116
Изгоров Л. 330, 331
Иконник Г. 104
Иосса А. А. 213, 214
Иосса Г. А. 232
Исаев Д. 104
Истома Г. 93
Каншов М. 106
Каофернгофер А. 259
Капустин Г. 151
Карамышев А. М. 125
Каргопольцев И. 191
Карелин В. 286
Карелин Г. С. 181
Картмазов 295
Кашинцев Д. 223
Кверкалов Ф. 104
Кейзерлинг А. А. 161
Кичигин А, И. 125
Кларк М. Е. 216
Классен Е. И. 349, 361
Клаус К. К. 233
Клерик М. 108
Князев И. 153, 154
Ковалевский Е. И. 161, 163
Кожевников В. И. 105
Козельский Я. П. 356, 358
Козин 165
Козопасов С. Е. 172
Кокшаров Н. И. 161
Коллинз С. 75
Колычев Ф. 69
Комаров И. К. 162
Конь Федор 88, 89
Кориолис Г. 360
Корковен А. 108
Корт Г. 210, 216
Котельников С. К. 348, 357,
358
Крафт Г. В. 286, 290, 294, 353, 354
Крашенников С. П. 22, 133
Кузнец С. 102
Кузнецов Е. Г. 142, 144
Кузнецов Ф. 102
Кулибин И. П. 22, 286, 299, 300, 344
Кутузов М. 123, 125
Лагранж Ж. 358, 360
Лаксман Э. 285
Ланц 350, 362
Ларев Д. 93
Лаулин М. С. 126
Лахтин М. Ю. 79
Левакд.чаи А. 103, 109, НО, 224
Левонтьев Г. 104, 106
Левшин В. А. 259, 260, 286, 295
Лейпольд Я. 335, 354, 361
Лейтман И. 336
Ле леснов 133
Ленин В. И. 19, 117, 1э7, 297
Ленц Э. X. 296
Лепехин И. И. 22, 134, 178, 179
Лисовский С. А. 108
Литвинов В. 104
Литвинов М. 104
Литвинов С. В. 286, 288, 289
Литвинов Я. 104
Логинов 197
Ломоносов М. В. 22, 124 126—130, 138, 145, 146, 176, 231, 247, 260, 291—293, 353
Лосев С. 103
Лыков Е. 132
Львов Н. А. 155, 156
Любарский В. В. 232
Магницкий Л. Ф. 127, 345
Майерберг А. 75
Максименко Ф. Е. 261
Маложенпнов П. 107
Мальцев Н. 208
Мамкеев А. 107
Мамышев Н. Р. 164, 232
Маньковский Г. И. 114
Маркс Карл 25, 35, 48, 62, 69, 72, 76, 265, 282
Марселис Л. 105
Марселис П. П. 99, 105
Марселис X. 105
Матвеев Б. И. 99
Матюшкин М. А. 178
Машуков А. 107
Мевиус А. Ф. 321, 322
Меглицкий Н. Г. 167
Меджер И. 286, 290, 291
Менделеев Д. И. 219
Мессершмидт Д. 133, 134
Меховский М. 87
Милованов В. 108
Милютин А. 268
ЗВ9
Миляковы Т. и И. 116, 197
Минин Д. 108
Модели Г. 329, 332
Моисеенко Ф. П. 124
Мокеев И. 227
Молодой Ф. 133
Молчанов 134
Монгайт А. Л. 64
Монж Г. 265, 350, 359, 361, 362
Морен 269
Морозов И. 151
Моторин И. Ф. 336
Муратов 132
Мурчисон Р. 161
Мусин-Пушкин А. А. 135, 136, 154, 162
Мухин И. М. 233
Мышецкий Т. 107
Нагавиков А. И. 178
Наелов И. 104
Назукин М. 287
Наквасин Д. 133
Н акоряков Ф. 103
Нартов А. К. ЗОЭ, 327, 328, 329, 332, 334, 338, 344, 346, 347, 354
Нарыков Л. 100, 101, 107
Нарыков С. 100, 101
Наумов Р. 132
Невельский Н. И. 167
Неелов Д. Д. 261, 262
Нейберг 261
Нератов А. И. 275, 276
Несмит Дж. 303, 304
Нестерук Ф. Я. 90, 238
Никитин А. 13
Никсон Дж. 151
Никулин Б. 151
Новосильцев А.Н. 185, 187
Норберг 317
Ньюкомен 282, 286, 294, 295
Оботуров И. 163
Обухов П. М. 222, 223
Одинцов Д. 125
Окладников А. П. 40, 94
Ошвинцев М. 163
Павлов М. А. 123, 200
Палибин 261
Палицын И. 151
Паллас П. С. 22, 134, 138, 167, 179, 180
Пальмквист Э. 113
Пандер X. И. 166
Папен Д. 173, 282
Патрикеев С. 100,101
Пенн Дж. 211
Пенн С. 211
Петр I 117, 122—124, 128, 151, 157, 162, 177, 178, 195, 241, 245, 324, 329, 335, 352
Петров В. В. 126
Петров С. 97
Поздняков М. 132.
Ползунов И. И. 22, 125, 130.
148, 200, 248, 253—256, 282—286, 293, 294, 309, 310, 344, 345
Поливин А. 191
Полторацкий А. М. 158
Понселе Ж. В. 276, 350, 360
Попов М. 135
Порошин А. И. 148
Постник Барма 89
Поярков В. 21
Приклонский Б. 106
Прозоровский Д. И. 114
Прядунов Ф. С. 132, 178
Пульман И. 105
Путилов 3. ПО
Путилов Н. И. 166
Радищев А. Н. 22
Райзер Г. В. 124
Распута 107
Рахманинов И. И. 268—270
Реомюр Р. А. 219, 318
Речкунов В. Е, 126
Рихман Г. В. 291, 293
Робек Дж. 210
Роджерс С. 211
Рожков В. И. 261, 268, 272—
274, 276—278
Романовский К. Д. 116
Рондалер С. 151
Руденко С. И. 70
Руффо Марко 86
Рыбаков Б. А. 59, 63, 73
Рыбников П. 125
Рычков П. И. 179
Рюмин Я. К. 116, 197
Рюмины Н. и П. 151
Рязанцев 75
Сабакин Л. 286, 294, 300, 344, 358
Саблуков А. А. 173
Савинов Ф. 81
Салманов И. 103
Салтыков Ф. С. 335
Санников 134
Сафонов И. Е. 271—273, 276, 277
Свешников П. А. 105
Свешников Ф. 108, ПО
Севастьянов 261
Севергин В. М. 191, 348
Севери 282
Селин М. 108
Семенов В. Н. 184
Семенов С. А. 29
Сенеев И. И. 179
Сербин Л.75
Сиверс И. 167
Скорняков-Писарев Г. Г.
127, 346, 352
Словцов П. А. 103
Смирнов А. П. 66
Смотрицкий 20
Собипские М. и Е. 132
Соболев С. 107
Соболевский П. Г. 232
Соймонов М. Ф. 157
Соймонов Ф. И. 178
Солари Пьетро 86
Сомов П. О. 362
Старцев К. 132
Стасов В. П. 216
Степанов Л. 108
Стоскова Н. И. 68
Стрешнев В. И. 104
Строгановы 116
Струмилин С. Г. 189
Сулеев К. 133
Сысоев В. 232
Табберт Ф. 133
Тадцит Е. 107
Татищев В. Н. 119—123,
125, 126, 128, 245
Тереножкин А. И. 41
Терентьев М. 76
Тет А. 340
Тиме И. А. 247, 270, 276, 279
Титов М. 151
Тихомиров М. Н. 60, 69
Толстов С. П. 41
Толстой М. П. 114
Трегубов С. 113, 116
Тривальд М. 130
Троицкий К. К. 65
Тумашев А. И. 102, 104, 223
Тумашев Д. А. 102, 189
Тупальский С. 109
Уатт Дж. 266, 283, 286, 294, 295
Узатис А. И. 176,273—275
Уразметов Н. 179
Урасов Д. 102
Ушаров Т. 105
Фабрикант Е. 236
Фадеев Я. 196
Фальк И. П. 134, 179
Фандергатен Е. 105
Федоров В. В. 39
Федоров Д. 100, 101
Федоров И. 17
Федоров Н. 97
Флетчер Дж. 79
Фоллендорф Н. П. 183
Фомин П. И. 173
Фонвизин А. 112
Фосс М. Е. 55
Френсис Д. 276, 281
Фрик С. 106
Фролов К. Д. 125, 144, 147—
150, 172, 254, 256, 265
Фурнейрон Б. 271, 274, 276
Фьораванти Аристотель 71, 72, 86
Хабаров Е. 21, 132
Хаджемиров О. 163
Хитрово Я. Т. 102, 108
Хитров Т. (Хитрой) 338
Хомяков А. 291
Хотинский М. 296, 297
Хрипунов Я. 107
Цицишвили И. Н. 50
Чайковский И. П. 211
Часовик С. 75
Чащин А. 163
Чебышев П. Л. 269, 270, 362
Чевкин К. В. 171
Ченслер Р. 87
Черепанов Г. 132, 177
Черепановы Е. А. и М. Е.
175, 287, 288, 291,300, 324, 331, 333
Черницын И. И. 126
Черных Е. Н. 42
Чижов Д. С. 268, 288, 295, 360
Чириков А. И. 22, 133
Чохов А. 97
Чулков В. С. 248
Чумпин С. 120
Шамшуренков Л. 338
Шангин И. П. 162
Шапошников Е 132
Шарапов Я. 107
Шахаиии Я. 177
Шиллинг П. Л. 169
Шилоносов И. А. 278, 279
Шлаттер И. А. 126—130,
138, 140, 152, 219, 228, 283, 284, 294, 345
Шлитте 79
Шляттер 134
Шобер Г. 177
Шпилькин В. 107
Штеллин Я. Я. 153
Штурм X. 352
Шурлин А. 135
Эйлер Л. 260, 271, 336, 347, 348, 354, 355
Энгельс Фридрих 29, 35, 48, 62, 75, 76, 282
Эриксон 296, 297
Эрман А. 167
Югов М. 153
Юндзилл К. 184
Юрич Д. 105
Якоби Б. С. 296
Яковлев 167
Яковлев Е. 116
Яковлев И. 100, 108
Яковлев П. 134
Яковлева О. А. 89
Якшимбетов 179
Ярцев А. С. 136, 157, 248, 250, 309, 317
Ясинский А. 74
Ястржембский Н. Ф. 350, 351, 361
предметный указатель
Артиллерийские орудия 97
Асфальт 179, 180
Бронзовый век 7, 8, 42—48
Бурение солеиодъемных и нефтяных скважин 115
Буровзрывные работы 138— 140
Буровой станок и буровые инструменты 167, 168, 184, 185
Валы 323—328
Вагранки 316—320
Винты 325, 330
Военная техника 94—97
Воздуходувные мехи кричных горнов 206, 207
Водоотлив 142—144, 173— 175
Водоподъемник Е. Г. Кузнецова 142, 144
Водяные колеса 191—193, 262—270
Гидравлические турбины 271—281
Гидротехнические сооружения и гидросиловые установки 68, 69, 234, 239—281
Глиняная посуда 40
Гончарное искусство 26
Г орп карельский плавильный 192
Горное дело 43, 65, 98—187
Горное образование 124— 126
Горное положение 1806 г. 157—159
Горный устав В. Н. Татищева 119—121
Двигатели гидравлические 262—281
— »— паровые 282—291
Дороги и мосты 90—92
Доменные печи 193—203
Древнейшие разработки меди и олова 43
Древняя колесница 52, 53
Железный век 8
Жилища, их сооружение 36, 37, 41, 42
Замки 73—74
Земледельческие орудия 58, 59
Золото, разведка и добыча его 110, 229—232
Инструмент режущий 330
Кирпич, начало его изготовления 85, 86
Ковка металла 301—305
Колеса зубчатые 326—334
Колодезный способ добычи нефти 181 —183
Конструирование машин 341—351
Краны подъемные 337, 339, 340
Кричный передел чугуна 203—209
Крупнейшие русские сооружения XV—XVI веков
86—89
Кузнечная сварка 305, 306
Кузнечные инструменты 67
Кузнечные молоты вододействующие 301—303 —»—паровые 303—305
Литейное дело 67, 308—322 Лук и стрелы, их изобретение 26, 35
Материалы для каменного строительства 85
Машиностроение 298—362 Медь 39, 223—227
Мельницы водяные 68, 69, 72, 73, 234—236
Металлургия 52—55, 65,
188—233
Металлообрабатывающая промышленность 300, 301
Металлообработка в средине века 66—68
Металлорежущие станки: сверлильно-расточные 322—324 строгальные 332, 333 токарные 70, 71, 324—332 фрезерные 333, 334
Механизмы для подъема тяжестей 71, 72
Механические средства труда 69—71
Модели 310
Мореплавание 93, 94
Нефтяные колодцы 181—183
Обогащение и плавление РУД 44
Оборудование для обогащения руд 44, 175
Обработка камня 25, 31
— »— дерева 25
— »— кожи 25
—»— кости 25
Общественное разделение труда 37, 38
Огнестрельное оружие 95, 96
Опоки и формовочные пески 313
Орудия труда, их изготовление 26, 29—31, 38—40, 48
Освоение огня 26, 28
Остроконечники и скребла 29
Отливка изделий 312, 320— 322
Паровой двигатель Ползунова 283—286
Паросиловые установки п
371
паровые двигатели 282— 291
Переработка железных руд 99—102
Плавильный горн-домница 66
Платина 163, 164, 232, 233
Плотины 235—258
Подвижная машина 140— 142
Подсечное земледелие 57
Подъемно-транспортное оборудование 71, 72, 335—341
Производство селитры и пороха 79, 80
—»— бумаги 81
—»— цветных металлов 223—233
Прокат 216, 217
Пудлингование чугуна 209— 213
—»— на газовом топливе 213—215
—»— на каменном угле 215
Пудлинговые печи первой половины XIX века 210— 212
Пушечное дело 97
Разведка и разработка железорудных месторождений 99—103, 169—176
—»— и техника добычи нефти 177—187
—»— каменноугольных месторождений и добыча каменного угля 150—156, 164—167
—»— месторождений медных и серебросвинцовых руд 103—110
—»— , методы и организация ее 130—137, 157— 169
Развитие ремесл 47
Районы древней металлургии 43
Распространение железа в Приуралье и Сибири 55 —»— теоретических знаний в области энергетики 258—262
Ремесленное производство и цеховые организации 59— 65
Речные пути сообщения 92, 93
Реформы горнорудного дела 116—121
Рудничная вентиляция 145, 146
Рудничный транспорт и ру-доподъем 140—142
Рудо- и водоподъемная машина начала XIX века 143—145
Рука человека в процессе труда 25
Русская углеродистая сталь 217—223
Ручная свободная ковка 301
Ручные рубил а 27
Ручной мукомольный жернов 59, 61
Сверление отверстий 38
Свинец 227—229
Серебро 227—229
Соляной промысел 65, 113— 115
Средства передвижения 40, 41
Строительная техника 81 — 89
Строительство металлургических мануфактур 101 —»— рудников и добыча руд 137,138
Строительные материалы, заготовка и производство их 84—86
Сталь, ее производство 217— 223
Сыродутный способ получе ния железа 49, 189—191
Сушка форм 315, 316
Теория машин и механизмов, её возникновение и развитие 352—362
Теплотехника, теория тепла 291—297
Техника выплавки и обработки железа 66—68
—»— добычи руд 111 — 113
—»— разведочного бурения 167—169
Технология литейных работ 308—316
Ткацкое искусство 26, 40
Толчея для дробления руды 147
Трансмиссии 331, 332
Трехзубая соха 58, 60
Турбины 274—276
Формовка изделий 310—316
—»— и отливка снарядов 315
Химические промыслы 77— 80
Центробежный насос А. А. Саблукова 173, 174
Часы механические 75—77
Чертежи и чертежные инструменты 344, 345
Шкив 323—332
Шпиндель 325, 331
Штамповка деталей 306— 308
Энергетика 234 —297
Ювелирные изделия 68
СПИСОК СОКРАЩЕНИИ, ПРИНЯТЫХ В ССЫЛКАХ НА ИСТОЧНИКИ
ЦГАДА — Центральный государственный архив древних актов.
ЦГИА СССР — Центральный государственный исторический архив в Ленинграде.
ЦГВИА СССР — Центральный государственный военно-исторический архив.
ВУА — Военно-ученый архив (в составе фондов ЦГВИА).
ЦГИА АзССР — Центральный государственный исторический архив Азербайджанской ССР.
ЦГИА ГССР — Центральный государственный исторический архив Грузинской ССР.
ГААК—Государственный архив Алтайского края.
ГАКК— Государственный архив Краснодарского края.
ГАНО — Государственный архив Николаевской области.
ГАОРО —Государственный архив Оренбургской области.
ГАСО—Государственный архив Свердловской области
НТФ ГАСО — Нижне-Тагильский филиал Государственного архива Свердловской области.
ГАТО — Государственный архив Тульской области.
Архив ВИМАиИВ — Архив Военно-исторического музея артиллерии и инженерных войск в Ленинграде.
Архив ЛОНИ — Архив Ленинградского отделения Института истории Академии наук СССР.
ГИМ— Государственный Исторический музей в Москве.
НТКМ — Нижне-Тагильский краеведческий музей.
ГБЛ — Государственная ордена Ленина библиотека СССР им. В. И. Ленина.
ГПБ — Государственная ордена Трудового Красного Знамени Публичная библиотека им. М. Е. Салтыкова-Щедрина в Ленинграде.
БАН — Библиотека Академии наук СССР в Ленинграде.
ЛГИ — Ленинградский горный институт им. Г. В. Плеханова.
ПСЗ — Полное собрание законов Российской империи (1-е изд.).
ПСРЛ — Полное собрание русских летописей.
СГГиД—Собрание государственных грамот и договоров.
Ф.— фонд архивного собрания.
оп.— опись архивного фонда.
ед. хр.— единица хранения архивного фонда.
св.— связка документов архивного фонда, л.— порядковый лист единицы хранения архивного фонда (лицевая сторона).
л. об.— оборотная сторона листа, ст.— столбец.
кн.— книга.
карт.— картон.
с.— страница.
д.— дело.
док.— документ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ .......................................
ВВЕДЕНИЕ ................................................................. 7
Первобытнообщинный и рабовладельческий строй....................... 7
Зарождение феодальных отношений...................................... 9
Феодальная раздробленность Руси...................................... И
Образование русского централизованного государства ................. 16
Русское государство в XVII в........................................ 18
Экономическое и политическое развитие России в XVIII в.............. 21
Социально-экономическое развитие России в первой половине XIX в. . . . 23
Раздел первый
ТЕХНИКА НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ С ДРЕВНЕЙШИХ ВРЕМЕН ДО КОНЦА XVI В.
Глава первая. Техника в древнейший период.............................. 25
Вводные сведения.................................................. 25
Создание простейших орудий труда в период становления человека.. 26
Развитие техники в период с тридцатого по пятое тысячелетия до п. э. . . . 30
Развитие техники в четвертом — третьем тысячелетиях до н. э....... 37
Техника бронзового века (второе тысячелетие до н. э.)............. 42
Развитие техники в период распада первобытнообщинного строя и возникновения рабовладельческих государств (конец второго тысячелетия до н. э. и первые века н. э.).................................................
Глава вторая. Техника в древней и средневековой Руси.......................
Земледелие и земледельческие орудия .................................
Ремесленное производство и цеховые организации ......................
Горное дело и металлургия ...........................................
Гидротехнические сооружения и гидросиловые установки.................
Механические устройства......................................... . 69
Химические промыслы................................................. 77
Строительная техника ............................................... 81
Пути сообщения...................................................... 90
Военная техника..................................................... 94
Раздел второй ТЕХНИКА В РОССИИ С XVII В. ДО 60-х ГОДОВ XIX В.
I'л а в а первая. Горное дело......................................... 98
Горнорудный промысел в Московском государстве XVII в............. 98
Мануфактурные горнорудные предприятия в XVIII в................. 116
Начало поисков и разработки месторождений каменного угля........ 150
Техника горнорудных и угледобывающих производств в первой половине XIX в........................................................... 156
Разведывание и техника добычи нефти............................. 177
374
Глава вторая. Металлургия............................................. 188
Состояние металлургии к началу XVII в. Общая характеристика металлургических производств............................................. 188
Сыродутный способ получения железа............................... 189
Развитие доменного производства металла ........ . .............. 193
Кричный передел чугуна........................................... 203
Пудлингование чугуна............................................. 209
Способы производства углеродистой стали ......................... 217
Производство цветных металлов.................................... 223
Глава третья. Энергетика.............................................. 234
Гидротехнические энергетические сооружения XVII в................ 234
Плотины гидросиловых установок в XVII — первой половине XIX в... 239
Гидравлические двигатели......................................... 262
Паросиловые установки и паровые двигатели........................ 282
Развитие теории тепла русскими учеными........................... 291
Глава четвертая. Машиностроение....................................... 298
Возникновение и развитие машиностроительных производств.......... 298
Кузнечное дело................................................... 301
Технология литейных работ........................................ ЗС8
Металлорежущие станки............................................ 322
Подъемно-транспортное оборудование............................... 335
Конструирование машин............................................ 341
Возникновение и развитие теории машин и механизмов............... 352
Литература.............................................................363
Именной указатель......................................................368
Предметный указатель.................................................. 371
Список сокращений, принятых в ссылках на источники................373
ОЧЕРКИ ИСТОРИИ ТЕХНИКИ В РОССИИ с древнейших времен до 60-х годов XIX века
Утверждено к. печати Институтом истории естествознания и техники Академии наук СССР
Редактор В. К. Низковский. Художественный редактор И. В. Разика Технический редактор Л. В. Каскова. Корректоры Е. И. Кореневская, А. А. Лебедева
ИБ № 7562
Сдано в набор 31.03.78. Подписано к печати 27.10.78. Т-17537. Формат 70Х lOO'/ie.
Бумага для глубокой печати. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 30,3. Уч.-изд. л. 30,1. Тираж 7550 экз. Тип. зак. 358. Цена 2 р. 60 к.
Издательство «Наука» 117485, Москва, В-485, Профсоюзная ул., 94а
2-я типография издательства «Наука» 121099, Москва, Г-99, Шубинский пер ., 10
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ
В изданной в 1975 г. книге «Очерки истории техники в России (1861 — 1917 гг,)» ошибочно указаны подписи под шестью рисунками.
Стр. Напечатано Следует читать
77 Броненосец «Наварин» Минный крейсер «Капитан Сакен»
80 Линейный корабль «Севастополь» Броненосец «Наварин»
83 Бронепалубный крейсер «Аскольд» Бронепалубный крейсер «Паллада»
84 Бронепалубный крейсер «Паллада» Бронепалубный крейсер «Аскольд»
86 Минный крейсер «Капитан Сакен» Эскадренный миноносец «Новик»
88 Эскадренный миноносец «Новик» Линейный корабль «Севастополь»