Author: Бабат Г.И. Хачатуров Т.С.
Tags: детская энциклопедия современная техника для среднего и старшего возраста техника и энергия
Year: 1960
Text
Раньше весь человеческий ум, весь его гении творил только для того, чтобы дать одним все блага техники и культуры, а других лишить самого необходимого — просвещения и развития. Теперь же все чудеса техники, все завоевания культуры станут общенародным достоянием, и отныне никогда челове-
ческий ум и гений не будут обращены в средства насилия, в средства эксплуатации.
В. И. ЛЕНИН
В течение ближайших 15 лет СССР выйдет на первое место в мире не только по общему объему производства, но и по производству продукции но душу населения, в нашей стране будет создана материально-техническая база коммунизма, что вместе с тем будет означать великую победу Советского Союза в мирном экономическом соревновании с наиболее развитыми капиталистическими странами.
(Из Контрольных цифр развития народного хозяйства СССР па 1959—1965 годы, утвержденных XXI съездом КПСС)
4
llllilllllll
АКАДЕ/И И>1 педагогических наук
о с к
нци^м^ес/ил
—-J
И
ТЕХНИКА
\(^и&мг1и
агоъихес^их %* ‘ПМ?
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ
Д. Д. БЛАГОЙ, В. А. ВАРСАНОФЬЕВА, Б. А. ВОРОНЦОВ-ВЕЛЬЯ МИНОВ, П. А. ГЕНКЕЛЬ, Н. К. ГОНЧАРОВ, Г. Н. ДЖИБЛАДЗЕ. А. В. ЕФИМОВ. И. А. КАИРОВ, А. Г. КАЛАШНИКОВ, Л. А. КАССИЛЬ, Н. П. КУЗИН, А. Н. ЛЕОНТЬЕВ, А. Р. ЛУРИЯ. А. А. МАРКОСЯН, А. И. МАРКУШЕВИЧ (главный редактор), С. Я. МАРШАК, В. Ф. НАТАЛИ, М. В. НЕЧКИНА, С. В. ОБРАЗЦОВ, Ь И. ОРЛОВ, О. Н. ПИСАРЖЕВСКИЙ, С. Д. СКАЗКИН, Ф. Д. СКАЗКИН. А. А.СМИРНОВ, В. И. СОБОЛЕВСКИЙ. А. И. СОЛОВЬЕВ.Л. И.ТИМОФЕЕВ. Т. С. ХАЧАТУРОВ, Ю. В. ХОДАКОВ, К. И. ЧУКОВСКИЙ, В. Н. ШАЦКАЯ. Д. А. ЭПШТЕЙН
НАУЧНЫЕ РЕДАКТОРЫ 5-ГО ТОМА
Т. С. Хачатуров. Г. И. Баба т, А. А. Бромберг
Заместитель главного редактора II. А. Мурин
Заведующий производственным отделом, заместитель директора издательства Л. Р. (Jeuрений Заведующий редакцией Б. Л. Бараш. Ученый секретарь главной редакции И. М. Аксеяьрод
Учитесь, думайте, трудитесь, дерзайте! — I Г. М. Кржижановский 15
МАШИНА — ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
От орудий первобытного человека до современных машин — И. Я. Конфедератов . .............................
Промышленное предприятие — Д. М. Беркович .....................
Машины и детали машин — А. А. Бромберг.........................
Что такое машина............................................
Двигатель . . * ................................... . . .
Исполнительные органы ......................................
Передачи в машинах .........................................
Системы управления машиной.............................. .
Требования, предъявляемые к машинам.........................
Детали и узлы машины .......................................
Соединения .................................................
Валы, их опоры и соединения............................ .
Детали передач..............................................
Ходовое оборудование .......................................
Тормоза ....................................................
Что такое стандартизация . . ...............................
Язык техники — Л. Г. Ларионов..................................
Как создается машина — А. Л. Бромберг.............................61
Что такое технология машиностроения — Д. М. Беркович . 67
Сколько стоит машина — Л. Я. Гальперштейп .........................71
Ковка-штамповка — И. Пешкин. . . . ... 76
Искусство нагревать металл .................................... —
Два способа . . ...... 77
Ковочные машины............................................. .79
Автоматический кузнец . ..............................’ . 80
Холодная высадка............................................. 81
Металл п форма — И. П е ш к и п .................................. —
Выбор материала ...........................:...................82
Как делают отливки.............................................83
Литейные без земли .............................86
Обработка металлов резанием — Д. М. Беркович.......................88
Как сваривают металл — Ю. А. М о р а л е в и ч.....................97
Новейшие методы обработки — Д. М. Беркович ......................101
Ультразвук работает ........................................... —
Электроэрозпонная обработка ................................... 103
Защита металла — Б. В. Ляпун о в................................. 105
Контрольно-измерительная техника — |3. Н. II е р л я | - . . ... 108
Инструменты точности .... ..............................109
Что такое взаимозаменяемость и допуск . . .111
Инструменты — «ловцы» микронов............................... 112
Что такое дефектоскопия — А. Л. Д о р о ф е е в ... 118
Рентгено- и гамма-просвечивание...............................
Ультразвуковой метод....................................... 119
Магнитные и электромагнитные методы ....................... . .
Люминесцентный метод и метод красок ..................... . . . 120
Метод вихревых токов................................. • . . 121
На машиностроительном заводе — Ю. А. Долматовский . . . 122
Автоматика — Г. И. Б а б а т............ ................ • - 125
Немного истории............. . . ................. . —
Станки-автоматы............................... . . ...........127
Обратные связи ...............................................
Автоматические регуляторы.....................................128
Положительные и отрицательные обратные связи....................—
Обратные связи в живых организмах ............................129
Езда па перекладных и реле.................................. 130
Взаимные превращения..........................................131
Расставим усилители и реле по полкам..........................
«Живые реле» .... 132
- «Органы чувств» и «мышцы» современных автоматов ..............133
Станки-автоматы с обратными связями.............................—
Автоматические линии..........................................134
Автоматы — пилоты и машинисты ................................135
Автоматика будущего...........................................136
Меченые атомы — Б. И. См аги п . ............................. . 137
Измерители глубин ...................................... ...
Контроль на ходу ..............................................138
Сигнал из закрытого котла.......................................—
Вредные заряды................................................. 139
Атомы сообщают...................., . . . ,..................
На переднем крае — Б. В. Ляпунов . . ....................... • .141
ЭНЕРГИЯ — ДВИЖУЩАЯ СИЛА ТЕХНИКИ
Энергия в технике — И. Я. Конфедератов...............
Электрификация нашей страны — А. Б. Маркин .............
Генераторы энергии и двигатели — И. Я. Конфедератов
Тепловые двигатели...................................
Гидравлические двигатели.............................
Вторичная энергетика.................................
Фабрика тепла и электричества — Л. Г. Ларионов........................
Как работает мощная гидроэлектростанция — II. А. Караулов Атомная электростанция — L. И С м а г и н.............................
Как устроены реакторы . . . . ............. .....................
Однородные и неоднородные........................................
Перенос энергии..................................................
Первые киловатт-часы ............................................
Что будет завтра.................................................
Постоянный и переменный ток в технике — Л. Г. Ларионов Энергетика будущего — А. Б. Маркин...............................
Токи высокой частоты в технике — Г. И. Б а б а т.................
Колебания и волны ............................................
Излучение и излучатели........................................
У истоков радиотехники........................................
Спусковые механизмы ..........................................
Электронные п ионные вентили............. ....................
Электронные «свистки».........................................
Молекулярные генераторы.......................................
Мир квантов...................................................
Области света и звука................................... ... .
Зона тепла....................................................
«Ничейная земля» .............................................
Температура ..................................................
Путь одного направления............................... . . .
Безбрежный океан колебаний....................................
Радиоволны............................... ....................
145
147
153
160
162
165
171
175
178
179
180
182
187
192
193
194
195
196
197
198
200
201
202
203
Телевидение ....................................................
Радиолокация .................................................
Радиотелемехапика ............................................
Высокочастотный нагрев ........................................
Электромагнитный луч-резец .......................... .
Высокочастотный транспорт.....................................
Атака атомного ядра ..........................................
Проводная связь — Л. В. К о к о с о в...............................
Как организована связь .........................................
Что передается по проводам.......................... ...........
Путь телеграммы.............................................. .
Фабрика разговоров..............................................
Автоматические вместо ручных..................... ..............
Через материки и океаны.........................................
На высокой частоте..............................................
Будущее начинается сегодня .....................................
Мир электроники — Г. И. Б а б а т .... .............................
Полупроводники в технике — К. А. Гладков..........................*
204
207
208
211
212
214
215
217
219
220
221
222
223
224
228
КАК ДОБЫВАЮТ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ И ПОЛУЧАЮТ МЕТАЛЛЫ
Шахта — подземный завод—И. А. Васильков .......................
Карьеры — И. А. Васильков......................................
Добыча нефти и газа — С. Ф. В а с и л ь е в.....................
Бурение скважин ............................................
Добыча «черного золота».....................................
«Оживление» скважин ........................................
Газ и его использование............................... . . .
Как транспортируют нефть и газ..............................
Хранение нефти и газа........................ ..............
Подземная газификация — И. А. Васильков.........................
Металлургический завод — И Пешкин...............................
Железо, сталь, чугун ............ ..........................
252
253
254
257
Что нужно для плавки.........................................—
Как устроены доменные печи..................................259
Бессемеровская сталь........................................260
Мартеновская печь...........................................261
Легированная, или специальная, сталь ....................... 263
Рождение стального слитка ...................................—
Блюминги и слябинги ........................................ 264
Металл приобретает форму ................................... 265
Сегодня и завтра............................................ 267
Цветные металлы — Н. М. Высоцкая................................268
Алюминий — Н. М. Высоцкая.................................. ... 273
Сделано из порошков — Б. В. Ляпунов.............................278
ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Химия служит человеку — Д. А. Эпштейн.............................281
Первое химическое открызие ................................... 283
Использование огня для получения керамических изделий..........—
Люди овладевают способом восстановления железа.................—
Об алхимиках...................................................—
Когда возникли химия и химическая технология..................284
Проблема соды..................................................—
Развитие производства серной кислоты .........................285
Отброс ли хлористый водород? ...... .................
Проблема питания ............................. ... .... —
На смену природным красителям приходят синтетические..........286
Химики синтезируют высокомолекулярные вещества..............287
Как химики управляют реакциями ... ..................288
Химические заводы . 289
Химическая промышленность СССР................................290
Развитие большой химии .......................................291
Превращения нефти и угля — В. А. Ю ф и н .........................294
Первичная переработка нефти ................................... —
Переработка угля..................... ... .................301
Материалы неограниченного выбора — О. И. 11 и с а р ж е в с к и и . . . 305
Незаменимые качества..........................................306
Как создаются молекулы-гиганты.................................309
Переработка полимеров ........................................316
Как производят питание для растении — С. И. В о л ь ф к о в и ч и
II. А. Поспелов ... 319
Какие бывают удобрения.........................................—
Азотные удобрения ......................... ................
Как производится аммиачная селитра ............ ............
Как получают фосфорные удобрения ...........................
Калийные удобрения . . .....................................
Микроудобрения .............................................
Комплексные (смешанные и сложные) удобрения........... . . .
Как удобрения повышают урожай ..............................
Как развивается промышленность минерал ьных удобрений в СССР . Увлекательные перспективы...................................
КАК ДЕЛАЮТ ОДЕЖДУ И ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ
Путь одежды — 3. П. Преображенская .....................327
Из чего делаются ткани ...............................—
Натуральные текстильные волокна......................328
Химические волокна...................................329
Как из волокна получается пряжа......................330
Как дел'аются ткани и какие они бывают ..............332
Как шьется одежда ...................................336
Как делают обувь — 3. П. Преображенская.................338
Наша шпца — А.Д. Беззубов...............................343
Пекарь-автомат — Г. 10 р м и н..........................345
Завод обедов, завтраков и ужинов — Г. Ю р м и н.........348
Что такое волчок ..................................... —
Машина-миллионер ..........................................349
«Пельменемет»
350
Сосисочный шприц........................................351
Автомат для пирожков................................. . —
Первая пища — Е. Б. Борисов и И. И. Пятнова................352
Чудесные кристаллы — Е. Б. Борисов и И. И. Пятнова . . . . 355
Искусственный холод — В. И. Канторович.....................360
Каток летом....................... ...........................
Холодильные машины ........................................
Свежие фрукты круглый год....................................
Искусственный климат.........................................
Отопление холодом .......................... ................
Глубокий холод ..............................................
МАШИНЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Фабрики сельскохозяйственного сырья — А. В. Еленев...............
Агрегаты .....................................................
Многоотраслевое хозяйство.....................................
Машины на полях...............................................
Сев ..........................................................
Уборка урожая.................................................
Возделывание кукурузы .................. .....................
Машины для овощей ............................................
Как убирают сено..............................................
Животноводческая ферма........................................
Как осушают болота — М. Е. М а ц е н у р о.......................
Тракторы — А. А. Бромберг........................................
361
363
368
369
370
372
375
377
378
382
385
КАК ЛЮДИ СТРОЯТ
Из дерева, металла, камня — А. Я. Козаков ..........................391
Камень..........................................................394
Дерево..........................................................397
Сделано из глины ........................................... 399
Сталь......................................................... 401
Цемент ........................................................403
Железобетон....................................................405
Дом на конвейере ...........................................«... 408
Дом, в котором мы будем жить — О. Н. Я ницкий и В. Р. Р а н-н ев............................................................ 412
Покорение воды — К. М. 3 у б р и к ..............................415
Машины-строители — А. А. Бромберг................................421
Стальные лесорубы и землекопы................................ —
Вода-строитель.............................................. 424
Каменные заводы и мельницы.....................................—
Машины строят дороги.........................................425
Машины забивают сваи ........................................426
Машины поднимают и переносят грузы...........................427
ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА
Железная дорога—Т. С. Хачатуров.................................429
Корабли— | 3. Н. П е р л я |....................................443
Родословная корабля.................................. . . . —
Как устроен корпус корабля .... ...................445
Рангоут ....................................................448
Паруса и такелаж............................................449
Надстройки и рубки...........................................—
Почему корабль плавает................................. ... 450
Двигатели и движители ......................................451
Какие бывают суда ..........................................453
Стоянки кораблей.......................................... 458
Как находят адрес в океане .................................459
Автомобили — 10. А. Д о л м а т о в с к и и ................. . 461
Автомобиль «Москвич-407»................................... 465
За рулем ...................................................470
Машины нашего неба — А. М. Маркуша..............................473
Сложное начинается с простого...............................475
Воздушный лайнер........................................... 476
Крылатые наши защитники.....................................478
Крылатые помощники .........................................480
Самолет возвращается . 481
Полет без крыльев...........................................482
Как техника помогает водпть самолеты — Б. В. Стера иго в........485
От ракеты до космического корабля — К. А. Г и л ь з и н.........489
ТЕХНИКА НА СЛУЖБЕ НАУКИ И ИСКУССТВА
Машины-математики — В. Д. И е к е л и с........................497
«Умный» автомат............................................498
Молниеносный счет..........................................500
Электронная «вертушка»....................................... 500
Чудесные цепочки ........................................... 501
Неви#и*лям пером —
Электронная арифметика ............... . 502
Электронный командир . . . ............... 503
Единица равна тысячам ....................... . . . —
Машина управляет .............................................504
У операционного стола — А. А. Дорохов . . ...............505
Электрические разведчики........................................—
Оружие хирурга................................................507
Искусственное сердце . ..............................—
Врач слышит через стену.......................................5G9
Пушка направлена на опухоль............................. ..... 510
Фотоаппараты — Л. Я. Гальнер штейн.................................—
Ожившая фотография — Л. Я. Г а л ь п е р ш т е й н...............512
Бумага растет в лесу — А. А. Дорохов.............................51g
Откуда пришла бумага............................................—
От бревна до кашицы . ...................................... 520
Машина-гигант...................................................—
От кашицы до листа........................................... 521
Как печаталась эта книга — А. А. Дорохов.........................522
Буквы торопятся по местам.....................................523
Картинка из точек........................................... 524
За три секунды . . 525
Механический художник....................................... 526
Как листы становятся книжкой..................................527
Выставка достижений народного хозяйства СССР — С. С. П о п о в ... 528
На выставке будущего — М. Васильев.....................................530
ВЫДАЮЩИЕСЯ ИНЖЕНЕРЫ И ИЗОБРЕТАТЕЛИ
И. И. Ползунов — Д, М. Беркович........................537
И. П Кулибин — Д. М. Беркович..........................538
Джемс Уатт — М. И. П о с т у п а л ь с к а я...........539
Механики Черепановы — В. С. Виргинский.................540
Джордж Стефенсон — В. С. Виргинский....................543
П. П. Аносов — И. Пешкин ..............................545
Б. С. Якоби — Л. Я. 1 а л ь п е р ш т е и н ......... 546
Д. К. Чернов — А. А. Смирнягнна .......................548
П II. Яблочков — М. И. П о с т у п а л ь с к а я .....550
А. II. Лодыгин — М. 11. П о с т у п а л ь с к а я......551
Томас Алва Эдисон — М. II. II о с т у п а л ь с к а я.553
Н. Е. Жуковский — Д. М. Беркович ... .................555
В. Г. Шухов — А, Я. Козаков ...........................556
Рудольф Дизель — М. II. 11 о с т у и а л ь с к а я ....558
А. С. Попов — Л. Я. Гальперштейн . ....................559
Никола Тесла — Т. К. Гладков...........................561
К. Э. Циолковский — Б. В. Ляпунов......................562
A. II. Крылов — Д. М. Б е р к о в и ч .................564
С. В. .Лебедев — Т. К. Гладков . . ...................566
Юные любители техники — Л. Е. Стахурский........................567
Как строят модели — Е. II. М о с к а т о в......................570
Работайте коллективно........................................571
Знакомство с описанием...................... ................
Подбор деталей и материалов..................................—
Ваши инструменты........................................... 572
«Игра в кубики».............................................573
Испытайте модели............................................574
СПРАВОЧНЫЙ ОТДЕЛ
Что читать по технике — В. В. I я и у нов........575
Указатель имен и предметов — В. Л. Га л ь м и н а с и А. Б. Д м и т р и е в 583 Знаешь ли ты? — С. В. Альтшулер, Л. А. Г и л ь б е р г, А Я. Козаков
Мир машин (художник М. Д. Киселевич) ................. . . 52
II а обороте: Деталь и ее чертеж (художник А. В. Петров)
Ковочный пресс с манипулятором (художник В. Н. Добровольский).................... 80
II а оборот е: Литейный цех (художник В. Н. Добровольский)
Положительные и отрицательные обратные связи (художник С. Г. Наумов)............ 132
II а обороте: Усилители и реле (художник С. Г. Наумов)
Автоматическая линия для производства шариковых подшипников (художникЛ. С. Вен-дров) ................................... 144
II а обороте: Мировой баланс энергии (художник С. Г. Наумов)
Схема действия теплоэлектроцентрали (художник А. В. Петров)..................... 168
II а обороте: Разрез котельной и машинного зала теплоэлектростанции (художник Б. А. Малышев)
Разрез гидроэлектростанции (художник Б. Г. Дашков) ............................. 176
На обороте: Схема действия атомной электростанции (художник В. И. Преображенская.)
Проект плотины через Берингов пролив (художник Н. М. Кольчицкий)................ 192
На обороте: Путь радиоволн (художник В. Н. Добровольский)
Телевидение (художник В. Н. Добровольский) . . ............................... 208
II а обороте: Радиолокация (художник В. Н. Добровольский)
Угольная шахта (художник Л. М. Фомин).......................................... 244
II а обороте: Карьер (художник В. Н. Добровольский)
Нефть и газ — сырье для производства горючего и химических продуктов (художник А . Л. Бельский)......................................................... 256
На обороте: Схема металлургического цикла (художник Б. И. Нестеренко)
Непрерывная разливка стали (художник В. И. Добровольский) .......... 272
II а обороте: Отрасли химической промышленности (художник Ф. С. Борисов)
Перегонка нефти (художник В. А. Долматов) ...................................... 304
На о б о р о т е: От шерсти и хлопка к тканям (художник К. К. Соколов) Хлебозавод-автомат (художник Б. А . Алимов)................'.................... 352
На обороте: Летним каток и схема действия его холодильном установки (художник И. М. Кольчицкий)
Самоходный комбайн СК-3 (художник С. Г. Наумов)................................. 376
На обороте: I усеннчный трактор (художник Л. С. Вендров)
Строительство из камня (художник О. Н. Я ниц кий) ............................. 392
На обороте: Строительство из дерева (художник О. Н. Яницкий)
Строительство из глины (художник В. Р. Раннее).................................. 400
На обороте: Строительство из металла (художник В. Р. Раннее)
Железобетон — строительный материал (художник 13. Р. Раннее).............. 4()8
IГ а обороте: Железобетонные сооружения (художник О. Н. Яницкий)
Сборка жилых домов (художник В. Р. Раннее)................................. 412
На обороте: Современная трехкомнатпая квартира (художник О.И. Яницкий)
Тепловоз ТЭ-3 (художник О. М. Френкель).................................... 432
И а о б о р о те: Панорама железнодорожной станции (художник В. Г. Белкин)
Турбоэлектроход (художник М. II. Гетманский)........................... ... 448
На оборот е: Автомобиль «Москвич-407» (художник К). А . Долматовский)
Морской порт (художник М. II. Гетманский).................................. 456
II а обороте: Самолет ТУ-114 (художник Л. С. Вендров)
Основные узлы автомобиля «Москвич-407», 6 таблиц (художник В. С. К абилинский) ...................................................... . 464—468
Двухколесный транспорт, 2 таблицы (художник В. С. Побыли некий)............ 470
Типы легковых автомобилей (художник Э. Р. Молчанов) ....................... 472
II а обороте: Типы грузовых и специальных автомобилей и автобусов (художник Э. Р. Молчанов)
Техника на службе вождения самолетов, 4 таблицы (художник А. Бирюков) . . 488
Советский космический корабль прокладывает путь человеку к звездам (худож-
ник II. II. Гришин)............................................. . . 492
На оборот е: В кабине космического корабля будущего (художник Н. И. Гришин)
Генеалогическое дерево реактивных двигателей (художник А. II. Кузнецов) . . . 496
На обороте: Электронная счетная машина (художник А. В Петров)
Фотоаппараты (художник Л. С. Вендров)...................................... 512
На о б о р о т е: Виды съемок кинофильмов (художник Г. И. Коровин)
Так делают печатную форму для цветных иллюстраций (художник Л. С. Вендров). 526
На промышленной выставке будущего (художник К. М. Кузгинов)................ 536
На обороте: Корабль будущего (художник К. М. Кузгинов)
7 и »/ е г 4,
оу м а ип £, щ jiy о и и/ есб,
о с р у а и w е !
Дорогие друзья, юные любители техники, чи-татели Детской энциклопедии!
Вы получили книгу, которая познакомит вас, может быть, впервые с вашей будущей профессией. Вы узнаете, как работают энергетики, машиностроители, механики, токари, бетонщики... Но прежде, чем вы начнете читать, мне хочется сказать вам несколько напутственных слов.
В жизни я видел много такого, чего вы не увидите никогда. Может быть, вам трудно будет понять меня. Но все-таки постарайтесь и понять и запомнить мои слова.
Вы знаете, какой великолепный город наша столица Москва. Проспекты, огромные здания, каменные набережные, высокие мосты, потоки автомашин, красивейшее в мире метро. Но я помню Москву с маковками церквушек, помню цоканье лошадиных подков на тряском булыжнике, лотки с зеленью в Охотном ряду. Мои современники, товарищи, сверстники превратили купеческую Москву в социалистическую. Вы видите результат, а я вспоминаю труд инженеров, каменщиков, землекопов...
В начало 1959 г. мы с вами читали решения XXI съезда Коммунистической партии. Какие сияющие перспективы! Наша страна станет первой в мире промышленной державой. Будет создана, уже создастся материальная база коммунизма. Самый короткий в мире рабочий день, самая высокая производительность; 86 91 млн. Т стали, 230—240 млн. Т нефти, 500— 520 млрд, квт-ч электроэнергии!
500—520 миллиардов киловатт-часов! Что говорят вам эти цифры?
Возможно, вам представляется все это грандиозным, но естественным. Вы родились в могучей промышленной державе — первой в Европе, второй в мире. Промышленную державу вы получаете от своих отцов в наследство. Вы знаете, как велики силы и богатства Советской страны. А я помню героический труд, пх создавший.
Ведь я жил еще в дореволюционной, отсталой России. Я видел бурлаков на Волге, помню крестьян в лаптях, гнувших спину над допотопной сохой, помню унылое брюзжание некоторых интеллигентов: «Куда уж, где уж нам до заграницы! Мы—лапотники, мы—самоварникп. Вот в Париже — культура, вот в Берлине — техника!»
И когда в первые суровые годы существования Советской власти был поставлен вопрос: «Что делать в области экономики?», — ответ был найден нс сразу. Много раз великий Ленин совещался с инженерами и экономистами. Мы все искали тот решающий рычаг, с помощью которого можно было бы быстро поднять советскую экономику.
Вспоминаю, как 26 декабря 1919 г. Владимир Ильич вызвал меня в Кремль. В этот вечер мы много говорили об электрификации. Я знал, что не было лучшего средства отвлечь Ильича от тяжелых забот, как рассказать ему о последних завоеваниях науки и техники. А интересовали его, конечно, прежде всего те
достижения, которые могли найти приложение у пас в стране.
В то время я управлял подмосковной электростанцией «Электропередача»—первой в нашей стране и даже первой в мире электростанцией на торфе. В те тяжелые годы, когда центральные губернии были отрезаны от нефтяного Баку и угольного Донбасса, когда Ленин должен был лично следить за каждым вагоном топлива,поступающим в Москву, скромная станция «Электропередача» играла важную роль в снабжении Москвы электричеством.
И вот я рассказал Владимиру Ильичу о возможностях использования подмосковного торфа. Торф мог бы стать базой для электрификации. Но, чтобы получить достаточное количество торфа, нужно было усовершенствовать технику добычи: не горбом и лопатами, а машинами следовало его добывать.
В тот же день поздно вечером кремлевский курьер доставил мне на квартиру срочный пакет от товарища Ленина.
«Меня очень заинтересовало Ваше сообщение о торфе»,— писал Владимир Ильич. И затем он просил поскорее составить для печати статью о торфе, его запасах и значении для электрификации. Предлагался даже план статьи. Поручение Ленина было выполнено. Статья появилась в «Правде».
Вскоре по просьбе Ильича я наппсал и другую статью — об электрификации промышленности — и послал ему на просмотр. В этой статье доказывалось, что подъем промышленности тесно связан с электрификацией. С увлечением я нарисовал будущее электрификации молодой Советской республики. На другой день Лепин прислал мне такое письмо:
«1 леб Максимилианович! Статью получил и прочел. Великолепно. Нужен ряд таких...»
Далее в письме Владимир Ильич указал, что нужно дополнить статью предложениями о плане электрификации России:
«Примерно: в 10 (5?) лет построим _10—30 (30—50?) станций. Чтобы всю страну усеять центрами на 400 (пли 200, если не осилим больше) верст радиуса; на торфе, на воде, на сланце, на угле, на нефти... Через 10 (20?) лет сделаем Россию «электрической». Надо увлечь массу рабочих и сознательных крестьян великой программой на 10—20 лет...
Позвоните мне, пожалуйста, получив это письмо, и мы поговорим».
Это замечательное ппсьмо послужило основой для технической разработки Государственного плана электрификации России
ГОЭЛРО. От него ведет свою историю электрификация вашей страны.
Вспоминаю, как накануне VIII Всероссийского съезда Советов, на котором впервые был оглашен план ГОЭЛРО, я выступал в Колонном зале Дома Союзов с предварительным докладом о плане электрификации.
Мраморный зал с роскошными люстрами был не топлен. Я стоял на трибуне в пальто, видел перед собой истощенных голодом людей. Сколько раздраженных, сколько враждебных выкриков слышал я по своему адресу:
«Страна погибает от голода и тифа! На улицах Москвы дохлые лошади! А тут инженер-практик рассуждает о гигантских стройках, о миллиардных вложениях, об электрической стране будущего! Как барон Мюнхгаузен, сам себя собирается вытащить из болота за волосы!»
И все же, несмотря ни на что, несмотря на интервенцию, гражданскую воину, блокаду, мы ленинский план осуществили. Построили Шатурскую электростанцию на торфе и Каширскую на подмосковном угле, а затем и Волховскую, и Днепровскую, и еще Волжскую им. В. И. Ленина — небывалую, невиданную, которая одна дает электроэнергии в несколько раз больше, чем все электростанции царской России. Теперь строится еще более мощная Брагская гидростанция на Ангаре, самая мощная в мире, и много других тепловых и гидроэлектрических станций.
За 38 лет со дня принятия великого плана выработка электрической энергии увеличилась у нас в 466 раз. И мы ставим себе задачу в ближайшие 15 лет выполнить более ста программ ГОЭЛРО! Громадный путь прошла советская энергетика от подмосковных торфяных болот до сверхмощных тепловых турбин, до порогов Ангары, до атомных электростанций. II все это произошло на моей памяти, все сделано руками моих современников, сверстников, товарищей, знакомых. Многих я знал лично, помню пх трудности, сомнения, неудачи, находки...
Интереснейшую жизнь прожил я, но ваша будет еще интереснее. При вас будет создана Единая энергетическая система. Она свяжет все электростанции страны в один узел, будет распределять потокп электричества по всей Европейской России, а затем Сибири и Средней Азии, позволит охватить централизованным энергоснабжением все города, промышленные и сельские районы нашей страны. При вас будут включены в сеть новые источники энергии — Солнце, подземное тепло, при вас вступят в строй многочисленные атомные станции
В. II. ЛЕНИН У НАРТЫ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ РОССИИ.
Вы сумеете преобразовать природу, смягчить зиму, управлять морскими л воздушными течениями, искоренить спгхийныс бедствия — наводнения, ураганы, извержения, землетрясения. Вы будете создавать по своей воле чудесные плоды, цветы и растения, будете изучать и осваивать Луну, Марс, Вен§ру и другие планеты, уничтожите болезни, продлите жи пп> вдвое, втрое... Даже трудно представить себе блистательные перспективы жизни, науки и техника в ближайшие пол века, трудно представить то, что вы сделаете своими руками. Ваши горизонты шире, но это потому, что мы — ваши прадеды, деды и отцы — расчистили дорогу для вас, прошли самый трудный и опасный участок пути.
Вы будете жить в коммунизме. Но это не значит — без труда! 1 лубоко ошибаются тс пустоцветы, которые уповают на счастливый случаи, вместо того чтобы работать по плану, спех всегда пропорциона теп затраченному труду. Поистине справедливы слова, что ге нии— это на один процент вдохновение и ла 99 процентов — труд и терпенне.
Глубоко ошибаются и те белоручки, которые чуждаются физического труда, думают, что вся работа в будущем сведется к нажиманию кнопок. Ведь прежде, чем нажимать кнопки, прежде, чем управлять машиной, нужно задумать ее, сконструировать, изготовить детали, собрать п отрегулировать,проверить и тогда ужо аку сл ить в ход. Вы будете бетонировать, сваривать, пилить, сверлить, шлифовать, чертить, рассчитывать. Вам изрядно придется поработать л руками и головой в своей жизни. Готовьте себя к сложному, многообразному труду. Учитесь, чтобы трудиться как следует, читайте книги, посвященные пауке и технике! Будьте трудолюбивы, требовательны к себе и скромны...
Мне выпало в жизни великое счастье в течение тридцати лет встречаться с самым трудолюбивым, требовательным и скромным из великих люден, с величайшим гением челове
чества — Владимиром Ильичем Лениным. Оораз его незабываем! Небольшого общения с Лениным было достаточно, чтобы почувствовать его особую бодрящую силу, энергию борца, страстного, находчивого и много знающего. Ильич был преисполнен самоотверженной любви ко всем «страждущим и обремененным». П особенно отличался он исключительной простотой.
Костюм Леница всегда был прост, обычен и опрятен. Фразерства он. не выносил, высок > ценил меткое, простое, всем понятное слово. В самые4 ответственные моменты своей /кизнп он всегда был самим собой. Необыкновенный трудолюбец, Владимир Ильич обладал необычайной способностью к неустанной и непрестанной работе над собой, редким умением организовать свои рабочий день и часы досуга.
Вся жизнь Ленина, все черты его служат замечательным примером для подражания. Я не говорю вам: «Будьте, как Ленин!» Гакие, как .Ленин, рождаются один раз в эпоку. Но старайтесь подражать ему, будьте достойны звания пионера-ленинца и члена Ленинского комсомола.
Я живо помню, как во шом из своих выступлений Владимир Ильич сказат, что тому поколению, к которому принадлежит он сам и его сверстники, уже не удастся дожить до светлых и радостных дней коммунизма
А вот те малыши, которых я вижу на руках многих матёрей,—нот эти счастливцы узнают подлинную суть коммунизма,— говорил он.
Малыши, о которых говорил Ильич,— это-ваши отцы и матери. Мечта Ленина сбывается. Ваши родители войдут в коммунистическое общество на склоне жизни, вы — в цветущем возрасте. Нм и вам, сегодняшним школьникам, предстоит величайшая задача — завершить строительство коммунизма.
Будьте достоин*! этой честп, готовьте сейчас ваши руки, головы и сердца! Учитесь» думайте, трудитесь, дерзайте!
За работу, друзья!
ашина-основа
современной
ак вы думаете, кто был самым богатым, самым обеспеченным человеком в нашей стране триста лет назад? Ну конечно московский царь — «государь и по-
велитель всея Руси». II, разумеется, условия жизни у него были гораздо лучше, чем у любого пз его подданных.
А водь но существу жил московский царь плохо! Комнаты в его дворце были низкие, душные, темные. Узкие окна пропускали совсем мало света. Вечером царские покои освещались восковыми свечами и масляными лампами; они коптили и чадили, а света давали
ОТ ОРУДИЙ ПЕРВОБЫТНОГО ЧЕЛОВЕКА ДО СОВРЕМЕННЫХ МАШИН
немного. Не было в царском жилище ни газа, пи электричества, пи водопровода, ни ванной, вп лифта, ни холодильника.
Царь не получал телеграмм, не читал газет и журналов, не пользовался телефоном, радиоприемником и телевизором. Он никогда нс видел кинофильма, не ездил в автомобиле, в поезде, на пароходе или в метро, не летал на самолете. Нссил он тяжелую п неудобную одежду. Питался сытно, во однообразно, не знал вп кофе, пи чая, ни сахара, ни мороженого, ни даже... картофеля.
Каждый из нас, рядовых граждан СССР, живет неизмеримо лучше.
Могучая техника наших дней помогает людям во всех областях повседневной жизни. Мы так привыкли к технике, что порой нс замечаем ее чудес, нс задумываемся, откуда берутся окружающие нас предметы, кто и как создает их, давно ли они появились у людей.
Мы живем в мире техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготовляют одежду и обувь, радиоприемники и телевизоры, велосипеды и автомобили, часы и электроприборы, иголки и железнодорожные вагоны, фарфоровую и стеклянную посуду, резиновые шины и галошп, карандаши и тетради, мебель и даже целые дома. Типографии печатают книги, газеты, журналы. Телеграф, телефон и радио соединяют пас со всем миром. Поезда, теплоходы, автомобили, самолеты и вертолеты с большой быстротой переносят нас через материки п океаны. А высоко вад нами, за пределами земной атмосферы, прокладывают первые тропки в космосе советские ракеты п искусственные спутники Земли.
Все эти чудеса созданы человеком, его пытливым творческим разумом, его терпеливым и вдохновенным трудом.
В основе всей истории развития человеческого общества на протяжении многих веков и тысячелетии лежит труд. Влагодаря способности к труду человек выделился из числа других представителей животного мира; он стал хозяином Земли, царем природы, творцом и создателем всех чудес современной техники.
Что мы понимаем под словом «техника»? Дрсвнпе грекп словом «тэхпэ» называли мастерство, умение людей. Мы и сейчас употребляем слово «техника» в этом смысле, когда говорим о «технике» пианиста или боксера, певца пли конькобежца.
Однако в наше время слово «техника» относится не только к личному умению исполнителей, во и к создаваемым людьми средствам труда. Техника — это также совокупность средств труда, находящихся в распоряжении общества.
А что такое средства труда? Это прежде •всего орудия труда, от качества которых зависят его результаты. Так, возделывать землю голыми руками невозможно, сохой — дол
го и трудно. А современный мощный трактор помогает человеку за короткий срок освоить сотни и тысячи гектаров пахотной земли.
Однако даже самого лучшего орудия еще недостаточно, чтобы труд человека был успешным. Нельзя работать в темноте. Трактор не действует без топлива. Заводские станки неподвижны без приводящей их в движение электроэнергии, а тепловая электростанция не выработает ее без горючего. Значит, нужны уголь, нефть, электроэнергия, нужны угольные шахты, нефтяные разработки, электростанции, транспорт, мосты, дороги, подъемники и многие другие устройства.
Но всегда ли техника была такой могучей, такой всеобъемлющей, как сейчас? Ведь еще совсем недавно люди почти не знали техники в современном ее значении, не пользовались ее благами. Ну а еще раньше, на заре человеческого общества?
Человек начал свое развитие с присвоения готовых продуктов природы. Уже на самом первом этапе своего развития люди отличались от животных тем, что вместо естественных орудий — зубов и когтей — стали применять первые искусственные орудия. Они как бы удлиняли руку человека — например, палка пли копье, как бы усиливали ее — например, молот пли топор.
Длительное пользование тем плп иным орудием развивало руку. А одновременно развивался и мозг человека, и орудия первобытных людей постепенно совершенствовались.
Применение и непрерывное совершенствование орудии научило человека не только брать, присваивать готовый продукт, но и воздействовать на природу, чтобы получить от нее больше продуктов. Людп стали возделывать землю, сеять хлеб, приручать и разводить животных, т. с. заниматься земледелием и скотоводством. А это занятие, обеспечивавшее человеку более надежные и постоянные средства существования, в свою очередь позволило отдельным людям перейти к производству из природного сырья продуктов, не существующих в природе в готовом виде: орудии труда, одежды, обуви, посуды, украшений, тканей п т. п.
С развитием производства начинают складываться условия для возникновения и развития машин. Сначала машины, как и орудия,
лишь помогали человеку в его труде. Затем они начали постепенно заменять его.
Трудовой процесс у человека складывается из совершенно разных но своему характеру н содержанию действий. Грузчик несет груз; это транспортный процесс, который может выполнять за человека транспортная машина. Рабочий вращает рукоятку насоса, пресса, станка и т. и. — это энергетический процесс, который может быть поручен двигателю, т. о. энергетической машине. Слесарь или кузнец обрабатывает металл, опиливая его напильником плп изменяя его форму с помощью молота, — это технологический процесс, который можно передать технологическим машинам: металлорежущему станку плп механическому молоту.
Машины выполняют эти процессы, а человек контролирует их. Но это — активный контроль. Человек не только наблюдает, как протекает процесс производства, но и направляет его. Однако и эту работу можно передать машине. Существует множество коптрольно-уп-равляющих машин, автоматически регулирующих самые разнообразные и сложные трудовые процессы.
И, наконец, любая работа требует осмысливания, логического процесса со стороны человека. Оказывается, что в наше время в технике целый ряд логических операций (подсчет, запоминание, отбор и т. п.) можно поручать так называемым счетно-решающим машинам.
Машина, заменяющая человека при выполнении того пли пного трудового процесса, не только облегчает труд человека, освобождая его от тяжелой, утомительной и однообразной работы. Она делает эту работу быстрее и лучше человека. Поэтому машины — это средство повышения производительности труда.
Как же возникали и развивались машины?
В самый ранний, первобытный период развития человеческого общества у людей появились первые орудия из камня, сначала простые, позднее составные. В этот же период людп начали создавать разные несложные машины. Так появилась ручная мельница — древнейшая технологическая машина для размола зерна, а затем — ручной ткацкий станок (рис. 1). Эти машины уже значительно помогали человеку, облегчали его труд.
Замечательным достижением первобытного человека было освоение огня. С его помощью
л юд и па учи л и сь в ы и л а в-лять металлы — главнейший материал техники. Сначала начали получать медь, затем бронзу (сплав меди с оловом) и, наконец, железо.Вам, наверное, встречалось в книгах упоминание о медном, бронзовом и железном веках в истории развития человеческого общества. Отличительным признаком пх были изделия из меди, бронзы или железа.
Следующий, рабовладельческий период развития общества уже оставил нам много материальных памятников человеческого труда: египетские пирамиды, греческие храмы, римские цирки, акведуки,
Рис. 1. Ручной ткацкий станок. Неподвижные нити (основа) натянуты, подвешенными к ним камнями. Подвижная нить (уток) намотана на палочку (будущий челнок), которую работник протаскивал вручную между
дороги, архитектурные сооружения Древнего Китая, Индии, Индонезии, Центральной и Южной Америки и других стран.
Широкий размах строительных работ п грандиозные размеры сооружений потребовали изобретения и усовершенствования различных транспортных машин. Воз них невозможно было доставлять к месту работ огромные к а мен н ые глыбы, ел у-жившие материалом для величественных построек. Катки, с помощью которых передвигали эти тяжести, подсказали людям изобретение колеса — одного пз важнейших элементов
нитями основы.
Рис. 2. Водоподъемное колесо, приводимое в движение человеком.
современной техники.
Но все эти машины, даже самые усовер-
Рис.
Древнеегипетское морское гребцами, и
судно, приводимое парусом.
в движение
шснствовапные, по-прежнему приводились в действие лишь мускульной энергией людей — целых армий рабов, подгоняемых кожаными бичами безжалостных надсмотрщиков. Рабы двигали громоздкие транспортные и водоподъемные колеса (рис. 2); рабы, прикованные цепями к скамейкам, гребли тяжелыми веслами на морских судах (рис. 3).
Развитие техники рабовладельческого периода — сооружение подъемных машин, гребных п парусных судов, различных военных (метательных и осадных) машин и др.— потребовало изучения законов механики. Уже в III в. дон. э. гениальный греческий ученый Архимед сделал ряд важнейших открытии. Он открыл свойства рычага и закон гидростатики, известный до сих пор под названием закона Архимеда.
В феодальный период исторпп впервые в качестве источника энергии была использована спла водяного потока. Движение поды вращало водяное колесо, которое в свою очередь приводило в действие различные механизмы. Так возникла энергетика.
Первый механический двигатель — водяное колесо (рис. 4) — применялся для разных целей: для откачки воды из шахт и рудников, для подъема руды и угля на поверхность земли, нагнетания воздуха в металлургические печи и т. и. В конце ХЛ III в. на Алтае выдающийся русский гидротехник и изобретатель К. Д. Фро
лов построил на Змепногорском руднике грандиозную по тому времени систему гидросиловых установок с водяными колесами диаметром до 17 м для откачки воды из рудников, подъема руды из шахт и т. и.
В феодальный период появилось множество разнообразных технологических машин: лесопилки, бумажные и пороховые мельницы, рудодробильные песты и др. Однако широкое распространение этих машин часто тормозилось из-за отсутствия поблизости водяного потока, который мог бы приводить их в действие. Так, в ме
стности, где находились руда и топливо, не оказывалось подходящей для использования реки, и, наоборот, на берегах многих рек не было залежей руды пли горючего. А подвоз руды и топлива к реке сильно удорожал производство металла. Особенно большие затруднения возникали, когда надо быто откачивать воду из рудника.
Нужно было искать новые источники энергии, чтобы приводить в действие машины в лю
бом пункте земной поверхности. Пробовали использовать для этой цели энергию ветра, ио это оказалось малоэффективным. Ветер хоть и дует на земле везде, но не всегда и неравномерно. Утихнет он — и остановятся машины, жди, пока ветер снова задует!..
Стали искать другой источник энергии. Долго трудились изобретатели, много машин ис
Рис. 4. Водяное колесо.
пытали — и вот, наконец, новый двпгатель был построен. Это была паровая машина, первый тепловой двигатель.
Долгое время паровые машины применялись только для откачки воды. В 1698 г. английский
изобретатель Томас Севери изобрел паровой насос. В 1705 г. другой английский изобретатель — Томас Ньюкомен, кузнец по профессии, сконструировал па р о-ат мосфе р н у ю и о р ш и е в у ю машину для подъема воды из шахт, использовав работы знаменитого французского ученого Депп Папепа. В 1763 г. выдающийся русский теплотехник II. Л. Ползунов изобрел универсальный тепловой двигатель. Однако это замечательное изобретение не получило должной оценки в условиях темной и отсталой к репости oil России.
Растиреппе торговли между странами в результате великих географических открытии копна XV и начала XVI в. потребовало резкого увеличения количества товаров. Производство пришлось организовывать по-новому. Работу между отдельными людьми стали распределять так, чтобы каждый выполнял лишь какую-то определенную часть трудового процесса. Например, для того чтобы изготовить гвоздь, один рабочий тянул проволоку, другой — рубил ее на части, третий — делал шляпку, четвертый — острие, и т. и. Такое производство с широким разделением труда (пока еще ручного) получило название м а и у ф а к т у р и о г о и сыграло большую роль в возникновении и развитии машинного производства. Теперь, когда каждый рабочий стал выполнять только одну отдельную несложную операцию, открытой возможность поручить эту операцию ма-пт. nie.
1 акая замена человека машиной особенно широко начала осуществляться в конце XVIII — начале XIX в., в период быстрого развития капитализма, ц получила название пром ы ш -л е и и о г о переворот а.
Промышленный переворот начался с и ю-бретения текстильных (прядильных и ткацких) машин. Они уже не только помогали рабочему, но и полностью заменяли его. При этом машины работали во много раз быстрее людей, и такая замена ручного труда машинами сразу резко увеличила выработку пряжи и тканей.
Начавшись в текстильном производстве, промышленный переворот быстро распространился и на другие отрасли промышленности. Возник вопрос: кто же пли что же будет приводить в действие все множество новых машин?
Рис. 5. Паровоз Стефенсона «Ракета» (1829).
Be ц» паровая машина приспособлена главным образом для откачки воды. Выход был только одни: сделать паровой двигатель у и и в е р -с а л ь и ы м, способным приводить в действие самые разнообразные машины.
Немало изобретя гелей работало над этой проблемой. Наибольших успехов достиг англичанин Джемс Уатт. Двигатель его, построенный в 1784 г., оказался наиболее экономичным и эффективным.
В ходе промышленного переворота возникло машинное производство, т. е. производство с применением машин. Одновременно с ним возникло и м а ш п н о с т р о е и и е, т. е. изготовление в фабричных условиях машин для всех отраслей техники и машин для заводов, изготовляющих машины.
Универсальный паровой двигатель приводил в движение многочисленные машины и станки на фабриках и заводах. Количество производимых ими товаров непрерывно увеличивалось.
Рост продукции, достигнутый при машинном производстве, поставил новые задачи перед транспортом: ни лошади, ни парусные суда не в состоянии были справиться с перевозкой огромного количества грузов. II эти новые задачи были решены опять-таки при помощи парового двигателя. В начале XIX в. были изобретены первые сухопутные паровые транспорт-
звание двигателя внутреннего сгорания, стали заниматься в середине XIX в. десятки изобре-тате л ей.
В 1860 г. француз Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший
Рис. 6. «Елизавета» — первый пароход, построенный в России (1815).
ныс машины — паровозы. Среди них наиболее удачным оказался паровоз английского изобретателя Джорджа Стефенсона (рис. 5). В России первыми строителями паровозов были отец и сын Черепановы. Несколько раньше, чем Стефенсон создал паровоз, американец Фультон построил первый пароход.
Но паровые машины были сложными, громоздкими и дорогими установками. Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был другой двигатель — небольшой и дешевый, сжигающий топливо в самом цилиндре. Созданием такого двигателя, получившего на-
IIЕБЫВА ЛЫМИ III. 1 ГА МП
Паша страна гигантскими шагами идет к коммунизму. За семилетие (J 959—1965 гг.) пропз- s водство электроэнергии у нас удвоится, мощность химической ) индустрии утроится, на 40% по- 1 высятся реальные доходы всех ? советских людей. Для них будет построено 15 млн. квартир в го родах и 7 млн. домов в сельской ‘ местности. За семилетку общий выпуск промышленной продук- ' цпи пашен Родины увеличится ' на 80%.
практическое применение двигатель внутреннего сгорания. Другие изобретатели усовершенствовали конструкцию Ленуара.
В 1884 г. английский изобретатель Парсонс сконструировал многоступенчатую паровую реактивную турбину и затем в течение ряда лет работал над ее усовершенствованием.
В 1889 г. шведский инженер Лаваль построил паровую турбину, которая сыграла большую роль в истории развития турбостроения.
В 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель создал высокоэкономичный двигатель, получивший в первом десятилетии XX в. значительное распространение.
Одновременно с развитием технологических машин и двигателей развивалась и техника передачи энергии от двигателя к рабочей машине: валы, канатные и ременные передачи, различные трансмиссии. Так складывалась отмеченная в трудах К. Маркса «развитая совокупность машин», состоящая из трех необходимых частей: машины-двигателя, передаточной системы и машины-орудия. На примере электротехники, которая возникла в то время, посмотрим, как ее бурное развитие повлияло
на развитие энергетики и других отраслей техники.
После опубликования в 1831 г. открытий знаменитого английского ученого Майкла Фарадея в области электричества десятки изобретателен стали работать над созданием генератора электрического тока и электрического двигателя.
В 1834 г. русский ученый Б. С. Якоби сконструировал один из первых электрических двигателей.
Свое изобретение (рпс. 7) Якоби применил для приведения в действие колес небольшого судна, успешно плававшего по Неве в 1838 г. Однако этот первый электроход оказался неэкономичным, так как в тс времена не-было еще дешевых источников электроэнергии.
Над изобретением генератора дешевой электроэнергии продолжали трудиться десятки людей. Сперва они применяли постоянные магниты и, чтобы усилить мощность генератора, так увеличивали число этих магнитов, что генератор становился похожим на ежа (рис. 8). Затем постоянные магниты заменили электромагнитами, которые сначала питались током от отдельных маленьких генераторов с постоянными магнитами, а позднее током самих генераторов. Особенно удачным оказался генератор бельгийского изобретателя Грамма (рис. 9). Поснову его был положен кольцевой якорь с катушками изолированного провода.
Самым важным в изобретении Грамма было то, что его машину можно было использовать в двух целях: если вращать якорь машины, она даст ток, т. е. будет работать как генератор; если же подвести к ней ток, якорь начнет вращаться и машина станет двигателем. Это было наглядным подтверждением закона обратимости электрических машин, открытого в 1833 г. академиком Петербургской академии наук Э. X. Ленцем.
Машина Грамма помогла решить новую неотложную задачу, вставшую перед техникой,— передачи энергии на большое расстояние.
Были попытки передавать энергию па расстояние при помощи воды и сжатого воздуха.
Двигатель, установленный у водопада пли близ угольной шахты, приводил в движение водяной пли воздушный насос (компрессор). Вода под напором (из водонапорной башни) или воздух иод давлением подавались по трубам к месту потребления и распределялись по водяным или воздушным двигателям, вращающим рабочие машины.
Старая схема «двигатель — передаточный механизм — орудие» выросла в сложную систему. Между первичны м двигателем, черпающим энергию от природы, п рабочей машиной-орудием возникло звено выработки и передачи вторично и энергии, включающее в
Рис. 8. Электрический генератор постоянного тока «А льянс» (1856).
Рис. 7. Электродвигатель Якоби (1834).
себя генератор этой энергии, сеть и вторичные двигатели.
Для чего потребовалось вырабатывать вторичную энергию? Для передачи энергии на расстояние, для удобного распределения ее между многочисленными рабочими машинами. Место выработки вторичной энергии получило название ста н-
ц и и. По роду вырабатываемой вторичной энергии станции называются насосными, компрессорными или электрическими. По роду используемой первичной энергии они делятся на тепловые и гидравлические.
Машина 1 рамма, которая по желанию могла быть либо генератором, либо двигателем, вытеснила насосы и компрессоры в системах, передающих энергию. Теперь ток проходил от вто
Рис. 9. Электрический генератор постоянного тока Грамма с кольцевым якорем (1871)
ричного электрогенератора к вторпчным электродвигателям по проводам. В этом—основа современной сложной системы, где электрическая энергия выполняет роль и переносчика энергии (электропередача) и распределителя ее между рабочими машинами (электропривод).
Эта система складывалась постепенно. Первое теоретическое решение задачи о возможности передачи электроэнергии по проводам дал в 18(80 г. петербургский профессор Д. А. Лачинов. Он доказал, что потери энергии в проводах будут невелики, если повысить напряжение тока. К этому же выводу прпшел в те же годы и французский физик М. Дейре. Он построил первую линию электропередачи длиной в 57 км и передавал по ней ток напряжением в 2 тыс. в и мощностью 3 кет Около трех четвертей передаваемой энергии при этом терялось, и многие ученые считали экономичную передачу электроэнергии на расстояние неосуществимой.
Опыты Дейре были высоко оценены Марксом п Энгельсом, которые видели в них зачатки новой техники. И действительно, не прошло и десяти лет, как электроэнергия была передана уже на 170 км, причем терялась только одна четверть ее.
Такие успехи в области передачи энергии на большое расстояние были вызваны бурным развитием электротехники во второй половине и особенно в самом конце XIX в. Множество изобретателей работало над проблемой использования электричества для освещения и других бытовых нужд. Знаменитая «электрическая свеча» русского изобретателя П. Н. Яблочкова была первым потребителем тока. Решая задачу питания ряда «свечей» от одного генератора, Яблочков разработал схему, которая стала прообразом современных энергосистем с центральной электростанцией, трансформаторами и потребителями энергия.
Но от схемы до ее осуществления было еще далеко. Стали строить электростанции переменного тока. Трансформаторы повышали напряжение в линии передачи, потери были ничтожны. А на месте потребления энергии другие трансформаторы понижали напряжение до нужного и безопасного. Горели электрические лампы, работали нагревательные приборы, но двигатели не запускались с места. Секрет электропередачи был открыт, а секрет электропривода оставался неразгаданным.
Раскрыл его в 1891 г. выдающийся русский электротехник М. О. Долпво-Добровольскпп создатель техники трехфазного электрического тока. Он построил в Германии, между Лау-
Рис. 10. Двигатель трехфазного точа М. О Доливе-' Добровольского (1891).
финским водопадом и Франкфуртом-на-Майне, линию электропередачи трехфазного тока длиной около 170 км с напряжением 15 тыс. в. Ток, напряжение которого понижалось па месте потребления, приводил в действие двигатель трехфазного тока (рис. 10).
В 1899 г. на электростанции в Эльберфоль-де генератор трехфазного тока был соединен с паровой турбиной. Это открытие знаменовало начало современной техники, основа которой — электрификация как особая форма снабжения энергией промышленности, транспорта, сельского хозяйства п бытовых нужд населения. Система эл е к т р и ф п к а ц и и — это звено между первичным двигателем п потребителями энергии (машинами-орудиями) — оказала решающее влияние и на двигатели и на орудия.
1 силовые двигатели скоро были вытеснены с фабрик и заводов электродвигателя мп. Первичным тепловым двигателем крупных электростанций и океанских судов стала паровая турбина. Мощный двигатель внутреннего сгорания сделался основным двигателем морских и речных теплоходов (рис. 11), а легкие двигатели стали основой энергетики автотранспорта и авиации. Возник новый тепловой двигатель— газовая турбина, широко применяемая в скоростной авиации. Большое развитие получил гидродвнгатсль — водяная турбина, вращающая генераторы крупнейших гидроэлектростанций.
Машпны-орудня, станки самого разнообраз
ного назначения сращиваются с электрическим двигателем. Электроэнергия движет и крохотные станочки часовой промышленности и стап-кп-гиган1ы тяжелого машиностроения. Внедрение электроэнергии во все технологические процессы производства Создало невиданные возможности для перехода к автоматическим системам, автоматическим станкам, линиям, целым заводам,-автоматам.
Резко изменилась технология производственных процессов. Широкое применение получила электротехиологпя: электросварка, электронагрев, электроискровая обработка. Электрифицированные машины проник гп вовсе области труда. Горные комбайны выполняют тяжелую работу шахтеров; разнообразные механизмы облегчают труд строителей, лесорубов, земле
копов.
Гениальный основоположник научного коммунизма Ф. Энгельс в своих трудах указывал, что электрификация вызовет га-
коп стремительный рост производительных сил общества, что они выйдут из-под контроля капитализма. Всем известны словг!
В. II. Ленина: «Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны»
Современная техника всту паст сейчас в новый период св о--его развития — в период, ког-j да паша страна строит коммунизм. Отчетливые черты этого видны во всех важнейших об-
ластях техники — энергетике, машиностроении, —в применяемых материалах, в возникновении новых ее отраслей.
Открытие атомной (точнее, ядерной) энергии стало переломным моментом во всей истории развития техники.Благодаря этому человечество получило гигантские, практически неистощимые запасы энергии, которые способны приводить в движение всю огромную массу современной техники. Человечество вступило в атомный век.
Первый атомный (ядерный) реактор создан итальянским ученым Энрико Ферми в декабре 1942 г. Правда, этот реактор был еще так малосилен, что с его помощью трудно было вскипятить даже стакан воды. Но ведь все великие открытия и изобретения начинаются с малого!
Уже в 1954 г. в СССР была пущена первая в миро атомная электростанция.
Запасы природных радиоактивных материалов во много раз превышают запасы обычного топлива. В каждом килограмме атомного горючего содержится в десятки тысяч раз большее количество энергии. Опытная атомная станция Академии паук СССР мощностью в 5 тыс. кет ежесуточно «сжигает» в своем реакторе всею 30 Г урана. В год это составляет около 1J кГ.
Высокая концентрация энергии в атомном ядре особенно ценна для подвижных машин. Так, атомный локомотив с тяжелым составом может пробежать от Москвы до Владивостока и вернуться обратно, затратив менее I кГ урана. Атомный самолет, использовав всего 1 кГ
ядсриого горючего, сможет два с половиной раза облететь без посадки вокруг Земли со скоростью в 1300 км час. Л первый в мире
Рис. 11 Первый
теплоход <*Вандал>>, построенный в России (1903).
атомный ледокол «Ленив» — огромный корабль, водоизмещением 16 тыс. 7, с атомной установкой мощностью в 44 тыс. л.с.—может годами плавать в высоких широтах, но заходя в порты за топливом.
Большие изменения произошли за последние годы во всех областях техники. В машиностроении, например, осуществляется переход ко все более совершенным автоматическим методам производства, при которых человек только наблюдает за сложными машннами-автоматамп. Частичная автоматика с меха|пче-скпм приводом заменяется комплексной, сплошной автоматизацией, регулируемом потоком невидимых глазу’ электронов. Весьма совир-
ВСЕГО В 10 РАЗ
Мы так привыкли к быстрому росту скороеreii самолетов, мощностей турбин, производительности машин, что увеличить что-нибудь в 10 раз кажется нам порой чем-то простым, не стоящим внимания. Но знаете ли вы, что произойдет, если все вдруг станет быстрее, больше пли меньше в 10 раз? Всего в 10 раз!
Если человек ускорит свои движения в 10 раз, то зашагает
вровень со скорым поездом. Если реактивные самолеты полетят в 10 раз быстрее, то они превратятся в искусственные спутники Земли пли даже в новые планеты. Если обыкновенные гривенники уменьшатся в 10 раз, то в большой наперсток их можно будет насыпать около 20 тыс. штук.
шенна автоматика, основанная на применении меченых атомов. Эти атомы легко обнаруживаются приборами и становятся незаменимым орудием контроля и управления процессами, происходящими в недоступных непосредственному наблюдению местах.
В цехе завода-автомата нет людей. Сложная система точнейших машин и приборов сама осуществляет весь технологический процесс, начиная от плавки металла и кончая упаковкой и отправкой на склад готовых изделий.
Быстро развивается за последние годы еще одна замечательная отрасль машиностроения — производство счетно-решающих машин. Они способны заменять та кон умственный труд человека, как подсчет, отбор, запоминание, перевод с одного языка па другой, управление производством, движением на дороге и т. п. Эти машины выполняют свою работу быстрее п точнее человека.
Постепенный переход в нашей стране к полной автоматизации всех процессов современного производства создает условия для стирания грани между физическим и умственным трудом. В самом деле, какими обширными и разнообразными знаниями должен обладать человек, чтобы управлять машинами, которые запоминают, считают, переводят быстрее его самого! Прежний,
зачастую малограмотный рабочий был бы совершенно не в состоянии управлять современной техникой. Ла смену ему пришли широко образованные, культурные рабочие со специальным техническим образованием. Только они в состоянии освоить новую технику, технику эпохи строительства коммунизма!
За всю многовековую историю своего развития техника всегда зависела от свойств материалов, предоставляемых ей природой. Сейчас наступает полный переворот и в области производства материалов. Человек уже не берет для своих нужд готовые, созданные природой сложные материалы, а сам создает их из атомов разных веществ. К этим искусственным материалам наших дней следует причислить прежде всего так называемые полимер ы — химические вещества, образованные соединением нескольких, иногда очень многих, молекул. Таким путем получаются самые разнообразные вещества, и г которых делают, например, искусственное волокно высокого качества или различные искусственные смолы — пластмассы. Они все более п более вытесняют дерево и металл из машиностроения и других' областей техники.
Особое место в новой технике приобретает использование п о л у п р о в о д и и к о в. Они незаменимы в приборостроении. Полупроводниковые термометры могут измерить температуру крохотной снежинки. обнаружить горящую папиросу на расстоянии нескольких километров. Полупроводниковые термоэлементы превращают теплоту в электроэнергию; по-л у п р ов одни к ов ые фотоэ л е ме нты контрол и р уют качество продукция, читают книги п т. п. Полупроводниковые элементы превращают в электроэнергию солнечный свет и могут запасать ее «впрок». II в радиотехнику пришли полупроводники; они заменяю! радиолампы п дают возможность строить крошечные приемники.
1 ак на наших глазах растет и складывается новая техника — техника коммунистического общества, техника ядерной энергии, сплошной автоматизации, «думающих» машин, чудесных полупроводников. Широкое использование и дальнейшее развитие этой новой техники — наиболее характерная черта периода создания материально-технической базы коммунистического общее! на.
В высоких достижениях современной техники и в начавшемся переходе ее на новый уровень большую роль играют научные и технические достижения Советской страны.
Сколько лет человечество мечтало вырваться за пределы земной атмосферы, проникнуть в тайны космоса! Еще совсем недавно это было всего лишь фантастикой. А сегодня мечта становится былью, искусственные спутники Земли и Солнца, первая космическая ракета-лунник, вторая космическая ракета, доставившая нам, жителям Земли, фотографию невидимой стороны Луны, баллистические многоступенчатые ракеты для запуска тяжелых спутников разве это не подлинный триумф советской науки и техникн?
В пашей стране сконструирован турбобур-машина для быстрого бурения глубочайших нефтяных скважин. По проектам советских ученых в г. Дубна, под Москвой, сооружен синхрофазотрон — одна из самых мощных в мире установок для ядерных исследований.
На первое место в мире вышла наша страна по созданию замечательных скоростных пассажирских самолетов-гигантов: 1У-104, ГУ-114, ИЛ-18, АН-10. Мировой рекорд подъема с грузом 12 тыс. кГ был достигнут на советском двухмоторном одновинтовом вертолете-гиганте МИ-6. В пашен стране построено быстроходное судно на подводных крыльях.
Исключительны достижения нашей техники по производству мощных и точных металлообрабатывающих станков, горных комбайнов, точнейших и ^мерительных приборов, замечательной оптики, сверхмощных паровых и гидравлических турбпн, электрогенераторов и многих других машин.
Изучение истории техники показывает нам, как труд, становящийся благодаря технике все производительнее и продуктивнее, меняет характер взаимоотношений человека с природой. Человек — «дитя природы», зависевший от любых ее проявлении, становится «господином природы», умело использует ее законы, управляет ее процессами, изменяет их по своему желанию.
Сейчас наша страна вступила в решающий этап создания материально-технической базы коммунизма. Обширную программу строитель
ства коммунистического общества наметил XXI съезд партии.
Съезд принял Контрольные цифры развития народного хозяйства пашей страны на 1959— I960 гг. Главная задача этого план? —дальнейший подъем всех отраслей нашей экономики, основанный на усиленном росте тяжелой индустрии. В результате жизненный уровень советского народа будет непрерывно повышаться.
Что нужно, чтобы успешно выполнить поставленные съездом задачи? Прежде всего — технический прогресс, развитие машиностроения, радиоэлектроники, электротехники, приборостроения, химии, нефтяной и газовой промышленности и других областей техники.
Техника в нашей стране непрерывно совершенствуется, непрерывно идет вперед. Без знания основ техники сейчас не может обойтись ни один человек. Вот почему надо со школьных лет овладевать основами технических знаний, осваивать технические профессии. Тогда и вы сможете свопм трудом внести вклад в грандиозное дело создания материально-технической базы коммунистического общества.
Перед нами ясная и благородная цель. Чтобы достигнуть ее, нам, советским людям, надо много потрудиться.
ГОД РАВЕН ТЫСЯЧЕЛЕТИЮ
За 1918 и 1919 гг. у пас была открыта 51 электростанция мощностью в 3,5 тыс. кет. За 1920 и 1921 гг. —221 станция мощностью в 12 тыс. кет.
Прирост мощностей возрос за 2 года больше, чем на 300%. Но общая абсолютная мощность всех новых станции была тогда ничтожна — меньше, чем мощность двпгателеп одного современного реактивного самолета.
В 1959—1965 гг. мощность новых электростанции будет увеличиваться ежегодно в среднем почти па 9 млн. кет.
Это значит, что теперь один год стал как бы равен целому тысячелетию, — мы растем в 1000 раз быстрее, чем на заре Совет-скоп власти.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
Промышленное предприятие — это организация, которая использует для производ-ства различной продукции систему машин. Часто такую организацию называют заводом или, например в тскстплыюг или пищевой промышленности, фабрикой. В горной промышленное!и другое название — шахта или рудник. А. организацию, которая применяет систему машин для производства электрической энергии, называют зле кт рос тан цие н.
Промышленные предприятия различают по отраслям, т. е. по виду выпускаемой продукции. В СССР промышленность состоит примерно из 20 основных отраслей. Среди них топливная, черная п цветная металлургия, машиностроение, химическая, текстильная, пищевая промышленность и др.
Заводы (фабрики) возникли, естественно, когда машины начали делать при помощи других машин, т. е. в период промышленного переворота.
В России машинная фабрика (Александровская мануфактура—бумагопрядильная) была основана в 1799 г., а первый машиностроительный завод с паровой машиной возник в 1792 г.
в Петербурге. Это, конечно, были мелкие предприятия с примитивными машинами. Сейчас в СССР и других высокоразвитых странах есть заводы, насчитывающие десятки тысяч рабочих и укомплектованные самым современным новейшим оборудованием.
Промышленные предприятия Советской ст раны в Йорне отличаются от таких же предприятий капиталистических стран. Там владелец — капиталист. Он ставит перед собой одну цель —- добиться наибольшей прибыли для самого себя.
Заводы в СССР — общенародная собственность. Работают онп по государственным планам, необходимые средства получают от государства, свою ироду кцпю сдают государству, отчитываются тоже перед ним. Чем лучше работают социалистические предприятия, тем большую пользу' получает весь народ.
Главная задача развития социалистического производства — обеспечить максимально^ удовлетворение потребностей советских люден.
На наших предприятиях при непрерывном развитии п совсрпюнствованпн техники, улуч-шении организации производства, при росте производительности труда постоянно имеется в впду' также улучшение условий и облегчение труда.
Деятельностью завода руководит заводоуправление во главе с директором, которого назначает совет народного хозяйства.
Первый заместитель директора — главный инженер. В зависимости от сложности и величины предприятия у директора могут быть и другие заместители.
На многих заводах есть технические советы. В их состав входят рабочие — новаторы производства, инженерно-технические работники, представители общественных организаций.'! ех-нические советы привлекают к своей работе ученых и обсуждают совместно с ними проекты новых машин, новые технологические процессы, изобретения п т. д.
л а. Задачи его понятны из названия. Но на разных заводах они бывают различными, в зависимости от того, как налажено изготовление новых образцов машин. Бывает так» что новый образец создают цехи завода, занятые выпуском старой машины; те самые производственные цехи, которые выпускают сотни, тысячи, десятки тысяч детален одной машины, получают заказ одновременно изготовить детали повой машины.
Более успешно разрабатывается новый образец, когда его изготовление поручают специальному цеху— экспериментальному.
В некоторых отраслях машиностроения есть самостоятельные опытные заводы. Их дело только создавать новые образцы машин, проверенные, испытанные, доработанные настолько, чтобы их можно было сиокойЯо передать в массовое, серийное производство. Конструкторский отдел серийного завода при этом дает своим цехам только рабочие чертежи деталей и узлов новой машины.
Как только завод получил задание начать выпуск новой машины, в дело сразу же включается п л а н о в ы й о т д с л. Ведь работа завода планируется. Количество рабочих, число единиц оборудовании, оборотные средства — все потребности завода должны быть приведены
Заводоуправление состоит из отделов — конструкторского, планового, технологического, организации труда, снабжения, сбыта, финансового, бухгалтерии, отдела главного механика, технической пропаганды, подготовки кадров, найма и увольне-
КОНСТР^'ОРСЛ// ОТ1Е I
ния п др.
Расскажем коротко, на пр л мере машино-ст роптелиного завода, чем они занимаются. Начнем с конструкторского о т д с -
в соответствие с производственной программой, сопоставлены с ресурсами, выделяемым# данному предприятию.
Плановый отдел составляет график запуска машин в производство: к такому-то числу должны закончить работу технологи; тогда-то должны быть готовы чертежи инструментов, штампов, приспособлений. Устанавливаются сроки их изготовления в инструментальном цехе, сроки поступления на склады материалов. Затем намечаются даты, когда надо начать изготовление детален во всех цехах, и сроки начала выпуска новой машины.
Па этой стадии планы производственных цехов еще не составляются. Ведь планирование — это научный процесс, оно основано на точных закономерностях. Для цеха такая закономерность — это технологический процесс (см. ст. «Что такое технология машиностроения»). Поэтому сначала заводские технологи точно установят, на каком оборудовании будет выполняться каждая операция, каким инструментом, с какими приспособлениями, сколько времени она займет, сколько потребуется для ее выполнения рабочих, какой квалификации. Вот на этой основе уже можно планировать работу цехов, т. е. составить график равномерного и комплектного выпуска машин в таких количествах, каких требует государственный план.
Технологи начинают свою деятельность вместе с плановиками и даже раньше их — на той стадии, когда чертежи машины еще не сошли с досок конструкторов. Тогда технолог садится рядом с конструктором и вместе с ним обсуждает новую конструкцию, ее технологичность.
Но до сих пор технолог был лишь консультантом. Л теперь он определяет дальнейшую судьбу машины. Как быстро удастся выпустить машину, в каких количествах, какого опа будет качества, сколько будет стоить? Ответы на эти вопросы в большой степени зависят от технолога.
В тесном контакте с технологами работает отдел о р г а н и з а ц п п труда (или о т-Д е л труда и заработной п.латы). Технологи подсчитали, сколько нужно времени на выполнение каждой операции. Это техническая норма времени. Она полностью учитывает возможности заводского оборудования. Теперь надо эти возможности реалпзовать. Эю требует внимания к самым, казалось бы, незначительным мелочам.
Отдел организации труда старается разумно, экономно использовать труд рабочего, правильно его организовать. Он старается сберечь для производства каждую минуту рабочего времени.
Так, при изучении процесса сборки антомобильного колеса установили, что покрышка лежит от сборщика на 1 м дальше, чем необходимо. Один лишний шаг за покрышкой, один — обратно. Подсчитали: при сборке узла — два лишних шага; при сборке машины (5 колес) — 10 шагов; в день (100 комплектов) — 1 км; в год — 12 бессмысленно потерянных дней. Вот что такое лишний шаг сборщика!
Минута в производстве — огромная величина! Еще в 1958 г. электростанции Советского Союза давали за 1 мин. столько энергии, что ее хватило бы на месяц работы большого автозавода. За одну минуту металлурги выплавляли металл, которого хватало на изготовление 5 мощных тракторов, 10 грузовых автомобилей, нескольких мотоциклов, десятков велосипедов. Сейчас эти цифры возросли.
Важное звено заводоуправления — отдел снабжения. Этот отдел вместе с плановым изучает спецификацию деталей п материалов новой машины. Что, например, можно получить в готовом виде от других заводов? Подшипники — с подшипникового завода, электрооборудование — с другого завода, пластмассы — с третьего, ткани — с четвертого, стекло, приборы — с пятого, шестого и т. д. 1 ак составляются план снабжения и план кооперирования, т. е. получения необходимых деталей и узлов с других предприятий.
Но отдел снабжения не только доставляет нужные материалы. Он следит также за пра-
КАК ОГРОМЕН МИЛЛИАРД
В этом томе вы не меньше ста раз встретите слово «миллиард». В конце семилетки в пашен стране в год будет выращиваться не менее 10—11 млрд, пудов зерна, электроэнергии будет выработано 500—520 млрд, квт-ч. Но ясно ли вы представляете себе, как велик миллиард?
Чтобы досчитать до миллиарда, произнося каждую секунду по очередному числу, понадобится 32 года непрерывной «работы» без сна и отдыха, без выходных дней. Если сложить из миллиарда спичек узенькую дорожку, то она охватит всю землю по экватору. Предположим, что в библиотеке 5 тыс. книг, в каждой — по 100 страниц, па каждой странице — по 2 тыс. букв. Л всего букв в этих книгах — миллиард.
вильным их расходованием. Дает, например, цеху металл по весу в соответствии с нормами и точно знает, сколько весят выпускаемые изделия. Куда делась р а з и и ца—ушла в с т р у ж-
ку? Значит, нужно собрать эту стружку исдать
иа переплавку.
Каждое дело требует творческого подхода. Вот, например, финансовый отдел. Казалось бы, одни «сухие» цифры: получит в банке деньги, распределил их по статьям — и все. Однако от работы финансистов, от того, насколько хорошо они видят, что в действительности скрывается за сухими цифрами, зависят результаты всей работы завода.
Существует такой термин: оборотные средства предприятия. Это — день
ги, вложенные в запасы материалов, в начатые, но не законченные производством изделия, в готовую, но не отправленную продукцию.
Государство выделяет заводу ежегодно определенную сумму оборотных средств, скажем 100 млн. руб. А продукции он выпускает и год на 400 млн. руб. Выходит, первоначально выделенные средства за год оборачиваются четыре раза: продолжительность одного оборота — 90 дней. Л если сократить продолжительность оборота, допустим, с 90 до 70 дней? Тогда средства станут оборачиваться пять раз в
О 3 Детская энциклопедия, т 5
год вместо четырех. В результате при тех /ке 100 млн., выдел (*нных государством, завод получит возможность выпускать продукцию не на 400, а па 500 млн. руб. в год. Вместо четы р<>\ автомобилей в день — пять, вм сто восьмидесяти велосипедов—сто, вместо двухсот телевизоров — двести пятьдесят. Вот что значат «сухие» цифры!
«Сухие» цифры, учет каждой израсходован noir копенки составляют содержание работы еще одного отдела — центральной бухгалтер и и. 1£сли на каждой выпущенной детали сберечь только одну копейку, то годовая экономия на крупном заводе может достигнуть сотен тысяч рублей. Центральная бухгалтерия ведет точный учет всех затрат и доходов предприятия. В этом учете, как в зеркале, видны результаты хозяйственной деятельности завода.
Есть в заводоуправлении отдел, который занимается оборудованием,— отдел главного мехами к а. При получении нового задания он в первую очередь изучнт потребность в оборудовании. В механических цехах, скажем, обнаруживается нехватка станков. Попросить новые? Возможно, придется. Но раньше надо проверить своп резервы. Ведь можно модернизировать многие станки, сделать их более мощными, более производительными. Можно и улучшить использование станков, отремонтировать их. Об этом заботится отдел главного механика. Электроэнергетическими установками, тепло- и водоснабжением иа заводе ведает отдел главного энергетика. Он также согласует потребность в энергии с новым заданием.
Отдел технической и р о п а г а н-д ы (или техн и ч е с к о й и н ф о р м а ц и и) тоже внесет своп вклад в освоение новой машины. Он изыщет и размножит информацию об изготовлении подобных машин за границей, о всех новинках отечественных родственных заводов, оборудует в цехах витрины, устроит выставки, организует лекции, покажет технические кинофильмы — сделает все, чтобы помочь рабочим и инженерам. Техническая библиотека доставит книжки и журнальные новинки и также устроит выставки, беседы.
Остается главное — кадры. Ими занимаются два отдела: отдел подготовки кадров п отд е л н а й м а и у в о л ь-нения.
Па наших заводах все учатся. Кружки техминимума, школы передового опыта, курсы наладчиков, мастеров, вечерние (сменные) сред-
пне общеобразовательные школы, профессионально-технические училища, техникумы, заводы-втузы, филиалы вечерних институтов, группы заочников, аспирантские группы — все условия для учебы!
Оба отдела, занимающиеся кадрами, действуют в контакте друг с другом. Они совместно решают, рабочих каких специальностей надо подготовить свопмп силами, кого нужно найти па стороне. II тот и другой отделы охотно привлекают молодежь со средним образованием: ведь такие люди легко включаются в любые звенья подготовки кадров, быстро находят себе место в сложном организме завода.
Производство на крупных заводах организовано по цехам — соответственно видам обработки. Например, на машиностроительном заводе есть механические, литейный, кузнечный, сварочный, сборочный п другие цехи. Представление об особенностях их работы дают соответствующие статьи этого тома.
Производственная структура машиностроительного завода дана на рисунке (стр. 36). Здесь показаны не все цехи, в действительности их значительно больше. Инструментальный, ремонтно-механический, ремонтно-строительный, электромеханический, сварочный, термический, транспортный, заготовительный — все эти и другие цехи или обслуживают основное производство, пли непосредственно участвую! в нем.
На большом заводе работают десятки цехов, тысячи станков, десятки тысяч людей. Выпускают они сотни тысяч деталей, производят миллионы операций. Как разобраться во всем этом? Кто может сказать, в каком цехе что происходит, что с какой деталью делается? Производственный отдел завода! Иногда его называют диспетчерским (от английского слова, обозначающего «быстро выполнять»).
Диспетчеров на современном заводе немного. Им помогает специальная техника. Она показывает, как идет выпуск любой детали на любом участке. Но диспетчеры не только следят за ходом производства, они ускоряют его, если где-либо случилось промедленпс, приходят на помощь тем участкам, где возникают какие-либо трудности.
На стене производственного отдела — огромный электрифицированный график. Ползут на нем светящиеся жучки. Каждый из них связан с движущейся на главном сборочном конвейере машиной. Сборка идет нормально — жучок ползет и ползет. Случись малейшая задержка — жучок мгновенно замрет на месте. И сразу увидит
диспетчер: конвейер остановился, нужно срочно принимать меры. А если не увпдпт, над графиком начнет тревожно мигать красный свет: «Принимайте меры, конвейер остановился!» Если же и сто не увидят, то через минуту в помещении загудит сирена.
Обычно конвейер останавливается, если не хватает деталей. Диспетчер неотступно следит, чтобы запасы их постоянно были на складах. Несколько тысяч деталей составляют машину. Каждая из них имеет номер, который показан на доске против диспетчера. Рядом с номером три лампочки: зеленая, желтая, красная. Горит зеленая — все в порядке, запас деталей достаточный. Но вот он снизился, стал меньше нормы и сразу же зажглась желтая. Ес ги бы запас исчерпался, зажглась красная — авария!
Но мало следить за состоянием запасов на складах. Важно всегда знать, как эти запасы пополняются. В комнате диспетчера висит график — часовая выработка каждого цеха. На нем рядом идут две кривые: план и выполнение; вторая чуть-чуть выше первой — значит, все в порядке!
Четко и слаженно работает огромный и сложный механизм завода. Спокоен и размерен ход производства. Но достигается это непросто. Телефон, радио, автоматика, телемеханика — все достижения передовой техники используются для этого. А главное в такой* размеренное ги— четкая работа советских людей, их дисциплинированность, чувство ответственности. И, конечно, совершенное знание своего дела. Усилия и мысли работников завода направлены на то, чтобы выполнить государственный план с наименьшими затратами, чтобы дать стране больше дешевой продукции лучшего качества, чтобы еще выше поднять мощь нашей Родины!
СПРАВКА ОБ ОДНОМ ЗАВОДЕ
В СССР много больших заводов. Но и среди них выделяется Уралмашзавод, который называют «заводом заводов». Сколько же может сделать один завод, пусть даже очень большой? В 1957 г., когда этот завод праздновал свое двадцатипятилетие, подсчитали, что с помощью оборудования, выпущенного уралмашевцами, было добыто около 80 млн. Т нефти и переработано больше 63 мл и. Г руды. Три четверти всех доменных печей Советского Союза укомплектованы оборудованием, которое сделали уралмашевцы. В течение семилетки будет введено в строи 50 новых прокатных станов, и 39 из них выпустит Уралмашзавод. А ведь этот завод делает и шагающие экскаваторы и другие машины.
МАШИНЫ И ДЕТАЛИ МАШИН
Qt полярной тундры до Черного моря, от Карпатских гор до побережья Г1ихого океана — всюду в нашей стране идет творческая созидательная работа по выполнению величественной программы строительства коммунизма. И везде на помощь советским людям приходят машины — могучие, быстрые, ловкие.
Силы человека, управляющего современной машиной, возрастают неизмеримо. Шесть человек в машинном зале Волжской гидроэлектростанции им. В. И. Ленина без малейшей затраты физического труда управляют энергетическими машинами мощностью в 20 млн. «человеческих сил». А если учесть, что станция работает круглосуточно, а человек — только 8 час., получается, что одна Куйбышевская ГЭС выполняет работу 60 млн. человек.
Новый экскаватор, изготовленный Краматорским заводом тяжелого машиностроения, весит 2 800 Т, его ковш вмещает 35 м3 грунта. Он выполняет работу 15 тыс. людей, а управляет им всего один человек (рис. 1).
Советский реактивный самолет ГУ-104 доставляет пассажиров и срочные грузы из Москвы в Омск за 2 часа 50 мин. Скорый поезд проходит это расстояние за трое суток.
А еще совсем недавно, всего 70 лет назад, пассажиры и срочная почта добирались до Омска лишь за 4—5 недель.
С помощью машин человек проникает в космос, находит под землей нефть, уголь и другие полезные ископаемые, опускается в глубины океана, раскрывает тайны вещества. Машина заменяет человеку па время сердце и легкие, машина-математик мгновенно решает сложнейшие задачи, которые требуют многодневного труда целого коллектива работников. Радиотехника и телемеханика позволяют управлять движением самолетов и поездов на расстоянии.
Энергетика, топливная промышленность, металлургия, химическая и лесная промышленность, строительная индустрия, городское хозяйство и транспорт не могут существовать и развиваться без машин. В современном сельском хозяйстве, снабжающем население продуктами питания, а промышленность сырьем, также работает множество самых разнообразных машин.
На цветном рисунке (стр. 52) изображены фабрики, заводы п электростанции, шахты и горные разработки, железные дороги, мосты и автомобильные магистрали. И всюду множество ма-
Рис. 1. Экскаватор с ковшом емкостью 35 м3, вес машины — 3800 Т.
шин! Одни созданы для определенных, узкоспециализированных отраслей производства, другие — универсальные — применяются в самых разнообразных условиях.
Машиностроение — сердце тяжелой индустрии, основа основ всего народного хозяйства. Об индустриальном развитии любой страны судят по состоянию ее машиностроения.
Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют исключительное внимание росту и развитию нашего машиностроения. В семилетием плане (1959—19G5 гг.) перед машиностроительной промышленностью стоят грандиозные задачи по производству новейших машпн, по комплексной механизации и автоматизации технологических и транспортных процессов во всех отраслях народного хозяйства.
ЧТО ТАКОЕ МАШИНА
Характерный признак машины, независимо от количества механизмов, из которых она состоит, — это выполнение полезной работы. Основное назначение механизма — передача пли преобразование движения. Основное назначение машины—преобразование энергии или использование ее для практических целей. Ма-шина может состоять из одного или нескольких механизмов.
Машину, использующую энергию для выполнения полезной механической работы, называют машиной-орудием (рабочей машиной). По своему назначению машины можно разде
лить на энергетические, технологические, т ранс-портные, контрольно-управляющие и счетно-решающие. Энергетические, контрол ыю-упра вл я-ющие и счетно-решающие машины рассмотрены в других статьях. В этой статье вы познакомитесь с особенностями технологических и транспортных машин, которые по объему производства являются основной продукцией машиностроения.
Гсхнологические машины служат для выполнения определенной технологической работы, т. е. для изменения формы, размеров, вида, состояния и свойств обрабатываемых объектов, для их соединения и разъединения. Они осуществляют самые разнообразные работы: копают грунт, обрабатывают металлы, дробят камни, пашут и молотят, печатают. 1 ранс-портные машины перевозят или переносят грузы, меняют их местоположение.
Машина состоит из следующих основных частей:
а) двигателя — источника механической энергии;
б) исполнительных (рабочих) органов, непосредственно выполняющих полезную работу;
в) передаточных механизмов (трансмиссий), преобразующих движение, передаваемое от двигателя к рабочим органам;
г) системы управления;
д) остова (станины, корпуса, рамы), представляющего собой основание, на котором расположены все части машины.
ДВИГАТЕЛЬ
Современные машины большей частью оборудованы электрическими двигателями пли двигателями внутреннего сгорания. Паровые машины в новой технике почти не встречаются. Что же касается гидравлических и пневматических двигателей, то их применение" в машинах как источников двигательной силы ограничивается, главным образом, системами управления.
Все машины, получающие питание по роду исполняемой работы от источника электрической энергии, снабжены электродвигателями. Такой двигатель имеет важные преимущества перед двигателем внутреннего сгорания. Он надежнее в работе, долговечнее, проще по системе управления, легко изменяет направление вращения. Ему не нужны коробка перемены передач и специальные приспособления для запуска.
Кс. иг, например, вместо э юктродвпгателя поставить на экскаватор или кран двигатель» внутреннего сгорания, то надо дополнительно ставить топливный бак, систему топлпвопода-чп, муфту сцепления и более сложную передачу от двпгате 1я к рабочим механизмам. Кроме тою, чтобы изменять направление движения, потребуется специальный механизм — ре в е р с, так как двигатель внутреннего сгорания изменять направление вращения вала не может. Но есть у электрического двигателя один крупный недостаток: он привязывает машину к источнику электроэнергии, лишает ее возможности свободно перемещаться в любом направлении. Подобно тому как электрический утюг пли электробритва могут «уйти» от штепсельной розетки только на длину своего шп\ра, так и электрический крап может уйти от источника питания только на длину своего гибко
го кабеля. Поэтому автомобили, самолеты, теплоходы, тракторы снабжены двигателями в и у т ре ние го сгорания.
Двигатель со всеми вспомогательными устпоиствам|1 вместе с подмоторнои рамой и кожухом (капотом) называется с и л о в о й у с т а н о в к о и машины.
На разных этапах развития техники существенным толчком для появления многих новых машин служило снижение веса двигателя. Это было при создании паровоза, парохода, тепловоза, автомобиля, трактора, самолета. Вес двигателя сы! рал решающую роль при запуске искусит венных спутников Земли if космических ракет.
Для сравнения двигателей часто пользуются показателем их веса, приходящегося - па 1 л.с. мощности. Чтобы получить этот показатель, надо вес двигателя раз-
механизмам: трансмиссией обе. iyжпвает
Рис. 2. Развитие привода и
А —одна паровая машина приводи г в движение псе станки фабрики, все станки своего этажа; В — двигатель обслуживает группу станков гатслем; L - один станок обслуживается нисколькими двигателями: волнительный механизм, тягач на таких ко юсах не
передачи от двигателя к исполнительным
В электродвигатель с
Г и Д — каждый шапок обслуживается одним двп-Ж мотор-колесо; двигатель здесь «встроен» в и<-имеет трансмиссии.
Рис. 3. Диаграмма, показывающая вес двигателей, приходящийся на 1 л. с. их мощности:
1 — локомобиль (паровая машина с котлом на колесах, применялась для молотьбы), 2— дизель стационарный, 3 — дизель судовой; j — дизель тракторный, 5 — электродвигатель; 6—дизель автомобильный, 7 — двигатель автомобильный карбюраторный Двигатели авиационные: Л—поршневой, 9—турбовинтовой; 10 — турбореактивный; 11 — ЖРД; 12 — ракетный двигатель
делить на его мощность в лошадиных силах. На рис. 3 даны показатели веса некоторых двигателей.
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ
Исполнительные (рабочие) органы технологических машин разнообразны. Устройство их зависит как от выполняемой работы, так и от свойств обрабатываемых материалов.
Металлообрабатывающие станки сверлят, точат, строгают, фрезеруют, шлифуют металл. Машины для земляных работ рыхлят грунт, копают, перемещают его, разравнивают, уплотняют. Машины для добычи и переработки каменных материалов бурят, дробят, сортируют, моют, сушат, размалывают. Сельскохозяйственные машины пашут, боронят, сеют, жнут, косят, молотят. Полиграфические машины набирают, печатают, брошируют.
Рабочие органы и инструменты технологических машин—это резцы, ковши, отвалы, валки, лемехи, но,кницы, пилы, грохота (сита), ме-шалкп (рпс. 4). Если двигатели большей частью универсальны, т.е. могут быть на любой машине,
то рабочие органы специализированы и могут быть лишь на строго определенной машине: у металлорежущего станка — резцы, у прокатного стана — валки.
Исполнительным органом транспортной машины служит д в и ж ител ь. Движитель это ведущие колеса у локомотива и автомобиля, гусеницы у трактора, гребной винт у корабля, пропеллер у поршневых или турбовинтовых самолетов, газовая струя у реактивных самолетов. Устройство движителя в первую очередь зависит от свойств той среды, в которой он работает, будь то дорожное покрытие, почва, вода или воздух.
Многие самоходные технологические машины в процессе работы тоже передвигаются. Колеса, гусеницы или шагающий механизм служат им движителями.
ПЕРЕДАЧИ В МАШИНАХ
Каким образом рабочие органы получают энергию для работы? Для этого служат передачи, которые обычно состоят из одного пли нескольких преобразующих движение механизмов. Преобразование здесь может заключаться в изменении числа оборотов, в измененпп направления вращения, в изменении вращательного движения в поступательное, в разветвлении подводимой мощности путем распределения ее между несколькими механизмами. Передачи по своему устройству весьма разнообразны; их разделяют на механические, электрические п гидравлические (рис. 5,6).
Наиболее распространены механические передачи — их применяют на большинстве автомобилей, в грузоподъемных машинах, металлообрабатывающих станках п многих других машинах.
Электрические передачи устанавливают на тепловозах, теплоходах, турбоэлектроходах, некоторых мощных автобусах. Такая передача у транспортных машин состоит из первичного двигателя (обычно внутреннего сгорания), который соединен с генератором, питающим своей энергией электродвигатели рабочих механизмов. Эта схема позволяет сочетать независимость машины от электросети с преимуществами применения электродвигателей для рабочих механизмов.
Электрические передачи применяются чаще всего в сочетании с механическими.
1 и д р а в л и ч е с к и е и е р е д а ч п весьма разнообразны. Применяются гидродинамические передачи (турбомуфты, турботранс-
4?Бурение
2 Прокатил
3. Прессование (вытяжка).
7 Измельчение
8. Перемешивание
Рис. 4. Рабочие процессы, осуществляемые исполнительными органами технологических машин.
5 Копание
6. Дробление
Рис. 5. Экскаватор с гидравлической передачей от дизеля с насосом ко всем исполнительным механизмам.
форматоры) и передачи гидростатического (объемного) действия. У экскаватора на рис. 5 совсем ист механических передач. Здесь дизель сообщает механическую энергию соединенному с ним насосу. Жидкость под высоким давлением поступает к рабочим силовым цилиндрам, изменяющим положение стрелы, рукояти и ковша при работе экскаватора, и к гидравлическим двигателям вращающего действия, которые приводят в движение гусеницы п поворачивают платформу экскаватора. В последнее время гидравлическая передача появилась па автомобилях, в станках, строительных машинах и т. и.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ
Как может машинист простым усилием руки остановить движение поезда весом 4000 Т, идущего со скоростью 80 км час и обладающего колоссальной «живой силой» в 100 млн. кГм?
В небольших машинах усилие управляющего ими человека умножается р ы ч а ж н о и, винтовой или ч с р в я ч н о й п е -р е д а ч а м и. По этому принципу действует ручной тормоз велосипеда и автомобиля, рулевое управление автомашины, система управления небольшого экскаватора (рис. 7).
Но вот мы садимся за руль самосвала МАЗ-530 грузоподъемностью в 40 Т\ вес его вместе с грузом —70 Т. Тут уж нельзя простым усилием руки повернуть баранку управления. Нам поможет сделать это гидравлический серво
механизм (механизм-слуга) следящего действия.
I идравлическая система применяется во всех автомобилях-самосвалах для подъема кузова при разгрузке.
Тормоза железнодорожных поездов и грузовых автомобилей, механизмы новейших экскаваторов и многих других машин имеют пневматическое управление — т. с. с помощью сжатого воздуха; воздух также открывает и закрывает двери вагонов метро и троллейбусов.
Словом, если требуется приложить большие усилия, применяют гидравлическое управление. А если надо плавно регулировать силу и скорость действия системы управления, лучше использовать пневматическое устройство.
Откуда же системы гидравлического п пневматического управления черпают энергию, необходимую для работы? При гидравлическом управлении жидкость подастся к исполнительному механизму под высоким давлением насосом, имеющим привод от двигателя. При пневматическом управлении воздушный насос — компрессор, также имеющий привод от двигателя, нагнетает воздух под давлением в 8—12 атм в металлический баллон ресивер, откуда воздух постепенно расходуется при управлении.
При гидравлическом и пневматическом управлении наибольшее распространение получил исполнительный механизм, имеющий форму полого цилиндра с поршнем и штоком.
Под давлением поступающей жидкости плп сжатого воздуха поршень передвигается п своим штоком включает или выключает сцепную муфту, прижимает тормозные колодки, поворачивает передние колеса тяжелого автомобиля и т. п.
На машинах, имеющих электрические двигатели, обычно применяется электрическое управление, обладающее большой гибкостью. Оно дает возможность наиболее удобно решать вопросы автоматизации управления машиной. Получили распространение п комбинированные системы управления — электромеханическая, электропневматпческая и др. На бетонных заводах-автоматах, например, машины управляются при помощи пневматических цилиндров. А кранами (золотниками), которые открывают плп прекращают дост>п воздуха в эти цилиндры, управляет не машинист, а специальные электромагниты.
В свою очередь эти электромагниты приводятся в действие автоматически с центрального пульта управления.
3. Передача через коробку скоростей 4.Передача через гидротрансформатор
5 ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА . (ТЕПЛОВОЗ).
б Тур БОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА (ЭЛЕКТРОХОД'
Рис. 6. Передачи в машинах.
Схема механического управления
Схема гидравлического управления
ж илкость под
Г идроцилиндр
Схема пневматического УПРАВЛЕНИЯ
управления
ХЕМА ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Рис. 7. Схемы систем управления.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАШИНАМ
Мы познакомимся в этой книге со многими машинами. Поэтому нам необходимо знать, какие требования предъявляются к ним.
Каждая новая машина прежде всего должна соответствовать своему назначению, облегчать труд рабочего, существенным образом повышать производительность его труда. Любая новая машина имеет право на широкое распространение только в том случае, если по своим показателям она значительно превосходит показатели уже существующих машин (см. ст. «Как создается машина-»).
Машина должна быть прочной, обладать высокой работоспособностью и действовать достаточно долго до замены важнейших деталей или до капитального ремонта.
При социалистическом производстве очень важно, чтобы людям, обслуживающим ту или иную машину, былп созданы нанл> чшие условия для работы. Машина должна быть такой, чтобы на Heit было безопасно работать, чтобы рабочее место было удобным, защищенным от пыли, жары пли холода. II. наконец, управление машиной должно быть максимально простым и легким. Самое прогрессивное решение этого вопроса — автоматизация управления. В настоящее время ее вводят на многих машинах.
Важное требование, предъявляемое к машине, — экономичность в работе. Она должна иметь высокий коэффициент полезного деиствпя. Поэтому трение в ее частях п другие вредные потери стараются свести к минимуму.
Машина не должна стоить дорого. Поэтому
важно, чтобы она была технологична, т. с. проста и удобна в изготовлении. Снижение веса имеет большое значение для всех родов машин. И если для самолета каждый лишний килограмм — это жизненно важный и основной технический вопрос, то для всех остальных отраслей машиностроения — это серьезная экономическая народнохозяйственная задача. Снижение веса машины — не только экономия металла; это и экономия труда на обработку металла и экономия энергии и средств при эксплуатации и ремонте машины.
Машина должна быть сконструирована так, чтобы уход за ней (смазка, регулировка, замена быстро изнашивающихся деталей) был прост и удобен. Она должна обладать и ремонтной технологичностью, чтобы можно было быстро и легко ремонтировать ее, заменять отдельные части. Ведь изношенные пли поломанные части машины, даже самые важные, можно заменить новыми. Таким образом, при правильной технической эксплуатации и своевременном ремонте машина способна прожить несколько жизней.
Машина состоит из многих деталей. Какие же это детали?
ДЕТАЛИ II УЗЛЫ МАШИН
Многие из вас знают замечательную игру «Конструктор» — большую коробку с набором всевозможных металлических иля деревянных деталей. Чего тут только нет! Планки и угольники, оси и колеса, шестерни и олочки, винты и гайки... И здесь же — альбом, в котором показано, как собрать из этих деталей подъемный кран, ветряную мельницу, автомобиль и много других интересных моделей.
Конечно, настоящую машину с помощью такого «Конструктора» не построишь. Можно сделать только очень похожую модель ее. Ведь в настоящей, не игрушечной технике все намного сложнее.
На свете существуют тысячи машин, и каждая состоит из десятков и сотен самых разнообразных, не похожих друг па друга деталей. Как же разобраться в этом многообразии, как изучить все детали, запомнить их? И тут мы вспомним наш «Конструктор», где из немногих деталей можно построить так много машин.
Представим себе, что нам предложили разобрать на части механизм велосипеда, башенного крапа, автомобиля, токарного станка, зерноуборочного комбайна, будильника и
разложить эти части по полочкам так, чтобы па каждой оказались детали одного назначения.
Вы, наверное, думаете, что для этого понадобится нс одна сотня полочек — так разнообразны, так не похожи эти детали друг на друга по внешнему виду.
Но нет! Полочек потребуется не так уж много. Ведь мы будем сортировать детали не по пх виду и размерам, а по н а з п а ч е-н и ю, по Toil роли, которую они исполняют в машине.
Такую сортировку, распределение по полочкам, т. е. к л а с с и ф и к а ц и ю, осуществила наука о деталях машин. Рассмотрим классификацию наиболее употребительных деталей:
Детали для соединения частей машины Соединения неразъемные: заклепочные сварные прессовые Соединения разъемные: резьбовые шпоночные шлицевые
Валы, пх опоры п соединения Валы (осп) Подшипники Муфты
Детали передач вращательного движения П ередачи: зубчатая червячная ременная фрикционная цепная карданная
Детали передач, преобразующих вращательное движение в поступательное Передачи: канатно-блочная винтовая реечная шатуино-кривошипная кулачковая
Ходовое оборудование Колесное Гусеничное Шагающее
Тормоза Колодочные Ленточные Дисковые
СОЕДИНЕНИЯ
Для получения неразъемных соединений деталей машин применяют з а к л е и к и, с в а р-к у детален или запрсссо в к у одной детали в другую с помощью пресса.
3 а к л е и о ч н ы е соединения долгое время считались единственно возможными при изготовлении паровых котлов, мостов, корпусов кораблей, металлических конструкций для инженерных сооружений и кранов.
Старые производственники помнят, каким тяжелым был труд рабочих-котелыцпков в те времена, когда все заклепочные работы выполнялись вручную. Особенно трудно приходилось «глухарям» — так называли рабочих, которые должны были внутри котла грудью подпирать металлическую оправку и удерживать заклепку, в то время как клепальщик снаружи бил тяжелым молотом по cti ржню раскаленной заклепки, придавая ему форму полукругло]'! головки.
Сейчас заклепочные соединения в машиностроении п строительной технике почти полностью вытеснены свар н ы м и (см. ст. «Как сваривают металл»). При сварке соединяемые части не ослабляются большим числом отверстий; труд рабочего стал намного легче, производительность его повысилась. Сварные детали часто применяются вместо литых; это значительно уменьшает вес машины.
Заклепочные соединения встречаются в самолетостроении, где сотнями тысяч мелких заклепок из легкого сплава соединяют части и обшивку корпуса, крыла п оперения самолета. Но п эта работа в значительной степени механизирована.
Для разъемных соединении деталей в машинах чаще всего применяются болты с гайками и винт ы. Такие соединения называются резьбой ы м и. Опп очень удобны, так как дают возможность в любой момент разобрать машину на части, сменить изношенную или неисправную деталь. Резьбы и размеры детален резьбовых соединений в нашей промышленности стандартизованы.
ВАЛЫ. ИХ ОПОРЫ II СОЕДИНЕНИЯ
В каждой машине имеются вращающиеся валы с насаженными на них зубчатыми колесами, барабанами для стальных канатов, звездочками для цепей, шкивами для ремней. Эти детали надежно закреплены на валу ш п о н
к о й, которая закладывается в канавки, прорезанные на валу, и в отверстия ступицы детали. Шпонку можно закладывать свободно или с помощью молотка, если она имеет форму клипа.
В автомобилях, станках и многих других машинах теперь применяются ш л и ц е в ы е соединения, успешно заменяющие шпоночные. На поверхности вала прорезают канавки и оставляют выступы (ш л и цы), которые входят в соответствующие ио размерам канавки, сделанные в ступице детали, сидящей на валу. Такое соединение ослабляет вал меньше, чем шпонка, п дает возможность шестерне пли муфте свободно перемещаться ио валу.
III ином пли hi с й к о и вал машины опирается па под ш и п н п к. При повороте вала поверхность вращающегося шипа скользит по неподвижной поверхности подшипника. Валы обычно изготовлены из прочной стали. Для того чтобы уменьшить тренпе, опорную поверхность подшипника делают в виде съемного «вкладыша» из бронзы, пз антифрикционного (уменьшающего трение) чугуна илп заливают баббитом — сплавом олова, свинца п сурьмы, применяют алюминиевые сплавы, металлокерамические вкладыши. Но это лишь частично предохраняет шейку вала от пзноса.
Чтобы уменьшить трение до минимума, подшипнику скольжения нужно дать очень хорошую смазку. При большой скорости вращения вала смазка все время подается к подшипнику под давлением. Так смазываются подшипники коленчатого вала автомобильного п тракторного двигателей.
Однако даже прп хорошей смазке подшипники скольжения и шейки валов подвержены довольно быстрому износу. Поэтому в современных машинах подшипники скольжения почти полностью вытеснены ш а р п к о в ы м п и р о л п к о в ы м и подшипниками, получившими общее название подшипников к а ч е н п я. Они значительно уменьшают потерю энергии в опорах валов, делают ход машины более легким, обладают высокой работоспособностью.
В подшипнике скольженпя поверхность шипа, шейки, пяты скользит по поверхности подшипника (подпятника) под большой нагрузкой п с большой скоростью. Это вызывает нагревание трущихся поверхностей, а значит, и вредные потери энергии в машине. А в подшипнике качения между стальным закаленным кольцом, сидящим на валу, и таким же кольцом в опоре катятся шарики илп ролики. Прп их
Рис. 8. Самые употребительные детали и узлы машин'.
1 ииды (сортамент) сортового металла: труба, полоса, круглый прокат, шестигранник (для ''т|^' 1 11 ‘ ‘Сварные
швеллер, двутавр, квадратный профиль, рельс, равнобокий уголок, толстый лист, 2 чаьлепо шые "У11 ’ ‘ : соеды-
соединения; 1 — типы резьб и резьбовые соединения. 5 — винты и болт с гайкой; »» залп и удерживаяЩ1•: р о пннения; нения от саморазвинчивапия, гаечный ключ, 7 — валы: кулачковый ступенчатый и кривошипный, 8 _ J“ r _ поликовый;
Р — шлицевые соединения; 10 — подшипник скольжения — разъемный, //—подшипники качения шариковые 1
12—роликовый подшипник с корпусом
качении трение становится ничтожно малым, износ детален — небольшим, а потери энергии в машине уменьшаются во много раз.
Шарикоподшипники широко применяются в самых разнообразных современных машинах и механизмах. Шарикоподшипниковые заводы в Москве и других городах нашей страны выпускают миллионы подшипников всех размеров: от крошечных подшипников - лилипутов до подшипников-гигантов.
Перед советским машиностроением стоит задача перевести в ближайшие годы все вагоны железнодорожного транспорта на подшипники качения. Тепловозы и электровозы смогут тогда повести составы значительно большего веса, а пробег вагонов без смены подшипников возрастет в десятки раз.
Валы в машинах соединяются между собой с помощью муфт, весьма разнообразных по своему устройству.
При постоянно соединенных муфтах валы во время работы машины не могут быть расцеплены; сцепные же, или у п р а в л я е-м ы е, муфты позволяют расцеплять на ходу валы п затем плавно соединять их.
Примером управляемой муфты служит механизм сцеплен пя в автомобиле. Нажимая на педаль сцепления, водитель разобщает вал двигателя п вал трансмиссии автомобпля; отпуская педаль, — плавно сцепляет их.
ДЕТАЛИ ПЕРЕДАЧ
У часового механизма, токарного станка и многих других машпн передача вращательного движения от одного вала к другому осуществляется с помощью зубчатых колес, насаженных на валы. 'Здесь одно колесо ведущее, а другое ведомое. Малое зубчатое колесо, называемое ш е с т е р-н е й, бывает обычно ведущим. При этом большое колесо вращается во столько раз медленнее малого, во сколько число его зубьев больше числа зубьев шестерни. Отношение числа оборотов ведущего колеса к числу7 оборотов ведомого называется передаточным числом. 1ак, если ведущее колесо делает 1500 об t мин, а ведомое — 500, то передаточное число равно 3.
П тех случаях, когда нужно увеличить число оборотов ведомого вала по сравнению с числом оборотов ведущего, па ведущем валу ставят большое колесо, а на ведомом — малое.
Зубчатые колеса, передающие движение меж
ду параллельными валами, имеют цилиндрическую форму. Зубчатые колеса, оси которых перпендикулярны, имеют форму усеченного конуса и называются поэтому кон и-ч е с к и м и.
Когда оси валов в машине скрещиваются, применяется ч е р в я ч н а я передача. Здесь ведущий вал с винтовой нарезкой — червя к, а ведомое — зубчатое колесо с косо поставленными зубьями.
Червячные передачи отличаются плавностью хода и могут иметь большое передаточное число. Это очень удобно в тех случаях, когда быстроходный двигатель приводит в движение тихоходную машину. Однако при работе они потребляют значительно больше энергии, чем зубчатые. Поэтому коэффициент полезного действия червячных передач много ниже.
Для зубчатых и червячных передач нужна большая точность изготовления, надежная, исключающая перекос валов установка подшипников, обильная и своевременная смазка. Чтобы сделать высококачественные зубчатые передачи, нужны дорогие зуборезные станки и хорошая технологическая подготовка производства. Поэтому в настоящее время специализированные заводы пли цехи выпускают уже готовые, собранные и испытанные зубчатые передачи в виде комплектного узла (механизма). Такой комплектный механизм, состоящий из набора зубчатых колес, валов, подшипников п деталей для смазки, заключенный в герметически закрытый корпус, называется зубчатым (червячным) редуктор ом.
Вращательное движение может быть передано от одного вала к другому и с помощью гладких — цилиндрических или конических — колес, не имеющих зубьев. Необходимо только, чтобы они были с достаточной силой прижаты друг к другу. Тогда ведущее колесо силой трения будет увлекать ведомое. Такая передача вращательного движения называется ф р и к ц п о н н о й. Однако в машинах фрикционные передачи не получили широкого применения, так как не обеспечивают надежной передачи движения.
Если расстояние между параллельными валами в машине врлпко, то для передачи вращательного движения от одного вала к другому применяют гибкую передачу — р е м е н-н у ю или цопну ю. Вентилятор .автомобильного двигателя, напрпмер, приводится в движение клиновым ремнем, который работает быстро и бесшумно, без толчков и ударов. Цепная передача на велосипеде состо-
Рис. 9. Самые употребительные детали и узлы машин:
1 ~ муфты дли соединения валов. 2 муфты фрикционные: конусная и дисковая, з — элементы зубчатого зацепления, профиль зуба, схемы наружного, внутреннего и реечного зубчатого зацепления, 4 — зубчатые цилиндрические колеса < прямыми, косыми и елочными (шевронными) зубьями; 5 — коническая передача со спиральными зубьями, схема соединения конических шестерен, 6 — редуктор с червячной передачей, 7 — гибкие передачи с плоским ремнем, клиповым ремнем, втулочно-роликовой и «бесшумной» (зубчатой) цепью; <5 — канатная передача, состоящая из барабана, каната, блоков и крюковой подвески, J — карданная передача; полумуфта кардана имеет шлицевое соединение с валом; 10 — шатунно-кривошипная в кулачковая передачи,// —колодочные тормоза кранового и автомобильного типа; 12— элементы ходового оборудования: крановое колесо с двумя бортиками (ребордами), железнодорожное колесо с одним бортиком, автомобильное колесо с пневматической шиной, тракторная гусеница
КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА
г— ПЕРЕДАЧА „МАЛЬТИЙСКИЙ КРЕСТ “
ЗВЕЗДОЧКА ЦЕПНАЯ '
ПРИВОДНАЯ ЦЕПЬ
ВАРИАТОР ФРИКЦИОННЬМ
ит из бесконечной цепи и двух звездочек — ведущей и ведомой. Гусеиицытрактора или экскаватора — тоже цепи. У ленты эскалатора метро — две бесконечные цепи. К их звеньям прикреплены ступеньки, на которых стоят пассажиры. В быстроходных передачах применяют бесшумные цепи.
Современные автомобили снабжены к а р-давно и передачей. Она состоит из двух шарнирных муфт и промежуточного вала. Муфты соединены с валами посредством шлицев. Карданная передача позволяет смешать па небо [ыпои угол ведомые вал относительно ведущег о.
С помощью к ап ат п о-б л о ч н ой передачи вращательное движение вала преобразуется в поступательное. Такая передача состоит из б а р а б а и а, стального к а н а т а (троса) и блоков (роликов), на которых канат изменяет свое направление.
Многим из вас, наверное, приходилось наблюдать работу строительных кранов или экскаваторов. Гибким стальной канат, наматываемый на барабан лебедки, передает усилие крюку, поднимающему груз, или ковшу экскаватора, копающего грунт. Канат свпт из множества очень тонких и прочных стальных проволочек.
Если нужно увеличить усилие за счет уменьшения скорости, в канатной передаче применяют полиспаст, состоящий из системы блоков.
Преобразование вращательного движения в поступательное осуществляется также с помощью винтовой передачи. Рабочими деталями ее
"КОНИЧЕСКАЯ ШЕСТЕРНЯ
Рис. 10. Цепочка различных передач.
ЧЕРВЯК
РЕМЕНЬ
I
j ВАЛ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
ВАЛ
ЧЕРВЯЧНОЕ КОЛЕСО
РЕМЕННОЙ ШКИВ
ГИБКИМ ВАЛ
служат в и и т и г а й к а. С их помощью домкратом поднимают на небольшую высоту груз, зажимают обрабатываемую деталь в слесарных тисках, передвигают суппорт токарно-винторезного станка. В отличие от крепежных винтов, имеющих резьбу треугольного профиля, винт с гайкой, применяемые в винтовой передаче, имеют прямоугольную или трапецевидную резьбу.
В некоторых машинах вращательное движение преобразуется в поступательное с помощью р е е ч и о й передачи, которая состоит из шестерни и зубчатой рейки.
Шатун и p-к р и в о ш и н и а я передача применяется в поршневых двигателях внутреннего сгорания, в паровых машинах, в насосах, перекачивающих жидкости, и в компрессорных установках, сжимающих и нагнетающих газы под большим давлением. У двигателей внутреннего сгорания шатунно-кривошипная передача преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. У насосов и компрессоров происходит обратное преобразование. Шатун соединен с кривошипом коленчатого вала ш а т у и н ы м подшипником. Верхняя головка шатуна соединена с поршнем ври помощи пальца. Коленчатый вал двигателя опирается на к о р е п и ы е подшипники.
В поршневом двигателе есть еще один механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное. Это — к ул а ч к о в ы н вал, т о л к а т е л и и пру ж и и ы кулачкового механизма, управляющего работой клапанов. Кулачок и толкатель поднимают клапан, а пружина опускает его и прижимает к седлу.
ХОДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Одни машины работают, находясь па одном месте (например, станки на фабриках и заводах), другие передвигаются на колесах, гусеницах или при помощи шагающего механизма, т. е. имеют ходовое оборудо-в а п и е.
Выбор ходового оборудования для тон плп иной машины зависит от особенностей и состояния пути, веса машины и необходимой скорости передвижения. Ходовое оборудование рельсового транспорта состоит из металлических колес, снабженных ребордами (закраинами), которые не дают локомотиву и вагонам сойти с рельсов. Мостовые и башен
пые крапы также пере (вш аются по рельсам на стальных колесах.
Автомобили, колесные тракторы, легкие экскаваторы и некоторые крапы оборудованы прочными надувными резиновыми шипами — и и е в м а т и к а м и.
Чтобы машины могли лсч ко передвигаться по бездорожью, по заболоченной местности или по сыпучему песку, пх вместо обычных колес снабжают гусеницами.
У гусениц большая опорная поверхность и потому мало удельное давление, передаваемое па грунт. Удельное давление определяется в к! см~1 т. е. это частное от деления величины веса машины в килограммах па опорную площадь гусениц, измеряемую в с.ч~. Благодаря малому удельному давлению на грунт гусеницы не проваливаются и машина имеет хорошую проходимость. Зацепы в гусеницах повышают тяговые качества машины.
У гусениц очень мала скорость передвижения, поэтому в последнее время на многих экскаваторах и кранах гусеницы вытесняются колесами с большими пневматическими шинами. Когда такая машина движется по ровной дороге, давление в шипе при помощи специального компрессора повышается до 3.5—4,5 ашм. А если машппа понадает на мокрый или рыхлый грунт, водитель снижает давление до 1,2 и даже до 0,7—0,8 атм. Шины становятся «вездеходными», и машппа легко преодолевает бездорожье.
ТОРМОЗА
Назначение тормоза общеизвестно: водитель автомобиля, заметив неожиданно возникшее на пути препятствие, нажимает па тормоз, и машина останавливается. Крановщик подъемного крана тормозом удерживает груз на высоте или замедляет его движение при спуске.
Обычно тормоз состоит из барабана, сидящего на вращающемся валу, и т о р м о з-н ы х коло д о к. При торможении колодки прижимаются к барабану и создают силу трепня. Это замедляет и останавливает вращение тормозного барабана, а с ним и движение всей машины пли i руза.
В автомобильном тормозе колодки находятся внутри барабана. При торможении кулачок, поворачиваясь, раздвигает колодки и прижимает пх к внутренней поверхности вращающегося барабана. В крановом тормозе колодки охватывают барабан снаружи.
У ЛОКОМОТИВОВ II ЖСЛСЗНОДОрОЖНЫХ вагонов колодки при торможении прижимаются к ободу колес. Погашаемая энергия движения преобразуется в тепловую. Поэтому тормоза должны хороню отводить тепло в окружающую атмосферу.
Кроме ко лодочных, в крапах часто применяются л е н т о ч п ы с и in д и с к о в ы е тормоза.
ЧТО ТАКОЕ СТАНДАРТИЗАЦИЯ
Рассказ о деталях машин будет неполным, если не упомянуть об их стандарт шци и п нормализация.
Как вы думаете, что произойдет, если каждый конструктор п каждый завод начнет придумывать новые размеры резьб, профилен проката, шарикоподшипников, муфт, цепей и in даже новую систему оформления чертежей и условных обозначений? Конечно, в таких чертежах не сумеют разобраться работники других предприятий, и завод не сможет получить всех необходимых ему материалов и готовых изделий, не сможет осуществить производственное сотрудничество с другими предприятиями и т. д.
Чтобы этого не случилось, в нашей стране введена система государственных общесоюзных стандартов (ГОШов), которые ни одно предприятие не вправе нарушить. Стандартизованы все важнейшие конструктивные элементы деталей машин, профили проката (балки, уголки, швеллеры, трубы), размеры шарикоподшипников, стальные канаты, а также чертеж
ная система, условные обозначения и многое другое.
По машиностроению и другим видам продукции самых разнообразных отраслей производства стандартами установлены также и «технические условия» на изготовление и прием □Toil продукции.
Стандарты все время пополняются и обновляются в соответствии с непрерывным ростом и развитием промышленного производства.
В дополнение к стандартизации, проводимой в общегосударственном масштабе, отдельные отрасли производства и заводы moi ут проводить работы ио и о р м а л и з а ц и и детален машин, технологической оснастке режущего, измерительного инструмента и др. Нормализацией могут быть охвачены элементы, не предусмотренные общегосударственными стандартами. Однако чаще всего заводские нормали представляют собой сокращенную выборку из ГОСТов. Государственными стандартами предусмотрены тысячи типоразмеров крепежных деталей и сотни разных профилей стального проката и труб для всех отраслей народного хозяйства. Но для нужд какого-нибудь одного завода достаточно иметь 200 типоразмеров крепежных детален и 30 разных профилей стального проката и труб. Завод выпускает п о р м а л ь (таблицу), ограничивающую конструктора в выборе крепежных деталей! или профилей проката. Такая нормаль не противоречит ГОСТу, но очень облегчает работу по снабжению, увеличивает повторяемость деталей в производстве и тем самым значительно удешевляет стоимость машин.
ЯЗЫК ТЕХНИКИ
Много делают на заводах разных машин и станков. А ведь машина или станок состоит из различных деталей. Со всех участков завода поступают готовые? детали в сборочный цех. Некоторые детали даже приводят ш соны километров с других заводов.
Пз дета лен собираются узлы, а из узлов — целые машины. Детали «слушаются» сборщиков —точно становятся на свои места, плот
но пли свободно надеваются на валы, надежно садятся в приготовленные для них гнезда, легко навинчиваются на болты. А как же иначе? Если бы они не подходили дрх i к другу, невозможно оы ю бы делан» машины.
Рабочие и инженеры, которые и потопляют отдельные детали, находятся в разных цехах и даже па разных заводах. Они могут не знать друг друга и не советоваться между собой. В об-
Мы живем в мире машин.
5 (. C ТЯЛг -
-•ЛьТПТА ПОВЕРХНОСТИ
»ГЫЕ КГ'-МКИ ПРИТУПИТЬ
КОРПУС
МАСШТ
ПОДПИСЬ
НЕС
КОЛ
псе гп лист
Кулев
нпгмпкон
РАЗМЕРЫ ЕЕЗ ДЗПУСКПН рьтолнятн
ДАТА
2.1.53
ЬПДОК.
Пет per.
ЛИТ. ИЗ.
КОНСТРУКТ.
РЕД. KUHCT.
ПРОВЕ рил |Сидоооб
ТЕХ ЛОГ Тпыкоб
щсм деле их направляет и объединяет единый для всех язык техники — язык чертежей. Замысловатые линии, значки и цифры чертежей понятны рабочим и инженерам всего мира. Ведь чертежи выполняются с соблюдением единых правил, знать которые необходимо всем.
Не умея составлять и читать чертежи, невозможно строить машины, дома, мосты, плотины, нельзя даже хороню понят ь, как они устроены, нельзя внести в них какое-либо усовершенствование. Даже для того, чтобы построить простейшую модель, надо сперва разобраться в ее чертежах.
Почему же понадобился людям этот специальный язык, почему нельзя обойтись только картинами, которые рисуют художники?
Вот перед памп дом (рис. 1). Он изображен так, как его видел художник. Всем ясно — это дом. Но поел роить его по такому рисунку очень и очень сложно. Мы ио знаем истинных размеров степ, окоп, дверей здания. Измерить их на рисунке нельзя — линии стен, крыши, окон потеряли на нем параллельность, а их размеры уменьшаются по мере удаления от наблюдателя.
Чтобы построить дом или сделать машину, нужен составленный с соблюдением определенных законов и правил рисунок, из которого были бы видны дейст-
нится иные формы и размеры деталей, из чего они сделаны и как обработаны, их расположение но отношению друг к ДРУГУ- 'Но и есть чертеж.
Изображение пространственного предмета па плоскости при помощи определенных приемов называется проектированием, а п о л ученное» и з об раже ни е
проекцией данного предмета на плоскость. В записи мости от способа проектирования можно получить различные проекции одного и того же предмета.
Поместите подставку для карандашей между .тампой и экраном из прозрачной бумаги и обведите контуры ее тени карандашом (рис. 2). Вы получите
проекцию подставки на плоскость бумаги. Дополните ее
лннпямп внутреннего контура — и полученный рисунок даст наглядное и весьма точное представление об изображаемом предмете. Но обратите внимание: размеры проекции подставки не равны ее действительным размерам. Они изменяются в зависимости от положения подставки относительно лампы и экрана. I ак получается потому, что лучи света исходят из одной точки и угол между крайними проектирующими лучами изменяется в зависимости от положения проектируемого предмета.
Ганой способ проектирования называется Ц е и т р а л ь и ы м. К го применяют главным образом в живописи и архитектурных чертежах нрн изображении зданий. В этих случаях центральные проекции называют л иней н о й п е репе к т и в о и (рис. 3).
Если для получения тени от предмета мы будем пользоваться параллельно идущими лучами света, то размеры тени не будут зависеть от расстояния предмета от плоскости проекции. Такое проектирование называется пара л-л е л ь н ы м. Проектирующие лучи могут падать на плоскость проекции точно под прямым углом. В этом случае размеры проекции точно совпадают с размерами проектируемого предмета. Такие проекции называются п р я м о -угол ь н ы м и, пли о р т о г о и а л ь н ы м и (рис. 4). Они позволяют точно определи ! ь раз-
Рис. 7. Чтобы построить дом, нужно иметь его чертеж.
Деталь н се чертеж, выполненный в трех проекциях по правилам машиностроительною черч< пня.
1/ \тп и 1 — ос по к л сопремепиоп техники
Рис. 2. При центральном проектировании размеры проекции предмета не равны его действительным размерам.
Рис. 3. Так выглядит улица в линейной перспективе.
меры н взаимное расположение пространственных предметов и поэтому являются основным способом их изображения на чертежах.
Если же лучи падают под острым углом к плоскости проекция, то проекция предмета получается непохожей на предмет, так же как не похожа на вас ваша тень в вечернее время. Такие проекции называются к о с о у г о л ь-н ы м н. Ими пользуются для технических рисунков.
Можно проектировать предмет с различных сторон и каждый раз получать новое изображение, непохожее на предыдущее.
Чтобы все инженеры во всех странах мира делалп чертежи одинаково, установлен единый способ проектирования предметов и определенное расположение проекций на чертежах. Способ этот заключается в том, что проектируемый предмет как бы помещают в пространство угла, образованного тремя взаимно-перпендикулярными п юскостямп, и проектируют его методом прямоугольной проекции на трп плоскости (см. цв. рис., стр. 53, и рис. 5).
Плоскость II называется горизонтальной плоскостью проекции, плоскость V — вертикальной, а плоскость U7 — профильной. Нетрудно видеть, что проекции предмета на эти плоскости представляют собой внешний вид предмета с трех сторон — спереди, сверху и слева.
Теперь как бы развернем наши плоскости проекций: плоскость II откинем вниз, а плоскость W повернем на 90 против часовой стрелки. В результате все трп плоскости проекции оказались совмещенными в одной плоскости бумаги. Это и есть чертеж предмета в прямоугольных проекциях.
При совмещении плоскостей вид сверху" оказался под видом спереди, а вид слева — справа от впда спереди. Закая зависимость в расположении видов называется проекционной связью и при выполнении чертежей должна обязательно соблюдаться.
Как же получить проекцию какого-либо предмета на бумаге?
Самый простой способ — это положить ого на бумагу и обвести тонким карандашом (рпс. 6). Но не всякий предмет можно спроектировать таким способом. Одни предметы не поместятся на листе, другпе слишком малы, а третьи (например, электрическую лампочку) невозможно обвести из-за сложности их формы.
Кроме того, нас интересует не только внешний вид предмета, но п его внутреннее устрой-
ство, которое таким способом на бумагу, не спроектируешь. Вот тут-то нам и понадобятся приемы п правила п а я е рта т о л ь и о й г е о м е т р и п.
Обозначим буквой А какую-нибудь точку на проектируемом предмете (рис. 7). Тогда мы сможем сказать, что точка А — это оригинал, точка а — проекция оригинала, Аа — проектирующий луч, плоскость Р — плоскость проекции.
Го же самое мы можем сказать обо всех точках предмета. Следовательно, чтобы получить проекцию предмета, надо спроектировать все его точки.
Но законы и правила начертательной геометрии позволяют значительно упростить эту работу. Действительно, чтобы построить проекции прямой, достаточно спроектировать только две любые принадлежащие ей точки п провести через них прямую линию. Проек-
Яис. < проекция может, быть прямоугольной или косоугольной, в зависимости от направления проектирующих лучей.
Рис. 5. Так получается чертеж предмета в прямоугольной проекции.
Рис. 6. Не всякий предмет можно спроектировать при помощи карандаша.
ции квадрата, прямоугольника или треугольника можно построить по проекциям их вершин (рис. 8).
Многие предметы — детали зданий п машин, мебель, посуда — содержат в себе элементы кривых линий и поверхностей. Для получения пх проекций приходится также проектировать ряд принадлежащих им точек и соединять эти точки между собой при помощи шаблонов
Рис. 7. Чтобы спроектировать предмет па плоскость, надо спроектировать все его точки.
Рис. 9. Проекции сложных кривых чертятся по проекциям их точек, соединяемых лекалами.
или с резанного IIвстроить эл-на рисунке.
Рис. Ю. Проекция дна наклоненного цилиндра представляет собой эллипс, липе можно способом, показанным
Рис. 8. Проекцию прямой линии можно построить по проекции ее двух любых точек, а проекцию треугольника — по проекциям его вершин.
Рис. 11. В черчении встречаются различные закономерные кривые, и из них есть свои способы построения.
лекал. Такие линии получили на шание лекальных (рис. 9).
Среди бесчисленного многообразия кривых есть так называемые закономерные кривые, все точки которых обладают некоторым общим свойством. Uto свойство позволяет применить определенные правила для их начертания. Например, шар во всех проекциях имеет вид окружности. Ее не надо строить ио отдельным точкам, ее можно провести с помощью циркуля. Проекция дна наклоненного пли срезанного плоскостью кругового цилиндра представляет собой другую гакоиомерную кривую — эллипс (рис. 10). Встречаются и более сложные закономерные кривые, и для каждой из них есть свои способы построения (рис. 11).
Однако умения правильно построить проекцию того пли иного предмета еще недостаточно для правильного составления чертежей.
Одна из важных особенностей прямоугольных проекций заключается в том, что многие предметы различной формы проектируются одинаково па одну, а иногда и па две плоскости проекции. Например, горизонтальную проекцию в виде круга имеют шар, цилиндр, конус (рис. 12). Чтобы их различить, обязательно нужна вторая проекция. Но не всегда помогает и опа. Приходится чертить третью проекцию.
В тех случаях, когда но прямоугольным проекциям трудно представить себе общий гид изображенного предмета, прибегают к помощи а к соно м е т р и-веских проекции. Они бывают косоугольными (кабинетная проекция) и прямоугольными (изометрическая и ди-метрическая). Такие проекции дают наглядное и весьма точное изображение предмета и помогают правильно понять чертеж (рис. 13).
Очень бол ьшое значение имеют вспомогательные линии, которые в ряде случаев позволяют понять чертеж без дополнительных проекций. Поэтому на проекциях тел вращения (шар, цилиндр, конус, параболоид и т. д.) и отверстии всегда наносят осевые линии
(рис. 14 а, б).
Не меньшую роль играют штриховые линии, обозначающие на чертежах невидимые с
Рис. 12. Цилиндр, конус и шар проектируются на горизонтальную плоскость в виде окружности («). Чтобы их различить, нужна вторая, вертикальная проекция. Другне предметы одинаково выглядят в вертикальных проекциях (б). И о.нпому необходимо изображать еще их вид сверху.
данной стороны элементы деталей (отверстия,выступы, фаски и т. д.). Сравните* проекции в п г, изображенные на рис. 14. Они отличаю! ся только штриховыми линиями. А посмотрите, как отличаются друг от друга изображенные на них детали. Как видите, на чертеже не бывает лишних линий. Каждая из них
Рис. 13. Для сложного предмета иногда приходится чертить пять шесть прямоугольных проекций. .4 чтобы был ясен общий вид отого предмета, его изображают при помощи аксонометрических проекций: а—димметрической, б—кабинетной ив— изометрической.
Рис. 14. Трудно Представить себе форму предмета по проекциям, изображенным на рисунке (а). Но осевые линии на рисунке (б) подсказывают,что изображен цилиндр с выточкой.Чертеж (в) отличается от чертежа (г) только отсутствием двух тонких штриховых линий на вертикальной проекции. Но предметы, изображенные на этих чертежах, совсем разные.
имеет определенное назначение и помогает правильно прочитать чертеж.
На чертежах сложных деталей часто при-
ходится делать разрезы, сечения, вырывы и обрывы, которые дают возможность более точ-
но понять устройство детали, узла плп целого
Разрез по ЕЕ Разрез поАОб
Рйс. 15. Для более точного изображения слож ных деталей приходится делать их разрезы.
механизма. Сечение и разрезы штрихуются топкими косыми линиями (рис. 15).
Составляя чертеж, нужно внимательно пзучпть изображаемую деталь, определить необходимое число проекций, расположить пх при проектировании так, чтобы были видны наиболее сложные элементы. Прп изображении вида спереди лучше всего дать деталь так, как она будет установлена в механизме.
Потом нужно по-
смотреть, полное ли представление о детали дают ее изображенные проекции. Если какой-
нибудь элемент детали не ясен, нужно дать ее ра ц>ез или сечение по этому элементу. По всегда можно изобразить деталь в натуральную величину. Чаще приходится ее уменьшать или увеличивать. Надо правильно выорать масштаб изображения и указать его на чертеже. Например, масштаб 1:1 означает, что деталь выполнена в натуральную величину; 1:2 — уменьшена в два раза, а 5:1 — увеличена в пять раз.
Для того чтобы не загромождать чертеж лишними линиями, в некоторых случаях прибегают к упрощенным изображениям. Надо, скажем, сделать чертеж болта пли какой-либо детали, имеющей резьбу. Изобразить точно проекцию сложной винтовой линии резьбы очень трудно, да и не нужно. Ведь резьба нарезается при помощи специального инструмента, который сам придаст ей необходимый профиль и размеры. Поэтому на чертеже участок, на котором должна быть резьба, отмечают штриховой линией, а около него ставят условный знак (рис. 16). Например, М-8 означает, что на детали надо нарезать метрическую резьбу с наружным диаметром 8 мм. Только в случаях специальной резьбы на детали дополнительно делают вырыв (или выносят сечение) и дают точные размеры резьбы.
Гочио так же поступают с зубчатыми колесами. Зубцов у них много, и все одинаковые. Зачем же тратить зря время на пх вычерчивание? На чертежах зубцы не вычерчивают, а только указывают наружный дпаметр колеса, число зубцов и модуль зацепления (рис. 17). По этим данным на зуборезных станках с помощью специальных модальных фрез плп резцов делают именно те зубцы, которые нужно.
Когда вычерчены все необходимые проекции детали, разрезы п сечения, надо проставить размеры. Конечно, на чертеже указывают действительные размеры детали. Пх надо ставить так, чтобы они не загораживали основных линий чертежа и чтобы пх было легко читать.
При изготовлении деталей очень трудно выдержать размеры, обозначенные на чертежах. Поэтому иногда еще указывают отклонения от размеров, которые можно допустить при изготовлении детали. Эти отклонения, называемые допусками, пишут справа около основного размера. Например, подпись 29 ± 0,5 означает, что при изготовлении детали этот размер должен оыть не больше 29.5 мм и не меньше 28,5 мм (см. цв. рис., стр. 53).
Чтобы изготовить деталь, надо знать также, из какого материала ее делать, как чисто
надо ooga ютать ее поверхности. Материал, из которого изготовляется деталь, указывается в штампе ЯерЖйа специальными обозначениями. Например, Ст-<5 обозначает, что деталь изготовляется из конструкционной стали, содержащей около 0,45% углерода. В соседней графе штампа указывают количество детален, которое надо изготовить.
Обработать деталь можно по-разному. Можно проточить ее резцом, которых! оставит бороздки, легко ощутимые рукоп. Можно отшлифовать пли отполпроват ь ее так, что опа бу дет блестеть, как' зеркало. Чистоту обработки поверхностей- де-тали обозначают треугольничками и цифрами. Надпись « ~ 6» означает полу-
чистую поверхность 6-го класса чисюты.
Чертежи, на которых изображена одна деталь с указанием размеров, материала и степени чистоты обработки, Дужны для изготовления деталек. Но, чтобы собрать детали в узел механизма, нужен другой чертеж, на котором были бы указаны их взаимное расположение и условия сборки. 1акой чертеж называется сборочным.
Детали можно собирать с разной степенью плотности, называемой посадкой. Например, колесо, надетое на ось, может качаться, вращаться свободно без качаний или туго поворачиваться на осн. А можно нагреть колесо и надеть его так, что повернуть его на осп станет очень трудно. Посадки указываются на сборочных чертежах буквами.
Чаще всего машины состоят из многих детален!, изготовленных из разных материалов. Для удобства пользования сборочным чертежом в его правом углу над штампом делают с п е ц и ф и к а ц п ю — перечень всех детален, входящих в изображенный на чертеже узел пли механизм, с указанием их количества и материала. Кроме того, на чертеже для различных материалов применяют специальные условные изображения (рис. 18).
В сборочных чертежах обязательно должен быть общин вид полностью собранного механизма или машины.
Как видите, составление чертежей не такая простая работа. Для сложных машин приходи гея делать не одну тысячу чеПт&жси деталей, сборочных черт ежен п общих ви дов. П каждая деталь, каждый ее размер должен быть согласован с размерами других детален.
Над составлением чертежей работает много инжеш ров. техников, чертежников. Чтобы все чертежи выполнялись одинаково, существует ГОС" на чертежи. В нем предусмотрено все: ра :мер бумаги, штампа, толщина ли-
Рис. 1в. Резьбу на чертежах не вычерчивают, а условно изображают штриховыми линиями и ставят ее обозначение. Только в случаях специальной резьбы на проекции детали делают вырыв и аают точные размеры резьбы.
нпи, шрифт для надписей, расположение проекций, порядок выполнения разрезов и сечении, масштабы, условные изображения и т. д. И все, кто работает над чертежами, должны строго выполнять правила ГОСТа.
Для изготовления чертежей имеется своя специальная техника — линейки, угольники, рейсшины, лекала, чертежные с ганки, пзме-
Рас. 17. На чертежах зубчатых колес не надо чертить зубцы; достаточно указать наружный диаметр колеса, число зубцов и модуль зацепления.
Рис. 18. Для изображения на чертежах материалов, из которых сделаны детали, применяют условные обозначения: I — металл; 2 — кирпич; з — земля, •} — пластмассы; 5 — резина; 6 — дерево поперек волокон, 7 — дерево вдоль волокон, 8 — железобетон; 9 — жидкости; 10 — сгекло.
рители, циркули. Далеко не всякие карандаши, бумагу и резинки для стирания можно использовать при черчении.
Но вот чертежи готовы.
Сотни листов чертежной бумаги хранят в своих линиях, цифрах и значках большой труд коллектива людей, работавших над созданием новой машины. Их надо раздать инженерам, техникам и рабочим, которые превратят бесформенные куски металла в детали будущей машины.
Конечно, раздавать в цехи единственные экземпляры чертежей нельзя. Поэтому их приходится ра ьмиожать.
На чертеж накладывают прозрачную бумагу — к а л ь к у — и тушью тщательно копируют на нее все изображение. Затем эту кальку внимательно проверяют и направляют в светокопировальную машину. В ней на специальной светочувствительной бумаге печатают чертежи. На такой машине можно получить сколько угодно копий. Эти копии и отправляют в цехи. Там ими можно пользоваться, не боясь порвать или испачкать.
Но копировка чертежа на кальку, а затем на светочувствительную бумаг у — это длительная, кропотливая работа, отнимающая очень много времени. Поэтому инженеры стремятся создать такие методы подготовки чертежей, которые позволили бы получать копии, не прибегая к кальке.
]\!ы рассказали здесь о машиностроительных чертежах. Но без чертежей нельзя обойтись и в других областях пауки и техники. Например, строители применяют строительные чертежи, электрики и радисты — электрические схемы, геологи, топографы и географы — геологические, топографические и географические к а рты.
Конечно, эти чертежи во многом отличаются друг от друга, имеют свои особенности, выполняются по другим правилам и законам. Но в какой бы области человек мн работал, он обязан знать тот международный язык чертежей. на котором «пишут» во всех странах люди его профессии.
О гом, как применяют чертежи конструкторы новых машин, рассказывает следующая статья.
КАК СОЗДАЕТСЯ МАШИНА
дГы в большом зале констру морского бюро машинист роительного завода. Рядами стоят наклонные чертежные доски с чертежными комбайнами. Возле каждой доски — письменный столик конструктора и шкафчик для книг, справочников, альбомов и чертежей. , 1ампы дневного света ровно, без тени освещают рабочие места. Стоя у доски пли склонившие!» над письменным столом, работают конструкторы. К залу примыкают библиотека проектных материалов, архив чертежей, фотолаборатория и светокопировальная мастерская, размножающая чертежи.
В конструкторском бюро идет напряженная работа. Через несколько дней будут рассматриваться варианты эскизных проектов новой машины, которая должна заменить существующую.
Но почему заменить? Разве та машина, которую завод строит в течение ряда лет, плохая? Казалось бы, легкая, компактная, быстрая в работе, она еще совсем недавно в руках машинистов-новаторов ставила рекорды производительности. Но время шло; народное хозяйство развивалось, и то, что недавно было лучшим, а вчера — хорошим, сегодня уже не удовлетворяет непрерывно растущих потребностей страны.
Внедрение новейшей техники, создание все
более эффективных и высокопроизводительных машин — это путь прогресса. путь дальнейшего подъема производительных сил пашей страны, одно из условий, обеспечивающих движение к коммунизму.
Созданию повои машины предшествует большой и сложный труд целого коллектива конструкторов. Прежде всего нужно разработать чертежи будущей машины, затем — изготовить пробные образцы се, испытать пх и «довести», т. е. устранить все недостатки, выявившиеся при испытании.
Работа конструкторов требует очень большой тщательности и всесторонней предусмотрительности. Ведь завод в течение ряда лет выпускал ныне существующую машину. Производство ее было хорошо налажено. Ге-перь надо прекратить ее выпуск п приступит!» к производству совершенно новой (или значительно обновленной) конструкции. II не только заводскому коллективу нужно будет перестроить свою работу. Осваивать новую машину' предстоит и всей армии механиков, машинистов и водителей, которые получат ее в эксплуатацию.
Как видите, внедрение новой техники связано с затратой большого труда и больших средств. Значит, работа но созданию новой машины должна быть организована таким обра
зом, чтобы технический и экономический результаты от ее внедрения были возможно большими, а издержки и просчеты — наименьшими. Конструкторское бюро — это творческий, хорошо спаянный коллектив. У каждого его члена хорошая инженерная подготовка; все работают с четким разделением труда, но с единой общей целью: создавать хорошие машины.
Работа над повои машиной начинается с составления проектного задания или технических требований. Если нет достаточных материалов для расчета и проектирования машины, приступают к экспериментальным исследованиям новых элементов пли процессов. Но вот необходимые «исходные» данные собраны. Конструкторы начинают разрабатывать эскизный проект. В проекте не входят в детали, а решают такие принципиальные вопросы, как конструктивная компоновка машины, ее внешний вид, основные размеры, кинематическая схема (рис. 2). Подсчитывается мощность машины, ее вес, уточняется характеристика рабочих режимов, производительность и т. и
Для сопоставления предложений и выбора лучшего обычно делают несколько вариантов
эскизных проектов, подкрепленных технико-экономическими расчетами. Если их делают несколько конструкторов пли коллективов, обсуждение проектов без «боя» и острой дискуссии не обойдется. Проекты станут сравнивать между собой но затрате материалов, энергии, труда и денег на единицу продукции, выпущенной будущей машиной. Учтут технологичность ее конструкции, т. е. простоту изготовления, проверят, удобно ли ею управлять, легко ли «ухаживать» за ней во время работы. Если производительность новой машины и другие ее показатели значительно выше, чем у старых машин, и затраты на ее внедрение в производство окупятся достаточно быстро, то проект ее обязательно примут «к реализации».
Из каких же источников конструкторы станков, автомобилей, строительных машин, самолетов, тепловозов и множества других машин черпают материалы для создания новых конструкций? Новые пути им открывают наука и практика. Ведь каждая область техники опирается на развитие определенных отраслей науки. Развитие аэродинамики околозвуковых н сверхзвуковых скоростей движения самолета, газо-
Рис. 2. Структура и кинематическая схема машины (строгального станка). Внизу — примеры условных изображений в схеме:
А — рычаг, Б ~ шарнирные соединения; Л — подшипник скольжения, I' — подшипник качения; Д— зубчатая коническая передача, К— винтопая передача; Ж—червячная передача j 3 кулиса; И — зубчатая цилиндрическая передача.
динамики и теории реактивных двигателей, науки о высококачественных, легких н прочных сплавах послужило основой для создания замечательных советских реактивных самолетов и ракет.
Развитие советской науки о резании металлов, подкрепленное практическими достижениями новаторов производства, развитие машиноведения и автоматики стало основой для создания высокопроизводительных металлообрабатывающих стан ков-автоматов и автоматических линий.
Само собон разумеется, что для использования новейших достижении науки пли проведения при необходимости самое ю я тел ьпых
Рис. 3. Ковши экскаватора с зубьями и со сплошной выступающей полукруглой кромкой.
научных изысканий конструктор должен всегда быть в курсе всего нового, что происходит в том или ином области знаний, должен следить за научно-технической литературой по интересующим его вопросам.
А что даст конструктору практика? Практика, т. е. производство и эксплуатация, — это прежде всего «заказчик» и одновременно самый строгий судья всей работы конструктора. Только реальные факты, т. е. результаты работы машины, могут служить основанием для хорошей или плохой оценки трудов конструктора. Вот почему самые знаменитые и заслуженные наши конструкторы так внимательно прислушиваются к мнению летчика, токаря, экскаваторщика, водителя автомашины, машиниста тепловоза и других людей, работающих на новых машинах.
Конструкторы работают обычно по двум направлениям. Во-первых, они создают совсем новые машины, гораздо более эффективные, чем существующие. Таковы, например, турбобуры, заменившие станки вращательного бурения, турбореактивные самолеты, вытесняю-вцте винтомоторные, н т. д. Это поистине революционное обновление техники.
Во-вторых, конструкторы повседневно трудятся над обновлением и совершенствованием уже существующих машин. Этот на первый взгляд скромный труд очень важен. Ведь таких машин многие тысячи, и их совершенствование приносит большую пользу.
Попробуем проследить за работой конструктора над усовершенствованием экскаватора строительного типа, который широко применяется в самых разнообразных отраслях народного хозяйства.
До последнего времени ковш на таких экскаваторах имел прямоугольную форму с зубьями. Но исследования показали, что если вместо него поставить ковш с полукруглым днищем и выступ ающей вперед полукруглой режуще)! кромкой, то усилие, необходимое для копания
грунта, уменьшай ich в 1,5 раза. А тот же экскаватор сможет работать с ковшом значительно большей емкости п будет намного производите.1) ьнее прежнего. Это значит, что мы. не построив ни одного нового экскаватора, увеличиваем в 1,5 раза производительность существующих в СССР экскаваторов (рис. 3).
В старом экскаваторе очень быстро изнашивались муфты сцепления и тормоза. Исследования показали, что, если применить новую муфту сцепления и пневматическое управление, можно повысить скорость движения механизмов экскаватора п сократить продолжительность цикла его работы (цикл экскаватора— это повторяющийся процесс: копание — подъем ковша — поворот — разгрузка ковша — обратный поворот для нового копания). А сокращение продолжительности цикла даже на 1—2 сек. увеличивает часовую производительность машины на 3—5%.
Исследования также показали, что на быстроходном валу приводного механизма экскаватора выгодно поставить маховик. Он будет набирать кинетическую энергию в тот период цикла, когда экскаватор мало нагружен, и отдавать энергию машине в момент «гшковой» нагрузки — при копании. В результате на экскаваторе можно будет поставить двигатель значительно меньшей мощности. Таким образом, применив ковш повой формы, новые муфты сцепления и установив па экскаваторе маховик, конструкторы, опираясь на научные
ТЕЛЕВИЗОР ОБЛЕГЧАЕТ СБОРКУ
\
Телевизионную установку применяют на сборке очень мелкого \ специального инструмента. Собп- рая инструмент, рабочий видит на экране телевизора его нзобра-к женпс, увеличенное в 300 раз. ’ Это намного облегчает и ускоряет работу, повышает точность сборки \ п регулировки инструмента.
Оказывается, одпако, что телевидение может быть полезно и при монтаже крупногабаритных сборочных приспособлений высокой точности. Оптпко-телевнзп-онная установка, состоящая из нескольких небольших тслеско-' пов, прпемно-передающпх тслс-
1ВИЗПОННЫХ камер и переносного экрана, позволяет совмещать элементы громоздкого сборочного приспособления с точностью до 0,025 ллс.
Рис. 4. Типизация узлов и механизмов зкскавитора:
1— дизель; 2— электродвигатель; з — колесная тележка; 4 —шасси автомобиля; 5- гусеничная тележка; с — болотные гусеницы; 7 — прямая лопата 6‘ — крановая стрела с крюком; У —обратная лопата. 10 — грейфер- 11 —стрела и ковш драглайна, 12 — струг, 13— засыпатель траншей; 11 —корчеватель; 15— копер.
исследования, нашли большие резервы для увеличения производительности машины и уменьшения мощности двигателя
Были найдены также пути для уменьшения веса машины и удешевления ее стоимости, а значит, и для снижения стоимости той «продукции», которую будет вырабатывать машина. Первая задача была решена применением более современных и точных методов расчета деталей машины на прочность, причем деталям были приданы более совершенные конструктивные формы. На снижение стоимости машины больше всего повлияла проведенная конструкторами работа по типизации узлов экскаватора. J пинза-ция значительно увеличивает повторяемость одинаковых механизмов и узлов, т. е. она создает благоприятные условия для организации крупносерийного производства и снижения стоимости машины.
Народному хозяйству нашей страны нужны разные экскаваторы: с двигателями внутреннего сгорания и с электрическими двигателями, с прямой и обратной лопатой, драглайны,
монтажные краны, грейферные крапы для погрузки сыпучих материалов, планировщики откосов. В зависимости от условий, в которых работает экскаватор, ему необходима гусеничная плп колесная тележка. Если же машину надо часто перебрасывать с одного участка на другой, ее лучше всего поставить на шасси автомобиля. При наличии двух типов силовых установок, четырех типов тележек для передвижения экскаватора и девяти видов сменного
Рис. 5. (/Семейством зубчатых редукторов.
раоочего ооорудования завод сможет выпускать экскаватор в 72 различных сочетаниях его типовых узлов и механизмов (рис. 4).
У экскаваторов разной сборки 60° 0 их деталей будет повторяться во всех видах этой машины.
Типизация узлов машины имеет большое значение для выпускающего ее завода. Но еще большее значение она имеет для потребителя. Вот пример: строительная организация, обслуживающая нужды сельского хозяйства, приобрела наш экскаватор с комплектом сменного оборудования. Поставив на экскаватор прямую лопату, строители работают с ним на карьере: добывают строительные материалы, копают котлованы. Поставив обратную лопату, копают траншеи для прокладки водопровода или газопровода. Поставив оборудование драглайна, углубляют и расширяют колхозный пруд. С помощью корчевателя пней расчищают строительную площадку. А кран помогает возводить из сборного железобетона здание колхозной фермы.
Примеров работы конструкторов над различными машинами можно привести очень много.
Типизация узлов получила широкое распространение во многих отраслях машиностроения. Так, «семейства» металлообрабатывающих станков проектируются с применением типовых узлов (агрегатов). Это дает возможность, наладив изготовление таких агрегатов, быстро собирать из них станки различного назначения: токарные, фрезерные, сверлильные и др.
Но вернемся к нашей машине. В эскизный проект уже внесены необходимые исправления, проект утвержден, и конструкторское бюро приступает к разработке технического и рабочего проекта.
Окончательно выбирается силовое и ходовое оборудование будущей машины; определяется ее мощность; делается расчет устойчивости машины и тяговый
Рис. 7. Рабочий чертеж цапфы»
расчет; разрабатыва-
ются все конструктивные чертежи отдельных механизмов, узлов и деталей, рассчитывается прочность всех частей и деталей машины. И тут конструктор попадает, что называется, «между двух огней»: сделаешь детали для надежности излишне прочными — машина станет тяжелой н ее забракуют. Если же в погоне за снижением веса слишком облегчишь детали, они будут ломаться. Как же сочетать требование прочности со снижением веса машины, надежность ее с экономией труда и металла?
Монстр
Технол.
нач отд
норм.
гп констр копир
Д46Р-506-1
Литера Вес М
11
лист! Листе в 1
ЦЗК Кб
I 5 Детская энциклопедия, т. 5
МАШИНА — ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
Этого можно достигнуть лишь при хорошем знании законов теоретической механики, теории машин и механизмов, науки о сопротивлении материалов, металловедения. Кроме того, конструктор должен владеть мастерством конструктивной компоновки, т. о. уметь так размещать узлы и детали в машине, придавать им такую целесообразную форму, которая обеспечивала бы наибольшую прочность их при наименьшем весе.
Выполняя детальные чертежи, конструктор должен правильно назначать классы точности п чистоты обработки детален. Это очень ответственная часть работы. Если он необоснованно завысит требования к точности и чистоте обработки, детали обойдутся очень дорого — как говорят производственники, станут «золотыми». Если же конструктор, наоборот, назначит слишком свободные посадки, то между сопряженными деталями возникнут большие зазоры и во время работы машины могут возникнуть толчки и удары, от которых она будет быстро изнашиваться и разрушаться.
При разработке детальных чертежей определяется и технология изготовления отдельных деталей. Ведь от конструкции их во многом будет зависеть выбор способа изготовления: сварки, штамповки, ковки или литья.
Выполнение рабочих чертежей завершается составлением спецификации (списка) деталей, подсчетом веса отдельных узлов и всей машины в целом, составлением сводных ведомостей и заявок на требуемые материалы, на полуфабрикаты п готовые изделия, двигатели, стальные канаты, приборы, шарикоподшипники.
После разработки чертежей всех деталей часто производят контрольную «сборку машины на бумаге», т. е. делают чертежи общего вида машины по готовым чертежам дета лей и узлов. Затем, до копировки и размножения чертежей, их подвергают технологическому и нор-мализацпонному контролю. Технологический контроль обеспечивает проверку правильности назначения термической обработки деталей, точности изготовления их, чистоты обработки и всех других технологических указаний, сделанных на черте-
Заводская нормаль
Завод .Подъемник Москва
Гайки чистые шестигранные с двумя фасками (поОСТ НКТП 3312)
Р замен Н-РС
HaUucie Лиип1
Гример условного обозначения гайки 20мм: „Н 23-20 Гайка ДМ20 ОСТИНЫ3312й
йлн&пр резьбы 6 в 10 12 16 20 24 30 36
3 11 /4 17 22 27 32 36 48 55
Н 5 6 8 10 13 16 20 24 28
JD 12,7 16,2 19.6 25.4 31.2 36,9 41.6 53.1 63.5
Вьовкг о.ооз 0,006 0,011 0,025 0М6 0,077 0,115 Q228 0.338
Натериал-сталь марки СпЗ по ГОСТ 383-41 Резьба по 0СТ-нктп32
toenwiUA PpntefiUA в НС Гл К рисrtp f/t UHM
Рис, 8. Заводская нормаль гайки.
же. Нормализационный контроль ооеспечивает паилучшее использование в проекте стандартов п нормалей.
В заключение составляется краткое описание машины с наглядными чертежами, инструкция по ее сборке или монтажу (в том случае, если машина перевозится в разобранном виде), инструкция по эксплуатации машины. При необходимости составляется также чертеж упаковки машины и погрузки ее в вагон или на платформу.
Наконец, все чертежи размножены п вместе с необходимой проектной документацией переданы в производство. Казалось бы, на этом работа конструктора может считаться законченной. Но нет! Закончен только его труд в конструкторском бюро, за чертежной доской. Начинается новый этап — работа в цехах завода, па испытательном стенде, на заводском полигоне.
Участие конструкторов во всех производственных процессах по изготовлению новой машины обязательно. Когда же машина после заводских испытаний поступает на длительное испытание в реальных условиях, конструкторы продолжают зорко следить за судьбой своего детища.
По окончании всех испытаний в чертежи вносятся необходимые исправления, выпускается пробная партия машин, разрабатывается технология серийного или массового производства, налаживается выпуск машины.
Основная задача конструктора на этом этапе — изучение опыта эксплуатации его машины, результатов научных исследований, проводимых в данной области, освоение зарубежного и отечественного опыта и т. п. Таким образом, у конструктора постепенно накапливается материал, необходимый для периодического улучшения конструкции машины. Ведь он должен быть готов к тому, чтобы через несколько лет создать новую машпну, на значительно более высокомтехнпческом уровне, чем предыдущая.
Уже отмечалось, что работа конструкторов в различных областях техники организована по-разному. Однп создают машины. основанные на совер-
ЧТО ТАКОЕ ТЕХНОЛОГИЯ Л/Л /// И ПОСТРОЕН И Я
шенно новых конструктивных идеях. Другие осуществляют лишь усовершенствование существующих. Одни работают над машинами-гигантами, другие — над точнейшей аппаратурой, но во всех случаях перед советским кон
структором стоит .задача значительного повышения производительности труда, снижения стоимости продукции и существенного улучшения условий труда рабочих, которые будут обслуживать создаваемую машину.
ЧТО ТАКОЕ ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Лилово «технология» происходит от двух греческих слов: «тэхнэ» — мастерство и «логос»— наука. Иначе говоря, технология — наука о мастерстве, о способах производства различных изделии. Технология машиностроения — наука о способах изготовления деталей машин, а также сборки их в узлы и готовые машины, □та наука занимается очень большим количеством вопросов. Если нам надо изготовить любое изделие, то мы начинаем с обработки или переработки сырья, а кончаем упаковкой готовой продукции. У сырья при этом изменяется химический состав и физико-химические свойства (например, при выплавке металла), форма (например, при обработке резанием), внешний вид (например, при окраске) и т. д.
Однако под словом «технология» понимают не только науку, но и практику, т. е. все те процессы в производстве, которые качественно изменяют обрабатываемые изделия. Эти процессы называются технологическими. Способы Пх осуществления записываются в виде чертежей, инструкций и т. д. Часто такие описания тоже называют технологией.
Технологические процессы разрабатывают Инженеры-технологи. Правильно разработанная технология позволяет с малыми затратами выпускать большое количество изделий высокого качества. Это достигается при условии, Что все установленные требования технологии неуклонно выполняются, т. е. па предприятии соблюдается строжайшая технологическая дисциплина.
Различают технологию механическую и химическую. Механическая технология занимается преимущественно изменением формы и частично физических свойств обрабатываемого предмета, а химическая — процессами, которые ведут к изменению состава, строения и свойств вещества в результате химических реакций. К механической технологии относится, например, обработка резанием, к химической — по
лучение пластических масс п т. д. Часто бывает трудно разграничить области механической и химической технологии, так как они либо совмещаются, либо сочетаются. В машиностроении преимущественно применяется механическая технология.
Разработать правильную технологию — значит решить ответственную и трудную задачу. Поэтому технолог должен обладать большими разнообразными знаниями. Ведь при разработке технологического процесса ему приходится учитывать множество условий, иногда очень прошворечивых.
Современная техника дает технологам разнообразные способы для обработки одной и той же детали. Какой же из них выбрать? Такой, чтобы деталь можно было изготовить наиболее быстро, производительно, наиболее дешево п чтобы качество ее было наилучшим. Посмотрим, как это делается.
ПОЧТИ МИЛЛИАРД ЖИТЕЛЕЙ
К концу семилетки в Сибири будет трудиться почти миллиард рабочих. Но ведь во всем Советском Союзе к 1965 г. не будет п четверти миллиарда жителе!:! Считать можно по-разному. Мы считали так: в конце семилетки мощность сибирских электростанций составит около 50 млн. кет. 1 кет электрической мощности заменяет работу 7—8 человек. Вот вам уже 350—400 млн. «рабочих». А сколько в Сибири бу
дет других машин — тракторов, а втомобилей, дизельэлектроходов! Пожалуй, общее число механических «рабочих» окажется больше миллиарда. Сотпи тысяч юношей и девушек еду г осваивать богатства Сибири. Они справятся с любыми трудностями. Им помогут механические «рабочие».
Допустим, технологу надо решить, каким способом обработать кольцо шарикоподшипника. В этом случае главное для технологии — высокая производительность. Почему? Да потому, что стране нужно очень много подшипников. Ведь онп необходимы в автомобилях, тракторах, комбайнах, самолетах, тепловозах, велосипедах, станках, прокатных станах, двигателях. Мало машин, в которых нет такой детали, как шарикоподшипник. Дать стране как можно больше шарикоподшипников—такова первая задача технолога, работающего на под-
шппниковом заводе.
И он начинает рассуждать... Можно взять металлический пруток нужного диаметра, отрезать от него кусок нужной длины, установить на токарный станок, обработать поверху и вырезать сердцевину — получится кольцо.
Но токарную обработку можно выполнить не только на токарном станке. Эту же операцию
осуществляют и на револьверном станке, и на прутковом автомате. II автоматы для этого существуют различные — одношпиндельные и многошпиндельные (см. ст. «Обработка металлов резанием»). Все перечисленные станки отличаются друг от друга производительностью. На токарном станке выточка нашего кольца займет 11,66 мин., на револьверном—7,46 мин., на одношпиндсльном полуавтомате —1,43 мин., на четырехшниндельном автомате —0,53 мин.
Разумеется, надо выбрать четырехшпиндельный автомат. Тогда потребуется меньше
станков, меньше станочников, а значит, и меньше заводских площадей. Обработка будет дешевле (рис. 1).
Но нельзя ли ее еще удешевить? Трижды подумает об этом технолог. Почему, в самом деле, для изготовления кольца взят пруток? Ведь из него приходится вырезать сердцевину. На это тратится время, расходуется мощность
Универсальный Револьверный Полуавтомат Автомат
станок
станок
станка, инструмент, переводится в стружку много металла. И технолог откажется от прутка, он выберет трубу.
Однако совсем не всегда технолог выбирает самые производительные машины. Ведь они, как правило, и самые дорогие. Если план выпуска деталей большой, то расходы на приобретение такого оборудования оправданы. А если приходится обрабатывать небольшую партию, то технолог откажется от автомата. Он выберет токарный станок и -лишь задумается: «Простой или многорезцовый?» Точнее говоря, оп не задумается, а займется подсчетом.
Расходы на изготовление одного шарикоподшипникового
Рис. 1. Чем производительнее станки, тем меньше нужно станков, производственных площадей и рабочих для изготовления заданного количества деталей машин. Вверху цифрами показано необходимое количество станков, внизу—количество рабочих.
кольца на однорезцовом токарном станке составляют 60 коп., а на многорезцовом — 28. Разница в пользу многорезцового станка — 32 коп. Зато стоимость наладки токарного станка в год составляет 8 руб., а многорезцового станка — 104 руб. Разница в пользу однорезцового станка— 96 руб. Технолог раз-
делит: ’-у9- — 300. «При программе до 300 шт. в год лучше работать на однорезцовом стан-
ке», — скажет он. А если программа больше, то надо перейти па многорезцовый станок. При еще большей — на полуавтомат. Далее — на автомат пли на мпогошпиндельный автомат.
Но многошппнделыгый автомат — это еще не предел высокой производительности. Если нет более производительной машины, ее можно создать.
Возьмем другой пример — обработку болтов. Их выпускают в огромном количестве миллионы штук в год только на одном заводе. На токарном станке 1 шт. можно сделать в 4мин., а на многошппндельпом автомате — 18 шт. в 1 мин., т. е. в 72 раза больше. И все же технолог откажется от многошпиндельного автомата. Может быть, здесь нужен еще какой-нибудь другой станок? Нот! Оказывается, обработка резанием тут вообще не годится.
Отвлечемся несколько от обработки наших болтов. Дело в том, что с быстрым развитием обработки металлов резанием все больше дает о себе знать ее главный недостаток—значительные отходы металла в виде стружки. В наше время, когда резание — самый распространенный технологический процесс в машиностроении, громадные отходы в стружку приводят к тому, что технологи стремятся вообще заменять обработку резанием другими процессами и прежде всего литье м.
Это крайне заманчивый процесс. Идея его предельно проста: расплавить металл и залить в форму. Застывая, он принимает ее очертания — любые, даже самые причудливые. Причем отливку всегда можно получить быстро и почти без отходив металла. Поэтому, если надо изготовить деталь сложной формы, технолог прежде всего подумает о литье. А некоторые детали имеют такую сложную конфигурацию, что их только литьем и можно изготовить. Но высокой точности при этом трудно добиться. Как правило, отливки приходится в дальнейшем обрабатывать на станках. Следовательно, опять много стружки! Это значительно снижает преимущества литья. Однако технология литья сейчас развивается очень быстро. Найдены методы получения точных отливок (см. ст. «Металл и форма»).
II все же у отливок остается еще один весьма серьезный недостаток: сравнительно низкая прочность. Как известно, прочность металла зависит от его структуры. Если структура однородна и металл состоит из мелких кристаллических зерен, то прочность его высокая. Если зерна увеличиваются — прочность снижается. Беда в том, что зерна растут обязательно
при нагреве металла. Следовательно, отливки состоят из крупных зерен и прочность их невысока. Гут очень трудно что-либо сделать, хотя, разумеется, ученые и инженеры много работают над л ой проблемой. '
Поэтому технолог пока избегает применять литье для деталей, требующих большой прочности. Например, не делают литым шатун автомобильного двигателя, который передает усилия от взрыва газов в цилиндре на коленчатый вал.
Существует другой способ изготовления деталей машин, который обладает преимуществами литья, но не имеет его недостатков. Это-ш т а м п о в к а. Она также дает, по сравнению с резанием, небольшие отходы. А прочность штампованных деталей достаточно высока. Ведь под давлением пресса или под ударом молота кристаллические зерна металла дробятся и структура его становится мелкозернистой и однородной. Технология кузнечноштамповочного производства сейчас быстро развивается, и в машинах становится все больше изготовленных этим способом деталей (см. ст. «Ковка-штамповка»).
Теперь вернемся к нашим болтам. Если их делать на токарных станках, то с каждого болта в стружку отойдет 340 Г. Быть может, это и не столь уж большая величина, но если с каждой детали будет уходить в стружку столько металла, то какие же потери будет нести завод?
Допустим, завод выпускает в год 100 тыс. машин. Допустим, что в машине тысяча деталей и с каждой из них отходит в стружку 340 Г металла. В год отходы составят: 340 X 1000X X 100 000—34 тыс. 71! Автомобиль «Москвич» весит около тонны. Значит, только из этих отходов можно было бы изготовить 34 тыс. автомобилей!
Как же согласиться на обработку болтов резанием, даже если она выполняется на самых высокопроизводительных автоматах! Поэтому технолог для изготовления болтов выберет кузнечно-штамповочное оборудованпе, причем возьмет высокопроизводительный автомат, который будет давать 400 шт. в минуту, а отходы с одного болта составят всего 14 Г* (рис. 2).
Но бывают случаи, когда ни резание, ни литье, ни штамповка не позволяют технологу осуществить необходимую обработку .Например, нужно получить отверстие очень малого диаметра (1—2 мм). Пытались такие отверстия сверлить. Неприятностей это причиняло множество: при малейшем дефекте в металле
Рис. 2. Болты можно изготовлять на металлорежущих станках или на кузнечноштамповочном оборудовании.
Слева вверху — станок-автомат, изготовляющий болты из шестигранной прутковой стали. Под номерами 1 — 4 показана последовательность изготовления болтов на высокопроизводительном кузнечно-штамповочном сташсе. помещенном справа в-низу Навесах показано, какое количество отходов получается при том и другом способах.
(твердые включения, раковины) сверла ломались. А из такого отверстия обломок сверла не вытащишь.
Хорошо еще, если надо сверлить сравнительно мягкие металлы. Но техника теперь требует все более и более твердых материалов. Это связано с повышением скоростей, давлений и температур, с которыми работают современные машины. А в твердых материалах отверстия таких небольших диаметров совсем нельзя просверлить.
Значит ли это, что подобные отверстия вообще получить невозможно? В технике не существует слова «невозможно». Несколько лет назад в нашей стране, а затем и в других странах был разработан совершенно новый способ обработки металлов — электроэро-з и о н н ы й (разрушение металла с помощью электрического тока).
Разумеется, теперь при любой обработке помогает электрический ток. Ведь с его помощью и сверлят, и отливают, и штампуют! Подав
ляющее большинство машин работает теперь при помощи электричества.
Но при электроэро-зиопной обработке ток подводится непосредственно к инструменту и изделию, которые служат электродами. Под действием тока металл расплавляется и часть его испаряется, а часть удаляется ударной волной или перемещением электродов. Интенсивность процесса зависит здесь не от твердости металла, а от многих других условий: от теплопроводности металла, от температуры, сопротивления электродов, режима работы и т. д. Поэтому при твердых материалах электроэро-зпя — часто почти единственно возможный впд обработки (см. ст. «Новейшие методы обработки»).
В современной технике резанпе в некоторых случаях заменяют еще п ультразвуковой обработкой (см. ст. «Новейшие методы обработки»). Однако из сказанного неправильно было бы заключить, что резание металлов играет в технологии какую-то третьестепенную роль. Напротив, сегодня это основной способ обработки металлов. Но мы здесь говорим о путях развития технологии, о творческих поисках инженеров и ученых.
Передовой технолог — это специалист, который всегда недоволен существующей технологией. Он убежден, что всегда можно найтп более совершенные способы обработки. II он ищет новое. Но технолог не отказывается и от старых технологических процессов, а всегда старается найти в них новые возможности.
Вот, например, пайка. Это один из старейших технологических процессов, известный еще в древнем мире. Пайка всегда считалась кустарным процессом, пригодным лишь для мастерской по ремонту предметов домашнего обихода. Казалось бы, к чему она на современ-
ном заводе*, выпускающем большое количество маши и
Но технологи сумели автоматизировать пайку, построили для нее высокопроизводительные конвейерные печи. В результате один рабочим может за смену спаять много тысяч детален. Так, на автомобильных заводах паяют трубки радиаторов — за одно погружение в печь за 1—2 мин. сразу скрепляют между собой несколько сотен трубок.
Технология развивается быстро, вместе с техникой. Вот, к примеру, сорок лет назад, чтобы обработать за час 108 деталей автомобильного двигателя, требовалось 162 стайка. Теперь один станок обрабатывает в час 137 таких деталей.
При разработке технологического процесса технологи исходят из требовании конструкции (получение изделий нужного качества), программы завода (получение необходимого количества) и требовании экономики (минималь
ная стоимость изделия). Но технология тоже предъявляет свои требования к конструкции: изделие должно допускать применение наиболее экономичных технологических пропессон.
Это требование иногда заставляет даже изменять конструкцию изделии. Создают, к примеру, новый радиоприемник или телевизор. Схема их сложна, и, чтобы их пзготовк.ь, нужно было раньше применять ручной труд — многие работы никак не поддавались механизации, т. е. их конструкция была недостаточно технологична. А ведь радиоприемников требуются миллионы. В результате долгих поисков конструкторам удалось создать так называемые «печатные схемы». Это уже вполне технологичная конструкция, позволяющая широко применять машины.
Гак технологи в содружестве с конструкторами п учеными развивают и совершенствуют технику. Так разрабатывается новая технология, девиз которой — «больше, дешевле, лучше!»
СКОЛЬКО СТОИТ МАШИНА
п> одном из ленинградских музеев хранится старинный велосипед. У него тяжелая кованая рама, а колеса — как у телеги: с толстыми спицами и грубыми толстыми ободами. Цепной передачи нет, педали сидят прямо на осп переднего колеса, как у детского трех колесного велосипедика.
Музейный велосипед весит вдвое больше нынешнего, а ездить на нем очень тяжело и неудобно. На неровной дороге эта машина так трясла, что в свое время получила нелестное прозвище «костотряс».
Но кто же ездил на «костотрясе», когда он был последней новинкой, когда лучших велосипедов не было? Бедняк? Ничего подобного! На «костотрясе» изволил кататься наследник престола Российской империи, будущий царь Александр III. Велосипед был выписан из-за границы специально для пего. А простые люди— рабочие, крестьяне, мелкие служащие — даже и мечтать об этом велосипеде не могли. Только богачам такая забава была по карману.
Сейчас на велосипедах ездят сотни миллионов людей. Часто можно видеть, как рабочий едет на велосипеде на завод, домашняя хозяйка — за покупками, колхозник — в иоле.
И никто не говорит о них: «Смотрите, какой богач: едет — подумать только — на настоящем велосипеде!»
Дорогой велосипед был царской забавой. Дешевый — он стал доступен всем. Совершенно ясно, что цена его для нас небезразлична. Но на свете есть огромное количество разных машин. И только очень немногие из них мы с вами покупаем для себя, как покупаем велосипед. В нашей стране одному человеку не нужно покупать пароход или самолет, ткацкий станок или трактор, шагающий экскаватор или прокатный стан. Так не все ли нам равно, сколько стоят эти машины, которых мы никогда не купим
Нет, это совсем не все равно! Оказывается, что цена каждой машины имеет значение и для нас. Мы не покупаем машин, которые работают па заводах. Но мы покупаем, например, гвозди. И стоят эти гвозди очень дешево. За рубль продавец отвешивает целую горсть. А ведь было время, когда гвозди пенились очень высоко. Еще сто пятьдесят лет назад за горсть гвоздей можно было получить целого барана.
Почему же гвозди были такими дорогими? И почему они стали такими дешевыми?
Рис. 1. Сто пятьдесят лет назад горсть гвоздей стоила столько же, сколько целый баран!
Дорогими они были потому, что иа делали вручную. Мастер гвоздарь накалял на горне железо, рубил его на кусочки и из каждого кусочка выковывал гвоздь. Это была очень тяжелая и кропотливая работа. Гвоздарь трудился с утра до вечера, а гвоздей получалось мало.
Гвозди стали дешевыми, когда для их изготовления придумали специальную машину. Машина разматывает моток толстой стальной проволоки, отрубает кусок, делает на одном конце шляпку, на другом — острие. Готово! Гвоздь летит в ящик, а за ним второй, третий, десятый, сотый — глазом не уследишь!— несколько сот гвоздей в минуту.
Рис. 2. Бережливые люди разрезали каждую спичку вдоль.
Много есть гвоздильных заводов, и на каждом много таких машин. Они делают столько пиВдей, что хватает всем — и плотникам, и столярам, и стекольщикам, и кровельщикам, и кораблестроителям, и сапожникам, и юным техникам, и домашним хозяйкам. И чем дешевле машины на заводах, тем дешевле обходятся гвозди.
А спички? Ведь было время, когда их делали вручную. И они были так дороги, что бережливые люди каждую спичку разрезали ножом вдоль на две, иногда даже на четыре части. Теперь спички делают машинами на заводах — и за несколько копеек вы покупаете полсотни спичек в коробочке с красивой картинкой. Никому и в голову не приходпт разрезать эти спички.
Таким примеров можно привести очень много. Большинство вещей, которыми мы пользуемся, сделано машинами на заводах. И чем лучше устроены эти машины, чем они дешевле, тем больше нужных нам вещей, тем дешевле они обходятся.
Дешевые машины — это дешевые гвозди и спичкп. дешевые ткани и обувь, дешевая мебель и посуда, дешевые книги, коньки, радиоприемники п все другпе вещи, которые делают на заводах и фабриках.
Но не все можно сделать на заводе. Вот хотя бы морковка или помидор. Да что помидор — возьмите такой необходимейший продукт, как хлеб. Правда, есть хлебозаводы. 3 а-м хлеб пекут из муки. Муку привозят с мельницы. Современная большая мельница — это тоже целый завод. Иногда так и говорят: «мельзавод» ити «мелькомбинат». Но вот зерно, из которого мелют муку,— его-то на заводе не сделаешь. Зерновые растения — пшеница, ячмень, рожь-растут в полях. Как же сделать, чтобы зерно было дешево?
Нужно, чтобы в сельском хозяйстве тоже работали машины, чтобы этих машин было много, чтобы они были дешевыми.
Вспомните недавний подвиг ваших старших братьев и сестер — покорение целины. За три года было распахано 36 млн. га целинных земель. А людей на огромных просторах целины трудится всего только несколько сотен тысяч. Каждый год они выращивают больше миллиарда пудов зерна. И, что важнее всего, это зерно — самое дешевое в стране.
Почему же так получается? Потому, что в помощь людям па целину пришли машины. Многие тысячи тракторов работают в целинных совхозах. 1 ракторы дешевы и экономичны
в работе — и зерно обходится дешево. Значит, дешевые машины — это дешевый хлеб, дешевые овощи, картофель, хлопок, сахарная свекла.
Машины не только кормят и одевают нас, они нас возят. В старину говорили: «За морем телушка — полушка (т. е. полкопейки), да рубль перевоз». Но если бы в те времена эту самую телушку можно было быстрой дешево доставить на большом пароходе, такая пословица никогда бы не смогла родиться.
До сих пор мы все время говорили, что чед^ дешевле машина, тем дешевле обходится то, что она делает. Но действительно ли это так и почему именно? Чтобы ответить па эти вопросы, рассмотрим простой пример.
Допустим, завод делает гвозди. Сколько онп должны ему стоить? Плановый отдел завода составляет расчет стоимости тонны гвоздей. Выглядит этот расчет примерно так:
1. Сырье — стальная проволока............ МО руб.
2. Смазка для машин и другие материалы 10 »
3. Топливо............................... 15 »
4. Электроэнергия ..................... 50 »
5. Заработная плата рабочих и служащих 125 »
6. Амортизационные начисления .... 160 »
сколько СТОИТ МА 1ПИПА
Рис 3. Чтобы сделать одну тонну гвоздей, нужны стальная проволока и смазка для машин, топливо и электроэнергия, нужен труд рабочих. И зное машин тоже надо учитывать.
Итого за тонну 500 руб.
Все ли вам понятно в этом расчете? Вот, например, сырье. Ясно, что раз проволока израсходована на изготовление гвоздей, то в стоимость гвоздей должна войти п стоимость проволоки. Го же самое со смазкой, топливом, электроэнергией. Рабочим и служащим, конечно, тоже надо платить. Ведь это их труд превратил проволоку в гвозди. Но вот что такое «амортизационные начисления»? Что это за 160 руб., откуда они берутся?
Оказывается, именно в них «сидпт» цена машины. «Амортизация»— слово латинское, оно означает «погашение». За счет амортизационных начислении погашают износ машин. Ведь гвоздильная машина, которая делает гвозди, постепенно изнашивается. Допустим для примера, что за всю свою жизнь опа может сделать тысячу тони гвоздей. А стоит машина 20 тыс. руб. Значит, каждая тонна гвоздей уносит с собой частицу жизни сделавшей ее машины, и стоит эта частица 20 руб.
Есть на заводе и другие машины (в первую очередь — энергетические и подъемно - транспортные), и их стоимость таким же образом постепенно переходит в стоимость гвоздей. В амортизационные начисления входит и погашение стоимости здания завода, и проведенных к нему водопроводных труб, п электриче
ских кабелей, и дорог, и телефонных проводов, и всякого другого заводского имущества. Но пас с вами сейчас интересуют прежде всего машины. В каждую из производимых на заводе вещей, будь то гвозди или спички, ботинки или книги, машина вдохнула частицу своей жизни. Каждая вещь уносит частицу стоимости машины. И чем она дешевле, тем дешевле обходится сделанная ею вещь.
А как обстоит дело с пароходом и другими транспортными машинами? Куда девается их стоимость?
к \ I
РАЗВЕДЧИКИ БУДУЩЕГО
Так называют участников славного движения бригад и ударников коммунистического труда. Эти замечательные люди, став мастерами своего дела, не успокаиваются па достигнутом, а пытливо смотрят вперед, дерзают, ищут! Они дружат с передовой наукой и техникой» не терпят работы «по старинке»» всегда готовы идти по неизведанным дорогам новаторов, чтобы как можно больше сделать для народа хорошего и нужного.
Представим себе, что пароход совершает регулярные репсы на линии Горький — Астрахань. Пусть этот пароход стоит 1 млн. руб. и за всю свою жизнь перевезет 100 тыс. пассажиров. Тогда в стоимость каждого билета придется включить 10 руб. амортизационных начислении на погашение стоимости парохода.
Ни один пассажир не купит всего парохода целиком, ио каждый из них покупает частицу парохода стоимостью в 10 руб.! II если пароходы станут вдвое дешевле, то каждый билет подешевеет на 5 руб.
Теперь как будто все попятно. Если мы хотим, чтобы все было дешево, чтобы лучше стала наша жизнь, мы должны прежде всего позаботиться о том, чтобы у нас было много хороших и дешевых машин.
А от чего зависит стоимость самих машин? Ответить на этот важный вопрос будет теперь нс очень сложно. Расчет стоимости машины выглядит примерно так же, как уже знакомый нам расчет стоимости тонны гвоздей. Только цпфры здесь будут крупнее: ведь машина обходится дороже, чем гвозди. Вот, например, расчет стоимости трактора:
1. Сырье, полуфабрикаты, готовые детали 6 500 руб.
2. Смазка для станков и другие материалы 20 »
3. Топливо............................... 50 >>
4. Электроэнергия ..................... 250 »
5. Заработная плата рабочих и служащих 4 500 »
6. Расходы на администрацию и управление 250 »
7. Амортизационные начисления .... 8 430 >>
Итого за один трактор 20 000 руб.
Мы хотим, чтобы трактор был дешевле. Посмотрим же, на чем здесь можно сэкономить.
Пункт первый — сырье, полуфабрикаты, готовые детали. Сталь и чугун, алюминий и медь, свинец и пластмассы, подшипники, фары, свечи, провода, пружины для сиденья и многое другое — все это нужно расходовать иа каждый трактор как можно экономнее. Кроме того, большое значение имеет цена материалов. Чем дешевле чугун и алюминий, тем дешевле трактор, а значит, дешевле хлеб: ведь дешевый трактор — это дешевый хлеб.
То же самое можно сказать о второй, третьей и четвертой статьях расчета. Дешевая нефть, из которой делаются смазочные масла, дешевые уголь и электроэнергия — все это снизит цену на трактор и, в конце концов, на нужные нам продукты.
Такой же результат даст и экономия смазки, топлива, электроэнергии.
Пункт пятый — заработная плата рабочих и служащих. Денег уходит немало. Но как их сэкономить? Может быть, снизить зарплату: платить рабочему не 1000 руб. в месяц, а 500? Капиталист обязательно постарался бы сделать именно так. И в результате трактор обошелся бы ему дешевле. Но продавать его капиталист старался бы по прежней цене, чтобы положить разницу в карман.
Для нас этот способ, конечно, не годится. Наша цель — наиболее полное удовлетворение растущих материальных п культурных потребностей людей, в том числе тех рабочих, которые делают тракторы. Мы для того и стремимся удешевить трактор, чтобы советским людям лучше жилось. Значит, зарплату снижать нельзя.
Но есть другой путь экономил. Зарплата может остаться прежней, зато завод увеличит выпуск тракторов. Скажем, раньше он выпускал в месяц 10 тыс. шт., а станет выпускать 15 тыс. Тогда та же самая зарплата того же числа рабочих разложится на большее количество тракторов. Каждый рабочий и служащий получит столько же, сколько и раньше, но на каждый трактор придется не 4,5 тыс. руб. зарплаты, а только 3 тыс. Вот этот вариант нам подходит. Но только каким образом увеличить выпуск тракторов?
Наше производство растет и совершенствуется на базе высшей техники. Мы заменяем устаревшие машины новыми, более производительными. Вместо десяти станков, на которых работали десять рабочих, мы ставим одну автоматическую станочную линию, обслуживаемую одним рабочим. Теперь станки работают гораздо быстрее и сами передают друг другу обрабатываемую деталь, а рабочий только следит, чтобы все было в порядке. Значит, деталей делается больше, а зарплаты расходуется меньше. Освободившиеся же рабочие руки будут использованы в других местах.
Мы заменяем ручной труд машинным. Раньше двое рабочих-литейщиков тащили на руках тяжелый ковш с расплавленным металлом п наклоняли его над каждой формой. Теперь один рабочпй-крановщик управляет движением огромного ковша, который не подняли бы и десять рабочих. Крановщик орудует маленькими кнопками п рукоятками — и ковш послушно плывет по цеху, наклоняется, льет в формы расплавленный металл п движется дальше. Труд рабочего стал легче, а сделать
он успевает гораздо больше. Значит, и зарплаты на каждую отливку пойдет меньше.
Каждое новое приспособление, придуманное инженерами или самими рабочими, каждое усовершенствование в производстве снижает расход заработной платы па один трактор.
Статья шестая — расходы по администрации н управлению. В расчете стоимости гвоздей мы этой статьи не выделяли, она была «спрятана» в заработной плате. В действительности же эта статья особая, и на ней тоже можно кое-что сэкономить. Например, можно сократить штаты заводоуправления. Некоторые виды труда здесь тоже можно механизировать. Вот хотя бы расчеты. Десятки бухгалтеров считают дни напролет, чтобы определить, сколько заработал каждый рабочий, каждый служащий. А электронно-счетная машина может выполнить все эти расчеты за несколько часов. Машиной управляет один специалист.
Есть и другая возможность экономии по этой статье. Если даже сумма расходов на администрацию и управление останется прежней, но выпуск тракторов увеличится, то и в этом случае на каждый трактор расходов придется меньше.
Теперь, наконец, мы с вами добрались до статьи седьмой — до амортизационных начислений. Что это такое, мы уже знаем. Амортизационные начисления — это возмещение стоимости износившихся зданий и сооружений, износившихся машин. Каких машин? Тех, которые делают тракторы: это станки и прессы, конвейеры и поточные линии, электропечи и подъемные краны. Чем эти машины будут дешевле и производительнее, тем дешевле обойдется трактор.
Значит, чтобы получить дешевые машины,
Рис. 4. Этот ученик хорошо усвоил расчет стоимости трактора. Смотрите, что он пишет: «Сырье и детали, плюс смазка, плюс топливо, плюс электроэнергия, плюс заработная плата, плюс расходы на администрацию, плюс износ машин равняется одному трактору!»
нужно иметь дешевые машины. Это звучит странно, но это так. В для этого нам нужно в первую очередь развпвать самую основную отрасль промышленности — машиностроение. Чем больше у нас будет машин, которые делают машины, чем они будут лучше и дешевле, тем больше продукции будет выпускать наша промышленность, тем лучше пойдут дела в нашей стране.
Вот почему наша партия и правительство всегда так заботятся о развитии машиностроения, вот почему его называют сердцевиной промышленности.
)
ШАГИ СЕМИЛЕТКИ
Маша страна хорошо начала семилетку! Промышленное производство возросло у нас за 1959 г. более чем на 11°/0—на 3°/0 больше, чем предполагалось по плану. Только сверх плана мы получили промышленной продукции почти на 50 млрд. руб.
В 1959 г. промышленность нашей страны дала 60 млн. Т стали, 130 млн. Т нефти, 264 млрд, квт-ч электроэнергии, 146 тыс. металлообрабатывающих станков. Советская индустрия теперь производит любые изделия — начиная от предметсв потребления и кончая атомными электростанциями, атомными ледоколами и баллистическими ракетами.
КОВКА-ШТАМПОВКА
Q того времени как человек узнал железо, он начал искать способы сделать его крепче, надежнее. 1 убчатое железо в холодном состоянии били колотушками, чтобы «выжать из него соки», т. е. удалить примеси. Затем, чтобы легче было придать металлу нужную форму, догадались нагревать его.
Так возник способ обработки, который называют горячо й к о в к о й. Он состоял в обработке горячего металла ударами молотов.
Ковка — самый старый метод обработки металлов. В прошлом орудиями труда кузнеца были наковальня, молот и такие инструменты, как бородки, зубила, гладилки и т. п. Но, когда железо начало широко входить в употребление, стало невозможно обрабатывать его прежними
Рис, 1. Кузница в Древней Греции (рисунок на вазе).
примитивными способами. Люди задумались, как заменить ручную ковку машинной. В XVI в. появились молоты, которые приводились в действие энергией текучей воды (водяной привод). Это дало возможность увеличить вес падающего
бойка :: 10—15 раз — до 400 кГ. Сила его удара значительно возросла. Русское кузнечное дело особенно высоко поднялось в эпоху Петра I, поощрявшего постройку заводов для обработки металлов.
С появлением паровых машин открылись новые возможности для увеличения силы удара молота. Почти одновременно с паровозом родился паровой молот. Боек (его называют еще бабой) паровых молотов весил уже тонну. Но и этого оказалось мало! Все увеличивавшийся вес слитков и изготовляемых из них и о к о в о к (валы кораблей, стволы пушек) требовал еще более мощных молотов.
Появились прессы, которые сдавливали крупные, хорошо нагретые стальные слитки и этим придавали им нужную форму. В то же время (60—70-е годы прошлого века) стали широко применять прокатные станы (см. ст. «Металлургический завод»).
Но кузнечная обработка не потеряла своего значения и сейчас. В наше время она получила новое развитие.
Ковка — верное средство улучшить качество металла, сделать его более однородным и прочным. Чем выше требования к прочности машины, тем больше в ней кованых п штампованных деталей. В автомобиле и самолете таких деталей 80—85% по весу. Детали эти изготовляют пз различных видов стали, а также пз сплавов, в которые входят медь, алюминий, магнпй, титан и др.
ИСКУССТВО НАГРЕВАТЬ МЕТАЛЛ
Процесс ковки металлов основан на пх пластических свойствах. Металл, как правило, куют в нагретом состоянии, когда он более пластичен и его легче обжать.
Рис. 2. ^Критические точки» Чернова: а— нижний предел, до которого нужно нагреть сталь при закалке; b— вторая критическая точка, ее место зависит от. содержания углерода в стали; между х и с— температура плавления стали разных марок.
Конечный результат этой операции зависит прежде всего от соблюдения строго определенного теплового режима. Нарушение его неизбежно приведет к отрицательным результатам. Если металл перегреть, то зерна (кристаллы), из которых он состоит, сильно увеличатся и металл станет непрочным. Поэтому сталь с разным содержанием углерода, а также легированные стали приходится нагревать по-разному. Чем больше в стали углерода, тем ниже предел ее нагревания.
Итак, прежде чем приступить к горячей ковке, металл надо нагреть. Гут уж, конечно, не обойтись простым горном — нужны особые печи. Чтобы нагреть высококачественные стали, ставят печь из нескольких камер и в каждой камере поддерживают определенную температуру. В первую камеру загружают холодный металл, в ней температура 300—350“. А затем металл переходит из камеры в камеру, в них температура все более повышается и доходит до 1050 — 1250 .
Очень крупные слитки нагревают в больших однокамерных печах. Под (пол) этих печей выдвижной, он выезжает наружу. Кран ставит на него слиток, который надо нагреть, и под со слитком уходит в печь. В момент загрузки температуру в печи снижают до 300 , а затем постепенно повышают ее (рис. 4).
От устройства печей зависит скорость и качество нагрева металла. Печи бывают пламенные и электрические. В пламенных тепло получается от сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива. Старые печи работали на угле или нефти. Поэто-
му в цехе нередко было дымно, чадно. Современные заводы переводятся на газ. Это значительно улучшает условия труда. Еще лучшие условия создаются при нагреве поковок электричеством, особенно токами высокой частоты (рис. 5).
ДВА СПОСОБА
Существуют два способа ковки — свободная ковка и ш т а м-п о в к а.
При свободной ковке слиток, который нужно отковать, находится в свободном положении.
Рис. 3. Г ори для нагрева металла.
Его кладут на неподвижную подставку — наковальню, над которой вниз и вверх ходит молот — боек. Быстро опуская и поднимая боек, по металлу наносят ряд ударов. При этом металл расплющивается (кузнецы говорят —«течет»), ширина и длит’а заготовки увеличиваются, а толщина уменьшается. После того как заготовку обожмут с одной стороны, ее поворачивают на 90 и вновь куют. Так делают до тех пор, пока металл не примет нужной формы. Получается п о к о в к а.
Нетрудно убедиться, что этот способ немногим отличается от тех, которые применялись
Рис. 4 Каперная нагревательная печь с выкатным подом для
тяжелых поковок.
Рис. 5. Так нагревают металл токами высокой частоты.
сотни и тысячи лет назад. Разница лишь в том, что тогда удар наносил молотобоец, а сейчас боек движется паром или сжатым воздухом и удар, конечно, во много раз сильнее.
Таким способом трудно изготовить деталь, имеющую точные размер и форму. Чтобы получить нужную деталь, с поковки приходится снимать на металлорежущих станках столько лишнего металла, что из него нередко можно
Рис. 6. Ш там поена под прессом. В кружке’. 1—матрица, 2— пуансон; 3— готовая деталь.
сделать еще две или три таких детали. Очень крупные детали куют на гидравлических прессах. Разница между прессом и молотом в том, что молот ударяет по заготовке, а пресс давит на нее.
Свободной ковкой молотами и прессами можно обрабатывать заготовки любого веса — и самые маленькие и очень крупные, до 200 Г,— например поковки для турбин наших гигантских электростанций.
Штамповка — более передовой метод обработки металла. Это по сути дела та же ковка, но здесь «течение» металла ограничено формой— штампе м.
Развитие штамповки — одно из главных направлений технического прогресса в нашем машиностроении. Она позволяет делать детали быстро, хорошо и дешево.
Штамп состоит из двух половинок. Нижняя половинка закреплена на наковальне неподвижно, а верхняя прикреплена к бабе молота и перемещается с ней вверх и вниз. Металл укладывают на нижний штамп. Под ударами молота он заполняет полость штампа, принимая ее форму. Таким образом, при штамповке «течение» металла ограничено стенками штампа. Полученные таким способом заготовки называют штамповками. Они по форме и размерам больше приближаются к форме, которую надо придать металлу, а значит, его расходуется гораздо меньше, чем при свободной ковке (рис. 6).
Штамповка идет гораздо быстрее свободной ковки. За время, в которое обычный молот откует одну или две детали, молот со штампом даст десятки или даже сотни деталей.
Почему же совсем не отказаться от свободной ковки? Оказывается, пзготовление штампа— сложное дело. Он должен быть сделан из очень крепкой стали и очень точно. Поэтому к штамповке прибегают в тех случаях, когда нужно изготовить достаточно большое количество одинаковых деталей. Тогда затраты на изготовленпе штампа оправдываются.
А насколько штамповка выгоднее других способов, можно судить ио следующему примеру. Тридцать с лишним лет назад, когда в Москве только начинали делать автомобили, коленчатые валы вырезали из стальной полосы. При этом в стружку уходило около двух третей металла. Затем валы стали ковать. С поковок, полученных свободной ковкой, приходилось снимать ровно половину металла. Теперь коленчатые валы штампуют. Потери уменьшились до одной трети, но все же еще велики.
Нет ли лучшего способа делать из металла детали нужной формы, нужного размера? Об этом вы прочтете в статье «Металл и форма». А сейчас мы познакомимся с машинами и орудиями для ковки и штамповки.
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
Свободную ковку производят паро-воздушными и пневматическими молотами. Их приводит в действие пар или сжатый воздух.
Простейший паровой молот состоит пз массивной станины. В верхней части ее находится рабочий цилиндр, в нем поршень, который передвигается вверх и вниз (как в велосипедном насосе). В конце поршня — шток, к которому прикреплена тяжелая стальная баба— молот. В цилиндр под высоким давлением подают пар, п поршень вместе со штоком и бабой поднимается вверх. Сильно сжатый под поршнем пар удерживает тяжелый молот. После этого нагретую заготовку кладут на наковальню, укрепленную на чугунном или стальном основании — шаботе.
Теперь можно начать ковать. Пар из-под поршня выпускают п нагнетают его в пространство над поршнем. Тогда баба падает вниз, наносит удар по заготовке и давит на нее. Попеременно впуская и выпуская пар, бабу поднимают и опускают. Она еще и еще ударяет по заготовке, обжимает ее. Подача пара регулируется автоматически, с помощью особого механпзма — золотника, обычно применяемого в паровых машинах (рис. 7). > дар следует за ударом, заготовка постепенно меняет форму, металл «растекается».
Может случиться, что в процессе ковки металл начинает, как говорят кузнецы, «течь в одном направлении». Это происходит потому, что зерна (кристаллы), пз которых состоит металл, вытянулись и получилась волокнистая структура, очень напоминающая строение древесины, где волокна вытянуты вдоль ствола.
Если из поковки вырезать два образца— один вдоль волокон, а другой поперек — и испытать их на растяжение, то окажется, что первый выдержит нагрузку в несколько раз большую, чем второй. Кузнец должен учитывать направление волокон.
Ковка — сложная и трудная работа. Перед кузнецом стоят две важные задачи: сделать металл крепким и придать ему нужную форму. И при этом нельзя медлить: не только каждая минута — каждая секунда дорога.
Рис. 7. Так работает паровой молот.
Но вот ковка закончена. Деталь обхватывают целями, и кран уносит ее. Тотчас подвозят следующую заготовку.
Для свободной ковки, кроме молотов, применяют также гидравлические прессы. Они действуют по гидростатическому закону Паскаля. Такой пресс не бьет по заготовке, а давит на нее.
Гидравлические прессы постепенно вытесняют тяжелый молот. Мощности их непрерывно растут. Еще недавно максимальное давление
Рис. 8 Кузнечный пневматический молот для ковки небольших деталей.
Рис 9 Ковка улучшает структуру металла: 1— крупнозернистая структура; 2— с зернами, вытянутыми в одном направлении (после ковки); 3—мелкозернистая.
колец,втулок.Делают такие детали из прутков. При этом нагревается не весь пруток, а только конец его, подлежащий ковке.
У этих машин есть штамп, который состоит из матриц и пуансона. Матрицы здесь — два металлических полукруга, а пуансон — крепкий стальной стержень. Смыкаясь, матрицы горизонтально-ковочных машин зажимают пруток и таким образом получается наружная форма изделия. В то же время укрепленный на специальном ползуне пуансон заходит в эту образованную матрицами полость и прошивает заготовку (пруток).
Этим методом изготовляют, например, кольца для подшипников. Чтобы придать им более правильную геометрическую форму. их затем снова нагревают и раскатывают на специальных машинах.
прессов не превышало 10 тыс.71. А в последнее время иа советских заводах сконструированы и построены ковочные прессы давлением в 30 и даже 70 тыс. Г. Проектируются еще более мощные прессы.
Штамповочные молоты мало чем отличаются от молотов для свободной ковки. Если штамповщик спустит педаль, то баба автоматически поднимется. Вес падающих частей паро-воздушных штамповочных молотов достигает 20—30 Т. Часть металла при штамповке вытекает в промежуток между двумя поло-ринками штампа и образует заусенец, который затем удаляют на отдельном обрезном штампе.
Штампуют изделие двумя методами. Первый — комбинация свободной ковки п штамповки. Заготовку предварительно подготовляют свободной ковкой, а окончательную форму придают ей в одном или нескольких штампах. При втором методе заготовка проходит через ряд последовательно расположенных многоручьевых штампов. Р у ч ь и— это углубления в ниж-ней части штампа. От их формы зависит конфигурация детали. На многоручьевых штампах за несколько проходов изготавливают сложные детали.
Разновидность штамповочных молотов горизонтально-ковочные машины. Их применяют при изготовлении деталей удлиненной формы с утолщениями на концах, а также
АВТОМАТИЧЕСКИЙ КУЗНЕЦ
Труд кузнеца всегда был тяжелым, требовал от человека большой физической силы и выносливости. Современная кузница мало похожа на кузницы старых заводов. Пар, вода, сжатый воздух и электричество освободили человека от самой тяжелой работы. Человеческая сила больше не участвует в формировании поковки или штамповки. Но будущим рабочим и инженерам предстоит еще многое сделать, чтобы облегчить здесь труд и улучшить его условия, особенно на участках свободной ковки. На передовых предприятиях нашей страны уже многого достигли в этом отношении.
Заглянем в кузнечный цех одного из наших промышленных гигантов — Уральского завода тяжелого машиностроения. На этом заводе делают мощные блюминги п прокатные станы, оборудование для доменных и мартеновских печей, шагающие экскаваторы, буровые установки для нефтяных промыслов п для проходки стволов шахт...
Чтобы изготовить такие машины, нужны огромные поковки. Их прпходптся делать на мощных молотах свободной ковкой. Вот подъемный кран с помощью гигантской «вплки» вытаскивает из печи слиток и переносит его на наковальню молота. Нигде не видно кузнецов. Вдруг раздается вой сирены. По широкой рельсовой колее, проложенной поперек про-
Механический манипулятор освобождает кузнецов от тяжелого физического труда. Он подает раскаленную болванку под мощный гидравлический ковочный пресс и «манипулирует» ею во время ковки.
ЕЛКА
МОДЕЛЬ
ФОРМА
лета, к молоту подъезжает металлическая будка да четырех катках. Из передней стенки кидается вперед массивный стальной хобот. Он захватывает крап слитка, зажимает его.
Это манипулятор, сложный механизм, который освободил от тяжелого труда ио крайней мере семь человек. Со всей работой справляется один машинист. Нажимая различные кнопки и рычаги, он поднимает, опускает, перемещает заготовки в разных плоскостях. Ковка с помощью манипуляторов сводится только к управлению процессом и не требует от человека физических усилий. Такая машина легко справляется с поковками, весящими десятки тонн (см. цв. рис., стр. 80).
Различные крапы, манипуляторы, автоматические линии освободили рабочих кузнечных цехов от самых тяжелых операций. Кузнец становится механиком при кузнечной машине. На советских автомобильных заводах созданы автоматические линии из штамповочных машин. На них делают коленчатые валы двигателей и другие части машин.
ХОЛОДНАЯ ВЫСАДКА
Наряду с горячей ковкой и штамповкой в машиностроении в последние годы все шире применяется метод холодной высадки и штамповки — выдавливанпя деталей на механических
прессах-автоматах без нагревания металла. Этим методом из различных металлов и сплавов, а также из пластических масс делают и простые шайбы, и корпуса автомобилей, самолетов, холодильников.
Холодная штамповка заключается в том, что из листа металла или пластмассы вырубают (вырезают) плоскую деталь, а затем придают ей в специальных штампах или при помощи гибочных станков нужную форму.
Только глубокое изучение свойств материалов, из которых штампуют то или иное изделие, позволяет рассчитать, какое усилие требуется от пресса, какой нужен штамп, чтобы из тонкого листа получились тысячи точнейших изделий сложной конфигурации. Механизированными и автоматизированными штамповочными прессами оснащаются наши передовые предприятия.
*
* *
Ковкой, штамповкой, прессованием можно получить изделия сложнейших форм и высочайшей точности, изделия, которые не требуют дополнительной обработки на станках. Этот метод распространяется все шире и шире. И вместе с тем он непрерывно совершенствуется. Его будут улучшать и дальше те, кто придет в эти цехи: кузнецы наших коммунистических предприятий, кузнецы в белых халатах, вооруженные приборами, способными отсчитывать микроны.
МЕТАЛЛ И ФОРМА
^^идкостьпринимает форму сосуда, в который она налита. Налейте воду в ведро, вынесите
его на мороз — получится глыба льда, имеющая форму полости ведра. Это свойство жидкостей принимать форму сосуда знали уже в древности. В различных музеях вы можете увидеть много изделий древних литейщиков из бронзы— амфоры, кувшины, украшения. Бронзу расплавляли и выливали в форму.
Посмотрите вокруг себя. Вы найдете мас-
су вещей, изготовленных при помощи литья. Если в вашей квартире центральное отопление, то вам прежде всего бросаются в глаза радиаторы. Это — чугунное литье. В обыкновенной печи — чугунные литые дверцы, колосники, вьюшки. На кухне вы найдете мясорубку, жаровню, ступку — они отлиты из чугуна или других сплавов; ножка настольной лампы отлита из бронзы. Но всего больше литых деталей в разных машинах.
Так выглядят литейные цехи:/— вагранка с копильником и желобом. Заливка формы чугуном производится при помощи ковша и мостового крана; 2 —-цех точного литья; 3— модель и слепки с нее. нанизанные на стержень; справа — разрез готовой формы; 4—стержень опускают в ванну с керамическим раствором; после сушкп в вытопных печах выплавляют слепок-модель; 5—керамическая форма в кон тейнере поступает на обжиг, а потом на заливку; 6 и 7—вибрационный станок разрушает керамическую оболочку отливки; 8— готовые детали: <<елка» и отдельная деталь.
етская энциклопедии, т. 5
Рис. 1. Деталь корпуса турбины отлита из чугуна.
Рис. 2. Поршень автомобильного двигателя отлит из алюминиевого сплава.
Трактор более чем на половину состоит из литых деталей, экскаваторы и станки — на три четверти. Главные части мощных гидротурбин Волжской гидроэлектростанции им. В. И. Ленина тоже литые. И корпуса могучих тепловых турбин литые. Никаким другим способом нельзя придать металлу такие замысловатые формы, какие получаются литьем, т. е. используя свойство жидкости приобретать форму сосуда. Много деталей машин, которые еще недавно получали в кузницах ковкой или обтачивали на станках, теперь отливают. Даже режущие инструменты— фрезы и резцы — сейчас изготовляют в литейных цехах.
Одно время литейное
производство считали «отжившим свой век», но в последние годы способы получения литья значительно усовершенствовались и оно снова заняло ведущее положение среди других методов обработки металлов. Литьем удается изготовлять детали разных машин такой совершенной формы и такой точности, что они почти не требуют обработки на станках. Это очень большое преиму-
Рис. 3. Станина токарного станка отлита из чугуна.
щество литых деталей по сравнению с деталями, полученными способом ковки.
Представьте себе, что вам надо сшить костюм. Портной снимет с вас мерку и скажет: «На костюм уйдет 3' метра, принесите 7 метров». «Куда же столько?» — спросите вы. «А 4 метра я искромсаю». Конечно, никто не стал* бы шить у такого неэкономного портного. Но на машиностроительных заводах нередко бывает именно так. Поковка коленчатого вала — непременной принадлежности многих двигателей — весит 7 Т, чистый вес готового вала— 3 Т, остальные 4 Т превращают в стружку. И на этом деле заняты десятки станков и рабочих.
Это не какой-то исключительный пример. Ежегодно в нашей стране в стружку уходпт около 4,5 млн. Т металла. А это производительность очень мощного металлургического завода.
Почему так получается? Дело в том, что ковкой или штамповкой очень трудно сделать деталь сложной конфигурации. Взять, например, тот же коленчатый вал. Сколько на нем «колен» и переходов — «шеек», которые соприкасаются с другими частями двигателя! Здесь точность измеряется микронами. Ковкой или штамповкой такой точности не получишь, так как на коленах и шейках останется лишний слой, который придется срезать на станках — фрезой или резцом. При этом большое количество металла превратится в стружку. Кроме того, фрезы или резцы разрушают структуру ткани металла, отчего вал скорее пзнашивается.
А литьем можно изготовить и очень сложные изделия. Жидкий металл заполнит любую извилину, тончайшие переходы. Отлитый коленчатый вал не требует никакого вмешательства фрезы или резца. Разве только придется отшлифовать шейки. Прочность отлитой детали будет зависеть от материала.
Утвержденные XXI съездом КПСС Контрольные цифры развития народного хозяйства СССР на 1959—1965 годы предусматривают мощное развитие литейного производства. Вес разных изделий, отлитых из чугуна, в 1965 г. достигнет 14,7 млн. Т, а из сталп — 4 млн. Т. Литым деталям будет отдаваться предпочтение перед изготовленными из прокатного металла.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА
Если деталь машины имеет второстепенное значение, то особенно много о выборе металла или сплава для отливки думать не приходится.
'Но, когда деталь важная, играющая в машине активную роль, конструктор становится очень разборчивым, и он прав. В наше время в технике находят применение почти все металлы, но не все они одинаково распространены. Самый распространенный в современной технике металл — железо, точнее, сплавы, на железной основе — чугун и сталь. Затем следуют сплавы, в основу которых входят алюминий, медь, свинец, олово, цинк, никель, марганец. В последние годы начали применять и титан.
Отливки делают обычно не из чистых металлов, а из их сплавов — чугуна, стали, бронзы, латуни, баббита, дюралюминия. Основа сплава — преобладающий в нем металл. Чаще всего для отливок применяют чугун и сталь. Железные сплавы самые дешевые. Однако в некоторых случаях не обойтись без цветных металлов. Например, в электротехнической промышленности «владычествует» медь.
У конструктора большой выбор металлов и сплавов, и он должен тщательно взвесить достоинства и недостатки каждого. При литье значение имеет не только прочность металла. Важно знать, хорошо ли он льется, как быстро затвердевает, какую дает усадку, т. е. уменьшение в объеме при затвердевании.
Возьмите разные жидкости — воду, керосин, подсолнечное масло, сметану. Попробуйте вылить несколько капель каждой из них на блюдце. Вода и керосин растекаются гораздо быстрее сметаны. Они обладают, как говорят металлурги, разной жидкотекучестью. Это же свойство имеют и металлические сплавы. Еслп сплав в жидком состоянии подвижен и невязок, то он легко заполнит любую сложную форму, быстро проникнет в ее тончайшие извилины. Из такого сплава можно получать отливку с тонкими стенками. Из сплавов с малой жидкотекучестью тонкостенную отливку не получишь — они расплываются медленно, лениво, задерживаются у входа в узкие каналы и застывают прежде, чем успеют заполнить все извилины формы. Из таких сплавов можно изготовить лишь простейшие отливки.
Выбирая сплав для литья, учитывают также его линейные или объемные усадки. Разные сплавы обладают разными коэффициентами усадки. Если этого заранее не предусмотреть, отливка окажется непригодной: в ней могут быть трещины. Сплавы с низкой жидкотекучестью часто образуют усадочные раковины — пустоты внутри отливки.
Великолепный литейный сплав — чугун. Он жидкотекуч, его легко расплавить в простой и удобной печи — в а г р а н к е. Вагранка изобретена у нас в России и вот уже более ста лет честно и верно служит заводам всего мпра.
Однако у обычного чугуна есть свои недостатки. Он непластичен, хрупок, непрочен. Поэтому детали, которые должны нести большую нагрузку, делают из высокопрочного чугуна или пз стали.
Но литейные свойства стали уступают чугуну. Сталь нежидкотекуча, и нужно придумы-» вать разные способы, чтобы она заполнила форму, не давая трещин и раковин.
КАК ДЕЛАЮТ ОТЛИВКИ
Чтобы пзготовпть литую деталь, надо прежде всего сделать форму. Но из чего? И не приварится ли сплав к стенке формы? Удастся ли вынуть потом застывшую деталь, не повредив ее? Не пристанут ли к ней частицы формы? Таких вопросов много, и все их надо решить прежде, чем начинать отлпвку.
В древние времена формы изготовляли пз камня. Но выдолбить в камне точную форму довольно трудно. Легче сделать форму из мягкой, податливой глины. Однако от высокой температуры глина рассыхается, растрескивается и жидкий металл может вырваться наружу. Тогда стали делать формы пз тончайшего песка, пропитанного связующими веществами.
• . ч
Рис. 4. Чтобы изготовить в земляной форме литую де* таль, прежде всего надо сделать деревянную модель (А). Затем половину модели и опоку кладут на подмоделъиую плиту (В) а засыпают землей (В).
Такой состав легко уплотняется и, что очень важно для лптья, остается газопроницаемым. Это не единственный способ. Теперь применяют и земляные формы, и металлические, и гипсовые, п железобетонные, и восковые, и так называемые корковые (см. ниже).
Чтобы отлить какое-нибудь, даже простое изделие, нужно проделать очень сложную работу — не менее двенадцати операций. Например, нам надо отлить простую втулку из чугуна.
Сначала в модельном цехе изготовляют модель втулки. Модель— разъемная, состоит из двух половинок. Ее обычно делают из дерева или Металла.
Затем в землеприготовительном отделении литейного цеха подготавливают землю для формы — формовочную смесь. Делают это специальные машины. Если надо отлить
Рис. 5. Землю в опоке
уплотняют (Г), потом опоку с землей и моделью Переворачивают (Д).
трубку, втулку или же какую-нибудь другую деталь с внутренними отверстиями, то приходится готовить еще одну смесь—для так называемых стержней. Это смесь песка со связующими материалами, получаемыми из нефти или синтетическим способом. Стержни и должны заполнить те места в форме, которым во втулке будут соответствовать пустоты.
Изготовление модели, подготовка формовочной и стержневой смеси—это начало сложного процесса литья. Теперь надо сделать стержни и земляные формы для наших втулок.
Стержни делают в стержневом отделении. Сюда из модельной передают стержневой ящик, который сделали вместе с моделью. Его ввутрен-няя полость точно такая же, как и полость втулки.
Стерженщик наполняет ящик стержневой смесью и уплотняет ее. Сырой стержень вынимают из ящика и переносят в печь— сушило. В ней в течение нескольких часов поддерживается температура 150—300 , пока стержень не станет твердым. Затем его отправляют в формовочное отделение.
А в это время формовщик готовит земляную форму втулки. Он берет одну половину модели и кладет на металлическую плиту—п од моде л ь н у ю доску. На эту же доску он ставит металлический ящик без дна —о п 6 к у — так, чтобы половинка модели оказалась внутри нее. После этого в опоку набрасывают формовочную землю и уплотняют ее до тех пор, пока весь ящпк не будет набит землей (рис. 4,5).
Затем опоку с землей перево-" рачивают, чтобы половинка модели оказалась вверху. На нижнюю опоку формовщик ставит еще одну. В стенках этих опок снару
жи сделаны петли. В них вставляются металлические штыри, и таким образом две опоки скрепляются друге другом (рис. 5,6).
В верхнюю опоку кладется верхняя половинка модели так, чтобы она точно попала на нижнюю половинку. Формовщик вставляет в верхнюю половину опоки два деревянных брусочка. Теперь ее можно тоже заполнить смесью и хорошо уплотнить. Плотность земли всюду должна быть одинаковой. Если брусочки из-влечь, в форме останутся два отверстия. В одно будут заливать металл, а сквозь другое выйдут
Рис. 6. На перевернутую опоку (Е) ставят вторую половинку модели и вторую опоку, которую скрепляют с первой (Ж). Затем все операции повторяются — насыпка земли, уплотнение ее (3).
воздух и газы.
Потом из земли надо вынуть деревянную модель. Для этого опоки осторожно разбирают. В земле остается четкий отпечаток втулки. Его и стержень покрывают осо-бой краской — протпвопри-1 гарной. Она не дает земле пригореть и пристать к отливке. Затем в полость формы вставляют стержень. Формовщик прорезает в земле канал, соединяющий от-» верстия для заливки с полостью формы,— литниковый ход* Все переносится на пол цеха*
Е
Рис. 7. Модель вынимают из формы (И), вставляют стержень (К), собирают форму снова и заливают ее металлом (Л). Готовую деталь выбивают из земли (М).
Нижнюю половину опоки накрывают верхней, на нее накладывают груз. Все готово: в земляной массе получилась форма, совершенно похожая на втулку.
Тогда подводят ковш с жпдким металлом. Его выливают в отверстие формы — п отлпвка готова. Нужно только подождать, пока она остынет, и тогда ее можно вынуть — выбить из формы. При этом опоку сильно встряхивают илп несколько раз ударяют по ней молотком (рис. 7).
На новорожденной отливке остаются наросты от литникового хода и отвода для газа— выпора. Их легко отделить одним-двумя ударами молотка. После этого отливку очищают от приставшей формовочной земли.
Как видите, даже очень простая отливка требует больших хлопот. А результат? Из одной формы можно получить только одну отливку. Для следующей отливки надо начинать все сначала, разве только модель пригодится. А если требуется сделать сотни или тысячп одинаковых отлпвок в день? Не проще ли выточить на станке нужное изделие из бруска илп полосы металла?
Нет, не проще! Способ, который мы описали, применяют только в тех случаях, когда требуется одна илп несколько отливок. А когда одинаковых отливок нужно много, процесс в принципе остается таким же, но осуществляется совсем по-иному. Приготовление земли, засыпка ее в опоки, уплотнение, изготовление стержня, сборка форм, заливка, выбивка, очистка на большей части заводов механизированы и автоматизированы. Для этого создано много различных машин,
Литейщикам приходится иметь дело с боль
шими массами песка и других сыпучих материалов. Для получения тонны отлпвки требуется около 5 м3 формовочной смеси и 0,5—0,7 м3 стержневой. По объему это в 40 раз больше нужного для отлпвки металла (рис. 8). В старых цехах подвоз земли, приготовление смеси, перенос опок с места на место производились вручную или на тачках. В современных литейных цехах все транспортные операции механизированы, цехи оснащены кранами, конвейерами (рис. 9).
Вы входите в литейный цех. Вас встречав! шум мерно отбивающих такт формовочных машин. Здесь формовщику не приходится засыпать землю лопатками и утрамбовывать. Эту работу выполняют механизмы, приводимые в движение сжатым воздухом. Стол машины с установленной на нем опокой, моделью и формовочной смесью быстро и часто встряхивается. Формовочная смесь уплотняется лучше, чем это мог бы сделать самый искусный формовщик.
В цехах массового производства для пере
мещения опок и их заливки устроены заливочные конвейеры. Это цепь тележек, движущихся с небольшой скоростью по рельсам. Конвейер проходит недалеко от формовочных машин. Сборщики сталкивают формы на тележкп. За
тем формы заливают металлом. За время движения но конвейеру форма охлаждается п поступает на выбивной участок. Особый кран
Рис. 8. Земли для литья требуется в десятки раз больше, чем металла.
Смесеприготсвительное Формовочное;
ОТДЕЛЕНИЕ ОТДЕЛЕНИЕ
Рис. 9. В современных литейных цехах все операции по приготовлению и подвозу формовочной земли механизированы.
ЛИТЕЙНЫЕ БЕЗ ЗЕМЛИ
Кокильные формы применяют обычно там, где необходимо изготовлять большое количество одинаковых отливок.
Перед заливкой в кокиль— в одну из его половин — вста-в 1яют стержни. Затем две половины кокиля соединяют п плотно скрепляют. В собранный таким образом кокиль заливают жидкий металл. Здесь он очень быстро затвердевает. Через несколько минут после заливки деталь можно уже вынуть. Затем внутреннюю поверхность кокиля продувают сжатым воздухом, прокрашивают и снова заливают металлом. Таким образом, в один и тот же кокиль можно заливать
снимает ее с конвейера. Пустые опоки возвращаются к формовщикам (рис. 10). От приставшей земли литье очищают разными способами. Наиболее совершенный из них — гидравлический (очистка водой).
Созданы и первые автоматические литейные цехи, например цех-автомат, который из алюминиевого сплава изготавливает поршни для автомобилей. На всем пути — от поступления в цех брусков сплава до упаковки поршней — человеческая рука к ним не прикасается. Отливки здесь делаются не в земляных формах, а в металлических — кокилях.
металл несколько часов подряд и за это время получить сотни, тысячи отливок (рис. 11).
При этом способе формовочная смесь становится ненужной, повышается производительность труда, отливки получаются более точ^ ными и чистыми. Лптейщпкп стремятся добиться такой точности отливок, чтобы их не надо было обрабатывать на станках.
Хорошие результаты дает литье под давлением. Мы уже знаем, что литейные сплавы отличаются разной степенью жидкотекучести. А нельзя ли увеличить жидкотекучесть малоподвижного металла? Опыты показали, что для этого нужно усплпть давление на слой жидкого металла. Но кокплп не выдерживают высокого давления и разрушаются. Для литья под давлением были сделаны пз решетка* специальной стали пресс-формы, выдерживающие большое давление. Жпдкпп металл под давлением как бы впрессовывается в форму и почти мгновенно затвердевает. Этот способ литья применяется главным образом прп отливке деталей пз легких и цветных металлов. Ма-
Рис. 10. В цехах массового производства для перемещения опок и их залив- ПШНЫ ДЛЯ ЛПТЬЯ ПОД давЛС-ни устраивают конвейер. ППеМ способны выпускать ПО
пз формы, она сама
Рис. 11. При массовом производстве удобнее делать отливки не в земляных формах (А), а в металлических кокилях (Б). нескольку тысяч отливок в смену. Таким способом можно получать отливки с очень тонкими стенками.
Поиски лучших методов литья прпвелп к еще одному решению: делать модели не пз дерева пли металла, а из особого материала, в состав которого входят парафин, стеарин илп другие им подобные легкоплавкие воскообразные вепщства. Впрочем, этот способ не нов. Так в начале прошлого столетия делал отливки знаменитый мастер художественного лптья В.П. Екимов. Смысл этого способа в том, что модель не надо извлекать расплавляется, и это поз-
воляет получать пз чугуна и стали очень точные мелкие отливки. Этот способ применяют на
многих заводах (рис. 12).
Иногда формы делаются не парафиновые илп восковые, а корковые. Применяемая при этом способе литья формовочная смесь содержит кварцевый песок и небольшое колпчество порошка особой искусственной смолы— пульверб акелита. Смола эта при нагреве до 200—250° плавится, обволакивает зерна песка, а затем затвердевает и скрепляет пх между собой. При этом способе также не надо ни опок, ни большого количества формовочной земли. Правда, отливки получаются не такие точные, как по выплавляемым моделям, но значительно более точные, чем в земля-
ных формах. Этот способ сейчас широко распространяется.
доменные печи
время па фабриках и успели родиться тысячи машин, десятки тонн чугуна.
БЕРЕГИ МИНУТЫ
\
Проследи за тем, как секундная стрелка совершает свой путь но циферблату. Вот она завершила круг — прошла минута! Но за это заводах новых выдали
В 1965 г. промышленная продукция СССР увеличится по сравнению с 1958 г. примерно ла 80%. Значение каждой минуты еще возрастет. К концу семилетки за одну минуту будет вырабатываться 990 тыс. квт-ч электроэнергии, добываться 475 Т пефти, 1160 Т угля и 286 тыс. мл газа, выплавляться 133 Т чугуна и 173 Т стали. В году 525 600 мин. Вот и подумай, сколько продукции будет вырабатывать наша промышленность п 1965 г.
Существуют еще другие способы литья. Все они направлены к одному: как можно больше расширить применение литых изделий и упростить процесс литья. Создаются новые
лптейные цехи, где все процессы механизированы и автоматизированы.
Рис. 12. Литье под давлением (А), по выплавляемым моделям Ы, центробежное (В) и в скорлупчатых формах (Г) значительно ускоряет и облегчает труд литейщиков.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
ЪТтобы металлическая заготовка приобрела требуемую форму, ее нужно обработать— снять лишний металл или стружку. Делают это при помощи различного металлорежущего инструмента на металлорежущих станках.
В технологии машиностроения обработка резанпем занимает большое место. Ведь без нее нельзя изготовить почти ни один прибор, пи одну машину.
Резанием выполняют и предварительные— обдирочные и окончательные — финн hi-fi ы е операции. Финишные операции называют тонкой обработкой. Нередко их приходится выполнять с большой точностью — до долей микрона. Представить себе эту величину невозможно — ведь средняя толщина человеческого волоса 50 микрон!
Резанием обрабатывают и огромные детали гигантских машин — например, роторы гидротурбин с диаметром рабочего колеса свыше 9 м (а это высота трехэтажного дома!), гребные валы судов длиной до 30 м и детали, которые без увеличительного стекла не рассмотришь.
В процессе обработки резанием изделие получает заданные
Рис. 1. Лучковый станок.
Рис. 2. Лучковый станок с ножным приводом.
форму, размеры и качество поверхности. Высокое качество трущпхся поверхностей изделия
очень важно: от этого зависит скорость изнашивания, т. е. долговечность, изделия.
Существует наука о резании металлов— теория резания. Ею занимаются многие ученые в нашей стране и за рубежом. Основы ее заложены в XIX п начале
XX в.
Главный вопрос теории резания — с какой скоростью станок должен снимать стружку, чтобы стойкость резца была наибольшей. На первый взгляд кажется, что больших скоростей резания добиться нетрудно. Но это не так. В процессе реза-нпя развивается тепло, оно нагревает резец, размягчает его и может даже совсем вывести из строя.
Конечно, резец охлаждают при работе. Выбор подходящего охлаждения — также одна из важных задач науки о резании. Но охлаждение помогает не всегда, а иногда даже вредит, так как металл может растрескиваться. Следовательно, скорость можно увеличивать, лишь хорошо изучив возможности станка, резцов и свойства материала. Только исключительное знание всех тонкостей своей профессии позволило нашим токарям-новаторам добиться
высоких скоростей резанпя.
Решая этп задачп, теория резания учитывает материал изделия, его свойства, материал инструмента, его форму и размеры, условия резания, требованпя к качеству поверхности и т. д. Далеко не все здесь поддается расчетам, и поэтому большая роль в науке о резании принадлежит эксперименту.
Металлорежущим станок — одна из самых важных машин. Нет нп одного завода, где бы не было металлорежущих станков. Без нпх не может обойтпсь даже кустарная ремонтная мастерская. Количество металлорежущих станков в стране определяет ее экономическое могущество.
Основной тпп металлорежущего стайка— токарный. Его знали еще в Древнем Египте. Тогда этот станок приводился в действие
Токарный станок него коробка скоростей (вверху слева):
1 — передняя бабка; 2 и 3 — рукоятки установки числа оборотов шпинделя; 4 и 5 — рукоятки увеличения шага резьб и реверсирования тол bliv• випта. 6— патрон; 7—дополнительная резцедержавка для прорезки канавок, 3 — резцедержавка; 9— защитный экран; 10 - суппорт; 11 прибор для контрол нагрузки станка; 12 — замок для соединения задней бабки с кареткой; 13 — рукоятка закрепления ппноля; 14 панель выключателей, 15 задняя эаока,
/6’— рукоятка быстрого закрепления задней бабки; 17 маховичок перемещения ппноля; 18— шкив ускоренного перемещения суппорта, 19 рукоятка включения и реверсирования шпинделя; 20— рукоятка перемещения каретки и нижней части суппорта в четырех направлениях, 21 рукоятка продольное пере сщ нин суппорта по каретке; 22 рукоятка включения гайки ходового винта; 23 — рукоятка поперечного перемещения суппорта но каретке, лило попщ подачи; 25 — маховичок продольного перемещения суппорта по станине; 26 — лимб продольной подачи; 27 фартук, 28 ,* пя11 ход ’
40 рукоятка включения и реверсирования шпинделя; 31—барабан выбора подачи, 32 — резьбовая рукоятка, 33 ьороома подач,
веревочным приспособлением вроде лука для стрельбы стрелами. Поэтому его называли л у ч к о в ы м (рис. 1). На тетиву лука навертывали болванку, затем лук распрямляли, и тетива заставляла болванку делать несколько оборотов. В это время токарь, держа в руке
Рис. 4. Точение. резец, подводил его к
болванке п снимал стружку. Лучковые токарные станки были п в Древней Греции, Риме, Китае, Индии. На таких станках обрабатывали дерево, иногда камень, кость.
Постепенно ручной привод лучкового токарного станка сменился ножным, тоже веревочным. К двум близстоящим деревьям прикрепляли горизонтально два колышка. Между ними закрепляли болванку (рис. 2), на которую навертывали веревку. Один конец ее поднимали к упругой ветке, а другой, с петлей на конце, опускали вниз. Токарь продевал ногу в петлю и вращал болванку. Обе руки у него были свободны, поэтому производительность его труда возросла.
Со временем деревья заменили досками, ветку — жердью. Внешний вид станка изменялся и улучшался, но ножной веревочный привод и работа вручную существовали многие века. Достигнуть точности на таком станке было крайне трудно. А металлы совсем нельзя было обрабатывать.
Так продолжалось до XVIII в., когда промышленный переворот потребовал быстрого развития машиностроения. Но для этого необходим был металлорежущий станок. Знаменитый рус*
ский механик Андрей Нартов, друг и советник Петра I, в 1712—1725 гг. сконструировал токарный станок, в котором резец был зажат в механически передвигающемся вдоль обрабатываемой болванки прпспособлении (рис. 3). Впоследствии оно получило название с у п-п о р т (в переводе с английского «держатель»).
Теперь на токарном станке можно было изготовлять детали машин, причем с такой степенью легкости, точности и быстроты, с которой не мог конкурировать ни один даже самый искусный рабочий.
Полвека спустя в токарной мастерской Нартова побывал английский пнженер Самюэль Бентам. Он внимательно ознакомился с суппортом Нартова и полностью оценил его. Вернувшись в Англию, Бентам организовал машиностроительный завод и прпвлек к работе известного механика Генри Модели. По указаниям Бентама Модели в 1798 г. повторил великое изобретение Нартова. Станки с механическим суппортом постепенно распространились в Англии, а затем в других странах Европы и Америки. Началась эпоха обработки металлов резанием. Механический суппорт стали применять не только на токарных, но и на других станках.
Типы металлорежущих станков определяются применяемым инструментом и схемой реза-нпя. Самый распространенный инструмент— резец. Им выполняют любую операцию резания. Можно сказать, что другпе металлорежущие инструменты — это либо развитие резца, либо сочетание ряда резцов. Для резца наиболее характерны две схемы резания: т о-ч е н п е — при этом заготовка вращается, а резец поступательно движется вдоль ее оси (рис. 4); строгание-- когда п резец и заготовка движутся поступательно (рис. 5). По первой схеме работают токарные станки, по второй — строгальные.
Типичный инструмент для обработки отверстий — сверло. При сверлении заготовка обычно неподвижна, а сверло вращается и в то же время движется поступательно, углубляясь в металл. Так работает сверлильный станок (рис. 6).
Широко и разносторонне применяется ф р е-з а. Это — диск с несколькими расположенными по окружности резцами. Обычно фрезой обрабатывают плоскости. При этом ей придают вращательное двпженпе, а заготовке — nf)J ступательное (рис. 7). Фрезеруют детали на фрезерном станке.
Есть п шлифовальные станки*
Шлифовальный круг вращается, а заготовка одновременно и вращается и движется — либо только движется — поступательно (рис. 8).
Мы рассказали лишь о нескольких основных видах обработки резанием. Но и для них существует много разновидностей станков.
Вот токарный станок (см. стр. 89). Основанием его служит станина. Обрабатываемое изделие зажимают либо между центрами передней и задней бабок, либо в патроне, который навертывается на шпиндель (вал) передней бабки. Резец укрепляют в суппорте. В передней бабке находится коробка скоро-с т е й, напоминающая автомобильную. С ее помощью изделию придают нужную скорость вращения — скорость резания.
Изобретатели неустанно ищут материалы, повышающие стойкость инструмента. Раньше его изготовляли пз обычных углеродистых сталей несложного химического состава. Потом появились стали, содержащие значительное количество вольфрама. Благодаря пм скорости резания намного повысились, и стали получили название быстрорежущих. Но скоро и онп перестали удовлетворять машиностроителей. Тогда были созданы так называемые твердые сплавы — особого класса металлические материалы, которые сохраняют свою твердость при нагреве до 900—1000е. В последнпе же годы начали делать мине рало керамические инструменты с еще большей теплостойкостью. В зависимости от резца, твердости изделпя, вида обработки шпинделю станка, а с ним и изделию придают должную скорость вращения. Для этого и существует коробка скоростей.
На станке есть еще ходовой валик. Он получает вращение от коробки скоростей через коробку подач п вызывает перемещение суппорта, а вместе с ним п резца. Происходит резание. Если, помимо ходового валика, устанавливают ходовой винт, то станок становится токарно-винторезным (рис. 9), т. е. может делать нарезку.
А если вместо задней бабки на станке установлена поворотная головка, вращающаяся, как барабан револьвера, то его называют токарно-револьверным (рис. 10). В гнезда револьверной головки (обычно их шесть) вставляют различные инструменты. С их помощью станок, не останавливаясь, выполняет различные виды обработки.
Для токарной обработки коротких изделий больших диаметров применяют л о б о т о-
парный илп карусельно-тоьар н ы к станки. Существует еще множество других разновидностей токарных станков.
То же относится и к другим станкам. Так, фрезерные станки бывают, в зависимости от расположения суппорта, вертикальные и горизонтальные, продольные и портальные, одношпиндельные и многошппндельные. з у б о-фрезерные и др.
А шлифовальные станки предназначаются для наружного и внутреннего шлифования круглых
Рис. 9. Токарно-винторезный станок.
поверхностей, для шлифования плоскостей, для бесцентрового шлифования, для шлифования резьбы, зубчатых колес и др.
Основное, над чем работали и работают конструкторы, совершенствуя обработку резанием,— это повышение производительности обработки. Так постепенно изменялся материал инструмента, а затем и его конструкция.
Фреза, например, выполняет такую же работу, что и резец прп строгании. Но она — мно
Рис.11. Двухсуппортный, продольно - строгальный станок.
горезцовый инструмент, сочетание нескольких резцов. Естественно, что фреза режет произ-* водительнее одного резца, п потому фрезерование вытесняет строгание из производства.
Еще выше производительность шлифовального круга. Он состоит пз множества мелких режущих частиц, скрепленных связующим веществом. Каждая такая частица — миниатюрный резец. Понятно, что шлифовальные станки — одни пз самых производительных среди металлообрабатывающих.
Успех применения многолезвийного инструмента привел конструкторов к мысли: «Почему бы не поставить две фрезы и нс удвоить таким образом число режущих лезвий?» Так появились многойнструмеитные металлорежущие станки. В суппорте токарного станка стали устанавливать по нескольку резцов, а затем на противоположной стороне станины поставили второй суппорт, также с несколькими резцами. На фрезерных, шлифовальных и других станках появились одновременно работающие шпиндели (рис. И и 12). Теперь количество инструментов, одновременно работающих на станке, иногда измеряется сотнями.
Но нельзя беспредельно увеличивать чпсло одновременно работающих инструментов: обрабатываемое изделие не выдержит нагрузки. Да п обслуживание такого станка слишком сложно. Тогда стали делать м н о г о и о-зицпонные станки. На нпх одновременно можно обрабатывать несколько изделий в разных позициях (рпс. 13).
Можно повысить производительность станка и другим путем — его специализацией. Мы знаем, что в токарном станке есть коробка скоростей. Конструктивно она гораздо сложнее автомобильной. У автомобиля коробка позволяет получить 3—4 скорости, у станка —- 24. Предположим, этот станок дает массовую продукцию — обтачивает пальцы поршня. Их надо обточить сотнп, тысячи. Станок ничего другого не делает. Для этого пз 24 скоростей выбрали одну, наиболее подходящую. А остальные 23 скорости? Пропадают!
Поэтому для заводов массового производства делают станки, предназначенные для выполнения лишь одной определенной операции. Такой станок проще универсального: вместо 24 скоростей у него одна. Его легче обслуживать, он дешевле, а главное — производительнее.
Специальный станок работает великолепно, по... до поры, до времени, пока завод выпускает машину, на производство которой этот станок рассчитан. Вот пришло задание выпускать новую машину, более усовершенствованную. Что делать? Станок необходимо переделывать, а то п заменять. Придется менять весь станочный парк — а это так сложно! Получается, что прогрессивный специальный станок задерживает технический прогресс. Где же выход? И конструкторы нашли его: надо применять агрегатные станки (рис. 14).
Принцип построения агрегатных станков — в создании стандартных узлов. Пз этих узлов и конструируется станок. К примеру, у нас есть вертикальный сверлильный станок. Теперь предположим, что завод получил задание выпускать другую машину и для этого нужен горизонтальный сверлильный станок. В вертикальном агрегатном сверлильном станке можно поставить его стандартную сверлильную головку горизонтально.
В сложных деталях нередко приходится одновременно сверлить горизонтальные, вертикальные и наклонные отверстия. Это может сделать один агрегатный станок. Нужно только соответственно расположить его сверлильные головки.
Так конструируются не только сверлильные, но и другие типы агрегатных станков. Преимущества их неоценимы. Они позволяют быстро и без больших затрат перестроить производство на выпуск новых образцов и сразу же организовать их высокопроизводительную обработку.
Теперь познакомимся с главным резервом повышения производительности станков.
Достаточно высокой производительности резания без автоматизации достигнуть нельзя, как бы мы ни ускоряли работу станка. Докажем это. Производительность станка обозначается буквой Q и выражается количеством производимых изделий в минуту. Ее определяют простой формулой: Q = — , где tp — время на рабочие ходы, т. е. на непосредственное резание, а tx — время на холостые ходы (подвести резец, отвести резец, закрепить изделие, открепить изделие и т. д.).
С изобретением суппорта был автоматизирован процесс непосредственного резания. При этом резание значительно ускорилось, следовательно, t сократилось, a Q, соответственно, возросло. Но формула производительности станка имеет одну особенность. Если все время уменьшать величину tp, то величина Q сначала
Рис. 12. Двухшпиндельный вертикально-фрезерный станок.
будет возрастать быстро, потом медленнее, затем еще медленнее, наконец практически будет оставаться постоянной, хотя tp будет по-преЖ-нему сокращаться.
Следовательно, снижение величины tp имеет смысл только до известного предела. А дальше,
Рис. 13. Мн ого позиционный токарный вертикальный автомат.
МАШИНА —ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ <г~
Рис. 14. Агрегатный станок.
сколько бы мы ни снижали эту величину, повышая для этого режимы резания, сколько бы мы ни расширяли многопнструментальную обработку, сколько бы ни специализировали станок, его производительность расти не будет.
Значит, для повышения производительности надо снижать оба слагаемых знаменателя— и tp и t г. Это означает, что одновременно с повышением режимов резания надо снижать время на холостые ходы. Но как это сделать? Возможности человека здесь ограничены. Хорошо было бы совместпть во времени два или несколько холостых ходов. Но человек не может одновременно выполнять несколько работ. I ак появился автомат — металлорежущий станок, который ле только все рабочие, но и все
Рис. 15 Кр углошлифовальный полуавтомат.
холостые ходы выполняет без непосредственного участия человека, лишь под его контролем.
Широко распространены кулачковые автоматы. Принцип их работы понять нетрудно, если вспомнить конструкцию автомобильного двигателя. У него есть кулачковый, или распределительный, валик. Форма кулачков такова, что при вращении они заставляют впускные и выпускные клапаны автоматически открываться, оставаться должное время открытыми, затем закрываться. В автоматическом станке тоже есть кулачковый вал. Его кулачки заставляют инструменты станка совершать заданные движения и придавать изделию нужную форму. Производительность труда при работе на автоматах колоссально возросла.
Один за другим в машиностроении начали появляться автоматы и полуавтоматы для самых разнообразных работ (рис. 15, 16, 17). Их конструкция все улучшается, производительность повышается. Стали делать специальные автоматы, приспособленные для изготовления одной определенной детали. Например, партию колец шарикоподшипников раньше при работе на токарных станках обрабатывали 44 рабочих. А теперь их может изготовить на специальном автомате один человек. При применении автоматов людей нужно все меньше, количество станков тоже уменьшается; значит, сокращаются заводские площади п, соответственно, расходы. Кроме того, качество деталей повышается, все детали выходят совершенно одинаковыми. В результате облегчается сборка всей машпны.
Достоинства автоматов велики. Но есть у них и недостатки. И главный пз них— «консерватизм»! Ведь автомат — это тот же специальный станок с недостатком, о котором мы уже говорили. Раньше с этпм мирились. Автоматы устанавливали на автомобильных и тракторных заводах, где не так уж часто меняются выпускаемые машины. А теперь автоматы работают повсюду. В авиационной п радиопромышленности, например, особенно часто приходится переходить от одной машпны к другой. II мириться с консерватизмом автоматов стало уже нельзя.
Потребовались новые станки, которые при автоматической работе оставались бы универсальными, моглп бы обрабатывать любую деталь. И они уже созданы. Пх называют станками с электронным программным управленпем. Станочник вкладывает в кассету станка карточку или ленту с соответствующим образом пробитымп отверстиями (перфорированную) — и начинается автоматическая
обработка. Деталь получится точно такая, как требуется (см. ст. «Машины-математики»).
Но, чтобы добиться такой простоты, пришлось решить ряд сложнейших научных и практических задач. Станки с электронным управлением включают в себя механические, гидравлические, электрические, фотоэлектрические, электронные устройства.
На перфорированной ленте «записана» программа работы станка. Расположение и количество отверстий зависят от записанных па ленте чисел. Запись программы — непростое дело. Сначала ее надо вычислить. Лента имеет только две «цифры»: замыкание и размыкание. Поэтому здесь применяется так называемая двоичная система счисления (см. т. 3, ст. «Электронные и счетные машины»). При этой системе можно «записывать» на ленте любые числа.
Перфорированная лента непрерывно движется через «читающий» прибор. Его электрические контакты, когда подходит отверстие, замыкаются, а когда нет отверстия — размыкаются. Получающиеся при замыкании электрические сигналы многократно усиливаются. Станок имеет сотни электронных ламп, реле, световых искателей. Ведь для расчета программы нужно счетно-решающее устройство, для расшифровки — тоже счетно-решающее устройство. Есть устройства, где программа записывается на магнитной ленте. Сложная машина! Но работать на ней просто. И делает она детали очень точно и быстро.
Польза от станков с программным управлением неоценима. Прежде всего автомат перестает быть «консервативным». Он больше не «противится» прогрессу. При запуске в производство новой машины не нужно ни заменять его, ни переделывать. Но это далеко не все его преимущества.
На многих заводах выпускают одинаковые детали. К этому должны подготовиться инженеры и техники, технологи и конструкторы. Наладить автоматы не просто. К тому же, пока идет наладка, станок простаивает и пользы от него никакой.
При электронном программном управлении ничего этого нет. На одном каком-нибудь заводе рассчитали программу, заготовили перфорированные карточки, разослали по другим заводам (почтой, в конвертах), там вложили их в кассеты и включили станки. Этим подготовка и ограничилась.
И форма станков тоже изменяется. Сейчас Станки высокие. Это плохо: чем выше станок,
Рис. 16. Зубофрезерный автомат.
тем меньше в нем жесткости, он вибрирует, и точность обработки страдает. Ниже его сделать нельзя— рабочему будет неудобно. Чтобы точность обработки не страдала, станину станка приходится делать массивной, тяжелой п тратить много металла.
При электронном программном управлении станок можно сделать очень низким. Вибрировать он не будет. А металла будет сэкономлено много. Станки с программным управлением — новая ступень автоматизации.
Однако создание автомата, даже самого совершенного, еще не полностью решает проблему производительности. Ведь при выпуске какого-либо изделия нас не интересует, сколько деталей этого изделия производит какой-либо отдельный автомат. Важно, сколько готовых изделий выпускает завод.
Рис. 17. Токарный многошпиндельный автомат.
Вспомним рассуждение о производительности отдельного станка. 1 ам мы убедились, что весь эффект его хорошей работы может быть сведен на нет холостыми ходами. Потребовалась их автоматизация.
Это рассуждение можно распространить на весь цех. Ведь хорошая работа отдельных автоматов может быть сведена на нет, если деталь будет медленно перемещаться от стайка к станку, подолгу лежать около каждого в ожидании обработки и т. д. Следовательно, необходимо автоматизировать и эти работы. Так появились станочные автоматические линии (см. цв. рис., стр. 144).
Станки выстраиваются в один или несколько рядов на линии. Между ними коридор — путь детали. Вот человек у пульта управления нажал кнопку. Деталь чуть-чуть дернулась и двинулась к первой рабочей позиции. Здесь ее мгновенно зажалп намертво. Справа и слева— многошппндельные станки. Десятки их шпинделей одновременно заработали — сперва быстро, потом медленнее — и сразу поползла стружка: началась обработка. Но вот шпиндели начали отходить, и деталь двинулась дальше. Вторая позиция — и снова заработали десятки шпинделей справа, слева, сверху, снизу. Так деталь движется сквозь строй станков. Сверлильные, расточные, резьбонарезные, фрезерные станки обрабатывают ее.
На экране пульта управления вспыхивают и гаснут лампочки. Зажглась верхняя — включились головки с инструментом; погасла — головки выключились. Погасла следующая— отключились зажимы. Зажглась новая — деталь двинулась в путь. Размеренно и непрерывно идет работа. Вспыхивают и гаснут лампочки. Одна за другой сходят новые детали.
Как будто все предусмотрено конструктором. Инструмент не включится в работу, если детали не зажаты. Зажпмы не включатся, пока не приостановится движение детали. Движение не начнется, пока не отойдут все инструменты и зажимы. Полтысячи различных электроап
паратов — выключателей, реле времени, промежуточных реле и других (см. ст. «Автоматика»)— действуют слаженно, строго подчиняясь замыслу человека.
Ни аварий, ни простоев быть не должно. Учтен и износ инструмента. Например, в автоматических линиях с шлифовальными станками шлифовальный круг автоматически подается вперед по мере его износа.
Но все же бывает, что вдруг линия замирает. Молчат все лампочки, а на световом экране тревожно мигает цифра «5». Авария на пятой позиции! Оператор у пулы а управления мгновенно вызывает наладчика. Сломано сверло! Его быстро заменяют, и снова лампочки повели свой «разговор».
Почему только что сломалось сверло? Оказывается, в обрабатываемой детали было мельчайшее твердое включение — и вот авария, линия простаивает. Случай как будто пустяковый. Но если каждый станок будет простаивать за смену хотя бы 1 % рабочего времени, то прекрасно построенная линия из 100 станков, где все предусмотрено, будет бездействовать все 100% рабочего времени.
И здесь на помощь конструкторам пришли ученые. Они установили, что, во-первых, не следует неограниченно увеличивать число станков в линии; во-вторых, линию нужно разделить на участки и каждый из них должен продолжать работу при аварии на соседнем участке; в-третьих, на каждом участке должен быть определенный запас деталей.
В результате совместного труда ученых и инженеров советские автоматические линии работают безупречно. Они в несколько раз сокращают потребность в рабочих, в станках, в заводских площадях, повышают производительность труда. Они все больше и больше освобождают человека от тяжелого физического труда. Вот почему в семилетием плане развития народного хозяйства на 1959—1965 гг. такое огромное внимание уделяется комплексной автоматизации производства.
ВЕЛИКИЙ ТРУЖЕНИК
За всю историю человечества было извлечено из земных недр около 20 млрд. Т железа, причем большая часть этого количества приходится на последнее столетие. Алмазов за всю человеческую историю было добыто всего около 100 Т. Ничтожное количество но сравнению с добытым железом! Но специалисты утверждают, что без помощи этих алмазов никогда бы не удалось переработать — обточить, отшлифовать, просверлить — самые ценные для нас стальные изделия: при обработке очень твердой детали из сверхтвердого сплава резец затупится через 2 часа, а алмазный резец выдержит примерно 8 тыс. час. работы. Вот почему такое большое значение для народного хозяйства имеет открытие в Якутии залежей алмазов.
КАК СВАРИВАЮТ МЕТАЛЛ
г*варивать металл люди научились тысячи лет назад. Но прежде это была долгая и трудная работа. В горне добела раскаляли концы кусков металла. Затем быстро извлекали пх из пламени, накладывали друг на друга на наковальне и изо всех сил били по месту сварки молотами. Гак сваривали оружие, различные инструменты и простейшие орудия, необходимые для обработки земли. Но не все металлические детали можно было соединить сваркой. II тогда стали применять заклепки.
В металлических кораблях, мостах п других сооружениях стальные листы, балки и другие детали соединяли в одно целое десятками тысяч заклепок. Для прочности листы накладывали один на другой и скрепляли двойными, а то и тройными заклепочными швами. Это очень утяжеляло конструкцию и в то же время ослабляло ее. Так было до появления электросварки.
Сварку с помощью электрического тока изобрели независимо друг от друга русские инженеры Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов. Это изобретение стало возможным после того, как русский ученый В. В. Петров открыл явление электрической дуги.
Со времени изобретения электросварки Н. Г. Славяновым прошло больше полувека. Вначале к ней относились с недоверием, полагая, что шов обязательно получается «горелым», ненадежным. Фантазией считалась даже мысль, что с помощью электросварки можно накрепко соединять крупные детали машин, строить мосты и корабли. Еще в 1930 г. все корабли делали на заклепках, а электросваркой разрешалось соединять только небольшие второстепенные детали.
Теперь электросварка применяется повсюду: при постройке плотин, мостов, морских и речных судов, в производстве тракторов, автомобилей ит. д.
Посмотрим сначала, как производят электросварку вручную. Электросварщику нужно соединить в стык два стальных листа. Для этою их кромки обработали так, что, когда листы составили, между ними получилась канавка, которую и нужно заполнить расплавленным металлом (рпс. 1).
Сваривать детали током обычного напряжения — 220 или 127 в — нельзя. Предварительно напряжение нужно понизить до 60 80 в. Для этого служит передвижной трансфор
матор, от которого к рабочему месту идут два толстых изолированных провода. Один провод подключают к детали, а к концу второго присоединена металлическая вилка с рукояткой — электрододержатель (рис. 2).
Сварщик берет покрытый слоем обмазки стальной пруток — электрод — и вставляет его в развилок держателя. Затем левой рукой опускает подвижную часть своего необычного головного убора — широкий щиток, закрывающий все лицо. Па уровне глаз в щитке сделан ирорез, закрытый темным стеклом. Электросварщик следит за плавкой электрода только через это темное стекло. Иначе можно потерять зрение или испортить его.
Потом он приближает электрод к канавке между листами. Мгновенно вспыхивает ослепительная звездочка — электрическая дуга. Сварщик держит электрод на расстоянии нескольких миллиметров от детали, иначе дуга погаснет. Вее жарком пламени электрод плавится, и капли стали, стекая с него, заполняют канавку. Листы соединяются прочным швом.
Когда в вилке электрододержателя остается совсем короткий кусочек прутка, сварщик поднимает электрод.
Как только дуга гаснет, он откидывает наверх щиток, выбрасывает остаток электрода и вставляет в вилку новый.
Рис. 1. Некоторые виды соединений с помощью эл ектр осе а р к и.
О 7 Детская энциклопедия, т 5
Рис. 2. С помощью этого оборудования можно вручную сваривать различные детали.
Рис" 3. Такой сварочный автомат-трактор применяют, при постройке кораблей.
Чтобы расплавленный при сварке металл нс окислялся, а полезные присадки (добавки) к стали не выгорали, применяют флюс ы— хлористый цинк, канифоль, буру и т. п. Это составы, температура плавления которых ниже температуры плавления сварочных электродов. При ручной сварке электроды обмазывают такими составами. Расплавляясь, они покрывают свариваемое место слоем жидкого шлака, изолируют его от воздуха, обеспечивают нужный состав и свойства металла и хороший, ровный, без трещин шов.
Конструкторы давно уже задумывались над тем, чтобы механизировать труд сварщика. Они создали немало сварочных автоматов. Но эти автоматы применяются только там, где есть повторяющиеся одинаковые операции пли идет неизменная, однообразная работа. Например, при постройке крупных кораблей сваривают автоматами швы обшивки. Ведь длина этих швов составляет десятки километров. А неодинаковые детали по-прежнему сваривают ручным способом.
У нас созданы так называемые сварочные тракторы. Такой трактор сам движется вдоль шва и надежно сваривает его. Вместо отдельных коротких электродов трактор заряжают целым мотком электродной проволоки. А в специальный ящик — бункер, кончающийся внизу небольшим отверстием, насыпают флюс. Он все время сыплется на место сварки и предохраняет расплавленный металл от окисления. Рабочему надо только в самом начале отрегулировать этот автомат и пустить его по рельсам над свариваемыми лпстамп (рис. 3).
Такпм же автоматом можно приваривать к днищу корабля и к бортам стальные ребра— шпангоуты. Днище при этом, конечно, не двигают. После приварки каждого шпангоута перемещается вместе со своими рельсами сам трактор.
Автоматические сварочные аппараты работают на многих предприятиях. Онп сваривают огромные трубы, свернутые пз стального листа (рпс. 4), железнодорожные вагоны, цистерны п шасси автомобилей. Есть автоматы, которые пз заготовленных стальных полос сваривают гигантские балкп для мостов и заводских зданий.
Но не всегда детали сваривают с помощью электрода. Тонкие металлические листы не выдерживают такой сварки и прогорают. Для пх соединения применяют так называемую т о-ч е ч п у ю электросварку. Края листов накладывают один на другой. После этого специальный аппарат сжимает пх в одном месте двумя ме-
Рис. 4. Этим автоматом сваривают громадные стальные трубы и цилиндры.
таллпческимп «клыками», через которые пропускается электрический ток. В точке, оказавшейся между «клыками», листы нагрева-ются и мгновенно привариваются друг к другу. Автомат тут же сам выключает ток, немного передвигается вдоль шва, и «клыки» сжимаются снова. Получается достаточно прочный шов, состоящий из множества вытянувшихся в ряд сваренных точек. Можно подобным способом получить и сплошной шов, если вместо «клыков» взять прочный
ролик, в который подается ток. Привод сварочного аппарата сам двигает ролик вдоль намеченной линии. Так сваривают даже тонкую жесть.
Электросваркой соединяют детали не только из стали и чугуна, но и из цветных металлов. Очень хорошо сваривается алюминий. Электроды для этого берут тоже алюминиевые, с защитной обмазкой из хлористого лития. В СССР давно уже созданы автоматы для сварки изделий пз этого металла.
Медь плохо сваривается с помощью электрической дуги илп точечными аппаратами. Поэтому ее сваривают другими способами, о которых мы еще расскажем.
С помощью электросварки не только соединяют отдельные детали, но и восстававлпвают изношенные. Очень дорого стоят ковши экскаваторов и плавучих землечерпательных машин. Изнашиваются они неравномерно: ковш еще цел, а кромка, которая все время врезается в грунт, «съедена» почти целиком. Для работы ковш уже не годится, нужно восстановить его мощную «челюсть».
На помощь приходят электросварщики. Они быстро наплавляют на износившуюся кромку новый слой прочного металла. Затем этот слой обрабатывают снаружи абразивными кругами, и ковш снова может вгрызаться в грунт.
Мы рассказали о методе электросварки Сла-вянова и о точечной сварке. Но не забыт и способ Бенардоса, при котором пользуются не металлическим, а угольным электродом. Именно этим способом удается успешно сварпвать
медь п ее сплавы. Кроме того, угольным электродом можно сваривать и тонкие листы.
Пробовали с помощью электрической дуги резать металл. Но времени тратится слишком много, а кромки разреза очень грубы. К тому же очень толстый металл электрической дугой и нс разрежешь. Здесьиужны какие-то другие способы, более производительные, дающие ровную линию разреза.
Вот какой случай произошел в конце Великой Отечественной войны. Отступая на запад, гитлеровцы взорвали громадный железнодорожный мост. Взрыв причпнпл страшные разрушения. Гигантские стальные балки сплелись в чудовищные узлы, которые не удалось бы распутать п сказочному богатырю.
Но мост необходимо было срочно восстановить: здесь был один из главных путей на запад. Для этого прежде всего надо было убрать сотни тонн исковерканных взрывом балок.
Утром к мосту на двух грузовиках приехали двенадцать девушек. Они выгрузили несколько легких аппаратов, мотки черных резиновых шлангов и десятка два небольших железных бочек. Вытащпв пз бочек неказистые серые камешки, они положили пх в аппараты, палили туда же воды и сосдпнили аппараты шлангами с длинными стальными баллонами. Одна из девушек, потянув за собой два тонких черных шланга, пробралась вперед к скрученной штопором толстой балке. Она поднесла к балке короткую бронзовую трубку с изогнутым носиком и двумя краппками.
Раздался резкий щелчок, п пз бронзового носика выметнулся тонкпй язычок голубоватого прозрачного пламени. Он лизнул балку, вонзился в се толщу и вдруг брызнул с другой стороны снопом золотистых искр. Девушка повела свой прпбор поперек балки, оставляя в пей сквозной прорез.
Прошло не более минуты. Балка качнулась, обвисла п рухнула в реку. А рядом уже зажгли свои «огненные но-
Рис. 5. Так сваривают металлы автогенной горелкой, в которую подают ацетилен и кислород Наверху, в круге, вид сварного шва..
жи» другие девушки. Многотонные куски моста, вздымая фонтаны брызг, один за другим рушились в року. Под крошечными голубоватыми язычками пламени прочная сталь становилась мягче сливочного масла. К вечеру бригада газорезчиц срезала последние остатки поврежденной части моста. Затем на баржах привезли новый пролет моста, изготовленный целиком па заводе. Его подняли па гранитные опоры,и возрожденный стальной красавец мост прпнял на себя первый поезд.
Как же серый щебень, смоченный водой, родил удивительное голубое пламя?
Серый щебень — карбид кальция. Это не обычный камень, а соединение углерода с кальцием, соединение очень нестойкое. Едва вы положите кусочек карбида кальция в воду, как из него начнут бурно выделяться пузырьки прозрачного газа — ацетилена. Он получился из углерода, содержащегося в карбиде, и водорода воды. А на дно сосуда оседает белый порошок. Это кальций, забрав из воды кислород, превратился в обычную известь.
Среди горючих газов ацетилен не имеет себе равных по теилопроизводителыюсти. При сгорании в струе кислорода он дает необычайно горячее пламя. В горелках с повышенным давлением температура его пламени достигает 4500 .
Специальной ацетиленовой горелкой можно резать даже броневые плиты линкоров толщиной в 30—40 см и более. В такую горелку — резак — по одной трубке подается кислород, а по другой — ацетилен. Вначале сильным пламенем разогревают металл, а затем на него направляют струю кислорода, уменьшив подачу ацетилена. И раскаленная сталь начинает плавиться и гореть, энергично соединяясь с кислородом. Резка металла таким способом называется автогенной.
Если приходится вырезать из листовой стали много одинаковых детален, то применяют автоматы. В них горелка движется с большой точностью по заданному контуру. Нужно изменить форму деталей — в автомат вставляют другой шаблон. Для резки не очень толстых листов можно вместо ацети-
Рис. 6 Глубоко под водой соединяют электросваркой опоры нефтяных вышек, эстакад, трубы для нефти и газа и другие детали. Так же заваривают и пробоины в днище кораблей.
лена использовать обычный бензин. Но в этом случае резка идет медленнее, температура недостаточно высока.
На всех больших заводах есть автогенные цехи или участки. Гам не только режут, но п сваривают металл. Мы знаем уже, что электрическая дуга плохо сваривает медные детали. Здесь-то и выручает автоген. Он дает возможность сваривать даже тонкие медные трубкп, которые применяют во многих сложных аппаратах. Чаще всего стараются сваривать с помощью металла более легкоплавкого, чем соединяемые детали, чтобы их не повредить. Из такого металла делают проволоку пли прутки, конец которых во время сварки вводят в пламя ацетиленовой горелки (рпс. 5).
Большое значение имеет газовая сварка при ремонте чугунных деталей и при соединении тонких стальных листов. Ацетиленовым пламенем также напаивают на токарные и другие резцы, сделанные из обычной стали, тонкие пластинки твердых сплавов, необходимые для скоростного резанпя.
Электрическая п газовая резка применяются на поверхности земли. Но бывает, что необходимо сваривать и резать металлы под водой, например при постройке мостов и других сооружений, имеющих подводные опоры, при ремонте п подъеме судов. Как же поступают в подобных случаях? Оказывается, для этой работы нужно почти такое же оборудование, как для сварки и резки на воздухе. Электрическая дуга легко загорается вод водой даже на большой глубине. Дело в том, что при первой же вспышке дуги вокруг нее под действием высокой температуры мгновенно образуется газовый пузырь, наполненный водородом, выделившимся при разложении воды. При подводном сварке применяют электроды, обмазанные водонепроницаемым составом, чтобы не было лишних потерь электроэнергии. Газовое пламя тоже не гаснет под водой и горит в образующемся пз окружающей воды газовом пузыре.
В последнее время все шире
применяют два новых необычных вида сварки__
с помощью быстрого трения и холодную.
При первом спосоое в токарном станке укрепляют две детали и сильно их сжимают. Одну деталь быстро вращают, а другая остается неподвижной. Место, которым детали касаются Друг друга, от сильного трения так раскаляется, что детали тут же свариваются накрепко. Станок при этом автоматически останавливается. При втором способе вначале происходит небольшое трснпс поверхностей, а потом следует очень сильное давление. В результате атомы обеих поверхностей так сильно сближаются между собой, как и в сплошном металле. Поверхности соединяются, словно пх сплавпли вместе. Этим способом можно сва
ривать медь, никель, олово, свинец и алюминий. Молено также сваривать один с другим и разные металлы, причем в промежуточном тонком слое получается как бы сплав этих металлов. Молекулы меди, например, «протискиваются') между молекулами алюминия, и наоборот. Холодным способом можно сваривать и сталь, но это труднее.
Эти способы все же нс могут соперничать повсюду с электрическим и газовым способами. Электрическая и газовая сварка и резка применяются вес* шире. И, возможно, в недалеком будущем даже крупные межпланетные станции-спутники будут собираться на огромной высоте из доставленных с Земли частей с помощью электрической или газовой сварки.
НОВЕЙШИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
УЛЬТРАЗВУК РАБОТАЕТ
ультразвук — это механические упругие колебания среды с такой частотой, которая лежит
выше верхнего порога слышимости человеческого уха. Таким порогом считают 20 тыс. гц. В технике сейчас применяют ультразвуки с частотен колебании до 5—6 млн. гц. А в лабораторных условиях получены частоты колебаний ультразвуков до 1 млрд. гц.
Для технического применения ультразвуков важны три их основные особенности.
Во-первых, большая проникающая способность в твердых телах, особенно кристаллических, а значит, и в металлах. Прп температуре 15 скорость распространения ультразвуков в воздухе составляет около 331 м сек, в жидкостях — около 1500 м/сек, а в металлах—5—6 тыс. м/сек.
Во-вторых, их способность отражаться от границы раздела двух веществ (явление эхо). Это важнейшее свойство ультразвуков. При переходе из одной среды в другую они преломляются по законам акустики, что позволяет применять для них обычные акустические линзы.
В-третьих, большая удельная мощность, т. е. мощность, приходящаяся на единицу поверхности. Наиболее сильный звук, слышимый человеком и уже болезненный для его уха, определяется удельной мощностью в 0,01 вт/см2. Ультразвуки, применяемые в технике, характеризуются удельной мощностью до 500 вт см 2.
Первые две особенности ультразвуков делают пх ценнейшим средством для дефектоскопии (см. ст. «Что такое дефектоскопия»). Ультразвуки позволяют заглянуть далеко в глубь металла. Многие слышали об ультразвуковом микроскопе. Он значительно увеличивает и позволяет рассматривать предметы, скрытые под толстым слоем непрозрачного вещества (см. т. 3, ст. «Звук и ультразвук»). Ультразвуковой контроль широко применяется в металлургии, машиностроении и в других отраслях техники.
Но применение ультразвука не ограничивается дефектоскопией. Зная скорость его распространения и поглощения в теле, можно судить о плотности, вязкости, упругости и других важных показателях металлов, пластических масс, каучука, стекла и т. и.
Ультразвуком контролируют жидкие тела: определяют их концентрацию, ход реакций, находят посторонние примеси. II потому его сейчас применяют в химической, лакокрасочной, фармацевтической, пищевой, нефтеперерабатывающей промышленности.
Третью важную особенность ультразвука • его большую удельную мощность — используют для различных способов воздействия на материал. Гипс, графит, медь, серебро измельчаются ультразвуком. Его используют для сверления вольфрама, молибдена, керамики, стекла и других твердых материалов (рис. 1), для мойки и обезжиривания деталей в машинострое-
Рис. 1. Ультразвуковой сверлильный станок.
нии, для удаления окисной пленки при паянии. Смешать обычно не смешивающиеся вещества — например воду с бензином, с ртутью, с маслом — и получить эмульсию тоже можно с помощью ультразвука. Ультразвуком очпщают паровые коглы от накипи, ускоряют дубление кожи, красят ткани, пастеризуют молоко, стирают белье, сверлят зубы при лечении и т. д.
Впервые ультразвук стали применять в военной технике во время империалистической войны 1914—1918 гг. В Англии и Франции напряженно искали эффективные средства борьбы с немецкими подводными лодками, lor-да знаменитый французский физик П. Лан-жевен предложил применить ультразвук для гидролокации. Под водой посылали ультразвуковой сигнал. Если па его пути попадался предмет с отличной от воды плотностью, то звук отражался и возвращался как эхо к своему источнику. Зная скорость распространения звука в воде и время прохождения его до обнаруженного предмета и обратно, нетрудно определить расстояние до предмета (рис. 2). ] пдролокаторы и сейчас широко применяют в морском деле. О применении ультразвука в различных областях техники можно рассказывать еще много.
Как же получают ультразвуки? Если необходимо возбудить ультразвуковые колебания в воздухе илп в газах, то обычно применяют механический способ. Для излучения ультразвука в жидкости чаще всего служит магнитострикционный способ. Еслп же необходимо возбудить ультразвуковые колебания в твердых телах, то для этого наиболее подходит пьезоэлектрический способ.
К механическим способам относятся свистки, сирены и т. д. Устройство их известно всем. Но не все знают об интенсивности звука в них. Оказывается, кусочек металла, внесенный в звуковое поле сирены, нагревается докрасна за минуту; частота колебаний в механических излучателях достигает 500 кгц.
Магнитострикция (от греческого слова «маг-нетис» и латинского слова «стриктус» — сжатый, натянутый) означает изменение формы и размеров тела при намагничивании. Еслп к намагниченному стержню подвести переменный электрический ток, то стержень начнет вибрировать (рис. 3).
Изменяя подводимое напряжение, изменяют и частоту колебаний стержня. Так получают колебания ультразвуковой частоты. Для этого не обязательно брать стержень. Можно применить и трубу, а еще лучше — пакет из тонких пластин.
В 1880 г. французский ученый Пьер Кюри, впоследствии прославившийся работами по радиоактивности, вместе со своим братом Полем Жаном Кюри открыл пьезоэлектрические явления («пьезо» по-гречески — давлю). Они установили, что если некоторые кристаллы (например, кварца, турмалина) подвергать сжатию
или растяжению, то па их гранях появляются электрические заряды (рис. 4). Ныне известно более 1200 таких кристаллов.
Оказалось, что пьезоэлектрический эффект обратим, т. е. такие кристаллы, помещенные в электрическое поле, будут сжиматься и растягиваться с частотоп, соответствующей частоте смены знаков электрических зарядов. Таким образом, пьезокристаллы становятся из-* лучателямп ультразвуков.
Чтобы пьезокристаллы излучали ультразвук, из них под определенным углом к их оси вырезают пластинку.
Кварцевая пластинка, например, на частоте колебаний в 1 млн. гц дает звук такой мощности, что человек немедленно оглох бы, если бы смог его услышать.
Несколько лет назад советский ученый Б. М. Вул обнаружил, что титанат бария обладает высокими пьезоэлектрическими свойствами. Для получения ультразвука той же мощности, что и на кварцевой пластинке, к пластинке титаната бария можно приложить в 10 раз меньшее электрическое напряжение. Применение этих кристаллов теперь быстро растет.
Пьезоэлектрические пластинки применяют и в качестве генераторов и в качестве приемников ультразвука. Они составляют основу ультразвуковой техники.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
«Эрозия» — латинское слово, означающее «разъедание», полное или частичное разрушение металлов. Электроэрозионная обработка — Это способ обработки металлов, основанный на разрушении их поверхности электрическим током.
К малому участку заготовки (площадью от долей 1 мм2 до 2—3 ж2) подводится электрический ток в виде кратковременных разрядов. При этом развиваются высокие температуры. Металл на этих небольших участках
Рис. 3. Если к намагниченному стержню подвести переменный ток, то стержень начнет вибрировать.
расплавляется (образуются «ванночки»). Часть его испаряется, а часть удаляют, причем в разных способах электроэрозионной обработки по-разному: либо электродинамическими силами, возникающими при разряде, либо механическим путем (движением электродов). Таким образом можно производить различную обработку металлов — отрезку, сверление, заточку инструмента и др.
На интенсивность электроэрозионной обработки прежде всего влияют теплопроводность, температура плавления, удельное электросопротивление электродов и величины, характеризующие электрический разряд. В этом
Растяжение
Сжатие
’ Электрические заряды, >
ОБРАЗОВАВШИЕСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛ РАСТЯЖЕНИЯ И СЖАТИЯ
Рис. 4. Кристаллы могут служить источником ультразвуков, если их поместить в переменное электрическое поле.
Деформация
От
ПЕРЕМЕННОГО .НАПРЯЖЕНИЯ
ГЕНЕРАТОРА
ПЛАСТИНКИ, ВЫЗВАННАЯ ДЕЙСТВИЕМ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
НАПРЯЖЕНИЯ.
перечне нет механических качеств обрабатываемого металла.
Дело в том, что твердость металла, например, мало влияет на интенсивность процесса, и при электроэрозионной обработке не очень существенно, что обрабатывается — мягкая сталь пли сверхтвердый сплав.
А при других видах обработки это важно, так как производительность резанпя металла значительно зависит от ею твердости.Некоторые твердые сплавы вообще невозможно обработать резанием. Техника же требует все более и более твердых материалов. Поэтому и были созданы способы электроэрозионной обработки. Родина их — Советский Союз.
Первый способ был создан в 1943 г. п назван электроискровым. Авторы его — супруги Б. Р. и Н. И. Лазаренко.
Другие способы — анодно-механический, электроимпульсный, электроконтактный. Физические основы всех их одинаковы— разрушение поверхности металла электрическим током. Различаются они между собой, в основном, электрической схемой и назначением.
При всех способах электроэрозионная об
работка выполняется на станках (рпс. 5). По назначению их разделяют на отрезные, заточные, шлифовальные, копировальные, комбинированные. Все они имеют генератор импульсов тока, автоматическую подачу электродов, систему отсоса газов и паров. Некоторые системы требуют помещения заготовки и электроинструмента в диэлектрическую жидкость. В этих случаях станок имеет еще систему снабжения рабочей жидкостью (рис. 6).
Электроэрозпонный метод обладает еще одним интересным свойством: при работе форма электрода-инструмента копируется в заготовке. Это объясняется тем, что разряд возникает между наиболее близкими точками электродов. Поэтому электроэрозионную обработку применяют там, где нужно обрабатывать сложные по форме детали: внутренние полости кузнечных штампов пли постоянных металлических литейных форм (кокилей), тонкие п глубокие щелп п т. д.
И еще одним важным свойством обладает электроэрозионная обработка. Разряды электрического тока производят как бы тепловую закалку металла и делают его поверхность более прочной. Это позволяет применять ее для упрочнения металлов.
Рис. 6. В некоторых случаях заготовку и электроинструмент помещают в диэлектрическую жидкость. Здесь дана схема электроимпулъсного прошиеочно-копировального станка.
ЗАЩИТА МЕТАЛЛА
Детали современных машин работают в тяжелых условиях. Гак, при вращении турбины со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту развиваются центробежные силы в десятки тонн. Лопатка газовой турбины—наиболее быстроходной среди других — выдерживает растяжение центробежной силой, которая превосходит ее вес в десятки тысяч раз. Кроме того, лопатка обтекается струей газа, нагретого до 850—900J и движущегося со скоростью сотни метров в секунду — быстрее реактивного самолета.
Рабочие органы землеройных, сельскохозяйственных, горнопроходческих машин подвергаются усиленному трению и износу. Прочность и стойкость требуются инструментам для обработки металлов, валам двигателей и станков, деталям прессов, металлургического оборудования и другим машинам. Гренпеиизнос— главные их враги.
Всего лишь на один килограмм отличается вес новой грузовой автомашины от совершенно негодной, изношенной. Казалось бы, невелика разница, но какую огромную играет она роль! Если вспомнить, сколько машин работает на полях, в шахтах, на заводах, железных дорогах, сколько автомобилей имеется во всей стране и сколько для этой машинной армии надо запасных частей, сколько сил и средств отнимает ремонт, станет понятным, почему с трением и износом ведут упорную борьбу.
Для уменьшения трения во вращающихся частях машин применяют подшипники. Трущиеся детали разделяют слоем смазки, которая уменьшает трение. Но прочность металла здесь имеет тоже очень важное значение. Ее повышают различными видами тепловой обработки, при которой изменение температуры ведет к изменению свойств материала.
Изготовляя детали машин, стремятся увеличить прочность их поверхности, защитить от преждевременного разрушения. Для этого Применяется целый ряд способов упрочнения поверхности металлов.
Чтобы сгладить поверхность, уплотнить ее, деталь обкатывают роликами. При этом трещины, углубления, всевозможные неровности, оставшиеся от предыдущей обработки резцом, выравниваются. Это можно увидеть, проверив качество поверхности детали после обкатки специальным прибором — иглой, которая, ощупывая профиль поверхности, вычертит поч
ти ровную линию. Увеличивается и твердость металла, он лучше будет сопротивляться износу.
Обкатка вагонной оси увеличивает срок ее службы в 20 раз. Такой обработке подвергают детали цилиндрической формы и отверстия. Иногда вместо обкатки отверстий применяют продавливание сквозь них стальных шариков или другого инструмента.
Широко используется и обдувка деталей дробью. Прп ударах дробинок поверхность металла уплотняется. Тонкий поверхностный слой приобретает большую прочность. Например, прочность обдутых дробью пружин возрастает почти вдвое. Срок службы коленчатого вала двигателя увеличивается в 9 раз.
Дробинки изготовляют из стали или из чугуна. Диаметр их — от нескольких долей до 2 мм. Поток дробинок создают дробеструйным аппаратом с помощью сжатого воздуха илп центробежной силы. Дробью обрабатывают детали любой формы.
Вместо потока дробинок можно наносить удары по поверхности стальными шариками. Их укрепляют во вращающейся обойме, и каждый шарик, встречая деталь, ударяет по ней, а затем отскакивает обратно. При быстром вращении деталь может получить свыше 100тыс. ударов в секунду. Правда, применять этот способ можно только для обработки цилиндров и плоскостей.
СКОЛЬКО ЛЕТ «ЖИВЕТ* ЖЕЛЕЗО?
j Странный вопрос: ведь железо [ неживое, как же можно говорить j о сроке его жизни? Оказывается, ! можно! Само железо не «умирает», j Но железные детали машин, j стальные инструменты, стальные j строительные конструкции, рельсы j райо пли поздно выходят пз строя. { Их приходится заменять новыми. J Выяснилось, что в настоящее время средний срок жизни j железных изделий равен 35 годам.
И это считается огромным дости-\ жепием металлургов, так как в ! прошлые века железо «умирало» I' гораздо быстрее. В последние годы части машин начали изготовлять пз титана. Исследования показали, что гитан намного долговечнее железа: он «живет» сто
\ и больше лет.
} ~
При упрочнении металлов на помощь нередко прпходпт химия. Поверхностный слой насыщают углеродом и азотом, алюминием, хромом, кремнием, бором. Их молекулы проникают в металл п образуют в нем твердые соединения, повышая прочность и износоустойчивость, стойкость против окисления, нагрева, действия кислот.
Чтобы насытить поверхностный слой нужными химическими элементами, применяют различные способы. Соединения этих элементов могут быть жпдкпми — в растворах, в виде газов или порошков, которые наносят на поверхность металла. Наносят их и в расплавленном состоянии. 1ак, например, покрывают детали алюминием (рпс. 1). Насыщение требует обычно высокой температуры и длительной выдержки. При насыщении углеродом и азотом стойкость режущих инструментов повышается вдвое-втрое.
Часто прпходится покрывать деталь другим металлом или сплавом. В экскаваторах, дробилках, буровых инструментах, штампах, которым приходится выдерживать пстиранпе, удары, трение, твердосплавные покрытия позволяют повысить стойкость иногда в 10 раз. Это объясняется тем, что твердые сплавы хорошо сопротивляются износу.
Слой в несколько миллиметров, прочно соединенный с основным металлом и наплавленный на него, образует надежную броню. При этом экономится дорогой металл, так как деталь можно изготовить из обычной стали п покрыть лишь тонким защитным слоем. Например, применение сменных хромированных гильз для цилиндров автомобильных двигателей позволяет
Рис. 1. Покрытие детали тонким слоем алюминия.
увеличить пробег автомашины «Победа» со 120 до 200 тыс. км. Очень сильно изнашиваются гильзы цилиндров и поршневые кольца двигателей. Хромовые покрытия повышают их стойкость в 15 раз. Хром наносят электролитическим путем.
Никелевые покрытия увеличивают стойкость против износа и защищают от окисления режущие инструменты, шестерни, штампы, различные детали насосов и других машин. Детали, защищенные никелем, могут работать во влажном и теплом воздухе тропиков. Износостойкость увеличивается более чем в 10 раз.
Никелирование производится без участия электрического тока. Деталь погружают в подогретый раствор, содержащий соединения никеля. Никель осаждается из раствора, причем очень равномерно. Получается слой строго определенной толщины. Можно, например, отникелировать лезвие бритвы, и режущая кромка останется ровной. Это позволяет покрывать детали сложной формы с внутренними полостями и выемками. А если после покрытия слой подогреть, он станет более твердым. Детали, никелированные химическим способом, надежно работают при высоких температурах.
Можно и пначе защитить поверхность металла — закалить тонкий наружный слой, оставив сердцевину более мягкой. Тогда деталь будет хорошо переносить нагрузки — не будет хрупкой, а твердый закаленный слой предохранит ее от износа. Но, чтобы закалить ее с поверхности, нужно не дать теплу проникнуть глубоко в толщу металла.
Поверхность часто нагревают пламенем. Деталь вращают около горелки, которая движется вдоль детали; при этом металл насквозь прогреться не успевает. Затем его охлаждают водой. Слой в несколько миллиметров после нагрева и охлаждения становится твердым.
Широко применяется и другой способ закалки — с помощью токов высокой частоты (рис. 2). Если поместить металлическую деталь в переменное магнитное поле, то в ней появится ток, который распространится лишь по поверхности и нагреет ее. В несколько секунд поверхностный слой нагреется и после охлаждения закалится.
Закалочное устройство имеет индуктор — один пли несколько витков медной трубки. По нему проходит ток высокой частоты, возбуждающий переменное магнитное поле. Внутри индуктора и помещают деталь. Меняя частоту тока, можно изменять толщину закаливаемого слоя от долей миллиметра до сан-
Рис. 2. Закалка деталей токами высокой частоты.
тиметра. Индукторы разных форм позволяют закаливать самые разнообразные изделпя — плоские, цилиндрические и т. и.
Токами высокой частоты закаливают множество деталей — от швейных игл, маленьких сверл и винтиков до больших коленчатых валов и осей. Можно закаливать не всю деталь, а только отдельные ос части — зубья шестерен, шейки валов, концы рельсов. Закалка рельсов увеличивает срок их службы, что позволяет экономить миллионы тонн металла. Поверхностная закалка коленчатых валов тракторов увеличивает их стойкость к износу почти вдвое.
Существуют закалочные установки-автоматы, например для закалки шеек коленчатых валов автомобильных двигателей. Автомат может за сутки закалить 350 тыс. швейных иголок. Игла за время падения внутри индуктора успевает нагреться и сразу же попадает в охлаждающее масло. Весь процесс занимает 0,03 сек.
Токи высокой частоты, помимо поверхностной закалки, применяют еще для упрочения деталей другим путем. При работе машины в частях ее возникают напряжения. Они распределяются неравномерно: в то время как отдельные слои металла перегружены, другие, наоборот, почти не испьпывают усилий. Поэтому деталь быстрее выходит из строя, перегружен
ные участки сильнее изнашиваются. Нагревая местами деталь, можно вызвать в ней искусственно напряжения, противоположные тем, которые возникают в работающих частях металла. Складываясь, оба напряжения в результате уменьшают общее усилие, действующее на деталь.
Электричество помогает упрочнять металл и другим способом — электроискровой обработкой. Деталь включается в цепь и служит электродом. Между ней и другим электродом, когда они сближаются, происходит электрический разряд. При этом мельчайшие частички металла переносятся с электрода-инструмента на электрод-деталь, и поверхность детали постепенно покрывается тончайшим слоем металла. Таким путем можно насытить поверхностный слой и углеродом, если сделать электрод из графита. Электрической искрой можно наносить покрытия и из твердых сплавов.
Стойкость к износу трущихся поверхностей после электроискрового упрочнения увеличивается в десятки раз. Это происходит потому, что металл с поверхности насыщается частицами твердых соединений, а высокая температура при разряде (до 10000е) обеспечивает быструю закалку. Твердость упрочненного слоя получается втрое большей, чем у самой лучшем стали.
Изношенные детали наплавляют металлом, который образует на ней твердый защитный слой. Для этого пользуются электрической дугой, возникающей между деталью и проволокой-электродом. Расплавленные частички проволоки привариваются к детали, покрывая ее слоем металла.
Защитным покрытием может служить не один только металл. Детали, которые должны выдерживать высокие температуры, покрываются керамикой, содержащей окислы алюминия, титана, магния, хрома, циркония и других металлов. Так защищают от прогорания детали реактивных двигателей, турбинные лопаткп, нагреватели электропечей, трубопроводы. Керамику наносят большей частью распылением. Получается очень твердый, стойкий против всевозможных химических воздействий тонкпй слой, который прочно соединен с металлом.
Металл часто приходится предохранять от разъедания и ржавчины коррозии (рис. 3), особенно когда он работает во влажном воздухе, в воде, соприкасается с вредно действующими на него газами и жидкостями. Ржавчина, из-за которой погпбает металл, приносит огромный ущерб. Подсчитано, что каждый год
D,,,. 9 плитты МРШПЛЛа ОГП K0PP03UU.
она уносит треть всех выплавленных металлов и сплавов. Металл поэтому стремятся защитить от непосредственного соприкосновения с влагой и воздухом. Все знают о никелированной, луженой, эмалированной посуде, оцинкованном железе крыш, о лаках и красках, которыми покрывают металлические изделия.
Часто на металл наносят защитную окисную пленку. Тогда тонкий слой ужо окислившегося металла предохраняет от дальнейшего разрушения. Бывает, что металл защищают другим металлом — оловом, цинком, никелем, хромом, алюминием. Что касается алюмпнпя, то он сам защищает себя: на его поверхности образуется на воздухе тонкий прочный слой окпслов.
Сплавы делают нержавеющими, добавляя в них различные элементы, которые хорошо сопротивляются ржавлению. Например, если в сталь добавить немного хрома, никеля,
вольфрама, молибдена, то она становится не только прочной, ио и не ржавеющей.
Теперь применяют еще одно средство за-щиты — в тех случаях, когда нужно, например, хранить детали долгое время на складе. Химики нашли составы, которые предохраняют металл от ржавчины, —ингпбпторы. В пропитанной таким составом бумаге можно хранить пзделпя, не опасаясь их порчи.
Трудно представить себе теперь, что было бы, если бы мы нс могли упрочнять металл, защищать его от внешних воздействий. Пропадали бы миллионы тонн металла. Оказалось бы невозможным создание ряда современных машпн — от реактивного самолета до угольного комбайна, от ракеты, уносящей на орбиту спутник Земли или летящей к Луне, до автомобиля. Металл нужно не только получить, обработать! но и сделать прочным, чтобы продлить жизнь машин.
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
(Существующая в мировой практике метрическая система мер и весов введена в 1872 г. С тех пор «царем» точности для измерения длин стал международный прототип (основной об
разец) метра. Его бережно хранят в «столице точности», в предместье Парижа — Севре, где
помещается Международное бюро мер и весов. Место, в котором находится эталон метра, надежно ограждено от сотрясений и тепловых влияний.
В каждой стране есть свои эталоны метра. Они тоже хранятся в таких условиях, что их
размеры надолго остаются практически неизменными.
Понятно, что нее «нижестоящие» меры должны проверяться по эталону. Но самые ничтожные воздействия на эталон, если они будут повторяться часто, изменят его. Такие изменения довольно быстро исказили бы первоначальную степень точности основной меры и нарушили бы всю строгость системы мер.
Чтобы только изредка привлекать самый эталон к проверкам, изготовлены еще его копии. Их-то и проверяют по основному эталону. Но ведь и копии не может оыть много: слишком часто приходилось бы «беспокоить» основной эталон для проверки. Их всего несколько, и степень их точности также приходится очень и очень беречь. Поэтому существует еще одна группа образцовых мер — рабочие эталон ы. Их сверяют с копиями, но не со всеми. Копии в свою очередь делятся на две группы. Одна пз нпх служит для проверки рабочих эталонов, а другая, особая, как бы выжидает своего часа. А этот час наступает тогда, когда почему-либо одну из действующих копий «заподозрили» в потере должной степени точности. Тогда ее сравнивают с одной из особой группы. Копии, входящие в нее, называются лям и» эталона.
Следующие по точности образцовые меры это меры первого разряда. Их проверяют по рабочим эталонам. Затем идут образцовые меры второго и третьего разрядов. Образцовые меры хранятся в научно-метрологических учреждениях страны. Эти меры образуют как бы лестницу точности, спускающуюся от основного эталона до тех приборов, которые служат для измерений на предприятиях.
Представители метра на заводе — заводские эталоны. Это измерительные плитки, или к о н и е в ы е меры д л и -н ы (рис. 1). Две противоположные мерительные поверхности каждой плиткп отшлифованы и притерты с высокой тщательностью. На плитке обозначено расстояние между мерительными плоскостями. Соединив несколько имеющихся в наборе плиток, можно в известных пределах получить любой размер с точностью до 5 микрон.
«с в идете-
ИНСТРУМЕНТЫ ТОЧНОСТИ
Самый старинный и простой измерительный инструмент — обыкновенная линейка со шкалой, разбитой на миллиметровые деления. С ее помощью можно измерять предметы различных очертаний с точностью до 0,5 мм.
В помощь линейке пользуются еще кронциркулем. Это — две ножки, связанные шарниром и установочным винтом. С его помощью свободные ножки раздвигаются и охватывают своими прямыми или загнутыми внутрь концами измеряемый внешни й размер. А для измерения внутренних размеров
Рис. 1. Наиболее распространен набор из 83 измерительных плиток. Сблизив мерительные плоскости плиток, начинают их притирать друг к другу. Для этого верхнюю пластину двигают поступательно по нижней и одновременно вращают ее по плоскости скольжения в обе стороны. В результате плитки соединяются настолько крепко, что образуют как бы одно целое.
(отверстий различной формы) служит кронциркуль -нутромер. Концы его свободных ножек отогнуты наружу; при измерении их вводят внутрь отверстия и раздвигают до легкого соприкосновения отогнутых концов со стенками отверстия (рис. 2).
Существует измерительный инструмент, в котором линейка и кронциркуль объединены. Это штангенциркуль (рис. 3). Подвижная губка его сначала лишь приближается к измеряемому пзделпю и закрепляется первым стопорным винтом. Затем с помощью установочного винта она окон-
Рис. 2. Измерение с помощью кронциркуля и нутромера.
Рис. 3. 10 делений нониуса штангенциркуля равны 9 делениям основной шкалы. Нулевой штрих нониуса сдвинут на 0,1 мм. В результате другие штрихи тоже сдвинулись, но первый совместился с первым основной шкалы. Ведь каждое деление нониуса на 0,1 мм меньше деления на основной шкале. И пока нониус передвигается в пределах 1 мм, всегда совмещаются именно те штрихи обеих шкал, в порядковом номере которых содержится столько единиц, сколько «пройдено» десятых долей миллиметра. Несколько иначе происходит измерение штангенциркулем, когда нужно определить величину размера, большего чем 1 мм. Но принцип измерения остается тот же.
чательно подводится к поверхности изделия, и в этом положении движок закрепляется вторым стопорным впитом. Тогда основная шкала на линейке и шкала нониуса показывают результат
Рис. 4, Микрометр и его шкала.
измерения с точностью уже не до 0,5, а до 0,1 мм. 10 делений нониуса здесь равны 9 делениям основной шкалы.
Когда губки штангенциркуля сомкнуты, левое нулевое деление шкалы нониуса совпадает с пулевым делением основной шкалы, а правое нулевое деление — с девятым основной шкалы.
Если же сдвинуть подвижную губку, например, на 0,1 мм, поместив между губками проволочку соответствующего диаметра, то деления шкалы нониуса также сдвинутся.
Но с однпм из них — с первым — произойдет нечто важное: он совместится с первым делением основной шкалы. Это понятно,— ведь каждое деление пониуса на 0,1 мм меньше деления на основной шкале.
И пока подвижная губка передвигается в пределах 1 мм, всегда совмещаются именно те штрихи обеих шкал нониуса, в порядковом номере которых содержится столько единиц, сколько «пройдено» десятых долей миллиметра.
Какой бы диаметр ни измерялся штангенциркулем, число десятых долей миллиметра в размере всегда определяется номером штриха шкалы нониуса, совпадающим с каким-либо делением основной шкалы.
Бывают штангенциркули и более точные.
Существует еще один ручной измерительный инструмент, более точный — м и к р о-м е т р (рис. 4).
На левом конце стальной скобы — пятка с очень точно обработанной мерительной поверхностью. Правый конец скобы переходит в цилиндрическую втулку — стебель микрометра. Стебель служит гайкой для микрометрического винта, который п перемещается внутри нее. В микрометре гайка неподвижна, а винт вращается и перемещается по прямой линпи. Нснарезная часть этого винта (в виде цилиндрического стержня) проходит сквозь стебель и может передвигаться по направлению к неподвижной пятке пли, наоборот, «уходить» от нее. Срез стержня — очень точно обработанная мерительная поверхность. На другом конце винта — жестко скрепленная с ним втулка; ее называют барабаном. Эта деталь вращается вместо с микрометрическим впитом.
Один оборот винта передвигает мерительный стержень на длпну шага микрометрической резьбы — на 0,5 мм. Всего на винте 50 витков, т. е. мерительная поверхность стержня может переместиться на 25 мм.
Поверхность стебля разделена продольной горизонтальной чертой, а по ее обеим сторонам
нанесены две шкалы. Одна пз них, основ-н а я, состоит из 25 делений ценой каждое в 1 мм] другая — из 24 таких же делений, но ее штрихи смещены относительно делений первой шкалы па 0,5 мм. Каждый штрих второй шкалы разбивает на две половины каждое деление основной шкалы. За один оборот винта стержень перемещается на длину шага — 0,5 мм, или на половину деления основной шкалы. Первый штрих — нуль; далее обозначен штрих каждого пятого деления; получается ряд цифр: 0-5-10-15-20.
50 делений окружности одного витка резьбы нанесены в впде шкалы на скосе барабана. Каждый пз ее штрихов может быть совмещен с продольной линией на стебле микрометра. После этого поворот барабана на одно деление собственной шкалы передвинет стержень на 0,01 мм.
Бывают случаи, когда микрометром нужно измерить деталь, размер которой больше 25 мм. Тогда пользуются микрометрами с большим пределом пзмерения.
Но во всех случаях остается только 50 витков резьбы с шагом в 0,5 мм и стержень выдвигается по направлению к пятке лишь па 25 мм. А к результату добавляется то число миллиметров, па какое величина предела измерения больше 25.
Для измерения малых внутренних размеров служит микро метр -нутромер. Скоба с пяткой и мерительным стержнем заменена в нем двумя раздвижными губками, которые подводятся к противоположным участкам измеряемого отверстия. При этом губки устанавливаются под прямым углом к срезу отвер-
Рис. 5 Так можно удлинить этот, нутромер, если надо измерить большое и точное отверстие или паз.
стпя и по его диаметру. Числа основной шкалы на его стебле расположены не в обычной, а в обратной последовательности.
Существуют нутромеры для измерения очень больших отверстий. Устроены онп иодругому. Это — раздвижной стержень, свинчиваемый из нескольких микрометрических частей. Измерительные шкалы «читаются» так же, как и в обыкновенном микрометре (рис. 5).
Микрометр служит и для измерения глубины всякого рода отверстий. В таком инструменте тоже «работают» мерительные стержни точной стандартной длины. Его шкалы расположены в обратном порядке, как и в микрометре-нутромере.
А как быть, когда необходимо проверить размеры большой партии каких-либо одинаковых изделий, изготовленных с высокой степенью точности? Тут возникают особые трудности. И раньше, чем рассказать, какие онп п как их преодолевают, необходимо познакомиться с новыми понятиями.
ЧТО ТАКОЕ
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И ДОПУСК
Первые пушки стреляли ядрами, которые вначале обтесывали из камня, а затем (в конце XV в.) стали отливать из чугуна отдельные мастера-оружейники. Каждый из них придавал своей продукции те размеры, которые ему лично казались лучшими. Ядра обтесывались плп отливались по внутреннему диаметру пушки; И почти никогда не случалось, чтобы ядра одной пушки подходплп к другой. В связи с этим стали стремиться создать взаимозаменяемые части пушек и ружей. Нужна была большая работа поколений талантливых механиков, чтобы научиться создавать полностью взаимозаменяемые детали в огромных количествах.
В нашей жпзнп деталей, которые могут заменять друг друга, множество. В автомобиле износилась плп почему-лпбо пришла в негодность какая-то деталь одного пз ходовых механизмов. Беда невелпка! Деталь эта продается в магазине, и не нужно никаких особых хлопот п возни для того, чтобы поставить ее на место старой.
II не только единичные детали, но п целые узлы (сочетания нескольких деталей) механизмов и частей автомобилей, самолетов, станков и других машин заменяют новыми — тоже без всякой подгонкп. Все это возможно только потому, что детали и узлы автомобиля отличаются
важнейшим для массовых машин свойством — взаимозаменяемостью.
Еслп бы такие машины строились пз не-взапмозаменяемых деталей, сколько бы лишнего времени, труда и средств для подгонки при сборке понадобилось для замены износившихся частей! Невозможно было бы выпускать пх в массовом количестве.
Наиболее распространенные изделия массового потребления тоже делаются стандарт-н ы м и. В особых документах — стандартах — для них устанавливается один илп несколько типов, определенный материал, вес и размер. И это обязательно для заводов и фабрик внутри всей страны, а для таких изделий, как цоколи электролампочек и патроны, лезвия и держатели безопасных бритв,— даже всего мира. Еслп же два стандартных изделия предназначены для соединения, их размеры устанавливаются так, чтобы они были взапмосо-пряженными.
II, наконец, даже внутри какого-то завода или отдельной отрасли промышленности для ускорения и удешевления производства также устанавливаются своего рода стандарты — назначаются строго определенные нормы для различных характеристик изделия пли его частей, в том числе и для размеров. Это называется нормализацией. Нормализованные изделия, соединяемые друг с другом, тоже должны быть взаимосопрягаемыми.
Часто бывает, что заводу поручено изготовить сложную машину, состоящую из многочисленных и трудоемких деталей. Одному за-
Рис. 6 Если бы цоколи обыкновенных ламп не были одинаковыми, не скоро удалось бы подобрать лампу, «влезающук») в патрон.
воду это не иод силу, ему нужна помощь других заводов. Все эти предприятия кооперируются. У каждого есть чертежи заказанных деталей. И когда с 10—15 заводов изготовленные детали приходят на «головной» завод, из них легко, без всякой подгонки собирают машину. Значит, и в этом случае необходима взаимосопряженность деталей.
Итак, взаимосопряженность нужна именно в тех случаях, когда происходит сборка (соединение двух деталей или частей — охватывающей и охватываемой).
А как этого добиваются?
Конструктор делает свои расчеты и получает так называемый номинальный размер охватывающей и охватываемой деталей или частей изделия, например цилиндрического отверстия п входящего в него валика. Этот размер — один и тот же для обеих сопрягаемых деталей. Но никогда не удается изготовить изделие абсолютно точно. Размер всегда окажется несколько больше или меньше номинального. Поэтому в каждом отдельном случае конструктор заранее назначает пределы допускаемых отклонений в обе стороны — допуски. И если уже известны пределы отклонений для отверстия, то пределы отклонений для валика подбираются так, чтобы обе детали оказались взаимосопрягаемы.
Каким же способом «ловят» заданный в пределах допуска размер? Вот тут-то и приходят на помощь специальные измерительные инструменты и приборы — подлинные «ловцы» микронов, «притаившихся» у пределов допускаемых отклонений.
ИНСТРУМЕНТЫ — «ЛОВЦЫ» МИКРОНОВ
Двухсторонняя предельная скобка (рис. 7а). Своей формой она напоминает букву X. В средней ее части обозначен номинальный размер «15», у одной пз дуг «4-0,006», а у другой — «—0,006». Этот инструмент служит для проверки размера охватываемой детали. Расстояние между мерительными ножками скобы с той стороны, где помечено «4-0,006», равно 15,006 мм, а с другой стороны —14,994 мм. Первая сторона — проходная, вторая — непроходная.
Деталь (например, валик) годна, еслп проходная сторона скобы под собственной тяжестью легко надвигается на диаметр, а непроходная сторона не двигается, а только «закусывает» п не продвигается дальше.
Рис. 7. Двухсторонняя предельная скоба (а) и пробка (6).
Двухсторонняя предельная пробка (рис. 76). На обоих концах одного стержня — две цилиндрические мерительные пробки. На средней части обозначен номинальный размер «15», у одного конца «О», у другого «--0,019». Этот инструмент служит для проверки размера охватывающей детали.
Первая пробка — проходная, вторая — не
Рис. 8. Переставная предельная скоба.
проходная.
Годны только те отверстия, в которые проходная пробка войдет, легко «понукаемая» лишь собственной тяжестью, а непроходная застрянет.
Конечно, для каждого номинального размера плп даже для того же самого, ио с другими предельными отклонениями, нужны другие скобы и пробки.
Переставная предельная скоба (рис. 8) служит для проверки внешних размеров. Одна ее сторона — точная мерительная плоскость. А с другой стороны — пара мерительных стерженьков.
Это очень точно изготовленные микрометрические винты. Поэтому пх можно переставлять— менять величину расстояния между ними п мерительной плоскостью. Таким инструментом можно нзме-
рить не только один и тот же номинальный
размер с разными предельными отклонениями, но п несколько номинальных размеров, изменяющихся в очень малых пределах.
Однако скобы и пробки служат инструментами чисто ручной, «медленной» проверки. «Ловить» отклонение от поминального размера можно быстрее с помощью рычажных приборов.
Если плечи обыкновенного рычага относятся как 1:10, то перемещение конечной точки короткого плеча на 0,1 мм вызовет смещение конечной точки длинного плеча на 1,0 мм. Свяжем рычаг со вторым таким же. Тогда движение конечной точки короткого плеча верхнего рычага всего лишь на 0,01 мм заставит соответст
вующую точку длинного плеча нижнего рычага переместиться на 1 мм. Подобная система рычагов и стала основой устройства точных измерительных приборов. 1:10, 1:100 и даже 1:1000— передаточные числа приборов разной степени точности. Индикатор, миниметр,
оптиметр — все это рычажные приборы.
Индикатор указывает, насколько размер де-
тали отклонился от заданного на чертеже. Его закрепляют на стойке. Затем под его мерительный штифт устанавливают набор контрольных плиток с общим размером, рав-
□ 8 Детская энциклопедия, т. 5
ным номинальному размеру данной детали, и регулируют положение стрелки-указателя так,
Рис. 9. Измерение деталей с помощью индикатора.
Рис. 10. Оптиметр — очень точный прибор. Цена его деления равна 0,001 мм.
чтобы она совместилась с нулевым штрихом шкалы. Потом плитки убирают, на пх место подводят проверяемую деталь. Отклонение стрелки вправо плп влево на определенное число делений показывает, насколько размер детали отклонился от заданного (рис. 9).
Миниметр не имеет на шкале нулевого штриха. Исходным может быть любое положение стрелки. Па столик прибора кладут набор контрольных плиток или образцовое изделие. Кронштейн с мерительной головкой передвигают по колонке вниз почти вплотную к набору плиток. Здесь кронштейн жестко закрепляют. Столик прпбора подастся вверх (с помощью микрометрического винта), пока
Рис. 11 Воздушный микрометр, или поплавковый прибор.
стрелка миниметра нс совместится с определенным штрихом. Теперь с помощью рычажка приподнимают мерительный штифт, удаляют плитки п на столик устанавливают проверяемую деталь. Мерительный штифт опускается.
Если деталь «полнее», штифт окажется выше и стрелка отклонится вправо. Если деталь меньше установленного размера, штифт опустится п стрелка отклонится влево. При цене деления в 0,002 мм отклонение в 10 делений просигнализирует, что размер оказался больше пли меньше па 0,02 лкм.
Оптиметр — оптический рычажный прибор. Луч света через сферическую линзу освещает шкалу с делениями. Отразившись, свет проходит через призму, преломляется в пей книзу п попадает на поверхность поворотного зеркала. Лучп возвращаются тем же путем в объектив и «несут» с собой пзображенпе шкалы. В зависимости от передвижения измерительного штифта угол установки зеркала меняется. Когда зеркало в исходном положении, нулевой штрих шкалы совпадает с контрольной меткой на окуляре. Еслп поворотное зеркало качнется вокруг своей оси и займет новое положение, нулевой штрпх шкалы окажется правее пли левее контрольной метки. Тем самым она и покажет, насколько и в какую сторону размер отклонился от своей номинальной величины (рис. 10).
Существует много других оптических измерительных приборов, работающих на таком же принципе.
«Враг» точности — мерительная поверхность инструмента плп прпбора. В процессе измерения она изнашивается. Приходится тщательно следить, чтобы в какой-то момент инструмент плп прпбор не начал «пропускать» брак. II маши построители создали воздушный микрометр — прпбор, в котором нет мерительной поверхности (рпс. 11).
Представьте себе стеклянный сосуд в виде усеченного конуса, который расширяется кверху. Снизу через систему регулирующих устройств под определенным и постоянным давлением подводится воздух. В сосуде струя воздуха расширяется п теряет давление — оно тем меньше, чем выше п больше каждое сечение конического сосуда. Внутрп сосуда перемещается своего рода воздушный поплавок. Он напоминает парашют: струя подведенного воздуха «дует» под его купол п заставляет «плавать» на каком-то определенном уровне, не касаясь стенок сосуда.
Сверху от сосуда отходпт трубка, которая через систему регуляторов подводит воздух
ДО лл. щ‘1Ри'!вв б«.м™?1ц,и„
шарик скатывается в то отЛпспш/ ooAb'MMU пмск°стями отверстий, плоскостями кптппмс шерстив, расстояние между измерительными плоскостями которого окажется больше диаметра шарика. Таким образом все шарики сортируются па шесть групп, в то.ч писяе Ове группы бр^ка -исправимого и неисправимого.
1 А 20,05 » ё -%' в
«sS
к измерительной головке и сквозь нее до выходного отверстия — сопла.
Предположим, нам надо проверить размер изделия в 5 мм; верхний допуск — плюс 5 микронов, а нижний — минус 10 микронов. Пз притертых мерительных плиток составляется сначала размер 5,005 мм. Блок этих плиток подводится под измерительную головку так, чтобы остался малый зазор определенной величины (например, в 1 мм).
Теперь подается воздух и открывается отверстие выходного сопла. Расход воздуха через это сопло и зазор уменьшает величину давления воздуха в коническом сосуде, и поплавок устанавливается на каком-то другом определенном уровне. Рядом с w коническим сосудом, параллельно его оси, расположена измерительная шкала, п можно отметить то ее деление, на котором поплавок замер.
После этого набор плиток убирают, составляют другой набор, размером в 4,990 мм, и подводят под измерительную головку. Теперь зазор между срезом сопла и верхней поверхностью набора плиток увеличился на 15 мпкронов. Значит, и скорость истечения воздуха из сопла увеличилась. А поэтому еще раз изменится давление в коническом сосуде; оно уменьшится, поплавок опустится еще ниже и замрет на другом уровне, а на шкале отметится соответствующее давление.
Получилось так, что на шкале отмечены пределы допусков измеряемой величины. Осталось уорать второй наоор плиток и вместо него ввести под измерительную головку проверяемую деталь. На этом приборе можно проверить размер с точностью до 0,00025 мм (до 1 4 микрона). В последние годы производство все более автоматпзпруется и ускоряется. Понадобились и автоматические контролеры. Они бывают механические и электрические. Но вторые распространяются все больше.
Вот, например, автоматический
контролер проверяет толщину колец автомобильного двигателя в трех сечениях
и сортирует их на годные п не годные.
Кольца надеваются на приемный валик Они скользят вниз, в «гнездо», расположен
ное на уровне ползуна, который подает изделия на измерительную позицию. Три электро-контактные мерительные головки свопмп рычажками измеряют толщину кольца в трех его сечениях (расположенные через каждые 120 ) па внутренней окруж-
Рис. 13. Электрический датчик.
ности. Годные кольца соскальзывают на прп-
8*
113
Рис. 14. Емкостные датчики.
емкую гильзу. Если изделие больше допускаемого размера,рычажок мерительной головки отклонится, замкнет контакты, и лоток повернется к другой гильзе. А если кольцо меньше допускаемого размера, мерительный рычажок отклонится в противоположную сторону, замкнет другую пару контактов, и лоток повернется к третьей гильзе. Такой контролер рассортировывает за один час 2 тыс. колец.
Так же автоматически сортируются шарики для шарикоподшипников (рис. 12).
Электрические датчики — сильное оружие охотников за микронами. Один из видов электрических датчиков называется индукционным. Он устроен так: на П-образном сердечнике — катушка. На расстоянии 0,5 мм от полюсов сердечника (ножек буквы П) — якорь в виде пластинки пз мягкой стали. От нес спускается вниз мерительный штифт. На столике под штифтом — проверяемое изделие. В зависпмостп от величины отклонения размера изделия меняется толщина воздушного просвета между полюсами сердечника и якорем — пластинкой. Тогда меняется и индуктивность катушки, и сила тока, проходящего по катушке, а шкала электроиндикатора показывает, насколько. Между линейным перемещением мерительного штифта и движением стрелки индикатора существует определенная завпсимосп— известна цена (в долях миллпметра) одного деления шкалы. Поэтому результат проверки получается в лпнейных единицах (рпс. 13).
Емкостные датчики. Их устройство и работа основаны на свойствах обыкновенного конденсатора. Воздушный конденсатор с неподвижной и подвижной пластинами сделан из алюминия. Подвижная пластпна держптся на плоской пружине. Изделие подводится под мерптельный штифт, который представляет собой ножку подвижной пластины (рпс. 14).
Конденсатор пмеет определенную емкость. Ее величина завпспт от площади пластин п от расстояния между ними. Прп одной п той же площади пластин емкость меняется вместе с увеличением илп уменьшением расстояния между ними. Это происходит, когда под мерительным штпфтом проходпт пзделпе с каким-то отклонением от заданного чертежом размера. Шкала прпбора с известной ценой деленпя показывает, как велпко отклонение, осталось ли оно в пределах допусков, плп вышло пз них.
Измерительный прибор с электроконтактным датчиком (рис. 15). В нем отклонение от заданного размера преобразуется в электрический пмпульс. Главная часть прпбора — электрокон-тактная головка. Пружпна удерживает мерптельный шток в нпжнем положенпп. На нем выступ давит на рычаг с контактом. Этот рычаг укреплен в корпусе датчика плоской пружиной. Неподвижные контакты — тоже на плоских пружинах. Пх можно передвигать относительно точек закрепления с помощью регулировочных впптов. Просвет между неподвижными
контактами служит измерительным диапазоном Его размер устанавливается по допускам
Например, проверяется партия небольших роликов. Правильный размер диаметра может измениться в пределах допуска — от 10 до 10,012 JMt. Сначала под измерительный штифт подводят набор контрольных плиток или калибр размером 9,999 мм, тогда контактный рычаг отклонится влево от среднего положения. Затем левым регулировочным винтом добиваются соединения неподвижного и подвижного контактов. Замыкается цепь, вспыхивает красная сигнальная лампочка — «брак». После этого убирают набор плиток и под измерительный штифт подводят другой, размером 10,013 мм. Это отклонит контактный рычаг правее среднего положения. А вторым регулировочным впитом осуществляют контакт между правыми неподвижным и подвижным контактами. И еще раз вспыхивает лампочка — «брак». Теперь удаляют пз-под штифта второй набор плиток, контактный рычаг занимает свое начальное положение, и прпбор готов к работе.
Сигнальные лампочки можно заменить включенными в цепь электромагнитами. Каждый из них командует заслонкой, которая может закрыть проход детали в отделения сортировочного устройства. Это показано на рисунке внизу
Из вращающегося барабанного магазина ролики скатываются по каналу до уровня столика прибора. Ползун подает нижний ролпк под измерительный штифт. В этот момент действует кнопка — она подключает реле к электрической цепи. Ролик проверен. Ползун толкает изделие дальше, подводит его к отверстию сортировочного устройства, куда ролик и скаты-
Рис* 16. Схема устройства и работы электронного микрометра.
вается. Ползун возвращается в исходное положение, цикл его работы продолжается.
Если диаметр в пределах допуска, ролпк попадает в отделение «годных». Если ролик «полнее» допустимого, сработает один из электромагнитов, перекроет своей заслонкой путь
ТЕЛЕВИЗИОННАЯ КАМЕРА В ТРУБЕ
Миниатюрная телевизионная камера позволяет проверять внутренние стенки труб, в частности их сварные швы. Диаметр камеры всего 4,7 cat, длина — 15 cat. Передающая электронная трубка ее — 9 см длиной и 1,5 см в диаметре. В передней части камеры находится оптическая система: зеркало и расположенные по окружности два источника света.
Освещенная лампочками часть внутренней поверхности трубы отражается в зеркале и с него проецируется на оптическую систему. Камера имеет специальные ролики, с помощью которых она может также разворачиваться на некоторый угол в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Управление камерой, конечно, дистанционное. В приемнике изображение увеличивается в 20 раз, что дает возможность обнаружить едва заметные дефекты сварки.
Развивая описанную конструкцию миниатюрной телевизионной установки, инженеры создали телевизионный зонд для исследования буровых скважин. Его опускают в скважину па глубину до 400 м. Телсзоид позволяет в деталях рассмотреть стенки буровой скважины, определить размеры и направление трещин в породе, выяснить, чем онп заполнены, и т. п. Все это особенно важно при проведении изыскательских работ, связанных со строительством гидротехнических сооружений, туннелей и шахт.
п направит в отделение для брака, по исправимого (ведь большой диаметр еще можно уменьшить). Еслп диаметр оказался меньше 10 лш, сработает второй электромагнит. Он тоже перекроет путь и направит изделие в третье отделение — для неисправимого брака. Так осуществляется автоматически не только проверка размеров, но и сортировка. И делается это с высокой степенью точности — до 0,001 мм.
Электронный микрометр (рпс. 16). Датчик его — крошечная электронная лампа.
В схеме датчика есть качающийся стержень,
который служит рычагом анода. Стрелка гальванометра отмечает номинальный размер изделия. Если фактический размер меньше, стержень качнется вниз, анод «уйдет» от катода, анодный ток уменьшится, стрелка «упадет» влево на соответствующее число делений. А если изделие больше номинального размера, стержень качнется кверху, анод приблизится к катоду, анодный ток возрастет, стрелка скользнет вперед тоже на соответствующее число делений. Прибор настолько чувствителен, что улавливает отклонения в десятые доли микрона.
ЧТО ТАКОЕ ДЕФЕКТОСКОПИЯ
JJa каждой ответственной детали, на каждом узле любой машины — самолета, тепловоза, станка —стоит клеймо контролера: деталь годная. Это значит, что она проработает без поломок определенное время, которое ей положено.
Лет тридцать назад главным средством контроля был осмотр детали и ее простукивание. II сейчас, ударяя молоточком по вагонному колесу, по звуку определяют, есть в нем трещина пли нет. Но часто, осматривая деталь, не замечают мельчайших трещин. А они очень опасны. Понятно, что такой контроль ненадежен.
II здесь на помощь контролеру приходят новейшие достижения физики. Физические методы контроля материалов — это самостоятельная отрасль техники — дефектоскопия (от латинского слова «дефектус» — недостаток и греческого «скопео» — смотрю). Она использует для обнаружения дефектов рентгене- и гамма-просвечивапис, ультразвуковые упругие колебания, магнитные и другие явления.
РЕНТГЕНО- И ГАММА-ПРОСВЕЧИВАННЕ
В настоящее время на многих заводах, изготовляющих сложные машины, есть рентгеновские лаборатории. Здесь просвечивают детали рентгеновскими или гамма-лучами. Рентгеновские лучп получают в специальных аппаратах при помощи рентгеновской трубкп (рис. 1). Чтобы трубка работала, необходимо поддерживать два напряжения: одно низкое (порядка 10— 20 в) — для накала нити, другое очень высокое (до 2 млн. в) — для ускорения элект-» ронов, вылетающих из раскаленной нити
Лучи Рентгена возникают при ударе электронов о поверхность анода рентгеновской трубки. Чем выше напряжение на аноде трубкп, тем больше скорость электронов и сила их удара, а следовательно, и энергия рентгеновских лучей. С помощью «жестких» лучей можно просветить довольно толстые слои металла.
Гамма-лучи очень близки к «жестким» рентгеновским лучам. Источником этого излучения могут служить изотопы некоторых радиоактивных элементов (см. ст. «Меченые атомы»).
Рис. 1. Рентгеновская установка с пультом управления. Вверху — рентгеновская трубка и схема получения в ней лучей Рентгена.
Рентгеновские и гамма-лучи проникают через различную среду неодинаково. 1олща металла, тором пет лабляет их поток, пели же лучи проходят через металл, в котором есть дефекты в виде газовых пузырей, пористости, включений песка и шлака, то они проецируются на специальную пленку илп экран в виде пятен. Эти пятна отличаются по своим оттенкам от массы просвеченного металла.
Для просвечивания изделий толщиной 200—300 мм необходим очень мощный источник излучения. Для этого инженеры создали сложную установку — бетатрон, установку можно заменить тремя килограммами радия.
в косил ьнее ОС-Il X поток. Если металл,
Такую лишь
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
МЕТОД
Ультразвуковой метод связан с передачей в контролируемый металл ультразвуковых упругих колебании (см. т. 3, ст. «Звук и ультра-
□КРАН ЭЛЕк гроннО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ
Донный импульс
распространение. Они обладают менывеп чувст-
Линия
РАЗВЕРТКИ
Рис. 2. Импульсный ультразвуковой дефектоскоп. Расстояние между посланными и принятыми импульсами на экране прибора позволяет судить о глубине залегания дефекта.
Начальный импульс ПьЕ ЗОИЗЛУЧАТЕЛЬ
L Пьезоприемник
Импульс от дефеид
Контролируемое
ИЗДЕЛИЕ
Дефект
В ультразвуковой дефектоскопии применяются колебания, число которых в секунду достигает нескольких миллионов. Ультразвуковые волны проникают на значительную глубп-
ну (до 10 м и больше), но на границе раздела металл — воздух происходит почти полное их
отражение. Опп частично отра?каются и от различных дефектов — раковин, трещин, рас-слоев и т. п. Источником ультразвуковых колебаний в дефектоскопии служат пьезоэлектрические пластины пз кварца.
Есть различные приемы, обеспечивающие выявление дефектов с помощью ультразвука. Один пз лучших — способ, который находит применение и в радиолокации. В контролируемый металл короткими порциями — импульсами излучаются упругие ультразвуковые колебания. О дефекте судят по отраженному сигналу. Расстояние между посланными и принятыми импульсами на экране прибора позволяет судить о глубине залегания дефекта (рис. 2). Недостаток этого метода — наличие мертвой зоны из-за слияния на экране посланных и отраженных импульсов.
Имеются ультразвуковые приборы, оонару-жипающпе дефекты с помощью теневого метода — так же, как и при роптгено- пли гамма-просвечиваиии. Эти приборы получили меньшее
вптелыюстью и нуждаются в двухстороннем доступе к контролируемой детали. Но этот метод позволяет видеть на экране прпбора не пмпульс, а очертания формы дефекта.
МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
МЕТОДЫ
В поверхностном слое стальных и железных деталей не видимые невооруженным глазом трещины обнаруживают с помощью магнитного порошка.
Деталь, которую нужно проверить, намагничивают. Обычно это делают, пропуская через нее электрический ток большой силы. Существуют специальные аппараты для намагничивания, с помощью которых через деталь можно пропустить ток силой до 10 тыс. а. Т акой аппарат называется магнитным дефектоскопом.
При намагничивании силовые магнитные линии замыкаются внутри детали. Но если в поверхностном слое есть трещина, магнитные силовые линии будут огибать препятствие, так же, как поток воды огибает лежащий камень. При этом часть магнитного потока выходит за поверхность и рассеивается.
Намагниченную деталь обдувают сухим магнитным порошком илп поливают магнитной
Рис. 3. Магнитный порошок оседает в местах выхода магнитного поля.
суспензией (в виде частиц порошка в масле с керосином пли в воде). Магнитный порошок оседает в местах выхода на поверхность магнитного поля, и контуры дефекта становятся видимыми (рис. 3).
Для выявления трещин в железнодорожных рельсах магнитный поток создают иначе. Вот по рельсам медленно движется дефектоскопическая тележка. На ветру колышется красный флажок: путь занят. На тележке помещен рельсовый электромагнитный дефектоскоп (рис. 4).
Рис. 4. Рельсовый электромагнитный дефектоскоп.
Магнитный поток здесь создается специальными электромагнитами, питающимися переменным током. Электромагнитов два — по числу рельсов. Между их полюсами, точно по середине, помещается небольшая катушка. Магнитным поток, выходящий в районе дефекта на поверхность, пересекает витки катушки, возникает электродвижущая сила, величина которой может быть измерена вольтметром. Для большей чувствительности ее усиливают, а усиленный сигнал прослушивают с помощью наушников. Когда тележка проходит над рельсами без де
фектов, сигнал прослушивается очень слабо. Если же па ее пути встречаются трещины, звук в наушниках резко усиливается.
При контроле сварных швов очень длинных трубопроводов места рассеяния магнитного потока записывают на магнитную ленту. Этот метод называется магнитографическим. Магнитная лента значительно шире той, которую применяют на магнитофонах. Запись на ней воспроизводится специальным устройством на экране или прослушивается в наушники.
Электромагнитные способы дефектоскопии позволяют автоматически отмечать местонахождение брака. Для этого используются механизмы, которые срабатывают при замыкании контактов реле и помечают дефектное место краской.
В миноискателях и дистанционных компасах для измерения слабых магнитных полей применяют очень чувствительные катушки с пермаллоевыми сердечниками (пермаллои — сплав никеля с железом), имеющими весьма высокую проницаемость. Их называют феррозондами. Сейчас ведутся рабозы по пх применению в дефектоскопии.
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД II МЕТОД КРАСОК
Много общего с методом магнитного порошка имеют люминесцентный метод и метод красок. В основе люминесцентного метода лежит способность некоторых веществ светиться при их возбуждении различными способами. Такие вещества называют люминофорами.
Контролируют этим методом так: на деталь наносится сильно смачивающая жидкость, проникающая в полость дефекта. Затем деталь облучается невидимыми ультрафиолетовыми лучами, под воздействием которых жидкость начинает светиться. трещпн свечение более яркое, и потому пх легко заметить (рис. 6). Этот метод позволяет выявить не только мельчай-
Рис. 5 Если в детали есть дефект, то магнитное поле рассеивается; это изменяет показания прибора.
Рис. 6. Свечение люминофора при облучении детали ультрафиолетовыми лучами.
nine трещины и поры, но п контролировать качество литья. Его широко используют для контроля деталей из немагнитных металлов. Чувствительность люминесцентного метода немного ниже, чем метода магнитного порошка.
Метод красок обладает приблизительно такой же чувствительностью, но он еще более
прост, так как не требует ультрафиолетовых установок. При контроле этим методом обезжиренную поверхность детали покрывают сильно смачивающей ярко-красной жидкой смесью. Затем краску удаляют,
а деталь покрывают тонким слоем белом краски, которая впитывает в себя оставшуюся красную краску. В результате на фоне белой краски виден красный узор, позволяющий установить дефект. По степени окраски можно судить о размерах этого дефекта.
МЕТОД ВИХРЕВЫХ ТОКОВ
Метод вихревых токов — новый перспективный метод контроля. Он основан на возбуждении в контролируемой детали вихревых токов. Это те самые электрические токи, которые долгое время считали лишь паразитными. Сейчас их используют для поверхностной закалки и индукционного нагрева металлов, а также в обычных счетчиках электроэнергии.
Вихревой ток в контролируемом металле можно создать с помощью катушки, подключенной к генератору переменного тока высокой частоты. Для этого металл подносят как можно ближе к катушке. Катушка является источником переменного электромагнитного поля. Вихревые токи возникают вследствие того, что металл пересекают силовые линии этого поля. Они текут по замкнутым путям, соответствующим по форме возбуждающей их катушке. Известно, что величина тока в проводнике зависит от его сопротивления.
Различные дефекты уменьшают сечение метал-ла> по которому течет ток. Трещина служит препятствием вихревому току и изменяет его
величину. Следовательно, по величине вихревого тока можно судить о наличии дефектов. Но непосредственно измерить величину вихревых токов невозможно. Судить о ней можно лишь по изменению тока или напряжения на возбуждающей или особой, дополнительной измерительной катушке. Между показаниями прибора при установке испытательных катушек на бездефектном участке и на дефекте есть существенная разница (рпс. 7).
Рис. 7. Прибор для выявления трещин и других дефектов металла, основанный на ис-
пользовании вихревых токов.
Приборы, основанные на использованип вихревых токов, позволяют также измерять удельное сопротивление немагнитного металла, контролирова'ть его твердость и качество термообработки. Их используют для измерения слоя гальванических и лакокрасочных покрытий на металлах толщиной от 20 мпкрон и больше.
При контроле детали обычно используют несколько методов.
БОРОСКОП
1 Это прибор для осмотра п (рото-) графировання внутренних полос-! ! теп герметически закрытых кон-1 струкций. В герметизированном I крыле сверхскоростного самолета илп авиационном топливном баке, внутренность которых нужно рассмотреть, просверливаются трп крошечных отверстия, которые после исследования легко заде-J лать. Через одно из них внутрь вводится бороскоп диаметром j 5 мм, через два других два j тонких кварцевых стержня. Стер-s жни проводят внутрь полости j свет от наружной лампочки в J 50 вт, а бороскоп через систему j линз позволяет рассмотреть внутреннюю полость бака илп отсека крыла и сфотографировать ее.
НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ЗАВОДЕ
Г^роизводство автомобилей нередко называют ведущим в машиностроении. II это справедливо. На автозаводах и связанных с ними (смежных) предприятиях изготовляют сложные двигатели, силовые передачи с множеством зубчатых колес, кузова пз штампованных тонких стальных листов с обивкой, окраской, сиденьями, окнами, дверьми, украшениями, точнейшие прпборы электрооборудования и автоматики п многое другое. И все это делают в огромных количествах и очень быстро.
Поэтому именно в автомобильной промышленности нередко раньше, чем в других отраслях, распространяются наиболее совершенные способы производства.
По занимаемой площади, по количеству рабочих, инженеров и служащих, по объему строений автозавод не уступит городу. Здесь есть свои улицы с перекрестками и светофорами, а вдоль улиц стоят огромные почти сплошь застекленные корпуса цехов. Их несколько десятков. В одних делают только заготовки деталей, в других детали проходят обработку до вполне законченного вида, в третьих детали собирают в узлы и механизмы. Затем все детали и узлы стекаются в цех главного конвейера, где из них собирают автомобиль.
Детали будущего автомобпля начинают появляться на свет в цехах п отделах, которые, на первый взгляд, стоят в стороне от производства. Отдел снабжения и отдел смежных производств приобретают необходимые материалы и изделия. На заводские склады поступают стальные и алюминиевые болванкп, листы, трубы и профили, древесина для грузовых платформ, шины, прпборы, стекло. В инструментальном цехе делают резцы, сверла, фрезы для обработки будущих деталей, в штампово-пн-струментальном — тяжелые болванкп п формы для прессования панелей кузова, в модельном — деревянные копии деталей для изготовления
литейных форм. Работа этих цехов и отделов дает основным цехам завода материалы и инструменты для изготовления автомобиля.
Различны пути, по которым проходят через цехи завода отдельные детали и механизмы. Вот в цехе сборки двигателей встречаются блок цилиндров п коленчатый вал.
Блок заформовалп и отлили в литейной. Затем готовые отливки блоков отвезли на автоматическую линию пх обработки. Блок совершил путешествие по ряду станков линии. Лапы рычагов, захваты, наклонные плоскости п валы поворачивали его, подставляя то одну, то другую его сторону под фрезы п сверла, передавая его от станка к станку. Блок появился на линии грязным, шершавым, без отверстий, а к концу ее пришел с блестящи мп поверхностями для ирплеганпя головки и картера, с полированными до зеркального блеска стволами цплпндров, с отверстиями для шпилек и клапанов, с гнездами для подшипников.
Коленчатый вал родплся из раскаленной болванки в кузнице под ударамп мощного пневматического молота. Здесь вал постепенно «стал походить па самого себя», но только в общих чертах. Дело, начатое молотом, довели до конца станки в цехе обработки.
II вот блок и вал, так же как п клапаны распределения, шестерни, шатуны, попадают на сборку. С автоматического завода доставляют поршни. По боковым лентам-ручейкам на конвейер сборки двигателей прпходят прпборы зажигания, карбюратор, насос, фпльтры, привезенные с заводов-смежников. Своими путями идут на сборку коробки передач шестерни, валы, рычагп, подшипники. А с конца конвейера снимают краном готовый двигатель со сцеплением и коробкой передач. Каждый двигатель испытывают, а время от времени один пз собранных двигателей отправляют на испытание в лабораторию. Тут с помощью точных
Рис. 7а. Основные посты сборки автомобиля на конвейере! на раме укрепляют мосты и переворачивают ее.
нзмерителу{ых приборов проверяют его работ оспосооность, мощность, которую он развивает, все ли в нем сделано так, как это нужно для надежной работы будущего автомобиля.
На других участках механосборочных цехов (их па заводе обычно несколько) де» i а ют карданные ва. гы, задние и передние мосты, рули. Особое место занимают колесный и кузовные цехи.
Каждому легковому автомобилю нужно пять колес (включая запасное), грузовому — семь, а трехосным автомооилям •— до двенадцати (двойные на задних мостах и два запасных колеса). II все они должны быть совершенно одинаковыми, легкими, прочными и, главное, абсолютно круглыми. Колесо состоит из двух деталей — диска и обода. Диски штампуют на прессе, а ободья делают пз профилированной полосы. Потом диск и обод соединяют заклепками плп электросваркой. Последний способ особенно необходим для работы колес с бескамернымд шинами. Ведь в этом случае обод — как бы часть камеры шины, и в нем не должно быть даже малейших щелей. А в местах постановки заклепок они могут появиться!
На готовое колесо специальный станок, без прикосновения человеческих рук, надевает шину и накачивает ее.
Кузов — добрая половина автомобиля. Детали механизмов изготовляют в основном из стали. А для кузова используют разнообразнейшие материалы — листовую сталь, дерево, стекло, ткани, резпну, краски, пластические массы.
Кроме того, некоторые детали кузова, в отличие от прочих частей автомобиля, имеют большие размеры. Длина выштампованной пз стального листа панели крыши, пола или боковины кузова достигает нескольких метров. II еще особенность: детали кузова должны быть красивыми. Ведь они не только несут па себе механизмы и груз, но и украшают автомобиль. Производством кузовов на заводе заняты огром-
Рис. 2. Легковые автомобили сходят с главного конвейера. ные прессовый, арматурный п сборочнокузовной цехи. В каждом из них по нескольку крупных отделений.
Тясячетонные прессы сжпмают стальные листы между выпуклой п вогнутой формами штампов. В пресс закладывают плоский лист, а вынимают готовую крышу пли пол кузова, панель двери, облицовку радиатора. Отштампованные детали устанавливают в сварочных приспособлениях — кондукторах, детали плотно прилегают друг к другу, стиснутые специальными лапами п рамами. Затем в местах соединений к ним прижимаются электроды сварочной машины, и детали соединяются намертво
Рис. 16. Основные посты сборки автомобиля:
ни шасси ставят двигатель, радиатор, руль, кабину»
Рис. 1в. Основные посты сборни автомобиля: устанавливают кузов, капот, колеса.
точками электросварки (см. ст. «Как сваривают металл»).
В прессовом цехе изготовляют также рамы шасси, если автомобиль грузовой. Сваренные узлы и целые кузова поступают на оборонный участок. Здесь ставят двери, крышку багажника, капот. Затем кузов выравнивают — рихтуют. Стыки листов оплавляют свинцо-во-оловянистым припоем или обмазывают особым составом, а потом опиливают, чтобы получились плавные поверхности крыши, боковин.
В сборочнокузовном цехе кузов проходит через окрасочные камеры и сушильные печи, постепенно обрастает изнутри обивкой, тепловой и звуковой изоляцией. Здесь ставят стекла, закрепляют осветительные приборы, монтируют хромированные украшения, ручки, замки, поступившие из арматурного цеха.
И вот все собранные в разных цехах механизмы и узлы автомобиля движутся на главный конвейер. Их везут на электрокарах и специальных длинных грузовиках, на тележках, прикрепленных к маленьким проворным тягачам; они ползут, подвешенные к бесконечным цепям, над проездами завода, скользят на рольгангах, плывут на движущихся лентах.
Из цеха нормалей на главный конвейер, да и в другие цехи, идут ящики с болтами, винтами, гайками, шайбами, заклепками. Их в каждом автомобиле сотни, а иногда и тысячи.
Проследив путь рождающегося автомобиля на главном конвейере, можно увидеть сначала только его остов, несущий кузов пли раму. К ним подвешивают передний и задний мосты
с рессорами. Потом ставят на место двигатель, радиатор, руль, кабину, кузов. С движущихся цепей снимают колеса и привертывают их на шпильки тормозных барабанов. На последних участках конвейера в бак заливают немного бензина, в радиатор — воду, смазывают автомобиль, проверяют электрооборудование (рис. 1а,б,в,г).
За руль садится водитель-обкатчик. Он нажимает кнопку стартера, двигатель начинает работать, автомобиль делает первые шаги. Его колеса попадают на большие барабаны, и он едет по ним, вращает их, стоя на месте. Здесь пробуют переключение передач, убеждаются в слаженной работе всех механизмов. Затем машина выходит во двор завода и совершает короткий пробный пробег. И вот ее грузят на железнодорожную платформу или баржу, чтобы отправить в магазины, или упаковывают в солидный ящик для путешествия в заморские страны.
На каждого работника предприятия, включая всех инженеров и служащих, приходится ежегодно по десяти автомобилей, выпускаемых заводом. Не будь четкого разграничения обязанностей между работниками, механизации и автоматизации производства, даже самый способный человек не смог бы своими силами изготовить и двадцатой доли этой продукции. Но автомобили выпускаются сотнями тысяч, а на заводе работают тысячи люден.
Выпуск автомобилей растет. Число пх моделей увеличивается. В связи с этим становится все выгоднее применять на разных автомобилях как можно большее количество одинаковых де-
Рис. 1г. Основные посты сборки автомобиля: в бак заливают бензин, в радиатор — воду, проверяют свет.
талон, приборов, механизмов. При етом особенно выгодно изготовлять тот илп иной прибор или механизм не на самом автомобильном заводе, а на специализированном заводе-смежнике, обслуживающем несколько автомобильных заводов. 1 ще недавно заводы-смежники поставля in па автомобильные заводы главным образом неметаллические изделия — шины, стекла и т. п.— и точные приборы. Теперь специализация идет дальше. Создаются заводы автомобильных двигателей, рессор, колес, передних п задних мостов, кузовов. Каждый такой завод выпускает несколько видов изде
лий. Из них можно создавать различные сЛ» четанпя и с небольшими дополнениями — различные конструкции автомобилей.
В этих условиях автомобильный завод становится главным образом сборочным и изготовляет «у себя» только то, чего никак нельзя получить для данной машины от смежников. Зато можно делать больше разновидностей автомобилей, чаще обновлять модели, выпускать пх в большем количестве, улучшать их качество.
Из ворот наших заводов теперь будут выходить сотни тысяч автомобилей новых, более совершенных моделей.
АВТОМАТИКА
J/рвергая огненные впхрп, устремляется ввысь мощная ракета. Ее быстроходные насосы гонят водопады горючего п окислителя в камеры реактивных двигателей, в немногие секунды пустеют многотонные баки первой ступени. Незамедлительно вступают в действие механизмы расцепления. Отбрасываются вниз, на землю, отработавшие агрегаты и начинают работать двагателп следующих ступеней. И, наконец, развив космическую скорость, точно на свою заранее вычисленную орбиту выходит искусственный спутник Земли.
Все сложные механизмы огромной ракеты работают с большой скоростью и точностью без непосредственного участия человека. Запуском ракеты управляют автоматы.
Сложные автоматические машины можно увпдеть и на многих современных заводах. В безлюдном цехе на полный ход работают станки. Они выстроены в длинную линию. Без участия человека со станка на станок переходят заготовки. С одного конца на автоматическую линяю поступает сырой материал, с другого — выходит проверенная упакованная продукция (см. цв. рис., стр. 144),
В наши дни понятие «новая техника» неотделимо от представления об автоматике. Современная
гих последних десятилетий. Но пстоки ее — в далекой древности.
представления об автоматике. Со-автоматика — это создание немно-
НЕМНОГО ИСТОРИИ
Много тысячелетий назад человек изоо-рел приспособления, которые можно назвать
автоматическими. Это различные капканы, за хватывающие зверя, неосторожно коснувшегося спускового приспособления, самострелы, поражающие стрелой или камнем. Мышеловка — тоже пример таких древнейших автоматов.
В античной Греции впервые стали обозначать словом «автоматос» (т. е. «самодвижущий-ся») механические устройства, выполняющие последовательные движения без вмешательства человека.
Одна из первых книг по технике, написанная знаменитым ученым Героном Александрийским в I веке нашей эры, называется «Театр автоматов». В ней рассказано, например,
Рис. 1. Автомат для продажи «священной» воды, описанный Героном Александрийским. Верующие должны были опустить в отверстие монету. Если вес монеты был не меньше установленного жрецами предела, открывалась пробка и верующий получал определенную порцию воды, которая успевала вытечь за время качания рычага.
Рис. 2. Механические самодвижущиеся куклы. Их изготовляли часовые мастера XVIII в.
автоматически действующие часы были созданы в далекой древности.
В средине века появились конструкции механических часов, приводимых в действие грузами и пружинами. Важный этап в развитии автоматической техники — изобретение Христианом Гюйгенсом (1629—1695) маятника со спуском для регулирования хода часов.
Искусные мастера соединяли с часовым механизмом движущиеся фигурки. Сохранились описания автоматических кукол, созданных часовщиками в разных странах.
В 1769 г. знаменитый русский механик II. II. Кулибин
о дверях храма, открывающихся при возжигании огня на жертвеннике, о самодвижущих-ся фигурках, об автомате для продажи «священной» воды (рис. 1). Прикладных промышленных применений автоматы античного мира не имели.
Первым автоматическим устройством, примененным не только для забавы или нужд религии, были часы. Водяные (гидравлические)
преподнес императрице Екатерине II автоматические часы, имевшие форму и размер гусиного яйца (см. ст. «И. П. Кулпбин»). Механизм этих часов содержал более тысячи колесиков и других движущихся частей.
Незадолго до Великой французской революции швейцарские часовщики Пьер Жак Дро и его сын Анри создали целое семейство «механических людей». В 1774 г. на выставке в Париже отец и сын Дро
Бункер
Монетник
Звездочка
Храповик
Возврат
Ход МОНЕТЫ
Рис. 3. Современный торговый автомат для продажи карандашей.
Электро магнит
Микролере
КЛЮЧАТЕЛ
МОНЕТОПРОЕОД
llllli чи*
Лоток ПРИЕМА
показывали «писца», «рисовальщика», «музыкантшу». Писец был ростом с пятилетнего ребенка; он сидел на скамейке перед столиком. В правой руке механического человечка было гусиное перо (в то время стальных перьев еще не знали). Он макал перо в чернильницу и писал слова.
В XVIII в. автоматические устройства начали применять и в промышленности. Появились прядильные п ткацкие машпны. Русский механик Нартов (1680 1756) изобрел самодвп-жущпйся суппорт для токарных станков.
В XIX в. появились машины для пзготовле-
нпя гильз п набивки папирос, завертки конфет, автоматически действующие прессы для штамповки коробок, патронов, пуговиц. Вошли в практику торговые автоматы для продажи различных штучных товаров.
СТАНКИ-АВТОМАТЫ
Станок, автоматически вытачивающий болты из прутка, или станок, набивающий папиросы, повторяет различные операции над обрабатываемым изделием в заранее заданной последовательности во все время своей работы. В таких механических станках-автоматах есть распределительный вал, снабженный кулачками. Они при вращении вала передвигают соответствующие тяги и заставляют воздействовать на обрабатываемое изделие тот или другой инструмент. За один оборот распределительного вала завершается весь цикл обработки изделия. II все время, пока автомат действует, повторяется один и тот же цикл. Эти станки часто так и называют «циклическими автоматами».
В современной промышленности такие циклические автоматы применяются широко. Производительность многих из них высока — до нескольких сотен изделий в минуту.
Существуют циклические автоматы не только для механической холодной обработки, по и для горячих операций — для сварки, пайки и т. д. Есть автоматы для выпуска точного литья. Из расплавленной стекломассы автоматы штампуют и выдувают самые разнообразные изделия: бутылки, банки, строительные блоки, телевизионные трубки, колбы для осветительных и радиоламп; автоматы заворачивают конфеты, пакуют многие готовые изделия (рис. 4, 5).
Однако циклические автоматы — лишь первая ступень современной автоматизации. Сейчас созданы значительно более совершенные самодействующие машины, которые сами контролируют свою работу, сами предотвращают брак, сами настраиваются на паивыгод-
нейшие режимы работы. Чтобы понять принципы их действия, надо прежде всего познакомиться с одним пз важнейших понятий современной автоматики —-с обратной связью.
ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ
Два с половиной века назад на одной из английских угольных шахт была впервые установлена поршневая паровая машина для откачки воды, которую изобрел и построил кузнец 1омас Ньюкомен. К цилиндру ее вели две трубы с кранами — от парового котла и от бака с холодной водой. Когда открывали паровой кран, пар из котла поступал в цилиндр и поднимал поршень. Затем паровой кран закрывали и открывали водяной, пар сгущался, давление под поршнем падало, и поршень медленно опускался в свое нижнее положение. Потом закрывали водяной кран, открывали паровой, и поршень начинал ползти вверх. Чтобы машина работала, около нее должен был стоять человек, который бы открывал и закрывал краны. Работа была ручали мальчику.
Есть легенда, будто мальчику Гемфри Поттеру наскучила эта однообразная работа. Он соединил рукоятки кранов и шток веревочками. Машина стала сама открывать краны и пускать в цилиндр то пар,
несложная, и ее по-
Бобина оберточной
Путь КАРАМЕЛИ
Транспортер
Бункер
—I—) /л
ОН
Рис. 4. Схема технологического процесса выработки стеклянного изделия^ (банки) на автоматический прессовыдувной машине. /—прием капли стекла в чек новую Форму'. 2 —. выпрсссовывание пульки в черновой форме. 3 и 4 _ передача горячей заготовки (пульки) пз чепновой формы в чистовую; 5 — выдувание из- рис. 5. Схема действия автомата для делил в чистовой форме, б готовое^^лис пе- завертки конфет.
редается ио конвейеру к отжигательной г еч -
Вибратор
то воду, т. о. стала сама управлять своим движением. В современной технике часто применяют условные понятия: вход и выход какого-либо устройства, машины. В паровой машине «вход» это подача пара, «выход» — движение штока. Обратной связью называют всякое соединение входа с выходом. Веревочки между кранами и штоком машины — это простейший механизм обратной связи.
Этот принцип управления — соединение входа с выходом при помощи обратной связи — был применен во всех без исключения поршневых паровых двигателях. II во всех современных двигателях внутреннего сгорания клапаны, которые впускают в цилиндр горючую смесь и выпускают отработанные газы, работают при помощи обратной связи от движения поршня.
Важная область применения обратных связей—это автоматические регуляторы.
Обнаружив, например, отклонение уровня, скорости или температуры от требуемого зна-чения, чувствительный элемент регулятора воздействует на регулирующий орган, который уменьшает или увеличивает приток воды, вара, электроэнергии и т. д. или производит другое необходимое воздействие на регулируемый объект.
Чувствительный элемент регулятора вновь и вновь (непрерывно или через определенные промежутки времени) проверяет значение контролируемой величины, а *полученная информация опять заставляет действовать регулирующий орган. Это круговой процесс, он повторяется во все время работы регулятора.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ
АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ
На цветном рисунке внизу (стр. 132) изображены устройства, при помощи которых поддерживаются постоянный уровень воды в баке, постоянная скорость вращения машины, постоянная температура в печи. Все это — автоматические регуляторы. Основа каждого из них — чувствительный элемент. В регуляторе уровня — это поплавок, который движется вверх и вниз в зависимости от изменения уровня; в регуляторе числа оборотов — центробежный маятник. С увеличением числа оборотов его шары поднимаются выше, а с уменьшением — опускаются ниже.
Миллионы автоматических регуляторов применяются в современной технике. Они поддерживают постоянные температуры в электрохолодильниках и напряжения в электрических сетях, управляют различными агрегатами на производстве.
Вообразите себе двух собак: черная собака кусает за хвост белую, и белая собака кусает за хвост черную. Это круговой процесс. Одна
тельной обратной связью.
собака по отношению к пью обратной связи.
Эта круговая цепь из «четвероногих звеньев» может служить наглядным примером круговой цепи паровой машины илп двигателя внутреннего сгорания. У них движение поршня вызывает такое перемещение клапанов, которое вновь заставляет двигаться поршень — так же, как в комбинации собак укус возвращается в виде укуса. Подобная обратная связь называется п о-л о ж и т е л ь н о н.
Рассмотрим теперь автоматический регулятор. В нем связь регулирующего органа с чувствительным элементом устроена и действует так,чтобы противодействовать всякпм возмущениям, ликвидировать любые отклонения регулируемой величины от заданного значения.
другой является це-
Рис. 7 а. Положительная обратная связь (са-мовозбужден ие):
-— Почему вы наступили мне на ногу?
— Оскорбление, которое вы мне нанесли, смывается только кровью!
— Так пусть нас рассудят шпаги!
АВТОМЛ ТИКА
Рис. 8. Регуляторы скорости непрямого действия с гидравлическим (золотниковым) усилителем и с гидравлическим серводвигателем. Центробежный маятник перемещает золотник , который пропускает масло под давлением то по одну, то по другую сторону поршня серводвигателя: а — регулятор без внутренних обратных связей; б — регулятор с дополнительной отрицательной жесткой обратной связью; в — регулятор с дополнительной гибкой исчезающей обратной связью.
Если в электрической печи, например, температура вдруг повысится и станет большей, чем нужно, автоматический регулятор сразу же уменьшит подачу электроэнергии, и наоборот. Обратная связь, применяе-
UJ Г-
Цель дополнительной отрицательной ОБРАТНОЙ СВЯЗИ(ЖЕСТК0Й)
Цепь гибкой исчезающей , ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Пружина
Изодром '
Чувствительный элемент (центробежный маятник)
Масло
Масло
г
ОС U.
со
Задвижка
ni
Паровая Турбина
Ld СО СЕ CD
^Вязкая” жид-
кос ьгр- -q
|масло;
[limn
Золо'тник
Серво-х S дви- g ГА ТЕЛЬ J
мая в автоматических регуляторах, называется отрицательной (рис. 8).
Цепи обратной связи — важная особенность многих устройств современной техники.
Рис. 7 б. Отрицательная обратная связь (затухание сигналов)’.
— Почему вы наступили мне на ногу?
— Прошу извинить меня! — Охотно принимаю ваше извинение.
В начале нашего века были изобретены электронные лампы с управляющей сеткой (см. т. 3, ст. «Физические основы радио»), стали строиться ламповые радиоприемники. В годы первой мировой войны было открыто, что если применить положительную обратную связь выхода радиоприемника с его входом, то чувствительность значительно повысится. Такой приемник может принимать очень слабые радиосигналы.
ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ЖИВЫХ
ОРГАНИЗМАХ
Чувствительные клетки живого организма непрерывно получают сигналы из внешнего мира и от внутренних органов. По нервным
волокнам эти сигналы идут в мозг, анализируются, сопоставляются. А мозг обратно посылает по нервным волокнам командные сигналы, которые управляют и работой всех внутренних органов, и поведением живого организма (рис. 9).
Если мы из теплой комнаты выйдем на мороз, наш мозг немедленно получит сигналы от теплочувствительных клеток, скрытых в коже. По отходящим нервным волокнам мозг пошлет импульсы к сердцу, которое станет энергичнее накачивать кровь; усилится скорость обмена веществ, окислится дополнительное количество «топлива».
Множество регулирующих механизмов поддерживает в нашем организме требуемое кровяное давление, содержание кислот, щелочей. Если мы видим нечто угрожающее, опасное, мозг немедленно посылает сигналы надпочечным железам; они выделяют адреналин, который поступает в кровь, повышает ее свертываемость, ускоряет ритм дыхания, замедляет работу кишечника —организм подготавливается к ответному действию.
К обратным связям, действующим в живом организме, нельзя применить простые термины «положительная», «отрицательная». Получив сигналы, живой организм производит над ними ряд операций анализа, сопоставляет с ранее накопленными впечатлениями. Обратная реакция живого организма на различные воздействия много сложнее реакции простейших автоматических регуляторов, которые показаны на цветном рисунке (стр. 132).
U 9 Детская энциклопедия, т. 5
МАШИНА — ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
ЕЗДА НА ПЕРЕКЛАДНЫХ И РЕЛЕ
Покрытые хлопьями пены, изнуренные кони подтащили к почтовой станции тяжелый дилижанс. Здесь ловкие кучера быстро сменили лошадей, и дилижанс со свежей упряжкой покатил к следующей станции. Так еще не очень давно путешествовали «па перекладных».
Замена уставших лошадей свежими называлась во Франции «реле». В середине прошлого века во многих странах стали строить электрические телеграфы, и тут обнаружилось, что ток батареи передающей станции ослабевает с расстоянием из-за сопротивления проводов и утечки на линии. До конца длинной линии ток доходил настолько ослабевшим, что приемный телеграфный аппарат не работал.
И строители телеграфов придумали, как «перепрягать» ток в пути. Всю линию разделили на несколько участков. В конце каждого из них поместили устройство, состоящее из электромагнита с подвижным якорем и контактами. Пришедший издалека слабый ток попадал в обмотку электромагнита. Якорь притягивался к сердечнику и замыкал с помощью контактов цепь тока от местной батареи. И уже этот ток, гораздо более сильный, чем пришедший, направлялся в следующий уча-
Анализ сигналов в живом организме производится нервными клетками. Чтобы строить автоматы, способные анализировать, сопоставлять сигналы, т. е. обладающие «мыслительными способностями», необходимо иметь нечто подобное живым нервным клеткам. В современной автоматике роль этих клеток играют различные усилители и реле.
сток линии.
По сходству с перепряжкой лошадей новый электротехнический прибор назвали старинным французским словом «реле». Электромагнитное реле — электромагнит, якорь которого переключает одну или несколько цепей, — не только старейший прибор современной автоматики, но и один из самых распространенных ее элементов. Многие автоматические защитные и управляющие системы (например,телефонные станции) содержат тысячи электромагнитных реле.
Чувствительные электромагнитные реле требуют для срабатывания, т. е. переключения контактов из одного положения в другое, мощность не более тысячной доли ватта. Самое короткое время срабатывания электромагнитного реле — тысячные доли секунды.
При необходимости время срабатывания можно удлинить (например, в электромагнитных реле времени) до нескольких десятых долей секунды.
Электрическая цепь, по которой проходит к реле слабый сигнал, называется управляющей. Опа управляет, командует другой Рис. 10. Термин «реле» появился в давние времена. Он означал ЦСПЬЮ управляемой, В КО-«перепряжка лошадей на. понтовой станции». торой ПОЯВЛЯСТСЯ СИЛЬНЫЙ ТОК.
А втомл тикл
Го, что входит в реле,— это входная м о щ н о с т ь, или мощность управ-л е н и я. А та мощность, которой реле управляет, — в ы х одна я. Отношение выходной мощности к входной называют коэф ф и ц и-е нт ом управления. Для электромагнитных реле этот коэффициент бывает в пределах от нескольких единиц до нескольких тысяч.
Электромагнитные реле, применяемые для переключения сравнительно мощных цепей тока (от сотой ватт до сотен киловатт), часто называют контакторами.
В дальнейшем название «реле» стали применять не только к электромагнитным приборам, но и к любым другим устройствам, приводящим в результате сигнала управляющей цепи в действие одну или несколько управляемых цепей. Электронные лампы с управляющей сеткой назвали электронными реле.
Часто словом «реле» называют устройство, связывающее разнородные цепи. Например, фотоэлектрическое реле превращает изменение освещенности в изменение электрического тока. Существуют мсханоэлсктрические и электромеханические реле, пнсвмоэлектрические и электропневмачпческие реле и т. п.
Словом «реле» в технике сейчас называют такое устройство, которое при плавном изменении входного воздействия переходит скачком из одного положения равновесия в другое: при достижении известного значения входной (управляющей) величины резко, скачком изменяется выходная (управляемая) величина (рис. И).
Другие устройства, которые при плавном изменении входа дают также плавное, приблизительно пропорциональное, но более мощное изменение выхода, называют усилителями.
ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
Между усплителями и реле нельзя провести резкой границы. Можно сделать так, что контактное электромагнитное реле будет плавно и пропорционально усиливать входную мощность, т. е. работать как усилитель. Для этого надо применить соответствующие схемы включения и режим.
Наоборот, электронную лампу, используемую в большинстве радиотехнических устройств (в радиоприемниках, радиопередатчиках) как усилитель, можно прп соответствующей схеме включения заставить резко, скачком переходить от режима пропускания тока в режим полной непроводимости, п 9*
Нагрузка
Рис. 11. Схема поляризованного реле. При изменении тока в цепи управления якорь реле замыкает то правый, то левый контакт и к нагрузке подводится напряжение то одной, то другой полярности. При плавном изменении управляющего тока в реле /сопряжение на нагрузке изменяется скачком. Это напоминает опрокидывание качелей.
лампа превратится в реле. От электромагнитного реле оно отличается тем, что не имеет подвижных частей, подвижных контактов. Это бесконтактное реле. Время срабатывания такого электронного реле может быть меньше одной миллионной секунды.
В современной автоматике применяют ряд конструкций бесконтактных электрических реле, например дроссели с ферромагнитными сердечниками. Эти же дроссели (ниже мы о них скажем несколько подробнее) используют и в качестве усилителей. Поэтому правильнее говорить не о типах устройств — усилителях пли реле, а о режимах работы — усилительных или релейных.
Выбор того или иного реле определяется различными техническими и экономическими соображениями. Например, электронные лампы очень чувствительны. Но катод электронной лампы надо непрерывно накаливать во все время ее работы. Поэтому электронные лампы нельзя применять в устройствах, где расход мощности ограничен.
В некоторых машинах и аппаратах наиболее выгодны гидравлические реле. Иногда предпочтение отдается пневматическим устройствам.
РАССТАВИМ УСИЛИТЕЛИ И РЕЛЕ ПО ПОЛКАМ
Типов реле и усилителей очень много. Однако есть показатели, характерные для всех их без исключения. По ним можно сравнивать
Мериду собой всевозможные усилители и реле. Это:
1. Постоянная времени— то время, которое проходит от момента подачи сигнала на вход реле до момента срабатывания реле.
2. Входная мощность — мощность, необходимая для нормальной работы данного реле или усилителя.
3. Выигрыш по мощности — отношение мощности выхода к мощности входа, т. е. уже знакомый нам коэффициент усиления или управления .
По этпм-то показателям давайте расставим «по полкам», т. е. проклассифицируем, все встречающиеся в природе и применяемые в технике усилители и реле (см., цв. рис., стр., 133).
Каждая полка соответствует определенной величине входной мощности. Снизу — самая маленькая входная мощность, с полки на полку она каждый раз увеличивается в 1000 раз (10').
Слева направо по полкам идут деления, отвечающие разным постоянным времени — от одной миллиардной доли секунды (10-9) до тысячи секунд.
Из глубины полок на нас идут деления, показывающее величину коэффициента усиления. В самой глубине размещаются приборы с коэффициентом усиления, равным единице. Приборы с меньшим коэффициентом усиления — это уже не усилители и не реле.
В соответствии с характеристиками па полках можно установить любое реле или усилитель. На каждый участок можно, разумеется, поставить не один какой-либо прпбор, а множество разных типов. У них будут разные принципы работы, конструктивное оформление, вес и размеры, но одинаковые мощность, коэффициент усиления и постоянная времени.
На наших полках изображены только некоторые типичные представители современных усилителей и реле. В левой части находятся самые быстродействующие, наименее инерционные устройства. В правой — наоборот, те, у которых постоянная времени велика. На верхних полках помещаются мощные усилители и реле, на иижнпх -— самые чувствительные, имеющие самую малую мощность управления. В глубине полок — устройства с наименьшим усилением, а чем ближе к нам, тем усиление больше.
Зная мощность входа и коэффициент усиления, можно вычислить выходную мощность. Она равна произведению мощности входа на коэффициент усиления.
Часто бывает мало того усиления, которое
дает одно реле или усилитель. Тогда их включают последовательно, каскадами: выход одного прибора идет па вход следующего, более мощного, и т. д. Расположенные на разных полках усилительные и релейные приборы могут соответствовать последовательным каскадам усиления. В многокаскадных схемах включения эти приборы как бы передают эстафету с нижних полок на верхние. В современной технике применяются устройства, в которых каскадно включаются сотни усилительных и релейных приборов. Общий коэффициент усиления в таком случае достигает 10 в степени нескольких сотен!
Однако классификация усилителей и реле по величине входной мощности не всегда бывает удобна. Иногда правильнее говорить не об абсолютном значении мощности на входе, а об удельно!! мощности входа, т. е. о плотности потока энергии, падающего на прибор. Эту величину измеряют не в ваттах, а в ваттах на единицу площади. Так характеризуют, например, фотоэлементы.
Для миогпх типов реле характерная величина — не мощность, а необходимая для срабатывания реле работа (произведение мощности на время).
«ЖИВЫЕ РЕЛЕ»
Наплучшее сочетание чувствительности и надежности пз всех известных типов реле имеют нервные клсткп живых организмов. В технике до спх пор не удалось создать реле, которые были бы так же миниатюрны, так же чувствительны и так же надежно работали, как нервные клетки, и в частности нервные окончания органов чувств. Человеческие глаз и ухо срабатывают прп потоке энергии 10-16 вт см2. Обычный фотоэлемент требует энергетического потока 10~8 вт см2. а лучшие микрофоны работают прп потоке энергии 10—12 вт см2.
Глаз напболее чувствителен к желто-зеленому свету (длина электромагнитной волны около 0,55 микрона). Этот свет глаз ощущает уже при потоке мощностью 2-10 ~17ezn. Такой свет дает обычная свеча, удаленная от глаза на 200 км.
Одно из замечательнейших свойств «живых реле» — их свойство приспосабливаться к различному уровню входной мощности. Так, глаз, например, способен без повреждения воспринять световой поток от лампы в 200 тыс. свечей, помещенной на расстоянии 1 м от него.
ВНЕШНЕЙ ЗАДАЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ (настройка регулятора)
РЕГУЛИРУЮЩИЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ
ОРГАН ЭЛЕМЕНТ
1 “ОБОБЩЕННАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ; 2 — РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ РАДИОПРИЕМНИК— ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ3-ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ-МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ?
4, 5, 6 —РЕГУЛЯТОРЫ УРОВНЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ , ЧИСЛА ОБОРОТОВ — ПРИМЕРЫ УСТРОЙСТВ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
ВЕНТИЛЬ
КОНГДКТОР
АМПЛИДИН
ИГНИТРОН
ТИРАТРОН
ионный ТРИОД
СВЧ
ОБОНЯНИЕ
ЗРЕНИЕ
СЛОЖНАЯ МОЛЕКУЛА
высокое ольтн ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
ШПИЛЬ-МЕХ УС ИЛИТЕЛЬ
УГОЛЬНЫЙ МИКРОФОН
мощный РТУТНЫЙ ВЕНТИЛЬ
МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
точечный РИСТАЛ ТРИ1
МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
СТРУИМАЯ ТРУБКА
НЕРРНАЯ НЛБ1 КА
УСИЛИТЕЛЬ
БЕГУ1ДЕЙ еОЛНЫ
ЭЛЕКТРОННАЯ ДАМПА ’
КРИСТАЛЛИН ТРИОД
МОЩНАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ ЛАМПА
ЭЛЕКТРОНА ЛАМП^Т
МАГНИТНЫЙ Т^ИОД
мощн РАЗБОРА ГЕНЕРАТОРНАЯ ЛАМПА
ЭЛЕКТРОМЕТРИЯ ЛАМПА
ПРОСТЕЙШИЙ АТОМ
ЭЛЕКТРОМАГН РЕЛЕ
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ
СЧЕТЧИК ИОНИЗИРУЮЩИХ^’ ЧАСТИЦ ‘ '
ПОЛУНРОВОДН УСИЛИТЕЛЬ
ЭЛЕКТРОХИМИК РЕЛЕ
ФОТО-СОПРОТИВЛЕНИЕ,
ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ
Прп физической работе человек может развить мощность в 100 вт, а сигнал для управления действиями человека, как было уже сказано выше, достаточен всего в 10—16 ет. Цепочка «живых реле» — нервных клеток __
тянется от органов чувств (рецепторов) через центральную нервную спстему к скелетным мышцам. Полный коэффициент усиления этой цепочки реле равен 1018.
Ученые и инженеры стремятся создать для счетно-решающих, управляющих машин наиболее миниатюрные реле, потребляющие наименьшую мощность. Уже есть различные типы маленьких магнптных, электронно-вакуумных, полупроводниковых (германиевых, кремниевых) реле. Но все онп пока в тысячи раз больше по размерам п требуют для своей работы в тысячи раз большую мощность, чем живые нервные клетки.
Самых миниатюрных современных электрических реле пока можно уместить не больше нескольких тысяч штук в объеме 1 л, А в мозгу человека, т. е. в объеме около 2 л, размещаются миллиарды нервных клеток. Потребляемая на пптаппе всех их мощность при интенсивной работе мозга меньше 2 ет.
Наши полки — не есть нечто неизменное, застывшее. Здесь все время происходит перестановка. Одни усилители п реле устаревают, уходят в архив. Другие, расталкивая соседей, занимают лучшие места. Совсем недавно появились на полках полупроводниковые приборы пз чудесных кристаллов германия и кремния.
Быть может, кому-либо из вас самому доведется в будущем создать новые усилители и реле, которые займут достойное место на этих полках.
«ОРГАНЫ ЧУВСТВ» И «МЫШЦЫ» СОВРЕМЕННЫХ АВТОМАТОВ
Чтобы управлять (даже не автоматически) каким-либо технологическим процессом, надо постоянно знать, какие при этом происходят изменения, измерять различные связанные с ними величины. Причем измерять нужно так, чтобы возможно меньше нарушать сам процесс производства. Часто результаты измерений необходимо передавать на значительное расстояние. Особое значение имеет точность измерений.
Рост автоматизации производства во многом зависит от совершенства измерительной техники. В современной автоматике в качество «органов чувств» — чувствительных элементов — широко применяют электриче
ские датчик и. Они измеряют различные механические, тепловые, химические и другие величины и преобразуют результаты измерений в электрический ток.
Для измерения механических напряжений в деталях машин часто используют тонкие проволоки, меняющие свое электрическое сопротивление при растяжении или сжатии. Для измерения температур берут проволоки, изменяющие свое электрическое сопротивление при нагревании и охлаждении. Существует множество электрических приборов для измерения расхода жидкостей и газов, определения составов жидкостеп и газов, измерения концентрации и т. д.
Чтобы приводить в действие рабочие органы современных автоматов, применяют самые разнообразные двигатели — пневматические, гидравлические. Но больше всего здесь работает электрических двигателей. Это «мышцы» современной техники.
СТАНКИ-АВТОМАТЫ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ
В начале этой статьи говорилось о станках-автоматах (циклических автоматах), которые не контролируют сами результатов своей работы. Чтобы пустить такой автомат в работу, его необходимо предварительно наладить. Если в процессе работы он разладится — например, инструмент, износившись, потеряет свой размер,— то будет выпускать бракованные изделия до новой наладки.
Если снабдить станок «органами чувств» — различными чувствительными измерительными приспособлениями — и соединить их с «нервной системой» из усилителей и реле, то получится более совершенная автоматическая машина. Благодаря системе обратных связей станки-автоматы способны без вмешательства человека выполнять сложные работы, ликвидировать брак, предупреждать его появление.
Например, на автоматических шлифовальных станках размер изделия во время обработки контролируется. В начале обработки скорость подачи шлифовального камня наибольшая. Когда измерительные прпборы покажут, что черновое шлифование закончено, исполнительный механизм уменьшает скорость подачи камня и переводит станок на режим чистового шлифования. Как только заданные размеры достигнуты, замыкаются соответствующие контакты, камень быстро отводится от изделия,
Рис. 12. Принципиалъная схема автоматического копировального фрезерного станка (пример так называемого следящего автоматического устройства). На суппорте, движущемся в направлении,показанном стрелкой,закреплены модель и заготовка, из которой должна быть получена копия модели. Легкий щуп прижимается к ней. Щуп и рама, на которой укреплена фреза, обрабатывающая заготовку, через сравнивающее устройство связаны с движком, Komopbii перемещается по сопротивлению. Движок подает на усилитель напряжение, которое пропорционально величине рассогласования между положением щупа и фрезы. Когда рассогласования нет, то и напряжение на входе усилителя равно нулю. Через усилитель это напряжение воздействует на двигатели, подающие фрезу в том или ином направлении.
станок останавливается п готовое изделие автоматически снимается, а в рабочем патроне автоматически же закрепляется следующая деталь.
Одни из распространенных типов станков с обратными связями — это копировальный фрезерный станок (рис. 12). Он изготовляет копии по модели. Есть станки, которые не нуждаются в модели: они могут работать прямо по чертежу. Чтобы «читать» чертеж, применяются фотоэлементы. Наконец, есть станки, которые могут работать и без чертежа,— достаточно в их командное устройство ввести данные некоторых главных опорных точек изделия. Счетное устройство, имеющееся в станке, само вычислит кривые, которыми должна быть ограничена поверхность изделия, и автоматически поведет по этим кривым рабочий инструмент (см. ст. «Машины-математики»).
Автоматически загружаются и закрепляются на столе заготовки, автоматически происходит вся обработка, съём готовых изделий и новая загрузка заготовок.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
Чтобы получилось готовое изделие, заготовка проходит целую линию разнообразных станков. Если каждый пз них работает автоматически, а между ними помещены автоматические механизмы, передающие изделие со станка на станок, то это и будет автоматизированная станочная линия. Впервые такая линия была создана рабочим Сталинградского тракторного завода И. П. Иночкиным в 1939 г. В настоящее время автоматические линии станков широко применяются во многих отраслях промышленности.
В Москве на Первом подшипниковом заводе работают автоматические линии, которые производят роликовые и шариковые подшипники (см. цв. рис., стр. 144).
Автоматические транспортеры подают заготовки подшипниковых колец на токарные автоматы. После токарной обработки следующие автоматы наносят на кольца клеймо с маркой завода, номером подшипника, годом выпуска. Затем кольца идут на термическую обработку — подвергаются закалке и отпуску. Следующие транспортеры подают кольца на шлифовку. На шлифовальных станках абразивные круги автоматически подправляются алмазом после обработки каждого кольца.
Отшлифованные со всех сторон до зеркальной чистоты подшипниковые кольца поступают на контрольно-измерительные автоматы. Если все размеры в норме, кольца уходят на сборку. Неточно изготовленные детали подвергаются дополнительной проверке на контрольно-измерительном автомате. Если брак исправим, автомат направляет деталь на дополнительную обработку. Окончательно негодная деталь сбрасывается в особый канал.
Автоматически производится и сборка подшипников. Эта операция имеет интересные особенности. Как бы точно пи обрабатывалпсь шарики пли ролики, в пх размерах всегда будет небольшой «разброс». Шарпки и ролики сортируются по своим размерам и раскладываются по различным бункерам. Кольца подшипников также пмеют некоторый разброс в размерах. Чтобы получить подшипники высокого качества, необходимо в соответствии с размерами каждой
пары колец подбирать размеры шариков. Так и поступает сборочный автомат: определив размер кольца, он «вызывает» шарики из соответствующего бункера.
После сборки автоматы смазывают подшипник, упаковывают его в бумагу и укладывают в коробку. На один конец автоматической линии поступают заготовки, а с другого конца выходит запечатанная коробка с готовым подшипником.
Дальнейшее развитие автоматических линий — это автоматические заводы. Автоматические линии и заводы дают высокую производительность труда. В наше время па них изготовляют все более и более сложные виды продукции. И недаром в решениях XXI съезда Коммунистической партии Советского Союза такое большое внимание уделяется комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Только на этой основе можно успешно решить задачи семилетнего плана.
АВТОМАТЫ—ПИЛОТЫ И МАШИНИСТЫ
Простейшие регуляторы способны поддерживать только постоянство какой-либо величины (уровня, скорости, температуры). Из них развились более сложные устройства, которые способны выбирать наилучшее значение регулируемой величины, изменять его в соответствии с изменившимися обстоятельствами. Автоматы все шире применяются для вождения судов, самолетов и поездов.
Простейшие регуляторы используют в качестве сигнала управления величину отклонения регулируемой величины от заданного значения. Более современные регуляторы снабжены датчиками, которые «чувствуют» не только отклонение регулируемой величины, но и скорость этого отклонения. Такой регулятор спосо-
Рис. 13. Автоматические устройства управляют современными самолетами.
бен «предвидеть» грядущий ход процесса. Он начинает действовать, когда отклонение лишь только намечается.
Опытный летчик, управляя самолетом, интуитивно учитывает не только величину отклонения его от курса, но и скорость и даже ускорение этого отклонения. Современные автопилоты способны выдерживать заданный курс с высокой степенью точности — лучше опытного и тренированного летчика.
Искусство вождения поездов — это прежде всего умение определить самый выгодный режим скорости. Машинист должен хорошо знать путь, учитывать все имеющиеся на нем закругления, своевременно предвидеть ограничения скорости, «чувствовать» массу поезда, силу инерции, тяговые характеристики локомотива.
Для искусного вождения поездов нужны определенные способностп и многие годы опыта.
В последние годы созданы машины, способные вести поезда лучше самого искусного машиниста.
При помощи точных датчиков автомашинист получает информацию о скорости движения и величине пройденного пути, учитывает коэффициенты сопротивления, массу поезда. За доли секунды автоматически численно решается дифференциальное уравнение движения поезда. На каждом участке пути автомат успевает произвести целую серию вычислений п, срав-
ПУТЬ В ЗАВТРАШНИЙ ДЕНЬ
В 1950 г. в СССР был построен первый в мире автоматический завод, изготовляющий поршни для двигателей внутреннего сгорания. Он выпускал 3500 поршней за смену, а обслуживало его всего 9 человек. К началу 1958 г. у нас уже было несколько сот автоматических станочных линий и целых цехов автоматов, в каждом из которых десятки различных станков обрабатывали детали без всякого участия людей.
За 7 лет у нас будет построено не менее 1300 различных автоматических линий, объединяющих работу десятков тысяч станков. Механизация и автоматизация всех работ только на трех заводах — Магнитогорском, Кузнецком и Нижне-Тагильском— обеспечат дополнительный выпуск 900 тыс. Т чугуна, 1200 тыс. Т стали и 930 тыс. Т проката. Это освободит нас от необходимости строить новый металлургический комбинат, на котором пришлось бы работать 15 тыс. человек.
Рис. 14. Автоматические устройства все шире применяются в промышленности и для научных исследований.
нивая полученные данные, «выбрать» паивы-годнейшпй режим движения поезда.
Автомашинист воспринимает все сигналы автоблокировки, учитывает постоянные и временные ограничения скорости и вырабатывает наиболее выгодную программу торможения. Он увеличивает эксплуатационную скорость движения, экономит энергию, потребляемую локомотивом, увеличивает пропускную способность железных дорог.
АВТОМАТИКА БУДУЩЕГО
Еще многие годы будут применяться циклические станки-автоматы без обратных связей и простейшие автоматические регуляторы. Но все шире будут входить в практику управляющие машины — автоматические вычислительные устройства. Получая информацию о свойствах сырья, качестве готовой продукции, различных характеристиках полу
фабрикатов, состоянии рабочих машин, они будут находить наилучшие варианты технологических процессов, ликвидировать и предупреждать брак и даже организовывать ремонт при отдельных поломках в различных звеньях автоматических линий (см. ст. «Машины-математики»).
На автоматических заводах будущего управляющие машины сами будут вести исследования различных вариантов технологических процессов. Они будут «накапливать опыт» методами анализа «проб и ошибок», вырабатывать себе «программу поведения» — технологические инструкции, обеспечивающие выпуск наибольшего количества продукции наивысшего качества. Машины будут подбирать наилучшие реакции в ответ на воздействия из внешней среды. Наилучшие реакции будут «запоминаться» в виде соответствующих записей. Автоматы будущего — это «воспитуемые» машины: с течением времени, накапливая опыт, они будут работать все лучше, все производительнее.
Множество автоматических устройств будет применяться в научных исследованиях. Автоматы будут вести наблюдения в глубинах океанов, в недрах Земли, автоматические лаборатории все дальше будут уходить в просторы космического пространства. Мы находимся в самом начале новой эры — автоматики.
В своем докладе на XXI съезде партии Н. С. Хрущев сказал: «В социалистическом обществе автоматизация имеет не только экономическое, но и большое социальное значение. При автоматизации коренным образом меняется характер труда, повышается культурно-технический уровень рабочих, создаются условия для ликвидации различия между умственным и физическим трудом; роль человека сводится к управлению автоматами и приборами, наладке их, составлению программы и режимов технологических процессов». Какое почетное дело— работать в области развития автоматизации, повышать власть человека вад природой!
ЧУДО-ПРИБОРЫ
Если заставить муравья вращать ротор динамо машины, то полученный ток вряд ли заметно нагреет нить даже самой маленькой лампочки самого маленького электрического фонарика. Но мощность муравьиной электростанции покажется гигантской при сравнении се с теми величинами, которые регистрируются наиболее чуткими приборами.
Измерение температур с точностью до одной стотысячной доли градуса, регистрация отклонении силы тока в миллиардные доли ампера, происходящие на протяжении миллионных долей секунды, и столь же быстрые колебания напряжения в стотриллионные доли вольта вот некоторые характеристики возможностей аппаратуры, с которой приходится иметь дело ученым и производственникам.
МЕЧЕНЫЕ АТОМЫ
Д/рюгие атомы окружающего пас мира имеют несколько разновидностей — изотопов.
Отличаются изотопы только количеством нейтронов в их ядрах. Число протонов и, следовательно, атомный помер у них одинаковы.
Среди атомов, встречающихся в природе, только у самых тяжелых элементов да у нескольких легких изотопы радиоактивны, нестабильны. Они излучают альфа-, бета- и гамма-лучи. Но за последнее время люди научились искусственно получать радиоактивные изотопы самых разнообразных элементов. Эти искусственные изотопы широко применяются в современной науке и технике.
Фабрикой этих чудесных излучателей служат атомные реакторы. В них под действием могучего потока нейтронов из самых обычных, стабильных, нераспадающихся, атомов образуются радиоактивные. Их еще называют мечеными, так как они отличаются от своих стабильных собратьев способностью излучения. Поэтому их присутствие легко обнаружить (подробнее о том, как образуются радиоактивные изотопы, можно прочесть в т. 3, ст. «Строение атома и атомная энергия»).
С помощью радиоактивных изотопов ведутся многочисленные исследовательские работы, их применяют в самых разнообразных приборах, устройствах, широко используют в промышленности. Вот несколько характерных примеров «работы > радиоактивных изотопов.
ИЗМЕРИТЕЛИ ГЛУБИН
Стремительным потоком вырываются из атомных ядер радиоактивные излучения. В вещества особенно глубоко проникают гамма-лучп. Если мы поставим на их пути толстую пластинку металла, то они ослабеют. Возьмем пластинку еще толще — сквозь нее лучи проходят совсем плохо. А для того чтобы установить интенсивность лучей, позади пластинки помещают фотопленку. Чем больше лучей попадет на нее, тем сильнее пленка засветится. По этому можно судить о толщине металла, сквозь который прошли лучи.
Но вот перед нами интересный снимок. На фотопленке видно какое-то неоднородное
Рис. 1. Вверху — изотопы водорода', внизу—гамма-лучи «видят» сквозь металл.
пятно. В середине оно темное, по краям — светлее. А поток гамма-лучей равномерный. Очевидно, в толще металла оказалась раковина, и в при лучи поглотились меньше. Значпт, с помощью гамма-излучателей можно «заглянуть» внутрь различных тел, выяснить, однородны ли они, нет ли в них дефектов. Так был сконструирован дефектоскоп (см. ст. «Что такое дефектоскопия»), с помощью которого скрытые дефекты металла становятся явными (рис. 1).
Чаще всего в таких дефектоскопах применяют искусственно изготовленный источник гамма-лучей — кобальт (Со-60).
Эти приборы применяют сейчас очень широко. С их помощью просвечивают изделия на машиностроительных заводах, сварные трубы, стенки котлов, корпуса кораблей.
КОНТРОЛЬ НА ХОДУ
Перед нами большая, сложная машина. Она прокатывает металл, изготовляет из него полосу толщиной всего в несколько миллиметров. Лента быстро проносится между валками. Раньше, чтобы измерить ленту, приходилось периодически останавливать прокатный стан и определять толщину ее. Теперь все измерения производятся автоматически, с помощью радиоактивных изотопов (рис. 2).
С одной стороны ленты укреплен излучатель, с другой — счетчик. Пока толщина проката постоянна, приборы ожидают. Но вот толщина отклонилась от нормы. Чуткий прибор тотчас же передает соответствующий сигнал машине.
Автомат изменяет расстояние между валками, и снова идет прокатываемая лента нормальной толщины. С помощью такой аппаратуры выпуск стальной ленты удалось увеличить почти в три раза!
Вот по конвейеру несутся пачки папирос. Машина так молниеносно фасует их, что человеческий глаз с трудом следит за ними. А ведь продукцию надо считать. И здесь помогают радиоактивные изотопы.
По одну сторону конвейера ставят излучатель, а по другую — счетчик. Папиросы поглощают часть лучей, и прибор сразу же отмечает это. Но он не просто считает изделия. Он активно вмешивается в работу конвейера. Стоит только замедлить темп — немедленно соответствующий сигнал пойдет на движущий механизм, и скорость движения увеличится.
Радиоактивные счетчики есть теперь на многих производствах.
СИГНАЛ ИЗ ЗАКРЫТОГО КОТЛА
В большом закрытом котле бурлит жидкость, происходят сложнейшие химические процессы. Человек не в состоянии заглянуть внутрь, посмотреть, что же там делается. Но это с успехом могут сделать за него приборы, использующие радиоактивные пзотопы. Пусть на поверхности жидкости плавает излучатель, а в крышке резервуара укреплен счетчпк. Еслп уровень жидкости поднимется выше, излучатель переместится и счетчик тотчас же зарегистрирует это. Таким образом, все время можно будет точно знать, какова высота жидкое!и в котле, нет ли опасных отклонений в ее положении.
Такие уровнемеры определяют уровень металла в вагранках, положение воды в паровом котле, уровень жидкости в громадных герметических устройствах химических заводов.
Подобным же способом можно измерять плотность жидкости. В целом ряде случаев химики имеют дело с различными смесями, движущимися по трубам. Нужен хороший способ контроля их плотности. Ведь химические процессы идут очень быстро, и отклонение от нормы может вызвать самые серьезные последствия (рис. 3).
Вспомним фотопленку, с которой мы начали наш рассказ. В зависимости от того, как по-глощалось радиоактивное излучение, на ней образовывались темные пятна различной плотности. Но ведь это поглощение зависит от плотности вещества, через которое проходят лучи. Значит, изменение этой величины можно проверять в самой жидкости. Так, например, измеряют качество водяной пульпы на землесосных снарядах. Этот метод позволил значительно увеличить производительность труда.
ВРЕДНЫЕ ЗАРЯДЫ
Вы расчесываете гребенкой сухие волосы. Как онп трещат! Иногда даже видно, как вспыхивают искорки. Это электрические заряды. Они образуются на всех трущихся непроводящих поверхностях. На этом явлении основано действие электрофорной машины.
Но такие заряды не всегда бывают полезны. Вот, шурша, работает текстильный станок. От трения возникают электрические заряды и скапливаются на нитях. И вдруг страшный взрыв разламывает машину, густой дым заволакивает помещение. И все это наделали как будто безобидные заряды, скопившиеся на шерстяной ткани. В воздух попали горючие газы, заряды создали искру — и вот что случилось!
Бывает и так: хочется запустить ткацкую машину быстрее, ио добиться этого невозможно, потому что заряженная электричеством ткань прилипает к валу машины; кроме того, насыщенные электрическими зарядами волокна начинают отталкиваться друг от друга, ткань портится, получается брак.
И вот появился незаметный, простенький прибор — радиоактивный сниматель зарядов. Теперь заряды уже не смогут скапливаться на трущихся поверхностях, так как воздух не будет больше разъединять их — он сам
станет проводящим, и электричество нейтрализуется.
В таких приборах используют альфа-излучатели. Вылетающие из радиоактивного источника альфа-частицы разбивают некоторое количество нейтральных молекул воздуха на заряженные электричеством ионы. Они проводят образующиеся в процессе работы заряды. А для рабочих легкая ионизация безвредна.
Гак радиоактивные изотопы помогают бороться с коварными электрическими частичками, которые могут вызвать столько неприятностей.
АТОМЫ СООБЩАЮТ
Как проникнуть взглядом в глубину горной породы? Ведь, может быть, совсем под нашими ногами лежат богатейшие месторождения полезных ископаемых, а мы ничего не знаем об этом и спокойно шагаем по скрытым от всех миллионам. И здесь человеку помогают радиоактивные изотопы.
Целый ряд горных пород обладает естественной радиоактивностью. В них есть мельчайшие вкрапления калия, торпя, >рана — излучающих элементов. Для поисков таких пород можно
Рис. 3. Так изотопы измеряют плотность жидкости.
ЧАСТИ ПЛАСТА ОТ ВОДОНОСНОЙ
Рис. 4. Радиоактивные изотопы
«видят» под землей.
просто опустить в скважину счетчик Гейгера (см. т. 3, ст. «Строение атома и атомная энергия») и измерить радиоактивность. Счетчик быстро отзовется на самые незаметные примеси излучающих элементов. Таким способом ищут, например, калийную соль — важнейший минерал, используемый в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
А вот другой способ. В одну глубокую скважину опускают радиоактивный источник, а в другую, параллельную ей,— счетчик. Затем источник излучения и счетчик медленно поднимают на поверхность. Расстояние между ними не меняется. Но породы, которые они проходят, по-разному поглощают гамма-лучи. Так
можно определить, какие породы залегают па различных глубинах. Это можно узнать и по отражательной способности различных пород. Дело в том, что часть излучения отражается от веществ, на которые они попадают. Тогда счетчик и излучатель помещают в одной скважине. Но регистрируются только отраженные лучи (рис. 4).
Для разведки нефти используют источники нейтронов. Наука выяснила, что под воздействием этих мельчайших частичек самые обычные, стабильные, атомы становятся радиоактивными. Но мощность и вид этой радиоактивности зависят от наличия того или иного элемента. Таким образом находят нефтяные пласты и очень часто определяют процент содержания нефти в этих пластах и ее качество.
Огромное значение сейчас приобретает так называемый метод меченых атомов. Все знают, что атом — мельчайшая частичка вещества, практически невесомая и не видимая. Но есть особенная группа атомов, которые сами дают о себе знать. Это атомы радиоактивных изотопов. Их всегда выдает излучение, этим атомам трудно скрыться.
А в остальном радиоактивные атомы ничем не отличаются от своих неизлучающпх собратьев. Они так же, как и обычные, вступают в различные реакции, так же распределяются в разнообразных смесях, в тех же пропорциях содержатся в различных веществах. Этим и пользуются при различных исследованиях, проводимых с помощью метода меченых атомов.
В целом ряде случаев ученых интересует, как распределяются атомы какого-нибудь элемента в сложной смеси с другими атомами. Особенно важно знать местонахождение различных атомов при изготовлении сложных сплавов. Здесь к исследуемому элементу добавляют немного его радиоактивного изотопа. Радиоактивные атомы, как и обычные, распределяются среди частичек других элементов. Но их присутствие очень легко обнаружить по излучению. Достаточно обследовать полученный сплав фотопластинкой или счетчиком—и сразу все выяснится.
Подобные исследования можно вести не только с готовыми смесями и сплавами. Некоторые измерения делают на ходу, во время самого процесса изготовления соответствующей смеси или сплава. Например, так контролируют плавку специальных сортов стали.
Меченые атомы сигнализируют о трещинах в трубах, дают возможность сразу же обнаружить малейшую утечку газа — для этого до-
статочно примешать небольшое количество соответствующего радиоактивного изотона к жпдкости илп газу, протекающим в трубах.
Гаков очень краткий перечень основных направлений, по которым работают радиоактив-
ные атомы. С каждым днем их применение становится все более широким, охватывая самые различные отрасли промышленности. Радиоактивные изотопы становятся верными помощниками человека.
НА ПЕРЕДНЕМ КРАЕ
д]ы постоянно читаем и говорим о том, что техника идет вперед, что совершенствуются машины, а наука добивается все больших и больших успехов.
Оглянемся только на десять лет назад. За это время свершилось многое, что еще недавно казалось фантастикой. Самолеты летают быстрее звука, в аэропортах появляются все новые и новые гигантские воздушные корабли. Работает атомная электростанция, плавает атомный ледокол. С каждым годом растет число автоматических линий, в жизнь входят новые мощные двигатели, запущены искусственные спутники Земли и космические ракеты. Техника шагает вперед семимильными шагами!
Огромное значение в современной технике имеет борьба за скорость. Она идет особенно остро и упорно в авиации. В 1939 г. был установлен мировой рекорд скорости на винтовом самолете — 755 км/час. Теперь серийные машины военной авиации летают со сверхзвуковыми скоростями, а пассажирские — со скоростью до 1000 км/час.
В октябре 1959 г. в СССР установлен абсолютный мировой рекорд скорости на самолете с турбореактивным двигателем — 2504 км час. В 1956 г. в США опытный самолет с ракетным двигателем развил скорость в 3680 км час (рис. 1).
Наибольшие скорости развивают пока летательные аппараты без людей — ракеты. С их помощью были запущены первые искусствен-
29 000кХс
3680
ЧАС
1000
ЧАС
^200 кХс.
ЮО ^АС
Рис. 1. Рост скоростей, полета.
Рис. 2. Сверху вниз: реактивный авиадвигатель; опытная газовая турбина; рекордная турбинка.
ные спутники Земли, первая искусственная планета Солнечной системы, первые лунники. Растут скорости не только летательных аппаратов, но и передвижения по суше и воде.
Рис. 3. Сверху вниз: прокатный стан; металлорежущий станок; сверхскоростной электродвигатель.
Рекорд, установленный гоночным автомобилем,— 633 км час. Предполагают, что в ближайшие годы он увеличится до 850 км час — иными словами, до скорости реактивного самолета. А пятьдесят лет тому назад наибольшая скорость, которой смогли достигнуть, была 106 км час. Электропоезд развил скорость 331 км час. Теплоход па подводных крыльях, построенный горьковскими судостроителями, проходит свыше 100 км час.
Скорость — один из важнейших показателей совершенства машин. Чем быстрее работает машина, тем больше продукции она дает. Поэтому машиностроители п ведут борьбу за скорость.
С каждым годом детали машин движутся все быстрее и быстрее (рис. 2). Газовая турбина авиационного двигателя совершает 15 — 18 тыс. об!мин. В небольших турбинах скорости доходят до 30—60 тыс. об/мин. Еще быстрее вращаются турбины, приводимые в движение силой сжатого воздуха. Здесь встречаются скорости в 100—200 тыс. об/мин. Одна такая крошечная экспериментальная турбинка установила рекорд — свыше 1 млн. об/мин\ Несколько тысяч оборотов в минуту делают валы электромоторов, паровых турбин, станков.
Скорость прокатки металла на современных прокатных станах можно сравнить со скоростью тепловоза (рис. 3). На проволочных станах прокатка идет со скоростью 120кл^/час. Новый тонколистный стан одного пз наших заводов работает со скоростью W км/час, а другой прокатный стан —126 км/час. С такой скоростью летает самолет По-2.
Со скоростью несколько тысяч метров в ми-нут5г обрабатываются сейчас на металлорежущих станках легкие сплавы. Сталь обрабатывают резцами из твердых сплавов со скоростью в несколько сот метров в минуту. За столетие скорости резания выросли примерно в 100 раз.
С высокими давлениями нам приходится сталкиваться в повседневной жизни, хотя мы этого зачастую п не замечаем. На конце иголки развивается давление в тысячи атмосфер, на конце гвоздя при ударе по нему молотком десятки тысяч. Для обработки металлов применяются прессы, в которых рабочее давление равно тысячам атмосфер. Высокое — свыше тысячи атмосфер — давление помогает химикам убыстрять реакции и получать больше готовых продуктов. Благодаря им стали возможными изготовление пластмасс, извлечение азота из воздуха п многие другие производства. Опыты показали, что при сверхвысоких давлениях —
Г12
свыше 100 тыс. атм — свойства различных веществ, в том числе и металлов, резко меняются. Оказалось, например, что можно изготовить вытягиванием под сверхвысоким давлением тончайшую проволоку, обладающую очень большой прочностью. Пока это явление изучается в лаборатории, но со временем оно найдет применение на практике.
Наивысшее давление, полученное в лаборатории сжатием,—425 тыс. атм. Вместе с высокими температурами высокие давления позволили создать искусственные алмазы, которые можно применять в промышленности.
Высокие давления возникают при взрывах. Направленным взрывом, когда газы не разлетаются беспорядочно в разные стороны,
а двигаются в одном направлении, пользуются в технике для строительства плотин, перемычек.
Техника пользуется не только высокими, но и низкими давлениями, добиваясь разрежения в ничтожные доли атмосферы. Высокий вакуум нужен для химических производств. Чтобы получить металлы очень высокой степени чистоты, плавку ведут под вакуумом. Из стеклянных колб электронных приборов, например трубки телевизора, дно которой служит экраном, или баллона радиолампы, откачивают воздух. Нить электрической лампочки быстро перегорела бы, если бы в ней остался кислород воздуха, поэтому здесь также приходится прибегать к вакууму. Сейчас уже достигнуто разрежение в тыся-
чемпллиардную долю атмосферы. В природе такой вакуум можно встретить лишь на границе межпланетного пространства (рис. 4).
В технике часто приходится встречаться и с высокими температурами—при плавке металлов, в тепловых двигателях, химических производствах. В камере сгорания жидкостного ракетного двигателя развивается температура около 4000 . Такая же температура нужна для водородно-кислородной сварки. В лабораториях были получены гораздо более высокие температуры — в десятки тысяч градусов.
С помощью электрического тока, раскалявшего проволоку, удалось получить 25 000 . При полете пулп или снаряда возникают волны сжатого и сильно нагретого воздуха. В «ударной» волне получили температуру 40 000 . Сверхвысокие температуры — в сотни тысяч градусов — развиваются при взрыве. Наивысшие цифры относятся к атомному и термоядерному взрыву—миллионы градусов (рис. 5). В последнее время ученые сумели в лаборатории достигнуть температуры 5000000 —при попытках получить термоядерные реакции в сильно разреженном газе.
Наряду со сверхвысокими температурами в технике создаются и используются сверхнизкие температуры. Машиностроители применяют обработку холодом. Охлаждение металлов до 70—100 ниже нуля после закалки приводит к улучшению их свойств. Оказалось, что глубокое охлаждение можпо применять при штамповке: оно делает металл более прочным. Особенно полезно охлаждать изделия при сборке узлов машины. Раньше, для того чтобы получить плотное соединение, нагревали корпус, а теперь втулку или вкладыш подшипника, прежде чем запрессовать, охлаждают жидким воздухом.
Широко используются в технике жидкие воздух п газы. Для их сжижения требуются очень низкие температуры. Применяя глубокое охлаждение, ученые смогли очень близко подойти к «абсолютному нулю». От него их отделяет сейчас всего четыре десятитысячные долп
градуса. Выяснилось, о при сверхнизких температурах некоторые металлы приобретают свойство проводить электрический ток без потерь на сопротивление — сверхпроводимость. Это явление нашло применение в приборах.
Технике требуются все более сильные двигатели. Мощность в несколько тысяч лошадиных сил развивают поршневые двигатели внутреннего сгорания. Авиационные газотурбинные установки на крупном самолете обеспечивают такую же мощность, как электростанция целого города. Паровые и гидротурбины создаются уже на 400 и даже 600 тыс. кет. Наивысшие показатели у ракетного двигателя. При взлете ракеты с искусственным спутником Земли он создает мощность в миллионы киловатт—больше, чем у крупнейшей в мире Волжской гидроэлектростанции им. Ленина.
В мире машин мы встречаемся с ростом скоростей, давлений, температур, мощностей— тех показателей, которые характеризуют их работу. В мире электровакуумных приборов мы встречаемся с огромными цифрами, которые относятся уже к ничтожно малым частицам — электронам. Электромагнитными силами удается разогнать электроны почти до скорости света — 300 тыс. км/сек. В рентгеновской и электронно-лучевой трубках электроны несутся со скоростью в десятки тысяч километров в секунду. Благодаря огромным скоростям движения электронов можно измерять промежутки времени в миллионные и даже миллиардные доли секунды.
Температура внутри электронных приборов может достигать десятков и даже сотен тысяч градусов. Это объясняется огромной быстротой движения частиц внутри них. Но так как частиц этих мало п движутся они в пустоте, то ощутить столь высокий нагрев невозможно, п стеклянная колба прпбора остается холодной.
Техника быстро движется вперед. То, что сейчас—рекорд, вскоре станет обычным, появятся еще более скоростные машины, совершенные приборы, в повседневный обпход войдут еще более высокие температуры и давления.
Автоматическая линия для производства подшипников здесь показана упрощенно: 1 и 2—механическая обработка труб и получение заготовок внутренних и наружных колец; 3—клеймение колец; 4—магазин для храпения запаса колец; 5 и 6 — термообработка; 7—очистка водой от окалины; 8—обработка холодом и снова закалка; .9—магазин для запаса колец; 10 —плоскоешлифование; 11—шлифование канавки внутреннего кольца; 12—обработка внутренней поверхности внутреннего кольца; 13—обработка желобка наружного кольца, 14--обработка поверхности наружного кольца; 15—автоматический контроль; 16 и 17—сборка подшипников; 18—смазка и упаковка готовых подшипников.
223 10
кпд
35,8 iU
кпд
кпд
кпд
КПД китч В год
177 б-id7
() жу щ а я сила
w в х н и к и
ез использования энергии невозможна жизнь общества. Энергия приводит в движение станки и инструменты, локомотивы и самолеты, тракторы и автомобили, океанские суда и поезда метро. В год во всем мире потребляется свыше 30 тыс. млрд, квт-ч энергии. Из каких же ^источников черпается такое огромное ее количество?
ЭНЕРГИЯ В ТЕХНИКЕ
До нашего времени основным источником энергии, используемой в технике, было Солнце. Ежегодно солнечные лучи приносят на Землю 620 млп. млрд, квт-ч энергии. Земля поглощает ее разными способами. Нагревается почва и вода морей и океанов, создается круговорот воды и движение воздуха, растут леса. Усвоенная органическими соединениями энергия солнечного излучения тысячелетиями накаплп-
Мировые запасы энергии подразделяются на две группы. Группа слева (показана синим цветом) — запасы, постоянно восполняемые природой. Справа (показана оранжевым цветом) невосполняемые запасы. Цифры в кружках показывают величину запасов энергии данного вида в киловатт-часах .В процентах показано наибольшее значение к. п. д., достигнутого в современных условиях при превращении энергии данного вида в электрическую. Так, разведанные запасы нефти в недрах Земли при коэффициенте полезною использования заключенного в нефти тепла, равном 40% (это к. п. д. дизельного двигателя), могут дать количество энергии, выражаемое колоссальной цифрой —220 • 10>2, пли 220 000 000 000 000 квт-ч\
Е’ Детская энциклопедия, т. 5
145
лается в подземных кладовых Земли в виде ископаемого топлива: угля, сланцев, нефти, 1 аза.
Источники энергии естественно разделить на в о с п о л н я е м ы е — непосредственное тепловое излучение Солнца, движение воды и ветра, древесное топливо и н с в о с и о л-н я е м ы с — каменный и бурый уголь, торф, нефть, сланцы, горючий газ. Кроме того, есть еще такие источники, как энергия приливов и внутреннее тепло Земли (см. цв. рис., стр. 145).
Нужно учесть не только количество, но и качество энергии, отличающее одни источники от других. Основные качественные признаки— это удобство использования источников энергии и емкость ее носителя, т. с. количество энергии, заключающееся в единице веса содержащего энергию вещества — воздуха, воды, топлива.
Например, энергия воды удобнее энергии ветра, потому что давление воды на единицу поверхности рабочего органа (крыла пли лопатки) больше давления воздуха, а колебание количества энергии в водяных потоках меньше, чем в воздушных. Поэтому водяные установки работают равномернее ветровых и имеют значительно меньшие размеры при равной мощности.
Велика энергоемкость горючего. В каждом килограмме топлива заключено несколько миллионов килограммометров энергии. Один килограмм бензина — это приблизительно 5 млн. кГм
энергии. 1 акая энергоемкость позволяет самолету лететь без посадки тысячи километров. Л в килограмме воды в водоеме, поднятом плотиной на 30—40 м, содержится только несколько десятков килограммометров энергии. Поэтому поток воды нельзя использовать в подвижных устройствах для получения первичной энергии: вода «прикована» к реке.
Из-за небольшой энергоемкости такие источники энергии, как непосредственное излучение Солнца, теплота океанов, приливы, несмотря па их большие и постоянно восполняемые запасы, почти не применяются в современной энергетике. Они требуют громадных и дорогостоящих устройств. Основным источником энергии служит энергоемкое топливо. Вот, к примеру, энергетический баланс мира в 1952 г. (см. рис.).
Из 29 000 млрд, квгп-ч, заимствованных от природных источников, 28 300 млрд, квгп-ч, или 97,6°о, приходится на долю горючего (угля, нефти, газа) п растительного топлива. Всего только 400 млрд, квт-ч, или 1,4%, получено от водяных потоков. 300 млрд, квт-ч, пли 1 °(., падает на энергию человека и животных.
Остальные источники — солнечное излучение, ветер, подземное тепло и пр.— составляют небольшие доли процента и даже не внесены в диаграмму баланса.
Куда и как попользуется заимствованная у природы энергия?
Оказываемся, больше половины се, почти 65 ‘о, бесполезно теряется. Это происходит преимущественно за стет утечки тепла у главных его потреби гелей — в отопительных и пищеварочных печах, на металлургических и химических' заводах.
Оставшиеся 35,1 °о полезно используются в виде тепла (27,9 %; пз них две трети— в промышленности и одна треть в быту) и в виде механической работы (7,2 %)— на привод станков, локомотивов, тракторов, трамваев, лифтов и т. д.
Природная энергия — первичная. За се счет вырабатывается в т о р и ч н а я энергия — электрическая. Диаграмма баланса показывает, что в 1952 г. 3 % всей полученной от природы энергии превращалось в электрическую (1,6% — па тепловых и 1,4 %— па гидравлических электростанциях). Но неужели процент электрификации так незначителен?
Посмотрим снова на рисунок. Промышленность потребляет па механическую работу 2 % пз этих 3 °о электрической энергии Значит, прп полной электрификации механической работы в промышленности остается еще 1 %. Эту электроэнергию используют частично на транспорте — для движения поездов, а тепло-
i
4
I
I
ЭЛЕК ТРОС ТА II ЦП Я И ЛОШАДИ
Мы говорим, что мощность одной электростанции равна 100 кст, а другой — 1 млн. кет.
Каждый киловатт соответствует примерно мощности двух живых лошадей. Работу скольких же лошадей заменяет электростанция мощностью в 1 млн. квпЛ Лошадь на полную мощность изо дня в день способна работать в среднем по 8 час. Значит, наша электростанция заменяет не 2 млн., а целых 6 млн. живых лошадей. «Шеренга» пз стольких лошадей не поместится вдоль железной дороги, протянувшейся от Ленинграда до Владивостока. А ведь в 1959—1965 гг. у нас будут строиться станции не только в миллион, ио и в 3 и даже 5 млн. квт\
в у ю энергию в электротермических аппаратах — печах, нагревателях и т. д. Очевидно, что в современной жизни электрическая энергия играет громадную роль. И возможности ее дальнейшего применения на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту огромны.
ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ НАШЕЙ СТРАНЫ
ТТЁем п ночью неутомимо работают электро-станции. Непрерывно шлют они электроэнергию в города и колхозы, на фабрики и заводы.
Надевая новый костюм, разрезая за столом свежий хлеб или наливая себе стакан воды, вы и не задумываетесь, сколько на это затрачено электроэнергии. А расход ее не мал. Чтобы сшить, например, костюм, надо израсходовать около 5 квт-ч электроэнергии. А все энергетические затраты на каждые 6—7 кГ хлеба, начиная с подготовки семян к посеву и кончая доставкой в булочную, составляют около 1 квт-ч\ Даже чтобы очистить, доставить в город и поднять в квартиры обычную водопроводную воду, нужна электроэнергия.
Электрическая энергия проникла во все отрасли народного хозяйства. Она освобождает человека от тяжелого труда, облегчает ему
жизнь, помогает раскрывать сказочные богатства природы.
В. И. Ленпн учил, что новый, коммунистический строй победит, когда будет достигнута более высокая, чем при капитализме, производительность труда. Добиться этого можно лишь при помощи крупной, построенной по последнему слову науки и техники маш пн ной индустрии. Основа же современной техники— электрическая энергия. «Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны», — указывал Владимир Ильич Ленин.
Преимущества электричества перед дру гимн видами энергии безграничны. Его можно получить из любой другой энергии и превратить в энергию разных видов. Электрический ток без больших потерь можно передать на расстояние. Электрические станции наиболее экономно используют энергоресурсы. Электрическая элер-
1913 г.
1920г.
1940 г.
1958г.
1965 г.
Рис. 1. Рост выработки электроэнергии в нашей стране (в млрд, квт-ч).
гия ускоряет производственные процессы, вызывает к жизни новые отрасли промышленности — электрохимию, электрометаллургию, высокочастотную обработку металлов и пр.,— позволяет широко внедрять автоматику и телемеханику в производство.
В. И. Ленин еще в первые годы Советской властп выступил как вдохновитель и организатор создания знаменитого плана электрификации России — ГОЭЛРО.
По этому плану через 10—15 лет страна должна была вырабатывать 8,8 млрд, кет-ч электроэнергии в год.
Некоторые считали тогда этот план фантастическим. Трудно было мечтать в суровом 1920 г., во время хозяйственной разрухи, голода, эпидемий.
В тот год все электростанции молодой республики дали лишь 500 млн. квт-ч электроэнергии. Но советские люди были увлечены ленинской идеей электрификации страны.
Прошло всего 10 лет, и план, казавшийся столь дерзким, был перевыполнен. А уже в 1950 г. Советский Союз по производству электроэнергии вышел на первое место в Европе п на второе — в мпре.
Советские электростанции в 1965 г. выработают 500—520 млрд, кет-ч электроэнергии— в 1000 раз больше того, что могли дать электростанции молодой Советской республики в 1920 г.
За семилетку вступят в строй электростанции общей мощностью примерно в 60 млн. кет. Это значит, что ежегодно будет осуществляться по 5 — 7 планов ГОЭЛРО!
Электрификация — одна из основ важнейших областей советской экономики. Почти 70 ° 0 всей производимой в нашей стране электроэнергии потребляется промышленностью.
Электроэнергетика все глубже проникает в царство машин. Она все решительнее вторгается в исполнительный механизм машины,
требуя новых конструкции. Электромоторы «врастают» в тело машины. Статор и ротор перестают оыть только двигателями — это уже рабочие части механизма.
Значение электрификации особенно возросло в связи с созданием новых автоматических линии и заводов-автома юв. Современная механизация, автоматизация и телемеханизация основаны на использовании электричества.
Электричество дает нам все большую власть над превращением вещества. Новые методы химии и новые процессы в химической технологии основаны па применении энергии. Современная техника— это техника больших скоростей, высоких давлении, высоких механических и электрических напряжений, очень высоких и очень низких температур. Тут нужны новые материалы со специальными, улучшенными свойствами: коррозийно- и жароустойчивые металлы, легкие сплавы, полупроводники, ферромаг-нпты, пластические массы. Эта новая обширная область производства материалов отличается огромной электроемкостью. Так, для производства тонны алюминия необходимо 17 — 19 тыс.квш-ч. А для выплавки тонны качественной стали, легких и редких металлов или специальных сплавов электроэнергии нужно потратить от 15 до 60 тыс.квт-ч.
Огромное количество электроэнергии нужно нашим заводам. Например, на каждого рабочего металлургического комбината в год приходится до 30 тыс.квт-ч электроэнергии, а на рабочего заводов электростали — до 150 тыс.кет-ч!
Особенно важна сейчас и проблема электрификацпп сельского хозяйства. За период с 1959 по 1965 г. предполагается завершить в основном электрификацию всех колхозов, а электрификация РТС и совхозов будет закончена раньше. В распоряжении тружеников полон будет в 4 раза больше электроэнергии, чем в 1959 г.
На железных дорогах широко внедряется электрическая тяга. В результате их пропускная способность увеличивается в 2 с лишним раза, а расход топлива сокращается в 3—4 раза.
К концу семилетия электровозы будут водить поезда на всем протяжении магистралей Москва — Дальний Восток, Москва — Свердловск, Караганда — Магнитогорск — Уфаит. д.
Много электроэнергии нужно и жилищному строительству. Чтобы построить современный дом па 120 квартир, необходимо затратить почти
млн. квт-ч электроэнергии.
1929г. 1933г. 1957г. 1941г, 1945г. 1949г, 1953 г. 1955с 1953 г
ic. 2. Темпы роста выработки электроэнергии в СССР и основных капиталистических странах.
•Электроэнергия нужна будет и в быту, и для развития радио, телевидения, кино. В 1965 г. только телевидению страны потребуется мощность пятидесяти Волховских ГЭС!
Главная роль в энергоснабжении принадлежит тепловым электростанциям. Сейчас примерно 81 % электроэнергии (и при этом 100 % централизованного теплоснабжения) дают тепловые электростанции (подробнее см. ст. «Фабрика тепла и электричества»). Их удельный вес и значение будут увеличиваться.
За семилетие у нас будут введены в действие новые гиганты теплоэнергетики общей мощностью в 47—50 млн. кет. Опп будут располагаться в восточных районах, вблизи богатейших залежей угля, непосредственно у больших, многоводных рек. Ведь в тонки электростанции мощностью в 2,4 млн. кет нужно подавать в сутки более 20 поездов угля. Расход воды для охлаждения конденсаторов турбин и других нужд станции достигает 100 м3/сек. Это — семь таких потоков, как Москва-река!
Полным ходом идет проектирование и строительство мощных атомных электростанций. В 1958 г. введена в строй первая очередь— на 100 тыс. кет — самой крупной в мпре атомной электростанции мощностью 600 тыс. кет. Строятся мощные АЭС в Воронежской области, на Урале и других местах.
Огромное значение для страны имеет развитие особого направления теплоэнергетики— теплофикации. Теплофикация — это подача потребителю горячей воды или пара, отработавшего на электростанции. При этом топливо используется наиболее выгодно: тепло
электроцентрали (ТЭЦ) повышают коэффициент использования топлива примерно в 2 раза но сравнению с обычными электростанциями. Это очень важно, так как на тепловые нужды промышленности идет около половины всего добываемого в стране топлива. 1ак, па производство тонны бумаги необходимо до 5 т пара, тонны резиновых изделий — до 20 т, тонны пластмасс — более 10 т, тонны пряжи и сукон—от 10 до 20 т.
Каждый год к разрастающейся тепловой сети ТЭЦ присоединяется свыше 2 тыс. зданий. Прежде в них пришлось бы установить около 4 тыс. отопительных котлов. Обслуживать эти котлы должны были бы более 5 тыс. истопников. Котельные занимали бы в домах площадь около 60 тыс. м2! А сколько пришлось бы затратить средств па топливо и транспорт! Мощность всех советских ТЭЦ уже превысила 12млн. кет, а в 1965 г. она достигнет 30 млн. кет.
Какие же типы электростанции будут создаваться в семилетке?
Строительство гидроэлектростанций отнимает больше средств п времени, чем тепловых. На средства, необходимые для сооружения одной гидроэлектростанции, можно гораздо быстрее построить две тепловые, которые будут вырабатывать в 4—’б раз больше электроэнергии. Правда, энергия тепловых электростанций дороже. Но зато они дадут ее раньше, и мы быстрее расширим производство и повысим производительность труда. А это окупит расходы на выработку 1 квт-ч. Поэтому в предстоящем семплстип (1959—1965) решено строить больше тепловых электростанций, чем гидроэлектрических.
БОРЬБА ЗА ЭКОНОМИЮ
Когда речь заходит об экономии электроэнергии, рука невольно тянется к выклю- чателю, чтобы погасить лампочку в комнате пли коридоре. Если 10 млн. школьников (а у нас в стране их втрое больше) сделают так, чтобы 10 млн. 40-ваттных лампочек горели вечерами на одни только час меньше, чем обычно, они сберегут том самым 400 тыс. квт-ч электроэнергии.
А этого достаточно, чтобы полную смену на заводах работали 5 тыс. мощных мета л лообраба гы лающи х стаи ков.
Но, конечно, по только школьники должны экономить электроэнергию. На не- } которых заводах и фабриках окна так загрязнены, что приходится работать при лампах и днем. Стоит вымыть окна и лампы погаснут, а станки получат дополнительную энергию. На улицах лампы накаливания надо заменять более экономичными газосветными лампами. Специалисты подсчитали, что п.ч-за неполадок в промышленности и на транспорте теряется ежегодно столько же электроэнергии, сколько выра- J батывает ее самая мощная в мпре Волжская ГЭС им. В. 11. Ленина.
По призыву партии у нас в стране начался всенародный поход за экономию электроэнергии. \
Рис% 8. Так будет выглядеть карта Единой энергетической системы СС( I .
ЭНЕРГИЯ — ДВИЖУЩАЯ СИЛЛ ТЕХНИКИ
БРАТСКАЯ ГЭС
''У \
р.&олга СТАЛИНГРАДСКАЯ ГЭС
ГРАНД-КУЛИ (США)
5000
4500
Рис. 4. Мощность крупнейших гидроэлектростанций мира (в тыс. кет).
ные мельницы и многое другое, да и сам газ намного дешевле угля. Поэтому электроэнергия, которую вырабатывают такие станции, стоит еще на 20 0о дешевле энергии, получаемой на ГРЭС (государственная районная электростанция), использующей уголь.
Однако всемерное развитие теплоэнергетики вовсе не означает, что прекращается строительство гидроэлектростанций. В 1957 г. вступила в действие Волжская гидроэлектростанция им. В. И. Ленина (2,3 млн. кет). В конце 1958 г. начали действовать первые тур-2300 бины Сталинградской станции (2,56 млп. кет). Еще большими будут Братская гидроэлектростанция на Ангаре 1974 (4,5 млн. кет) и Красноярская (5 млн. кет) на Енисее. И уже совсем грандиозными будут ги-
дроэлектростанцип на Нижнем Енисее и Лене
Очень экономичны крупные электростанции, работающие на природном газе. Здесь не нужны расходы па транспорт, склады, уголь-
мощностью в 6—10 млн. кет каждая.
Так претворяется в жизнь мечта великого Ленина об «электрической стране».
РЕДКИЕ ТРИЛЛИОНЫ
Некоторые элементы, например железо, образуют огромные скопления в земной коре; другие рассеяны в воде и в горных породах в виде ничтожных примесей. Так, в морской воде содержится десятимпллиопная доля процента марганца. Это число кажется нам ничтожным. Но зачерпните морскую воду наперстком, и в нем окажется несколько сот триллионов атомов марганца.
Благородный газ — ксенон, которым наполняют колбы электрических лампочек, составляет четыре стотысячные весовые доли процента воздуха. Чтобы добыть литр ксенона, надо обработать 2,5 млн. л воздуха! Но в каждом наугад взятом кубическом сантиметре воздуха мы найдем все же до 1 млрд, атомов ксенона. Зная это, мы можем по достоинству оцепить редкость радона — газа, образующегося при распаде атомов радия. В каждом кубическом сантиметре воздуха у поверхности Земли содержится в среднем всего один его атом.
ГЕНЕРАТОРЫ ЭНЕРГИИ И ДВИГАТЕЛИ
Пн е р г и с й в физике называется способность физических тел, находящихся в определенных условиях, двигаться, приводить в движение, производить работу. Эту способность физических тел используют в технике при помощи осооых машин — двигателей. Они превращают любой вид энергии в механическую работу, в движение.
По виду используемой энергии двигатели разделяются на первичные и в т о р и ч-н ы е. Первичные используют непосредственно энергию природы: тепло горения топлива, движение воды, ветер. Вторичные работают на энергии, выработанной другими машинами (генераторами) из энергии природы. Они предназначены для более удобного распределения п использования энергии. Наиболее распространенные вторичные двигатели — электрические. Для их работы необходимы электрические генераторы, которые приводятся в движение первичными тепловыми пли гидравлическими двигателями.
По видам используемой энергии двигатели делятся па следующие группы:
Энергия Двигатели
первичные вторичные
Тепловая Паровые машины Паровые турбины Двигатели внутреннего сгорания Газовые турбины —
Гидравлическая Гидравлические турбины Гидравлические
Ветровая Ветродвигатели —
Электрическая — Электрические
Энергия сжатого воздуха Пневматические
Ядер пая энергия Двигателя пока нет. В ядер пых энергетических установках тепло атомной реакции используют для работы тепловых двигателей
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Аепловой двигатель — это машина, преобразующая тепло в механическую работу. Современная техника знает четыре вида тепловых двигателей: паровую машину, паровую турбину, двигатель внутреннего сгорания и газовую турбину. Они очень непохожи друг на друга, и прежде всего — по роду используемого в них рабочего вещества: в паровых двигателях работает пар, в газовых—газы.
Затем тепловые двигатели делятся на порши е в ы е и роторные. В поршневых— пар или газ давит на поршень, который движется внутри цилиндра двигателя и передает производимую им работу коленчатому валу. В роторных — струя газа или пара отдает энергию своего движения лопаткам, насажен-» ным на диски или па барабан. К поршневым двигателям относятся паровая машина и двигатели внутреннего сгорания; к роторным— паровая и газовая турбины.
Каждый из тепловых двигателей, в зависимости от его особенностей, имеет в технике свое применение.Чтобы ясно представить себе,почему в том или ином конкретном случае применяется тот или иной тип двигателя, необходимо подробно ознакомиться с основами их устройства и действия.
ПАРОВАЯ МАШИНА
Паровая машина (рис. 1) — это поршневой двигатель, преобразующий потенциальную энергию пара в механическую работу. Основная часть ее — цилиндр 7, в котором движется поршень 2. Пар из парового котла, поступая то в одну, то в другую часть цилиндра, заставляет поршень двигаться вправо п влево. Это движение передается через шток 6 п шатун 7 коленчатому валу с ведущим шкивом. Пар из котла поступает по трубе в камеру. В ней расположен золотник 4 парораспределения, который приводится в движение от вала 8 через тягу 11 и шток 10. Двигаясь вправо и влево, золотник впускает пар то в одну, то в другую полость цилиндра. Когда пар входит в одну пз них (например, в левую), то пз другой он выходит (через отверстие 5 в трубу). Чтобы коленчатый вал вращался равномерно, на него насажен тяжелый маховик ,9.
В течение всего XIX в. паровая машина
Рис. /. Схема работы паровой машины.
Вверху — пар (черные стрелки) поступает в трубу 3. проходит через золотник 4, через канал а и давит на поршень 2. движущийся в цилиндре / вправо. Из другой полости цилиндра отработавший пар (белые стрелки) проходит через канал б через золотник и уходит в трубу 5. Движение поршня передается через шток 6 и шатун 7 коленчатому валу 8. на котором насажен маховик 9. От этого же вала через тягу 11 н шток 10 приводится в движение золотник Внизу показано обратное движение поршня.
была самым распространенным двигателем. Она приводила в движение станки заводов и фабрик, винты пароходов, колеса паровозов, обслуживала рудники, шахты, стройки. Но в XX в. опа постепенно утратила свое былое значение. Бурно развивавшейся технике понадобились двигатели большей скорости и мощности, легкие и экономичные. Паровая машина оказалась неспособной удовлетворить этп требования. Ведь мощность ее зависит от давления пара, размеров цилиндра п числа оборотов.
Если увеличивать давление, то цилиндр надо делать меньше, чтобы он был прочнее. Если же увеличивать размер цилиндра, он будет давать меньшее число оборотов, так как быстрое движение поршня вызовет громадную силу пнерцип. Поэтому мощность паровых машин ограниченна. Самые мощные машины этого типа — по 17 500 л. с. каждая — были установлены на океанском пароходе, построенном в 1900 г. В настоящее время паровую машину применяют главным образом в качестве двигателя паровоза п локомобиля — легкой паросиловой установки на колесах, используемой в сельском хозяйстве.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Двигатель внутреннего сгорания — другой тип поршневого двигателя. От паровой машины
он отличается тем, что топливо сгорает у него не в топке парового котла, а непосредственно в цилиндре (рис. 2, 3).
3 еперь это самые распространенные тепловые двигатели в мире. Они более экономичны, чем паровые машины, не имеют тяжелого котла п поэтому находят применение в самых различных областях техники. Цепное свойство этих двигателей — небольшой их вес по отношению к единице развиваемой мощности. Так, автомобильный двигатель весит всего 1 кГ на 1 л. с.
Двигатели внутреннего сгорания приводят в действие автомобили, самолеты, т ракторы, речные п морские суда, тепловозы и многие другпе машины.
По способу заполнения цилиндра топливом двигатели внутреннего сгорания делятся на двухтактные и четырехтактные (подробнее о его работе см. ст. «Автомобили»).
У двигателей высокого сжатия — д п з е-
Рис. 2 Так работает карбюраторный двигатель внутреннего сгорания:
1 — поршень; 2 — карбюратор; з — топливный бак, 4 — запальная свеча; 5 — магнето. 6 — труба для выхлопных газов, 7 распределительный валик, управляющий всасывающим и выхлопным клапанами, 8 — валик, передающий движение масляному шестеренчатому насосу, 9— водяная помпа, 10— радиатор.
четыре такта, происходящих за два оборота вала, протекают несколько иначе, чем в карбюраторном двигателе. Поршень здесь засасывает и затем сильно сжимает не смесь топлива с воздухом, а чистый воздух. Когда на втором такте поршень достигнет своего верхнего положения, в полость двигателя вбрызгивается через форсунку жидкое топливо. От высокой температуры сжатого воздуха топливо воспламеняется и толкает поршень вниз.
В отличие от паровой машины, у которой пар все время давит на поршень и толкает его то в одну, то в другую сторону, у четырехтактного двигателя внутреннего сгорания на четыре такта п два оборота вала приходится только один рабочий ход. Это снижает мощность такого двигателя.
двухтактного двигателя рабочий ход приходится иа каждый оборот вала. Однако краткий промежуток времени, пока поршень находится в ипжнсм положении, недостаточен для того, чтобы хорошо очистить полость двигателя от продуктов сгорания. Это препятствует широкому применению двухтактного двигателя.
II четырехтактный и двухтактный двигатели могут работать как на легком топливе, которое распыляется в карбюраторе и подается вместе с воздухом в цилиндр после продувки, так и на тяжелом моторном топливе, которое вбрызгивается в полость цилиндра в конце хода сжатия.
Широкое применение в современной технике двигателей внутреннего сгорания привело к довольно обширной их специализации. Помимо разделения на четырехтактные и двухтактные, они подразделяются:
1) По процессу сжигания топлива — на двигатели быстрого сгорания и двигатели постепенного сгоранпя. У первых смесь паров топлпва с воздухом сгорает почти мгновенно. У вторых топлпво подается отдельно от воздуха и сгорает по мере вбрызгивания его в цилиндр.
2) По способу зажигания горючего па двигатели с электрическим з а-ж и г а и и е м, двигатели с запальным шаром (калоризатором) и дизельные двигатели. У первых горючее воспламеняется от искры тока высокого напряжения. У вторых при запуске нагревается запальный шар, а затем за счет теплоты предыдущего рабочего хода зажигается вбрызгиваемое горючее. У Дизельных же двигателей вбрызнутое в копце хода сжатия горючее воспламеняется благодаря высокой температуре сжатого воздуха.
Рис. 3 Основные механизмы дизельного двигателя
внутреннего сгорания:
1 — поршень; 2 — топливный насос; 3 — топливный бак; 4 — воздухофильтр; 5 — клапаны; 6 — выхлопной патрубок, 7 — распределительный валик; 8 — валик масляного насоса, 9 — водяная помпа; 10 — радиатор
3) По используемому виду топлива — на газовые, использующие естественный пли искусственный, получаемый из твердого топлива (генераторный) газ; на двигатели легкого топлива, пли карбюраторные (бензпповые), п па двигатели моторного топлива (нефтяные).
4) По конструктивным особенностям — на вертикальные п горизонтальные, о д п о- и мн о го цилиндр о вне, V-o б р а з н ы е (цилиндры которых расположены под углом, как в латинской букве V) и звез-д о о б р а з и ы е (цилиндры которых расположены вокруг вала, как спицы колеса).
Очень распространенный тпп двигателя— четырехтактный карбюратор-н ы й. На нашей схеме (рпс. 2) показан такой двигатель с одним цилиндром (обычно пх бывает 4, 6, 8 и даже 12).
Для бесперебойной работы в двигателе внутреннего сгорания есть ряд систем: распределения, зажигания, питания, охлаждения и смазки (подробнее см. ст. «Автомобили»).
ПАРОВАЯ ТУРБИНА
Паровая турбина отличается от паровой машины и двигателя внутреннего сгорания тем, что использует не давление пара или газа на поршень, а скорость движения газа или пара. Для этого необходимо давление (потенциальную энергию) пара пли газа превратить в энергию движения (кинетическую энергию).
Если взять прочный сосуд, наполнить его паром под высоким давлением, а затем открыть отверстие в стенке этого сосуда, то пар с большой скоростью будет вырываться наружу. Казалось бы, чем больше давление внутри сосуда, тем больше будет скорость вытекающей струи пара. Однако на самом деле это не так.
Как бы ни было велико давление внутри сосуда, скорость пара не превзойдет скорости звука. А прп этой скорости энергия давления превратится в энергию скорости только в небольшой доле. Это объясняется тем, что прп выходе пара из отверстия сосуда возникает особое, критическое давление, которое равно примерно половине давления внутри сосуда. Придать струе пара высокую скорость можно только при помощи специальной конической трубки — расширяющегося сопла.
Скоростную энергию струи пара используют для вращения вала турбины. Это можно сделать, применив либо а к т и в и ы й, либо реактивный принцип.
При активном принципе все давление пара превращается в скорость в сопле турбины. Лопатки ее рабочего колеса получают только скоростную энергию (рис. 4). Струя пара, вы
Рис. 4. Так скоростная энергия струи пара передается турбине.
ходящая из сопла со скоростью бьет в щит, удерживаемый на месте грузом. Действие на щит, равное силе Р, происходит в результате того, что направление движущейся струи пара изменено. Упорядочив это движение и применив полукруглый щит с безударным входом пара, мы поворачиваем струю па 180°. Груз придется увеличить, так как действующая на щит сила возрастет, потому что потери энергии на бесполезное рассеивание пара в стороны теперь не будет. Если же не увеличивать груз, то тележка со щитом начнет двигаться, п таким образом мы получим работу. Подбирая различную величину груза и изменяя скорость движения, можно получить разные значения работы. Если скорость движения тележки сделать вдвое меньше скорости пара, то энергия струи пара передается тележке со щитом лучше всего и скорость С2 пара, сходящего с тележки, будет ничтожна.
Так как скорость пара при выходе из сопла огромна (более 1 км/сек), то п скорость движения щита также очень велика (нс менее 0,5 км сек). Если же струя пара ударяет не в щит, а в лопатку, насаженную на рабочее колесо турбины, то это колесо будет вращать вал со скоростью десятков тысяч оборотов в минуту. При таков скорости центробежная спла стремится оторвать даже маленькую лопатку весом в 20—30 Г с сплои, превышающей несколько тонн. Поэтому турбина этого тина широкого распространснпя не получила.
Чтобы активная турбина работала, приходится прпстрапвать к ней редуктор — механизм для уменьшения чпела оборотов. По своим размерам он во много раз превышает самое турбину (она называется активной о д в о в е н е ч п о й, так как у нее одни ряд, пли венец, лопаток).
Что же происходит в такой турбпне? Пар с давлением Рх (рис. 5) поступает в сопло 1 и расширяется в нем, причем давление пара падает до величины Р2. А за счет снижения давления скорость движения пара в сопле возрастает от значения Сл до С2. С такой скоростью он поступает на рабочую лопатку 2 колеса турбины и передает ей свою скорость. После этого скорость пара падает до значения С., и он покидает турбину через выхлопной патрубок 3.
одновепсчных турбин,
Рис. 5 Схема работы одновенечной активной паровой турбины.
Чтобы использовать всю потенциальную энергию давления пара и не получать при этом столь большой скорости его истечения, т. е. чтобы уменьшить число оборотов вала, были предложены турбины со ступенями давления.
Давление пара в них превращается в скорость не сразу, а постепенно. В каждой ступени турбин в скорость преобразуется лишь небольшая часть давления. Получается как бы серия работающих одна после
другой и использующих лишь часть полного давления пара. В действительности эти отдельные турбины размещены на одном общем
валу.
На валу такой турбины насажены колеса-диски с лопатками. К корпусу ее прикреплены перегородки — диафрагмы — с размещенными в них соплами (лопатками). Чтобы пар не перетекал через перегородки, в местах, где через них проходит вал, сделаны уплотнения в виде каналов-лабиринтов. Через пих просачивается мало пара.
Пар под большим давлением поступает в первый ряд лопаток. Здесь он только частично расширяется, давление его несколько падает, а скорость сильно возрастает. С большой скоростью пар поступает на лопатки первого рабочего колеса. Отдав при постоянном давлении свою скоростную энергию лопатке, пар с уменьшенной скоростью поступает в следующий ряд лопаток. И опять его давление лишь частично превращается в большую скорость, с которой он снова идет па лопатки рабочего колеса, а затем в следующий ряд сопел. После прохождения через все ступени его энергия будет отдана турбине, и он покинет се через выхлопной патрубок с небольшими давлением и скоростью.
Так, постепенно превращая часть давления пара в скорость и передавая ее лопаткам рабочего колеса, удалось получить турбину с умеренным числом оборотов —1,5—3 тыс. об/мин.
Существует другой способ снижения скорости оборотов вала, позволяющий значительно уменьшить количество ступеней. Это будут уже не ступени давления, а ступени скорое-т и. Предположим, что пар выходит из сопла со скоростью 800 м/сек. Если придать лопатке рабочего колеса скорость не в два (как в одновенеч-пой турбине), а в четыре раза меньшую, чем скорость пара (т. е. 200 м сек), то пар догонит лопатку со скоростью 800—200=600 м/сек. С этой скоростью он обойдет лопатку и повернет влево. Но так как лопатка движется вправо, то скорость пара но выходе из нее будет равна 600—200=400 м сек. С этой скоростью он направляется с рабочей лопатки на неподвижную направляющую лопатку, которая лишь изменяет направление его движения. Отсюда он с той же скоростью (400 м сек) идет ко второй рабочей лопатке. Опа также движется со скоростью 200 м/сек. Пар отдает ей работу и идет влево. Скорость его по выходе с кромки лопатки будет 200 м. сек. А так как лопатка сама движется вправо с той же скоростью, то скорость покинувшего ее пара будет 200 — -200=0.
Значит, вся скоростная энергия пара отдается лопаткам турбины.
Так в принципе работает турбина с двумя ступенями скорости. На валу ее сидит колесо с двумя рядами лопаток. Пар поступает в сопло, где его давление надает до выходного и превращается при этом в громадную скорость. На первом рабочем венце эта скорость расходуется только наполовину.
Затем пар изменяет направление на неподвижной лопатке направляющего венца, и оставшаяся скорость срабатывается на лопатках второго рабочего венца.
Ступени скорости, при меньшем их числе по сравнению со ступенями давления, дают возможность получить умеренное число оборотов турбины. Они легко поддаются регулированию, но имеют меньший к. п. д., чем ступени давления. Поэтому в современных турбинах сочетают ступени скорости и ступени давления.
При реактивном принципе работы турбины давление пара преобразуется в скорость как в неподвижных соплах, так и на самих подвижных лопатках турбины. Каналы между этими лопатками служат в то же время каналами сопел (рис. 6).
. Каждая лопатка не только движется скоростной энергией пара, но и сама вырабатывает эту энергию-за счет падения давления пара. По-
Рис. 6. Так работает многовенечная реактивная турбина.
этому давление пара дои после лопатки неодинаково, а создаваемая разность давлений толкает лопатку.
На валу 1 такой реактивной турбины (рис. 6) сидит барабан с венцами подвижных лопаток 2. Неподвижные лопатки 3 — сопл а—укреплены в корпусе. Пар с давлением Рх и скоростью С\ поступает в отверстие 4. Давление падает (и на неподвижных, и на подвижных венцах), а скорость возрастает на неподвижных и срабатывается па подвижных венцах. С давлением Рк и скоростью Св пар покидает турбину через выхлопной патрубок.
Так как давление пара до и после венцов не равно, барабан с большой сплои стремится к движению вдоль осп. Чтобы уравновесить эту силу, в турбине установлен специальный разгрузочный поршень. Разность усилий от давления пара на поршень с обоих сторон уравновешивает барабан.
Паровая турбина — самый мощный двигатель в современной технике. В СССР уже строятся турбины мощностью 100, 150, 200 тыс.кв/п., создается турбина в 300 тыс.кяиг. Она одна сможет выработать электроэнергии в 5 раз больше, чем Волховская гидроэлектростанция. А три такие турбины превзойдут по мощности Днепровскую гидроэлектростанцию им. В. И. Ленина.
По и такая гигантская мощность — не предел для паровых турбин. Сейчас уже проектируются паровые турбины мощностью свыше GOO тыс.йвт.
I ромадная мощность паровых турбин и большое число оборотов сделали их основными двигателями тепловых электростанций. Применяют их и на атомных электростанциях, где огромное количество тепла, выделяемого реактором, используется для получения водяного пара, приводящего в действие паровые турбины.
Паровые турбины широко применяются и как двигатели крупных океанских судов. Для согласования большого количества оборотов турбины со сравнительно низким числом оборотов гребных винтов сооружают мощную турбинную электростанцию. Ее ток питает электрические двигатели гребйых винтов. Суда с такими установками называют турбоэлектроходами.
Паровые турбины используются также для вращения машин, которым требуется большое число оборотов. Это главным образом турбовоздуходувки и турбокомпрессоры — машины, похожие на турбины и по внешнему виду п по конструкции, но работающие в обратном направлении. Так, если в турбине за счет расширения пара получается механическая работа, то в этих машинах, наоборот, за счет затраты механической работы происходит сжатие.
ГА ЗОВА Я Т У Р Б ИНА
Газовая турбина — самый молодой из тепловых двигателей. Она получила широкое распространение только в последние десятилетия. Ведь постройка такого двигателя возможна при очень высоком уровне развития техники.
Газовая турбина — роторный двигатель.
На лопатках его ротора энергия газа преобразуется в механическую работу Jpnc. 7). В компрессор 1 турбины поступает воздух и сжимается в нем за счет части работы, производимой турбиной. Сжатый воздух идет в регенератор (теплообменник) 2, где немного подогревается отработавшими в турбине горячими газами. Затем он попадает по трубе в полость между двойными стенками камеры сгорания 3. Здесь он подогревается еще сильнее н направляется в камеру сгорания вместе с топливом, которое насос 4 подаст через форсунку 5. В камере сгорания образуются газы с очень высокой температурой и давлением. Через сопло они устремляются на рабочее колесо 6 турбины. Отдав работу лопаткам рабочего колеса, газы покидают установку через регенератор, нагревая по пути поступающий из компрессора воз
дух. Запускается такая турбппа специальным пусковым электродвигателем.
Газовая турбина получила широкое применение в авиации — сначала как существенная часть реактивных двигателей (см. ст. «От ракеты до космического корабля»), а позднее как самостоятельный двигатель в газотурбинных пропеллерных установках. Ими оборудованы советские самолеты-гиганты 1У-114, АП-10, ПЛ-18 и вертолет МП-6.
Особое значение газовые турбины приобретают в связи с широким использованием такого ценного и легко передаваемого па далекие расстояния по газопроводам топлива, как естественный газ. Ведь твердое илп жидкое топливо нужно сперва сжигать в топках паровых котлов или со значительными потерями превращать в искусственный газ. В 1957 г. в СССР пущена первая в мире газотурбинная установка на газе, получаемом путем подземной газификации угля (см. ст. «Подземная газификация»). Такие установки (рис, 8) обеспечивают удобное и экономное использование продукции многих угольных месторождений.
Газовая турбина — самый легкий пз двигателей. Это делает ее особенно удобной для использования па транспорте. Свою жизнь газовая
Рис. 8. Иа чертеже газовой турбины видны: 1 — многоступенчатый компрессор; 2— камера сгорания; 3 — газовая турбина; 4 — электрогенератор , получающий мощность от турбины; 5 — электродвигатель для запуска турбины.
турбина начала в воздухе. Последнее время она все чаще спускается на землю, превращается в двигатель наземного транспорта. Сейчас у нас в стране осваиваются газотурбовозы — локомотивы с газотурбинными установками. Ведется работа над моделями автомобилей с газовыми турбинами. II как некогда паровая поршневая машина была вытеснена из промышленности п сельского хозяйства паровой турбиноп, так ныне газовая турбина, уже значительно поюснившая поршневой двигатель внутреннего сгорания в авиации, не менее успешно заменяет его в наземном и водном транспорте.
РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Реактивные двигатели отличаются от других типов двигателей не по виду используемой в них энергии (как, папрпмер, тепловые двигатели отличаются от гидравлических), а но при п-ц и п у отдачи работы. Поэтому реактивные двигатели в пашей таблице на стр. 153 не выделены в отдельную графу. Ведь они могут быть и тепловыми, и гидравлическими, п атомными. Но всем им присуще одно общее свойство — применение реактивного принципа движения. Этот принцип заключается в том, что
Рис. 9 Реактивные двигатели.
ЖРД Двигатель 1 приводит в движение насосы 2. Один из них накачивает горючее из резервуара з в полость 5. окружающую камеру сгорания, а затем и в камеру сгорания 6. Второй насос подаст туда же окислитель из резервуара 4 Продукты сгорания с большой скоростью выходят через сопло 7 и заставляют двигатель двигаться вместе с самолетом или ракетой
В Р Д К. Воздух засасывается через отверстие / многоступенчатым компрессором 2, сжимается в нем и поступает в камеру сгорания 3. куда форсунки подают топливо. Продукты сгорания отдают часть анергии газовой турбине 4, вращающей компрессор, и с большой скоростью выходят через сопло 5. создавая реактивную тягу
П В Р Д (прямоточный воздушно-реактивный двигатель для сверхскоростной авиации будущего). Имеет двойной конус 2. управляющий движением воздуха, всасываемого через отверстие /; форсунки з подают топливо в камеру сгорания 4. а продукты сгорания выходят через сверхзвуковое сопло 5.
струя жидкости, газа или пара, выходящая из какого-нибудь тела, оказывает на это тело давление тем большее, чем больше разность скоростей газа па входе в тело и выходе из него.
Реактивные двигатели бывают п о р о х о-в ы е, в которых твердое топливо (порох) содержит в своем составе окислитель, необходимый для горения; жидкостно-реактивные (ЖРД), в которых жидкое горючее и окислитель расположены отдельно; воздушно-реактивные (ВРД), использующие в качестве окислителя кислород воздуха, и прямоточные воздушно-реактив-н ы е (ПВРД) для сверхскоростных самолетов (рис. 9).
Воздушно-реактивные двигатели рассчитаны на длительное время работы и имеют несколько конструктивных форм. Наиболее распространен воздушно-реактивный двигатель с компрессором (ВРДК), для вращения которого используется газовая турбина. Воздух в такой двигатель поступает через отверстие в передней
его части и попадает на лопатки турбокомпрессора, сидящего на одном валу с газовой турбиной. В компрессоре воздух сжимается и направляется в камеру сгорания, в которую через форсунки подается горючее. Продукты сгорания проходят через сопла на рабочие лопатки газовой турбины и отдают часть своей энергии на вращение компрессора. Л остальная их часть в виде мощной струи газа покидает двигатель через сопло и создаст реактивную тягу.
Пороховые двигатели и ЖРД применяют при запуске метеорологических ракет, баллистических снарядов, искусственных спутников. ВРД с газовыми турбинами получили распространение в авиации. Подобными двигателями оборудованы, в частности, самолеты 1У-104.
В нашей стране разработаны и применяются также гидравлические р е а к т и в-и ы е двигатели. Гаким двигателем, па-пример, снабжена новая конструкция исключительно маневренного мелкосидящего судна. Теплосиловая установка этого судна приводит в действие не винт пли гребные колеса, а мощный насос. Он забирает воду в передней части судна и сильной струей выбрасывает ее из кормовой части. В результате судно движется вперед.
* * *
Тепловые двигатели используют в своей работе лишь незначительную часть заключенной в топливе энергии. Первые паровые машины использовали менее 1 °о этой энергии. Затем их к. п. д. повысился до 10 —15%. Сконструированные во второй половине XIX в. двигатели внутреннего сгорания использовали уже 25% энергии, а дизельные двигатели —35%.
Современный уровень техники дает возмож^ ность строить тепловые двигатели (паровые и газовые) с использованием до 40% энергии. Борьба за высокие давления п температуры, изыскание возможностей их освоения — вот путь, по которому в ближайшие годы должно пойти дальнейшее развитие тепловых двигателей.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ
Гидравлический двигатель — древнейший механический двигатель, известный человечеству. История его возникновения и развития насчитывает более 2 тыс. лет. Водяное колесо было известно еще жителям древнего Египта, Вавилона, Индии. Уже тогда они пользовались им для орошения полей. Позднее, в XVIII в.,
водяные колеса приводили в движение мельничные жернова, насосы, откачивавшие воду из рудников и шахт, поднимали руду ц уголь на поверхность земли. А в XIX в. водяное колесо послужило основой для создания более совершенной конструкции — г и д р а в л и ч с с к о й турбин ы.
По принципу действия гидравлические турбины сходны с паровыми; их также разделяют па активные и реактивные.
В активной турбине (рис. 10) энергия воды, зависящая от высоты се положения или напора, превращается в скоростную энергию движения ее струи. Вода выливается на рабочее колесо 3 через отверстие трубы. Чтобы вода не двигалась по всей трубе с большой скоростью (это вызвало бы потери энергии от трения), давление превращается в скорость на коротком ее участке— на выходе, называемом и а с а д к о й, пли мундштуком 1. Вышедшая из насадки водяная струя подобна струе пара и действует по тому же принципу.
Для безударного входа и поворота струп па 180 ковшу турбины придают форму двух полуокружностей с ножом между ними, на который вода входит с большой скоростью. Если скорость ковша будет вдвое меньше скорости струи, то вода, обогнув ковш, сойдет с лопатки со скоростью, равной скорости самой лопатки. Л так как они движутся в разные стороны, действительная скорость сходящей струи будет равна нулю. Всю скорость вода передаст ковшу.
Таким образом, у активной гидравлической турбины, как и у паровой, все давление пре-
Рис. 10. Активная гидравлическая турбина.
Вода под большим давлением поступает в мундштук Г, отверстие его регулируется иглой от маховичка 2, мундштук направляет воду на лопатки рабочего колеса 3
САМЫЕ МОЩНЫЕ В МИРЕ
В нашей стране создаются са-5 мые мощные и мире электрические ? агрегаты — на 300, на 600 п даже на 750 тыс. кет. Турбогенератор на 750 тыс. кет спроектирован к в Институте электромеханики \ Академии наук СССР. Одна такая J машина заменит целый Днепро-. гас. II вот что замечательно: самая ‘ главная ее деталь — ротор — } имеет всего 6,5 м в длину. Толь-' ко 5 или. человек могли бы выпол-? нить работу, которую производит этот сверхмощный агрегат.
вращается в скорость в насадке (на лопатках происходит только изменение скорости). А давление перед лопаткой и за ней одно и то же и равно атмосферному.
В реактивной гидравлической турбине вода также подходит по трубе. Суживающийся конец этой трубы представляет собой направляющий аппарат. В нем только часть давления воды превращается в скорость, с которой вода подходит к лопаткам рабочего колеса. Лопатки устроены так, что проход для воды в них сужается.
Таким образом, между лопатками, как и в направляющем аппарате, давление преобразуется в скорость. Поэтому перед лопатками рабочего колеса оно больше, чем за ними.
Так как давление на выходе обычно ниже атмосферного, то воду можно удерживать на некоторой высоте, в так называемой всасывающей трубе. Это позволяет располагать турбпну выше нижнего уровня воды.
Широкое распространение получили радиально-осевые турбины. В них струя воды направляется сначала к центру (радиальное направление), а затем вдоль оси турбины (осевое направление). В горизонтальной реактивной радпалыю-осевой турбине направляющий аппарат имеет поворачивающиеся лопатки. Вода проходит в каналах между ними и попадает на рабочие лопаткп. Поворот лопаток этого направляющего аппарата позволяет увеличивать плп уменьшать проход воды между пимп. Это дает возможность регулировать мощность турбпны. Вода к направляющему аппарату подводится по спиральной камере.
В зависимости от назначения турбины можно получать различное число ее оборотов путем подбора надлежащей формы лопаток.
П Детская энциклопедия, т 5
ЭНЕРГИЯ — ДВИЖУЩАЯ С И.ПЛ ТЕХНИКИ Г"
Рис. 11. Поворотно-лопастная турбина и гидрогенератор.
Вода проходит предохранительную решетку и поступает, как показано стрелками, в спиральную камеру Затем проходит через вертикально стоящие лопатки направляющего аппарата и, повернув вниз, поступает на рабочее колесо, имеющее вид громадного винта с поворачивающимися лопастями. Здесь вода отдает ему работу и уходит во всасывающую трубу. На одном валу с рабочим колесом турбины, но выше его находится электрогенератор. Общая схема расположения турбогенератора видна на маленьком рисунке сверху.
Радиально-осевые турбины применяют на больших реках с огромным расходом воды и сравнительно небольшим напором. 1акпс турбины установлены па Волховской 1 ЭС и па Днепровской ГЭС им. В. И. Ленина.
В начале XX в. был создан новый тпп реактивной гидравлической турбины — н р о п е л-
л е р н а я турбина. Дальнейшее конструктивное усовершенствование привело к тому, что стало возможным регулировать ее работу путем автоматического поворота лопастей впита — пропеллера. Такие турбины называют п о в о р о т н о - л о и а с т и ы м и (рис. 11). В вертикальной трубе у нпх расположен винт с поворачивающимися лопастями. Вода попадает па пего через лопатки направляющего аппарата.
Поворотно-лопастные турбины сталп основным видом гидравлических двигателем на наших гидроэлектростанциях. Самые мощные в мпре гидротурбины такого типа построены нашими заводами для Волжской и Сталинградской гидроэлектростанций. Диаметр рабочего колеса таких турбин —9,3 м, а верхнего кольца —14 м. Весит турбина 1460 Т.
Интересны новые и р я м о т о ч п ы е турбины, устанавливаемые непосредственно в теле плотины. Для этого в ней делается горизонтальный капал круглого сечения, в котором помещается вся турбогенераторная установка (рис. 12). Перед колесом турбины расположены лопатки направляющего аппарата 3. Лопастп 4 рабочего колеса имеют вращающийся вместе с ними обод, па котором расположен генератор тока 5.
Гидравлическая турбина — основной двигатель электростанции. Она одинаково успешно применяется как на гигантских ГЭС Волжского и Ангарского каскадов, так п на небольших реках, па районных п межколхозных гидроэлектростанциях.
ВТОРИЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Мы уже знаем, что необходимость передачи энергии па болыппе расстояния п удобного распределения ее между многочисленными потребителями вызвала к жизни вторичную энергстпку.
Электрическая энергия —самый распространенный впд вторичной энергии. Получать ее можно разными способами. Гальванические элементы и батареи пз этпх элементов превращают химическую энергию в электрическую. Гермо-элементы превращают теплоту в электроэнергию. Но проще п дешевле всего получать электроэнергию за счет механической работы, производимой тепловыми илп гидравлическими двпгателямп. Первичные двигатели приводят в действие генераторы электрической энергии, которые вырабатывают электрический ток. А затем уже, подавая к машине электрический ток, можно получить снова механическую ра-
ГЕ IIEP 1 ТОРЫ ЭНЕРГИИ И ДВИГАТЕЛИ
УДИВИТЕЛЬНЫЕ ЦИФРЫ
Коленчатый вал двигателя трактора ДТ-54 делает 1300 об/мин. Это число нас не поражает. Но вот за 10-часовую смену вал успевает сделать 780 тыс. оборотов, а за летний сезон аО млн.! Во время работы двигателя непрерывно открываются п закрываются всасывающие н выхлопные клапаны. При атом время их работы отрегулировано с точностью до 0,0007 сек. Еще большей точностью обладает система зажигания карбюраторных двигателей, в которых момент появления искры рассчитан до 0,0002 долеп секунды!
Система «зажигания двигателя одного из современных легковых автомобилей, например, при работе па средних оборотах дает за один только час 540 тыс. искр. А если вы поедете на этой машине из Москвы в Ленинград, то искры вспыхнут миллионы раз и всегда строго в назначенное время, ни разу нс опоздав и не пис-пешпв больше чем на 0,0002 доли секунды. Вот как точны современные двигатели!
боту. В этом случае электрическая машина будет двигателем.
Механический электрогенератор и электродвигатель основаны на одном принципе — па взаимосвязи между электричеством и механической работой (см. т. 3, ст. «Электричество и магнетизм»).
Электрические генераторы разделяются па генераторы постоянного и генераторы переменного электрического тока.
Рис. 12. Прямоточная гидравлическая турбина, укреплена на двух подшипниках, поддерживаемых стойками 1 и 2, расположенными наподобие колесных спиц. Перед шурбиной находятся лопатки направляющего аппарата 3,а лопасти рабочего колеса. 4 соединены ободом, на котором в виде кольца помещен электрогенератор 5. На маленьком рисунке дано общее расположение такой прямоточной турбины непосредственно в теле плотины.
В генераторе постоянного тока нужно прежде всего выпрямить получающийся при вращении проводника переменный ток. Для этого генератор или двигатель постоянного тока делают как бы из большого числа отдельных секций. Каждая из нпх представляет собой отдельный виток провода со своим выводом. Это хорошо видно на схеме электрической машины постоянного тока (рпс. 13). Здесь каждый виток соединен с пластинкой коллектора, которая при помощи щетки подключается к цепп только в тот момент, когда в витке возникает ток наибольшей силы. Коллектор такой машины отдаст ток от каждого витка в цепь только в краткие промежутки времени, когда щетка соприкасается с пластпнкой коллектора. «Срезанные» коллектором наибольшие токи одного направления, сливаясь, дают постоянный ток.
Двигатели постоянного тока (коллекторные) легко регулируются, легко меняют направление вращения, могут работать при разном числе оборотов. Поэтому их применяют главным образом на транспорте (трамвай, троллейбус, метро) или в тех случаях, когда по роду работы необходимо быстро менять направление вращения, например в прокатных станах (рпс. 14).
При конструировании двигателей переменного тока использовано
явление вращающегося магнитного поля. Еще в конце XIX в. итальянский ученый Г. Ферра-рис и югославский ученый Н. Тесла нашли способ получения вращающегося магнитного поля. Взяв две катушки, расположенные под прямым углом друг к другу, они направляли в них переменный ток таким
Рис. 13. Так работает электрическая машина постоянного тока.
образом, что ток, поступающий в одну катушку, отставал от тока второй катушки. Совместное действие этих двух токов создавало вращающееся магнитное поле. Вслед за вращением магнитного ноля начинал вращаться и расположенный в нем проводник. Из-за некоторого отставания проводника от поля в процессе вращения машины, основанные на использова
ние, 14. Электрические машины:
А—некоторые типы асинхронных двигателей переменного трехфазного тока, Б — мощный двигатель постоянного тока для прокатного стана.
а три катушки, соеди-
Рис. 15. Схема обмоток трехфазных двигателей и генераторов: наверху— треугольник, внизу — звезда.
и бесшумных, удобно
нии этого явления, получили название а с и и-х р о и н ы е (несовпадающие во времени).
Широкое внедрение в технику переменного тока началось после изобретения в 1891 г. русским ученым М. О. Долпво-Добровольским системы трехфазного переменного тока. При этой системе берутся не две, пяемые между собой двумя различными способами — звездой или треугольником (рис. 15). Между этими катушками, закрепленными в корпусе — статоре двигателя, вращается ротор, обмотка которого имеет форму беличьего колеса.
Асинхронные двигатели получили исключительно широкое распространение. Они приводят в действие самые разнообразные станки, вентиляторы, насосы, ручной инструмент (дрели, пилы) и т. п.
Создание вторичных электрических двигателей, не нуждающихся в топливе, не дающих Дыма п газов, легких
регулируемых, связанных с источником энергии только проводами, произвело полную революцию в системе промышленного производства. Электропривод — основа электрификации — позволяет всюду заменить труд человека машиной, повышает производительность труда, открывает широкие возможности полной автоматизации производства.
Для питаппя током миллионов электродвигателей нужны генераторы электротока. Их делят на два класса (в завпсимостп от приводящего их в действие первичного двигателя).
Первый — турбогенераторы. Они приводятся в действие паровыми турбпнамп со скоростью 1,5—3 тыс. об/мин.
Второй — гидрогенераторы, которые приводятся в движение гидравлическими турбинами со скоростью 60—80 об .мин. Скорость вращения отразилась на конструкции генераторов.
При создании мощных турбогенераторов приходится преодолевать огромные трудности. Одна из них состоит в том, что ротор п обмот
ка такой машины должны быть прочными, способными противостоять громадным центробежным силам, развивающимся при скорости вращения до 3 тыс. об/мин. Кроме того, генератор необходимо непрерывно охлаждать. Для этого в последнее время применяют водород. Его прогоняют мощным вентилятором через генератор.
В СССР уже построен турбогенератор мощностью 200 тыс. кет, ведется работа по созданию турбогенераторов мощностью 300, 600 тыс. кет. и еще больше.
В настоящее время турбогенераторы применяются в качестве составной части так называемых блоков, представляющих собой энергетическую установку громадной мощности. Опа состоит пз парогенератора (котла), паровой турбины и генератора электрического тока (рпс. 16). Такие блоки полностью автоматизированы.
1
Рис. 16. Энергетический блок: 1— котел; 2— турбина; 3—генератор тока.
В мощных гидрогенераторах вал обычно расположен вертикально — в соответствии с валом гидротурбины. Число оборотов гидротурбины значительно меньше, чем у паровых турбин. Поэтому диаметр гидрогенератора возрастает по сравнению с турбогенератором и доходпт до 14 м. По выпуску гидрогенераторов паша страна занимает первое место в мире.
ФАБРИКА ТЕПЛА И ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
gQ% электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране, приходится на долю тепловых электростанций, использующих каменный уголь, торф, сланцы и природный газ. Топливо сжигается в паровых котлах, в которых получается пар, приводящий в движение паровые турбины. А турбины вращают соединенные с ними генераторы электрической энергии.
Мы знаем, что турбины — очень сложные сооружения и обеспечить их надежную, бесперебойную работу не так-то просто. Поэтому современная электростанция—это огромное предприятие со многими машинами и механизмами.
Давайте последуем по пути топлива, пара, воды и электрической энергии на мощной тепловой электростанции и посмотрим, как она работает.
По железнодорожной ветке то и дело прибывают длинные составы с каменным углем. Вагоны задерживать нельзя, их надо быстро освободить. В одних вагонах есть люки; их открывают, и уголь высыпается. К другим на помощь приходит вагоноопрокидыва-т е л ь; он по очереди перевертывает их и сразу
высыпает весь уголь. По подземным коридорам бесконечные ленты транспортеров быстро доставляют уголь на топливный склад.
Значение этого склада очень велико. Случится что-нибудь на шахте или на железной дороге — топливо перестанет вовремя поступать на электростанцию. А пе хватит топлива— остынут котлы, остановятся турбины, переста-
ТЕЛЕВИДЕНИЕ
НА ТЕПЛОЦЕНТВ АЛИ
На теплоэлектростанции Маг-\ нитогорского комбината для кон-' троля за характером дыма, вы-\ ходящего пз труб, использована ' промышленная телевизионная установка. Наблюдая за дымом на j экране телевизора, дежурный ин-! жепер имеет возможность судить \ о правильности режима горения , и лучше регулировать сгорание \ топлива в топках. Такая телеви-знойная установка позволяет эко-, номить 250 Т топлива в месяц!
нут вырабатывать ток электрические генераторы. Чтобы так не получилось, на складе хранится двухнедельный, а иногда даже двухмесячный запас топлива.
В таком виде, в каком уголь хранится на складе, подавать его в топки котлов нельзя— он будет плохо гореть. Лучше всего сжигать уголь в впде пыли. Поэтому сначала зубастые дробплкп дробят его на мелкие куски, а затем транспортеры доставляют па верхний этаж котельной и ссыпают в огромные ящики— бункера.
Из бункеров уголь понемногу поступает во вращающиеся барабаны угольных мельниц. Стальные шары, перекатываясь по барабану, превращают куски угля в мелкую пыль. Мощные вентиляторы —эксгаустеры —прогоняют через мельницы топочные газы пли горячий воздух, которые просушивают пыль и доставляют ее в большие металлические цилиндры — циклопы, расположенные над бункерной галереей.
Здесь пыль отделяется от воздуха и ссыпается в бункера. Отсюда ее с помощью питателей подают в поток воздуха и вместе с ним через специальные горелки вдувают в топки. Сгорая, угольная пыль образует факел пламени темпе
ратурой до 1500°. Для полного ее сгорания нужно много воздуха. Его подают в горелки дутьевые вентиляторы. Чтобы не тратить па нагрев воздуха значительного количества тепла, его предварительно подогревают дымовыми газами в воздухоподогревателе.
1 удит пыле-воздушная смесь в горелках, пламя заполняет огромную топку и нагревает воду в тонких трубках, которыми, как экраном, покрыты изнутри стенки котла (см. цв. рис., стр. 1G9).
Раскаленные газы устремляются по дымоходу, отдавая свое тепло сначала воде, циркулирующей в густой сети кипятильных трубок, затем пару, проходящему по причудливо изогнутым змеевикам пароперегревателя. Еще дальше по дымоходу они встречают экономайзер — приспособление, в котором подогревается поступающая в котел вода, а за ним—в оздухоподогреватель.
1 опливо хорошо горит, если в топке есть сильная тяга. Ее можно создавать при помощи высоких дымовых труб. Но па огромных котлах электростанций в помощь трубам устанавливают еще мощные вентиляторы — дымососы.
Дымовые газы несут в себе много золы. Поэтому их очищают в специальных з о л о у л о -
Рис. 1. И а электростанциях бывают барабанные и прямоточные паровые котлы.
п и т с л я х. Количество золы, собираемой в золоуловителе, достигает на больших электростанциях 2,5 Т в сутки!
Пз золоуловителей зола водой смывается в отстойники, а затем ее отвозят на золовые отвалы.
Видите, как много различных вспомогательных механизмов потребовалось установить на электростанции только для того, чтобы топливо хорошо сгорало. Но они оправдали себя: 90% тепла, заключенного в угле, превратилось в энергию пара. И только 10% тепла пропало без пользы — ого унесли с собой дымовые газы и зола.
Чтобы обеспечить четкую, согласованную работу всех этих механизмов, в котельной установлено много различных автоматических устройств и контрольно-измерительных приборов. Они помогают дежурному следить за режимом котла и управлять его механизмами.
Итак, путь топлива окончен — оно сгорело, передав тепло воде. Посмотрим, что происходит с водой.
Паровые котлы на электростанциях бывают барабанные и п р я м о т о ч и ы е. В барабанных есть большой неподвижный барабан, в верхней части которого собирается пар. В прямоточных вода непрерывно движется по трубам, превращаясь по пути в пар. Такие котлы устанавливают на мощных электростанциях, работающих при давлении пара свыше 100 атм (рис. 1).
Пар образуется в экранных и к п-п я т п л ь и ы х трубках. Но пускать его в турбины еще нельзя — он будет быстро остывать п превращаться в капельки воды. Поэтому он прежде всего поступает в змсевпки пароперегревателя, где нагревается до очень высокой температуры. Затем по паропроводам, покрытым толстым слоем теплоизоляции, он покидает котельную и направляется в машинный зал. На электростанциях можно встретить турбины, различные и по устройству и по мощности. Есть маленькие турбины, мощностью в десятки и сотпп киловатт, а есть турбины-гиганты, мощностью 300 тыс. кет и даже больше.
У паровых турбин (рис. 2, 3) есть особенности. Их, например, нельзя сразу нагружать на полную мощность,как водяные турбины на гидроэлектростанциях. Сначала их надо прогреть на холостом ходу, п па это иногда приходится затрачивать несколько часов. Паровые турбины очень чувствительны к качеству пара: сырой пли загрязненный пар может вызвать повреждение лопаток рабочих колес.
Рис. 2. Мощная паровая турбина состоит из множества рабочих колес с лопатками, которым nip отдает свою энергию.
Давление и температура пара — это его параметры. Чем выше параметры пара на входе в турбину и чем ниже они на выходе из нее, тем больше энергии пара использует турбина. Высокие параметры пара создает паровой котел. Чтобы понизить их на выходе пз турбины, пар не выпускают на воздух, как на паровозе, а направляют в к о н д е н с а-т о р. Внутри него по тонким латунным трубам непрерывно циркулирует холодная вода,
ЭНЕРГИЯ — ДВИЖУЩАЯ СИЛЛ ТЕХНИКИ
Рис. 3. Так выглядит турбинная установка большой мощности.
которая охлаждает пар и превращает его в конденсат. В результате этого давление в конденсаторе становится в 10—15 раз меньше атмосферного. Такому разрежению способствуют вакуумные насосы, откачивающие воздух, попавший в конденсатор вместе с паром (рпс. 4).
Конденсат — очень чистая вода, в которой совершенно нс содержится никаких химических и механических примесей. Ее нельзя выбрасывать — она очень нужна котлам. Поэтому сконденсировавшийся пар возвращают обратно в котел.
Сначала насосы откачивают его из конден-
сатора и направляют в деаэратор. Здесь
Турбина
Г---------IHlIIIIIUIIIlii
ин «ин* । i и !
.............
КОНДЕНСАТ
ВОЗВРАЩАЕТСЯ ^ВКОТЕЛ
I [ утипигипш»»»т»2>»»т 7 I 7E22ZZZ22ZZZ2^2S22ZZ222Z2^a/
Охлаждающая
нс А.Т.ор'
Рис. 4. Из турбины пар поступает в конденсатор, где, охлаждаясь, превращается в конденсат.
конденсат нагревают п удаляют из него пузырьки воздуха, содержащие кислород.
При высоких давлениях п температурах кислород становится очень опасным: если его допустить в котел, он начнет активно окислять стенки кипятильных трубок и вызовет пх быстрое разрушение.
Очищенный от кислорода конденсат называют питательной водой. Если ее прямо пз деаэратора подать в котел, то па ее нагрев придется затратить много топочного тепла. Поэтому ее предварительно прогоняют по трубам п о д о г р е в а т е л я, где она нагревается паром, отобранным из турбины. Затем вода проходит по трубам экономайзера, обогреваемого дымовыми газами. И только после такого двойного нагрева вода попадает в котел, чтобы вновь превратиться в пар.
Как видите, пар на электростанции совершает движение по замкнутому кругу.
Несмотря на очень тщательное соединение паровых и водяных трубопроводов, несмотря на все уплотнения в движущихся частях турбин и насосов, все же не удается полностью избежать утечки пара и конденсата. Но добавлять в котлы сырую, неочищенную воду нельзя, так как ее механические и химические примеси при нагревании образуют накипь на стенках трубок и приводят к их быстрому перегоранию.
Поэтому на каждой электростанции обязательно есть устройства для подготовки воды. Насосы забирают воду пз реки или озера п подают ее в установки для химической очистки. Еслп такой очистки недостаточно, воду напра
вляют в испарители, подогреваемые паром, отобранным из турбин. Там она испаряется, а
затем вновь охлаждается п превращается в химически чистую дистиллированную воду. В деаэраторе се смешивают с конденсатом, а затем направляют в котел, возмещая все потери пара и конденсата.
Как мы уже знаем, пар конденсируется за счет охлаждения холодной водой, непрерывно циркулирующей по трубам. Еслп электростанция находится на берегу реки, циркуляционные насосы забирают воду для конденсаторов из реки. Пройдя через конденсаторы, теплая вода слпвает-ся обратно в реку. Расход воды при этом очень велик. Например, для турбины мощностью 150 тыс. кет он составляет свыше 20 тыс. лг31час. Это равно примерно суточному потреблению воды городом с населением 200 тыс. человек.
у КОТГЛЬНАЯ
ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ
И ЗЛЕКТРИЧЕСКСР
ЭНЕРГИИ
МАШИННЫЙ ЗАЛ
ОТКРЫТОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТЭО
110 -220 КЗ
=>АСПРЕДЕЛ ИТЕЛ ЬНОЕ УСТРОЙСТЗО ГЕНЕРА-ТОРНОГО u А “’РЯЖЕНИЯ
СХЕМА РАБОТЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ
РАЗРЕЗ КОТЕЛЬНОЙ И МАШИННОГО ЗАЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
1. Транспортер углеподачи. 2. Угольный бун-кер.З. Угольная мельница. 4. Топка. 5. Бара-бан парового котла. 6. Экранные трубки.
7. Змеевик пароперегревателя. 8. Экономайзер. 9. Воздухоподогреватель. 10. Паровая турбина. 11. Конденсатор. 12. Электрический генератор.
Еслп воды в реке недостаточно или электростанция расположена далеко от источников воды, приходится осуществлять оборотное водоснабжение. На территории электростанции сооружают специальные пруды, бассейны с брызгательпыми установками или высокие башни — градирни (рис. 5). Выходящая из конденсаторов горячая вода поступает в них, охлаждается и возвращается обратно.
Обычно па электрических станциях устанавливают несколько котлов и несколько турбин. Соединяют пх между собой различными способами. На электростанциях малой и средней мощности пар от котлов поступает в общин паропровод, а затем распределяется между турбинами. Для больших электростанций с котлами и турбинами высокого и сверхвысокого давления применяют блочные схемы, при которых два котла работают на одну турбину. Есть и другие схемы соединения турбин и котлов, при которых каждый котел дает пар только одной турбине. По такой блочной схеме в нашей стране строятся гигантские тепловые электростанции мощностью свыше 1 млн. кет. Мощность агрегатов, устанавливаемых на этих электростанциях, достигает 300 кет. Скоро появятся турбины иа 600 тыс. кет.
Теперь нам осталось познакомиться с получением и распределением электрической энергии. Паровые турбины приводят в движение электрические генераторы, которые вырабатывают трехфазиый переменный ток частотой 50 пересек и напряжением до 10—15 ке.
Обычно турбины имеют скорость 3 тыс. об мин, а ротор генератора делается двухполюсным, Это позволяет соединять вал турбины непосредственно с валом генератора без промежуточных передач. Полученный в генераторах электрический ток прежде всего поступает на сборные шины распределительного устройства генераторного напряжения.
Здесь электрическая энергия делится на три основных потока. Часть ее отправляется различным потребителям, расположенным недалеко от электростанции. Небольшая часть идет в распределительное устройство собственных нужд, от которого питаются электрические двигатели всех вспомогательных механизмов станции — транспортеров, мельниц, вентиляторов, насосов и т. д. Эти механизмы потребляют до 8° 0 всей электроэнергии, вырабатываемой на электростанции. Основная часть электрической энергии предназначается для городов и заводов, расположенных далеко от электростанции. Передачу тока иа большие расстояния осущсствля-
Рис. 5. При оборотном водоснабжении горячая вода из конденсатора попадает в градирню и, сливаясь тонкими струйками, охлаждается, потом снова возвращается в конденсатор.
ют при напряжении в 110—220 ке (теперь есть линии и на 500 ке). Для этого на электростанции есть повысительная трансформаторная подстанция и распределительное устройство высокого напряжения. От него расходятся высоковольтные линии электропередач.
* * *
Мы познакомились с тепловой электрической станцией, которая называется конденсационной, потому что весь пар, прошедший через турбину, попадает в конденсатор. Несмотря на все совершенство ее машин п механизмов, несмотря на все меры, принятые для сокращения потерь тепла, на таких электро-станпиях превращается в электрическую энергию всего 35—4(У/о тепла, заключенного в топливе. Остальное тепло бесполезно теряется.
Ученые и инженеры стали думать, как улучшить использование тепла на электростанциях. И тут возник вопрос: «А нужно ли все тепло, получаемое в паровых котлах, превращать в электрический ток?»
ЭНЕРГИЯ — ДВИЖУЩАЯ СИЛЛ ТЕХНИКИ
Ведь фабрикам и заводам нужна нс только электрическая энергия. Для паровых молотов и прессов, для увлажнения и сушки различных матерпалов, для некоторых технологических процессов в металлургии и во многих других случаях нужен пар. Пар и горячая вода необходимы баням, прачечным, столовым, фабрикам-кухням. А сколько горячен воды надо для отопления квартир в большом городе!
Обычно пар п горячую воду для этого получают в маленьких котельных, где, конечно, нет таких совершенных машин и механизмов, как на электростанции. Там уголь сгорает плохо, котельные дымят, загрязняют воздух, в нпх используется очень незначительная часть тепла, заключенного в топливо.
Вот и решили подавать предприятиям и городам пар с тепловых электрических станций. Для этого на них устанавливают специальные теплофикационные турбины. Обычно они состоят пз двух цилиндров — высокого и низкого давления — и допускают отбор пара. Отработает часть пара в нескольких ступенях турбины пли в цилиндре высокого давления — ее отбирают у турбины и направляют потребителям тепловой энергии. Но потребители тепла бывают разные. Многие из них так загрязняют конденсат, что его очень трудно очистить. А некоторые вообще не возвращают его па станцию. Приходится расширять цех водоподготовки, устанавливать дополнительные очистительные аппараты и испарители.
Поэтому такая открытая система отпуска тепла иногда оказывается очень невыгодной. Тогда прибегают к другой — закрытой спсте-
НА ЗЕМЛЕ ДЛЯ ЭТОГО НЕ ХВАТИТ ЛЮДЕЙ
В 1946 г. все электростанции СССР выработали около 48,6 млрд. квт-ч электроэнергии.Чтобы заменить их вклад в энергетику нашей страны, 100 млн. человек пришлось бы работать вручную по 10 час. в день более 10 лет. В 1965 г. выработка электроэнергии составит 500—520 млрд, квт-ч. А это значит, что труд всех жителей Земли в течение целых 10 лет не сможет заменить работу наших электростанций за один лишь год.
мс. На электростанции устанавливают наропрс-образоватсли, через которые проходит пар, отработавший в турбинах. Этот нар нагревает воду, а затем попадает в конденсатор, откуда в виде конденсата возвращается в котел. Нагретая в паропреобразователе вода превращается во вторичный пар, который направляется потребителям. Если его конденсат и не вернется, не жалко — главное, сохранен основной конденсат для питания паровых котлов.
Жилые здания обычно отапливают не паром, а горячей водой с температурой от 60 до 80 . В специальных б о й л е р и ы х установках ее нагревают паром, идущим с электростанции. Пройдя через отопительную сеть, горячая вода остывает и возвращается в бойлер для подогрева. Часть воды, используемая в умывальниках, ванных и душевых, не возвращается, и ее потеря возмещается добавлением в бойлер очищенной воды.
Тепловые электрические станции, которые отпускают потребителям одновременно электричество и тепло, называются теплоэлектроцентралями (1ЭЦ). Они значительно экономичнее конденсационных станции и позволяют использовать до 75° 0 тепла, заключенного в топливе (см. цв. рис., стр. 168).
В нашей стране тепловые электростанции широко используются для теплофикацпп городов, фабрик и заводов. Мощность ТЭЦ в настоящее время составляет около 1 3 мощности всех наших тепловых электрических станций.
Что же выгоднее строить: конденсационные электростанции или теплоэлектроцентрали?
Там, где много топлива и нет поблизости больших городов и заводов, надо строить конденсационные станции. Возьмем, к примеру, раскинувшиеся где-нибудь в глуши торфяные болота пли угольные месторождения. Не возить же торф и уголь за сотни километров! Лучше превратить пх на месте в электрическую энергию и передать се по проводам.
Возле городов и крупных комбинатов выгоднее строить теплоэлектроцентрали. Опп будут снабжать город и теплом п электрической энергией. Перестанут дымить маленькие несовершенные котельные на заводах и в жилых домах, чище станет воздух. А еще лучше, если Т Щ в качестве топлива будет использовать природный газ. Тогда исчезнут и угольные склады, п составы, груженные углем.
КАК РАБОТАЕТ МОЩНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
тта Руси водяные силовые установки строились на реках с незапамятных времен.
Из сохранившихся древних летописей известно, что русские люди уже в XIII в. искусно сооружали вододействующие установки для вращения мельничных жерновов (рис. 1).
13 XIV—XV вв. водяные мельницы были уже широко распространены. О них упоминается в рукописных документах того времени. Еще шире стали использовать природную энергию рек в XV I и XVII вв. Под Москвой на р. Неглпиной в 1519 г. работали уже три водяные мельницы и одна толчея, очищавшая зерно в ступах. Но все этп установки с водяными колесами (рис. 2) были небольшой мощности.
В 1524 г., как говорит Псковская летопись, новгородцы под руководством «некоего хитреца*) мастера Нережи Псковитииа дерзнули создать плотину и мощную гидросиловую установку на полноводном и глубоком Волхове. Эта гидроустановка, построенная впервые в мире на большой реке, некоторое время успешно работала.
А через 400 лет на том же многоводном Волхове советские люди по предложению В. II. Ленина воздвигли пз бетона и стали мощную гидроэлектростанцию. С декабря 1926 г. она безотказно посылает энергию заводам, городам, селам. Так было положено начало сооружению мощных гидроэлектрических установок на реках нашей страны.
Реки по своей природе очень разнообразны. Например, бурливый, гремящий Терек берет начало в подоблачных ледниках Казбека. Он совсем ие похож на широкую Волгу, плавно, неторопливо несущую своп воды в невысоких берегах.
Понятно, что получать энергию от горного Терека и от равнинной Волги надо не одинаковым способом. Гидростанции па этих двух реках должны быть совершенно различными по устройству. Так, на круто падающих и стремительных горных потоках отводят воду деривационным каналом (см. ст. «Покорение воды»). От конца канала вниз по склону проложены трубы. По ним вода под напором течет к зданию электростанции. Оно стоит в глубине долины на берегу рекп. Если скалы па склонах ущелья крутые и недоступные, поду отводят подземным деривационным туннелем. На полноводных реках, спокойно протекающих по пологим равнинам, напор создают плотиной.
Гидроэлектрические установки такого типа на горных реках называют деривационными, а обычные, на равнинных реках,—плотинными. Различные тины плотинных установок показаны на рис. 3, 4 и 5.
Как же устроена мощная плотинная гидроэлектрическая станция, похожая, например, на крупнейшую Волжскую гидростанцию им. В. И. Ленина?
Основные сооружения гидроэлектростанции на равнинной реке — плотина и здание ГЭС. Уровень воды перед плотиной выше, чем вниз по течению рекп. Эту разницу в высотах урон-
ней называют напором гидростанции. Вода,
Рис. 3. Гидроэлектпростан-
(в разрезе)
ция при высокой бетонной плотине
И
непрерывно переливающаяся с более высокого уровня иа низкий, может выполнять большую полезную работу (см. цв. рпс., стр. 176).
Перед плотиной гидростанции обычно образуется водохранилище. Весной оно пополняется талымп водами
сохраняет пх до наступления зимы. А зимой илп в летнюю засуху водохранилище изо дня в день добавляет воду к скудному в эти времена года природному стоку реки. Так поддерживается мощность электростанции, которая весь год должна быть достаточно равномерной.
В состав гидроустановки на равнинной реке обычно входят бетонная п земляная плотины. Бетонная
плотина необходима для сбро
Рис. 4. Гидроэлектростанция с машинным залом, встроенным в бетонную плотину.
са через нее лишних весенних паводковых вод. Остальную часть плртпны обычно строят из землп и песка.
В здании гидростанции размещается основное машинное оборудование — турбины и генераторы, вырабатывающие электрическую энергию. Водяную турбпну и соединенный с ней электрический генератор называют машинным агрегатом гидроэлектрической станции.
Водяная турбина, пли
гидротурбина, — главный двигатель гидростанции. На гидростанциях с низким напором воды, не выше 50—70 лс, при-
меняют поворотн о-л опастные гидротурбины. Их колесо по внешнему виду напоминает пароходный гребной винт (рпс. 6). Такие
турбины выгоднее других потому, что онп быстроходнее. А это уменьшает вес п стоимость и самой водяной турбины, п вращаемого ею электрического генератора (подробнее см. ст. «Генераторы эпергпп п двигателп»).
Перед подводом воды к турбине устроена частая металлическая решетка. Опа задерживает веткп деревьев,
куски торфа, щспкп и другие предметы, попавшие в реку. Далее вода поступает в трубу, которая имеет спиральную форму и похожа на раковину огромной улитки. В центре ее вращается колесо турбины. Эта труба называется спиральной камерой и служит для подвода воды непосредственно к турбине.
Первая часть поворотно-лопастной турбины (считая но пути движения потока воды) — это направляющий аппарат. Он представляет собой поворачивающиеся вокруг своих осей и легко обтекаемые водой лопатки. Располагаются они по окружности с внешней стороны турбины. Поворачивая лопатки направляющего аппарата, можно уменьшить или увеличить впуск воды в турбину, изменить ее мощность. Так поддерживается постоянное число оборотов турбины при любой ее нагрузке.
Пз направляющего аппарата вода поступает на рабочее к о л е с о. Оно, собственно, и использует энергию водяного потока. Рабочее колесо состоит из насаженной на вал втулки, к которой прикреплены плавно изогнутые металлические лопасти. Они могут поворачиваться вокруг своих осей в полном согласии с изменениями положения лопаток направляющего аппарата. У турбин такой конструкции бывает от 4 до 8 лопастей в зависимости от высоты напора воды, при котором они работают. Диаметр рабочего колеса гидротурбины зависит от ее мощности и напора воды и может достигать 9 м и более.
Из рабочего колеса вода идет во всасывающую трубу. Это третья важная часть гидроустановки. Через нее отработанная вода из турбины выходит в реку ниже плотины. Всасывающая труба создает под рабочим колесом пониженное давление воды, что значительно увеличивает мощность турбины. С такой трубой турбину можно помещать выше нижнего уровня воды.
Гидротурбина преобразует в полезную работу большую часть — около 0,9 — всей энергии водяного потока. Принято поэтому говорить, что к. п. д. водяной турбины очень высок — приблизительно 90 и 0 .Полезная отдача гидротурбины с поворотными лопастями рабочего колеса велика не только при полной, но и при частичной ее нагрузке.
Гидротурбины оборудованы автоматичес кими регуляторами. Они раоотаюч с помощью жидкого минерального масла, находящегося под большим давлением. Регулятор сам, без участия человека, открывает и закрывает направляющий аппарат, а
Рис. 6. Рабочие колеса различного вида:
1 — радиально-осевой гидротурбины; 2 и з — поворотно-лопастной гидротурбины, 4 — пропеллерной гидротурбины.
также поворачивает лопасти рабочего колеса, т. е. увеличивает или уменьшает мощность турбины.
Турбина электростанции приводит во вращение электрическую машину — гидрогенератор. Электрический генератор, вращаемый водяной турбиной, по устройству и большим размерам значительно отличается от генераторов, устанавливаемых на паровых электростанциях. Вал его обычно располагается вертикально (рис. 7). Одна из частей гидрогенератора — неподвижная станина — статор. Это полый внутри цилиндр, изготовленный пз спрессованных пачек тонких стальных листов. G внутренней стороны статора в особых канавках, пли пазах, укреплена электрическая о б м о т к а из хорошо изолированных медных проводников.
Внутри статора вращается насаженный на вал барабан — ротор. На нем укреплены
Рис. 7. Магицнный зал гидроэлектростанции..
полюса сильных электромагнитов. Вы знаете, что если обмотать железный стержень изолированной проволокой и пропустить через нес постоянный электрический ток,то стержень становится электромагнитом. Так намагничиваются полюса ротора.
От вала гидрогенератора приводится в движение небольшой вспомогательный генератор — возбудитель. Он вырабатывает постоянный электрический ток для возбуждения магнетизма в полюсах ротора. Полюса электромагнита быстро движутся около витков обмотки статора. В обмотке возникает переменный электрический ток. При прохождении через обмотки электрического тока выделяется тепло, и опи нагреваются. Поэтому через генератор беспрестанно пропускают охлаждающий его воздух.
Работой агрегатов гидроэлектрической установки управляют со специального пульта управления. На щитах — панелях пульта установлены аппараты управления и многочисленные приборы. Они измеряют силу электрического тока, его напряжение и другие важные величины. На пульте, как в зеркале, отражается вся жизнь гидроэлектрической станции. Отсюда ведется надзор за всеми ее машинами и аппаратами, а также управление ими. Пульт управления — это как бы мозг гидростанции, центр ее «нервной системы», получающий сигналы и посылающий точные приказания всем агрегатам.
Гидроэлектрические установки все шире автоматизируются. Некоторые станции работают без людей, прп запертых на замок дверях машинного зала.
Напряжение электрического тока, выработанного гидрогенератором, по сравнению с напряжением линии электропередачи, низкое—от 6 до 16 тыс. в. Передавать ток с таким напряжением па далекие расстояния нельзя. Для этого нужно повысить напряжение, например, до 200 тыс. в, а при особенно дальних расстояниях электропередачи — до 500 и даже до 800 тыс. в. Напряжение тока повышают с помощью трансформатора.
Обычно его помещают па открытой площадке недалеко от генератора, В трансформаторе все части неподвижны. Он состоит из тяжелого сердечппка, изготовленного из плотно спрессованных и прочно скрепленных болтами топких стальных листов. На сердечнике — две
обмотки из медных проводников, покрытых изоляцией. Через одну обмотку, с небольшим числом витков толстых проводов, проходит вырабатываемый генератором переменный ток генераторного, низкого напряжения. Под действием этого тока железный сердечник намагничивается и возбуждает во второй обмотке, с большим числом витков тонкого провода, переменный электрический ток высокого напряжения.
Величина полученного высокого напряжения во столько раз больше первичного, низкого, во сколько число витков ТОНКОЙ обмотки больше числа витков обмотки более толстой.
Чтобы ток высокого напряжения во второй обмотке нс мог пробпть ее изоляцию и не создал бы этим короткого замыкания (а также для хорошего охлаждения), весь сердечник трансформатора, вместе с обмотками, помещается в железный бак. Бак наполнен жидким минеральным маслом, которое не проводит электрического тока. Концы обмоток выпущены пз бака наружу через фарфоровые втулки. Часто трансформаторы делают трехфазнымн: у них три первичные и три вторичные обмотки.Три конца от тонкой обмотки с большим числом витков присоединены к трем проводам электрической линии, ведущей к потребителям в отдаленные районы.
На местах потребления электроэнергии переменный ток высокого напряжения необходимо вновь преобразовать в ток низкого напряжения, которым питаются освежительные электрические лампы, электродвигатели и т. п. Это обратное превращение электрической энергии так же выполняют трансформаторы. Устройство их подобно описанному выше.
Эти трансформаторы называются и о и п-з п т е л ь и ы м и.
Таким способом дешевая энергия Волжской гидростанции им. В. II. Левина передается в район Москвы на очень большое расстояние — 900 км прп напряжении 400 тыс. в.
В утвержденном XXI съездом партии плане развития народного хозяйства на семилетие основное внимание уделяется строительству тепловых электростанции. Но наряду с этим будет завершено строительство Красноярской, Братской, Бухтармпнской п других ГЭС, а также начато строительство новых мощных гидроэлектростанций
АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
у ж о давно ученые указывали, что в глубине атомов — мельчайших частичек вещества____
скрыты поистине сказочные запасы энергии, которуо можно освободить. Но человечество получило крошечную часть этих запасов совсем недавно — в конце 30-х годов нашего столетия. Оказалось, что ядра наиболее тяжелых элементов (по периодической таблице элементов Менделеева) — урана и тория — иод воздействием нейтронов делятся. Разлетаясь с огромной скоростью, эти частички (осколки деления) могут передать веществу, в котором они движутся, часть своей энергии. Кроме того, при делении появляются новые нейтроны. Опп в свою очередь вызывают распад ядер других атомов. Таким образом, может возникнуть цепная р с а к ц и я, в которой число делений будет расти, подобно снежной лавине (подробнее см. т. 3, ст. «Строение атома и атомная энергия»).
На этой основе и была сконструирована атомная (правильнее было бы говорить «ядер-ная») бомба. В ней внутриядерная энергия освобождается мгновенно — со страшным взрывом. Но одновременно выяснилось, что можно построить установки, в которых ядерная энергия будет выделяться замедленно. Число делений ядер и освобождаемая при этом энергия регулируются и поэтому строго постоянны. Называются такие устройства атомными котлами, или я д е р и ы м и реакторами, а протекающие в них цепные ядерные реакции — управляемыми.
Пока еще эти устройства имеют небольшой к. п. д. Но по сравнению с обычными энергетическими установками, использующпмп нефть, уголь и другие виды топлива, у них много серьезных преимуществ. Так, если обычные установки сжигают сотнп тонн горючего, то атомные реакторы такой же мощности расходуют лпшь несколько граммов. А ведь только разведанные запасы урана и тория в 20 раз превосходят по количеству скрытой в них энергии все известные мировые запасы угля и нефти. Но уран пока еще дорог, переработка его сложна.
КАК УСТРОЕНЫ РЕАКТОРЫ
Почти все ядерные реакторы находятся в исключительно мощном укрытии. Это п нс удиви-
Рис. 1. Механизм деления ядер урана в реакторе.
Рис. 2. Разрез уранового атомного реактора.
только! При делении ядер тяжелых элементов выделяется множество нейтронов, а образующиеся легкие ядра — осколки деления — обладают очень сильными радиоактивными свойствами. От них надо уберечь и обслуживающий персонал, и машины. Поэтому реакторы и окружены толстой бетонной стеной. В ее многометровой толще задерживаются смертоносные гамма-лучи. А пробивающиеся из котлов нейтроны заглатываются другой защитой (рис. 1, 2).
Что же находится внутри этого чудесного источника энергии?
Основная часть каждого котла — «атомное топливо». Чаще всего это уран — обычный или обогащенный... тем же ураном. Существуют две основные разновидности атомов этого элемента — два изотопа: уран-238 и уран-235. Ядра первого делятся только при попадании внутрь их самых энергичных, быстрых нейтронов. Нейтроны, если они немного замедлились, уже не смогут вызвать деления ядер урана-238. А ядра второго изотопа делятся любыми нейтронами, причем «предпочитают» наиболее медленные. Гак как природный уран содержит только 4iiQ часть урана-235, то его обычно обогащают.
В реакторе уран помещают в замедлителе. Его назначение — замедлять нейтроны до такой скорости, чтобы их в основном захватывал уран-235.
Замедлителем служит либо графит, либо обычная вода, либо тяжелая вода, в состав которой входпт тяжелый изотоп водорода — дейтерий.
Вылетел из ядра урана нейтрон, «проблуждал» некоторое время в замедлителе, затормозил свое движение и снова попал в окружение ядер урана. Но ои замедлился до такой степени, что поглощается только ураном-235.
Для замедлителей выбираются вещества с наиболее легкими ядрами — водород, тяжелый водород, углерод. Чем легче ядра замедлителей, тем быстрее замедляются нейтроны.
Чаще всего встречаются графитовые замедлители. В них нейтроны замедляются ядрами углерода. Замедление этими более тяжелыми по сравнению с водородом ядрами, конечно, происходит медленнее. Но содержащая водород обычная вода обладает весьма существенным недостатком: опа захватывает нейтроны. А изготовление тяжелой воды — дорогостоящая операция.
Кроме того, тяжелую воду надо весьма тщательно изолировать. Иначе обычная вода, входящая в виде пара в состав атмосферы, обязательно попадет в тяжелую и разбавит этот ценнейший продукт.
Каким образом располагается в замедлителе уран?
Представьте себе большой бак с водой. Через определенные промежутки в нем расположены стержни урана.
Разрез гидроэлектрической станции (ГЭС): 7—сороудерживающая решетка; 2—крап для подъема и спуска затвора; 3—водослив; 4—здание ГЭС; 5—судоподъемник; 6— электрогенератор; 7—гидротурбина; 8—всасывающая труба; 9—трансформатор; 10—подвод воды; 11—тело плотины; 12 смотровые галереи.
Вот начался процесс. В реактор попал нейтрон п разделпл одно ядро урана. Появились новые нейтроны. Один из них вылетел в замедлитель п затормозился там до определенной скорости. В результате, попав в следующий урановый стержень, он уже захватывается лишь ядрами урана-235. Поэтому реакторные урановые стержни располагают на строго определенном расстоянии. Слишком блпзко пх нельзя поместить— начнется захват нейтронов ураном-238.
Кроме замедлителя, в реакторе есть еще одна очень важная часть. Многие нейтроны вылетают за его пределы. Онп уже не вернутся обратно. Но каждый из них мог бы еще послужить, разделив хотя бы одно ядро урана. Здесь на помощь прпходпт отражатель. Это тот же замедлитель, но расположенный вокруг реактора. Его атомы отражают обратно нейтроны, стремящиеся покпнуть котел*
Есть в реакторе стержни, которые то поднимаются, то опускаются, как будто следят за чем-то. Это — регулирующие стержни, бдительные стражи установки. Изготовлены они из жадно поглощающих нейтроны материалов. Чем глубже такие стержни погружены в реактор, тем больше нейтронов поглощают ядра их атомов.
С помощью точнейшей автоматики регулирующие стержни соединены с чуткими приборами-регистраторами нейтронного потока. Из самых отдаленных участков реактора идут сигналы о том, сколько там нейтронов: не повысилось ли их число (это опасно!), не стало ли их слишком мало (а тогда упадет мощность котла).
Как видите, мощность реактора зависит от нейтронного потока. И регулирующие стержни могут изменять эту мощность. Меньше стало нейтронов — стержни поднялись немного вверх. Увеличился нейтронный поток — стержни чуть опустились, доводя его до нормы. По мере «выгорания» топлива в реакторе появляются осколки делепия. Они мешают спокойному ходу реакции, начинают захватывать нейтроны. Но чуткие регулирующие стержни на страже. Они плавно поднимаются вверх, и снова поток нейтронов приходит в норму.
А на случай какой-нибудь катастрофы есть еще аварийные стержни. По сигналу тревоги они падают внутрь реактора, п реакция сразу же затухает.
НЕОДНОРОДНЫЕ РЕАКТОРЫ — I______
ОТРАЖАТЕЛИ
теплоноситп
С ТВЕРДЫМ топливо топливом ЗАМЕДЛИТЕЛЬ И ТВЕРДЫМ ЗАМЕДЛИТЕЛЕМ
ОТРАЖАТЕЛЬ |
ТОПЛИВО
С ТВЕРДЫМ топливом И ЖИДКИМ ЗАМЕДЛИТЕЛЕМ, являющимся ОДНОВРЕМЕННО ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
ЗАМЕДЛИТЕЛЬ
с жидким топливом (раствором или расплавом), ЯВЛЯЮЩИМСЯ ОДНОВРЕМЕННО
* И ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
топливо
ОДНОРОДНЫЕ РЕАКТОРЫ
1
топливо
С ЖИДКОМ СМЕСЬЮ ТОПЛИВА и ЗАМЕДЛИТЕЛЯ, 1ВЛЯЮЩИХСЯ одновременно ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
ЗАМЕДЛИТЕЛЬ
Рис. 3. Виды реакторов.
Схема действия атомной электростанции: 1—ядерный реактор: 2—теплообменник; 3—фильтр; 4—паровая турбина; 5—генератор; 6—конденсатор; 7—деаэратор; 8—пусковой конденсатор; 9— резервный конденсатор; 10—насосы; 11—расширитель.
3 12 Детская энциклопедия, т. 5
ЭНЕРГИЯ — ДВИЖУЩАЯ СИЛА ТЕХНИКИ
ОДНОРОДНЫЕ И НЕОДНОРОДНЫЕ
Реакторы разнообразны (рис. 3). Их различают по способу применения, по виду ядерного «топлива» и по принципу его расположения. Кроме того, иногда реакторы определяют по используемым нейтронам — замедляются они там или нет. Есть, например, реактор на быстрых нейтронах, без замедлителя. Только для него необходимо ядерное топливо, склонное к захвату нейтронов любых энергий.
Реакторы, в которых делящийся элемент (чаще всего уран) располагается в замедлителе через определенные промежутки, называют неоднородными. Ведь здесь идет замедлитель, потом урановый блок, снова замедлитель и снова ядерное топливо. Мы уже говорили о таком котле.
Существуют и однородные реакторы. Там не отличишь ядерного топлива от замедлителя, так как соли урана в них растворяются обыкновенной или тяжелой водой. Правда, для реакторов с обычной водой приходится прибегать к сложному процессу — обогащать природный уран, т. е. повышать в нем содержание хорошо делящегося изотопа — урана-235. Без этого цепная реакция невозможна: она сразу же затухает.
Интересно свойство однородного котла с а-морегулироваться. Если число делений урана в нем начинает возрастать, то сразу же увеличивается выход энергии. Температура жидкости увеличивается. И, как только возрастет температура, жидкость начнет расширяться, расстояние между соседними ядрами урана увеличится, число их делений упадет, мощность снова возвратится к своему первоначальному значению. Точно так же регулируется и резкое уменьшение числа делений.
Пожалуй, самые замечательные ядерные реакторы — воспроизводящие.
Мы уже говорили, что замедлившиеся нейтроны могут быть захвачены ядром урана-238. Но при этом захвате нейтронов образуется новый элемент периодической системы — н е пт у-н и й. Распадаясь, он в свою очередь дает еще один элемент—п л у т о н и й, прекрасное атомное топливо. Ядра его делятся всеми нейтронами и с успехом могут заменить уран-235. Кроме урана, делится и другой тяжелый элемент— торий. Но он не дает цепной реакции. Количество рождающихся в нем нейтронов невелико: их не хватает для компенсации потерянных при делении. Зато он, как и уран-238, может стать источником нового ядерного сырья. Захватывая нейтрон, ядро тория превращается в ядро еще одного изотопа — урана с атомным весом 233. Он подобен урану-235, т. е. прекрасно делится всякими нейтронами.
Значит, на смену ядрам урана-238 и тория могут появиться другие хорошо делящиеся ядра.
Схема воспроизводящего реактора проста. Обычный атомный котел окружают толстой «подушкой» из урана-238 или тория. Отражателя у котла нет, и нейтроны свободно проникают в ядра «подушки». Здесь-то они и воспроизводят новое топливо. В зависимости от величины слоя урана-238 или тория и мощности реактора может возникнуть топлива даже больше, чем тратится в атомном котле (рис. 4).
ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ
В реакторах освобождается огромная энергия, скрытая в ядре атома. Используют ее самыми разнообразными способами.
В те дни, когда атомная энергия была лишь предметом мечты, воображению представлялись чудесные двигатели — небольшие, не требующие громоздких запасов топлива и в то же время развивающие колоссальные мощности. Сейчас
ЧТО ТАКОЕ «ЛОШАДИНАЯ СИЛА»?
В конце XVIII в. владелец одного завода в Англии решил приобрести паровую машину у прославленного механика Джемса Уатта- Машина должна была заменить живую лошадь и работать не хуже ее.
Заводчик выбрал лучшую лошадь и заставил ее изо всех сил качать насосом воду. Мощность, которую при этом развивала лошадь, Уатт оценил в 70 кГм1сек. Чтобы «механическая лошадь» не уступала живой, Уатт построил машину мощностью в 75 кГм/сек.
— Смотрите, моя машина сильнее лошади,— сказал он.
Название «лошадиная сила» и число «75» вошли в технику и остались до наших дней. Но название это неправильное: «лошадиная сила» в действительности мера не силы, а мощности. К тому же обычная лошадь не может развить мощность больше 50 кГм<сек.
мечта стала явью: атом движет машины, уже плавает атомный ледокол «Ленин» (рис. 5).
Но пока что двигатели на ядерном топливе— очень сложные сооружения. Ведь реактор испускает опасные лучп и частицы, и его нужно окружать надежной стеной.
Правда, на судах можно не защищать его со всех сторон — одну из защитных стенок прекрасно заменит дно корабля. Вес морского двигателя будет меньше, чем сухопутного. Но все равно атомные двигатели пока еще очень громоздки.
А сама работа ядерного реактора в качестве двигателя в общем мало отличается от работы его на атомных электростанциях, на которых турбины движутся теплом, выделяемым делящимися ядрами. Турбины в свою очередь вращают генераторы. На атомном ледоколе предварительно создается электрический ток, которым питаются двигатели этого корабля.
Как передается двигателям и турбинам освобожденная внутриатомная энергия?
При делении ядер тяжелых атомов образуются осколки. С колоссальной скоростью разлетаются они в разные стороны и уносят с собой освобожденную энергию. Замедляясь, они передают свою энергию окружающим атомам. В результате повышается температура. Так как деление идет все время, то и тепла накапливается все больше и больше. Его необходимо отводить из реактора.
И тут на арену появляется теплоноситель. Само название показывает, что он обязан «тепло носить». «Носит» тепло он из атомного реактора, а передает его паровой машине или турбине.
Так все время и циркулирует теплоноситель: сначала забирает тепло в реакторе, потом отдает его и охлаждается, затем снова нагревается. При этом в реакторе поддерживается постоянная температура, а освобожденная энергия регулярно поступает в тепловую машину.
Чем быстрее перемещается теплоноситель, тем больше тепла он может забрать. Зависит это и от самих веществ, переносящих тепло: воды, расплавленных металлов, газов. Есть различные виды теплоносителей.
ПЕРВЫЕ КИЛОВАТТ-ЧАСЫ
Первенец ядерпой энергетики — советская атомная электростанция. Она дала ток 27 июня 1954 г. Этот день по праву можно считать первым днем новой эры — эры мирного атома.
Рис. 4. Схема работы воспроизводящего реактора.
Реактор первой «атомнои фабрики электричества» неоднородный. Замедлителем здесь служит графит. Источники энергии — урановые стержни. В обычном уране ядер урапа-235 только 1/ц0 часть, а в урановых стержнях нашей первой электростанции ужо всех ядер. Это, конечно, повышает стоимость топлива, но зато размеры реактора уменьшаются.
В реактор погружено 128 семнмстровых стержней. Они содержат 550 кГ ядерного топлива. Между двумя металлическими стенками стержней иа глубппу 170 см засыпается металлический уран. Весь реактор надежно укрыт массивными чугунными плитами.
В реакторе для передачи тепла есть две замкнутые системы из металлических трубок— два контура. -В них циркулирует вода, очищенная от всех примесей. Вода первого контура проходит сверху вниз через урановые стержни, нагревается и отдает тепло парогенератору. Парогенератор и турбина соединены во второй контур. Таким образом вода первого контура нагревает воду второго (см. цв. рис., стр. 177).
Рис. 5. Атом работает в первом атомном ледоколе «Ленин».
Не случайно, что оба контура замкнуты и вода в них не смешивается. Ведь вода первого контура находится под воздействием нейтронов и сама становится радиоактивной. Значит, появляется источник опасных для людей излучений. Другое дело вода второго контура. Это обычная очищенная вода. Она не принесет вреда ни людям, ни машинам. Пар этой воды и движет турбину.
Чем горячее пар, попадающий в турбину, тем выше ее коэффициент полезного действия. Чтобы вода второго контура сильнее нагревалась и легче превращалась в пар, нужно сильнее нагревать воду первого контура.
Но, чтобы вода не закипела, в первом контуре повышают давление до 100 атм. При таком большом давлении вода останется водой и не превратится в пар. Во втором же контуре, наоборот, необходимо, чтобы вода скорее закипала. Поэтому давление здесь небольшое — всего 12,5 атм.
Отдав свое тепло парогенератору и охладившись с 270 до 190 , вода первого контура снова возвращается в реактор, чтобы забрать очередную порцию тепла.
Управление атомной электростанцией сосредоточено на центральном щите. Сюда приходят сигналы от приборов, бдительно следящих за работой этого сложного механизма — за температурой, давлением, количеством нейтронов.
Так устроена первая в мпре электростанция на ядерном «горючем». Фактически это тепловая электростанция. Только тепло в ней получается не за счет сгоранпя обычного топлива, а при помощп внутриядерного распада.
ЧТО БУДЕТ ЗАВТРА
Внутриядерная энергия, используемая на атомной электростанции, пока что проходит очень сложный путь преобразования. Сначала она превращается в тепловую, а потом уже в электрическую энергию. Разумеется, при этом неизбежны потери. Коэффициент полезного действия еще невелик (для нашей первой станции он составляет всего 16,6 0). Но зато атомная электростанция Академии паук СССР затрачивает в сутки всего лишь 30 Г урана. А угля она сожгла бы 100 Т. Правда, вырабатываемое на ней электричество пока все же обходится дорого. Но причина этого кроется прежде всего в малой мощности. Как только мощность атомных электростанции достигнет сотен тысяч кпловатт, стоимость электроэнергии резко упадет, п они
вполне смогут соперничать с тепловыми «фабриками электричества».
(>пыт работы первой электростанции па ядерпом горючем позволил включить в планы развития энергетики вашей страны строительство промышленных атомных электростанций по 400—600 тыс. кет каждая.
Какие ядерныс электростанции будут построены в ближайшее время?
Реакторы мощных атомных электростанций будут обладать водяным замедлителем и теплоносителем. Топливо — уран, обогащенный до 1,5%. На атомной станции, первая очередь которой уже пущена, пар будет перегреваться непосредственно в самом реакторе. Этот пар пойдет в турбины. Первые 100 пз 600 тыс. кет этой станции уже подаются к нашим заводам и городам.
У нас строится много чисто опытных ядер-ных реакторов. Уже работает атомный котел, в котором топливом служит плутоний, а теплоносителем — расплавленный натрий. Имеется п реактор на быстрых нейтронах — без замедлителя — с ртутным носителем тепла.
Оба эти реактора очень интересны. В них совсем нет замедлителя, — ядра плутония хорошо делятся самыми разнообразными нейтронами. Поэтому реакторы эти маленькие.
Один из проектов новой атомной электростанции принадлежит группе советских ученых во главе с акад. А. И. Алихановым. Они предлагают сконструировать реактор с жпдким замедлителем — тяжелой водой. Теплоносителем будет служить углекислый газ, а топливом будет дешевый необогащенпый уран.
Кроме того, предполагается соорудить не
сколько электростанций с воспроизводящими реакторами. В них будет использовано самое распространенное атомное сырье — природный торий. За счет превращения тория здесь образуются ядра хорошо делящегося урана-233.
б) будущем техники трудно гадать. Но перспективы развития атомной энергетики довольно ясны. Ядерпые реакторы будут применяться все более и более широко. Особенно привлекают внимание специалистов воспроизводящие ядер-ные котлы. Многие технические трудности остались здесь позади. Одна из важных областей атомной физики — реакторостросние — уже полностью перешла в руки инженеров.
Однако самое заманчивое — это возможность получить управляемую термоядерную реакцию. Люди укротили атомную бомбу, создав реактор, в котором внутриатомная энергия выделяется точно размеренными дозами. Подобно этому они пытаются обуздать и водородную бомбу.
Это самая важная проблема современной энергетики. Впервые в нашей стране начали овладевать поистине неисчерпаемыми запасами энергии, получаемой при соединении ядер легких элементов. Замечательные открытия советских ученых дали возможность приступить к опытам по созданию управляемой термоядерной реакции. В мощном газовом разряде уже получены температуры в миллионы градусов.
И вот появились проекты «солнца на Земле». Сырья для термоядерных реакторов сколько угодно. Человечество обеспечено им на сотни миллионов лет, — воды на Земле хватает!
Это, пожалуй, самая перспективная отрасль недавно возникшей и бурно развивающейся атомной энергетики.
рационализаторов, — рапортует Кузбасс, — предложению, что дало государству около
Свердловской области, — внедрил 500 изогод 4,5 млн. руб.».
ЗА СТО МИЛЛИАРДОВ
Постройка большого пятиэтажного дома обходится в несколько миллионов рублей. За сто же миллиардов можно выстроить город величиной с Москву. Но что это за 100 млрд? Откуда они возьмутся?
Эти деньги сэкономят ваши рационализаторы и изобретатели за семилетку. Их у пас около двух миллионов человек. Уже в 1959 г. они внесли в новаторский фонд семилетки свыше 11 млрд. руб.
Со всех концов страны слышится перекличка новаторов. «В первый год семилетки каждый из 30 тыс. наших изобретателен и рационализаторов, — рапортует Кузбасс, — внес по меньшей море по одному цепному 200 млн. руб. экономии».
«Трест Вахрушевуголь, —сообщают из бретепнй и рацпредложений, сэкономив за .,
«2,4 млн. руб. сберегли за последнее время члены Всесоюзного общества рационализаторов и изобретателей подмосковного завода Электроизолит»,— пишут со станции Хотьково.
Очень нужна государству трудная, но увлекательная работа борцов за новую технику.
ПОСТОЯННЫЙ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК В ТЕХНИКЕ
о наше время пет такой отрасли народного хозяйства, в которой не применялось бы электричество. И каждая из них предъявляет к электрическим машинам и аппаратам определенные требования, от которых зависит не только конструкция этих машин, но и род используемого тока. Хотя в технике и в промышленности широко используются и переменный и постоянный токи, области их применения весьма четко разграничены.
Впервые люди получили электрический ток от гальванических элементов. Эти элементы создавали в электрической цепи поток электронов, движущихся все время в одном определенном направлении. Такой ток получил название «постоянного».
Первые вращающиеся генераторы, электрические двигатели и приборы также работали на постоянном токе. И когда в конце прошлого столетия русский электротехник М. О. Доли-во-Добровольский предложил применять трехфазный переменный ток, многие ученые отнеслись к этому с недоверием. Даже знаменитый американский электротехник Эдисон считал переменный ток выдумкой, не заслуживающей внимания. Однако очень скоро переменный ток стали использовать во многих областях электротехники. Электрические генераторы переменного тока создают в электрической цепи поток электронов, непрерывно изменяющий па-прав ленпе своего движения. Так, в цепи электрической лампочки, освещающей вашу комнату, электроны успевают за одну секунду
РОЖДЕНИЕ ТОКА
Для того чтобы привести в движение гидротурбину мощностью в 100 кет, необходимо ежесекундно пропускать через нее по 1 м3 воды при напоре в 12,5 м. Это значит, что каждую секунду на лопасти такой турбины обрушивается с высоты третьего этажа 1 Т воды. На крупных же электростанциях, где установлены турбины в 100 тыс. кет, на лопасти турбин ежесекундно низвергаются сотни кубометров воды с высоты в 20 и больше метров. Иначе говоря, при сооружении гидростанций приходится создавать искусственные водопады, подобных которым не много есть в природе.
к
Рис. 1. Гальванические элементы дают постоянный ток.
100 раз изменить направление своего движения: 50 раз они движутся в одном направлении и 50 — в обратном. Про такой ток говорят, что он имеет частоту 50 периодов в секунду.
Эта особенность движения электронов придает переменному току целый ряд свойств, определивших его главенствующее положение в современной электротехнике.
Одно из важнейших свойств переменного тока — его способность к трансформации. Как мы знаем, передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при очень высоком напряженпп, достигающем 110, 220 и даже 500 — 800 тыс. в. Столь высокое напряжение нельзя получить непосредственно в генераторах. В то же время для различных электрических машин и аппаратов нужен электрический ток напряжением в несколько десятков илп сотен вольт. Вот здесь-то и пригодилась его способность к трансформация,— она позволила с помощью трансформаторов изменять напряжение переменного тока в любых пределах.
Мало того. Соединение обмоток генератора в трехфазную систему позволило получить трехфазный переменный ток. Это система трех переменных токов, которые имеют одинаковую частоту, но различаются по фазе на одну треть периода (см. т. 3, ст. «Электричество п магнетизм»). Трехфазный ток обладает важными достоинствами. Во-первых, трехфазпые лпнпп электропередач выгоднее однофазных: по ним при той же затрате проводов п изоляции можно
Рис. 2. Генераторы электрических станций вырабатывают переменный ток с частотой 50 пер /сек.
передать больше электрической энергии, чем при однофазном переменном токе. А во-вторых, благодаря свойству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле, удалось построить очень простые и надежные асинхронные электрпческие двигатели без коллектора и щеток.
Эти качества переменного тока и послужили причиной того, что в паши дни все промышленные электростанции вырабатывают только трехфазный переменный ток.
Больше половины электрической энергии, вырабатываемой этими электростанциями, расходуется электрическими двигателямп. Чтобы они могли выполнять разнообразную работу, их делают различными и по устройству и по размерам.
Кроме простых асинхронных двигателей, которые широко используются для привода станков, есть двигатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Они развивают большие усилия при трогании с места и поэтому успешно применяются на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения. По своим размерам электрические двигатели бывают маленькими — с катушку ниток — и огромными, как карусель.
Применение для привода станков сразу нескольких электрических двигателей дало возможность упростить механизмы станка, облегчило управление ими и позволило создать автоматические станочные линии.
Малые размеры электрических двигателей позволили использовать электрическую энергию там, где раньше применялся только руч
ной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки и другой электрифицированный инструмент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным.
Электрические полотеры, пылесосы, стиральные машины и холодильники пришли на помощь домашним хозяйкам.
Переменный ток — хороший источник тепла. В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи сопротивления широко используются для кондиционирования воздуха, обогрева сушильных шкафов и различных помещений.
Электрические лампочки дают свет независимо от того, какой ток идет через их нити. Но поскольку передача переменного тока более экономична, а трансформаторы позволяют легко поддерживать необходимое для них напряжение, вся осветительная сеть городов и сел обслуживается переменным током.
Непрерывное изменение направления движения электронов в переменном токе, его способность к трансформации открыли ему широкую дорогу во многие области техники. Но не всегда хорош ток, все время меняющий свое направление. Вот вы сели в троллейбус, поезд метро или в вагон «электрички» на железной дороге. Здесь вы попали во владения постоянного тока.
Дело в том, что простые и удобные электрпческие двигатели переменного тока не позволяют в широких пределах плавно менять скорость своего вращения. А вспомните, сколько раз водителю приходится изменять скорость движения троллейбуса; с такой беспокойной работой хорошо справляется только двигатель постоянного тока. Питанпе этих двигателей осуществляется с тяговых выпрямительных под-
Рис. 3. С помощью трансформаторов можно изменять напряжение переменного тока в любых пределах.
Рис. 4. Электрические двигатели позволили создать автоматические станочные линии.
Рис. 5. Электрические дуговые и индукционные печи широко применяются в технике и промышленности. Небольшие печи сопротивления можно встретить в вагонах поездов, в троллейбусах и даже дома.
стапций; Приходящий на пих с электростанций переменный ток при помощи ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть — в провода и рельсы.
Применение тяговых двигателей постоянного тока на транспортных машинах оказалось настолько выгодным, что их можно встретить на тепловозах и теплоходах.
Их основными двигателями служат дизели, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие постоянный ток. Л он в свою очередь заставляет работать электрические двигатели, вращающие колеса пли гребные винты.
Однако высокая стоимость и сложность преобразовательных подстанций заставили ученых и инженеров задуматься над использованием переменного тока на транспорте. Сейчас уже есть участки железных дорог, использующие однофазный переменный ток. С успехом используют его и на многих дизель-элек-трпческпх кораблях.
Дальнейшая электрификация железных дорог в нашей стране будет осуществляться преимущественно с использованием переменного тока напряжением 25 тыс. в. Этот ток будет превращаться в постоянный непосредственно на электровозах при помощи выпрямительных устройств.
Хорошие регулировочные способностп электродвигателей постоянного тока позволили с успехом применить их также на подъемно-транспортных механизмах. На обычных кранах, которые вы видите па строительстве, работают двигатели переменного тока. Но на мощных подъемных крапах больших металлургических заводов устанавливают двигатели постоянного тока. Ведь здесь надо - плавно поднимать и переносить огромные ковши с расплавленным металлом, разливать его в изложницы пли подавать раскаленные болванки на прокатные станы.
Эти двигатели приводят в движение и механизмы гигантских шагающих экскаваторов.
Двигатели постоянного тока могут развивать очень большие скорости вращения — до 25 тыс. об Iмин. Это позволяет получать большую мощность при очень небольших размерах двигателя. Поэтому они незаменимы в качестве моторов управления, применяемых на самолетах для поворотов рулей, элеронов и закрылков, для подъема и опускания шасси и других механизмов.
Неизменное направление движения электронов в цени постоянного тока определило
большую и важную об-* ласть его применения, в которой переменный ток с ним соперничать не может. Речь идет об эл с кт рол пзе - процессе, связанном с прохождением тока через жидкие растворы — электролиты. Под воздействием постоянного тока, проходящего через электролит, он разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на определенных электродах — на аподе или катоде. Это свойство широко используется в цветной металлургии — для получения алюминия, магния, цинка, меди, марганца. В химической промышленности при помощи электролиза получают фтор, хлор, водород и другие вещества.
В гальванотехнике электролиз применяют для осаждения металла на поверхность различных изделий. Таким образом наносят защитные покрытия на металлические изделия (никелирование, хромирование), изготавливают металлические монументы, печатные формы и т. д. Гальванизацию применяют в медицине для лечения некоторых болезней.
Постоянное направление движения электронов помогает постоянному току соперничать с переменным в сварочном деле и некоторых видах освещения. При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно и шов получается качественнее, чем при сварке переменным током.
Зайдите на киностудию. Мощные дуговые кинопроекторы заливают светом съемочный павильон. На переменном токе дуга горит менее устойчиво, дает меньше света и издает гул, мешающий записи звука при киносъемке. Поэтому кинопрожекторы питают постоянным током, который дает бесшумную устойчивую дугу. В мощных военных прожекторах и дуговых кинопроекционных аппаратах также используется постоянный ток.
Чтобы получить переменный ток, нужно непрерывно вращать генератор переменного тока, а постоянный ток могут давать неподвижные аккумуляторные батареи пли же гальванические элементы. Эти свойства источника элек-
Рис. 6, Для питания двигателей электровозов вдоль электрифицированной железной дороги устанавливаются тяговые выпрямительные подстанции, на которых переменный ток преобразуется в постоянный при помощи ртутных выпрямителей.
трического тока также в ряде случаев определяют область применения постоянного тока.
Автомобиль стоит на месте. Как завести его двигатель? К вашим услугам аккумуляторная батарея. Вы нажимаете кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заводит мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который заряжает аккумулятор, восстанавливает израсходованную энергию. Такой обратимый процесс недоступен для переменного тока.
Что было бы, еелп бы в поездах освещение питалось переменным током? Остановился поезд — перестали вращаться колеса вагонов, а вместе с ним остановились бы электрические генераторы и свет в вагонах погас бы. Но этого
Рис. 7. В гальванических ваннах при помощи постоянного тока покрывают различные предметы тонким слоем никеля или хрома.
Рис. 8. На киностудиях на постоянном токе работают мощные дуговые кинопрожекторы.
нс происходит, потому что под вагонами установлены генераторы постоянного тока, работающие параллельно с аккумуляторными батареями. Идет поезд — генераторы вращаются, дают энергию для освещения и одновременно заряжают батарею. Остановился состав — аккуму-
Рис. 9. Аккумуляторные батареи применяются в различных областях техники.
ляторная батарея посылает ток в осветительную сеть.
Представьте себе, что на электростанции произошла авария: все турбо- пли гидрогенераторы остановились и линии электропередачи, связывавшие се с другими электростанциями, отключились. В таких случаях выручает постоянный ток, получаемый от больших аккумуляторных батарей. С его помощью приводят в движение вспомогательные механизмы, включают отключившиеся выключатели и снова пускают в работу главные турбо- или гидрогенераторы. Питание от аккумуляторной батареи очень надежно, поэтому все цепи защиты управления, автоматики и сигнализации на больших электростанциях работают на постоянном токе.
Может ли плавать подводная лодка без постоянного тока? На поверхностп воды может. В этом случае ее гребные винты вращаются дизелями. Но под водой дизели останавливаются — не хватает воздуха. Там работает двигатель постоянного тока, получающий энергию от аккумуляторных батарей. Когда лодка вновь всплывает на поверхность и включаются в работу дизели, электрический двигатель превращается в генератор п вновь заряжает батареи.
В шахтах не везде можно подвесить контактный провод для электровозов. Как же пм передвигаться? И тут опять выручает аккумуляторная батарея. На многих шахтах рудничные аккумуляторные электровозы доставляют уголь пз самых отдаленных забоев. Электрические тележки с аккумуляторами — электрокары — вы часто видите на вокзалах. Они есть и в цехах больших заводов и фабрик.
Обратите внимание, как кинооператор снимает какое-нибудь важное событие. В руках у него легкий киносъемочный аппарат, а на поясе — аккумулятор. Нажал кнопку, и аппарат заработал. Такие легкие аккумуляторные батареп широко применяются для переносных радиостанций, сигнальных устройств, электрических измерительных приборов.
Конечно, перечисленными здесь примерами не исчерпываются все области применения электрической энергии. Мы ничего не рассказали о ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и других целей — об этом вы прочтете в соответствующих статьях нашего тома.
Д/Т иого лет назад, когда наша страна по эко-номике была позади большинства стран мира, советские люди отваживались строить планы широких преобразовательных работ. Безумно смелыми казались эти вдохновенные мечты, страшно далекими сроки их осуществления.
Теперь, когда *по объему производства наша страна вышла на второе место в мире, положение совершенно изменилось. Будущее уже перекликается с нашими современными работами. Оно проливает яркий свет на целесообразность и значение этих работ, предостерегает и заставляет искать другие решения, избавляет нас от напрасных огромных затрат.
Великие работы будущего могут проводиться только на базе повой могучей энергетики, опираясь па развитие металлургии и транспорта.
Энергетика, развиваясь, увеличивает власть человека над природой. Она — наш главный помощник в штурме космоса.
Электроэнергию измеряют киловатт-часами. 1 квт-ч электроэнергии способен поднять груз
ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО
в 1 Т па высоту 367 м (без учета потерь на трение). С его помощью можно прокатать 50 кГ металлоизделий, продемонстрировать 4 раза большой фильм, добыть в шахте и выдать на-гора почти центнер угля, вывести в инкубаторе 30 цыплят, 2 недели бесперебойно снабжать водой одного жителя Москвы.
В 1959 г. советские электростанции выработали 264 млрд, квт-ч. А в 1965 г. страна полупит уже 500—520 млрд, квт-ч —почти по 2300 квт-ч на каждого человека вместо 14 в 1913 г.
Семилетний план — это первый этап грандиозных преобразований в стране, намеченных на 15—20 лет. Как же будет развиваться советская энергетика в более отдаленном будущем?
По очень осторожному прогнозу, в 1970 г. мы должны получить 900 млрд, квт-ч,к 1975 г.— около 1500 млрд, квт-ч, а в 1980 г. — около 2300 млрд, квт-ч. Это в 260 раз больше плана ГОЭЛРО!
На душу населения в 1980 г. у пас должно приходиться около 8,5 тыс. квт-ч.
Рис. 1. Мощная тепловая электростанция.
Главную роль в снабжении нашей страны электроэнергией п теплом (в виде пара и горячей воды) будут играть очень крупные тепловые электростанции (см. ст. «Фабрика тепла и электричества»).
В будущем мы будем строить электростанции мощностью до 3 млн. кет и выше. На них будут работать очень экономичные турбогенераторы мощностью 200, 300 и да/кс 600 тыс. кет. Проектировщики уже думают о создании турбогенератора в 1 млн. кет — почти два Днепрогэса в одной компактной машине! Каждый турбогенератор будет снабжаться паром от своего гигантского котла. А па производство 1 квт-ч этим агрегатам понадобится не более 300 Г угля — небольшая горсть!
Будут строиться новые типы электростанций — газотурбинные. К. п. д. газовых турбин более высокий, чем паровых, А сами они значительно компактнее. I азовая турбина не требует воды. Сейчас у пас изготовляются газовые турбины мощностью в 25 тыс. кет. В ближайшем будущем будут созданы машины в 50 тыс. и более кет. В дальнейшем газотурбинные электростанции достигнут миллионной мощности. Они станут превращать дешевое топливо в электроэнергию.
Советские ученые открыли новые методы энергохимического использования топлива. Из торфа, бурых углей, сланцев перед пх сжиганием в топках котлов будут извлекаться очень ценные продукты — газ для бытового п промышленного применения, смола, необходимая для получения химических продуктов и жидкого горючего.
Таким образом, тепловая электростанция будущего превратится в сложный комбинат, который будет одновременно вырабатывать электрическую энергию, газ, пар п горячую воду для производственных п бытовых нужд, сырье для химической промышленности, а пз остатков топлива — строительные материалы.
Ученые уже давно думают над тем, нельзя ли непосредственно превращать топливо, свет, тепло, внутриядерную энергию в электроэнергию? Ужо построены первые электрохимические генераторы. Пока еще они несовершенны, но все же это новый путь получения энергии. Возможно, придет время, когда уголь не нужно будет сжигать, чтобы превратить заключающуюся в нем химическую энергию в тепло и потом преобразовать его в механическую или электрическую энергию. Химическая энергия угля будет превращаться непосредственно в электроэнергию с высоким к. п. д. Это будет большой переворот в энергетике. Ученые считают, что можно будет соорудить колоссальные электрохимические генераторы прямо в толще угольных пластов под землей.
Энергию солнечных лучей тоже будут использовать. Советские ученые работают над созданием большой гелиотехники. Она позволит использовать солнечную энергию в промышленности. Для этого концентрацию солнечных лучей увеличивают при помощи больших зеркал. Такие машины могут работать почти так же, как и обычные котлы на топливе. В 1ашкенте уже построена опытная солнечная установка с зеркалом диаметром 10 м. На ней получают лед и опресненную воду. Кроме того, проектируется крупная солнечная теплоэлектроцентраль в Араратской долпне Армении. Паровой котел, связанный с паровой турбиной н поставленный в центре круга па 40-метровую башню, будут подогревать пучки солнечных лучей, отражаемые от группы концентрически расположенных зеркал. Зеркала установлены на специальных тележках-поездах, которые автоматически еле-» дуют за движением Солнца.
Огромное будущее предсказывают разработанному подавно новому методу непосредственного превращения солнечного тепла в света в электроэнергию при помощи полупровод-
НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Задача непосредственного использования солнечной энергии издавна привлекает к себе внимание ученых и инженеров многих стран. Замечательным успехом было создание солнечных батареи, питающих энергией радиопередатчик третьего советского спутника Земли.
Достигнуты в этой области и некоторые другие успехи. Созданы специальные установки, плоские стеклянные пластины которых пропускают коротковолновые лучи Солнца, но не пропускают длинноволновые тепловые лучи. Это позволяет накапливать тепло. Такие установки уже сейчас приводят в действие насосы мощностью до 3 л.с. Для промышленного производства жароупорной керамики применяется установка с зеркалом диаметром более 12 л. С его помощью получают температуры до 3000'. Построена также 40-тонная параболическая рефлекторная печь с алюминиевым зеркалом диаметром 8,5 л», которая служит для производства удобрении путем связывания атмосферного азота.
Рис. 2.
Солнечная элек/простанц ия.
пиков в термоэлектрогенераторах (см. ст. «Полупроводники в технике»).
По-новому будут использовать и энергию ветра. Она непостоянна, и подчинить ее нуждам человека трудно. Но советские ветроэнергетики непрестанно ищут методы «выравнивания» этой эиергип. Одпн из возможных способов аккумулировать ветровую энергию — это электролитическое разложение воды на кислород и водород, а потом соединение их (когда нет ветра).
Советская энергетика стоит у начала использования глубинного вулканического тепла Земли. Такие возможности есть на Камчатке, Курильских о-вах, Кавказе, в Средней Азии.
Решается мировой техникой и проблема использования морских приливов. Все приливные гидроэлектростанции, предлагаемые пока проектировщиками, были бы очень дорогими и не обеспетивалп бы надежного электроснабжения. Между тем общая мощность приливов п отливов на Земле достигает 7 -1016 кет.
Техника будущего обратится, вероятно, и к такому резерву, как малые температурные пере
пады в природе. Ведь возможности получения энергии от разницы температуры между водой в глубине океанов и наружного воздуха, например в Арктике и Антарктике, очень велики.
Не так далеко то время, когда атомная энергетика обеспечит нам сказочное обилие электроэнергии. В нашей стране уже вступают в строй мощные атомные электростанции, проектируются и строятся новые крупные АЭС. Онп возникают прежде всего в районах, далеко расположенных от месторожденпй органического топлива и крупных рек. Остановится ли энергетика на этом этапе?
Уже занимается заря новой техники, основанной на использовании термоядерных электростанций.
Горючим для них будет тяжелый, а потом, возможно, и обычный водород. Производительность таких электростанции даже трудно себе представить. Выпивая воду пз стакана, мы и не подозреваем, что в ней содержится огромное количество эиергип.
Когда появятся термоядерные электростанция, то изобилие энергии позволит электрифицировать и полностью автоматизировать все производственные процессы.
Широкое развитие энергетики позволяет ставить вопрос о великих преобразовательных работах в нашей стране. Они настолько грандиозны, что неизбежно приобретут международное значение. О таких работах мечтают уже давно. Сейчас, например, орошают лишь около 2и'о площади всех пустынь. Культурными посевами и насаждениями занято едва ли 10’’ 0 * всех земель. Какое поле гигантских работ ; в будущем!
1 Широкие международные водохозяйственные системы помогут навсегда покончить с водным голодом в отдельных зонах Земли, стереть с лица нашей планеты желтые пятна пустынь.
Огромные преобразования необходимы и у нас. Посмотрите на физическую карту СССР. В глаза бросаются два колоссальных зеленых пятна: Западно-Сибирская низменность и Арало-Каспийская впадина. Это — важные житницы пашей страны в будущем. Они могут дать больше продуктов, чем производят сейчас США. Научная мысль работает над тем, как ликвидировать излишнюю увлажненность великой при-о*бской равнины, как лучше провести живительный поток сибирской воды в знойные пустыни нашей страны.
Центральным и южным районам Европейской части страны нужно все больше и больше пресной воды. Вода становится важнейшим условием размещения промышленности и городов, основой жизни и здоровья людей.
Уже разработан проект переброски воды северных рек — Печоры, Северной Двины, Ме-
МНОГО ИЛИ МАЛО?
Всегда ли мы правильно судим о том, что такое «много» и что такое «мало»? Вот несколько человек поднимают по лестницам на пятый этаж стальной несгораемый шкаф весом в 300 кГ. Люди напрягают все свои силы, работа длится часами.
А велико ли дело — вскипятить чайник воды? Всего 20 мин. работы газовой горелки. Однако расчеты показывают, что при кипячении двухлитрового чайника затрачивается энергия, достаточная для подъема трех стальных шкафов на крышу двадцатиэтажного дома!
зени — и их притоков в русла Волги, Днепра, Дона. Высказывается идея перехвата воды в низовьях Дуная, Днепра, Днестра, Допа и Кубани для орошения и обводнения южных районов. Эти огромные работы связываются с утеплением и освежением вод Черного моря, расширением зоны субтропиков на Кавказе и в Крыму.
Наши реки несут в себе огромную энергию — почти 3 тыс. млрд, квт-ч в год могут дать они! Уже сейчас наша страна вводит в строй мощные гидроэлектростанции, превосходящие наиболее крупные гидростанции капиталистических стран.
Строя каскады гидроэлектростанций, мы создадим единую водохозяйственную систему страны, соединим между собой все реки, все 14 морей, омывающих нашу землю, и три океана — Северный Ледовитый, Тихий и Атлантический.
Большое гидростроительство ведется в Китае. Там намечено сооружение на р. Янцзы гид-роэлектростанцииСанься небывалой мощности-20—25 млн. кет. На ней впервые будут установлены гидрогенераторы по 1 млн. кет каждый.
Многим государствам уже сейчас очень нужны согласованные схемы международного комплексного использования отдельных рек. Первые ласточки такого международного сотрудничества — большие работы советских и китайских гидроэнергетиков по использованию Амура, работы по использованию пограничных рек с Монголией, Афганистаном, Ираном, Норвегией, Финляндией. Разрабатывается прямой водный путь Днепр — Эльба — первое звено возможной водноэнергетпческой системы Восточной и Западной Европы. Советские гидроэнергетики участвуют в сооружении высотной Асуанской плотины на р. Нил в Египте.
Природные условия и ресурсы распределены на Земле неравномерно.
В Азиатской части Советского Союза, например, сосредоточены наши главные природные сокровища. Там величайшие реки, мировые запасы леса, сказочные клады железа, цветных и редких металлов, много не попользованных под посевы земель. Поэтому в будущем транспортные и энергетические связи Востока и Запада нашей страны придется перестраивать. Кроме того, Европа, природные ресурсы которой ограничены, развиваясь в условиях мирного сосуществования, будет обращаться к гигантским восточным базам дешевой энергии, топлива, леса, продовольствия и различного сырья.
Большое значение будут иметь международные магистральные трубопроводы нефти, газа,
Рис. 3. Ветровая электростанция.
жидкого аммиака — основного средства увеличения плодородия земли.
В ясные дни с мыса Дежнева виден американский берег. Берингов пролив — это единственно возможный пункт для сухопутной связи Азии с Америкой. Расстояние между станцией Большой Невер и железнодорожной сетью США через Берингов пролив составило бы 7200 км, т. е. было бы почти в полтора раза короче пути через Тихий океан. Сухопутный путь СССР — США отличался бы постоянством, надежностью и экономической выгодностью. Он должен иметь мощные скоростные локомотивы и большие вагоны. При скорости, превышающей 300 км/час, такие экспрессы покрывали бы расстояние от Сибирской магистрали до железнодорожной сети США почти за 30 час.
Новая дорога протяженностью около 4000 км (на нашей стороне) установила бы надежную связь с обширными пространствами Северо-Востока СССР с их неисчерпаемыми природными богатствами.
Путь СССР—США может быть почти оди-» паковой длины с Сибирской магистралью. Ее протяженность от Челябинска до Владивостока 7400 км, и построили ее за 15 лет (1891 — 1905).
Но Сибирскую дорогу строило одно государство. А новая дорога — межконтинентальное сооружение, которое в условиях сотрудничества и мира смогут строить две страны.
Советские люди верят, что здравый смысл восторжествует, и тогда, подчиняясь воле народов, волшебная рука техники соединит два велп-ких континента.
Во многих странах мира миллионы людей интересуются инженерными проектами международного значения.
Уже теперь человек пытается искусственно воспроизвести такие титанические явления, как морские течения. Мечты о преобразовании климата Северного полушария Земли — уже не грезы о воздушных замках. Над этой проблемой работают ученые и инженеры. Наука делает первый шаг к организованному перераспределению тепла Земли.
И вот возникла идея перекрыть Берингов пролив исполинским мостом-плотиной. В теле плотины установят тысячи пропеллерных насосов. Их ирпведут в действие мощные атомные электростанции.
Насосы создали бы теплое течение из Тихого океана в Атлантический, и оно могло бы смягчить климат Сибири и Северной Америки,
Ио инженерная мысль идет дальше. Выдвигается новый вариант. Основная его задача — избавиться от мощного ледового покрова.
Гольфстрим и его северные продолжения несут с собой гораздо больше тепла, чем Ку-ро-Спо. Иужйо направить атлантические воды через Полярный бассейн п Берингов пролив в Тихий океан. Насосы Беринговой плотины должны гнать воду не из Тихого океана в Ледовитый, а наоборот. Сквозной проход через Арктику масс теплых вод Атлантики перестроит систему теплых п холодных течений Северного полушария.
Воображению энергетиков уже рисуется искусственный Гольфстрим, который растопит вековые льды, ослабит холодные течения и превратит северные районы СССР и США в
обширные цветущие зоны жизни. Над этой великой проблемой должны работать международные коллективы ученых и инженеров.
Мы попытались дать общую картину энергетики будущего и тех преобразовательных работ, которые, возможно, будут производиться с ее помощью. Но для того чтобы приблизить будущее, нужна большая практическая работа по выполнению заданий семилетнего плана развития народного хозяйства страны.
Очертания будущего становятся все яснее, и необходимы колоссальные усилия всего советского народа, чтобы претворить в жизнь завет Ленина, выраженный им в чеканной формуле: «Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны».
ТОКИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ В ТЕХНИКЕ
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Догрузите палку в пруд. Уровень воды должен повыситься. Но это повышение настоль-
ко ничтожно, что обнаружить его трудно. А если попеременно погружать палку в воду п вытаскивать ее, то по воде побегут волны. Они заметны на значительном расстоянии от места возникновения (рис. 1). Такое механическое движение воды можно сравнить с электромагнитными явлениями. Вокруг проводника с постоянным током возникает постоянное электромагнитное поло. Обнаружить его вдали от токонесущего проводника трудно.
Длина волны
Но если по проводнику пропускать переменный электрический ток, то п электромагнитные силы вокруг проводника будут все время меняться, т. е. электромагнитное поле вокруг него будет волноваться. От проводника с переменным током бегут электромагнитные волны.
Чтобы выяснить природу и действие этих волн, вспомнпм некоторые понятия, уже известные нам из учебников и пз т. 3 ДЭ.
Расстояние между двумя ближайшими гребнями волн на пруду — это длина волны. Ее обозначают греческой буквой X (лямбда). Время, за которое какой-либо участок волнующейся поверхности воды поднимается, опускается п вновь возвращается к своему начальному положению — это период колеба-и п я — Т. Обратную величину у называют частотой колебаний и обозначают буквой ft Частоту колебаний измеряют в п е -риодахв секунду. Едпнпцаизмерения частоты колебаний, соответствующая одному перподу в секунду, названа герц (гц) в честь Генриха Рудольфа Герца (1857 — 1894), знаменитого исследователя колебаний п волн (1 тыс. герц = 1 кплогерц, 1 млн. герц— 1 мегагерц).
Один пз проектов плотины через Берингов пролив.
УСИЛЕНИЕ
В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АППАРАТНОЙ
'междугородняя
НА СТАНЦИЮ 8 ЭФИР
К АБОНЕНТАМ
ИЗ ГОРОДОВ
СТУДИЯ
РЕПОРТАЖ
МАГНИТО "ОН
ПО ПРОВОДАМ
ТРАНСЛЯЦИЯ
В РАЗНЫЕ ГОРОДА
ТРАНСЛЯЦИОННЫЙ УЗЕЛ
ПРЕВРАЩЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ЗВУКА ПРИ РАДИОПЕРЕДАЧЕ
Скорость в о л п (с) — то расстояние, на которое волны распространяются за одну секунду. За время одного периода Т волновое движение успевает распространиться как раз на длину одной волны X. Для волнового движения справедливы следующие соотношения:
с-Т = \; - = Х.
Этп соотношения между частотой колебаний, длиной волны и скоростью движения волн верны не только для волн на воде, но и для любых колебаний и волн.
Необходимо сразу же подчеркнуть одно свойство электромагнитных колебаний. Когда они распространяются в пустом пространстве, то, какова бы ни была их частота, какова бы пи была длина волны, скорость их распространения всегда одна и та же —300 тыс. км сек. Видимый свет — это один из видов электромагнитных колебаний (с длиной волны от 0,4 до 0,7 миллимикрона и частотой 10й —101 гц). Скорость распространения электромагнитных волн — это скорость света (3-1010 см/сек).
В воздухе и в других газах скорость распространения электромагнитных колебаний лишь немного меньше, чем в пустоте. А в различных жидких и твердых средах она может быть в несколько раз меньше, чем в пустоте; кроме того, здесь она зависит от частоты колебаний.
ИЗЛУЧЕНИЕ И ИЗЛУЧАТЕЛИ
Мы живем в мире электромагнитных колебаний. И солнечный свет, и загадочные потоки космических лучей, падающих на Землю из межзвездных пространств, и тепло, испускаемое жарко натопленной печью, и электрический ток, циркулирующий в силовых сетях,— все это электромагнитные колебания. Все они распространяются в виде волн, в виде лучей.
Всякий предмет, всякое тело, порождающее волны, называют излучателем. Палка, которой болтают в пруду,— это излучатель водяных волн. Вода оказывает сопротивление ее движению. Чтобы двигать палку, ладо затрачивать мощность. Эта передаваемая воде мощность численно равна произведению квадрата скорости движения палкп па сопротивление движению. Частично эта мощность превращается в тепло — идет на нагревание воды, а частично идет на образование волн.
Можно сказать, что полное сопротивление, испытываемое палкой, — это сумма двух сопротивлений: одно из них — сопротивление
САМАЯ МАЛЕНЬКАЯ И САМАЯ БОЛЬШАЯ
Есть много единиц измерения энергии: эрг, джоуль, калория и др. Самая маленькая из них— электронвольт: электрон, разогнанный в электрическом поле между точками с разностью потенциалов в 1 в, будет обладать энергией в 1 электронвольт.
Самую большую единицу энергии предложил недавно для подсчетов мировых запасов энергии индийский ученый Хоми Баба. Его единица равна тепловой энергии, которая выделяется при сжигании 33 млрд. Т каменного угля. Такое количество угля ученый взял потому, что за последние 20 лет, в течение которых особенно много добывалось и сжигалось угля, его было извлечено из земных недр именно 33 млрд. Т.
теплообразования, а другое — сопротивление волнообразования — сопротивление излучения, как его принято называть (рис. 2).
Такие же закономерности и у электромагнитных явлений. Мощность, которую расходует в проводнике электрический ток, равна произведению сопротивления проводника на квадрат тока в нем. Если взять ток в амперах, а сопротивленце в омах, то мощность получится в ваттах.
В электрическом сопротивлении любого проводника (как и в механическом сопротивлении воды движению палки) можно различить две составляющие: сопротивление теплообразования — омическое сопротивление и сопротивление излучения— сопротивление, вызванное образованием вокруг
Рис. 2 При движении весла в воде преодолевается сопротивление теплообразования и сопротивление излучения fволнообразования.)
□ 13 Детская энциклопедия, т. 5
193
Рис. 3. Передача толчка вдоль шеренги костяшек домино. Так же передается энергия от частицы к частице при механическом волновом движении.
проводника электромагнитных волн, уносящих с собой энергию.
Возьмем, например, электрическую нагревательную плитку, для которой омическое сопротивление равно 20 ом, а ток — 5 а. Мощность, превращаемая в этой плитке в тепло, будет равна 500 вт (0,5 кет). Чтобы вычислить мощность волн, бегущих от излучателя, надо помножить квадрат тока в проводнике на сопротивление излучения этого проводника.
Сопротивление излучения находится в сложной зависимости от формы проводника, от его размеров, от длины излучаемой электромагнитной волны. Но для одиночного прямолинейного проводника, во всех точках которого идет ток одного и того же направления и одинаковой силы, сопротивление излучения (в омах) выражается относительно простой формулой:
fl \2
/?113л - 3200(4)2.
Здесь I — длина проводника, а X — длина электромагнитной волны (эта формула справедлива при I значительно меньших, чем X).
При ориентировочных прикидках эту формулу можно применять для любых электротехнических конструкций, любых машин и аппаратов, например для нагревательной плитки, в которой провод не прямолинеен, а свернут в спираль, уложенную зигзагом. Но в качестве I в формулу сопротивления излучения надо подставлять не полную длину проводника, а один из приведенных размеров рассматриваемой конструкции. Для нагревательной плитки I приблизительно равно поперечнику плитки.
На центральных электростанциях вырабатывается переменный ток с частотой 50 гц. Этому току соответствует электромагнитная волна длиной в 0 тыс. км. Не только электрическая
плитка, но и самые крупные электрические машины и аппараты и даже дальние линии электропередачи имеют размеры I во много раз мснынпе, нежели длина этой электромагнитной волны. Сопротивление излучения самых крупных электрических машин и аппаратов для тока с частотой 50 гц измеряется ничтожными долями ома. Даже при токах в тысячи ампер излучаются мощности меньше одного ватта.
Поэтому в практике прп применении промышленного тока с частотой 50 гц не приходится учитывать его волновые свойства. Энергия этого тока крепко «привязана» к проводам. Для подключения потребителя (ламп, печей, двигателей и т. д.) необходим непосредственный контакт с токонесущими проводами.
С повышением частоты тока длина электромагнитной волны уменьшается. Напрпмер, для тока с частотой 50 Мгц она равна 3 .ч. Прп такой волне даже проводник небольших размеров может иметь значительное сопротивление излучения п при относительно небольших токах излучать значительные количества энергии.
По уточненным расчетам проводник дли-/, Х\
нои в полволпы |/=9-) имеет сопротивление излучения 7?цЗЛ. около 73 ом. Прп токе, скажем, 10 а пзлучаемая мощность будет 7,3 кет. Проводник, способный пзлучать электромагнитную энергию, называют антенной. Этот термин был заимствован электриками в конце прошлого века пз энтомологии, — антенной называется усик-щупальце у насекомых.
У ИСТОКОВ РАДИОТЕХНИКИ
Электромагнитные колебания, совершающиеся с частотой в миллион миллиардов герц, наше зрение ощущает как свет. В тысячу раз более медленные колебания могут ощущаться кожей как тепловые лучи.
Электромагнитные колебания, частота которых находится в пределах от нескольких килогерц до тысяч мегагерц, не воспринимаются органами чувств, но онп имеют большое значение в нашей жизни. Эти колебания способны распространяться, как и свет и тепло, в впде лучей. По-латыни слово «луч» — «радиус». От этого корня и образовано слово «радиоволны». Это колебания, порождаемые токами высокой частоты. Основное, важнейшее их применение — беспроволочная телеграфная и телефонная связь. Впервые в мпре беспрово-
личную передачу сигналов радиоволнами практически осуществил русский ученый Александр Степанович Попов. 7 мая (25 апреля) 1895 г. на заседании фпзйческого отделения Русского физико-химического общества он продемонстрировал прпем радиоволн.
13 паше время с помощью радио можно установить беспроволочную связь между любыми точками земного шара. Возникли новые отрасли высокочастотной техники — радиолокация, телевидение. Радиотехника стала применяться в различных отраслях промышленности.
Обзор высокочастотной техники правильно начинать с методов получения переменных токов высокой частоты.
Самый старый п наиболее простой способ получения высокочастотных электромагнитных колебаний — это разряд конденсатора через искру. Первые радиопередатчики А. С. Попова имели пскровыс генераторы с такпми простейшими разрядниками в виде двух шаров, разделенных воздушным промежутком.
В начале нашего столетпя появились усовершенствованные пскровыс разрядники, которые давалп высокочастотные колебания мощностью до 100 кет. Но в них были велики потери энергии. В настоящее время есть более совершенные источники токов высокой частоты (ТВЧ).
Для получения токов с частотой до нескольких килогерц обычно применяют машинные генераторы (рис. 4). Такой генератор состоит из двух основных частей — неподвижного статора и вращающегося ротора. Обращенные друг к Другу поверхности ротора и статора зубчатые. При вращении ротора взаимное перемещение этих зубцов вызывает пульсацию магнитного потока. В рабочей обмотке генератора, уложенной на статоре, возникает переменная э л е к-т р о д в и ж у щ а я сила (э. д. с.). Частота тока равна произведению числа зубцов ротора на число его оборотов в секунду. Например. при 50 зубцах на роторе и скорости его вращения в 50 об сек получается ток частотой 2500 гц.
В настоящее время выпускаются машинные геш раторы ТВЧ мощностью до нескольких сотен киловатт. Они дают частоты от нескольких сотен герц до 10 кгц.
Один пз наиболее распространенных современных способов получения ТВЧ — это применение к о л е б а т е л ь и ы х к о н т у р о в, соединенных с электрическими управляемыми вентилями.
Рис. 4. Машинный генератор тока повышенной частоты.
СПУСКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Откройте наручные часы. Первое, что бросается в глаза,— это колесо-маятник, которое быстро колеблется взад и вперед, скручивая и раскручивая спиральную пружинку-волосок. С ним связана вплочка — балансир, который сцепляется с анкерным колесом (колесо с фигурными зубцами). Отклоняясь то в одну, то в другую сторону, балансир отпускает зубцы анкерного колеса. При каждом колебании маятника анкерное колесо поворачивается на один зубец. При этом оно через балансир подталкивает маятник, не дает затухнуть его колебаниям.
Комбинацию анкерного колеса п балансира называют спусковым механизмом или, короче, с п у с к о м. При его помощи вращательное движение заводной пружины преобразуется в колебательное движение маятника. Этот механизм очень похож по своему действию на э л е к т р и ч е с к п е схемы, которые превращают постоянный ток в электрические колебания.
Маятник— механическая колебательная система. Электрическая колебательная спстема составлена пз с а м о и п д у к ц п п п ем к о-сти. Емкость соответствует пружине-волоску, а самоиндукция — массе маятника.
Спусковым механизмом в электрической схеме служит выключатель. Он то соединяет источник постоянного тока с колебательным контуром, то преграждает току путь — разделяет источник энергии и колебательный коптур.
Если использовать в качестве выключателя какую-либо механическую конструкцию — рубильник, например,— то колебания можно получить лишь с относительно низкой частотой — не выше десятков, в крайнем случае сотен герц. Но существуют приборы, прерывающие ток с большей частотой. Это электронные, ионные и полупроводниковые в е п-т п л и.
ЭЛЕКТРОННЫЕ И ИОННЫЕ ВЕНТИЛИ
Важнейшая часть всякого электронного или ионного вентиля катод — электрод, который испускает электроны. На небольшом расстоянии от него располагают анод — электрод, па который подается положительное напряжение. В результате анод притягивает к себе электроны. Между катодом и анодом помещен еще один электрод - управляющая сетка. Она управляет потоком электронов.
Катод, сетка и анод размещены внутри стеклянного пли металлического баллона, из которого тщательно откачивают воздух. Внутри него создается большое разрежение — в ы-с о к и й вакуум (рис. 5).
Ток в электронном вентиле создается электронами, которые движутся от катода к аноду. Чтобы получить достаточно большой электрон-
Рис. 5. Трехэлектродная лампа —электронный вентиль. Отрицательное напряжение на управляющей сетке запирает, прерывает электронный ток через вентиль. При положительном напряжении на сетке вентиль пропускает ток.
иый ток, анодное напряжение должно достигать нескольких тысяч вольт. При прохождении тока здесь возникают значительные потери— электронные вентили имеют большое внутреннее сопротивление.
Если заполнить баллон вентиля после откачки из пего воздуха инертным газом или парами металла, например ртути, цезия, то электроны, проходя от катода к аноду, будут сталкиваться с атомами наполнения. Под этими ударами нейтральные атомы газа или пара разбиваются на электроны и положительно заряженные частицы — ионы. В результате в пространстве между катодом п анодом будет теперь находиться смесь отрицательно заряженных электронов и положительных ионов. Присутствие положительных ионов облегчает прохождение тока между катодом и анодом. Такие вентили называются ионными. Через них проходят токи в сотни ампер при напряжении на аноде меньше ста вольт.
Однако тяжелые положительные ионы, находящиеся в разрядном пространстве между катодом и анодом, затрудняют действие управляющей сетки. При подаче на нее отрицательного напряжения положительные ионы окружают сетку и нейтрализуют ее электрическое поле. Поэтому сетка может предотвратить прохождение тока лишь до того, как в пространстве катод —анод появились ионы. Чтобы прервать ток, необходимо на какое-то время подать на анод отрицательное напряжение.
Такая особенность ионных вентилей (неполная их управляемость) приводит к тому, что с их помощью можно возбуждать лишь относительно медленные колебания — с частотой не более нескольких килогерц. А вентили с чисто электронным разрядом, имеющие управляющую сетку, способны хорошо работать при частотах до сотни мегагерц. Предел повышения частоты колебаний у них ставптся инерцией электронов.
13 современных электронных лампах скорость электронов достигает сотых долей скорости света. Но даже прп такой высокой скорости — тысячи километров в секунду — требуется какое-то время, чтобы электрон успел пролететь расстояние между катодом и анодом. Время пролета должно быть меньше, чем длительность полупериода колебаний, которые надо получить.
Чтобы получать колебания с частотой в сотни тысяч п миллиарды герц, применяют не лампы с управляющей сеткой, а другие типы электронных приборов.
ЭЛЕКТРОННЫЕ «СВИСТКИ»
Дуньте в дырочку ключа — раздастся свист: возникнут быстрые механические колебания. Часовой маятник колеблется благодаря спусковому механизму. А в струе воздуха колебания получаются иначе: вдувание ее в полость ключа вызывает возникновение то сгущений, то разрежений. Иначе говоря, в полости образуются волны, вибрации.
Сходным образом работает и электронный генератор. В безвоздушном пространстве вблизи раскаленного катода помещают электрод, в котором сделана одна или несколько полостей. Поток электронов направляется в эти полости. Если надлежащим образом подобрать напряжение электрического поля, направление и мощность потока электронов, то он группируется в отдельные сгустки. В полости — в полом колебательном к о н-т У Р е — возникают электромагнитные колебания, появляется электромагнитная волпа.
Такие сверхвысокочастотные (СВЧ) генераторы называют приборами с группированным потоком. Длина электромагнитной волны, возникающей в полости, определяется ее гео-метрическпмп размерами. Эта длина волны равна приблизительно удвоенной длине полости. Таким образом можно получить сантиметровые и миллиметровые волны, т. е. ток с частотой в миллиарды герц.
Конструкторы создали много видов СВЧ-генераторов с группированным электронным потоком. Один из распространенных СВЧ-генераторов, получивший широкое распространение в радиолокационных передатчиках, —
Рис. 6. Схема многорезонаторного магнетрона.
катода и тем самым перпендикулярны путям полета электронов в электрическом поле. Под действием магнитного поля пути электронов искривляются. Электроны движутся по спиральным кривым, группируются в отдельные сгуст-кп. Можно сказать, что в пространстве между катодом и анодом вращается «облако» электронов, «облако» отрицательных зарядов. Они отдают свою энергию на возбуждение колебаний в кольце резонаторов.
Другой распространенный тин СВЧ-генератора с группированным электронным потоком получил название клистрон (рпс. 7).
Катод клистрона испускает поток электронов, похожий на луч. Электроны этого потока ускоряются постоянным напряжением, а затем проходят через систему полых резонаторов. В первом резонаторе их скоростп немного изменяются: электроны, пролетающие в течение одного полупериода, ускоряются, а в те-
это м и о г о р е з о н а т о р -н ы й м а г н е т р о н (рис. 6).
Анодом его служит массивный кусок меди, в котором сделано цилиндрическое отверстие, окруженное кольцом вырезов-резонаторов — полых контуров. В центральном отверстии помещается катод. Под влиянием высокого положительного напряжения на аноде электроны от катода стремятся лететь к аноду по радиусам. Прпбор помещают между полюсами сильного постоянного магнита (отсюда и название — магнетрон) так, чтобы силовые линии магнитного ноля были параллельны оси
Вход СВЧ
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА (кд год)
- Коллектор
Пространство группировки
Группирователь (ПЕ-РВЫЙ, ВХОДНОЙ резонатор)
Вывод
ЭНЕРГИИ СВЧ
Вывод КАТОДА
Рис. 7 Схема клистрона — генератора с группированным электронным потоком.
чепие другого полуперпода замедляются, т. е. поток электронов, как говорят, модулируется по скоро с-т п. Промодулированный электронный поток летит затем некоторое время в пространстве, где нет электрических полей,— в дрейфовом пр о-с т р а и с т в е. Здесь более быстро движущиеся электроны догоняют более медленные и весь поток распадается на отдельные сгустки. Затем такой сгруппированный поток попадает во второй колебательный контур и возбуждает в нем колебания. Этому контуру электроны отдают свою энергию.
Многорсзопаторные магнетроны и клистроны предназначены для непрерывного генерирования и для импульсной работы (кратковременными отдельными толчками). При непрерывном генерировании их мощность достигает десятков киловатт па сантиметровых волнах. При этом напряжение на аноде у магнетронов — несколько киловольт, а у клистронов — десятки киловольт. В импульсных приборах максимальная мощность на сантиметровых волнах достигает десятков тысяч киловатт. Для питания клистронов такой мощности необходим импульс постоянного тока с напряжением в сотни тысяч вольт.
При помощи молекулярных колебаний можно не только генерировать радиоволны, но и усиливать их. Молекулярные усилители создают очень мало шумов — помех.
Особенно хорошие результаты получаются с молекулярными усилителями, в которых применяются кристаллы парамагнитных веществ (см. т. 3, ст. «Электричество и магнетизм»). При температуре, близкой к абсолютному нулю, ионы, образующие кристаллическую решетку, колеблются с радиочастотой. Приемник с молекулярным усилителем имеет в сотни раз большую чувствительность, нежели приемник с электронными лампами и полупроводниковыми усилителями.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Колебательный контур пз катушки самоиндукции п конденсатора, а также контур в виде металлической полости обладают тем недостатком, что собственная частота их колебаний непостоянна. Например, изменение температуры вызывает изменение размеров колебательного контура, а следовательно, и изменение частоты.
В последние годы было найдено, что в качестве радиотехнического колебательного контура можно использовать некоторые молекулы. Молекулы любых веществ имеют множество резонансных частот. Некоторые пз этих частот лежат в области видимой части спектра электромагнитных колебаний. Этими частотами определяется цвет различных веществ. Но многие молекулы имеют также собственные частоты колебаний, соответствующие радиотехнической части спектра. Практическое применение в технике получил аммиак (NH ).
Молекула аммиака имеет частоту колебаний, соответствующую радиоволне длиной около 1,25 см. Колебания молекул отличаются большим постоянством частоты.
Если направить поток молекул в металлическую полость (полый колебательный контур), то можно получить радиоколебанпя очень устойчивой частоты. Современные молекулярные генераторы дают погрешность частоты меньше одной миллиардной доли. Еслп применить молекулярный генератор для управленпя ходом часов, то такие часы, проработав непрерывно сто лет, дадут погрешность меньше одной секунды. В повседневной жизни такая точность пзлишня, но она очень ценна для ориентации кораблей и самолетов по радио, для астрономических наблюдений.
МНР КВАНТОВ
До сих пор мы говорили только о волновой природе электромагнитных колебаний, о том, что электромагнитная энергия может существовать в виде колебаний различных частот, различных длин воли. Необходимо указать, что потоки электромагнитной энергии пмеют и свойства, характерные для частиц.
Потоки электромагнитной энергии складываются пз отдельных элементарных частиц — квантов. Это—наименьшая неделимая порция энергии. Энергия, которая содержится в одном кванте, или, как часто говорят, размер кванта, зависит от частоты колебаний. Энергия кванта прямо пропорциональна частоте колебаний п обратно пропорциональна длине электромагнитной волны.
Среди квантов, при всей их невообразимо малой величине, есть свои «великаны» и своп «пигмеи»; есть и такие, которые занимают промежуточное положение по величине. II все онп составляют единую семью, пмеют наряду с различиями множество общих черт.
Эти «родственные черты» п позволяют осуществлять в мире квантов замечательные превращения. Нередко«ппгмеп» становятся «великанами», а «гиганты» превращаются в «карликов». Такие преобразования происходят и при различных естественных процессах природы и искусственно— в различных приборах, созданных современной техникой. На нашей таблице (стр. 200) показано, как преобразуются кванты. Посмотрим эту путеводную карту по миру квантов.
Для изменения концентрации потоков электромагнитной энергпп применяют трансформаторы. Это зеркала, линзы, антенны, волноводы, а также катушки, связанные общим магнитным потоком. Для всех этих устройств характерно
то, что частоту преобразуемых колебании, а следовательно, н длину волны и величину квантов энергии они оставляют без изменений.
В более общем случае при преобразовании электромагнитной энергии меняется не только ее концентрация, но п частота колебаний, а следовательно, и длина волны, и величина квантов, т. е. кванты в процессе преобразования пли дробятся, пли, наоборот, укрупняются.
Любой тпп преобразователя электромагнитной энергии можно классифицировать по двум признакам — величине квантов электромагнитной энергии на входе преобразователя п величине квантов на выходе. По этому принципу и построена предлагаемая таблица превращений квантов. На ней размещены всевозможные преобразователи электромагнитной энергии. Здесь могут найти себе место и все существующие, и все те, которые когда-либо появятся.
По вертикальной осп таблицы (по оси ординат) отложены частоты электромагнитных колебаний, а также соответствующие длины воли и энергии квантов. Известно, что существует много различных единиц для измерения энергии. Например, счетчики электроэнергии дают показания в киловатт-часах. Для измерения энергии квантов очень удобной единицей оказался электронвольт. Один электронвольт— это энергпя, которую приобретает тело с единичным электрическим зарядом, пройдя под действием электрических сил разность напряжений в один вольт. По горизонтальной осп таблицы превращений квантов также отложены частоты колебаний, длины волн и энергии квантов в электронвольтах.
Каждое деление таблицы — как вертикальное, так и горизонтальное — соответствует десятикратному изменению и частоты, и длины волны, и энергии квантов. У таблицы превращений нет границ. Ее можно расширять во все четыре стороны. На нашем рисунке таблица оборвана: на низких частотах (снизу и слева) — на колебаниях с частотой меньше одного периода в секунду, а па высоких (сверху и справа)— на частоте 1023 пер сек. В этих пределах заключены электромагнитные колебания, начиная с токов низких частот и кончая космическими лучами.
Отдельно от области периодических колебательных процессов вдоль нижнего края таблицы и вдоль левой ее стороны нанесены полосы постоянного тока. Постоянный ток можно назвать током нулевой частоты с бесконечно длинным периодом колебаний и бесконечно большом длиной волны.
В каждой клет ке пашен таблицы встречаются два электромагнитных колебания. Этим она напоминает таблицы шахматных турниров, на которых проставляются результаты встреч всех участников между собой.
Но по диагонали таблицы встречаются колебания одинаковых частот. Участники турниров сами с собой не встречаются. В турнирных таблицах клетки по диагонали .зачеркиваются. В нашей таблице по диагонали должны располагаться приборы и аппараты, которые не меняют пи частоты, ни длины волны, ни размера кванта потока электромагнитных колебаний. Здесь можно разместить трансформаторы, т. е. устройства, которые изменяют концентрацию потока электромагнитной энергии — плотность потока квантов.
В областях, лежащих по обе стороны от диагонали, встречаются колебания разных частот. Мы приняли, что в верхней левой части таблицы расположены преобразователи, которые из высоких частот дают колебания более низкой частоты. Здесь удлиняют волну, измельчают кванты.
В нижней правой части таблицы помещены преобразователи, которые, наоборот, повышают частоту колебаний. Здесь волна укорачивается, а кванты укрупняются.
Стрелки по диагонали таблицы и по ее краям показывают направление превращений.
На вертикальной полосе с левой стороны таблицы расположены преобразователи все-
ВН И МАНИЕ:
ПЕРЕДАЕТ ЛУННИК!
В официальном сообщении о передаче с третьей космической ракеты фотографии невидимой с Земли стороны Луны, между прочим, говорилось: «... при максимальном удалении станции (имеется в виду третья космическая ракета) от Земли принимаемая часть мощности излучения бортового передатчика в 100 млн. раз меньше средней мощности, принимаемой обычным телевизионным приемником», П это не удивительно: телевизионные передачи ведутся на расстоянии в несколько десятков километров, а фотографии Луны передавались на Землю с расстоянии до 470 тыс. км!
Итак, приемная станция телевидения, обслуживающая Лунник, была в 100 мл и. раз чувствительней обычного телевизора.
возможных колебаний в постоянный ток: выпрямители переменных токов, а также термо- и фотоэлементы.
На горизонтальной полосе снизу таблицы даны преобразователи постоянного тока в электромагнитные колебания. На этой полосе находят себе место индукционные катушки с механическими прерывателями, вырабатывающие переменный ток с частотой в десятки герц. Правее идут генераторы с ионными и полупроводниковыми вентилями, затем — генераторы ТВЧ с электронными лампами, далее—источники света, за ними — рентгеновские трубкп.
При построении нашей таблицы принято, что данные энергии на входе преобразователя берутся по вертикальной оси, а данные выхода — по горизонтальной оси. Конечно, можно было бы расположить преобразователи и по-иному: понизители частоты отправить вниз вправо, а повысители, наоборот, поместить вверху в левой части. Однако будем придерживаться принятого расположения и считать, что вход на таблицу — справа и слева, а выход — вверху и внизу.
ОБЛАСТИ СВЕТА И ЗВУКА
В безбрежном океане колебаний необходимо особо отмстить две области. Механические колебания с частотой от 102 до 101 гц человеческое ухо воспринимает как звук. А узкая полоса электромагнитных колебаний с частотой от4-1014 до 7 • 1014 гц, с длиной волн от 0,4 до 0,7 микрона, с размером кванта энергии около двух электронвольт — это видпмый свет.
Из этих двух областей колебаний ведется атака на певе-
ЗВунОВЫЕ ЧАСТОТЫ
Таблица превращений квантов.
домое. Всякие иные колебания и волны человек познает, превращая их в свет или звук. На этих превращениях основана измерительная техника решительно во всех отраслях промышленности и научных исследований.
На нашей таблице превращений области света и звука намечены жирными пунктирными линиями. Вертикальные столбцы таблицы объединяют ряд явлений, при которых различные виды электромагнитной энергии превращаются в колебания избранной частоты. В верхней части избранной вертикали (над диагональю) колебания высоких частот превращаются в более низкие. В нижней части этой вертикалп (под диагональю) низкочастотные колебания превращаются в более высокочастотные.
Если взять вертикальный столбец, соответствующий диапазону видимого света, то в верхней его части можно поместить различные устройства с фосфоресцирующими составами. Эти составы обладают свойством превращать крупные кванты (ультрафиолетовые — с энергией в десятки электронвольт, рентгеновские— с энергией в тысячи электронвольт, а также гамма-лучи, которые получаются в результате ядерных реакций и имеют кванты с энергией в миллионы электронвольт) в фотоны видимого света, обладающие энергией примерно в два электронвольта. Частота электромагнитных колебаний при этих превращениях понижается нередко в тысячи и даже в миллионы раз, а длина электромагнитной волны соответственно возрастает.
В нижней части вертикали светового диапазона помещаются устройства, которые повышают частоту колебаний. Здесь находятся так называемые ИОПы — инфракрасные оптические приборы, которые способны инфракрасное излучение превращать в видимый свет.
ЗОНА ТЕПЛА
Легче всего происходит превращение всевозможных колебаний в тепловые. Если выбрать па горизонтальной осп нашей таблицы частоту 1013 гц, соответствующую тепловым колебаниям, и подняться к ней по вертикали от нпза пашей таблицы, то на этом пути можно расположить все устройства электронагрсва: в самом низу — нагреватели постоянного тока и тока промышленной частоты в 50 гц, выше— технику нагрева токами высокой частоты. Токи с частотой от сотен до миллионов герц
ЭНЕРГИЯ - ДВИЖУЩАЯ силл ТЕХН пни
5
ЭЛЕКТРОННОЕ СВЕРЛО
Создан оригинальный прибор, который режет и сверлит различные материалы пучком электронов. Внешне он напоминает электронный микроскоп. Специальный программный механизм позволяет точно управлять электронным пучком, который может быть сфокусирован на поверхности диаметром всего 1 микрон. Электронное сверло очень удобно для обработки кварца, германия и других полупроводниковых материалов, так как сверлит и режет их, не нарушая кристаллической структуры вещества и не вызывая никаких механических дефектов.
к \
применяют для нагрева металлов — для плавки, поверхностной закалки, ковки и штамповки. При нагреве изоляторов и полупроводников применяют электромагнитные колебания с частотой, доходящей до миллиардов герц.
Самые разнообразные конструкции — спирали пз медных трубок, конденсаторные обкладкп, направленные антенны, полые резонаторы — применяются для превращения радиоволн в тепловые колебания.
В верхней части тепловой вертикали (над диагональю) помещены устройства, связанные с удлинением волны, с понижением частоты. Здесь в тепло преобразуются световые колебания. Еще выше в тепло превращаются ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи.
Надо сказать, что во многих случаях превращение иных колебаний в тепловые пдет вопреки желанию тех, кто конструирует и применяет различные преобразователи. Образование тепловых квантов — это процесс, неизбежно сопутствующий всяким другим преобразованиям электромагнитных процессов.
«НИЧЕЙНАЯ ЗЕМЛЯ»
Середина нашей таблицы превращений соответствует электромагнитным волнам длиной в десятые и сотые доли миллиметра, частотам порядка 1012 г^, квантам энергия в десятитысячные долп электронвольта. Эта область пустынна. Она показана штрпховкоп. В известной человечеству части Вселенной на колебания с частотой 10’2 г^, т. о. волны длиной в десятки и сотни микрон, падает минимум энергии. Две «долины теней» области мини
мальных энергий пересекают таблицу превращении сверху донизу и от правого края до левого. Область волн более длинных, нежели световые и тепловые, но более коротких, чем применяемые в современной радиотехнике,— это наименее изученная часть электромагнитного спектра.
Еще не существует мощных генераторов электромагнитных волн длиной в сотые и десятые долп миллиметра, не существует и хороших приемников, в которых эти волны превращались бы с высоким к. п. д. в другие виды энергии. Это «ничейная земля» между светотехникой п радиотехникой.
Электромагнитные волны длиной в сотые и десятые доли миллиметра соответствуют собственным колебаниям крупных сложных молекул. Высказывались предположения,что именно эти волны сопутствуют работе мозга, что с пх помощью можно передавать мысли на расстояние. Но, увы, не удалась еще ни одна попытка построить «генератор чудес», который мог бы воздействовать на психическую деятельность. Процессы, идущие в нервной системе, в мозгу,— в основе своей электрохимические процессы. Электромагнитные колебания—лишь слабые спутники таких процессов. Микронные волны сплыю поглощаются большинством твердых и 'жидких веществ. Мощность потока этпх волн быстро падает при удалении от источника излучения.
ТЕМПЕРАТУРА
Все возможные превращения квантов электромагнитной энергии основаны на их взаимодействии с электронами и другими частицами (протонами и нейтронами).
Запас энергии движения атомов и атомных частиц, так же как и запас энергии квантов, можно измерять в электронвольтах. Но когда имеется большое количество беспорядочно движущихся частиц, которые сталкиваются между собой и обмениваются энергиями, то вводят понятие о средней энергии частицы. II эту среднюю энергию принято измерять температурой. Средней энергии в один электронвольт соответствует температура около 8000 абсолютной шкалы. При комнатной температуре (около 300 абсолютной шкалы) средняя энергия частиц составляет сотые долп электронвольта.
Всякое нагретое тело испускает кванты. Чем выше температура тела, тем больше сред-
нпй размер квантов излучения этого тела. В принципе температурное излучение можно использовать для получения любых частот, любых длин волн.
На пашей таблице превращений наряду с другими шкалами можно бы нанести и шкалу температур в абсолютных градусах в соответствия с частотой, длиной волны и энергией квантов.
Однако необходимо сказать, что прп длинных волнах и низких частотах мощность температурного излучения очень мала. Прп температуре твердого гелия (около 1 абсолютной шкалы) происходит излучение сантиметровых воли. Но мощность такого излучения ничтожна. Сантиметровые и более длинные электромагнитные волны получают радиотехническими методами. Температурные излучатели практически используются для получения тепловых п световых лучей п работают обычно при температурах в пределах от нескольких сотен до 3000 абсолютной шкалы.
Излучение более коротковолновое, чем световое, обычно также получают не температурными излучателями. Рентгеновским лучам, например, соответствует температура излучателя в десятки миллионов градусов. Рентгеновские лучи и еще более коротковолновые гамма-лучи получают путем торможения потоков заряженных частиц (электронов и ионов) прп их ударе о различные мишени.
БЕЗБРЕЖНЫЙ океан колебании
Для многих возможных превращений квантов преобразователи еще не созданы. Некоторые виды превращений пока не представляют практического интереса. Что касается других, то неизвестно, как их осуществить. Здесь много простора для пытливой мысли.
Б нижней правой части таблицы расположены резонансные ускорители заряженных частиц. В этих приборах энергия колебаний радиочастот преобразуется в энергию квантов, во много раз более крупных, чем кванты обычного рентгеновского излучения. Однако в верхней левой части таблицы нет устройств, которые действовали бы в направлении, обратном резонансным ускорителям. Нс существует еще приборов, которые могли бы превращать рождающиеся при ядерных реакциях гигантские кванты в радиоволны.
Повсюду на нашей карте преобразований квантов — игра частиц и волн. В одних местах это мелкая рябь, в других — огромные валы. Все новые и новые области этого безграничного океана становятся на службу человеку!
На этом оставим пока общие рассуждения о волнах и квантах и вернемся к рассмотрению электромагнитных колебаний, более длинноволновых, чем свет и лучистое тепло,— вернемся к токам высокой частоты.
ПУТЬ ОДНОГО НАПРАВЛЕНИЯ
Преобразователи, меняющие размер кванта, длину волны и частоту электромагнитных колебаний, большей частью необратимы. Одни могут только понижать частоту — дробить, мельчить кванты. А другие, наоборот, предназначены исключительно для повышения частоты — укрупнения квантов. Вход и выход энергии у преобразователей квантов обычно менять местами нельзя.
Лампа накаливания превращает постоянный п любой переменный ток в тепловые п световые колебания с частотой от 1014 до 1015 гц. Но обратное преобразование она не способна производить. Световую энергию в электрическую может преобразовать фотоэлемент. Однако он не приспособлен для превращения электрического тока в свет.
Поэтому в нашей таблице приборы, расположенные над диагональю, и те, что находятся под ней, надо рассматривать отдельно.
РАДИОВОЛНЫ
Важнейшее применение токов высокой частоты — беспроводная передача сигналов: радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, телевидение. На цветном рисунке (стр. 193) показано, как передают и принимают радиоволны.
Радиоволны могут распространяться не только в свободном пространстве. В современной технике их часто передают вдоль проводов.
По одной двухпроводной линии можно направить несколько различных радиоволн Каждая волна несет своп сигналы, свои сообщения. На другом конце линии находится несколько радиоприемников, каждый из которых настроен на одну определенную волну, а остальные волны отражает, отталкивает (см. ст. «Проводная связь»).
Для проводных линий часто применяют кабель, у которого одна жила — это цилиндрическая трубка-оболочка, а вторая помещается
по оси оболочки (отсюда название коаксиальный, т. е. соосный, кабель—рис. 8). Внешняя оболочка служит экраном, предотвращающим утечку радиоволн. Изоляция между экраном-оболочкой и внутренним проводником делается наиболее высокого качества. Поэтому в таком экранированном коаксиальном кабеле радиоволны не пмеют большого затухания. По такому кабелю можно передавать даже телевизионные программы на сотни километров.
Рис. 8. Коаксиальный экранированный кабель. Радиоволны распространяются в нем с малым затуханием между центральной жилой и медной оплеткой.
Иногда радиоволны выгоднее вместо кабельной линии передавать направленным лучом. Такой способ используется в радиорелейных линиях. Волну легко собрать в луч только в том случае, если размер излучателя больше ее длины. В радиорелейных линиях применяют сантиметровые или дециметровые волны. Излучатели здесь имеют вид зеркал и помещены па высоких башнях. Каждая башня находится па расстоянии прямой видимости от двух своих соседей.
Различные волны способны распространяться по трубам. Это свойство звуковых волн используют врачп, когда выслушивают своих пациентов. II электромагнитные колебания тоже распространяются внутри труб. Однако при этом выявляется существенная разница между звуковыми п электромагнитными волнами.
В звуковых волнах происходят продольные колебания, т. е. частицы воздуха, в котором распространяется звук, колеблются в том же направлении, в котором распространяются волны. I акне продольные волны способны распространяться по трубам, дпаметр которых может быть п много меньше длины волны.
Электромагнитные волны — это поперечные волны. Электрические п магнитные силы действуют в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны. Такие волны пойдут внутри трубы только в том случае, еелп ее диаметр не слишком мал.
Существует критическая длина электромагнитной волны, которая зависит от попереч
ных размеров трубы. Более длинные волны в трубе быстро затухнут. А волны более короткие, чем критическая, могут распространяться внутри металлической трубы на очень большие расстояния с малыми потерями — малым зату* ханием.
Радиоволповоды широко применяются сейчас в технике сантиметровых волн: и в радиолокационной аппаратуре, и для дальней многоканальной связи. По одной трубе — радиоволноводу можно посылать одновременно десятки тысяч различных радиоволн и таким образом вести одновременно десятки тысяч телефонных переговоров. Использование радио-волноводов сулит возможность создания единой телефонной сети всего Советского Союза (см. ст. «Проводная связь»),
Радповолповоды дают также возможность дальней передачи телевизионных программ.
ТЕЛЕВИДЕНИЕ
В прошлом веке, когда былп созданы первые фотоэлементы — устройства, превращающие световые сигналы в электрические,— появились проекты передачи изображении электрическим путем. Наиболее реальными оказались проекты поочередной передачи электрических сигналов, соответствующих яркостп каждого отдельного элемента изображения. Глаз имеет инерцию: каждое световое раздражение, как бы кратковременно оно ни было, сохраняется у него в течение 0,1 сек. Поэтому если перед глазами за одну десятую секунды в последовательном порядке возникает большое количество светящихся точек, то у зрителя создается впечатление, что все эти точки он видит одновременно. Такая поочередная передача сигналов от отдельных точек изображения лежпт в основе современного телевидения. Практическое распространение телевпденпе получило только после того, как былп созданы электронные приборы, способные осуществлять передачу п прпем изображений точка за точкой с требуемой быстротой п четкостью.
Впервые электронная система телевидения была предложена петербургским профессором Б. Л. Розпнгом в 1907 г., но лишь четверть века спустя в результате работы многих коллективов исследователей п конструкторов в ряде стран появились практически применимые системы телевидения (рис. 9).
В первых практических телевизионных системах был использован еще один важный
ТОКИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ В ТЕХНИКЕ
принцип — принцип накопления энергии. На передающем пункте фотоэлемент заряжает конденсатор, затем весь накопленный электрический заряд создает сигнал за время передачи одного элемента изображения.
На пашем рисунке (стр. 208) показана электронная система современного черно-белого телевидения.
На передающей станции используют трубку с мозаичным ф о т о к а т о д о м. J>то слюдяная пластпнка, на которую нанесено большое количество отдельных тесно расположенных ратная поверхность слюды металлизирована. Этот металлизированный электрод называют сигналь-н ой п л а с т п и о й. Каждый крохотный фотоэлемент служит одновременно и обкладкой конденсатора; другая обкладка — сигнальная пластппа.
На фотомозаику при помощи объектива проектиру-t ют оптическое изображение. Различные элементы мозаики освещаются с разной интенсивностью, приобретают сигнальной пластины заряд, величина которого зависит от освещенности. На светочувствительную мозаику направляют электронный луч, который чертит параллельные линии-строчки таким образом, чтобы за одну секунду успеть 25 раз обопти всю ее поверхность. Этот луч поочередно разряжает все фотоэлементы. В результате в проводе, соединенном с сигнальной пластиной, возникают электрические импульсы — видеосигнал ы (рис. 10). Их сила пропорциональна освещенности соответ-ствующпх участков мозаики. Сигналы усиливаются и подаются к радиопередатчику.
По действующему в нашей ст ране стандарту изображение раскладывается на 625 строк. Чтобы четкость его была одинаковой и в верти-
пятнышек — фотоэлементов. 06-
Фотоэлементы относительно
Рис. 9. Механическая система для передачи изображений. Диски с отверстиями, расположенными по спирали, осуществляли передачу изображен ий точка за точкой. Такие системы применялись на заре телевидения.
кальном и в горизонтальном направлениях, каждая строка должна состоять из точек, размер которых одинаков и по вертикали и по горизонтали. Гак как ширина кадра относится к его высоте, как 4:3, то полное число точек, па которое разлагается изображение, в 4 больше квадрата числа строк. При 625 строках число точек равно 521 тыс. Все эти точки передаются 25 раз в секунду. Поэтому наивысшая частота видеосигнала будет около 6 млн. гц.
Для радиопередачи необходимо, чтобы частота несущей сигналы волны была хотя бы в 8—10 раз выше частоты самого сигнала. Поэтому для передачи телевидения применяются частоты порядка 50 мгц и выше — метровые радиоволны. Волос длинные волны непригодны для телепередачи.
Метровые радиоволны рас-прост рапяются прямолинейно, подобно свету. Поэтому телепередачи обычно можно принимать на расстоянии прямой видимости между антенна мп емника. дающей высоте
10 м радиус падежной радиопередачи— до 60 км. В некоторых исключительных случаях телевизионные передачи принимаются на расстоянии многих сотен километров. Это зависит от состояния ионосферы и атмосферы (см. т. 3, ст. «Физические основы радиол).
Сигналы, полученные приемной антенной, усиливаются и затем поступают к приемной электронно-лучевой трубке. Передняя стенка этой трубки стеклянная, п на внутренней стороне ее нанесен слой л ю м и и о-фора — вещества, светящегося от ударов электронов. В другом конце трубки помещен электронный прожектор. В нем накаленный катод испускает поток электронов, которые под действием фокусирующих полей собираются в луч. А луч со-
ПЕРЕДАЧА
ПРИЕ
передатчика и при-При высоте пере-антенны 150 м и приемной антенны
Экран
'.'•hi Ifl'n Im,,' ling Un.
II1II г" V® V"
Диск с
ОТВЕРСТИЯМИ
Рис. 10. Принцип действия электронной системы телевидения.
строчку, луч быстро возвращается в исходное положение. Вторая пара катушек дает развертку но кадру. Она расположена перпендикулярно первой и отклоняет луч по вертикали так, чтобы за время одного кадра прочертились все 625 строк.
В современных телевизорах для уменьшения мелькания применяется так называемая ч е р е с-строчная система развертки. Электронный луч сначала прочерчивает все почетные строчки (1, 3, 5 ит. д.), затем возвращается п прочерчивает все четные строчки.
Подобное развертывающее устройство действует и на передающей трубке. Чтобы луч в приемной трубке двигался согласо-
здает па люминофорном экране пятнышко диаметром в десятые доли миллиметра.
Чтобы перемещать электронный луч по экрану, возбуждая на люминофоре светящиеся строки, на луч воздействуют поперечным электрическим или магнитным полем. При м а г-н и т н о й развертке вокру г трубки помещают две пары катушек. К ним от генераторов развертки подается переменный ток. Отклонение электронного луча пропорционально току в катушках развертки. При линейном изменении тока в катушках луч с постоянной скоростью перемещается по экрану. Одна пара катушек дает строчную развертку. Прочертив одну
Рис. 11. Радиотелеуправление.
панно с лучом в передающей трубке, телевизионный передатчик посылает сигналы, управляющие генераторами развертки, — синхронизирующие епг-н а л ы.
Для воспроизведенпя изображения на экране приемной трубки в электронном прожекторе имеется управляющий электрод — модул я-т о р. Он изменяет ток в электронном луче в соответствии с видеосигналами, т. е. в соответствии с чередованием светлых и темных участков в передаваемом изображении.
Сейчас много внимания уделяется цветному телевидению, которое воспроизводит естественную окраску изображений. Здесь применяют метод разложения на передатчике изображения на три основных цвета п суммирование, смешение цветов на приемнике. За исходные первичные цвета берут красный, зеленый и спнпй.
По семплетнему плану в нашей стране намечается ускоренно работ по внедрению цветного телевидения. Радиоинженеры работают над тем, чтобы цветные передачи моглп приниматься и существующими приемниками черно-белого телевидения (без цветов, конечно). Этому требованию удовлетворяет система цветного телевидения с так называемой одновременной передачей цветов. Разрабатываются также системы объемного телевидения — стереотелевидения. Для этого необходимо передавать два изображения предмета с двух разных точек зрения, подобно тому как видит левый и правый глаз человека.
РАДИОЛОКАЦИЯ
Все знают сказку Пушкина о золотом петушке, подаренном звездочетом-мудрецом царю Додону. Петушок безошибочно указывал, с какой стороны ждать нашествия врагов.
Жизнь превзошла сказку! В 30-х годах в СССР и в некоторых других странах мира стали входить в практику радиолокаторы — приборы более чудесные, чем золотой петушок. Слово «локус» по-латыни означает «место». Радиолокация — это определение местоположения отдаленных предметов прп помощи радиоволн (см. цв. рис., стр. 209).
Действие радиолокаторов основано на свойстве радиоволн отражаться. В радиолокаторе есть передатчик, вырабатывающий радиоволны. Встретившись на путп своего распространения с какпм-лпбо препятствием, они отражаются, п часть их попадает обратно к приемнику локатора. Скорость распространения волн — величина известная. Поэтому, измерив время, прошедшее с момента посылки сигнала и до момента возвращения отражения, и помножив это время на скорость распространения волн, получим удвоенную величину расстояния до интересующего нас объекта.
Для точного определения времени, которое затрачивает радиоволна на прохождение расстояния до объекта и обратно, применяют различные методы. В радиолокаторах импульсного тппа передатчик работает не непрерывно, а отдельными толчками — импульсами. После каждого кратковременного его включения (длительность импульса бывает от долей микросекунды до десятков микросекунд) наступает пауза длительностью в сотнп пли тысячи раз больше длительности импульса. За время этой паузы волны успевают пробежать расстояние до объекта и обратно. Время, прошедшее между излучением импульса и возвращением его отражения, измеряют точные электронные схемы. Затем посылается новый импульс волн. Таких импульсов посылается от нескольких десятков до нескольких тысяч в секунду. Поэтому можно сказать, что измерение расстояния производится непрерывно.
Существуют также радиолокаторы с непрерывным излучением. В них передатчик излучает волны все время, но при этом частота колебании не остается постоянной, а слегка изменяется — излучение модулируется по частоте. К моменту, когда возвращаются отраженные колебания, излучаемые колебания имеют уже несколько иную частоту. По разнице частот
излучаемых п отраженных колебаний и определяют расстояние до объекта, отражающего волны.
В радиолокации в настоящее время применяют преимущественно сантиметровые волны. Они хорошо проходят через дождь, туман, снег и позволяют с большой точностью определять расстояние до отдаленных объектов.
Наиболее совершенные радиолокаторы определяют расстояние до цели с относительной ошибкой менее Это превышает точность самых лучших оптических дальномеров. Радиолокационный метод измерения расстояний сводится к измерению промежутков времени. Аппаратура, измеряющая отрезки времени, дает более точные показания, чем устройства, измеряющие какпе-лпбо другие физические величины.
Направление на цель радиолокатор измеряет с возможной ошибкой менее 2 угловых минут. А в некоторых типах аппаратов, в частности в применяемых для радиоастрономических наблюдений, удается измерять угловые координаты с точностью до нескольких угловых секунд.
Существуют типы радиолокаторов, которые автоматически следят за движущимся объектом, например самолетом, ракетой. Антенна такого локатора автоматически, сама поворачивается на объект. А радиолокатор с электронным вычислительным устройством позволяет осуществлять автоматические полеты по заданной трассе.
Методы радиолокации используют и в метеорологии. Прп помощи индикаторов кругового обзора можно наблюдать образование туч и грозовых фронтов, точно определять местоположение и высоту грозовых облаков. Такие наблюдения позволяют более точно составлять прогнозы движения туч, предупреждать за несколько часов о приближении ураганов.
РАДИОТЕЛЕМЕХАНПКА
В конце прошлого века знаменитый изобретатель Никола Тесла (см. ст. «Никола Тесла») построил модель корабля, которая управлялась сигналами, передаваемыми радиоволнами. От этих опытов ведет свое начало наука и техника управления механизмами на расстоянии телемеханика (рис. 11).
В современной технике все шире применяются автоматические устройства. Часто автоматическое управляющее устройство удаляют
Рис. 12. Радиоволны связывают, пункт управления с объектами, отстоящими на сотни километров.
от механизмов, которые этим автоматом управляются. Между управляемым объектом и пунктом управления создаются каналы связи. По нпм от объекта идут сигналы измерительных приборов — производятся телеизмерения, а в обратном направлении (от пункта управления к объекту) идут сигналы команды. Иногда такая связь осуществляется по проводным линиям.
Чтобы уменьшить расходы на линии связи, по одной проводной линии часто передают несколько различных команд — применяют многоканальную связь. В частности, многоканальная связь при помощи радиоволн, распространяющихся по проводам, применяется на линиях электропередач. Это так называемая высокочастотная связь по ЛЭП.
От Волги к Москве идут высоковольтные лпнии, по которым передается электроэнергия мощных гидростанций. По этим же линиям при помощи радиоволн передаются различные сигналы, идут телефонные переговоры. Множество различных токов циркулирует по линиям электропередач, не мешая друг другу. На электростанциях устанавливаются радиопередатчики и радиоприемники. Их присоединяют к линиям электропередачи при помощи конденса
торов связи, которые свободно пропускают высокочастотные токи, но преграждают путь низкочастотным силовым токам. Силовой ток высокого напряжения не может проникнуть к радиоустройствам. Кроме того, в линии высокого напряжения включают еще специальные катушки — заградительные дроссели. Они ие допускают высокочастотных токов к силовой аппаратуре, предотвращают потери высокочастотной энергии.
При помощп высокочастотной аппаратуры осуществляется управление станциями и подстанциями, удаленными на сотни километров от пункта управления.
В статье «Автоматика» (см.) описан запуск мощной ракеты при помощи автоматических радиотелемеханических устройств. Значительная часть автоматических приборов, управляющих ракетой, находится на наземной станции, а их связь с исполнительными механизмами на самой ракете осуществляется по радио.
Но не только для связи с движущимися объектами — кораблями, самолетами, ракетами — используют свободно распространяющиеся радиоволны. При автоматизации процессов добычи и транспортировки нефти и газа часто оказывается выгодным применение радиоканалов для связи пунктов управления с участками нефтедобычи п нефтепроводов (рис. 12). В последние годы на газо- и нефтепроводах стремятся полностью автоматизировать насосные станции и управлять ими с пунктов, удаленных часто на сотни километров. На эти пункты управления от отдельных линейных станций автоматически передаются сведения о температуре, давлении, расходе нефти или газа, о состоянии различных вентплеп и задвижек. По команде с пунктов управления запускаются и останавливаются насосы, производятся различные переключения трубопроводов.
ВЫСОКОЧАСТОТНЫГ1 НАГРЕВ
Порыв ветра подымает пыль, крутит ее в вихре. Так и электромагнитная волна, пронп-
Так передается телевизионное изображение: 1—изображение актеров и декорации попадает в камеру; 2 — микрофон для передачи звука; 3—осветительные приборы; 4—диктор в звуконепроницаемой кабине; 5—комментатор показываемых сцеп; 6—режиссер с помощником и звукооператор; 7—магнитофон, включаемый во время действия; 8 — иульт управления всеми осветительными приборами. Звук и изображение попадают в аппаратную, превращаются в электромагнитные волны, усиливаются и по кабелю идут па башню, а оттуда—в эфир. Из подсобных студий передают изображение макетов, титров и таблиц настройки. Из отдельного помещения демонстрируют кинофильмы. Внестудийный репортаж поступает из передвижных усилительных установок на расстояние прямой видимости па мачту центральной студии. Здесь изображение и звук усиливаются и посылаются в эфир по другому каналу.
rrrriil
ТОКИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ В ТЕХНИКЕ
зывая любое вещество, любую конструкцию, заставляет двигаться в вихре свободные электроны в проводниках, раскачивает, колеблет попы п молекулы в изоляционных материалах. Чем быстрее движутся частицы вещества, тем выше его температура. При помощи электромагнитных волн — токов высокой частоты (ТВЧ) —можно нагреть в принципе любой материал до любой температуры.
В настоящее время основное количество высокочастотной энергии потребляется для промышленного нагрева. На многих заводах работают высокочастотные нагревательные установки мощностью в сотни и тысячи киловатт.
Конструкция нагревателя ТВЧ зависит от размеров и формы нагреваемых объектов, от электрофизических характеристик материала объекта, от удельного электросопротивления, от того, какой нагрев требуется — равномерный, сплошной, частичный, поверхностный, и от других факторов (рис. 13).
Диапазон частот, применяемых для нагрева ТВЧ, простирается от звуковых (длина волн больше тысячи километров) и до миллиардов герц (сантиметровые волны). Чем больше размеры нагреваемого объекта и чем выше электропроводность материала, тем более низкие частоты можно применять для нагрева. И наоборот, чем выше электросопротивление, чем меньше габариты нагреваемых объектов, тем более высокие частоты — короткие волны -необходимы.
Основной материал в современном машиностроении — сталь. Нагрев ТВЧ позволяет просто и дешево производить поверхностное ее упрочнение. Индуктированные токи высокой частоты циркулируют только в тонком поверхностном слое стали. Если нагревать 1ВЧ достаточно быстро, то тепло из поверхностного слоя не успеет дойти до сердцевины. После такого нагрева стальное изделие будет закалено только па поверхности, а в середине останется вязким и, следовательно, не будет хрупким.
Благодаря тому, что при поверхностной закалке нагревается только небольшая часть всего объема изделия, электроэнергии расходуется меньше, чем при старых методах — при сплошном нагреве.
Многие важные детали автомобилей, тракторов, металлорежущих станков и различных других машин и механизмов теперь закаливаются токами высокой частоты.
Широко применяются в современной технике высокочастотные плавильные печи. В них выплавляют многие высококачественные сорта стали, магнитные сплавы, жаростойкие сплавы. Часто плавка производится в разреженном пространстве — в высоком вакууме. Прп вакуумной плавке получаются металлы и сплавы наивысшей чистоты.
Нагрев ЗВЧ позволяет получить высококачественную скоростную пайку различными припоями. Особенно широко применяется пайка при нагреве ТВЧ в инструментальном производстве. Она помогает крепить пластинки твердых сплавов в резцах, фрезах, зубках для врубовых машин, бойках отбойных молотков, шарошках для буров.
Нагрев ТВЧ в последние годы проникает даже в такие области, как, например, зубопротезная техника. Здесь применяется высокочастотная плавка в сочетании с центробежной отливкой, высокочастотная папка и сварка.
В металлопромышленности ТВЧ нагревают стальные заготовки для обработки их давлением (для штамповки, ковки, накатки). При нагреве ТВЧ не образуется окалины. Это экономит металл, увеличивает срок службы штам-
ЛАМПЫ ДЛЯ ШКАЛ ПРИБОРОВ
Недавно появились очень простые и удобные люминесцентные лампочки для освещения шкал различных измерительных приборов и указателей. Такая лампочка представляет собой тонкую стальную полоску с нанесенным на нее керамическим фосфорным покрытием. Свечение лампочки вызывается способностью некоторых типов фосфоров возбуждаться в электрическом поле. Лампочка отличается надежностью, прочностью, длительным сроком служ бы, простотой, маленькими размерами и способностью работать при весьма низких температурах.
/. На локационном экране — изображение посадочной площадки. 2. Экран панорамного радиолокатора отображает план местности. 3. Радиовысотомер улавливает отраженные от земли радиоволны, с права схема действия локатора: 4—электронный прожектор, 5— анод, 6—пластины вертикального отклонения, / ила стины горизонтального отклонения. Слева внизу: радиосигналы, посланные локатором, прошли о Земли до Луны и обратно за 2,5 сек. Вычисленное расстояние—384 4<)0 к.н—совпадает с данными астрономов.
Детская энциклопедия, т. 5
пов, улучшает качество поковок. Облегчается п оздоровляется труд рабочих.
На заводах пластмассовых изделий нагревают в установках 1ВЧ заготовки перед прессовкой, производят вулканизацию различных резиновых изделий.
Хорошо помогает нагрев ТВЧ при склеивании. Многослойные небьющиеся стекла с пластмассовыми прокладками между слоями стекла изготавливают при нагреве ТВЧ в прессах. Так же производят нагрев древесины при изготовлении некоторых сортов фанеры и фасонных деталей из нее.
Для сварки швов в изделиях из топких листов пластмасс применяют машинки ТВЧ, напоминающие швейные. Так изготавливают чехлы, футляры, коробки, трубы.
Одно из старейших применений нагрева ТВЧ — сушка. Однако электрический ток, особенно ТВЧ, — дорогой энергоноситель. Поэтому сушка ТВЧ применяется, когда делают дорогую продукцию и когда общее количество удаляемой влаги невелико. Обычно стараются комбинировать сушку ТВЧ с другими способами (паром, горячим воздухом).
Существуют установки для стерилизации нагревом ТВЧ. Благодаря тому, что весь процесс нагрева закупоренной банки продолжается не более минуты, консервы получаются высокого качества. Они могут быть изготовлены из таких нежных ягод, как земляника, которая при этом не теряет своего аромата.
Рис. 13. Различные типы нагревателей ТВЧ: Справа — нагреватели, в которых действует магнитное поле Их применяют для хорошо электропроводных материалов Слева — нагреватели, в которых действует электрическое поле. Они предназначены для материалов с высоким электросопротивлением (полупроводники, изоляторы). 1 — индукционная печь, работающая па токе с частотой 50 гц. Чтобы при этой низкой частоте обеспечить хорошую магнитную связь между первичной обмоткой печи (индуктором) и нагреваемым металлом, печь снабжена стальным сердечником (магнитопроводом); 2 -- индукционная бсссердсчниковая печь (частота тока от 500 гц до нескольких мегагерц). Объем тигля бывает от нескольких кубических миллиметров до сотен литров; 3 — индуктор для поверхностного нагрева под закалку (частота тока от нескольких килогерц до нескольких мегагерц) Показан простейший одповитковый индуктор для нагрева боковой поверхности изделий в форме диска. Часто применяются индукторы сложной фирмы, иногда с ферромагнитными магнитопроводами, 4—установка для индукционной плавки стекла Электропроводность стекла даже при самой высокой температуре много меньше электропроводности металлов. Для нагрева стекла необходимо индуктировать в нем более высокие напряжения, чем в металле. Применяются частоты от единиц до десятков мегагерц; 5 — устройство для нагрева в высокочастотном электрическом поле Для такого нагрева применяются частоты не ниже нескольких мегагерц, 6 — высокочастотный нагреватель для стерилизации консервов в стеклянных банках; 7 — нагреватель в виде волновода, в котором действуют одновременно и электрические и магнитные поля При дальнейшем повышении частоты переходим от нагревателей ТВЧ к нагревателям инфракрасным и (лучением. Для получения теневого излучения применяются не электронные генераторы, а нагретые поверхности; 8 — установка с лампами инфракрасного излучения для сушки лаковых покрытий.
Электрический НАГРЕВ
Последние годы все шире применяется нагрев ТВЧ в стекольном производстве при сварке различных стеклянных изделий (труб, пустотелых блоков) и прп варке стекла из шихты.
В начале этого раздела мы сравнивали электрические токи, возбуждаемые переменными электромагнитными полями, с обыкновенными впхрями. Известно, что на вихревом движении основана работа центробежных насосов. Конструкция насоса зависит от вязкости и плотности той жидкости или газа, для перекачивания которых он предназначен. Так п конструкции нагревателей ТВЧ (индукторов, обкладок, антенн), которые должны возбуждать электронные вихри, зависят от электрических характеристик нагреваемых материалов.
Индуктор для хорошо электропроводных материалов должен создавать в объекте большой ток прп относительно нпзком напряжении. В малоэлсктроироводпых материалах, наоборот, необходимо высокое напряжение, по ток малой сплы.
Можно построить нагреватель ТВЧ, в котором действуют одновременно и магнитное и электрическое быстропеременное поля. Пока электросопротивление нагреваемого материала велико, энергия передается электрическим полем. При низком электросопротивлении энергию передает магнитное поле. Подобный нагреватель может согласовывать генератор 1ВЧ с его нагрузкой, даже если электросопротивление этой нагрузки в процессе нагрева изменяется в тысячи раз.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЛУЧ-РЕЗЕЦ
Известно, что быстрый местный нагрев хрупких материалов вызывает их разрушение, растрескивание. Так трескается стакан из толстого стекла, если в него плеснуть кипятку, разрушаются скалы под действием солнечных лучей.
Максимальная мощность, которую несут с собой солнечные лучи в знойный полдень в тропиках,—до 2 кет па квадратный метр. Если бы напряженность светового поля измерить в волы ах — это соответствовало бы около lOe/cat2. При помощи электромагнитных волн метрового диапазона можно достигнуть концентрации энергии в десятки раз более высокой, чем энергия солнечных лучей. А применяя дециметровые и сантиметровые волны, можно достигнуть еще более высоких концентрации — в десятки тысяч киловатт на квадратный метр.
Прп таком интенсивном нагреве можно быстро разрушать многие материалы.
При нагреве 1ВЧ одни части сложной горной породы нагреваются сильнее других. Поэтому трещины проходят не беспорядочно, а по границам составных частей. 1134 можно использовать для отделения полезных ископаемых от сопутствующего им балласта.
Высокочастотный метод разрушения можно сочетать с механическим и гидравлическим разрушением. Таким образом можно создать новые типы машин для прохождения горных выработок в весьма крепких породах.
Электрофизические свойства горных пород отличаются большим разнообразием.Так, многие руды металлов, в частности железные руды, обладают значительной электропроводностью. Подобные материалы можно нагревать и разрушать относительно низкими частотами. Горные породы, состоящие в основном из кварца, слабо поглощают электромагнитные волны. Для этих пород нужны более высокие частоты, более интенсивные электромагнитные поля.
* * *
Высокочастотные методы открывают много новых возможностей для применения автоматики. В ряде случаев нагрев ТВЧ лучше всех других методов нагрева поддается автоматизации. Очень интересны высокочастотные методы управления и контроля различными технологическими процессами. Прп помощи высокочастотных вихревых токов можно контролировать толщину покрытий на различных объектах, обнаруживать трещины и другие дефекты в металлических изделиях, металлические включения в неметаллических вещах. По измерению высокочастотных электрических характеристик можно косвенным путем определять влажность, температуру, химический состав вещества. Электрические токи высокой частоты применяются для получения ультразвуковых колебаний.
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСПОРТ
Один из перспективных впдов легкого наземного транспорта будущего — высокочастотный транспорт (ВЧТ). В 1943 г. автором этой статьи была построена первая экспериментальная установка ВЧТ.
Вдоль дороги протягивается бесконтактная сеть. Она может быть воздушной пли подземной. Такая сеть служит первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. На экипажах
устанавливаются приемные витки — вторичные обмотки трансформаторов. При помощи конденсаторных батарей их настраивают в ре^ зованс с частотой тока в сети (рис. 14).
Бесконтактная сеть создаст на дороге зону, насыщенную электромагнитной энергией. Магнитные спловые линии связывают между собой проводники сети и приемные контуры на экипажах. При помощи электромагнитной индукции энергию можно передавать с достаточно высоким к. и. д. на расстояние, не большее, чем ширпна бесконтактной сети. Практически при ВЧТ бесконтактная передача энергии происхо' дпт на расстояние в несколько метров (но в некоторых специальных случаях это могут быть и десятки метров).
К. п. д. передачи от бесконтактной сети к приемным контурам зависит от частоты тока. С повышением частоты тока уменьшаются потери в проводниках, но зато возрастают потери в окружающей среде — на паразитные вихревые токи в грунте, па излучение. Существует частота, при которой потери наименьшие.
Снабдив экипаж высокочастотного транспорта небольшим аккумулятором, можно обеспечить ему возможность отъезжать па несколько километров от «эпергизованиой» зоны. В качестве аккумулятора можно, например, применить быстро вращающийся маховик, соединенный с электрической машиной. При заряде эта машина работает как двигатель, получая энергию от высокочастотной сети, увеличивая скорость маховика. При разряде, па-оборот, маховик ведет машину, она работает в генераторном режиме и питает своим током
Рис. 14. Схема высокочастотного транспорта.
тяговый двигатель. Такой аккумулятор допускает многочисленные кратковременные заряды п разряды. Энергоемкость его не ниже, чем, например, у химических — свинцовых или щелочных— аккумуляторов.
В городе достаточно проложить относительно редкую сетку высокочастотных магистралей, чтобы все участки стали проходимыми для экипажей ВЧТ.
В течение последних лет в СССР было построено несколько экспериментальных установок ВЧТ. В частности, с начала 1958 г. на одно!! из шахт Донбасса работает подземная диния ВЧТ для откатки угля.
АТАКА АТОМНОГО ЯДРА
В начале ЗО-х годов в лаборатории Резерфорда в Англии впервые было осуществлено искусственное превращение ядер атомов. Литий — один из самых легких элементов периодической системы Менделеева — бомбардировали ядрами водорода. В результате «прямых попаданий» каждое ядро лития раскалывалось на два ядра гелия. Ядра водорода, которыми обстреливали лптпевую мишень, получали разгон (ускорялись) при помощи , высокого электрического напряжения — около полумиллиона вольт. Для этого применялась стеклянная трубка, пз которой тщательно выкачивали воздух. К концам трубки прикладывали электрическое напряжение. В положительный конец ее впускали поток водородных ядер. Под действием электрического напряжения они летели к отрицательному концу трубки, приобретая скорость в несколько тысяч километров в секунду.
Расчеты показывали, что для проведения ядерных реакций с более тяжелыми, чем лптий, элементами необходимо для бомбардировки применять атомные частицы с более высокими энергиями, т. е. частицы, ускоренные до более высоких электрических напряжений — более миллиона вольт.
Во всем мире, во всех физических и электротехнических лабораторпях, где работали с электровакуумными приборами п высоким электрическим напряжением, обсуждались вопросы получения ускоренных частиц высоких энергий. Во многих лабораторпях начались теоретические п экспериментальные исследования по созданию новой аппаратуры для атаки атомного ядра. .
Здесь намечались два принципиально различных метода. Один — это стропть все более и
более высоковольтные источники электрического напряжения, образно выражаясь, строить все более и более высокие электрические горы, чтобы с них скатывать ядра для атомной бомбардировки. Второй метод — это вовсе отказаться от сверхвысоких электрических напряжений, а ускорять частицы многими согласованными толчками высокочастотного напряжения, подобно тому как раскачивают качели или тяжелый колокол. Этот метод ускорения оказался наиболее плодотворным для атаки атомного ядра.
В некоторых лабораториях предлагалось закручивать заряженные частицы в электромагнитном впхре. Предлагались ускорители, в которых заряженные частицы двигались по спирали внутри металлической коробки между двумя электродамп, к которым было приложено высокочастотное напряжение.
Все эти типы ускорителей — с волной, бегущей в трубе, с электромагнитным вихрем, с движением частиц по спиральным или кольцевым путЯлМ — характерны тем, что в них па заряженные частицы воздействуют тем или иным способом токи высокой частоты. Частота тока согласуется (поддерживается в резонансе, как говорят физики) с движением ускоряемых частиц. Поэтому подобные ускорители называются резонансными (рис. 15).
Методы резонансного ускорения заряженных час 1 иц стремительно развивались и совершенствовались. Быстрый прогресс ускорителей позволил получить данные о структуре ядер атомов, перейти к практическому использованию ядерной энергии.
В послевоенные годы разработка и строительство высокочастотных резонансных ускорителей заряженных частиц получили особенно большой размах. Дальнейшее изучение структуры атомных ядер (а без такого изучения немыслимы дальнейшие успехи в деле практического использования ядерной энергии) требует, чтобы для бомбардировки ядер применялись частицы, ускоренные до сверхвысоких энергий — уже не в миллионы, а миллиарды вольт. За короткий срок резонансные ускорители из скромных стеклянных трубок выросли в гигантские индустриальные сооружения. Создание современных резонансных высокочастотных ускорителей — результат напряженного творческого труда в разных странах мира сотен исследователей: физиков, инженеров-электриков, вакуумщиков, высокочастотников — и многих тысяч рабочих: строителей, металлургов, механиков.
Рис. 15. Резонансный высокочастотный ускоритель заряженных частиц — циклотрон.
В Советском Союзе построен один из величайших ускорителей мира—синхрофазотрон, который способен сообщать заряженным частицам энергии до 10 млрд, электронвольт (рис. 16).
Электромагнит этого ускорителя весит 36 тыс. Т. Ядра водорода — протоны, которые должны быть ускорены, вырабатываются здесь в специальной протонной пушке. Затем па них воздействует постоянное электриче-
Рис. 16. Резонансный ускоритель с кольцевой камерой — синхрофазотрон.
скос поле, немногим менее одного миллиона вольт. С этой энергией протоны поступают во вспомогательный лппенпын ускоритель, где ускоряются до 9 млн. в. А после этого протоны поступают в кольцевую камеру, окружность котором превышает 200 л. В этой камере они, все более набирая скорость, должны совершить 4,5 млн. оборотов, пробежать за 3,3 сек. путь, в 2,5 раза превышающий расстояние от Земли до Луны.
Центробежные силы, стремящиеся сорвать протоны с их кольцевой траектории, все возрастают по мере ускорения. Но в такой же мере нарастает н силовое поле гигантского электромагнита, между полюсами которого уложена кольцевая ускорительная камера. К концу периода ускорения,при последних оборотах протонного «облачка», мощность, питающая обмотки электромагнита, достигает предела — 140 тыс. ква. Это превышает мощность турбины
па некоторых больших современных гидроэлектростанциях.
Схема электропитания устроена так, что после окончания цикла ускорения запасенная в магнитном поле энергия перебрасывается обратно к генераторам, а затем, в следующий цикл ускорения, вновь поступает в электромагнит.
В начале цикла ускорения высокочастотный генератор, подающпй напряжение на ускоряющие электроды, работает на частоте в несколько сот килогерц. По мере ускорения протонов частота генераторов все повышается и в конце цикла ускорения доходит до десятков мегагерц. ,
*
* *
Токи высокой частоты все шире применяются в современной технике. Еще более широкие перспективы их применения в будущем.
ПРОВОДНАЯ СВЯЗЬ
липг изобрел первый телеграфный аппарат. Пятью годами позже американец С. Морзе создал «аппарат Морзе». С этого времени и началось строительство линий связи.
В 1843 г. начала действовать первая междугородная телеграфная связь на аппаратах русского ученого Б. С. Якоби между Петербургом и Царским селом (ныне г. Пушкин). Годом позже в Америке открылась телеграфная связь Вашингтон — Балтимора на аппаратах Морзе. Около десяти лет понадобилось для прокладки первого трансатлантического телеграфного кабетя, соединившего в 1866 г. Европу с Америкой. В 1879 г. через Каспийское море был проложен первый в Росспи морской подводны к кабель Баку — Красноводск.
В !876 г. на выставке в Фпладельфпп (СШ А) А. Г. Белл продемонстрировал изобретенный им телефон. В 1878 г. русский физик П. М. Голубицкий сконструировал телефонный аппарат с кольцеобразным магнитом — прообраз современных аппаратов.
С тех пор усилиями ученых техника провод-
^роводная связь — один из основных видов электрической связи. Без нее нельзя представить себе современную жизнь. В центре Европы, в сибирской тайге, в джунглях Индии, в пустыне Сахаре, в тропических лесах Южной Америки — на всех континентах мира можно увидеть ровный ряд столбов с изоляторами и подвешенными на них проводами. Это воздушные линии связи. Трудно даже приблизительно определить, сколько миллионов километров проводов подвешено на линиях связп всего мпра.
Многих линий связи не впдпо. Они проложены под землей или под водоп, по дну рек, морей и океанов. Это подземные пли подводные кабели. Под мостовыми и тротуарами городов в специальных трубопроводах проложены кабелп городских телефонных сетей. Подземные кабельные магистрали соединяют между собой многие города мира, пересекают материки п океаны.
Самые отдаленные уголки пашей Родины связаны с Москвой и друг с другом воздушными проводными и подземными кабельными линиями. Советский Союз имеет международную те-
лефонно-телеграфную связь со многими стра- ной связи достигла высокого совсршенства-пами мира. В нашей стране развитию проводной связи
Проводная связь существует немногим бо- уделяется большое внимание. Да эго п понятно, лее ста лет. В 1832 г. русский ученый П. Л. Шил- Политическое, хозяйственное, культурное п
ПРО но ди Л я связь
оборонное значение связи чрезвычайно велико. Она необходима везде и всюду. «Социализм без почты, телеграфа, машин — пустейшая фраза», — говорил Владимир Ильич Ленин.
КАК ОРГАНИЗОВАНА СВЯЗЬ
Проводную связь организуют так, чтобы человек, где бы он ни находился, мог поговорить по телефону или передать телеграмму в любой другой район. На первый взгляд, это просто: нужно соединить между собой проводными линиями связи все населенные пункты Советского Союза друг с другом. Однако несложный расчет показывает, что не только все населенные пункты Советского Союза, но даже одни города и поселки городского типа соединить линиями связи «каждый с каждым» чрезвычайно трудно. В нашей стране насчитывается более тысячи шестисот городов и около трех тысяч поселков городского типа.
Для соединения двух пунктов друг с другом требуется одна линия связи. Для десяти пунктов надо уже сорок пять линий. А для четырех тысяч — около восьми миллионов линии. Но связью должны пользоваться и жители сельской местности. Ясно, что способ соединения каждого города или поселка с каждым неприемлем. Да этого и не надо делать! Ведь между многими пунктами связь необходима чрезвычайно редко. Поэтому применяют другие принципы организации связи.
В крупных городах Советского Союза организуют главные узлы связи (крупные телеграфы и междугородные телефонные станции). Они соединены с Москвой и друг с другом. С главными узлами связаны областньш узлы, которые находятся в областных центрах; с областными — районные и т. д. Если требуется, например, позвонить по телефону из одного областного центра в другой, а они не имеют прямой связи друг с другом, соединение осуществляют через главный узел. При этом не нужно строить так много линий, и все же каждый пункт может нолучпть связь с каждым.
Но и при такой организации хозяйство связи нашей страны огромно. Телеграфных и телефонных станций у нас тысячи; телеграфных аппаратов — десятки тысяч, а телефонных — миллионы. Кроме того, сложное оборудование и огромное линейное хозяйство — сотни тысяч километров воздушных линий связи и подземных кабельных магистралей.
Скорость соединения и хорошая слышп-
В. И. Ленин у телефона.
(Рис. художника П. Васильева.)
мость телефонных переговоров, быстрота и точность доставки телеграмм, беспрерывность действия связи — закон для наших связистов. Много телеграфистов, телефонисток, строителей, монтеров, инженеров и ученых трудятся, чтобы связь в нашей стране была отличной.
ЧТО ПЕРЕДАЕТСЯ ПО ПРОВОДАМ
По проводам воздушных линий связи, проводникам пли «жилам» подземных и подводных кабелей связи передают электрический ток. С помощью тока происходит телефонирование и телеграфирование. Применяют его в связи потому, что он сравнительно просто может быть передан на большие расстояния. Одппм пз первых устройств, в котором электроэнергия нашла практическое применение, был телеграф.
Передать телеграмму с помощью электрического тока можно двумя способами. Первый —
Рис. 1. Передача телеграмм с помощью азбуки Морзе.
телеграммы передается последова* тельно по одному знаку, т. е« так, как читает его человек. Для передачи изображения нужно тоже «разобрать» его па части и преобразовать последовательно каждую часть в электрический ток, азатем на другой станции «собрать» в одно целое. Как же это сделать? Представьте себе, что вам нужно рассмотреть большую картину, но кругом темно, а в руках у вас только маленький электрический фонарик с узким лучом света. Направив фонарик на картину, вы смо-
когда применяют специальную телеграфную азбуку — код (например, азбуку Морзе) и, пользуясь ею, передают текст телеграммы. Условившись, что короткое включение электрической цепи обозначает букву Е, а короткое и более продолжительное — букву А пт. д., можно, включая и выключая электрическую цепь, передать любой текст (рис. 1).
При этом на принимающей станции якорь электромагнита аппарата притягивается к сердечникам или отходит от ] их. Эти колебания якоря записываются на движущейся бумажной ленте в виде точек и тире. Сейчас применяют телеграфные аппараты, печатающие уже не точки и тире, а буквы.
Второй способ — фототелеграфирование (рис. 2). При нем передают изображение телеграммы —рукописный или машинописный текст, чертеж, фотографию и т. д.
По первому способу телеграфирования текст
Рис. 2. Передача изображении по фототелеграфу.
жете рассмотреть ее только по частям. Если сфотографировать каждую часть, то потом можно сложить всю картину целиком. Этот прпнцип и применен в фототелеграфии.
В передающем фототелеграфном аппарате телеграмму закрепляют на вращающемся барабане и освещают узкпм, диаметром до 0,2 мм, пучком света. За каждый оборот барабана источник света перемещается вдоль оси барабана на величину диаметра пятна. Благодаря совместному движению барабана и светового пятна луч «обходит» последовательно все изображение. Кроме основного луча (падающего), получится еще и отраженный от изображения луч. Любое изображение состоит из большого числа светлых и темных точек (элементов). Во время освещения этих элементов яркость отраженного луча беспрерывно изменяется. Отраженный луч воздействует на фотоэлемент, который изменяет ток в цепи в зависимости от этой яркости.
Больший ток получается прп отражении луча от «белого» поля, меньший — от «серого» п еще меньший — от «черного». Ток в цепп фотоэлемента усиливается и, пройдя линию связи, попадает на специальную осветительную лампу в приемном аппарате. В зависимости от величины тока, поступающего с линии, лампа в различной степени освещает (засвечивает) фотобумагу.
Чтобы получаемое изображение не было негативным, в приемном аппарате есть устройство для получения позптпва.
По такому принципу работает большинство фототелеграфных аппаратов.
Для передачи речи и музыки звуковые колебания преобразуются при помощи микрофона в электрические импульсы. При приеме получается наоборот: электрические колебания преобразуются телефоном в звуковые (рис. 3).
Итак, прп любом виде проводной связп передается электрическая энергия.
ПУТЬ ТЕЛЕГРАММЫ
Кто из вас не отправлял или не получал телеграммы! Свыше двухсот миллионов телеграмм путешествует ежегодно по нашей стране, и любая из них должна в срок дойти до адресата. В работе телеграфа должна быть особенная четкость. Заметили ли вы, как внимательно читает телеграмму приемщица? Она дает ей «путевку в жизнь»: составляет так называемый служебный заголовок. По этому заголовку и документации телеграфов можно проследить путь телеграммы п даже узнать точно, где она находится в данный момент.
Вот телеграмма на нюпптре телеграфного аппарата. Если это аппарат Морзе, то телеграфист передает ее, работая на ключе. Но как бы быстро он ни работал, больше 15—20 телеграмм в час передать нельзя. Поэтому, несмотря на простоту устройства, аппарат Морзе (рис. 4) стал редкостью.
Хорошо служит телеграфу аппарат, изобретенный в 1376 г. механиком парижского телеграфа Эмилем Бодо.
При передаче на аппарате Морзе ток по линии проходит лишь тогда, когда нажат ключ. Время же, когда ключ не нажат, не используется, хотя линия свободна. Нельзя ли его заполнить и одновременно «укоротить» сигналы? Оказывается, можно.
Это сделано в аппарате Бодо. Специальное устройство — распределитель — подключает к линии поочередно передатчики и приемники так, что «свободных» промежутков не остается. По одной линии может одновременно действовать несколько аппаратов.
Но такой аппарат неудобей из-за своей громоздкости, сложности устройства и обслуживания. Девятикратный аппарат занимает 20 столов и весит свыше 2 Т. Чтобы научиться па пом работать, надо изучать специальный код. Крупный недостаток аппарата Бодо — необходимость строгой согласованности действия двух аппаратов, работающих друг с другом. Это значит, что механизмы аппарата, например, в Москве должны двигаться совершенно точно
Рис. 3. Простейшие схемы телефонирования: вверху — с применением телефонов', внизу — с микрофоном.
так, как и механизмы аппарата, расположенного за тысячи километров.
Поэтому на смену тихоходному аппарату Морзе, громоздкому и сложному аппарату Бодо пришли стартстопные буквопечатающие аппараты типа пишущей машинки (рис. 5). Они в основном и действуют сейчас на телеграфных связях. Телеграммы здесь принимаются на бумажную ленту или на лист бумаги. Практически передать текст на них сможет любой грамотный человек. Эти аппараты длительное время не требуют регулировки, и согласовать их работу значительно проще, чем аппарата Бодо.
Но мы оставили свою телеграмму па пюпитре телеграфного аппарата. Скорее всего это пюпитр стартстопного аппарата. Пройдет меньше мпнуты, п она очутится на другой станции. Конечно, путь ее не всегда так прост. Если нет прямой связи, то телеграмма пройдет через одну или несколько промежуточных станций. А если повреждена линия? Тогда ее придется передавать обходным путем.
Для электрического тока практически «все равно» — пройти 100. 200, 1000 пли 10 000 км. Разница во времени составит десятые доли
Рис. 5. Стартстопный телеграфный аппарат, типа пишущей, машинки.
секунды. Задержка обычно происходит потому, что на каждой промежуточной станции телеграмму надо принять и снова передать дальше. Тут возможны и искажения текста.
Рсак же ускорить переприем п избежать возможных искажении телеграмм?
Как и во всех областях техники, где требуется увеличение скорости, в телеграфии применили автомат. Он принимает электрические сигналы с одной станции и передает на другую. Как же записать электрический сигнал? Обычно переприем производят на специальную бумажную ленту. Сигналы записываются в виде отверстии, по заранее установленному коду. Такая лента называется перфорированной. Пропущенная через специальный передатчик— трансмиттер, она служит как бы переносчиком электрических сигналов на промежуточном пункте.
А нельзя ли вообще обойтись без переприема? Мы уже говорили, что соединить пункты uj а кдый с каждым» невозможно. Но временно прямую связь между какими-либо двумя пунктами осуществить можно. Такой принцип находит все более широкое распространение в абонентском телеграфе.
Для исключения переприема телеграмм применяют способ прямых соединений. Если, например, телеграмма направляется из Ленинграда в Алма-Ату через Москву, то в Москве соединяют линию, идущую к Ленинграду, с линией, идущей к Алма-Ате. В таких случаях
телеграфисты этих городов работают непосредственно друг с другом. Но такой способ требует большого количества линий связи. Ведь если Москва не имеет больше линий к Ленинграду и Алма-Ате, то во время «разговора» этих городов она остается без связи с ними.
Применение переменных токов для телеграфирования позволило лучше решить задачу получения большого количества телеграфных каналов, и способ прямых соединений получает сейчас большое распространение.
Представьте себе какое-либо учреждение. Глубокая ночь, по в одной из комнат слышно характерное постукивание телеграфного аппарата. Около него не видно людей, а лента бежит и бежит. Но вот телеграммы приняты, и аппарат останавливается: он снабжен устройством автоматического пуска п остановки. Разговор по телефону удобен, но содержание его можно позабыть, если своевременно не записать его. А все содержание телеграфного разговора остается на ленте или лпсте бумаги, его всегда можно восстановить.
Но как бы ни были совершенны телеграфные аппараты п устройства автоматического приема, передача телеграммы па пункте отправления производится вручную. Следовательно, скорость передачи ограниченна. Кроме того, какой бы высокой квалификации ни был работник, ошибку он допустить может.
А вот фототелеграфный метод передачи позволяет полностью автоматизировать связь. «Принято по фототелеграфу» — такую подпись под фотоснимком часто можно увидеть в газетах. Не только фотография, но и любое изображение-чертеж, рисунок, газетная статья, личное письмо, географическая карта — может быть передано по фототелеграфу (рис. 6).
Советский Союз имеет фототелеграфную связь с Пекином, Бомбеем, Лондоном п другими городами мира. Преимущества ее очевидны: абсо-
Рис. Ь, Фототелеграфный аппарат.
ПРОВОДНАЯ СВЯЗЬ
лютная точность передачи и полная автоматизация процессов передачи п приема.
Почему же прп всех этих преимуществах громадное большинство телеграмм передается по обычным телеграфным аппаратам? Потому что прп современных способах передачи электрических сигналов по проводам целесообразнее бывает организовать 16—18 обычных телеграфных связей, чем одну фототелеграфную: сложна и дорога еще обработка принятых на фотобумагу телеграмм.
Но имеются фототелеграфные аппараты, в которых изображения принимаются на электрохимическую бумагу. Фототелеграмму сразу же, без дополнительной обработки, можно вручать адресату. Создан также аппарат, который записывает текст на обычной бумаге. Подобные аппараты получают распространение в пашей стране.
Беспрерывно — днем и ночью, в любое время года, в любую погоду — несет свою службу телеграф.
ФАБРИКА РАЗГОВОРОВ
«Фабрикой разговоров» называют телефонную станцию. В каждом городе есть одна или несколько таких «фабрик». В редком населенном пункте нет сейчас телефона.
У некоторых телефонных аппаратов, чтобы вызвать станцию, надо вращать рукоятку. Это аппараты местной батареи (МБ) с индукторным вызовом. У других достаточно снять трубку с рычага, и телефонистка дает ответ. Это телефонный аппарат станции системы центральной батареи (ЦБ). И, наконец, на аппарате третьего типа надо снять трубку, дождаться гудка и набрать требуемый номер с помощью номеронабирателя. Это телефонный аппарат автоматических телефонных станций (АТС).
Задача каждой телефонной станции в том, чтобы соединить аппараты абонентов, которым надо переговорить. От каждого аппарата к телефонной станции идет двухпроводная линия связи. Обычно она находится в подземном кабеле. От станции в отдельные районы города прокладывают кабели большой емкости, например на 1200 пар проводников. Затем они разветвляются на более мелкие, которые подводят к отдельным кварталам, и еще более мелкие — к отдельным домам. Здесь они разделяются на однопарные — к каждому телефонному аппарату.
Аппараты абонентов между собой па станции соединяются напрямик. На ручных теле
фонных станциях системы МБ и ЦБ эту работу выполняют телефонистки.
Основное устройство ручной телефонной станции — коммутатор, куда включаются линии абонентов. Коммутаторов на станции может быть несколько десятков, так как в каждый из них включают не более 100—120 линий. За каждым работает одна телефонистка. Коммутатор напоминает шкаф, на передней стенке ксь торого расположены гнезда, похожие на обычные штепсельные розетки. К такому гнезду подключена линия абонента.
В нижней части находятся гнезда «своих» абонентов, т. с. тех, которых телефонистка должна соединять со всеми другпмп абонентами станции. Эти гнезда снабжены вызывными устройствами —электрическими лампами или клапанами. Если абонент вызывает станцию, загорается лампа или открывается дверца клапана. Заметив вызов, телефонистка с помощью гибких шнуров со штепселями соединяет вызывавшего абонента с требуемым номером.
Чтобы соединить своих абонентов с абонентами, чьи линии включены в другие коммутаторы станции, устраивают так называемое м н о-го к ратное поле. В верхней части двух-трех коммутаторов размещают гнезда всех абонентов данной станции. Таким образом, каждый абонент пмее.т на станции несколько гнезд: одно на своем коммутаторе и по одному на поле каждых двух-трех коммутаторов. Многократное поле должно быть таким, чтобы телефонистка могла, не вставая, достать до любого гнезда на своем и соседних коммутаторах. Это ограничивает емкость ручных телефонных станций. Обычно они бывают не больше чем на 2—3 тыс. номеров. Еслп же в городе требуется большее число телефонов, устраивают пе-
ТЕЛЕФОН- О ТВЕТЧИК
Существует телефонный аппарат, который отвечает на вызов, даже еслп никого нет дома. Специальный прибор подключает к нему магнитофон, сообщающий вам, что абонент отсутствует. Затем включается диктофон, и вы можете передать нужное сообщение для владельца необычного телефона. Оно будет воспроизведено при простом нажатии кнопки. Но окончании этого оригинального телефонного разговора прибор автоматически выключает магнитофон и диктофон и отсоединяет телефонные контакты.
Рис. 7. Принцип работы искателя.
сколько станций в разных районах и соединяют их линиями.
Для вызова абонента находящегося в другом районе, приходится вызывать свою станцию, а затем другую станцию. Иногда таких станций может быть несколько, и вызов займет много времени. Устройство же одной станции большой емкости, как, например, это было когда-то в Москве, где работала ручная телефонная станция на 60 тыс. номеров, чрезвычайно сложно, и обслужить ее трудно. Многократное поле этой станции было таких размеров, что телефонистки работали стоя и их рост должен был быть не менее 155 см.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВМЕСТО РУЧНЫХ
С первых лет появления телефонов изобретатели задумались над созданием более совершенных, автоматических телефонных станций. В 1887 г. инженер К. А. Мосцицкий спроектировал «самодействующий» центральный коммутатор. Работали над созданием автоматических телефонных станций и иностранные ученые. Но до Великой Октябрьской Социалистической революции у нас в стране не было ни одной такой станция. Сейчас в наших городах работают сотни АТС. Число их увеличивается пз года в год. Правда, оборудование автоматической станции обходится в несколько раз дороже, чем ручной. Но зато она не требует телефонисток, и, в конечном счете, все расходы на строительство окупаются в течение нескольких лет.
Основа автоматической телефонии — два
электромагнитных устройства. Первое — это реле. Устройство и действие электромагнита известны, Реле представляет собой электромагнит, якорь которого замыкает, размыкает или переключает контактные пружины. С его помощью производятся различные включения и переключения электрических цепей.
Второе — искатель. Это переключатель, приводимый в действие электромагнитом. Когда по обмотке электромагнита пройдет ток, якорь искателя притянется и «собачка» повернет храповик на один зубец, а металлическая щетка перейдет на один контакт. Сколько раз замкнется цепь тока при помощи ключа, на столько контактов перейдет шетка искателя, осуществляя требуемое соединение. Конечно, искатели автоматических телефонных станций устроены значительно сложнее, но работают все они по такому принципу (рис. 7).
Абонент замыкает электрическую цепь не ключом, а посредством номеронабирателя. Что происходит при этом на станции? В зависимости от количества абонентов станции номер может быть одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти-п шестизначный. Шестизначный номер обычно включает какую-либо букву. Сделано это для облегчения его запоминания. Буквой обозначают районную телефонную станцию, если их в городе несколько.
Набрав букву, абонент попадает на районную станцию. Набирая следующие цифры, он заставляет работать ряд реле и искателей. Первый искатель найдет группу абонентов, состоящую, например, из тысячи, в которой находится требуемый абонент, следующий — из ста, п, наконец, последний искатель — линию вызываемого абонента.
Оборудование автоматической телефонной станции состоит из многих искателей л реле. Этп устройства нужны не только для соединения абонентов, но и для подачи им сигналов, указывающих, что можно набрать номер. Они определяют, не занята ли линпя абонента, п сообщают об этом вызывающему. Они же, наконец, посылают вызов абоненту и после окончания разговора приводят все механизмы в прежнее положение.
На автоматической телефонной станции есть зал, в котором на специальных стойках размещены все устройства для соединения абонентов. Их работа никогда не прекращается, всегда слышно характерное потрескпвалпе в щелканье: ведь постоянно кто-либо пз абонентов вызывает станцию п приборы находятся в действии.
В помещении электропитающей установки есть аккумуляторы. Они питают током все приборы станции и все аппараты абонентов. Электрический ток расходится по тысячам проводов. На случай прекращения подачи элек* троэнергпи установлены двигатели внутреннего сгорания и генераторы.
Обычная емкость АТС городов 10 тыс» номеров. Для предприятий, учреждений, кол* хозов п совхозов имеются автоматические теле* фонпые станции на 104-100 номеров. Автомати* ческпй «зал» станции на 20 номеров представляет собой ящик примерно такого размера, как телевизор «Темп». Приборы этой станции очень точны, не требуют постоянного наблюдения и могут месяцами работать без проверки.
Недалеко время, когда телефонный аппа-1 рат станет обычным элементом жилья не толь-^ ко каждого горожанина, но и жителя деревни,
ЧЕРЕЗ МАТЕРИКИ И ОКЕАНЫ
Вы хотите переговорить \по телефону, на-йрпмер из Минска, с человеком, который живет на Сахалине. Для этого прежде всего нужно позвонить на междугородную телефонную станцию и заказать разговор. Если в вашей квартире нет телефона, можно пойти на переговорный пункт и говорить оттуда. Вас не смущает расстояние между Минском и Сахалином. А ведь электрическому току придется проделать огромный путь по проводам воздушных линий, подземным кабелям, через многоводные сибирские реки и морской пролив, отделяющий Сахалин от материка, чтобы донести до вас желанный голос.
По мере своего движения по проводам энергия электрического тока уменьшается, или, как говорят, затухает. Значит, дальность передачи ограничивается? Почему же по телефону, не напрягая голоса, можно разговаривать за тысячи километров? Подобно тому как автомобилю, совершающему дальний путь, приходится по дороге заправляться горючим,на линип тоже «добавляют» энергию электрических колебаний — лишь в этом случае они дойдут до нужной станции и их энергии будет достаточно, чтобы привести в действие мембрану телефона.
Немало ученых думало над тем, как увеличить дальность телефонирования. Предлагались различные способы. Но только с появлением электронной лампы в технике связи произошел настоящий переворот и появилась возможность телефонировать на любые расстоя-
ние. 8. Такие автоматически действующие (необслуживаемые) усилительные пункты устанавливаются на кабельных магистралях. На поверхности земли виден только люк.
ния. Десятки миллионов электронных ламп работают сейчас в различных областях техники. Миллионы их работают в аппаратуре связи.
Впервые телефонный усилитель на электронных лампах был создан русским ученым В. И. Коваленковым в 1915 г. Практически его применили только в 1922 г. по указанию В. И. Ленина на линии связи Москва, Кремль — Петроград, Смольный.
Вы говорите по телефону. Электрические колебания, возбуждаемые микрофоном, пройдут через городскую и междугородную телефонные станцпп и отправятся в далекий путь. На определенных промежутках своего пути они будут получать «подкрепление» в специальном пункте, оборудованном ламповыми усилителями (рис. 8). Современная усилительная аппаратура очень сложна: электронные лампы, трансформаторы, конденсаторы. Применяются здесь и полупроводниковые приборы.
Рас. 9. Токи различных частот проходят по линии связи независимо друг от друга.
НА ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЕ
Строительство линий связи — пс простое дело. Оно требует огромных материальных затрат и труда. Для построй ьи 1 тыс. км двухпроводной воздушной линии связи требуется 470 вагонов различных материалов. Чтобы проложить 800 км подземного кабеля, необходимо перевезти 50 тыс. Т различных грузов и выполнить свыше 1 млн. м3 земляных работ. Можно себе представить, как вырастают эти объемы в масштабе всей нашей страны!
Не случайно поэтому именно советские ученые одними из первых разрешили задачу совмещения нескольких связей на одной линии.
Задумывались ли вы над тем, почему, слушая игру оркестра, мы различаем звучание отдельных инструментов? Да потому, что частота звуковых колебаний каждого инструмента различна. Весь оркестр создает сумму колебаний, в которой каждое колебание существует как бы независимо от других. Подобным свойством обладают и электрические колебания. Нетрудно настроить ра-дпоприемппк на нужную волну: электромагнитные волны, излучаемые различными радиостанциями, не смешиваются в эфире, их можно отделить.
Если в линию связи включить несколь-
Рис. 10. Модуляция токов высокой частоты] внизу — частота, получаемая на телеграфе.
ко электрических генераторов, то вырабатываемые ими токи разных частот также не смешиваются. В конце линии можно в ключи гь специальные фильтры,состоящие пз конденсаторов и
катушек, выделить каждый ток и направить его в определенный приемник. Фильтр может, например, пропустить токи с частотами от 50 до 100, от 200 до 1000, от 5000 до 10 000 гц. Это важное свойство электрических колебаний и использовали ученые (рис. 9).
Если для телеграфирования применить переменный ток и использовать при этом токи высоких частот, можно по одной двухпроводной цепи осуществить большое число телефонно-телеграфных связей, уплотнить линию. Одна связь пе будет мешать другой. Для увеличения дальности связи применяются усилители высокой частоты. А для уплотнения линей создана аппаратура, в которой электронная лампа работает как генератор, выпрямитель п у силитель.
Частота звуковых колебаний' создаваемых голосом человека, составляет 100^ 8500 гц. Однако для нормального телефонного разговора достаточно воспроизводить колебания от 300 до 2400 гц.
Для передачи радиопрограмм по проводам полоса частот должна включать частоты до 8-4-10 тыс. гц.
Принципиально важно передать по линии полосу частот. Конечно, если включить в линию несколько генераторов, создающих колебания одинаковых полос частот, то на другом конце никакими фильтрами их друг от друга не отделишь. Это равносильно тому, что пытаться говорить одновременно по двадцати телефонным аппаратам, включенным в одну линию. Передачу колебаний одинаковых частот по одной линии можно осуществить лишь прп условии, что частота токов разная. С помощью тока высокой частоты как бы переносят электрические колебания звуковой частоты. Поэтому его и называют несущим током. Чтобы он стал переносчиком звуковых Колебаний, на него надо «наложить» их, т. е. модулировать ток высокой частоты звуковыми колебаниями (рис. 10).
Пропустим через микрофон переменный ток от генератора. Прп разговоре перед микрофоном амплитуда переменного тока будет изменяться в соответствии с колебаниями мембраны, т. о. в соответствии с звуковыми колебаниями. В результате получатся колебания высокой частоты, которые способны проходить через определенны!! фильтр. Но они как бы несут на себе звуковые колебания.
Каждым ток, несущий звуковые колебания, можно выделить фпльтром из общей массы передаваемых токов, а на прпеме отделить колебания высокой частоты от звуковых. Эту работу
выполняют демодуляторы — специальные устройства, применяемые в аппаратуре высокочастотного телефонирования (рпс. И).
Теоретически по одной линии связи можно одновременно передавать сколько угодно телефонных разговоров, если применить нужное количество генераторов, вырабатывающих токи несущих частот, например 4000, 8000, 12 000, 16 000, 20 000 гц и т. д.
Несущую высокую частоту можно модулировать. Но частота телеграфных сигналов значительно меньше частоты звуковых колебании. Поэтому в качестве несущих для них можно применить токи звуковых (тональных) частот. На этом принципе создана аппаратура тонального телеграфирования.
Современная аппарату ра высокочастотного телефонирования позволяет по одной двухпроводной воздушной линии из цветного металла получить 16 одновременных телефонных переговоров. Взамен одного телефонного разговора получают 18 телеграфных связей или одну фототелеграфную, а вместо двух телефонных разговоров осуществляют передачу радиопрограмм. На кабельных линиях связп аппаратура уплотнения дает возможность получать до 60 одновременных телефонных разговоров. «Замена» телефонных связей на телеграфные остается прежней.
Многим знаком коаксиальный кабель: с его помощью соединяют антенну с телевизионным приемником. Возможности уплотнения подобных кабелей телефонными разговорами велики. По двум кабелям, каждый из которых толщиной не более пальца, можно осуществить 1800 и более телефонных разговоров, а также передавать телевизионные программы.
Современная аппаратура высокочастотного телефонирования очень похожа па радиоаппаратуру. Она обеспечивает передачу телефонных разговоров, телеграфирование, передачу программ телевидения и радиовещания. Гигантские кабельные магистрали пересекают нашу страну, сложные автоматически управляемые устройства обеспечивают высококачественную связь; сотни приборов бдительно следят за состоянием линий, чутко реагируют па малейшее изменение в качестве передач.
БУДУЩЕЕ НАЧИНАЕТСЯ СЕГОДНЯ
В паше время бурного развития техники ТРУД110 представить себе, как далеко пойдет использование открытий, которые сделаны и
Рис. 11. А ппаратура высокочастотного телефонирования.
будут еще сделаны учеными и изобретателями. Но будущее начинается сегодня, оно входит в жизнь на наших глазах.
Что будет с проводной связью? Не «умрет» ли она с развитием радио и радиорелейной связи?
Уверенно можно сказать: «Нет!» Развиваясь па базе радиотехнических методов, проводная связь гармонически дополняет радиосвязь. Б некоторых отношениях она имеет преимущества, в особенности прп связп по кабелям. Это — устойчивость, отсутствие атмосферных помех, неограниченная возможность уплотнения.
Можно ожидать, что воздушные линии связи постепенно исчезнут и будут заменены под-*
Рис. 12. Разговаривая по телефону, можно будет видеть собеседника.
земными. Между городами будут проложены кабельные магистрали, обеспечивающие сотни телефонных и телеграфных связей. Связь полностью автоматизируется. Любой город можно будет вызвать, набрав его условный помер на аппарате. Автоматические телефонные станции вытеснят ручные. Недалек тот день, когда
в АТС все реле и искатели будут заменены полупроводниковыми и электронными приборами. Такие станции уже есть. Телеграммы сами будут выбирать себе путь в соответствии
с присвоенным каждой из них маршрутом. Такая аппаратура тоже создана.
Фототелеграфную связь получает большинство городов. Начнется передача цветных изображений. Скорость передачи телеграмм всех видов возрастет в несколько раз. На линиях появятся видеотелефоны, позволяющие видеть при разговоре собеседника. И такие аппараты уже есть.
Сложные электронные приборы обеспечат контроль за состоянием линий и качеством связи. Большинство усилительных пунктов будет управляться автоматически, на расстоянии. Такие усилительные пункты уже действуют на кабельных магистралях. Все передовое, повое, что создают советские люди, найдет применение в одной из интереснейших отраслей техники — в проводной связи!
АВТОМАТ ИСПРАВЛЯЕТ ОШИБКИ
Создан телетайп (буквопечатающий телеграфный аппарат), который автоматически исправляет ошибки, возникающие при передаче. В новой системе любой знак передается семью импульсами тока, причем каждой букве соответствует определенная комбинация из трех по южительных и четырех отрицательных импульсов. Простое электронное устройство на приемной стороне проверяет каждый поступивший знак с точки зрения соотношения положительных и отрицательных импульсов. Если вследствие каких-либо помех при передаче возникает ошибка, то это соотношение нарушается. Специальное устройство прекращает прием и посылает к передатчику сигнал-запрос. Поступив в электронное устройство передатчика, он прекращает передачу последующего текста и вызывает повторную передачу знака, который был искажен. Повторение продолжается до тех пор, пока знак не будет принят правильно.
1
МИР ЭЛЕКТРОНИКИ
С|лектроника — наука, которая изучает движение заряженных
частиц атома — элек-
тронов и ионов — в разреженных газах и вакууме, их переход через границы между металлом, газами н полупроводниками. Электроника — это и отрасль техники. Она занимается приборами, в которых мириады элект
ронов и ионов летают в разреженных газах, преодолевают энергетические барьеры, вырываются из металлов в газ или полупроводник.
И мощные ртутные выпрямители, дающие ток для трамваев, троллейбусов, электропоездов, и всевозможные радиолампы, без которых невозможна современная электросвязь, и различные электрические источники света, и рент
геновские трубки, и электронные микроскопы, п сверхвысоковольтные ускорители заряженных частиц — все это приборы электроники.
Многие сотни типов электронных приборов применяются в современной промышленности, в исследовательских лабораторпях, в быту. Без них не может обойтись ни один современный самолет или корабль. Опп управляют сложными автоматическими агрегатами, на фабриках и заводах создают высокочастотные токи для закалки сталп п для выплавки высококачественных сплавов.
В основе технической электроники лежат физические законы, открытые в конце XIX и в начале XX в. Вот главные из них.
Электроны и ноны вырываются из металлов при нагревании, при освещении лучами видимого и невидимого света, при ударах стремительно летящих электронов и ионов.
Двигаясь в разреженных газах, электроны и ионы под действием электрических и магнитных полей изменяют свою скорость и направление. Сталкиваясь с нейтральными атомами газов и паров, электроны возбуждают эти атомы, выбивают пз них электроны, заставляют атомы испускать кванты электромагнитного излучения.
На стыке некоторых полупроводников, а также полупроводников и металлов образуются особого рода электрические поля — эие р г е-тпческие барьеры. Они свободно пропускают электроны лишь в одном направлении и затрудняют их обратный переход.
Последние годы наряду с электроникой вакуумных приборов усиленно развивается полупроводниковая электроника. Опа имеет дело с движением электрических зарядов внутри твердых тел — полупроводников: кристаллов кремния, германия и некоторых других материалов (см. т. 3, ст. «Полупроводники» п ст. нашего тома «Полупроводники в технике»).
Различные методы получения и формирования потоков заряженных частиц, различные принципы управления и использования пх применяются в приборах электроники во всевозможных сочетаниях. Конструктивные формы и размеры этих приборов очень разнообразны. Есть приборы меньше спичечной головки. Чтобы их разглядеть, нужна лупа. В современных вычислительных машинах работает много сотен сверхминиатюрных электронных приборов — реле, усилителей, выпрямителей. Чтобы обеспечить энергией маломощный германиевый генератор, достаточно взять гальванический элемент с цинковым катодом, размером в копейку.
Приборами электропики можно преобразовывать мощности и в десятки тысяч киловатт. Сейчас созданы ртутные вентили на токи в сотни ампер п на напряжения в десятки тысяч вольт. Такой вентиль выше человека и весит несколько сот килограммов. Приборы «сильноточной электроники» замечательны по своей экономичности. Ртутные и другие ионные вентили (например, газотроны с накаленным оксидным катодом) часто имеют к. п. д. выше 99и/0, т. е. потери в них составляют меньше 1% от преобразуемой мощности.
Приборы «слаботочной электроники» применяются для связи, управления и контроля.
Рис. 1.1—кристаллический детектор, выпрямитель слабых высокочастотных токов, применялся в начале века в радиотехнике; 2 — высоковольтный кенотрон; применяется для питания постоянным током рентгеновских трубок, электрофильтров, рабочее напряжение до 200 тыс. в, ток — десятые доли ампера; 3 — одноанодный ртутный выпрямитель; из подобных вентилей составляются мошные многофазные установки на напряжения до 3 тыс. в и токи до 10 тыс а для питания электротранспорта, электролитических ванн; 4 — многоанодный ртутный выпрямитель в металлическом корпусе, применяется для тех же целей, что и предыдущий, 5 — игнитрон, ртутный выпрямитель, в котором источник электронов (светлое пятно на катоде) периодически создается зажигателем (игнайтером) из полупроводника; б — высоковольтный секционированный ртутный вентиль; применяется для преобразования переменных токов высокого напряжения (100—200 кв) в постоянный ток, а также для обратного преобразования постоянного тока в переменный, 7 — двуханодный вентиль с накаленным вольфрамовым торированным катодом с наполнением инертным газом (аргоном); применяется в низковольтных цепях, например для зарядки аккумуляторов, 8 — сульфидный (полупроводниковый) выпрямитель; применяется иногда для выпрямления сильных токов низкого напряжения низкой частоты. 9 — двуханодный кенотрон; широко используется для питания ламповых радиоприемников от сети переменного тока; 10 — германиевый точечный диод миниатюрный полупроводниковый вентиль, применяется в радиотехнических, радиолокационных, а также автоматических устройствах; 11 — столбик, собранный из селеновых вентилей (шайб), применяется для зарядки аккумуляторов, а также в различных устройствах автоматики и связи.
□ 15 Детская энциклопедия, т. 5
Рис. Z. 1 — миниатюрная приемно-усилительная лампа; 2— лампа бегущей полны, усиливает колебания сверхвысоких частит; усиливает сантиметровые и даже миллиметровые волны; 3 — мощная усилительная радиолампа, применяемая в радиопередатчиках и в трансляционных узлах, 4 — металлическая приемно-усилительная лампа, представитель многочисленной группы ламп, широко применяемых в радиотехнике и других отраслях народш >го х()§яйства; 5 и 6 — ламп ы типа «желудь»; имеют малые разме] >ы; применяются для усиления высоких частот; 7—фотоэлектронный умножитель, усилитель в котором используется явление вторичной электронной эмиссии: 8—обычная приемно-усилительная радиолампа в стеклянном баллоне; применяется для тех же целей, что и металлическая лампа (4); 9 — полупроводниковый триод (транзистор); в последние годы подобные усилители применяются все шире; 10 — тиратрон (газовый триод); в прохождении тока через прибор участвуют не шлько электроны, по и ионы; прибор инерционен и может применяться только в низкочастотных цепях.
Рис. 3- 1 — генераторная лампа мощностью в несколько киловатт с воздушным охлаждением; 2 — генераторная лампа мощностью ЬО кет с водяным охлаждением анода; применяется в радиопередатчиках и высокочастотных электротермических установках; з—разборная генераторная лампа мощностью до тысячи киловатт снабжена насосами, которые ее непрерывно откачивают во время работы, 4 лампа с плоским расположением электродов, так называемого «маячкового типа»; генерирует дециметровые и сантиметровые волны; 5 -клистрон генератор с группированным элсктрся] [ ш потоком; может генерировать сантиметровые и даже миллиметровые волны; 6 — мн j горезонатор-пый магнетрон; широко применястея^в радиолок^понной технике, 7 — металлокерамический триод; применяется для получения ТВЧ как в импульсных, так н в непрерывных режимах генерирования; 8 — полупроводниковый генераторный триод.
Поэтому от них требуются иные качества. Они должны улавливать самые слабые сигналы, точнейшим образом воспроизводить их, без искажения усиливать. Вредные шумы п помехи должны быть минимальными.
Электроника теснейшим образом связана с радиотехникой — техникой токов высокой частоты. Приборы радиоэлектроники составляют значительную часть всех электронных приборов. В жизни современного человечества нет такой области, в которой в той пли иной мере не использовались бы средства радиоэлектроники.
Приборы электроники можно классифицировать и систематизировать различными способами. Их, например, делят на группы по среде, в которой происходит рабочий процесс: высоковакуумные (электронные), газовые (ионные) и полупроводниковые (селеновые, кремниевые, германиевые). Можно классифицировать их и по методам управления: приборы с. электростатическим управлением, магнитным> комбинированным.
На рисунках изображены некоторые типичные приборы современной радиотехнической и промышленной электроники, систематизированные по признаку основной выполняемой ими работы. Чтобы собрать здесь различные приборы, пришлось их изобразить в разных масштабах — большинство значительно уменьшено против натуральных размеров, но некоторые пришлось увеличить.
На рисунке 1 показана группа приборов, применяемых для выпрямления переменных токов (сильных и слабых). Выпрямление переменного тока — это простейшая функция. Ес обычно выполняют приборы, у которых есть лишь два электрода,— диод ы. Они бывают электронными, ионными, полупроводниковыми.
Следующая, еще более обширная группа — это приборы, усиливающие электрические сигналы (рис. 2). Усилительные приборы имеют обычно трн электрода. Это—триоды. Бывают усилители с еще большим числом электродов: четырехэлектродные — тетроды, пятиэлектродные — пентоды пт. д. Типов усилительных приборов очень много. Для усиления относительно медленных процессов — токов низких частот — можно применять ионные лампы (тиратроны, и г п и т р о н ы). В области радиочастот основное место пока занимают приборы с чисто электронным разрядом. Чаще всего их делают с управляющими сетками. Для усиления сверхвысоких частот существуют лампы с бегущей волной.
С усиленпем тесно связано генерирование электромагнитных колебаний, т. е. превращение постоянного тока в переменный (рпс. 3). Еще в первые годы после Октябрьской революции выдающийся ученый М. А. Бонн-Бруевич создал в Нижегородской радиолабораторип мощные генераторные лампы с водяным охлажде-
Рис. 4. Ток — в различные виды излучений:
1 — рентгеновская трубка; в этом приборе энергия потока электронов превращается в энергию потока квантов рентгеновского излучения, 2 — электронный индикатор («магический глаз*»), применяется в различных радиотехнических устройствах; 3 — электронный микроскоп; 4 — ускоритель заряженных частиц, в котором могут быть получены кванты очень высоких энергий, 5 — приемная телевизионная трубка (кинескоп); в — лампа-вспышка, газонаполненная трубка, дающая сильный импульс света при пропускании через пес разряда конденсатора; 7 —газосветная лампа.
Различные виды излучения — в ток:
1 — фотоэлемент с внешним фотоэффектом, 2 — полупроводниковый фотоэлемент с запирающим слоем, работает без источника питания, з — фотосопротивление, устройство, меняющее свое электросопротивление под воздействием света (основано на
внутреннем фотоэффекте); 4 — термистор, прибор для обнаружения и измерения тепловых лучей; 5 — передающая телевизионная трубка; вырабатывает электрические сигналы, соответствующие свету, испускаемому различными точками передаваемого изображения. 6 — электронно-оптический преобразователь переводит невидимое инфракрасное излучение в излучение видимой части спектра; 7 — счетчик космических частиц, дает импульсы тока под действием квантов с высокой энергией.
пнем анода. Эти лампы дали возможность построить мощные передающие радиостанции, а также применить токи высокой частоты для промышленного нагрева. Бонч-Бруевич и его сотрудники создали также магнетронные генераторы, позволяющие получать большие мощности на волнах сантиметрового и миллиметрового диапазонов.
Важная группа приборов электроники— те, которые превращают энергию электрического тока в энергию различных видов излучений (рис. 4). Электронно-лучевые трубки, например, дают изображение в телевизионных приемниках. Высоковольтные трубки, в которых потоки быстрых электронов ударяют в «мишени» из тугоплавких металлов, дают рентгеновские и гамма-лучи. В эту же группу можно отнесгп электронные микроскопы и ускорители атомных частиц.
Наконец, последняя группа (она показана на рисунке 4 вместе с предыдущей группой) —
это приборы, которые превращают различные виды излучений (видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи) в электрический ток. Сюда относятся все фотоэлементы и передающие трубки телевидения.
Конечно, классификация, представленная здесь (деление всех приборов электроники на пять групп по принципу выполняемых ими функций), каки любая другая классификация, относительна и условна. Одни и тс же типы приборов могут иногда выполнять разную работу. Например, одни и те же типы ламп с сетками часто применяют и для выпрямления, и для генерирования, и для усиления. Это относится и к чисто электронным и к ионным лампам (тиратронам).
Во многих лабораториях мира разрабатывают все новые и новые приборы электроники. Все больше их становится на службу человеку.
ПОЛУПРОВОДНИКИ В ТЕХНИКЕ
QoiiHTne «полупроводник» возникло, когда бурное развитие электротехники потребовало от ученых и инженеров создания хороших проводников электрического тока и изоляторов, не пропускающих тока даже под действием очень высокого напряжения. В течение долгого времени электрики всячески избегали иметь дело с полупроводниками, ибо они были плохими проводниками и неважными изоляторами. Хотя свойства некоторых полупроводников выпрямлять переменный ток, создавать пли изменять электрический ток под действием света п тепла были уже давно подмечены учеными и даже использовались в некоторых практических приборах — выпрямителях, фотоэлементах, фотосопротпвлениях и т. д., картина происходящих в нпх физических процессов вплоть до недавнего времени была совершенно неясна.
И только около десяти лет назад ученым после долгих упорных поисков и трудов наконец удалось раскрыть тайну поведения полупроводников и впервые создать усилительный полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу.
Это важнейшее открытие сразу выдвинуло науку о полупроводниках на одно пз ведущих
мест наряду с атомной энергетикой и реактивной техникой.
Первый полупроводниковый прибор представлял из себя кусочек металла германия. Процесс управления движением электронов в нем осуществлялся в ничтожно малом объеме вещества. Поэтому прибор мог быть величиной с пшеничное зерно или горошпну. Так как в нем не было нити накала и он не «испарял» электроны (см. т. 3, ст. «Полупроводники»), то энергии он потреблял в тысячи раз меньше, чем электронная лампа одинаковой с ним мощности. Атак как в нем нечему было «перегорать», то служить он мог очень долго. Некоторые приборы, в самом начале поставленные на испытание срока их жизни, проработали по сей день уже 75—100 тыс. часов и все еще продолжают действовать.
Возможности применения этпх приборов огромны (рис. 2). Вот несколько примеров.
Радиоприемник с полупроводниковыми приборами вместо радиоламп легко умещается в папиросную коробку. В год для его питания нужно всего несколько батареек по размеру и весу не больше батареек от карманного фонарика. А срок действия таких приборов прак-
ПОЛУПРОВОДНИКИ В ТЕХНИКЕ
5 000 час
ОДНА БАТАРЕЯ 0,5 кг
Рис. 1. «Царица» электроники — электронная лампа уступает первенство полупроводниковому прибору.
ЭКОНОМИЧЕН
ДОЛГОВЕЧЕН
МАЛОГАБАРИТЕН
ПОЛУПРОВОДНИК
" БАТАРЕИ 3-4 КОМПЛЕКТА
□ ПО 25кг
70 000 нас^
тически будет равен сроку жизни самого прием-* ника.
В первых конструкциях электронных вычислительных машин насчитывалось до 18 тыс. электронных ламп. Такая машина занимала целое здание и требовала для своего питания электрическую станцию мощностью 350 кет. Сейчас создана более совершенная и быстродействующая машина, собранная только на полупроводниках. Опа занимает площадь обычного письменного стола и расходует всего лишь 200—250 ет электроэнергии.
Много страданий и неудобств приносит людям потеря или ослабление слуха. Существует немало типов слуховых приборов-усилителей, состоящих из небольшого микрофона в виде пуговицы, усилителя величиной с коробку от папирос, примерно такой же батарейки и телефона, вставляемого в ухо. Но эти приборы неудобны, стесняют пользующихся ими. Сейчас благодаря полупроводникам стало возможным разместить весь слуховой прибор в оправе очков.
В последних моделях таких очков в верхней части оправы установлены так называемые «солнечные батарейки», собранные из чувствительных к свету полупроводников. В светлое время суток они не только питают усилитель, нои одновременно заряжают крошечный, величиной с пуговицу, аккумулятор, спрятанный в той же оправе. От пего прибор питается в темное время суток.
Ученые давно работают над тем, чтобы сделать электронно-лучевую трубку телевизора плоской. Когда это удастся, телевизор можно будет... повесить на стенку в виде картины. Собранный на полупроводниках, телевизионный приемник разместится в рамке экрана.
Крошечный полупроводниковый усилитель, вмонтированный в подводный кабель, можно не поднимать со дна океана несколько лет. А полупроводниковый радиопередатчик величиной с лекарственную пплюлю, проходя по пищевому тракту человека, посылает врачам сигналы, по которым они узнают о скорости п характере движения пищп, частоте сокращений стенок желудка п кишок, давлении в ппх п т. д.
| РАДИОЛОКАТОР ТОРМОЗИТ j АВТОМОБИЛЬ
i Недавно радиолокационная тех-\ ника нашла применение и на авто-\ мобиле. Перед радиатором такой машины устанавливается неболь-| шая антенна радиолокатора. Прп I появлении на дороге препятствия радиолокатор включает специальное устройство и тормоза в автомобиле автоматически сра-\ батывают. Интересно, что сила | торможения зависит от скорости \ находящегося впереди объекта п j собственной скорости машины.
Полупроводниковые приборы расходуют необычайно мало энергии. Недавно был сконструирован небольшой радиопередатчик, действующий па расстояние до 1 км, в котором вовсе ист никаких батарей. Для его работы вполне достаточно энергии... голоса человека.
Измерить температуру до 100 несложно. Труднее измерить температуру выше 250 . Нужны специальные термометры. Ну а как измерить температуру печи, в которой плавят металлы прп температуре 1800—2500 :
Здесь на помощь приходят термоэлементы. Составляется пара — спай из самых тугоплавких металлов, например платины и палладия, концы которых выведены к электроприбору. Спай вводится в печь или в расплавленный металл. В приборе создается электрическое напряжение, по величине которого и определяют температуру. Коэффициент полезного действия таких приборов был очень мал.
С открытием новых полупроводниковых материалов отдача термоэлементов стала неуклонно увеличиваться. При к. и. д., равном4—5° 0, уже можно, соединив множество таких термоэлементов, создать термобатареи, способные питать обычный батарейный радиоприемник или колхозную передающую радиостанцию. В дни Великой Отечественной войны кипящие котелки, в дно которых былп встроены такие термобатареи, питали электрическим током партизанские приемно-передающие радиостанции. А недавно в Институте полупроводников Академии наук СССР в Ленинграде сконструировали печь-термобатарею, дающую ток, достаточный для обеспечения электроэнергией нужд небольшого дома.
Принцип устройства термобатареи несложен (рис. 3). Множество термоэлементов собрано в батарею так, чтобы одни спаи нагревались до высокой температуры, а другие охлаждались. Напряжение и сила тока такой батареи зависят от того, сколько групп термоэлементов соединено параллельно (больший ток) и сколько — последовательно (большее напряжение).
Рис. 2. Работающие на электронных лампах счетная машина, слуховой аппарат, телевизор очень громоздки. Посмотрите, как мало места занимают те лее приборы, собранные на полупроводниках: счетная машина стала не больше письменного стола, слуховой аппарат спрятался в обыкновенные очки, телевизор можно повесить на стену, как картину. А полупроводниковый радиопередатчик величиной... с пилюлю помогает врачам исследовать пищевой тракт человека.
Самые последние работы советских ученых позволили увеличить к. и.д. полупроводниковых термоэлементов до 7—8 0. А здесь уже можно и помечтать!
Человеческий глаз видит только узкий участок светового спектра —электромагнитные колебания очень высокой частоты, от темно-фиолетовых до темно-красных лучей. Большей части лучей он не видит: ультрафиолетовых —с одной стороны спектра, инфракрасных, пли тепловых,— с другой- А ведь каждое нагретое тело излучает невидимые тепловые лучи. Чем выше температура тела, тем ближе к видимому становится это излучение. Вспомните, как меняется цвет накаляемого железа в видимой части спектра — от темно-вишневого до желто-белого и даже синеватого.
И если бы глаз человека был чувствителен только к тепловым лучам, мы наблюдали бы удивительную картину: все вокруг нас светилось бы — люди, внутренние части комнат, стены, крыши. Особенно ярко светились бы утюги, радиаторы отопления, печи. Ослепительно сияли бы паровозы, двигатели, фабричные трубы. Мы бы собственными глазами увидели и, возможно, по-иному отнеслись к величайшему расточительству энергии. Ведь буквально на ветер выбрасывается от 70 до 90,0 всего тепла, которое мы получаем, сжигая топливо.
Теперь представим себе, что все части бесполезно нагреваемых предметов со всех сторон обложены батареями термоэлементов с к. п. д., равным хотя бы 10 0 (рис. 4). Какое огромное количество тепла, а с ним и человеческого труда пойдет на пользу людям! Ведь даже самый современный паровоз имеет к. п. д., равный всего 6—8П 0!
Огромными термобатареями можно будет окружить вулканы, или погрузить их внутрь Земли на глубину, где всегда царит высокая температура, или же нагревать их в пустыне палящими лучами Солнца.
Вот что значит полупроводниковый термоэлемент, сейчас лишь скромно начавший свой путь служения па благо человечеству!
Но на этом чудеса полупроводников не кончаются. Еще в 1834 г. французский естествоиспытатель Жан Пельтье открыл, что если пропускать электрический ток через цепь, составленную из двух медных и одного железного проводника, то один спай будет выделять тепло, а другой — поглощать его. При этом чем больше нагревается один спай, тем сильнее охлаждается другой.
Русский физик Э. X. Ленц нашел ком-
Рис. 3. Схема устройства полупроводникового термоэлемента. Под действием тепла на одном из полюсов прибора накапливаются положительные электрические заряды, на другом — отрицательные.
бинации металлов, при которых нагревание одного спая сопровождалось таким охлаждением другого, что находившаяся на нем капля воды замерзала. Это явление часто демонстрировали на лекциях как занимательный физический курьез. Все исследованные комбинации металлов больше, чем замораживание небольшой капельки воды, дать не могли.
К ПОТРЕБИТЕЛЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО TQKA
Рис. 4. Огромное количество энергии, бесполезно теряемой сейчас на «нагревание улицы), возвратилось бы людям, если бы печи, трубы, котлы можно было окружить батареям и термоэлемен тов.
Рис. 5. Полупроводниковые термоэлементы можно использовать для нагревания помещения зимой и охлаждения его летом.
Советский академик А. Ф. Иоффе, один из основоположников современных представлений о физике твердого тела и полупроводников, исследовал это явление. Вскоре была создана установка для получения таким путем довольно низких температур. Это — батарея, собранная из полупроводниковых элементов. При прохождении электрического тока они дают максимально возможную разность температур на противоположных спаях. «Холодные» спаи находятся в закрытом пространстве, например в камере холодильника, а «горячие» — снаружи. При этом расход электроэнергии значительно меньше, чем у теперешних обычных комнатных и промышленных холодильников. Если количество элементов и пропускаемый через них ток достаточно велики, а тепло отводится от «горячих» спаев интенсивно, то температуру внутри холодильника можно понизить до —60 .
В биологии и медицине для исследования клеток живой материи очень важно иметь тончайшие, толщиной в доли микрона, срезы тканей мозга, печени, сосудов. Чтобы получить такой срез, ткань нужно заморозить. Это делают с помощью микротомов. Это тяжелые, сложные и громоздкие установки, замораживание в них идет медленно, клетки тканей за это время в какой-то степени изменяются.
И вот в Институте полупроводников было сконструировано охлаждающее устройство для такого прибора — столик, объемом не больше обычного лабораторного микроскопа. Его вместе с источником питания легко может переносить один человек. На столике сосредоточен набор мощных холодильных элементов, и ткань замораживается здесь буквально за несколько минут.
Много необычного на первый взгляд сулит использование подобных свойств полупроводников. Что бы вы, например, подумали, если бы вам предложили отапливать комнату... холодом?
Представьте себе, что большие батареи холодильных элементов установлены так. что их «горячие» спаи находятся внутри комнаты, а «холодные»—снаружи. Если пропускать сквозь них электрический ток, то «горячие» спаи начнут нагревать воздух комнаты, а «холодные» — поглощать тепло из воздуха улицы, «охлаждая» его еще больше.
Внешний холодный воздух воснолнит необходимую постоянную разность температур между спаями. А так как величина проходящего через нпх электрического тока при этом не изменится, то дополнительное тепло в комнате получится благодаря... охлаждению воздуха улицы, т. е. за счет холода! Расход электроэнергии при этом по сравнению с отопленпем обычными электрическими печами сократится почт и вдвое.
Летом, когда очень жарко, можно изменить направление проходящего через батареи тока и «холодные» спаи станут горячими, «нагревая» воздух улицы, а «горячие» — холодными, охлаждая жилье (рпс. 5).
А вот еще пример применения полупроводников. На каждый квадратный метр поверхности Землп, освещенной Солнцем, в среднем приходится около 1 кет энергии света. А на площадь в 1 га —10 тыс. кет — мощность большой электрической станции. А на всю поверхность Земли...
Представьте себе щит площадью в квадратный метр из тоненьких пластинок полупро-
воднпковых фотоэлементов с к. п. д. 10%. Тогда можно непрерывно получать с него до 100 вт электрической энергии. Выложенная такими батареями крыша одноэтажного дома площадью, допустим, 100 .н2 с избытком обеспечит нужды жильцов дома в электрической энергии (10 квт}\ Только часть пустыни Каракумы, покрытая такими батареями, удов^ летворяла бы потребность в энергии всего человечества до тех пор, пока светит Солнце. Угроза, что иссякнут источники снабжения людей нефтью и углем, будет уже не страшна.
Но и это еще не все! Ученые подсчитали, что к. и. д. кремниевых фотоэлементов можно будет со временем довести до 20%, т. е. до 200 вт с 1 м2\ Это значит, что фотоэлемент, который сейчас служит главным образом в приборах техники слабых токов, станет основой всей энергетики будущего.
Вот походный приемник — величиной с небольшую дамскую сумочку. Для его работы достаточно полупроводниковой солнечной батареи, встроенной в... его ручку.
Энергии обычного дневного света или яркой электрической лампы вполне хватит не только для питания приемника, но и для зарядки крошечных батареек-аккумуляторов, обеспечивающих шестичасовую работу приемника ночью (рис. 6).
В третьем искусственном спутнике один из радиопередатчиков и несколько важнейших приборов питались от солнечной батареи.
Но свет — только одна из форм излучений, существующих в природе. Чем короче длина волны, тем больше энергии несет в себе излучение. Например, энергия ультрафиолетовых лучей намного больше, чем лучей видимого света; энергия рентгеновских лучей — чем ультрафиолетовых; энергия гамма-лучей — чем рентгеновских, и т. д. (подробнее см. т. 3, раздел «Физика»). Поэтому, если германиевые или кремниевые полупроводниковые фотоэлементы «осветить» невидимыми ультрафиолето-
Рис. 6. Вверху: крыша дома, выложенная полупроводниковыми фотоэлементами, вполне обеспечила бы его жителей электроэнергией. В середине: «солнечный» приемник. В его ручку встроена батарея полупроводниковых фотоэлементов. Она обеспечивает работу приемника днем и заряжает крошечные аккумуляторы для шести^семичасовой работы ночью. Внизу: «атомная» электрическая батарея.Радиоактивное вещество, излучающее очень быстрые электроны, непрерывно приобретает положительный электрический заряд, а наружная оболочка батареи —отрицательный.
Рис. 7. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный на электровозе мощностью 4—5 тыс. л. с., было бы достаточно полупроводниковых пластинок размером с записную книжку, конечно, если бы их удалось идеально охлаждать.
вымп, рентгеновскими, гамма-лучами или, наконец, просто потоком летящих с очень большой скоростью электронов, то создаваемый ими электрический ток будет еще большим, чем под действием видимого света. На этом принципе уже созданы первые образцы «атомных» электрических батарей (рис. 6).
Полупроводниковые приборы открывают совершенно новые возможности д для преобразо-
СВЕРХМИНИА ТЮРНЫЕ < ПОЛ УПРОВОДНИКИ
Одно из достоинств полупро- ) водников — их миниатюрность. I Но разработанный недавно сверх- \ миниатюрный транзистор даже j среди своих маленьких собратьев ) кажется лилипутом. Это—тонень- ? кая пластинка металлического гер- $ мания. Относящиеся к нему со- \ противления, проводники и коп- j деисаторы заменены полосками ! металлической краски, нанесен- J ними па пластинку величиной ) с маленькую почтовую марку. ) Применение новых полупровод- s пиков позволяет изготовлять ра- \ диоприемники размером с ручные 1 часы, слуховые аппараты для } глухих, которые будут помещать- J ся в ушной раковине, портатив- ; ные электронные счетные машины \ и т. п. :
вания переменного электрического тока в постоянный.
В каждом сетевом приемнике, телевизоре, усилителе есть выпрямитель — устройство, питающее различные цепи приемника постоянным электрическим током, большей частью высоких напряжений. Такой выпрямитель занимает добрую четверть объема и веса всего приемника или телевизора. Промышленные выпрямители, рассчитанные па большой ток и высокое напряжение, тоже очень сложны и громоздки. Например, для управления магистральным электровозом очень выгодно и удобно, чтобы двигатели его питались постоянным током.
Для передачи же на далекие расстояния выгоден переменный ток. Чтобы использовать преимущества того и другого вида тока, на некоторые типы электровозов ставят мощные выпрямители, которые занимают много места.
К. п. д. же современных полупроводниковых выпрямителей может достигать 98—99 /0. Поэтому пластинка площадью 100—120 еле2, т. е. величиной с записную книжку, при условии идеального ее охлаждения могла бы выпрямлять переменный ток в постоянный, достаточный для питания электровоза мощностью 3—4 тыс. л. с.!
К сожалению, полупроводниковые выпрямители пока работают при температурах не выше 200 . Это еще мешает их широкому внедрению, хотя с каждым годом число всевозможных видов малых полупроводниковых выпрямителей все увеличивается.
Мы говорили здесь об энергетическом применении полупроводников. Но было бы несправедливо обойти и многие другие области слаботочной электроники. Приведем лишь наиболее важные и интересные примеры.
При нагревании чистых металлов пх электрическое сопротивление увеличивается. У полупроводников оно, наоборот, уменьшается. Это свойство оказалось очень важным для ниспровержения термометра — прибора, достаточно долго «засидевшегося» в науке и технике.
Почему, чтобы измерить температуру больного, нужно целых 10 мин. сидеть неподвижно, пока столбик ртути поднимется п зафиксирует правильную температуру? А сколько десятков людей нужно, чтобы записывать и регулировать температуру на производствах, в сотнях цехов и помещений, в тысячах всевозможных аппаратов! Все это куда проще, легче, точнее и, главное, быстрее можно сделать при помощи
ПОЛУПРОВОДНИКИ В ТЕХНИКЕ
совсем крошечного кусочка полупроводника— термистора.
Термистор последовательно соединяется с небольшой электрической батареей и очень чувствительным измерительным прибором. Достаточно внешней температуре чуть-чуть повыситься или понизиться, как сопротивлений термистора резко уменьшится или увеличится, изменится и протекающий через него ток. Это и покажет проградуированный измерительный прибор.
1 аьие термометры-крошки можно установить в любом пункте, даже непосредственно в деталях машин, например в подшипниках. Они мгновенно поднимут тревогу, если подшипники по какой-лпбо причине начнут перегреваться.
Самое удивительное здесь — в исключительной чувствительности устройства. В Ленинградском агрофизическом институте сконструирован микроэлектротермометр, названный «иглой». Шарик диаметром в 0,5 мм позволяет одним прикосновением, длящимся десятую пли даже сотую долю секунды, измерять с большой точностью тела, но и
СТЕКЛО
ЭМИТТЕР (ИНДИЙ)
ТОЧЕЧНО - КОНТАКТНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТРИОД
плоскостной ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТРИОД
Рис. 8. Полупроводниковые германиевые и кремниевые приборы. В центре, в кружке, *фо триод—комбинация из фотоэлЪмента (фотодиода) и усилительного триода. тот чр чайно чувствительный прибор мог бы обнаружить излучение спички, зажженной ia . у
КРИСТАЛЛ
ГЕРМАНИЯ
ГЕРМАНИИ
не только температуру человеческого отдельных участков его кожи, арте-
КОЛЛЕКТОР
(индии)
ФО ТОЭЛ ЕМЕII ТЫ СОРТИРУЮТ ВРЕННА
Па некоторых лесопильных заводах есть оригинальная установка, автоматически сортирующая бревна. Ее 17 фотоэлементов внимательно «осматривают» проходящие мимо них па транспортере бревна и определяют их длину и толщину. Длина бревна определяется в зависимости от времени затемнения им продольного ряда фотоэлементов, а толщина бревна — в зависимости от того, сколько оно затемняет элементов вертикального ряда. Измеренные фотоэлементами бревна в соответствии с сигналами фотоэлектрической установки направляются па ту или иную ветвь транспортера и затем сбрасываются с него в бассейн, предназначенный для бревен данного сорта.
рий, вен и т. д. Более того, можно измерять даже температуру различных участков листа растения. Но как быть, если нужно узнать очень незначительные изменения температуры предмета, до которого нельзя непосредственно прикоснуться термистором? Для этого служит другой прибор — болометр. Это еще более крошечное термосопротивление, сделанное из самых чувствительных к изменению температуры полупроводников. Оно окрашено в черный цвет и заключено в трубку, из которой выкачан воздух. Сам болометр установлен в фокусе большого металлического зеркала и охлаждается до очень низкой температуры.
Любой нагретый предмет излучает тепловые — инфракрасные — лучи. Болометры позволяют правильно измерить температуру тела человека на расстоянии до километра, обна
ружить на расстоянии нескольких километров горящую спичку и даже измерить температуру любого участка поверхности Лупы или определить температуру звезды. Короче говоря, с помощью болометра можно измерить температуру любого тела, излучающего инфракрасные лучи, как бы далеко оно от пас ни находилось.
Понимание происходящих в полупроводниках физических процессов позволило даже хорошо известные и изученные типы фотоэлементов сделать еще более чувствительными и эффективными.
Если к германиевому фотоэлементу подключить еще и небольшую электрическую батарейку, то получается новый прибор — фотодиод, чрезвычайно чувствительный к видимому и невидимому свету. Комбинированный фотоэлемент с фотодиодом и усилительным прибором — фототриодом обладает уже баснословной чувствительностью. Создаваемый им под действием света довольно большой ток одновременно автоматически усиливается.
При помощи такого чувствительного к инфракрасным лучам прибора можно определить местоположение самолетов, кораблей п других нагретых тел на очень далеких расстояниях. С самолета можно не только определить место, где, например, стоят на земле замаскированные самолеты или автомобили, но даже обнаружить, где они стояли несколько часов тому назад и нагрели своим теплом окружающие предметы.
С помощью такого прибора можно составить подробную карту распределения тепла по поверхности Марса. Ведь фототриод мог бы обнаружить свет спички, зажженной, например, на поверхности Луны.
Возможности применения полупроводников поистине не имеют границ. Впереди еще много необыкновенных открытий в этой области.
д обивают,
полезные ископаемые
и помигают металлы
Донбассе, Караганде, Кузбассе — везде, где из недр земли добывают уголь, можно увидеть огромные конические горы т е р-
ри к о н и к о в. Они поднимаются над землей, словно пирамиды.
Терриконики — вечные памятники шахтерскому труду. Горная порода — камни, глина, песок, пз которых они насыпаны,— вынута в недрах земли несколькими поколениями шахтеров, когда они прокладывали подземные коридоры-выработки, чтобы добраться до угля. Нои камни, и глина, и песок—только побочные продукты. А представить себе, сколько угля вынуто
ШАХТА—ПОДЗЕМНЫЙ ЗАВОД
здесь из недр земли, можно, если каждый тер-риконик мысленно увеличить раз в 7—8.
Терриконики есть везде, где уголь добывают в глубоких шахтах. Он лежит в земле от
дельными залежами, пластами, занимающими иногда огромные площади. В Подмосковье, например, уголь залегает горизонтально на глубине 60—70 л, а в Донбассе — на различной глубине и занимает наклонное, а иногда почти вертикальное положение. Пласты каменного угля могут быть тонкими и толстыми. Все записи т от того, в каких условиях уголь образовался и как протекала его дальнейшая история (см. *1. 2, ст. «Как образуются подземные склады угля»).
Рис. 1. Разрез шахты на угольных пластах горизонтального залегания.
Чтобы достигнуть угольного пласта, лежащего в земле горизонтально пли с небольшим наклоном (рис. 1), к пласту проводят вертикальный колодец — ствол шахты, глубиной в сотпи метров п больше. От ствола прокладывают по угольному пласту многочисленные горизонтальные и наклонные туннели (выработки) — штреки и уклоны.
Чтобы снабдить их свежпм воздухом, сооружают еще один вертикальный ствол — вен-т и л я ц и о и и ы и.
Если угольный пласт залегает под тем илп иным углом к горизонтальной поверхности земли, вертикальный ствол шахты проводят
Рис. 2. Разрез шахты на крутопадающих пластах.
обычно в стороне от пласта (рис. 2). Затем от этого ствола к углю прокладывают подземные ходы — квершлаги. Около шахтного ствола сходятся подземные выработки, которые соединяют ствол с выработками для вентиляции и откатки угля. Это пространство называют о к о л о ст в о л ьиы м двором. Здесь добытый уголь перегружают из вагопеток в подъемные ящики — скип ы. Ствол шахты всегда углубляют ниже последнего квершлага. Делают это для того, чтобы загружать скипы. От квершлагов вдоль пласта угля проводят другие ходы — штреки. Добывают уголь из пласта между штреками. Место, где куски угля отбивают от пласта,, называют забоем.
По мере прокладки подземных выработок их крепят деревянными, железобетонными или металлическими стойками, чтобы предотвратить обвал горных пород. А подземные пещеры, образующиеся на месте вынутого угля, или снова заваливают пустой породой, пли обрушивают их. Это уменьшает давление пластов земли на действующие забои.
Многокилометровые подземные выработки освещают, снабжают свежпм воздухом. Воду, переполняющую подземные колодцы, постоянно откачивают. Для этого над шахтой, на поверхности земли, строят‘большие здания, в которых размещают подъемные машины, компрессорные установки и другое оборудование.
Много труда приходится затрачивать прп строительстве шахты. Но даже достигнув угольного пласта, не сразу возьмешь уголь. Он крепок. Чтобы его добыть, обычно вначале подрубают пласт снизу. Тогда оп потеряет опору * п от него можно будет отбивать, вернее, скалывать крупные куски.
Отбитый от пласта уголь доставляют в откаточный туннель, грузят в вагонетки п вывозят к стволу, чтобы поднять па поверхность.. Сделать все это нелегко и теперь. А в прошлом, когда все горные работы производились вручную, труд шахтера был невероятно тяжелым, изнурительным и опасным.
Шахтеры работали в темпон и тесной норе прп лампе-коптилке. Орудиями труда им служили тяжелый лом, обушок п лопата (рис. 3). Добытый уголь шахтеры грузили на санки, впрягались в них и где ползком, где на четвереньках вывозили ого из забоя.
За годы Советской властп условия подземного труда коренным образом изменились. Усовершенствование шахт, оснащение нх машина мп п механизмами — все делается так..
Рис. 3. Так когда-то трудились шахтеры, в забоях.
чтобы облегчить подземный труд, сделать его менее вредным и более производительным.
Прежде всего появились пневматические отбойные молотки (рис. 4); затем были созданы врубовые машины для подрубки угольного пласта. Одновременно появились конвейеры, которые заменили саночников на вывозке угля из забоя.
В связи с этим темпы добычи угля возросли, резко повысилась производительность труда.
Современную врубовую машину (рпс. 6) в рабочем положении можно сравнить с огромным полураскрытым перочинным ножом. Ручка ножа в этом случае будет соответствовать корпусу машины, а лезвие, когда оно находится под прямым углом к ручке,— режущему механизму — бару. Это двухметровая овальная рама, по которой движется бесконечная цепь, вроде велосипедной. На ее звенья насажены острые зубья из прочной стали.
Гис. 4. Шахтер с отбойным молотком.
Врубовую машину приводит в действие электродвигатель. Есть у машины барабан, па который наматывается стальной канат, подтягивающий ее к прочно укрепленной деревянной или металлической упорной стойке.
Врубовая машина перемещается вдоль забоя» Режущая цепь непрерывно обегает бар, режет зубьями пласт и выносит из зарубной щели мелкие куски угля — штыб. Подрубленный пласт угля остается раздробить на куски при помощи взрывного патрона.
Но врубовые машины, несмотря на все их достоинства, не решили полностью проблемы
механизации труда в шахтах. Они подрубали пласт, спла взрывчатых веществ отбивала куски угля, конвейер (транспортер) доставлял их к штреку, а электровоз—к стволу шахты.
Но подрубленный и отбитый с помощью взрывчатки уголь падо было наваливать па конвейер вручную. Шахтерам - навалоотбойщикам, как и пре
Рис. 5. Схем а зарубной щели (стрелка указывает направление ударов для скола).
жде, прпходплось
орудовать лопатами. Навалка постоянно задерживала продвижение забоев, врубовые машины простаивали. Нужно было создать такую машину, которая бы одновременно подрезала угольный пласт, отбивала уголь и наваливала его
на конвейер.
Советские конструкторы горных машин решили создать для добычи угля комбинированную машину — угольный комбайн.
Основу для новой, еще не родившейся машины наши инженеры увидели в ставшей уже привычной врубовой машине. Что если к прекрасно подрубающему угольный пласт, испытанному в работе режущему механизму врубовки добавить устройства, осуществляющие отбойку и навалку? Или так изменить оснащенную острыми стальными зубьями бесконечную движущуюся цепь, чтобы она сама подрубала, отбивала и наваливала уголь?
Замыслы советских изобретателей воплотились сначала в чертежи и расчеты, а затем в машины серийного выпуска. Чтобы приобрести высокие качества, комбайну, как и многим другим машинам, пришлось пройти длинный путь совершенствования.
Рис. 6. Врубовая машина.
В 1932 г. на одной из шахт Донбасса был испытан первый в мпре угольный комбайн. Его создали на основе врубовых машин различных марок. В последующие годы было сконструировано еще несколько типов комбайнов. Они-то и проложили путь к замечательным комбинированным машинам наших дней.
Еще в годы Великой Отечественной войны
советские конструкторы и инженеры начали создавать новую угледобывающую машину, которая в дальнейшем получила почетное имя «Донбасс» (рис. 7). В основу ее была положена мощная врубовая машина МВ-60. Плоский бар врубовой машины заменили кольцевым. Он похож на букву «П» в лежачем положении и делает сразу три врубовых щели: две горизонтальных, одну под другой, и одну вертикальную, соединяющую их. Таким образом, кольцевой бар вырезает из угольного массива большой брусок, который затем сравнительно легко разбиваетсячасти. Делается это при помощи специального приспособления — вращающейся штанги.
Навалку отбитого угля на конвейер комбайн производит кольцевым погруз-
Рис. 7. Угольный, комбайн «Донбасс»: справа—кольцевой бар с режущей Дальше — оуриЛЬНЫб усганов цепью и диски для дробления угля* слева — кольцевой погрузчик. КИ, которые быстро прОКЛЯДЫ-
ч и к о м. Его бесконечная цепь оснащена скребками и движется с большой скоростью. Скребки подхватываю!' куски угля и перебрасывают их на конвейер.
Комбайн «Донбасс» имеет два электродвигателя. Один приводит в движение бар, другой — кольцевой погрузчик. Управление сосредоточено в передней части корпуса. Машинисту здесь работать очень удобно.
Многие шахтеры настойчиво добивались почетного права первыми работать на новой машине. Освоив работу на комбайне, они проявляли себя новаторами не только в области организации труда, но и в развитии техники.
В какой бы шахте ни появлялся этот комбайн, всюду шахтеры принимали самое горя
чее участие в освоении и усовершенствовании машины. Только за два года после его появления конструкторы получили около 10 тыс. рационализаторских предложений, и более тысячи из них были использованы.
Что же дает этот угольный комбайн? В царской России шахтер за 12 час. тяжелой работы добывал обушком всего 2 Т угля. А для того чтобы добыть эти 2 Т при помощи комбайна «Донбасс», нужно примерно 2—3 мин. Многие машинисты угольных комбайнов дают за месяц до 25 тыс. Т угля, т. е. до тысячи тонн в день. А ведь тысяча тонн угля — это целый железнодорожный состав.
Комбайны «Донбасс» — гордость нашей
уголыюй промышленности. Они работают ныне в Китае и Польше, Румынии и Болгарии,
Венгрии и Чехословакии. Всюду эти чудесные машины свидетельствуют о высоком уровне технической мысли в Советской стране.
Но даже комбайн «Донбасс», несмотря на свои положительные качества, не решил еще всех проблем механизации труда шахтеров. В Москве в Политехническом музее можно увидеть современный парк машин и механизмов, применяемых в горной технике.
Здесь есть машины, уже уступившие свое первенство, и машины, только вступающие в жизнь. Вот пневматические отбойные молотки, а рядом — врубовые машины различных марок.
вают вертикальные стволы шахт. Теперь есть бурильные машины, которые проходят в день до 20 шахтного ствола диаметром в 6 м. Здесь же — модели горнопроходческих комбайнов. Эти стальные гиганты прокладывают подземные коридоры — подготовительные выработки. Но особенно много угледобывающих комбайнов самых различных размеров и формы, самого различного назначения.
Мы уже знаем, что пласты угля лежат па разной глубине под разными углами к поверхности и имеют различную толщину, пли мощность. Комбайн «Донбасс» предназначен для работы па пологих и наклонных пластах определенной мощности. Поэтому когда в одних шахтах работали комбайны, в других, где пласты были, скажем, крутопадающими, продолжали стучать отбойные молотки. В механизации труда в шахтах оказалось немало еще таких «белых пятен». И конструкторы решити стереть их. Был, например, создай комбайн для добычи угля из крутопадающих пластов. Появились комбайны для разработки тонких и очень тонких пластов, комбайн для пластов средней мощности и комбайн для работы на тонких крутопадающих пластах.
Однако пласты угля различны не только по толщине и положению, но и по прочности. Есть такие угли, которые не могли «угрызть» челюсти ни одного из существующих комбайнов. Для разработки таких пластов в 1957 г. был создан специальный комбайн «Допбасс-2». Это— видоизмененный комбайн «Донбасс».
Новая машина снабжена сильным двигателем, ей можно придать любую скорость— от нескольких сантиметров до одного метра в минуту. А ее мощный режущий механизм позволяет добывать самые крепкие угли.
Есть теперь угледобывающие комбайны небольшого веса — малогабаритные. Они могут работать в очень тесных забоях. Есть комбайны облегченного типа, есть широкозахватные и узкозахватные, а есть и такие, с помощью которых можно не только добывать уголь, но и прокладывать путь к угольному пласту.
На советских шахтах работают ныне сотни типов различных машин и механизмов. Механизация превратила паши шахты в передовые индустриальные предприятия, в большие подземные заводы.
Спускаясь в шахту, вы прежде всего увидите главный ствол. Он делится па четыре отделения. Одно отведено под две подъемные клети для спуска и подъема людей и машин. В другом размещаются механизмы для подъ-
Рис. 8. Комбайн для добывания угля из тонких пластов.
ема угля, в третьем — лестница с площадками: запасной выход. В четвертом проложены кабели и трубопроводы.
Но вот спуск окончен. Вы выходите из клети па просторный, ярко освещенный о к о-л о с т в о л ь н ы й двор. Отсюда в разные стороны к угольным пластам уходят широкие туннели. Это подготовительные выработки. По ним проложены рельсовые пути, электрические кабели, трубы для подачи сжатого воздуха, необходимого для работы пневматических машин и механизмов. По мере разработки угольного пласта подготовительные выработки продвигаются все дальше и дальше.
По выработкам мчатся электровозы с вагонетками, груженными углем, а подземные трамваи быстро доставляют шахтеров от ствола шахты к забоям и обратно. Забой — основной пункт в шахте, а комбайн — основная точка в забое.
Плавно, с глухим шумом движется комбайн. Он подрубает и отбивает уголь, наваливает его на конвейер. Конвейер переносит уголь к откаточному штреку.
На наших шахтах применяются ленточные и скребковые конвейеры. По дну скребкового конвейера движется цепь с укрепленными на пей металлическими скребками. Опп захватывают п передвигают поступающий уголь. Поток угля, приносимого конвейером, настолько обилен, что 30 двухтонных вагонеток загружаются всего за 15 — 20 мпп.
Электровоз доставляет вагонеткп с углем к стволу. Здесь они автоматически разгружаются в особый приемник — б у п к е р, расположенный под околоствольным двором. Бункеры снабжены специальным устройством,
'автоматически загружающим подходящие иод него с к и п ы — десятитонные металлические ящики. В скипах уголь поднимают на поверхность — «выдают на-гора», как говорят шахтеры.
На поверхности скипы выгружают уголь в бункеры. Ленточные конвейеры, расположенные под бункерами, передают уголь на погрузочные эстакады или на обогатительную фабрику, где его сортируют и очищают от примесей.
Уголь, прошедший обработку па обогатительной фабрике, после просушки также попадает па погрузочные эстакады. Когда железнодорожный состав входит под эстакаду, люки бункеров раскрываются и уголь широкой струей сыплется в вагоны.
Таков путь, совершаемый углем из шахты.
Комбайн работает непрерывно. II непрерывный поток угля идет от забоя к поверхности. Малейшая неполадка на пути этого потока немедленно сказывается на работе комбайна, заставляет его простаивать. Если остановилась врубовая машина, добыча угля не прекращается, так как есть запас уже сделанного вруба, а значит, есть резерв времени для устранения неисправности в машине. Если же остановился комбайн, замирает весь угольный поток, простаивают все машины и механизмы.
А ведь комбайн не может работать беспрерывно, если нет крепления, если плохо работает конвейер, еелп недостает вагонеток для погрузки угля влп случаются перебои в движении подземного транспорта. Поэтому появление комбайнов потребовало связать воедино, подчинить единому графику все звенья большого и сложного хозяйства шахты.
В диспетчерской околосгвольного двора размещено управление движением. Там — телефоны, радиоустановки, световой пульт. Телефоны связывают диспетчера с комбайном
и электропоездами, идущими по точному расписанию. Подземное транспортное хозяйство огромно. Если бы все рельсовые пути ваших шахт вытянуть в одну линию, образовалась бы железнодорожная магистраль от Москвы до Владивостока.
Гам, где есть врубовая машина, требуется очень много рабочих рук: нужны врубмашинисты, десятки навалоотбойщиков и рабочих других профессий. А для обслуживания комбайна нужны только машинист, его помощник и несколько вспомогательных рабочих; производительность их труда в 2—3 раза выше.
Уголь добывают теперь не только с помощью комбайнов. Человек заставил здесь служить себе... п воду! Вода обладает могучей сплои. Многие, наверное, видели гидро-м о и и т о р ы. Опп похожи на маленькую пушку без колес. Мощный насос подает к гидромонитору воду под сильным давлением. II когда он работает, вода с ревом вырывается из его узкого жерла. Водяная струя бьет с такой силой, что разрушает самые прочные породы. С помощью гидромониторов обычно размывают котлованы под гидростанции, намывают дамбы плотин, добывают торф.
А теперь гидромониторы стали опускать п в шахты. Здесь струя воды обрушивается иа угольный пласт, дробит его, а водяной поток, вытекающий из забоя, заодно выноепт п куски угля (рис. 9).
Механизация добычи угля с помощью гидромониторов (как еще говорят, г п д р о м е х а-нп з а цп я) очень удобна. Конечно, не всегда можно использовать силу воды для добычи угля. Но везде, где только позволяют условия, в шахтах начинают работать гидромониторы.
Советские инженеры создали специальные водометы для тоикпх п мощных пластов угля. Создан, например, водомет, похожий иа танк.
АРИФМЕТН К А СЕ М ПЛ Е Т К И
1160 + 173 4- 990 000 800 + 10 - 20 -L 2100
За такое «равенство» ученику IV класса поставили бы двойку. Но присмотритесь внимательно к левой части равенства, и вы узнаете в приведенных числах данные о добыче угля, выплавке стали и производстве электроэнергии за 1 мин. в 1965 г. А данные правой части равенства обозначают, что углем, добытым за 1 мин , можно будет отопить в суровую зиму 800 двухкомнатных квартир. Стали хватит на изготовление 10 мощных тракторов, 20 грузовых машин да еще множества предметов народного потребления — кастрюль, ножей, велосипедов, о которых ничего не говорится в нашем равенстве. А с помощью минутной выработки электроэнергии можно будет вспахать электротракторами 2100 га.
V
V к V V к
к V V
к
s.
Рис. 9. Мощные гидромониторы в шахте будут разрушать даже самые прочные угольные пласты.
1 — забой; 2— гидромонитор; з — дробилка. 4 — пульпа; 5 — насос, 6 — подача воды; 7 — подача пульпы на поверхность.
Вода поступает по гибкому шлангу под большим давлением, опа движет гусеницы танка и вырывается из него несколькими струями. Они бьют с такой силой, что уже не размывают, а скалывают куски угля.
Много внимания советские конструкторы уделяют и механизации крепления подземных
выработок. Ведь даже там, где работает комбайн, все еще остается ручной труд. Проходпт комбайн, а следом пдут крепильщики и вручную крепят кровлю забоя деревянными, железобетонными или металлическими стойками (рпс.10).
Оказалось, можно механизировать п эту работу. Конструкторы создали металлические передвижные крепи и передвижные конвейеры. Шахты, оборудованные такими механизмами, есть в Донбассе, Мосбассе и Кузбассе.
Теперь следом за комбайном двигается другая машина — передвижчпк. Он соединен с комбайном и, как только комбайн продвигается вперед, автоматически проталкивает следом за ним конвейер и металлическое крепление забоя.
Но конструкторская мысль не остановилась и на этом. Она работает над созданием автоматически действующих машин и механизмов. Конструкторы стали думать и над тем, чтобы управлять ими на расстоянии,—ведь можно же управлять на расстоянии сигнализацией на железных дорогах, движением огромных щитов в шлюзах.
Рис, 10. В забое с металлической крепью комбайн подает уголь на конвейер.
Когда эта задача будет решена, роль человека в шахте сведется к управлению машинами и наблюдению за их работой. В надшахтных сооружениях почти не будет людей.
В центральной диспетчерской, на командном пункте шахты, вы увпдпте только одного человека — главного диспетчера. Он подойдет в назначенный час к сверкающему пульту управления всем многообразным хозяйством в ахты и скажет в микрофон:
— Приготовиться к пуску шахты!
И в ответ загремит из репродукторов усиленный голос главного механика:
— К пуску все готово!
Затем главный диспетчер нажмет одну из кнопок, и на пульте загорятся десятки разноцветных огней, по которым можно проследить за всем, что делается в забоях п штреках шахты.
Тут же, па пульте, вы увидите приборы автоматических устройств, контролирующих работу водоотливных установок, производящих анализ воздуха, показывающих состояние вентиляции в шахте.
Вот еще несколько кнопок щелкнуло под рукой диспетчера, и >га пульте загораются
другие лампы. Они указывают, что глубоко под землей начали работать автоматические агрегаты. На экране забегали желтые огоньки. Ото заработал п понес на себе уголь конвейер.
По световым сигналам мы увидим путь угля к поверхности земли, а на автоматическом счетчике одновременно с легким щелчком появится цифра, указывающая количество угля, поднятого на поверхность.
Л в это время в глубине подземных выработок, в штреках, так же безлюдно, как и в надшахтных сооружениях. Редко-редко промелькнет там фигура механика, наблюдающего за работой машин и механизмов. В забое вдоль угольного пласта движется мощный комбайн. Он подрубает и отбивает куски угля. Они надают на короткий забойный конвейер и переносятся на длинный скребковый конвейер, протяну вшийся к откаточному штреку. Позади комбайна остается пустое пространство, над которым нависают мощные толщи горных пород. Но как только комбайн проходит вперед, тотчас под кровлю автоматически выдвигается щит подвижной крепи п выработанное пространство надежно закрепляется.
В главном откаточном штреке уголь с конвейера падает в вагонетки, и электропоезда несут его к околоствольному двору. Нои здесь мы не увпдпм людей. Ведь на автоматически управляемых электропоездах не нужны будут машинисты. А там, где позволят горногеоло-гическпе условия, в автоматизированной шахте вообще не будет электровозов и рельсовых путей. Их заменят конвейеры. Забойный конвейер передаст уголь на конвейер, транспортирующий его к ствол у шахты. На околостволь-иом дворе он свалит уголь в подъемные скипы пли сам вынесет его из шахты и доставит прямо к железнодорожному вагону.
Так слаженно п четко будет протекать работа машин в шахте ближайшего будущего.
Настанет день, когда к углю на всем его пути от угольного пласта до железнодорожного вагона ни разу не прикоснется рука человека. Этот день уже недалек. Его наступление приближают наши доблестные шахтеры. Своими трудовыми подвигами они укрепляют могущество Родины, помогают советскому пароду строить коммунизм.
Так выглядят участки современной угольной шахты.
СОСТАВ С ЛЕСОМ -аля КРЕПЛЕНИЯ ЗАБОЕВ
КАРЬЕРЫ
КАРЬЕРЫ
беспредельная степь... Вокруг зеленое море трав. Идешь — и вдруг перед глазами открывается широкая и глубокая уступчатая котловина. На уступах котловины блестят стальные нити рельсов. Электровозы тянут по ним открытые большегрузные вагоны—самосвалы-думпкары. В уступах работают гигантские экскаваторы. Фронт работ огромен, а люден почти не видно — все выполняют механизмы.
Со скрежетом и стуком врезаются в землю твердые наконечники буров. Грохочут взрывы, вздымающие фонтаны из каменных обломков. Раскрывают свои пасти многокубовые экскаваторы. Под их взметнувшиеся стрелы подходят составы железнодорожных вагонов.
Это открытая разработка—р а з р с з, или карьер. Открытым способом добывают уголь, руды, нерудные ископаемые. Технология их добычи похожа. Посмотрим, как добывают уголь (рис. 1).
Покрывающие угольный пласт горные породы вскрывают и уголь разрабатывают при помощи глубоких траншей. Их глубина достигает 150—200 м, а в отдельных случаях — 350—500 м.
Открытый способ добычи угля применяется уже давно и имеет большое будущее. Он позволяет широко использовать новейшие механизмы, освобождает горняков от тяжелого физического подземного труда, значительно снижает себестоимость угля.
Добыча угля открытым способом сравнительно проста: надо удалить горные породы, покрывающие пласт угля, разрыхлить открывшийся угольный пласт, выбрать уголь и, погрузив его па транспорт, доставить к месту назначения (см. цв. рис.).
Прежде всего местность очищают от кустарника, а болота, если они есть, осушают. Бурильными станками пробивают в земле глубокие скважины. Около них появляются взрывники, и сотни тысяч тонн грунта с грохотом взлетают в воздух. Именно с этого момента в работу включаются разнообразные механизмы. Ведь чтобы обнажить угольный пласт, приходится удалять огромное количество горных пород. И первыми эту работу начинают экскаваторы.
Рядом с могучими шагающими гигантами ЭШ-14/65 (рис. 2) мощный четырехкубовый экскаватор (с емкостью ковша в 4 м3—рис. 3) кажется маленьким. Движется по рельсам сложная многочерпаковая конструкция — отвальный экскаватор.
По ободу колеса другой машины расположено несколько ковшей. Колесо вращается, п они поочередно зарываются е грунт, чтобы, наполнившись, высыпать свой груз на лепту конвейера. Это экскаватор роторного типа (рис. 4).
Когда снимают грунт и обнажают угольный пласт, экскаваторы начинают грузить уголь в
Рис. 1. Схема угольного карьера; экскаватор с емкостью ковша в 4 грузит уголь. Вверху - схема вывозки угля.
Каменноугольный карьер (открытые горные разработки) Шагающие ~-P-=Hnb. “
верхние слои грунта. Вишу — экскаваторы-прямые лопаты 1рутят уюль па
а электропоезда вывозят его из карьера.
Рис. 2. Гигантские шагающие мают пласты
экскаваторы слой горных пород.
за слоем сни-
а также транспортно-отвальные мосты. Каждый мост покоится на двух высоких металлических устоях отстоящих один от другого на расстоянии до 200 м и более. Его опоры установлены на специальных каретках, передвигающихся по рельсам. Длинная металлическая ферма его выходит за пределы опоры на несколько десятков метров. По этой ферме проходит главный конвейер. Он передает породу на малые передаточные конвейеры, которые связывают мост с экскаваторами. Конвейеры транспортно-отвального моста переносят породу к отвалу на противоположную сторону карьера.
Когда механизмы слой за слоем снимают породу и обнажают пласт угля, рельсы прокладывают уже прямо по углю. По ним движутся железнодорожные составы, вывозящие уголь пз карьера.
Вот такой состав стоит под погрузкой. Зубья одного экскаватора вгрызаются в уголь. Ковш другого уже повис над вагоном п сыплет в пего крупные куски угля. А электровоз на другом пути тянет из карьера тяжелый груженый состав.
вагоны. Карьер в это время уже походит на исполинскую лестницу. На каждой ее ступеньке, на каждом уступе работают механизмы.
Техника открытых угольных разработок совершенствуется с каждым днем. Для вывозки породы пз карьеров создаются новые механизмы — огромные 40-топпые самосвалы,
Но п на доставке угля пз карьера сталп теперь применять конвейерный транспорт. От экскаваторных забоев до погрузочных бункеров плп вагонов, находящихся па поверхности карьеров, уголь доставляют конвейеры (рис. 5).
Механизация всех работ в карьере требует исключительной точности п слаженности в орга-
Рис, 3. Ковши экскаваторов берут уголь из обнаженного пласта.
Рис. 4. Роторный экскаватор.
пизации производства. Небольшое промедление с транспортом — и экскаваторы будут простаивать. Чтобы этого не произошло, диспетчер, управляющий обширным хозяйством разреза, внимательно следит за работой всех производственных участков. Самая совершенная техника радиосвязи помогает ему знать все, что происходит вокруг, и вовремя предупреждать и исправлять неполадки в работе.
При открытом способе добычи угля резко возрастает производительность труда. Если сравнить, сколько угля приходится на каж
дого человека, работающего в шахте, с производительностью труда в карьере, то сразу станет видно, что при открытом способе эта цифра увеличивается в несколько раз. А строительство самого карьера обходится в полтора раза дешевле, чем постройка шахты.Поэтому везде, где уголь лежпт сравнительно неглубоко от поверхности, его добывают открытым способом.
Землеройная и буровая техника с каждым годом совершенствуется. Это дает возможность строить все более глубокие карьеры.
Открытые горные разработки есть в Казахста-
Рис. 5. бесконечным потоком транспортеры выносят уголь из карьера в вагоны
КАК ДОБЫВАЮТ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ И ПОЛУЧАЮТ МЕТАЛЛЫ
не п на Сахалине, в Средней Азии, в горах Урала и средн степей Украины. Скоро их будет •енче больше. В эту семилетку наибольшее развитие получит именно открытый способ добычи угля п руд. По уровню технической оснащен
ности открытые разработки полезных ископаемых в СССР представляют собой передовые индустриальные предприятия. По темпу роста добычи угля и руд открытым способом наша страна стопт па первом месте в мире.
ДОБЫЧА НЕФТИ И ГАЗА
Дефть п горючие газы были известны людям с древнейших времен. Нефтью наполняли светильники, и она горела ярким, светлым пламенем. В древнем Египте нефтью бальзамировали трупы умерших. Ее использовали как зажигательное средство во время войны. Нефтяные битумы употреблялись в строительном и дорожном деле.
Выходы горючих газов па поверхность приписывали божественным силам. В этих местах строили храмы и жрецы совершали моления над «вечным огнем».
В наши дни значение нефти и газа в народном хозяйстве очень велико. Продукты переработки нефти и газ широко применяются в качестве топлива для автомобилей, тракторов, тепловозов и паровозов, в авиации и флоте, на заводах и фабриках, в быту. Нефть — источник получения смазочных масел, парафина, битумов, электродного кокса (см. цв. рис., стр. 256).
Нефть и газы — основное сырье для производства пластмасс, синтетического каучука,
ЦЕНА БУРОВЫХ СКВАЖИН
Для добычи нефти и газа приходится бурить множество узких и длинных скважин — сотни на каждом промысле. Буровые инструменты вгрызаются в горные породы на глубину 2—3 и больше километров. Чтобы разрушить горные породы и пробурить в них скважину всего лишь в 30 см диаметром и 1 км глубиной, надо затратить 20 млрд. кГм работы, т. е. примерно столько же, сколько понадобилось бы для поднятия 500 груженых железнодорожных составов на высоту десятиэтажного дома! Вот почему впереди буровых мастеров всегда идут геологоразведчики: падо точно знать, где бурить скважины. Слишком дорого обходится каждая из них.
s
синтетических волокон, моющих веществ, синтетических жиров, а также взрывчатых веществ, удобрений, ядов для насекомых и сорняков, дезинфицирующих веществ, органических кислот, спиртов, сажи, красителей п многих других продуктов. Нет такой отрасли народного хозяйства, где бы ни применялись нефть и горючие газы пли многочисленные продукты пх переработки (см. раздел «Химическая промышленность»),
БУРЕНИЕ СКВАЖИН
С незапамятных времен нефть собирали с поверхности нефтяных луж; там, где ее требовалось больше, рыли колодцы и из нпх черпали нефть ведрами. Все глубже приходилось рыть колодцы, и тогда этот промысел становился опасным: в колодцы просачивались газы и легкие пары нефти, — и люди гпблп от удушья. Но вот па смену колодцам пришло ударное бурение.
Первая в мире скважппа для добычи нефти была пробурена в 1848 г. в Баку, а в 1855 г. на р. Ухте была пробурена вторая скважина.
Прп ударном бурении специальным долотом, укрепленным па конце штанги, разрушали породу. Воротом наматывали на барабан канат и поднимали штангу с долотом, а затем сразу сбрасывали. Долото с силой ударяло в* породу и дробило ее.
Но ударное бурение было неудобным, медленным — за год едва удавалось пробурпть скважину глубиной 200 м. Появился новый способ бурения — вращательное бурение. Установленный наверху двпгатсль непрерывно вращал долото, укрепленное на конце прочной стальной трубы. Скважппа при этом высверливалась. По мере углубления долота трубу наращивали. Для удаления разбуренной породы к долоту по трубе непрерывно качали глинистый раствор. Он выносил на поверхность разбуренную породу и одновремен-
но штукатурил стенки скважины. Это предохраняло их от обвала; отпала необходимость спускать в скважину во время бурения обсадные трубы. Для удобства сборки и разборки буровых труб над скважиной устанавливают вышку высотой до 40 м п более (рис. 1).
Вращательное бурение позволило не только резко увеличить скорость проходки, но п бурить скважины большой глубины. Однако п у этого способа были недостатки. Ведь одновременно с долотом приходилось вращать огромную
Глинистыи РАСТВОР
колонну труб длиной до 5 тыс. м и весом до 200 7\ От трения о стенки скважины трубы быстро изнашивались и нередко бывали случаи, когда вся колонна труб обрывалась. Извлечь оборвавшуюся колонну труб — трудная задача. Зачастую приходилось прекращать работу и начинать бурение на новом месте.
В 1922 г. бакинский инженер М. А. Капелюш ни ков (впоследствии член-корреспондент Академии наук СССР) впервые в мире предложил применять для бурения нефтяных скважин турбобур (рис. 2). Теперь этот способ бурения получил широкое распространение. На конце бурильных труб устанавливают гидравлическую турбину с долотом. Го бурильным трубам под большим давлением закачивается глинистый раствор, который и вращает турбину с долотом. Долото дробит породу, а раствор одновременно очищает скважину, штукатурит стенки,цементирует трещины и при вскрытии газоносного пласта своим давлением предупреждает аварийные выбросы и фонтанирование.
При турбинном бурении вращается только долото. Опасность износа и обрыва труб при этом способе устраняется, а скорость бурения значительно увеличивается. Этому способствуют также сверхпрочные современные долота.
Турбобур позволил вестп наклонно направленноебуреипе, бурить скважины под зданиями, под топкими болотами и под дном моря в прибрежной полосе (рис. 3).Большую часть скважин ь нашей стране бурят турбобурами. Советские турбобуры считаются самымп совершенными в мире агрегатами для глубокого бурения.
В последние годы разработано и успешно внедряется
Рис. 2. Турбобур.
электробурение. Вместо турбины с колонной труб в скважину опускают электромотор специальной конструкция, к которому крепят бурильный инструмент. Электробур позволяет еще больше увеличить скорость бу-
ре пня.
ДОБЫЧА «ЧЕРНОГО ЗОЛОТА»
Наконец бур достигает нефтеносного пласта. Вместе с глинистым раствором на поверхность начинает поступать газ. Появляются
пленки нефти. Проходят пласт п бурение прекращают. В скважину опускают колонну обсадных труб. Затем в ее нижнюю часть закачивают цементный раствор с таким расчетом, чтобы он заполнил пространство между стенкамп скважины и обсадной трубой. Цементу дают затвердеть. На верху обсадной трубы ук-
Рис. 4. Старейший в Советском Союзе неф тяний район Паку прославился своими под годными месторождениями нефти, разработка которых ведется на далеком расстоянии от берега с эстакад.
рспляют несколько стальных задвижек. Затем в скважину опускают электрическим пистолет и по высоте нефтеносного пласта простреливают в нескольких местах обсадные трубы бронебойными пулями. Нефть устремляется в простреленные отверстия. Приступают к эксплуатации скважины.
Бели давление в скважине высокое, то нефть устремляется иа поверхность с большой силой. В этом случае говорят, что скважина фонтанирует. Гакпе скважины могут давать (иногда несколько лет подряд) от 50 до 1000 ибо-лсе тонн нефти ежесуточно. Приток ее регулируют задвижками. Со временем давление в пласте снижается п скважина перестает фонтанировать.
Обычно нефть в пласте подпирается водой. Если к пластовой воде сверху насосами подкачивать еще воду, то она станет выталкивать нефть из пласта. Затихшие скважины снова начинают фонтанировать. Добытая таким способом нефть — самая дешевая. Большую часть нефти в Советском Союзе добывают этим методом, называемым з а к о и т у р н ы м заводнением пласта. Прп нем воду обычно подкачивают в скважины, расположенные за контуром нефтяного пласта, по его периферии (рис. 5).
Гам, где подкачать воду в пласт нельзя, в скважину7 опускают насос. От его поршня наверх поднимается штанга, соединенная с головкой с т а и к а - к а ч а л к и. Пуска
ют мотор, и насос начинает откачивать нефть.
В последнее время для откачки нефти стало применять центробежные насосы. Их опускают вместе с электромотором в скважину7 на большую глубпну. Такие насосы надежнее в работе п имеют большую производительность.
«ОЖИВЛЕНИЕ» СКВАЖИН
Со временем приток нефти к скважине уменьшается. Скважину приходится «оживлять». В забое прп помощи специальной торпеды производят взрыв. При этом в пласте разрушаются старые, засорившиеся каналы и открываются новые. Приток нефти снова увеличивается.
Для оживления применяют также закачку в пласт горячей нефти. Она растворяет застывший парафин, который не дает проходить нефти, и добыча возобновляется.
В последнее время широко используют метод гидравлического разрыва слабопронпцаемых пластов. Под высоким давлением в пласт закачивают вязкую жидкость, смешанную с просеянным кварцевым песком. Жидкость давит па пласт; он разрывается, и в нем образуются трещины. Эти трещины заполняются кварцевым песком, который не даст им сомкнуться. По трещинам нефть снова начинает притекать к скважине (рис. G).
Чтобы полнее извлечь нефть из пласIа, в него закачивают иногда газ, воздух или горячие дымовые газы. Тогда в других скважинах, расположенных поблизости, увеличивается приток нефти. Если нефтяной пласт залегает недалеко от поверхности, то можно извлекать породу и, нагревая ее, отделять нефть. Все это так называемые вторичные методы добычи нефти.
Интересные опыты по увеличению добычи нефти проводились у пас в стране. На старом промысле в одну из скважин загружали древесный уголь и зажигали его. Затем в скважину начинали подавать воздух. Постепенно горение доходило до пропитанного нефтью пласта. Нефть загоралась, и газы горения, двигаясь во все стороны,
Бис. 5. Добыча нефти методом законтурного заводнения пласта.
Рис. 6. В пласт под высоким давлением закачивают вязкую жидкость, смешанную с просеянным кварцевым песком. Жидкость давит на пласт, и он разрывается. Образуются трещины, по которым устремляется нефть.
вытесняли из пласта нефть в другие скважины, расположенные поблизости. Заброшенный промысел снова оживал и начинал давать нефть и газ.
Все эти способы позволяют увеличить отдачу пласта. Ведь обычно из него получают далеко не всю заключенную в нем нефть — значительная часть ее остается погребенной под землей.
Добытую нефть после отделения воды и газов, которые обычно сопутствуют ей, направляют в хранилища — резервуар ы. Отсюда нефть транспортируют па нефтеперерабатывающие заводы.
Основные образующие нефть элементы — это углерод и водород. Химические соединения углерода и водорода называются углеводородами. Из них-то и состоит нефть.
В значительно меньших количествах в нефти содержатся
кислород, сера и азот.
Таким образом, нефть — это сложная смесь большого числа различных углеводородов, кислородных, сернистых и азотистых соединений.
Все эти углеводороды и соединения обладают различными физическими п химическими свойствами. И задача нефтепереработки заключается в том, чтобы эту сложную смесь разделить на отдельные группы — ф р а к ци и, обладающие близкими свойствами (см. ст. «Превращения нефти и угля»).
ГАЗ
И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Мы жпвем в эпоху бурного развития газовой промышленности в нашей стране. Осуществляется широкая газификация городов, сел и промышленных обт>екгов. На тысячи километров прокладываются магистральные газопроводы. Ведь газ — самое
Рис. 7. Наиболее надежна, удобна и дешева транспортировка больших количеств нефти и газа по нефте-и газопроводам. Внизу—схема неф тепровода.
дешевое п самое удобное топливо. Он сгорает полностью — без дыма п остатка. Прп сгорании газа выделяется
больше тепла, чем при сгорании любого топлива, даже нефти. Газ не нужно грузить в вагоны или цистерны, перевозить по железной дороге. Достаточно проложить трубопровод — и газ пойдет в любое место и в любом количестве. Замена твердого топлива газом оздоровляет воздух городов, улучшает условия жизни и труда.
Газ не только топливо. Газ — самое дешевое и самое ценное
сырье для химической промышленности. В нашей стране запасы природного газа огромны. С каждым годом наши геологи открывают все новые п новые его месторождения.
Под землей газ находится под большим давлением. Часто оно достигает 150—250 атм. При бурении газовых скважин приходится соблюдать осторожность, так как, вырвавшись на поверхность, газ может наделать много бед. Бывали случаи, когда вырвавшийся газ загорался от малейшей искры и газовые фонтаны горели долгое время. Обычно газ вовремя перекрывают и затем открытием задвижек регулп-
всевозможных синтетических
руют его выход на поверхност ь. Многие газовые скважины с высоким давлением дают до трех и более миллионов кубических метров газа в сутки.
Природный газ наших основных месторождений на 92—98 /0 состоит из метана. Химической переработкой метана можно получить множество
продуктов (см. раздел «Химическая промышленность» и т. 3, раздел «Химия»).
При добыче нефти в значительных количествах вместе с ней выходит обычно растворенный в нефти газ. На поверхности он отделяется. Это так называемый п о п у т н ы й газ. Он также состоит из метана, но значительная часть его — более тяжелые углеводороды: этан, пропан и бутан. Они также служат походным сырьем для многих видов продукции химической промышленности.
КАК ТРАНСПОРТИРУЮТ НЕФТЬ II ГАЗ
Прошли те далекие времена, когда добытую из колодцев нефть заливали в кожаные мешки, грузили на верблюдов и везли на продажу. Современный нефтеперерабатывающий завод ежесуточно перерабатывает десятки тысяч тонн нефти и выпускает почти столько же продуктов ее переработки. Доставить на завод такое количество нефти и отправить потребителям продукты переработки — задача очень сложная. Ведь каждую минуту надо принимать и отправлять не менее одной-двух цистерн.
Наиболее надежно, удобно и дешево транспортировать нефть по нефтепроводу. Теперь у нас ежегодно прокладываются тысячи километров магистральных нефте- и газопроводов, по которым нефть и газ перекачиваются па большие расстояния. Это освобождает железные дороги от дорогостоящих перевозок нефтепродуктов. Прокладываются нефтепроводы из Татарии и Башкирии в Омск и Иркутск, газопроводы из Бухары на > рал, пз Ставрополя в Москву, пз Западной Украины в Ленинград и другие (рпс. 7).
Работы по строительству нефте- н газопроводов полностью механизированы, Строительство начинается с прокладки трассы (пути) вефте-пли газопровода. Затем вдоль трассы развозят трубы. Прп помощи экскаваторов-канавокоп?.-
ДОБЫЧА НЕФТИ И ГАЗА
телом роют траншеи заданной глубины. Собранные в стык трубы сваривают. Для защиты от коррозии трубы изолируют специальными покрытиями, чаще всего из битума и асбестового картона, пропитанного битумом. Затем трубы опускают в траншею и после опробования и проверки швов засыпают землей.
На определенных расстояниях по трассе нефте- плп газопровода сооружают насосные станции, оборудованные мощными насосами плп компрессорами. Они перекачиваю г нефть плп газ на большие расстояния до пункта назначения. Давление при перекачке достигает 50 и более атмосфер Трубы имеют диаметр до метра и более.
Нефть и нефтепродукты перевозят также по воде па специальных судах — танкерах. Вся трюмная часть их разбита иа отдельные резервуары — танки, в которые заливают перевозимый продукт. Перевозят нефть и в специальных нефтеналивных баржах.
По железной дороге нефть и нефтепродукты перевозят в цистернах емкостью 50 №. Но здесь перевозки обходятся дорого. Это объясняется еще и тем, что в обратном направлении цистерны идут порожняком. В последнее время
S
создапы цистерны из полимерных материалов
для перевозки нефти по воде.
Все вы видели на улицах города автоцистерна которых крупными буквами тшнпсано: г сли-
ны, ]
«огнеопасно». В них развозят бензин. При во бензина из цистерны ее обязательно заземляют. Иначе от трення бензина о стенки шланга возможно образование статического электричества, возникновение искры и взрыв бензиновых паров.
XРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА
Добытую на промыслах нефть нс сразу транспортируют на нефтеперерабатывающие заводы. Не сразу полученные на заводах продукты отправляют потребителю. Некоторое время их хранят на промыслах, заводах и нефтебазах обычно в металлических резервуарах различной
емкости. Наиболее распространены вертикальные цилиндрические резервуары. Их сооружают как на поверхности земли, так и под землей. Большое внимание уделяют борьбе с потерями •от испарения легких частей при хранении пеф-
ПОЕЗД ОПОЯШЕТ ЗЕМНОЙ III А Р
В первый год семилетки у пас было добыто почти на 16,5 млн. Т нефти больше, чем в 1958 г. Если наполнить этой «добавкой» цистерны и выстроить их друг за другом, гигантский состав протянется по железным дорогам от Мурманска до Ленинграда, от Ленинграда к Москве и от Москвы почти до Сочи. В 1965 г. добыча нефти достигнет 230—240 млн. Т. И если всю эту нефть налить в цистерны, то железнодорожный состав, как цепью, опояшет весь земной шар по экватору.
тп и бензинов. Потери особенно увеличиваются с повышением температуры продукта. Чтобы избежать этого, резервуары окрашивают алюминиевой краской, которая отражает солнечные лучи. Применяют поливку крыш и стенок резервуаров водой. Строят резервуары с плоской крышей, чтобы уменьшить газовое пространство.
Однако все эти мероприятия не спасают от потерь самой ценной части нефти. При суточном
Рис. 8. Хранилища для нефти и бензинов: 1 — сферический резервуар., 2—цилиндрический резервуар с плавающей крышей.
изменении температуры в резервуаре, при откач-
ке п наполнении резервуара вместе с выходя-
щим из резервуара через дыхательный клапан воздухом уносится много napov бензина.
Рис. 9. Газ можно хранить в искусственных и естественных подземных хранилищах.
В резервуарах с плавающими крышами таких потерь почти пет: крыша плавает на поверхности нефтепродукта и газовое пространство отсутствует. Устраняются также потерн при хранении легких продуктов под давлением в резервуарах сферической формы. В них обычно хранят сжиженные газы (рис. 8).
Все резервуары для снижения опасности пожара обносят земляным валом или ограждают кирпичной стеноп. К резервуарам подведены трубы, по которым в случае опасности можно пустить попу п покрыть ею поверхность нефтепродукта. Тогда он не загорится.
Для хранения газа делают большие стальные баллоны, которые могут выдерживать высокое давление. Реже сооружают газгольдеры, в которых газ хранятся под небольшим давлением. Лучше всего хранить газ в естественных подземных хранилищах. Ими могут служить выработанные нефтяные плп газовые месторождения, хорошо изолированные пластами породы (рис.9).
Нефть и газ приобретают все большее и большее значение в нашей жизни. Это не только самые лучшпе впды топлива, но п ценнейшее сырье для химической промышленности.
ПОДЗЕМНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ
g древности па Апшеропском п-ве, около Баку, и в Дагестане из отверстий в куполах храмов огнепоклонников вырывалось неугасимое пламя «вечных огней». Оно многие сотни лет было видно далеко вокруг.
Природные газы, скапливающиеся в недрах земли, часто выделяются на поверхность даже через мельчайшие трещины, легко загораются от молнии пли случайной искры и горят затем уже многие годы, иногда сотни лет. Не зная причин этого явления, суеверные люди считали «вечные огни» священными, тщательно охраняли их и там, где они появлялись, строили храмы.
Теперь все знают, что там, где горят «вечные огни», ищи в земле природные сокровища!
Природный газ — ценнейшее топливо. Чаще всего он скапливается вблизи месторождений нефти, а иногда — в местах залегания ископаемых углей. Для его добычи достаточно пробурить скважины до газоносного пласта. После очистки от пыли и влаги газ можно передавать по трубам на большие расстояния.
Горючий газ выделяется из жпдкого топлива и ископаемого угля. Из угля горючий газ получают также искусственно.
Ископаемый уголь лежит в земле пластами различной толщины. Бывают пласты толщиной в несколько десятков метров, но обычно они гораздо тоньше. Часто встречаются пласты толщиной 0,5 м и меньше.
Нередко бывает, что добывать уголь в шахтах трудоемко п невыгодно. Иногда п в его пластах встречается так много бесполезных примесей, что разрабатывать такие пласты совершенно нецелесообразно. Казалось бы, что такой уголь навсегда останется лежать в земле бесполезно для человека.
А нельзя ли превращать его в газ прямо в недрах земли, не вынимая на поверхность?
Решить эту проблему помогла пдея подземной газификации угля. Ее творцом был великий русский ученый Д. II. Менделеев. Еще в 1888 г. он писал: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что уголь из земли вынимать
по будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять па далекие расстояния».
Позднее мысль о возможности подземной газификации угля высказал знаменитый английский химик' Рамзан.
Проекты подземной газификации угля высоко оценил В. II. Ленин. Он отмечал, что подземная газификация угля
ВОЗДУХ
еыход газа
Рис. 1. Схема подземной
нации угля.
несет гигантскую техническую революцию в каменноугольное дело. Она превращает шахты как бы в громадные аппараты для выработки газа и освобождает горнорабочих от тяжелого подземного труда. В. II. Ленин особенно подчеркивал, что этот прогрессивный технический метод позволит использовать наиболее топкие, низкосортные и не разрабатывавшиеся дотоле залежи угля.
Практически осуществить подземную газификацию оказалось по плечу лишь социалистическому общественному строю. Начало этому было положено опте в годы первой пятилетки.
Авторы проекта тогда попользовали опыт газифпкацпп угля па поверхности земли. Ведь на газовых заводах размельченный уголь загружают в особые аппараты — газогенераторы, где его прокаливают без воздуха. Уголь прп этом не горпт, а разлагается. Из него выделяются пары, содержащие смолу и другие цепные вещества и светильный газ. Советские ученые решили прокаливать уголь под землей, не измельчая пласта.
С поверхности земли к углю пробуривают вертикальные скважины. Поток воздуха, на-
гиетаемый к угольному пласту, движется от одного ряда вертикальных скважин к другим через пористый пласт угля. Пласт поджигают.
Прогреваясь, он делается еще более пористым, в нем образуются трещппы. И сопротивление движению газового потока через пласт угля уменьшается. Воздух беспрерывно нагнетается в однп скважины к горящему углю, а из других скважин постоянно выделяется горючий газ (рис. 1).
Гам, где производится подземная газификация, не увидишь на поверхности земли характерных признаков угольной шахты — копра и эстакад с движущимися по ним вагонетками,
пирамидальных террпкоников. Толщу земли здесь пронизывают только вертикальные скважины. В тело угольного пласта они соединяют ся прожженными каналами. Под землей тоже нет пи штреков, ни электровозов, пи других машин.
На поверхности в воздуходувном цехе работают мощные компрессоры. Они подают воздух по трубопроводам в дутьевые скважины и каналы. Здесь
кислород воздуха прп высоких газифи- температурах вступает в химическую реакцию с углеродом угля п образует горючий газ.
Через газоотводящие скважины, пробуренные па расстоянии 25—50 м от дутьевых, газ выводится на поверхность. Таким образом, из угольного пласта извлекаются только продукты газифпкацпп угля, а вся зола остается под землей. По мере сгорания угля процесс газификации постепенно перемещается на соседние участки, где бурятся новые скважины.
В пашей стране уже немало опытных и промышленных установок подземной газификации. Станции подземной газифпкацпп есть в Донбассе, Кузбассе.
В Мосбассе с 1940 г. действует станцпя подземной газификации «Подзсмгаз». Суточная выработка газа на ней —1,3 млн. лг3, что равно 400 Т угля. Создана также Шатская промышленная станция подземной газифпкацпп. Она дает энергию первой в мире газотурбинной электростанции. Вы не увпдпте здесь громоздких котельных установок, без которых не может обойтпсь нп одна электростанция, работающая силой пара. Вместо них от главного корпуса электростанции тянутся трубы к под-
КЛАДОВЫЕ ЭНЕРГИИ
В 1959—1965 гг. добыча нефти в пашей стране возрастет до 230—240 млн. Т. Большая часть нефти сгорит в паровых котлах и двигателях внутреннего сгорания; скрытая в ней энергия совершит механическую работу. Сколько же энергии содержится в 1 Т нефти? Столько же, сколько затрачивают 1000 лошадей за 24 часа работы. За это время, работая с перерывами, лошади могли бы увезти всех жителей небольшого города на расстояние 300 км.
КАК ДОБЫВАЮТ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ И ПОЛУЧАЮТ МЕТАЛЛЫ
Рис. 2. Турбины электростанции могут получать газ от подземной газификации угля.
земному «газогенератору», расположенному на глубине около 60 м, в пласте угля.
Добытый под землей газ очищают. В скрубберах — вертикальных цилиндрических сосудах с циркулирующей водой — его охлаждают и очищают от пыли. Затем его пропускают через электрофильтры, в которых под действием электрического тока от газа отделяется смола. Очищенный газ попадает по трубам к газовой турбине электростанции. По принципу действия газовая турбина похожа на паровую, только иа лопатки ее колес действуют не расширя
ющиеся водяные пары, а горячие продукты горения.
Тепло отработанного газа можно использовать для отопления. А пз отходов, получаемых при его очистке, добывается много ценных продуктов: аммиак, фенол, нафталин, бензол, сера и т. д.
Шатская электростанция — пример предприятий будущего, где человек освободится от тяжелого подземного труда. Его работа здесь будет заключаться в управлении совершенными машинами и механизмами.
Нефть и газ — сырье для производства горючего и многих химических продуктов.
МЕТАЛЛУ1ТИЧЕСКИЙ ЗАВОД
ЖЕЛЕЗО, СТАЛЬ, ЧУГУН
уже в глубокой древности люди знали железо ъ и умели пользоваться им. Греческий философ Аристотель, живши!1 в 384 —322 гг. до и. э., описывает способ получения некоторых сортов железгг и говорит о землях, из которых железо извлекали. Земля, о которой он рассказывает,— это железная руда — химическое соединение железа с кислородом (окислы железа) в смеси с различными минералами (см. т. 2, ст. «Черные металлы»).
В самородном состоянии железо на Земле не встречается, так как оно окисляется. Человек стал пользоваться железом с тех пор, как научился получать его из руды.
Что же такое железо? Это химический элемент, один из самых распространенных металлов, входящих в состав земной коры. Однако железом называют не только химический элемент, ио и металл, восстановленный из железной руды. Обычно в нем содержатся примеси, в частности немного углерода. Если углерода совсем мало — не больше 0,04%, то железо сохраняет свои физические свойства и свое название.
Если в железо входит больше углерода (от 0,04 до 1,7—2%), то оно становится тверже, хотя и сохраняет пластичность. Это — сталь. А если углерода еще больше — от 1,7—2% до 4—5%, /ьелезо теряет свои физические свойства: становится твердым и хрупким (рис. 1). Такой сплав железа с углеродом называют ч у-г у и о м. В состав чугуна и стали, кроме железа и углерода, входят и другие химические элементы: кремнии, марганец и т. д.
Искусные железодельцы и кузнецы научились придавать стали необходимые свойства — делать ее тверже. Для этого раскаленный металл погружали в воду. Этот способ—з а к а л к у— еще в XV в. до п. э. знали народы, населявшие тогда Малую Азию.
Вместе с усовершенствованием методов получения и обработки железа расширилась область ого применения.
Паровые машины и электрические двигатели, Железные дороги и исполинские корабли, ма
шины для добычи угля, нефти, обработки полей и уборки урожая — все они сделаны из чугуна и стали. А нож и вилка, ведро и миска, утюг и дверная петля, топор и пила, игла и перо — это ведь тоже железо, сталь, чугун. Посмотрите вокруг себя, и вы убедитесь, что железо — всюду!
В странах с наиболее развитой промышленностью производится па душу населения более килограмма стали в день.
Производство стали в Советском Союзе за сорок лет после Великой Октябрьской революции выросло почти в 13 раз. В 1959 г. в СССР выплавлено 60 млн, Т стали. За один месяц 1959 г. выплавлялось у нас больше стали, чем за весь 1913 г. К 1965 г. производство чугуна в пашей стране вырастет до 65—70 мли. Т, а стали до 86—91 мли. Т.
ЧТО НУЖНО ДЛЯ ПЛАВКЕ
Весь процесс от подготовки руды до получения из нее металла необходимой формы называют металлургическим ц и к-л о м.
Не всякая железная руда пригодна для плавки. Руд с большим содержанием железа, доступных для добычи, не так много, и для плавки приходится использовать руды, содер-
Рис. 1. Шарик из чистого железа, ударившись о таллическую плитку, сплющится, стальной — подпрыгнет, чугунный — расколется.
Общая схема металлургического цикла: I—коксовые печи; 2—штабеля руды и грейферный кран; ^—воздуходувка; 4—скиповая яма и наклонный мост доменной лечи; 5—доменная печь; 6’— воздухонагреватели (кауперы); 7 —миксер; 8—ковш для заливки чугуна; 9—мартеновская печь; 10—разливка стали в изложницы; 77—обжимный стаи (блюминг); 12 рельсобало чныи стан; 13-готовый прокат.
С 17 Дотекая
энциклопедия, т 5
жащие не более 25—40,J 0 железа, остальное пустая порода.
Такую руду предварительно о б о г а-щ а ю т, т. е. уменьшают содержание пустой породы. Обогащенную руду называют к о н -ц е пт р ат о м. Содержание железа в ней при этом поднимается до 60 1 0 и более.
Разная руда требует разных способов обогащения. В одних случаях ее просто промывают водой. При этом более тяжелые частицы, содержащие железо, оседают па дно, а более легкие минералы уходят с водой. В других, чтобы отделить частички, содержащие железо, от пустой породы, пользуются магнитом. В паше время на многих рудниках строят обогатительные фабрики.
Доменный процесс, т. е. восстановление железа из окислов, сводится к простой химической реакции: газообразная окись углерода соединяется с входящим в окислы железа кислородом. Чтобы процесс развивался быстро, большие куски руды дробят иа более мелкие.
Но очень мелкую руду, например в виде порошка, нельзя грузить в печь. Ведь в печь постоянно вдувают под давлением воздух (иначе нет горения). А это неизбежно приведет к тому, что пылеватая руда будет выброшена (выдута) из печи прежде, чем успеет вступить в контакт с углеродом. Пылеватая руда затрудняет также прохождение газов сквозь слой сырых материалов и может нарушить весь доменный процесс. Между тем железная руда часто встречается в пылеватом состоянии. И был найден выход: пыль спекают — а г л о м е р и р у ю т.
Кроме руды, для плавки необходимо углесодержащее топливо (горючее). Его тоже надо подготовить. Прежде, лет 200 назад, для доменной плавки применяли древесный уголь. Выжиг высококачественного древесного угля был большим искусством. В угле не должно быть примесей, которые могут перейти в металл. Куски хорошо выжженного древесного угля при падении на металлическую плиту звенят. Но теперь очень небольшая часть чугуна (меньше одного процента) выплавляется на д} е-весном угле. Ведь его использование в металлургии грозило истреблением лесов.
Рис. 2. Воздухонагреватель (каупер).
Пришлось заменить древесный уголь каменным. Однако в нем содержится много примесей, которые вредно влияют на металл. Поэтому каменный уголь превращают в кокс Уголь размалывают в тончайший порошок и погружают в высокие печи — камеры. 60—80 таких камер образуют коксовую батарею. Порошок прогревают так, чтобы в печп не попадал воздух. Угольный порошок спекается, получается словно каменноугольный пирог. С одной стороны к камере подходит машина, выталкивающая кокс из печп, с другой — железнодорожная платформа, на которую высаживается коксовый пирог (подробнее см. ст. «Превращения нефти и угля»).
Кокс увозят к тушильной башне. Там его заливают водой, и он разваливается на мелкие куски, которые падают на наклонную площадку. С нее кокс попадает на транспортер, по которому идет сначала на сортировку, а потом к домнам.
Кокс лучше справится со своим делом, чем сырой уголь. Он порист и поэтому хорошо вступит в контакт с железной рудой.Он крепок и при падении с высоты не будет крошиться, не засорит печь. В коксе осталось гораздо меньше примесей, вредящих металлу. Часть их ушла вместе с «коксовым газом», который выделяется при нагреве угля. Из этого газа извлекут много продуктов для химической промышленности.
Руда п кокс приготовлены. Теперь для плавки нужен еще воздух. Без него — точнее, без кислорода—нет горения. Но воздух тоже нужно подготовить — прежде всего нагреть. Когда вдували холодный воздух, приходилось затрачивать слишком много древесного угля плп кокса. производительность печей оставалась низкой. С переходом на горячее дутье процесс пошел гораздо быстрее, так как не надо затрачивать тепло в доменной печп для нагрева холодного воздуха внутри печп.
Какпм же образом нагреть воздух? Для этого используют тепло самих домен — отходящие горячие газы. Их отводят по трубам к нагревателям (рис. 2) — кауперам. Это высокие башни, внутри разделенные по вертикали на две части. В одной половине сгорает поступающий в печь доменный газ,
другая выложена огнеупорным кирпичом. В башню пускают доменный газ и воздух. 1 аз загорается и пдет сначала к куполу башни, а потом опускается по каналам, проложенным в кирпичных насадках другой половины башни, отдавая кирпичу тепло.
Когда кирпич достаточно нагреется, доступ газа закрывают и в каупер впускают холодный воздух. Проходя между горячими кирпичами, воздух нагревается до 800—1000 . Затем его по трубам направляют к домне. Кирпичные камеры греют обычно около двух часов, после этого каупер в течение часа может подавать в домну горячий воздух. Поэтому для бесперебойной работы домны мало одного воздухонагревателя — нужны три-четыре. Из них два или три, как говорят металлурги, «стоят на газу», т. с. сами греются, а третий или четвертый в это время подает нагретый воздух в доменную печь.
Познакомимся теперь с устройством доменной печи.
КАК УСТРОЕНЫ ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ
На заводах Советского Союза в годы пятилеток построены очень крупные доменные печи объемом 1370 м3 п больше. Такая печь способна выплавить 2100—2400 Т чугуна в сутки — тридцать пять большегрузных железнодорожных вагонов. Это составляет около 800 тыс. Т в год. Столько выдавали почти все домны старого Урала. Но теперь па советских заводах строят печи еще мощнее — объемом в 1600 лк3, и на очереди постройка печен с еще большим объемом.
Доменная печь — одно из самых могучих сооружений современной техники. Загруженная матерпаламп мощная доменная печь весит около 15 тыс. Т. Высота ее 40 м — пятнадцатиэтажный дом. Выложена она огнеупорным кирпичом. В него замурованы змеевпкп, по которым циркулирует охлаждающая вода. На башню надета стальная «рубашка».
Главные части домны (рис. 3) — к о л о ш-н и к, ш а х т а и гори. Через колошник в печь загружают материалы п отводят газы. Из него материалы поступают в шахту, а оттуда в горн — самую важную часть печи. Сюда под большим давлением через специальные отверстия — фурмы — поступает горячий воздух. Здесь сгорает кокс и развивается очень высокая температура — до 1900 . В такой температуре порода, содержащая руду, плавится, становится жидкой. В нижней части горна сде-
Рис. 3. Схема доменного процесса.
лапы отверстпя — летки, в самом низу — для выпуска жидкого чугуна, а повыше — для шлака (расплавленной пустой породы).
В доменную печь засыпают железную руду (пли агломерат), кокс п известняк — флюс (он необходим, чтобы быстрое расплавить пустую породу и чтобы шлак легко вытекал из печи).
Материалы, подобранные в определенной пропорции, называют шихтой. Чтобы получить топну чугуна, нужно около 1,7—1,9 / железной руды; кокса обычно расходуется около 800 кГ, флюса — примерно 200 кГ. Больше всего требуется воздуха. Он поступает с мощных воздуходувных станций.
Из доменной печи выходит, кроме чугуна, огромное количество доменпого газа — 4—5 Т
J «ЭРА КИСЛОРОДА»
\ Работа всякого двигателя вну-трепнего сгорания, топка всякого котла немыслимы без по-\ треблсппя кислорода. Вся метал-j лургия основана на пспользова-' нии кислорода. Большая часть < процессов, которые имеют место в технике, основывается на кислороде. Подсчитано, что внедре-! нис кислорода в металлургию позволит в течение семилетки полу-! чить на уже существующих доменных и мартеновских печах дополнительно 3 млн. Т чугуна и
J 8 млн. Т стали. По кислород нужен и для ускорения сжигания топлива. Кислород нужен и га- i
\ зосваршнкам. Вог почему многие
\ считают, что теперь наступила j «эра кислорода».
Рис. 4. Бессемеровский конвертер.
пература. Восстановленное железо, проходя через слой кокса, насыщается углеродом. Поэтому в домнах получается не железо и не сталь, а чугун.
По мере накопления в печи жидкого чугуна его выпускают через л е т к* у. Расплавленная пустая порода и зола кокса образуют шлак, он легче металла п всплывает наверх. Поэтому шлаковая летка и расположена выше чугунной. Глиняную пробку летки пробивают ломом или высверливают специальной машинкой, а закрывают летку при помощи специальной «пушки».
Чугун обычно выпускают через точно установленные промежутки времени. Шлак выпускают чаще, чем чугун.
Жидкий чугун из домны по желобу течет в канавы, выложенные огнеупорной массой. Из них чугун попадает в стоящие наготове на железнодорожных путях ковши.
Часть жидкого чугуна разливают в
на каждую тонну чугуна. Доменный (колошниковый) газ — хорошее топливо. Его используют для нагрева воздуха в кауперах и для дру-
формы. Застывшие продолговатые бруски чугуна называют чушками. Однако большую часть чугуна используют для получения стали (см. цв. рис., стр. 257).
гих целей. Шлак идет на изготовление цемента.
На больших металлургических заводах стро-
Подвоз сырых материалов к домнам, взвешивание, подъем на колошнпк п опрокидывание
ят обычно не одну, а несколько доменных печей. Как же чугун превращается в сталь?
в печь механизированы п автоматизированы. Возле домен делают бункера (ямы). Это склады, откуда домны получают необходимое питание. Здесь составляется набор сырых материалов — шихты, — нужных для плавки чугуна. Набор шихты производится прп помощи вагонов-весов.
Из вагона-вссов материалы высыпают в бункер, расположенный у самого подножия доменной печи. В него упирается нижняя часть наклонного моста, приставленного к домне. По мосту вверх и вниз ездят скип ы (тележки). При помощи канатов н подъемных механизмов скип взбегает наверх, к колошнику. В то время как один скип наверху разгружается, другой внизу нагружается.
А теперь разберемся, что же происходит внутри печи. У фурм кокс встречается с воздухом. Сгорая, кокс образует углекислый газ и окись углерода. Под влиянием высокой температуры углекислый газ разлагается на кислород и окись углерода. Последняя вступает в контакт с железной рудой, отнимает у нее кислород и снова превращается в углекислый газ.
В нижней зоне печп создается высокая тем-
БЕССЕМЕРОВСКАЯ СТАЛЬ
Чтобы отнять у окислов железа кислород, его заставили в доменной печи соединиться с углеродом. Получился чугун. Теперь, чтобы отнять у чугуна излишний углерод, его надо выжечь.
Быстрый и удобный способ превращения чугуна в сталь изобрел англичанин Генрп Бессемер. Он предложил продувать расплавленный жидкий чугун воздухом в расчете на то, что кислород воздуха соединится с углеродом и унесет его в виде газа. Бессемер опасался только одного— как бы воздух не остудил чугун. На деле получилось другое: чугун не только не остыл, по еще сильнее нагрелся. Неожиданно, не правда ли? А объясняется это просто: при соединении кислорода воздуха с разными элементами, содержащимися в чугуне, например с кремнием пли марганцем, выделяется тепло.
Конвертер — стальной выложенный кирпичом сосуд для выплавки стали по способу Бессемера — похож на реторту (рис. 4).
МЕТЛ ЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗА ВОД
В дне его сделаны отверстия, через которые под большим давленном вдувают воздух. Примерно па одну десятую объема конвертер заполняют расплавленным чугуном. Опускаясь к отверстиям дна, чугун встречает сильный ток воздуха, который проходит через жидкий металл. Значительная часть углерода при этом выгорает.
Это самый быстрый, самый дешевый, самый простой способ получения стали. Но в простоте его кроются п недостатки. Химические реакция в конверторе проходят чересчур быстро и не затрагивают серу и фосфор, которые переходят в чугун из руды и кокса. А сера и фосфор — враги стали.
Кроме того, при этом способе можно использовать только такой чугун, в состав которого входят кремний и марганец, способные во время реакции выделять большое количество тепла. Так обстояло дело до самого последнего времени. Проведенные иа металлургических заводах СССР опыты показали, что качество слали может быть значительно улучшено, еелп в конвертер вдувать не воздух, а кислород.
Спустя всего 10 лет после открытия Бессемера, в 1864 г., французы Эмиль и Пьер Мартены предложили другой способ выплавки стали. Его назвали мартеновским.
В настоящее время это самый распространен-
тор, они отдают свое тепло, нагревают их. Горячий газ (раскаленные продукты горения) пропускают через одни регенераторы (камеры) — скажем, через правые. Когда они достаточно нагреются, газу закрывают ход в правые камеры и он идет в левые. Это осуществляется ври помощи особых перекидных клапанов. В то время как греются левые регенераторы, в один из правых, уже успевших достаточно нагреться, пускают газообразное топливо, па котором работает печь, а в другой — воздух.
Проходят 10 — 15 мин.— одни регенераторы нагреются, другие остынут. Тогда при помощи клапанов меняют направление потоков воздуха и газа: горячий дым пускают через остывшие регенераторы, воздух и газ проходят через нагретые. Таким образом в печи все время поддерживается высокая температура.
Верхний этаж печи — это рабочая камера, в которой ведется плавка. Стены ее выложены огнеупорным кирпичом. Пол, плп под (подина), напоминает удлиненное, постепенно углубляющееся от краев к середине корыто, покрытое слоем огнеупорных материалов. Его пазы-» вают ванной.
В передней стене сделаны окна (обычно пять), через них загружают материалы (железный лом, руду и др.), а также заливают расплавленный чугун. В противоположной стене — выпускное
ный метод производства стали.
МАРТЕНОВСКАЯ ПЕЧЬ
Мартеновская печь (рис. 5) — как бы двухэтажная. Нижний этаж уходит глубоко в землю. Он состоит из двух камер, стены которых выложены огнеупорны ми кирпичами, как кауперы у домен. Это регенераторы, в них регенерируется, т. е. восстанавливается, тепло. Назначение этих камер примерно такое же, как и у кауперов. Только в них нагревается и поступающий в печь воздух, и газ, которым она отапливается.
Сами регенераторы нагреваются дымом печи. Раскаленные продукты горения направляют в подземные камеры. Проходя через регенера-
Рис. 5. Мартеновская печь.
Bt erfxjj слева — схема действия печи и регенераторов: 1 — дым: 2 — регенераторы; j воздух, 4 — газ; 5 — перекидные клапаны; 6 — дымовая труба.
ЗЕМНАЯ ОСЬ ИЗ СТАЛИ
«Выковать земную ось невозможно»,— скажете вы. По если ;> такая работа непосильна для S современного человечества, то 1 вовсе вс потому, что для этого не хватит металла. В 1965 г. в СССР будет выплавлено 86—91 млн. Т стали. Из этого количества метал-ла можно сделать столб в 19 тыс. км \ длиной и диаметром в 90 см. ’ Это диаметр могучей вековой сосны. Если такой столб«вделать»в Землю, он соединит Северный и Южный полюса Земли, да еще протянется на 3 тыс. км вверх и вниз над каждым полюсом. \
отверстие. Когда идет плавка, оно заполнено огнеупорной глиняной массой. По специальным каналам нагретые газ и воздух подводятся в верхнюю часть печи. Попадая в плавильное пространство печи, они смешиваются и загораются. Образуется факел яркого пламени, температура которого 1650—1700 . Газ и воздух двигаются быстро, факел растягивается на всю длину камеры и обогревает находящиеся в ней материалы.
В мартеновских печах не только получают пз чугуна сталь, но и переплавляют старые, пришедшие в негодность стальные и железные изделия — лом. Ежегодно его накапливаются миллионы тонн. Переплавлять лом в бессе-меровскпх конвертерах нельзя. Это также послужило одной из причин вытеснения их мартенами.
Обычно под одной крышей строят не одну, а несколько мартеновских печей. Вдоль них прокладывают рельсы. По одним из них под-
Рис. 6. Мартеновский цех:
i _ печь, 2 навалочная машина, з — ковши с жидким чугуном, 4 мостовой кран печного пролета, а —регенераторы’ 6— ковши для приема и разливки жидкой стали, 7 изложница’ 8 — мостовой кран литейного пролета.
возят нужные для плавки материалы, по другим курсируют з а в а л о ч в ы е машины. На наших металлургических заводах есть печи, которые за одну плавку выдают 500 Т стали. Намечается строительство еще больших печей.
Войдем в один пз мартеновских цехов Магнитогорского металлургического комбината. В ряд выстроены печп. Вот печь, из которой только что выпустили готовый металл. Сталевары уже начали готовиться к повой плавке.
С помощью специальной машины они заделывают обнаружившиеся после выпуска предыдущей плавки изъяны в подпне и кладке печи. Это называется заправкой печп — первая операция, с которой начинают плавку.
Потом начинается загрузка, илп з а в а л-к а. Сначала в печь пдут холодные материалы— руда, железный лом, известняк. Для загрузки применяют завалочные машины. Длинными, похожими на хобот слона, штангами они захватывают металлические ящики — мульды— с железным ломом, известью и т. п., заносят их в печь, легко п быстро переворачивают, выбрасывают содержимое и ставят мульды снова на вагонетку.
Завалка печи продолжается полтора-два часа, а затем опускаются все заслонки вад «окнами». Теперь в печь можно смотреть только через прорезанные в заслонках «глазки» (и то сквозь темные очкп: глаза не выдерживают яркого пламени). Кускп лома быстро меняют окраску. Появляются первые лужицы жидкого, расплавленного металла.
Когда лом расплавится, в печь заливают чугун. Его доставляют из миксера —своеобразного термоса, в котором хранится жидкий чугун. Электровоз подвозпт ковш с чугуном. В одно из окон печп вставляют желоб; кран снимает с лафета ковш, наклоняет его, и по желобу чугун льется в печь.
Теперь надо добиться, чтобы жидкость в ванне хорошо перемешалась, закипела. Пройдет полтора-два часа, и на поверхности ванны появятся пузыри: через металл п шлак прорывается окпсь углерода. Она образуется в результате реакций между отдельными элементами шихты (марганцем, кремнием) п кислородом печных газов и руды. Чтобы усилить выгорание углерода, в ванну прибавляют железную руду.
Для чего это делают? В домнах углерод помог избавиться от кислорода руды. В мартеновских печах кислород руды помогает избавиться от излишнего углерода в металле.
А чтобы узнать, насколько интенсивно проходят химические реакции в печи, время от времени берут пробы. В цеховой лаборатории очень быстро (их поэтому называют экспресс-лабораториями) делают анализ и сообщают сталевару, сколько в металле углерода, серы, фосфора, марганца и других элементов.
В последний период производится раскисление, т. е. удаляется образующаяся в ванне печи закись железа, вредно влияющая на качество металла. Для этого в печь добавляют так называемые раскислители (ферросилиций и ферромарганец).
II вот сталь готова. Под выпускным отвер-стием наготове стоит ковш, в него и льется струя стали.
ЛЕГИРОВАННАЯ, ИЛИ СПЕЦИАЛЬНАЯ СТАЛЬ
Сталь бывает разных марок, оип различаются по химическому составу. Прибавка определенного количества марганца делает сталь очень твердой; хром, особенно в сочетании с никелем, делает ее нержавеющей, кремний — упругой; вольфрам применяют для получения быстрорежущей инструментальной стали пт. д. Замечательный русский металлург П. П. Аносов впервые установил, как различные химические элементы влияют на свойства стали.
Для придания стали тех или иных свойств в нее нередко вводят несколько различных добавок — присадок. Например, в связи с бурным развитием реактивной техники увеличилась потребность в жаропроч-
ной стали, выдерживающей очень высокую температуру. Сталь, в которую входят добавки, придающие ей особые свойства, называется лег и р о -ванной, или специальной.
Многие легированные марки стали выплавляют в электрических печах (рис. 7). Емкость электропечей в последние годы значительно выросла и достигла 80 Т.
Для получения особенно чистой стали применяют вакуумирование, т. е. плавку без доступа воздуха. Г1 огда из металла выходят посторонние элементы, которые могли бы его испортить.
Часто под вакуумом производится только разливка.
Легированную сталь сейчас очень широко применяют в различных областях техники.
РОЖДЕНИЕ СТАЛЬНОГО СЛИТКА
Обычно сталь разливают по и з л о ж н и-ц а м (рис. 8 и 9) — высоким чугунным коробкам. После того как она застынет, слитки «раздевают», т. е. снимают изложницы. Вес слитков 5—9 Г, иногда до 25 Т. Но разливка стали в изложницы имеет недостатки.
При остывании сталь кристаллизуется неоднородно: у самой стенки изложницы образуются небольшие кристаллы, в глубине — крупные, а между ними появляются пузыри и раковины. В верхней части слитка возникает усадочная раковина. Поэтому получаемые слитки нуждаются в дополнительной обработке — о б ж и м е. Верхнюю часть слитка приходится срезать и возвращать на переплав (рис. 10).
Ото давно натолкнуло на мысль найти лучший способ разливки стали. Много лет ушло на решение этой задачи. В 1955 г. в нашей стране создана первая промышленная установка для непрерывной разливки стали. Это способ более совершенный, чем разливка по изложницам. На цветном рисунке (стр. 272) видно, как действует эта установка. Получаемые таким образом слитки не требуют обжима, меньше металла возвращается в мартеновскую печь.
Слитки стали, которые получаются в обыкновенных изложницах, отправляют в обжим-
Рис. 7. Дуговая электпросталеплавилъная печь. Вверху справа разрез печи
Рис. 8. Разливка стали в изложницы.
ный цех. Солидная внешность вынутого из изложницы стального слитка обманчива. Это еще плохая сталь — опа непрочна. Образовавшиеся внутри слитка крупные кристаллы, газовые пузыри или раковины падо раздавить. Металл уплотняют, перемешивают. Эта очень важная операция совершается в обжимных цехах на блюмингах или слябинга х.
изложницы
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ЛИТНИК
Рис. 9. Способы разливки стали: а наполнение изложницы снизу (сифоном); б — наполнение изложницы сверху.
БЛЮМИНГИ И СЛЯБИНГИ
На блюмингах и слябингах стальные слитки превращают в длинные брусья и пластины. Это возможно сделать потому, что сталь сохраняет важнейшее свойство железа — пластичное т ь, т. е. способность твердого тела необратимо изменять свою форму.
Под сильным давлением стальной слиток меняет форму. Пластические свойства стали значительно улучшаются, если ее нагреть. Поэтому слитки перед обжимом выдерживают определенное время (4—6 час.) в нагревательных колодцах при температуре 1100—1200 . После нагрева слиток кладут на электрическую тележку (электрокару) и везут к блюмингу (рис. И).
Б высокой будке блюминга сидит оператор. При помощи рычагов он приводит в движение механизмы, направляющие слиток к обжимному устройству — станине, в которой укреплены два массивных вала, диаметром каждый больше метра и длиной до 2 м. Валы — их называют валками — вращаются вокруг своих осей навстречу друг другу. Верхний валок блюминга может подниматься и опускаться. На станине блюминга поставлен большой циферблат со стрелкой, которая показывает величину подъема валка.
Между валками оставляется зазор — несколько меньше высоты слитка. Раскаленный слиток направляется в пространство между валками, и они тотчас увлекают его. протаскивая вперед и уменьшая в сеченпи. Гак происходит первый обжим.
Но одного обжима недостаточно, чтобы превратить слиток в длинный брус.
Валки выпускают слиток, и он двигается по широкой металлпчес ной роликами, — р оль-га н г у. меняет направление вращения валков блюминга и рольганга. Одновременно он опускает верхний валок немного ниже. Зазор между валками становится еще меньше. Немного обжатый слиток снова оказывается зажатым валками, они сдавливают его еще раз. Слиток уже на переднем рольганге. Но оператор
дороге, выложен-
ПРИБЫЛЬНАЯ ЧАСТЬ СЛИ ГКА
УСАДОЧНАЯ РДЬСВИНА
МЕЛКИЕ ЗЕРНА
РАВНООСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
ВЬ'ГЯнУТыЕ СТОЛБЧАТЫЕ КРИС ГАЛЛЬ»
Рис. 10. Разрез стально го слитка.
X)
Рис. 11. Блюминг.
Слитки обжимают также и па слябингах. Это такие же могучие станы, но на них установлена двойная система валков: одни горизонтальные, другие, несколько меньшего диаметра, вертикальные. На слябингах слиток превращается как бы в длинную пластину, которая режется на плоские заготовки — слябы. Пз блюмов и слябов делаю* металл необходимой формы — как говорят металлурги, «разных профилей».
МЕТАЛЛ ПРИОБРЕТАЕТ ФОРМУ
Мы на последнем этане путешествия по металлургическому заводу. Дальнейший путь блюмов и слябов зависит от назначения ста-
успел изменить направление движения и еще ниже опустил верхний валок.
Теперь слиток поворачивают на бок. Поворот (кантовку) делает специальный механизм — кантователь. Нажпм кнопки — и кантователь пришел в действие. Оп переворачивает многотонный слиток легко, как спичечную коробку.
При первых пропусках через валкп слиток обжимают очень осторожно, и он «худеет» чуть заметно. Но затем сила обжима возрастает, и в один пропуск его толщина значительно уменьшается. Так он превращается в длинный брус квадратного сечения. От 13 до 19 раз пропускают слиток через валки, и весь этот процесс длится... около минуты.
Прокатанная полоса по рольгангу направляется к ножницам. Здесь обрезаются негодные ее части, а полосу разрезают на б л ю м ы.
Пульт управления блюминга — это десятки кнопок и рычагов, которыми манипулирует оператор. Более ста движений в минуту он совершает для обжима одного слитка. Такая работа требует высокого искусства. На некоторых наших заводах созданы операторы-автоматы, действующие по заданной программе.
Блюминг в подлинном смысле слова исполинская машина: моторы, обслуживающие его (их около 200), обладают мощностью свыше 15 тыс. кет. Такого количества энергии достаточно, чтобы обеспечить электричеством небольшой город. Весит блюминг около 5 тыс. Т.
ли: нужно ли получить тонкий стальной лист, чтобы сделать из пего кузов автомобиля, корпус холодильника, плп нужны трубы для газопровода, рельсы для новой железной дороги; а может быть, нужен металл простой
СХЕМА ПРОКАТКИ
Рис. 12. Риды, валков сортопрокатных станов.
геометрической формы, которым окончательно будет обработан на станках. На одних заводах делают стальные листы, па других — трубы, на третьих — рельсы, сортовой прокат, т. е. изделия относительно простых геометрических форм: квадрат, круг, полоса, угол, балка, рельсы и т. п. Из стальной заготовки получают также колеса и изделия более сложной конфигурации.
Чтобы превратить заготовку (блюм пли сляб) в полосу или лист, ее пропускают между гладкими валками. Иным способом изготовляют сл аль более сложных форм. В нижнем и верхнем ватках делают вырезы необходимой формы. Сблизив валки так, чтобы один вырез точно пришелся над другим, получают р у ч е й, или, как его называют металлурги, калибр. Если бы сталь была такой же пластичной, как, скажем, воск или глина, дело обстояло бы совсем просто. Достаточно было бы пропустить металл через ручей нужной формы — и задача решена. Но сталь менее пластична, и сразу получить металл нужной формы нельзя. Это делают постепенно, пропуская его через ряд все более приближающихся к окончательной форме калибров. Иной раз приходится пропускать металл через 10—20 калибров. Расчет постепенных обжатии — калибровка — требует больших званий.
Валки — очень важная часть всякого прокатного стана. Они установлены в подшипниках, закрепляемых на станине. В некоторых случаях удобнее иметь нс два, а три и даже четыре валка. При трех валках металл сначала обжимается нижним и средним валками, а при обратном движении — средним п верхним.
Станину' с укрепленными в ней валками и устройством для регулирования зазоров называют рабочей клетью. Металл самых разнообразных форм из различных марок стали делают на сорто-прокатных ста
нах. Ови обычно имеют несколько трехвалковых клетей, располагаемых в две или три линии. Нагретую заготовку сначала пропускают между нижним и средним валками. Потом она попадает на подъемный стол, поднимается на «верхний этаж» и пропускается через калибр между средним и верхним валками. Переходя из калибра в калибр, из клети в клеть, заготовка меняет форму. Чем ближе к концу, тем быстрее идет прокатка.
Готовый прокат, т. е. металл, прошедший через прокатные стапы, поступает на пилы или ножницы. Его разрезают па куски нужной длины и отправляют на холодильник для охлаждения.
Очень мощные и высокопроизводительные станы применяются для прокатки балок и рельсов. На Уралмашзаводе в г. Свердловске построен рельсобалочный став с автоматической поточной линией для отделки рельсов. Весь процесс протекает без применения тяжелого физического труда. Стан этот состоит из 240 отдельных машин общим весом свыше 15 тыс. Т. Удобны и высокопроизводительны непрерывные стапы. На станах, с которыми мы уже познакомились, заготовка движется то вперед, то назад. Ее путешествие отнимает больше времени, чем само обжатие. В непрерывном стане клети устанавливаются последовательно одна за другой. Число их равно количеству требуемых проходов металла между валками. Выйдя из одной клети, полоса автоматически попадает во вторую, затем в третью. Прокатка идет без пауз, сразу в нескольких клетях. Надо только, чтобы все клети работали с совершенно одинаковой скоростью. Если одна из них будет чуть отставать, то между ними накопится лишний металл. А если клеть начнет работать чуть быстрее других, то металл чересчур натянется, на нем образуются трещины.
ДЕВЯТЬ РАЗ ПО ЭКВАТОРУ
В течение семилетки будет введено в строи 50 новых прокатных станов. А знаешь ли ты, что представляет собой современный прокатный стан?
Вот описание одного из них, изготовляемого Ново-Краматорским машиностроительным заводом. Стаи состоит из 300 отдельных узлов, для установки которых понадобится построить цех длиной в 1 км. Стальная полоса будет двигаться между валами стана со скоростью в 12 м/сек— за ней с трудом «угонится» поезд. Если весь металл, прокатанный на стане за год, сложить в одну стальную полосу, то она 9 раз окружит земной шар по экватору.
Сотни тысяч станков обрабатывают металл. А прокатных станов, поставляющих «пищу» станкам, существует на всю страну самое большее несколько сотен. Зато каждый из них обладает огромной мощностью и производительностью.
Непрерывные станы очень удобны для прокатки широких тонких стальных листов. На таких станах катают лист толщиной от 6 до 2 мм и даже тоньше. Есть такие тонколистовые станы, которые выпускают более 2 млн. Т листа в год.
Толщина прокатываемого листа контролируется на ходу рентгеновскими пли радиоактивными лучами. Прокатанный лист свертывается в рулон и идет на дальнейшую прокатку уже в холодном виде.
Совсем по-новому расположены валки в планетарных станах. Название этих ставов раскрывает замысел конструктора. Планетарный стан состоит из одной клети и поэтому занимает мало места. Он имеет два опорных валка с самостоятельными моторами. А вокруг каждого валка установлен ряд рабочих, или планетарных, валков. Они вращаются вокруг своей оси (рис. 13). За один проход в рабочей клети можно получить до 20 обжатий.
Пз специальных станов чаще всего встречаются трубные. Существуют два способа получения труб. По первому способу стальную заготовку круглого сечения продырявливают (прошиваю т—рис. 14). Получается короткая гильза, которую потом раскатывают в длинную трубу. Она без шва. и в этом ее достоинство. Другой способ — стальной лпст сворачивают и сваривают. В последние годы появились станы спиральных труб. Их делают не из листа, а из узкой стальном ленты, которую сворачивают по спирали.
Имеются станы для прокатки шаров подшипников и шаровых мельниц. Сконструированы станы для прокатки наиболее распространенных деталей машин, например осей автомобиля «Москвич» и др.
Скорость прокатки беспрерывно возрастает. Так, горячие стальные листы катают со скоростью до 40 км час. Холодная прокатка стального листа совершается со скоростью свыше 100 км час, прокатка проволоки — 120 кмf час. Горячий лист двигается со скоростью пассажирского поезда, а горячая проволока со скоростью курьерского поезда. Стоишь у стана, и перед глазами молниеносно проносятся красные нити, которые свертываются в бунты.
СЕГОДНЯ II ЗАВТРА
Путь от железной руды до рельса или стального листа, как мы убедились, сложный, извилистый. В доменной печи углерод отнимает
Рис. 13. П ланетарный стан (схема действия).
у железной руды кислород, но в то же время железо излишне насыщается углеродом; затем кислород помогает получать сталь.
В домну вдувают нагретый воздух: чем больше дутья принимает доменная печь, тем лучше идет плавка. Но для успешного хода доменного процесса нужен не воздух, а только составная часть его — кислород. Когда в доменную печь вдувают воздух, вместе с каждой молекулой кислорода поступает около четырех молекул азота, который ни в какпх химических реакциях не участвует. А между тем па обогрев его тратится тепло. Масса азота подпирает шихту и задерживает ее опускание в горн. Чтобы улучшить работу домен, воздух надо обогатить кислородом. Этого не делали, потому что получение кислорода до последнего времени обходилось очень дорого. Теперь, когда нашли способ получать дешевый кислород, доменщики . все шире его применяют.
Применение кислорода ведет к упрощению всего доменного хозяйства. Можно уменьшить размеры и мощность оборудования для подачи дутья, транспортирования и очистки газов. Громоздкие кауперы можно заменить более простыми. При достаточной концентрации кислорода в дутье можно будет уменьшить высоту печей, а это позволит снизить довольно жест-
Рис. 14. Валки стана для прокатки бесшовных труб (момент прошивки болванки).
кие требования к механической прочности кокса.
Большие возможности для увеличения выплавки чугуна открылись при использовании в доменных печах природного газа. Семилетним планом развития народного хозяйства СССР предусматривается перевод свыше 50 доменных печей па новый режим, с использованием природного газа и кислорода.
Еще большее значение имеет применение кислорода прп выплавке стали. Даже небольшое обогащение кислородом поступающего в мартеновскую печь воздуха сократит длительность плавок примерно па 25%. Кислород открыл новые перспективы для широкого применения конвертерного способа производства стали: оказалось, что прп работе па чистом кислороде из конвертера выходит сталь, не уступающая по качеству мартеновской.
II все же применение кислорода — только поправка, правда, очень существенная, к известной нам технологической схеме, по которой из руды сначала получают чугун, а затем сто переделывают в сталь.
Крупнейшие ученые пашей страны давно уже задумывались над принципиально новым решением задачи получения стали— прямым путем. В этом направлении работали еще Д. И. Менделеев и Д. К. Чернов.
Один из последних вариантов этой идеи выглядит так: домна, работающая на кислородном дутье, выпускает чугун; по пути своего следо
вания поток чугуна обрабатывается кислородом насыщается необходимыми добавками и затем разливается на машине непрерывной разливки Таким образом, весь процесс превращения руды в металл станет беспрерывным.
Выходит, что центральное место во всем процессе все же занимает доменная печь! А нельзя ли обойтись совсем без домен?
Бездомеиный процесс может протекать примерно так. Железная руда превращается в технически чистое железо. Прп помощи магнитов крупинки железа отделяются от массы, и чистый продукт готов для дальнейшей обработки. Из пего можно варить сталь различных сортов, прибавляя необходимые количества добавок (легирующих элементов). Из железного порошка можно штамповать готовые изделия.
С вводом в эксплуатацию гигантских электростанций советская металлургия получит много дешевой электроэнергии. Это создаст благоприятные условия для развития электродо-менпого производства и для еще более широкого применения электричества па всех последующих стадиях обработки железных сплавов. Электродомнам потребуется кокса в 2,5 раза меньше, чем обычным домнам.
Многое из того, что кажется пока мечтой, уже приобретает реальные формы, превращается в действительность. Над решением многих и многих проблем придется поработать следующим поколениям металлургов. Их ожидают интересные дела!
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
pice металлы условно разделяют по окраске на черные и цветные. Черные — это железо и его сплавы, цветные — все остальные металлы и их сплавы. Очень большое значение в технике имеют тяжелые цветные металлы — медь, свинец, олово, никель, цинк — и их сплавы.
Медь — первый металл, с которым познакомился и сдружился человек. Опа была известна в глубокой древности. Широко распространились и ее сплавы с оловом (бронза) и с цинком (латунь). Постепенно накапливался человеческий опыт. Расширялось и применение меди. Развитие электротехники создало небывалый спрос на нее.
У меди — наименьшая из всех металлов (кро
ме серебра) величина электрического сопротивления. Поэтому из меди изготовляют провода и все детали электроустановок, проводящие электрический ток. Более 50% всей добываемой сейчас меди потребляет электротехническая промышленность.
Медные сплавы — л а т у в п и бронзы превосходят медь по твердости, хорошо поддаются механической обработке п очень стон-кп к окислению. Это последнее свойство особенно ценно и позволяет применять пх в химическом машиностроении. Кроме того, бронзы имеют малый коэффициент трения. Пз ипх делают вкладыши для подшипников, шестерни, червячные колеса, редукторы.
ЦВЕТНЫЕ МЕТЛ ЛЛЫ
Сплав меди с никелем — мельхиор — обладает прекрасными пластичными свойствами и устойчивостью против коррозии. Из него штампуют высококачественную посуду и чеканят монеты. А если к мельхиору добавить несколько процентов железа н марганца, то, оставаясь устойчивым против коррозии, он становится весьма прочным. Этот сплав применяют для труб конденсаторов судовых паросиловых установок, которые приходится охлаждать морской водой.
Никель стал известен сравнительно недавно — только с середины XVIII в.
Красноватый цвет руды, содержащей никель, ввел в заблуждение рудокопов п металлургов. Долгое время они полагали, что это медная руда. Однако получить пз нее медь никак не удавалось. Тогда решили, что в этой руде сидит злой дух, который мешает добыче меди. Руду эту так и назвали — купфер-пи-кель, что означает «медь злого духа» («купфер» по-немецки — медь, «никель» — название «злого духа»). В чистом виде никель удалось получить только через полстолетпя после открытия.
Прочность никеля и его устойчивость против коррозии значительно выше, чем у других цветных металлов. Однако он очень дефицитен, дорого стоит л поэтому в чистом виде в технике широко нс применяется.
Чистый никель можно увидеть только на защптно-декоративных покрытиях: в виде тончайшей пленки толщиной до нескольких микронов. Даже такой незначительной толщины слои надежно защищает изделия от коррозпп п придаст им блестящий, серебристый цвет, не тускнеющий со временем. Пленка на поверхности металлических изделии наносится электролитическим способом. Никелируют многие детали автомобилей, велосипедов, счетно -измерительных приборов, хирургические инструменты, предметы домашнего обихода.
Но главным образом никель используют как добавку для производства легированных, нержавеющих и жаропрочных сталей и чугунов и в различных сплавах. Общая особенность никелевых сплавов — высокие механические свойства, жароупорность, сопротивляемость коррозии, высокое электрическое сопротивление и возникновение при нагреве большой электродвижущей силы.
Сплавляя некоторые металлы с никелем и изменяя их процентное содержание, повышают или ослабляют различные свойства сплавов. Наиболее распространен м о н е л ь-м е т а л л сплав никеля, меди, железа и марганца. Он
Рис. 7. Медные сплавы с оловом (бронзы) и цинком (латуни) были известны в глубокой древности. Из них делали примитивные орудия труда и охоты, украшения, домашнюю утваръ. Позднее отливали колокола, пушки, скульптуры.
очень жаропрочен и стоек к разрушительному действию морской воды, щелочен, органических кислот и красителей. Мопель-металл применяют в электротехнике для изготовления маслонаполненных кабелей; в судостроении—для крыльчаток насосов, гребных винтов, деталей, паровых турбин; в текстильной, красильной, медицинской промышленности.
Хромель — сплав никеля с хромом и алюминием. Он отличается высокой термоэлектродвижущей силой и применяется в термопарах для измерения высоких температур, примерно до 1000 .
Хром в чистом виде идет на защптно-деко-ратпвныс покрытия. Он придает поверхности изделий твердость, химическую стойкость и красивый внешним вид.
Нихром ы—группа сплавов, которые, кроме присущие никелевым сплавам жароупорности
Рис. 2. Чистый никель часто применяется для защитно декор ат иен ых п окр ытий.
и стойкости против коррозии, обладают еще высоким электрическим сопротивлением. Нихромы применяют для изготовления нагревательных элементов.
Свинец и олово, так же как и медь, были известны издавна. Олово в старину сплавляли с медью и получали более твердые материалы.
С в п н е ц — легкоплавкий и мягкий металл, температура его плавления 327°. Его можно обрабатывать самыми примитивны мп орудиями. Он ковок, легко подвергается прокатке. В Древнем Риме из него делалп сосуды, трубы, кровельные лпсты. В то же время это очень тяжелый металл. Его удельный вес 11,94 Г/см3. Это качество свинца послужило использованию его для изготовления пуль и дроби.
Сейчас в технике больше всего применяют двойные и более сложные сплавы евпнца с оловом, медью, сурьмой, мышьяком. Их попользуют в химической и электротехнической промышленности, а также в общем машиностроении.
Олово и сурьма повышают прочность свинца и стойкость против коррозии. Медь делает ого более стойким к действию серной кислоты. Мышьяк увеличивает поверхностное натяжение расплавленного свинца. Из его сплавов с сурьмой делают кислотоупорную аппаратуру, штампы и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с оловом, медью, сурьмой п некоторыми другими элементами — так называемые баббиты — обладают пониженным ко-
КЛАДЫ ЗЕМЛИ
С каждым годом растет добыча металлов. Сколько же всего их содержится в земной коре? По подсчетам ученых, в ней есть примерно 755 млп. млрд. Т чистого железа. Правда, лишь ничтожная часть его запасов сосредоточена в годных для добычи н переработки рудах; большая в рассеянном виде в качестве примесей минералам.
Еще больше в алюминия — свыше
млрд. Т. Это самый распространенный на нашей планете металл. Всех остальных металлов, вместе взятых, гораздо меньше. Тем не менее запасов меди 2 млп. млрд. Т. Золота в земной коре 93,5 млрд. Z, а урана примерно в сто раз больше, чем золота.
часть его присутствует к различным
земной коре 137U млн.
эффициентом трения. Из них делают вкладыши подшипников скольжения.
Для типографских сплавов идет свинец с добавкой сурьмы, олова, мышьяка и меди. Оболочки электрических кабелей, прокладываемых в земле и проходящих в пресной и морской воде, делают из свинцового сплава, в состав которого, кроме евпнца, входят теллур, сурьма, кадмпй, олово и медь.
Последние годы свинца требуется все больше п больше. Дело в том, что он лучше других материалов поглощает вредные для живых организмов радиоактивные излучения, а при использовав пи атомной энергии это очень важно.
Олово при обычных условиях устойчиво к химическим воздействиям, не реагирует с водой и очень медленно растворяется в разбавленных кислотах. На воздухе оно заметно окисляется только при высокой температуре — выше 150 . Но при температуре ниже 13е обычное белое олово теряет все свои свойства п превращается в другой вид олова — серое. Это превращение называется «оловянной чумой». При переходе белого олова в серое его объем резко увеличивается — примерно на 25% — п металл разрушается. Скорость такого превращения с понижением температуры сильно возрастает и при — 30 достигает максимума. «Оловянная чума» очень «заразна». Стоит только на миг серому олову соприкоснуться с белым, как последнее разрушается. Чтобы белое олово не поразила «оловянная чума», надо хранить его в теплом помещении и строго изолировать от серого. Пораженный «чумой» металл нужно переплавить, и тогда он вновь превратится в полноценное белое олово.
Больше всего олова потребляет консервная промышленность. Оно идет на лужение, изготовление жестп, прппоев, фольги.
В последнее время к цветным металлам относят металлы, прежде входившие в группу редких,— вольфрам и молибден.
Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Он плавится при температуре выше 3400'. Вольфрам входит в состав нержавеющих п быстрорежущих сталей, а также сверхтвердых сплавов. Из пего изготовляют нпти накаливания для электроламп, детали радиоламп и рентгеновских трубок.
Температура плавления молибдена значительно ниже, чем вольфрама, — 2620 .Примеси молибдена, вводимые в состав легированных сталей, повышают их жаропрочность, кпело-тостойкость и твердость.
Как видите, цветные металлы необходимы
^тпыь; металлы
Молотки
Перед
с « а
в
Рис. 3.
Колосники
обогащением руду
подготавливают — дробят на молотковых (а) и конусных (б) дробилках, раздавливают и истирают в порошок на мельницах.
в машиностроении, электротехнике, судостроении, измерительной технике и во многих других отраслях промышленности. Но запасы цветных металлов в земной коре по сравнению, например, с железом и алюминием ничтожны. 1ак, тяжелых цветных металлов содержится в земной коре лишь около 0,03% —в 400 раз меньше,
Конус дробилки
ды. А куски породы с металлом тяжелые, они оседают на дно.
По-разному ведут себя руды в магнитном или электрическом иоле. При электростатическом методе обогащения размельченная руда проходит между заземленным металлическим барабаном и отрицательно
заряженным электродом. Гак как в полезных частицах руды содержится металл, они элект-ропроводны. Проходя через электрическое поле, эти частицы получают отрицательные заряды и сразу отдают пх вращающемуся металлическому барабану. Ничем не поддерживаемые, они скатываются с барабана в бункер. А частицы с пустой породой удерживают отрицательные заряды и поэтому притягиваются к барабану. Отсюда пх счищают специальные щетки, и они попадают в другой бункер.
Но самый интересный п широко сейчас при-
меняемый способ обогащения ф л о т а ц и-о и и ы й. Основан он па различной степени смачиваемости минералов. Опустите в стакан с газированной водой несколько виноградин. Сначала они утонут, а затем, когда покроются маленькими пузырьками газа, быстро снова всплывут. Это пузырьки газа поднимают их.
Прп флотацпоипом способе происходит то
чем железа и алюминия, вместе взятых.
Металлы редко встречаются в природе в самородном состоянии. Как правило, они находятся в горных породах — рудах в виде различных химических соединений. Приходится их извлекать пз руд.
Для получения из руд чистых металлов необходимо сперва отделить рудные минералы от пустой породы, а затем эти минералы подвергнуть обработке — плавлению пли воздействию на них водных растворов.
Содержание цветных металлов в горных породах незначительно. Например, содержание меди в рудах редко превышает 1—5%. Такие руды уже выгодно перерабатывать. Но прежде чем направить добытую руду на переплавку, ее обогащают.
Когда-то, па заре металлургии, руды обо гавкали вручную. Их отделяли от пустой породы по блеску и цвету. Но ведь для руд харак-* терны не только блеск и цвет. Есть и другие свойства: вес, электрическая и магнитная восприимчивость, смачиваемость и т. д. Оказалось, эти свойства можно использовать при обогащении.
При сортировке по весу через измельченную руду прогоняют воду. Частицы пустой породы легкие, ОНИ ВЫНОСЯТСЯ КВерХу ПОТОКОМ Bo-
Д'УСТАЯ ПОРОДА
Полумагнит-ПАЯ ПОРОДА
Рис. 4. Сортировка руды на магнитном сепараторе. Раздробленные куски руды падают на магнитный барабан. Пустая порода не задерживается и сразу скатывается в бункер. Полумагиитная порода прилипает к поверхности барабана и только под действием центробежных сил и собственной силы тяжести падает в соседний бункер. Магнитная порода удерживается на барабане, пока ее не счистит специальное приспособление.
Рис. 5. Схема флотационного способа обогащения руд. Руда из шаровой мельницы поступает в спиральный классификатор. Измельченную в пыль руду смешивают с водой в больших баках Здесь руды подстерегаются реагентами — веществами, способствующими прилипанию их к пузырькам воздуха. Когда сквозь толщу воды продувается воздух, на поверхность всплывают пузырьки с частицами ценной породы. Пену, содержа щую руду, собирают и обезвоживают. Получается концентрат, который и направляют в плавку.
же самое. В измельченную породу, смешанную с водой, добавляют специальные составы, которые вызывают усиленное ценообразование и прилипание частиц минералов к пузырькам воздуха. Если теперь сквозь толщу жидкости продувать воздух, то на поверхность всплывут пузырьки воздуха с частицами ценной породы. В сплывшую пену сливают, высушивают и получают концентрат — обогащенную руду.
Если при обогащении применяются механические способы, основанные па физических свойствах руд, то для получения чистых металлов обращаются к химии.
Извлекать цветные металлы из руд трудно потому, что, как правило, они находятся там в соединениях с другими металлами (одним, двумя и больше). Л их тоже нельзя терять. Приходится разрабатывать комплексную технологию, в пооцессе которой металлы из руд получаются п степенно, один за другим.
Получают и очищают металлы при высокой те?, п щатуре в металлургических печах или при обычной температуре, обрабатывая минералы водными растворами. Первый метод называется п и р о м е т а л л у р г и-ч е с к и м процессом, второй — гидроме-т а л л у р г и ч с с к и м. Но при любой металлургической обработке металл максимально концентрируют в каком-либо продукте, легко отделяемом от других, содержащих примеси, продуктов.
Основа пирометаллургического процесса — плавка, об ж и г, дистил л я ц и я. Их проводят соответственно в плавильных, об-жи! овых или дистилляционных печах.
Плавку проводят при температуре, достаточной для расплавления всей пли большей массы материала. При этом масса разделяется по удельным весам ва несколько слоев Их последовательно отделяют и перерабатывают.
В шахтные печи руду загружают вместе с топливом. Воздух, необходимый для горения, подают в фурмы, около которых и образуется самая высокая температура. Горячие газы поднимаются по стволу печи и, пронизывая руду, отдают ей свое тепло. Руда плавится около фурм и в жидком виде стекает в приемник — горн.
Отражательные печи отапливают распыленным жидким топливом, каменноугольной пылью пли газом. Топливо горит факелом над ванной с металлом.
В дуговых электропечах тепло для плавления металла получают от электрической дуги, возникающей между угольными или графито-
Установка непрерывной разливки стали' ковш 1 с жидкой сталью подается к промежуточному разливочному устройству 2. Из ковша сталь сливается в прогретое разливочное устройство (промежуточный ковш), а пз него — в кристаллизаторы 5. Кристаллизаторы — это те же изложницы с двойными стенками. Между стенками кристаллизатора циркулирует вода. Спустя несколько минут после заливки первой порции сталь покрывается твердой коркой. В действие вступают механизмы, вытягивающие слиток. Заливка стали продолжается, и новые порции стали давят на вышедший из кристаллизатора слиток Однако сердцевина слитка еще жидкая, и, чтобы ускорить затвердение, слитки пропускают через охладительные устройства 4. Под влиянием собственной тяжести и при помощи вытягивающих механизмов 5 слитки продолжают двигаться вниз. На глубине 13—14 м под землей слиток полностью затвердевает, и тогда в действие вступают газовые ножи 6. Специальными механизмами — кантователями 7 и наклонными конвейерами 8 отрезанные части слитка (блюмы) из подземного помещения поднимаются на поверхность. Они понадают сначала на приемный стол 10. Здесь толкатель .9 передает блюм на промежуточный рольганг 11, с которого блюм попадает на тележку 12. При непрерывной разливке металл получается более однородным, отходов гораздо меньше.
ОТРАСЛИ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ
И ОРГАНИЧЕСКИЕ
ПРОДУКТЫ
КРАСИТЕЛИ,
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ
ВЕЩЕСТВА
ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПЛАСТМАССЫ
ХИМИЧЕСКИЕ
ВОЛОКНА
КАУЧУКИ
ФОТО-КИНО-
МАТЕРИАЛЫ.
МЫЛА
ДУШИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА
О..»"* ““
п МО
ЛИП 'ЦП
ОСНОВНЫЕ
1АРБИА А/1ЬНИЯ
КСУСНАЯ
’WCAOTA
AQET0P
вымп .'ыектродами. В индукционных исчах плавящийся металл служит сопротивлением для электрического тока, который появляется за счет явлении индукции.
Руду обжигают для того, чтобы удалить прпмеси или придать ей свойства, необходимые для последующих процессов. Температура при обжиге должна быть такой, чтобы химические реакции внутри минералов и ш при взаимодействии их с газами протекали активно, но сами минералы не плавились.
Химические реакции, протекающие при плавлении или обжиге, могут быть окислительными, восстановительными, хлорирующими и т. д.
Но не всегда металл из руды можно получить плав leiineM. Некоторые метал 1Ы добывают
дистилляцией. При этом процессе метал 1ы или их сое.днш ния нревращаюгея в пар, а нелетучая пустая порода остается. Нары металлов или соединений металлов охлаждаю! и конденсируют. 'Гак получают цинк, магний, сурьму.
Петь еще способ получения руд из минералов— гид р о м е т а л л у р г и ч е с к и й. )то мокрый способ.при котором руды выщелачивают (см. ст. «Алюминий») и осаждают. При выщелачивании один из составляющих обрабатываемого минерала растворяется. Получается раствор и нерастворимый осадок. Затем руды осаждают из растворов (гидролизом, электролизом или цементацией), а пустая порода остается нераство-реииой, и ее удаляют.
АЛЮМИНИЙ
гр)лько в самые последние полтора-два столетия, когда начала развиваться машинная техника, состоялось знакомство человека с а л ю-м и и и е м. Серебристого цвета, очень редкий и добываемый с большими трудностями, он ценился сначала дороже золота. Его применяли лишь для дорогих украшений. Тогда еще трудно было предположить, что у этого металла большое будущее. II все же довольно скоро пз рук ювелиров алюминий перешел к конструкторам и технологам.
Первую победу он завоевал в великом соревновании между многими материалами за право летать. Был момент, когда бурное развитие воздушной техники затормозилось из-за отсутствия лс1 кого и достаточно прочного материала. Начались попеки. Дело решил алюминий. Его легкие и высокопрочные сплавы позволили увеличить скорость л дальность полета, поднять высоту в грузоподъемность самолетов. Недаром алюминий получил почетное название «крылатого металла».
Достоинства алюминия открыли ему широкую дорогу не только в авиацию, ио и в автомобилестроение, электротехнику, химию, металлургию.
Однако нс будь у алюминия могучих союзников — других металлов, он никогда не смог бы столь стремительно завоевать общее признание. Ведь прочность чистого алюминия в 10— 12 раз ниже прочности ста ш. II только в соединении с другими металлами прочность его значительно возрастает.
Алюминиевые сплавы чрезвычайно разнообразны ио своим свойствам и химическому составу. Один и < распространенных сплавов’ — дюралю м и ний. Это сплав алюминия с 2,2—5,2% меди, 0,2—1,8% магния и 0.3—1,0% марганца. Дюралюминий — прекрасны]! конструкционный материал. По своим свойствам он близок к некоторым сортам мягкой стали, но легче ее почти в три раза. Он отлично поддастся прокатке в листы, .тенты, вытягивается в трубы, прессуется. Кроме тою. со временем дюралюминий стареет, теряет свою пластичность н становится твердым и прочным. Для технологии это чрезвычайно ценное свойство. Пока он пластичен, пз пего можно изготовлять сложные детали, его можно гнуть, растягивать, ковать. Но через 7 дней (таков срок его старения) эти свойства теряются, детали становятся твердыми, прочными и не поддаются деформации.
Не менее распространен с и л у м и н сплав алюминия с кремнием л незначительными добавками железа, марганца и .магния. Силумин почти совсем не дает при остывании усадки. Это делает его незаменимым прп отливке сложных деталей, когда наряду с легким весом необходима достаточная механическая прочность.
Это самые заслуженные сплавы, работающие уже не одно десятилетие. С ними начали успешно конку рировать созданные недавно новые алюминиевые сплавы. В основе их, кроме алюминия, по-прежнему лежат медь, магний п марга-
т Ь-Hi нциклопсдия, т. 5
Рис. 1. Все это сделано из алюминия.
нец, но в некоторые марки введены такие элементы, как хром, цинк, кремний. Из этих сплавов получают изделия различных профилей — ребристые панели и трубы, различные угольники, профили переменного сечения, полые профили самой разнообразной конфигурации. Их используют для декоративных целей в строительстве зданий, для ободов колес велосипедов, шестерен, кузовов грузовых автомобилей. Делают пз них и детали большой прочности в мостовых конструкциях, решетчатые стойки в рыболовных судах, стрелы крапов. Из алюминиевых сплавов были сделаны очень многие детали искусственных спутников Земли и искусственной планеты.
В ближайшем будущем широкое применение получит п е и о а л ю м и н и й. Он очень легок, его удельный вес не превышает 0,5—0,6 Г! см3. Получают его так. В расплавленном алюминии растворяют соединения водорода с некоторыми металлами. При температуре 600—700 молекулы их распадаются и начинает бурно выделяться водород, пузырьки которого вспенивают алюминий. Затем алюминий быстро охлаждают, и он застывает в виде губчатой массы.
От окисления алюминий всегда имеет защитную броню. Пленка его окиси, в отличие от окне лов других металлов, надежно предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Она тонка, прочна, тверда и крепко связана с основным металлом — не отстает, если деталь скручивать, растягивать, сгибать. Если чистый алюминий плавпгея всего при 660°, то его окисленная пленка выдерживает огромные тем
пературы — до 2050 ! Стальные листы, покрытые тонким слоем окиси алюминия, надежно защищены от высоких температур и не окисляются. С помощью такой алюминиевой брони удалось создать жаростойкие детали j реактивных двигателей.
Алюминий хорошо проводит электрический ток. И хотя электропроводность его ниже электропроводности меди, делать из него провода выгоднее. Если делать медный и алюминиевый провода одинаковой длины и электропроводности, то диаметр алюминиевого провода будет больше медного в 1,3 раза, но вес его останется все же в 2 раза меньше медного.
При сгорании алюминиевого порошка выделяется огромное количество тепла, возникают высокие температуры, которых не выдерживают самые тугоплавкие металлы и их окислы. Это свойство используется в технике для получения металлов пз их кислородных соединений. Такой способ называется а л ю м и и о-т е р м и е й. Широко применяют алюминий в быту. Из него делают тончайшую пленку — фольгу для упаковки шоколада, чая, табака; его используют для производства посуды, мебели и т. д.
Где же находят алюминий? Буквально всюду! Насчитывается более 250 различных минералов, содержащих этот металл: от самых разнообразных глин до драгоценных камней — голубых сапфиров п кроваво-красных рубинов. Но в чистом виде он в природе не встречается, так как это чрезвычайно активный элемент. По своей распространенности в земной коре алюминий — первый средн металлов.
Однако извлекают его пока лишь пз ограниченного числа руд — бокептов, нефелинов, алунитов п каолинов. Причем пз них добывается не чистый металл, а только его окись —гипнозе м, который п служит исходным сырьем для получения металлического алюминия.
Важнейшая алюминиевая руда — боксит. Это сложная горная порода, которая содержит не только соединения алюминия, но п других элементов — железа, кремния, титана, хрома и др. Качество бокепта как алюминиевой руды определяется содержанием глинозема и окиси кремния. Чем меньше окиси кремния и больше глинозема, тем качество бокепта выше. Но, кроме этого признака, необходима еще достаточная «вскрываемость» бокепта. т. е. легкость извлечения пз него глинозема.
Другая порода, содержащая много алюминия, — н с ф е л п н. Он входит в состав апатито-нефелиновых пород, которые долгое вре-
мя использовались только для производства фосфорных удобрений. Прп разделении этих пород на апатит и нефелин первый шел на переработку, а второй — в отходы. Но в последние годы группа советских инженеров разработала и освоила промышленный способ комплексной переработки апатито-нефелиновых пород, и нефелины стали ценным сырьем для алюминиевой промышленности. Из таких руд п получают чистый глинозем. Чистым он должен быть потому, что в дальнейшем процессе — при электролизе — молекулы окиси алюминия будут расщепляться. И если при этом в основном сырье окажутся примеси, обладающие большей активностью, чем алюминий, то все они перейдут в металл. А из алюминия такие примеси удалить еще труднее, чем из глинозема.
Из бокситов чистую окись алюминия в настоящее время получают в основном при помощи щелочного способа. Сначала боксит дробят. Затем обрабатывают раствором щелочи — едкого натра или едкого калия. Получается масса в впде пульпы, которую подают в автоклавы — металлические герметически закрытые цилиндры. После загрузки в автоклав пускают пар, который перемешивается с пульпой и нагревает ее. Прп этом давление в автоклаве повышается до 8—12 атм. Затем обработанную паром пульпу выгружаю! п разбавляют водой.
При обработке щелочью (выщелачивании) образуются легко растворимые в воде соединения — алюминаты. Основная же масса не взаимодействует со щелочами. Чтобы отделить алюминаты от нерастворимых веществ, их пропускают через фильтры и отстойники. Затем алюминатный pacinop смешивают с з а-т р а в к о й— небольшим количеством гидрата алюминия — и в течение 100—120 час. перемешивают в специальных мешалках. В результате в осадок выделяется глинозем.
Но такой глинозем содержит еще много влаги, поэтому его необходимо обезводить. Операция обезвоживания называется кальцинированием. Глинозем загружают в огромные врашающпеся трубчатые печп. В первой их части он сушится газовым потоком, нагретым до 600 , в следующей зоне при температуре 900 . В результате вся вода из пего испаряется. Затем глинозем прокаливают при температуре 1200 и охлаждают. В таком виде он поступает в электролизный цех завода.
Глинозем получают и другим способом — спеканием (рис. 2 и 3). Боксит дробят, сушат, тонко измельчают п смешивают с известняком. Потом его подвергают мокрому помолу, добав-
АЛЮМИНИИ
Рис. 2. Так получают спек.
Рис. 3. Так из спека получают глинозем.
ЦЕНА / Т МЕТЛА / 1
Чтобы получить I Т чугуна, достаточно добыть и переработать 2—2,а 7 железной руды. Для выплавки I 7’ меди расходуется уже 70—НИ) 7 руды. I Т золота извлекают в среднем из I00 и более тысяч тонн породы.
Л для добычи 1 / радия потребовалось бы переработать до 500 млн. 7 руды.
— Наверное, для добычи радия расходуется очень много энергии?—подумаете вы — и ошибетесь. Расход энергии на добычу 1 7’ радия колоссален, но мировая добыча его »а год не доспи ает и килограмма. Л вот на выплавку алюминия каждый i од в мире расходуется чуть ли не 100 млрд, квт-ч электроэиер! ни.
Для сравнения укажем, что годовая выработка такой мошной станции, как Волжская ГЭС им. В. II. .Ченина, составляет «всего» 10,8 млрд, нвт-ч.
ляя содовые растворы. Получается шихта. Ее спекают во вращающихся трубчатых печах при температуре 1200—1300 . (’пек, содержащий алюминат натрия, измельчают и выщелачивают водой пли содовыми растворами. При выщелачивании обра <уется алюминат натрия и твердый остаток—красный шлам. Остаток удаляют в отвал, а к он цеп грпроваипый раствор алюмината натрия очищают в автоклавах с добавкой извести. Чистый алюминатный раствор разлагают методом карбонизации, пропуская его через поток топочных газов, содержащих углекислоту. 1 ндроокпсь алюминия выпадает в остаток. Ее отфильтровывают, промывают и направляют во вращающиеся трубчатые печи ла кальцинацию.
Очень интересен и перспективен способ комплексной переработки нефелиновых руд. При его применении наряду с глиноземом получают очень ценные продукты—соду, поташ и цемент. Переработка нефелина на глинозем требует добавления в шихту только одного компонента — и з в е с т и я к а.
Прежде всего нефелины спекают с известняком в трубчатых вращающихся печах при температуре около 1300 . Нефелин разлагается, п образуется сне к, в который входят соединения силиката и алюминаты. Его измельчают в шаровых мельницах, а затем выщелачивают. Алюминий переходит в раствор, а силикат выпадает в виде твердого осадка — ш л а м а.
Шлам на 80—85?ъ состоит из ценнейшего полуфабриката, который идет затем па производство высококачественного портланд-цемента. А раствор нагревают. При этом гидроокись алюминия кристаллизуется, а в растворе остаются поташ и сода. Полученный г и д р а т о к и с п а л ю м и и и я прокаливают в печи и получают безв од г 1 ы и гл и 11 озем.
При такой комплексной, т. е. одновременной, переработке используются все составные части
нефелина — ни одна не идет в отходы и не выбрасывается. -Этот способ выгодно отличается от способа переработки бокситов, так как дает дополнительные ценные продукты: цемент.
поташ, соду.
Итак, полученный тем или иным путем глинозем надо подвергнуть дальнейшей переработке, чтобы получить чистый алюминии. Но как? Получить пз глинозема чистый алюминий прямым восстановлением окисью углерода, как обычно получают железо, не удается. Для этого понадобится чрезвычайно высокая температура, и алюминий получится уже не в виде жидкости, как чугун в доменной печи, а в виде лара: кроме того, алюминий активно взаимодействует с углеродом и образует большое количество карбидов. Может быть, путем электролиза? Необычным электролизом алюминии из глинозема получить вельш. Окись алюминия имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, и сам металл при такой температуре будет превращаться в пар. Пришлось, как всегда делается в таких случаях, искать спе-цпа плюс вещество — растворитель.
Как известно, в процессе электролиза молекулы соли пли кис. юты распадаются на заряженные частицы — ион ы. Положительно заряженные ионы стремятся к катоду (отрицательно заряженной пластине), а отрицательные — к аноду (положительно заряженной пластине). Если раствор состоит из солей металла, то па катоде скапливаются частицы чистого металла, входившего ранее в состав этих сол eii.
Грудность пол учения алюминия электролизом заключается в том, что воспользоваться водным раствором какой-нибудь его соли (так, например, получают медь) не удается потому, что при этом на катоде начинает выделяться только положительный водород. Приходится пропускать электрический ток через соли,
Л.1ЮМИШ1П
растворяющие окись алюминия (глинозем) и не содержащие в себе воды.
Наиболее подходя щен сол ью д гя этого оказа 1ся криолит. В природе этот минерал в чистом виде встречается только в одном месте— в I реилапдпи. Добыча и вывоз его оттуда затруднены. Поэтому во всех странах мира криолит получают искусе гневным путем пз плавикового шпата. Для этого па алюминиевом заводе есть специальное производство.
Плавиковый шпат сперва обогащают на флотационной фабрике и в виде концентра га смешивают с серной кислотой. Смесь поступает в специальную печь, где* ее нагревают и получают в результате ф т о р н с т ы й в о д о-р о д и гипс. Гипс идет в отвал, а газообра шый фтористый водород подают в поглоти тельные башни. Здесь он смешивается с водой — получается плавиковая кислота. Ее очищают от различных примесей и подают в варочное отделение, где прп нагревании пз нее и образуется криолит.
Криолит плавят прп температуре 950— 1000°. П хотя эта температура очень высокая, опа все же значительно ипжт температуры плавления окиси алюминия. 13 расплавлен пом криолите растворяют до 20” 0 окиси алюминия. Такой криолито-глиноземный расплав готов для электролиза.
Но это еще не все! Для электролиза необходимы электроды. Прп получении алюминия их расходуется очень много — примерно 600 к Г на тонну металла. Электроды должны отличаться хорошей электропроводностью, большой огнеупорностью и химической стойкостью. Их тоже изготовляют на алюминиевом заводе.
Электроды делают п i нефтяного кокса, пекового кокса, антрацита. Пх дробят и нрокалпва-
Глинозем
Корка X
Кожух
Угольная футеровка
Токопрово,
Шины
Анод
Рис. V. Ванна для электролиза алюминия.
ют при высокой температуре. Потом измельчают па шаровых мельницах, сортируют и смешивают с вяжущим веществом — каменноугольным неком. Сырую углеродную массу прессуют и обжигают. Угольные электроды готовы.
Однако п это еще не все. В проценте электролиза необходима электроэнергия. II в очень большом количестве! Для получения тонны алюминия ее требуется не менее 18 тыс. квт-ч. Электролитическое производство алюминия невозможно без мощной энергетической базы. Поэтому алюминиевые заводы располагаются обычно вблизи наиболее дешевых источников получения электроэнергии — гидро- или тепловых электроста 11 ци и.
Электролизный цех — это целый завод. Огромные металлические кожухи ванн, укрепленных па фундаментах, вы южены изнутри огнеупорным кирпичом и угольными плитами. Дно ванны — и о д и н а — служит катодом. А анод погружают сверху в электролит—крпо-лпто-глппоземный расплав. В процессе электролиза анод медленно сгорает, так как на нем скапливается кислород. А па катоде осажда-
ПЕ СТОИТ СПОРИТЬ
За семь лет производство алюминия возрастет в 2,8—3 раза, а производство пластмасс — более чем в 7 раз.
Ага,— сказали алюминий и пластмассы,— мы самые главные. Только в капельном производстве мы сэкономим до 10 млрд, руб., заменив 400 тыс. Т свинца и столько же* меди.
Я умею заменять нс хуже вас, — возразил газ. II он нрав: в одном лишь Узбекистане в конце семилетки его будет добыто 18 млрд, .и3, причем рабочих на это потребуется всего ’> тыс. человек. А чтобы добыть равноценное количество угля, пришлось бы трудиться на 50 специально созданных шахтах 60 тыс. шахтеров.
Химия меня сделала самым лучшим заменителем,— послышался голос дре весины. II к ее словам стоит прислушаться: 1 .м3 ее может заменить шерсть, настриженную с 30 овец, или урожаи хлопка более чем с О,л га поливных земель.
В народном хозяйстве нужны н цветные металлы, и пластмассы, и уголь, и газ, и древесина, и хлопок. Только нс пользовать их надо разумно. II очень хорошо, что они могут, где это нужно, заменять друе друга.
КАК ДОБЫВАЮТ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ П ПОЛ УЧ \ЮТ МЕТАЛЛЫ
ется металлический алюминий. Планка идет непрерывно. Сгоревшие электроды меняют, а скопившийся в ваннах жидкий алюминий периодически забирают вакуум-ковшами.
Последний этап — разливка жидкого алюминия в изложницы. Готовые остывшие слитки
складывают, сортируют и отправляют по назначению.
Как видите, извлечение алюминия из руд — это чрезвычайно сложный и многообразный процесс, который состоит, по существу, из четырех самостоятельных производств.
СДЕЛАНО ИЗ ПОРОШКОВ
Чт0. общего между керамикой и резцами, 1 обрабатывающими прочную сталь? Казалось бы, ничего. А между тем и для тех и для других сырьем служит мелко измельченный порошок, который прессуют и спекают. Резцы делают пз металлических порошков и называют их металлокерамическими. Они столь тверды, что ими режут металлы.
В состав порошков входят разнообразные
В порошок можно превратить любые, даже самые тугоплавкие металлы; можно составлять сложные смеси из разных металлов с разными свойствами; можно соединить вместе металл и неметалл — как, например, соединены медь и графит в щетках электродвигателей. Из одного и того же материала можно сделать разные изделия, с разными свойствами, если по-раз
элементы — редкие металлы и их соединения. Сырье размалывают в специальных мельницах, смесью порошков заполняют формы, подвергают давлению, а затем нагреву. Чтобы получпть изделия из порошков, не нужны ни плавка, ни механическая обработка. Шестерню таким способом можно изготовить очень точно.
Методом порошковой металлургии быстро и просто делают сейчас многие деталп машин, приборов и различных вещей всевозможных форм. Шестерни, сварочные электроды, зубчатые колеса, щетки электродвигателей, магниты, контакты рубильников, мерительный и режущий инструмент — лишь немногие примеры металлокерамических изделий.
ПРЕССОВАНИЕ В ФОРМАХ
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ
СПЕКАНИЕ
Рис. 1. Технология порошковой металлургии.
Сл ’2 ” спос°бы получения порошков: 1 —в шаровых мельницах, 2 в вихревых мслыпшах з_______паепыте-
ш ем легкоплавких металлов па вращающихся дисках, 4 — электролизом. 5 — электроискровым способом.*
ИЧйЙ
лому п шельчать его в порошок и прессовать. II никаким другим способом нельзя сделать, на-пример, подшипник с мельчайшими порами, через которые будет выдавливаться смазка. Трудно иначе получить изделия, состоящие из слоев нескольких металлов.
Путь к металлокерамической детали начинается с приготовления порошков (рис. 1). Порошки бывают нужны различного «пймола», различны и способы размельчения металла. Кусочки, обрезки проволоки, стружку дробят или перетирают в шаровой мельплце. 13 мельнице другой конструкции с помощью вентиляторов создают внутри воздушные вихри. Сталкиваясь друг с другом, кусочки металла сами измельчают себя. Иногда применяют и специальные дробилки с падающим грузом.
Легкоплавкие! металлы распыляют в жидком виде, разбрызгивают под давлением сжатого воздуха, а затем направляют па размельчитель— быстро вращающаяся диск. Застывшие капельки металла разбиваются на мельчайшие частички, Прибегают п к помощи электрического тока, восстанавливая металл электролизом из солей. Он получается хрупким и легко превращается в мельнице в порошок.
Смесь порошков далее прессуют в формах. Частички сближаются и плотно сцепляются друг с другом. При этом удается получить нужную пористость.
Остается произвести спекание: сначала при не очень высокой температуре, а потом, когда деталь приобретает уже окончательно нужную форму, при высокой. При горячем прессовании применяют одновременно п давление и нагрев. П этом случае нагревают порошок током, причем можно использовать токи высокой частоты. Такое совмещение экономит время, и готовую деталь иногда получают за несколько минут.
Прп спекании происходят сложные процессы. Частички металла могут расплавляться, проникать друг в друга. Образуется плотная масса, свойства которой зависят от исходных металлов п от того, как происходили прессование и натрсв.
Из пористых металлов делают подшипники, применяя для этого железо пли бронзу вместе с графитом. Графит — хорошая смазка. В прессованный подшипник, содержащий графит, не нужно вводить масло. Другие пористые подшипники пропитывают маслом, которое постепенно выдавливается и смазывает трущиеся поверхности. Самосмазываюишпся подшипник расходует масло очень экономно.
Рис. 2. Металлокерамические тормоза самолетов.
Рис. 3. М инералоксрамические резцы, и фрезы.
Подшипники служат для уменьшения тре-нпя. Однако бывают случаи, когда нужно не уменьшать, а увеличивать трение, например, для быстрого торможения. Так, при посадке самолета нужно как можно быстрее погасить скорость, превышающею 100 км час. От тре-нпя в тормозных устройствах выделяется много тепла. Здесь па помощь приходит металлокерамика, хороню выдерживающая нагрев.
Рис. 4. Металломинералокерамика применяется в ре активных двигателях.
ВЕЛИ КА Н И Й БА I А Ж
Основная экономическая задача Советского Союза состоит в том, чтобы в кратчайший исторический срок догнать н перегнать наиболее развитые каппта.чусти-ческие страны по upon гводстну продукции па душу населения. В 1913 г. па каждого жителя России приходился не такой уж большой «груз» различных нродчктов: 205 кГ угля, ЬО кГ чугуна и стали. 66 >.Г нефти и 11 >.Г цемента. В 1965 г. на каждого жителя СССР придется при черно по 300 кГ чугуна, 360 кГ стали, 2.Ю0 кГ каменного угля, НИЮ к Г нефти и но 320 кГ цемента. Только по пяти видам продукции па каждого из нас придется по 4,5 Т — это поистине великанш, бага-ж!
Металлокерамические детали встречаются в тормозных устройствах самолетов (рис. 2), автомобилей, сельскохозяйственных и землеройных машин.
Пористые матг риалы бывают нужны и для других изделий — фильтров, антиобледенителей. Чтобы крыло самолета ие покрывалось льдом, па его передней кромке укрепляют пластинки из пористого металла. В поры поступает жидкость, которая испаряется и не дает появляться льду. Пористые фильтры для горючих масел и газов настолько дешевы, что выгоднее заменить засорившийся фильтр, чем очищать его.
J ex пике нужны магнитные материалы. Огромные магнпг ы поднимают и перенося г детали с места на место, крошечные магнитики применяются в приборах. Магниты требуются для
разнообразных электрических аппаратов. Просто и удобно их п п отоплять из порошков. Магнитные изделия Де 1ают нс тотько из металлов, но п in смеси магнитного порошка с пластмассовом. Этим избегают спекания, так как пластмасса связывает крупинки металла и без лагрева*
.Me 1 ал локерами ку иетюльгуют при изготовлении а 1мамю-металлических изде игй. Шлифовальные круги, например, делают так: в заготовку у к та (.ывают крошечные алмазные зерна и связующий порошок и прессуют. Так же делают и буровые* коронкп.
Существует целая отрасль промышленности— производство твердых сплавов. Прочность материалов намного у увеличилась за последние полвека. П если бы не твердые сплавы, в металлообработке нельзя было бы добиться больших скоростей резания.
Но и твердый сплав в конце концов перестает быть твердым, когда скорость резания достаточно велика. В последние годы подвились еще более стойкие резцы — м и и е р а л о-к ( р а м и ч е с к и е. Камень режет металл! Мпнералокерампческие резцы (рис. 3) дают возможность добиться самых высоких скоростей в м е т а л. а о о б р а б о т к е.
Тепевь оси, и мета л ломи и е р а л о-к е рами к а. В ее основе — металлы и минералы, в ней сочетается стойкость и прочность, она выдерживает сильный нагрев. Пз мотал ло-минералокерамикп изготовляют защитные жаропрочные покрытия, лаг гриме!) для детален реактивных двигателей (рис. 4).
Возможности порошковой металлу ргля не имеют границ.
\ то. что сейчас, помимо мцталлов. в ней применяется и минеральное сырье, еще больше расширило возможности и увеличило значение этой поной отрасли техники.
njiow и именное ни
глянемся вокруг. Дом, в котором мы живем, смотрит па мир прозрачными бесцветными стеклами; степы выложены пз кирпичей,связанных между собой
и шестью или Цементом; изнутри степы оклеены обоями; пил, двери, рамы окрашены в различные цвета. Машины, во множестве усыновленные* на фабриках и заводах, изготовлены пз сплавов желееа ста.геи различиях марок и чугуна. Сталь необходима также для сооружения теп-ловозов и зле-ктровозов, железнодорожных вагонов и трамваов, рельсов, предметов домашнего обихода. (Широко используются алюминии, медь, цинк, олово, свинец и десяч кп других мота (лов.
В двигателях автомобилей, самолетов и тракторов егдраот бензин, керосин и другие
ХИМИЯ СЛУЖИТ ЧЕЛОВЕКУ
виды жидко] о топлива. Все машины — от самых крохотных до гигантов — нуждаются в смазочных маслах.
Миллионы тонн минеральных удобрении при меняются ежегодно в сельском хозяйстве для питания растении, всевозможные вещества защищают рас .синя от я'асскомых и болезнен, помог аюг унич ।ойкать сорняки. А как было бы плохо, еЬли бы мы внезапно лишились лекарств, помогающих иредунреж <агь и излечивать болезни!
Но ь чему мы перечисляем столь разнообразные май риалы — стекла и обои, счаль и минеральные* удобрения, лекарства и кирпичи, бензин и смазочные масла, что общего между ними?
А Йбщее то, что природа не дает нам пх в готовом виде. Они получаются на заводах
ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Рис. 7. X им и я — везде! Без нее не построишь дом и не сконструируешь станок, не сделаешь автомобиль и трамвай, не получишь топливо, не приготовишь лекарство.
посредством х и м и ч е-с к и х р е а к ц и й1.
Чтобы получить, например, важнейшее минеральное удобрение — аммиачную селитру (ИН41\Оз), на азотнотуковых заводах сжижают воздух, из жидкого воздуха выделяют азот, связывают его с водородом в аммиак и затем проводят еще несколько химических реакций. На разнообразных х и-м и ч е с к и х заводах вырабатывают х и-м п ч е с к и о продукты — серную кислоту, соду, хлор, минеральные удобрения, красители, лекарственные вещества, пластмассы, химические волокна, каучуки и резиновые изделия, фото- и кинопленки, фотобумагу, мыла и духи п сотии других продуктов.
Химические реакции применяются не только на химических заводах.
Почти все металлы, за исключением платины, золота и серебра, встречаются на Земле только в виде соединений, и для их получения нужно обязательно подвергнуть руды химическому воздействию. Химия играет огромную роль в металлургическом производстве.
Чтобы получить, например, чугун пз железной руды, необходимо провест п ряд химп-
1 Об этих реакциях, о химии как науке много интересного можно прочитать в т. 3 ДО. Здесь мы будем говорить о практическом применении химии.
веских реакций. В руде железо находится в соединении с другими элементами, большей частью с кислородом, т. е. в виде окислов. В состав руды, кроме соединений железа, входят и другие вещества. Посредством химических реакций железо восстанавливается, сплавляется с другими элементами — углеродом, кремнием, марганцем, отделяется от примесей. Такой процесс проводится в доменных печах.
Последние годы ознаменовались созданием высокоскоростной авиации, бурным развитием радиотехники и телевидения; человечество овладело тайной расщепления ядер элементов. В связи с этим понадобились новые металлы и сплавы, обладающие своеобразными свойствами — исключительной жаропрочностью п химической стойкостью. Для их получения разработаны новые химические процессы.
Химия используется и в машиностроительном производстве. Литье деталей, газовая сварка и резка, термическая обработка, травление — все этп операции в своей основе химические.
Жидкие топлива п смазочные масла также получают химическими методами на нефтеперерабатывающих заводах.
В производстве многих строительных материалов — кирпича, извести, цемента, огнеупорных изделий — основную роль играют химические реакции. Очень велико значение химии в производстве пищевых продуктов. Не обойдешься без химии п в текстильном производстве — хотя бы, например, прп отбеливании п крашении волокнистых материалов.
Вместе с каждой тонной добытой нефти из земли извлекается в среднем 50 at3 газа, который до недавнего времени бесполезно сжигался в факелах. Весят эти 50 at3 примерно 30 кГ. Значит, па каждые 30—35 Т добытой нефти приходится по 1 Т газа. К концу семилетки нефти будет добываться больше 200 млн. Т. а попутного газа почти 30 млн. Т. Из каждой же тонны газа можно приготовить 3 тыс. .и синтетических тканей, или 400—500 кГ синтетического каучука, или 300— 500 к Г пластических масс — это
ПОТРЯСАЮЩИЕ ФАКТЫ
из 1 Т. А из всего попутного газа?!
Уже из этого далеко не полного обзора практического применения химии ясно, что ее роль в современной жизни огромна.
ПЕРВОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ОТКРЫТИЕ
Какую химическую реакцию человек поставил себе на службу первой? Конечно же, реакцию горения. Трудно сколько-нибудь точно определить, при какпх условиях и когда человек овладел огнем. Сотни тысяч лет отделяют нас от этого события. Первобытные люди боялись этой грозной силы природы, спасались бегством от страшных лесных пожаров, вспыхивавших, например, прп попадании молнии. Но наступило время, когда люди «привыкли» к огню, открыли способ добывать огонь трением, начали обогреваться у костров в холодные мочи, а позднее применять огонь, чтобы сделать пищу более вкусной. Насколько могущественнее сделало человека это первое химическое открытие в его борьбе с природой! Ф. Энгельс писал: «... добывание огня трением... окончательно отделило человека от животного царства».
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОГНЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИИ
Случалось, что в костер попадали куски мокрой глины. Люди заметили, что мягкий пластичный материал, «пройдя через огонь», превращался в твердый. Должно было накопиться множество таких наблюдений, прежде чем обжиг глины был использован для изготовления простого глиняного горшка. И это сыграло большую роль в дальнейшем развитии человечества.
ЛЮДИ ОВЛАДЕВАЮТ СПОСОБОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА
Начало производству железа пз железных руд в древнем Египте, Индии и других странах было положено около 4 тыс. лет назад. Человек познакомился с железом еще раньше — по крайней мере за 2 тыс, лет до открытия способа восстановления железа из окислов. Первоначально он пользовался железом, которое падало «с неба», — метеоритным (во многих метеоритах содержится свободное железо). Но потребности в железных предметах — мечах, плугах и других изделиях — росли, а таких даров неба на Земле немного, гораздо мень
ше, чем химически связанного железа. Поэтому огромное значение имело открытие способов получения железа из железных руд. Открытия эти также основывались на наблюдении процессов горения. В тех случаях, когда вместе с топливом случайно нагревались куски железной руды, железо прп соприкосновении с раскаленным древесным углем восстанавливалось. Постепенно от наблюдений за подобными случайными явлениями человек перешел к сознательному воспроизведению процесса выплавки железа. Так начался «железный век»— тот век, я котором мы и сейчас еще живем. Ведь — хотя почти нет металла, который не применялся бы в настоящее время — на железные сплавы приходится более 90 % всего количества металлов и металлических сплавов.
ОБ АЛХИМИКАХ
Прошли тысячелетия, в течение которых человечество медленно, ощупью копило все новые п новые сведения о превращениях, которые мы ныне зовем химическими. Многие из этих превращении были столь неожиданны, что породили фантастические представления о возможности получпть золото пз других элементов, добыть химическим путем «элексир жизни», дарующий человеку вечную молодость. Эти представления поддерживались всевоз-
Рис. 2. В лабораториях средневековья алхимики производили химические реакции по строго секретным рецептам...
можнымп аван iюристами, стремившимися нажиться на невеяа с-ine. Но далеко не все алхимики, как авали тех, кто в мрачных .таеорато-рнях средневековья ирешпюдил химические реакции по «строго секретным» прописям, были обманщиками,— многие из них заблуждались искренне. Самое- же главное, однако, то, что постепенно открывались новые всщ( ства, новые способы их получения. Так были открыты и пзученЙ серная п азотная кислоты, многие соли п щелочи. J> XV в. серную кпе юту получали уже тем самым способом, который существует ныне: Сгкпга.тп (еру и окисляли двуокись серы кислородом воздуха в присутствии воды и при участки окпелов азота.
КОГДА ВОЗНИКЛИ ХИМИЯ II ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
За долгие века человечество накопило много полезных сведении пз об iac-тп химии. Но ни химическое пауки, пн науки о химических производствах — химической технологии не существовало до тех пор, пока не были открыты основные законы химии — закон сохранения массы веществ, атомно-молекулярная теория. Это прол юш.'ю во второй половине Х\1П и начале ХЕХ в. Открытию этй.х законов человечество обязано нашему великому соотечественнику ДЕ В. Ломоносову, выдающемуся французскому химику Лавуазье, англичанину Далщгону if другим ученым. Теория озарила ярким светом множество разрозненных фактов и открыла Дорогу дальнейшим экспериментам и новым теоретическим открытиям в области химии. Особенно важно бы.ю открытие периодического закона I,- И. Менделеевым и структурной теории А. 1\Е Бутлеровыми.
Опираясь на развивающуюся химию, формировалась и химическая технология. Значительно быстрее, чем раньше, создавались полые химические производства, совершенствовались химическая аппаратура, машины химического производства. Познакомимся с некоторыми наиболее4 важными достижениями химической технологии в исторической последовательности.
ПРОБЛЕМА СОДЫ
Во второй половине ХА III в. Западная Европа вступила в период быстрого промышленного развития. Быстро росло население, росли города. Потребовалось больше одежды и обуви, а в свят с этим — химических продуктов, применяемых в производстве ткан'ей п колю — соды, красит елей п др. Сода нужна также при пронзводс|ве мыла, стекла. В конце XVIII в. ощущался резцин ее недостаток.
В отличие от других натриевых солей, и в особенности от хпористого натрия, соды в природе мало. Она содержится в некоторых природных водах — в озерах Египта, Калифорнии, Китая, Сибири. Залежи природной соды немногочисленны. Кроме того, некоторые растения, upon врастающие на морских берегах, концентрируют патВий. и поэтому зола этих растений содержит соду. р|3 этих-то источников и получали раньше соду. Опа была дорогой и недостаточно чистой. Когда потребность в ней увеличилась, понаДобнлпоь новые способы ее получения, новые виды сырья. В качестве сырья можно было использовать каменную соль. Ко как превратить ее в соду, как заменить атомы хлора па группу* СОз?
В конце Х\ ill в. Парижская академия наук обьявпла конкурс на лучший способ по iучения
СОСТЯЗА ННЕ ПРОДОЛ ЖА Е ТС Я
Самые лучшие сорта стали выдоржи’ваккг большие iiarpj жи - до 2(4) кГ лл\ В ближайшие годы металлурги обещают создать стали с точностью в 300 кГ .vat2. По химики работают и над получением сверхпрочных волокон. Кто же одержит победу —М1Т31Л или волокно?
Но вйдпмому, все же металл. Во многих лабораторных сейчас выращиваются тончайшие (в нес коль ко микронов поперечником) кристаллики меди и друпьх металлов «\(1»1>. Прочность их огромна. Если бы» угдалось получить такой *¥(») сечением в I ji.u2, на нем бы повисла гиря весом в I Т и даже больпш. Представьте себе топкую проволочку, к которой Прицепилось 15 взрослых че то век!
Настанет день, говорят металлурш, когда появятся буквально кружевные фермы мостов, т>)11чайи111( техчевизионные баппш в десятки километров высотой, почти н< ве сомые* автомоон пг н другие машины, сделанные пз металла невиданной прочности.
У У У У
у
5 У У
У
У У
j
соды. Лучшим <>ыл признан способ < Геблана, по которому x.Topiicibin натрий сначала превращали действием серной кислоты в сернокислый натрии (нопрпб\ й гр составить уравнение этой и следу ющпх реакций); затем сернокислый натрии восстанавливали углем в сернистый натрин и о (повременно дейеншем и i-вестпяка (углекислого кальция) превращали сернистый натрин в углекислый, т. е. в соду. Процесс был сложный, но тем нс менее ои получил очень широкое распространению и примени 1ся в течение почти всего XIX в. Этот первый пример пз истории совЖмвнной химической промыт юнности наглядно показывает важнейшую особенность химических методов производства — возможность неограниченного производства продуктов из распространенного в природе сырья.
РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КШ ЛОГЬГ
Присмотритесь к составленным вамп уравнениям реакции. Какое етце сырье, кроме хлористого натрия, необходимо для данного пропзводства? Серная кислота, уголь и известняк. Если последние два природа предоставляет нам в Готовом виде, то серную кислоту нужно готовить па заводах, сжигая серу или серный колчедан (PAS?). Чтобы развить производство соды в больших количествах, понадобилось усовершенствовать уже давно открытый способ производства серной кис.юты при участии окпелбв азота, а главное — резко увеличить масштабы производства. Гак обычно и бывает в химической промышленности — дрга-нпзацпя пропзводства какого-либо нового химического продукта свя *.ана с созданием ряда новых производств.
ОТБРОС ЛИ ХЛОРПСТЬШ БОДОРОД?
Обратимся еще раз к нашим реакциям и ответим иа вопрос: только ли сода получалась на заводах, рабоьтвпнгх ио способу Леблана? Оказывается, наряду с основным продукт ом — содой- получалпсьпонутпые (их часто называют побочными, а если они не на кодят применения, то отходамп и тп отбросами). Но отброс ли хлористый водород? В первые годы работы содовые заводы действительно выбрасывали его в атмосферу. Соединяясь с водяными парами, он образовывал соляную кислоту. На заводе и в окрестностях создав а шсь совершенно невыноси
мые для человека и всего живого условия. Пришлось вмешаться правительствам, которые запретило выпускам» хлористым водород в uimo-сферу. Гогда-то и были найдены способы превращения его в ценнейшие вшцества, обладающие белящими свойствами, например хлорную известь.
Получали ее так. Хлористый водород окисляли в присутствии катализаторов кислородом воздуха, а образовавшимся хлором действовали иа гашеную известь. Гак бесполезный отброс содового производства превратился в замечательное сырье.
Этот пример снова знакомит нас с общей закономерностью, характерной для химического производства. Могущество химии проявляется в том, что она дает возможное!]» превращать как будто никуда не пригодные материалы в ценнейшие продукты.
В настоящее время соду получают на заводах по другому способу, разработанному бел ьгпйс ними инженерами братьями Сольве около ста лет назад. По способу Сольве поваренная соль превращается в бикарбонат натрия (NaHCO.), который при нагревании разлагается с образованием соды. Отпадает потребность в серной кислоте. Стоимость соды при новом способе се производства оказалась в несколько раз меньше, чем при способе Лебаана. Понятно, что способ Сольве в короткое время вытесни.! старьп! — леблановский.
Но ведь производим) соды было связано с получением ряда других, нс менее важных, продуктов— соляной дислоты, хлора, хлорной извести и др. Эти продукты сталп получать иа заводах также новыми, более соверпюпрыми способами, в основе которых лежит процесс электролиза. Пропуская через водный раствор поваренной соли электрически]"! ток, получают в конечном счете очень важные продукты — едкий натр, хлор и водород. Хлор используют для пропзводства хлориои извести, для получения разнообразных органических веществ.
ПРОБЛЕМА ПИТАНИЯ
.Новая проблема волнует ученых-химиков, проблема, затрагивающая самое существование человечества. Растет население городов, особенно в странах с быстро развивающейся промышленностью, растет потребность в продуктах питания. Надо поднимать утрол.айность сельскохозяйственных культур. Совместными усилиями химиков и биологов были уста-
ХИМИЧЕСКАЯ II РОМЫ LIE IE IIИ ОСТЬ
новлены некоторые законы питания растений,, определены элементы, в которых они нуждаются; выяснено, какие вещества должны вноситься в почву, чтобы полностью «накормить» растения. Оказалось, что «дефицитные» элементы— это в первую очередь фосфор, азот и калий. Чтобы повысить урожайность, необходимо вносить в почву больше удобрений. Органических удобрений нс хватает для возмещения изъятых из почвы растениями питательных веществ. Тогда и встала задача создать производство минеральных удобрений. Решить ее могла только хпмпя.
В середине XIX в. возникает производство фосфорных удобрений, позднее — калийных, а в начале XX в.— азотных. Химическая промышленность тесно связывается с сельским хозяйством. Сейчас производство минеральных удобрений — важнейшая отрасль химической промышленности.
НА СМЕНУ ПРИРОДНЫМ КРАСИТЕЛЯМ ПРИХОДЯТ СИНТЕТИЧЕСКИЕ
Вернемся снова к текстильному производству. Где взять красители для быстро растущего производства тканей? В течение тысячелетий применялись природные красители. Индиго извлекалп из стеблей и листьев некоторых растений, выращиваемых на Яве и Филиппинских о-вах. Ализарин получали пз корней марены, культивируемой в Индип, Турции, на юге Росспп. Из кошенили — высушенных насекомых, 'живущих на мексиканских кактусах,— получали ряд красителей, в том числе карминовую кислоту и ее лаки (кармин, применяемый в качестве акварельной краски).
Но природные красители привозят из дальних стран, опп дороги, их не хватает для удовлетворения потребностей. Может лп помочь
химия в решении этой проблемы? Ведь красители — это очень сложные органические вещества. Их молекулы состоят из большого числа атомов углерода, водорода, кислорода, иногда и азота. Какова структура этих молекул? Посредством каких реакций их можно получить? Что может служить сырьем для их получения?
Ответы на эти вопросы стали возможными лишь после того, как были заложены основы важнейшей химической науки — органической химии (см. т. 3. раздел «Химия соревнуется с природой»). В качестве сырья для производства красителей оказались пригодными так называемые ароматические углеводороды, и в первую очередь простейший представитель этого класса соединений — бензол (CtH ). А источником для его получения послужил отброс коксового производства — смола.
Кокс — продукт переработки каменных углей, требующийся для выплавки чугуна в доменных печах. Он применяется в металлургии с середины XVIII в. В течение более ста лет— до середины XIX в. не знали, что делать с грязной, вязкой и неприятно пахнущей массой— каменноугольной смолой. Между тем в ней в числе сотен других веществ содержится п бензол, открытый в легких фракциях смолы в 1825 г. знаменитым английским ученым Фарадеем.
В 1842 г. выдающийся русский ученый Н. Н. Зинин получил анилин пз продукта взаимодействия бензола п азотной кислоты— пз нитробензола, а в 1856 г. английский химик У. Перкин, окнеляя анилин, получил первый синтетический краситель. В 70-х годах был синтезирован пндпго и началось бурное развитие производства синтетических красителей. К началу XX в. онп почти полностью вытеснили природные. В настоящее время производство синтетических красителей — мощная от
БЕСКОНЕЧНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ
Мы захотели изучить химию и для начала решили составить список всех известных химикам веществ. Мы берем большой блокнот и на каждой его странице помещаем по сто названий. Пишем мы очень быстро — за 5 мин. заполняем страницу. Трудимся по 6 час. в день, не зная праздников и выходных.
Свои записи мы начали 1 января. Проходит зима, весна сменяется летом, тысячи исписанных листков загромождают стол. II мы с ужасом убеждаемся в том, что конца работы не видно. Больше 400 дней потребуется для'того, чтобы записать названия всех известных химикам веществ. Для этого потребуется больше 30 тыс. страниц! Ведь одних только органических соединений химики насчитывают более 3 млн. II каждый месяц онп находят в природе и готовят в лабораториях chic по две с лишним тысячи новых веществ.
j
1 !
расль химической промышленности. Она выпускает многочисленные продукты в больших количествах. По своему качеству опп значительно превосходят природные и в то же время намного дешевле пх.
Лекарственные вещества также производятся на химических (фармацевтических) заводах.
Ранее медицина знала п использовала только природные лекарственные вещества, преимущественно растительного происхождения. Онп и сейчас играют большую роль. Попытки лечения различных болезней веществами, получаемыми искусственно в лабораториях, в аптеках, пмеют длинную историю.
В XVI в. даже считали, что основная цель химии — изготовление лекарств (см. т. 3, ст. «Химия жизни и здоровья»). Но лишь во второй половине XIX в. началось производство некоторых лекарственных веществ на химических заводах.
Интересно, что между производством красителей и лекарственных веществ много общего.
Рис. 3. Казалось бы, что общего у всех этих предметов? Оказывается, все они сделаны из высокомолекулярных веществ.
Это характерно для химической промышленности: при громадном разнообразии реакций, осуществляемых в химических производствах, техника и технология их имеют много сходного. Значение химии для медицины стало исключительно большим в последние десятилетпя. Достаточно напомнить, что благодаря синтетическим препаратам теперь удается успешно лечить многие болезни.
ХИМИКИ СИНТЕЗИРУЮТ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Нельзя проследить в краткой статье всю историю развития такой интересной отрасли промышленное!и, как химическая. Перейдем сейчас сразу к нашим дням.
Кто не слышал в наше время о пластмассах, химических волокнах, синтетических каучуках! Вряд ли кто-нибудь из наших читателей не знает эти продукты, не впдел их, не читал о том, что они делаются на химических заводах. Что же это за вещества, почему такое большое внимание уделяется пм?
Чтобы найти ответ на этот вопрос, задумайтесь, какие вещества составляют основу нашей одежды, белья, обуви, во что «обуты» колеса автомобилей и самолетов, из чего сделаны корпуса телефонных аппаратов и многих других изделий. Все эти столь разнородные предметы объединяет то, что они изготовлены из материалов, образующих высокомолеку лярные вещества. Эти же вещества играют огромную роль в биологических процессах.
Не так давно применялись только природные высокомолекулярные соединения, входящие в состав хлопка, льна, шерсти и т. п. Затем были найдены способы получения и с-к у с с т в е н н о г о шелка из древесины, точнее, пз целлюлозы — высокомолекулярного вещества, входящего в состав древесины. Но еще интереснее возможность получать волокна синтезом пз простейших широко распространенных веществ, например из метана. Громадные месторождения это
го газа находятся в недрах земли. Мы используем его как топливо в котельных, на кухнях. Его легко можно превратить (конечно, через ряд промежуточных ступеней) в синтетические волокна, по качеству превосходящие волокна, предоставленные нам природой. 1 акже и каучук, который прежде добывали только пз тропического дерева—гевеи, теперь получают на заводах из бутана (С4Н10), причем с самыми различными полезными свойствами, не присущими натуральному' каучуку.
На этом примере особенно ярко выявляется мощь химии. Опа дает нам возможность получать материалы с заданными, как принято говорить, свойствами. Создание и развитие новых отраслей техники всегда вызывает потребность в новых материалах. Ведь новая техника работает, как правило, в непривычных условиях — при высокой температуре, прп высоком давлении, прп высоких скоростях п т. д. В создании самолетов типа 1Ь-104 или космических ракет, в создании ядерпой энергетики, так же как в создания красивой п прочной одежды, дешевых, долговечных, удобных и красивых
домов, тел св и юров и ра. птопригмиикон, химическая промышленность играет исключительно ПаткЛую роль.
Возможности синтеза химических продуктов безграничны — уже в настоящее время в лабораториях синтезировано более 3 млн. ве-щоств. п каждый год приносит сведения о синтезе новых тысяч. Есть пз чего выбирать!
Химия одновременно колосса чыю штещиряет сырьевые ресурсы человечества. Она поставила на службу человеку в дополнение к издавна используемому растительному и животному сырью минеральное сырье, воздух и воду, природные горючие газы. Для того чтобы в изоби-лпп снабдит!» человечество добротными тканями, не хвплло бы никаких полей и пастбищ, а химики могут безгранично производить эти материалы из природных горючих газов и отходов переработки нефти.
Удивительно, насколько химические методы произведетBci позволяют удешевить продукты. Например, для получения синтетическим путем одного из важнейших химических продуктов — этилового спирта — необходимо .истратить в 50 раз меньше труда, чем при получении его же из пищевого сырья сбраживанием. При этом на каждой тонне спирта сберегается для пищевых целей 4 Т зерна или 12 Т картофеля.
КАК ХИМИКИ УПРАВЛЯЮТ РЕАКЦИЯМИ
Какими средствами пользуются химики для того, чтобы получать разнообразнейшие продукты из доступных видов сырья дешево, с незначительной затратой труда?
Вспомним, от чего зависит течение химических реакций. Скорость реакции растет обычно очень сп ii.no при нагревании исходных веществ. Для того чтобы в доменной печи шло быстро восстановление железа и образование чугуна, в пес вду в а ют предварительно подогретый воздух. Еще недавно подогрева нт воздух до 800—900 . а сейчас уже в некоторых печах —до 1200 . Один из важнейших способов управления течением химических реакции — повышение температуры. Причешите этого способа тем более удобно, что большое число реакции
100000 ATM, 2000°
шш
Г РА ФИТ
Алмаз
Рис. 4. Под давлением 100 тыс. атм графит превращается в алмаз.
идет с выделением тепла, и. таким поразим, желательная температура досыпается без затраты топлива.
Сравнительно недавно стали поль ижаться еще? одним способом воздействия на ход реакции — проводя некоторые реакции та под атмосферным давлением, а иод повышенным, часто в соттш и тысячи атмосфер. 1 ак, чтобы получить пз таза этилена Замечательную пластмассу — полиэтилен, реакцию проводят поддавленном в 1500 итм. Ад ih превращения графита в алмаз необходимо давление в 10' - тыс. билле. В производстве синтетического аммиака реакцию проводят при дав.тении до 1000 атм и температуре до 550 . Иногда оказывается целесообразным проводить реакцию при высокой температуре и под давлением во много раз нище атмосферного. Гак сейчас получают! из природ, иого метана ацетилен — сырье для синтеза многих органических продуктов.
Уже давно было замечено одно интересное явление. При определенных условиях какая-либо химическая реакция не идет. Но достаточно, не меняя этих условий — температуры, давления, добавить к исходным веществам некое «постороннее» вещество, как реакция начинает идти быстро. II что всего удивительнее, добавленное вещество при этом не изменяется. Вы, вероятно, уже поняли, что разговор идет о катализаторах (см. т. 3, ст. «Химическое взаимодействие и катализ»). Вот яркий пример промышленной каталитической реакции: смешаем сернистый ангпдрпд с воздухом и будем смесь пропускать через стеклянную трубку, подогревае-му ю пламенем газовой горелки. Какую бы температуру’ мы пи поддерживали, никакой реакции не произойдет. Но е( пт предварительно в стеклянную трубку’ поместить немного окиси железа, сернистый ангидрид окислится кислородом воздуха в серный ангидрид. Эта реакция лежи г в основе Важнейшего современного способа получения серной кислоты— контактного способа. Катализаторы позволяют очень гибко управлять течением химических реакций. Катализ широко используется в хпмпческой промышленности. Сначала ката л пзаторй применили и производстве серной кислоты, за-
тем в ряде других неорганических производств—таких, например, как синтез аммиака, производство азотной кислоты. Но особенно эффективными они оказались в применении к синтезу органических веществ.
В последние десятилетия катализ широко внедрился в переработку нефти, природных горючих газов и др. Почти все новые процессы переработки нефти и газов — каталитические. Именно благодаря катализу удалось превратить нефть и природные газы в основное химическое сырье, которое теперь служит для получения азотных удобрении, синтетических каучуков, синтетических волокон, пластмасс и других продуктов.
По мерс того как наши знания о таинственных веществах — катализаторах — углубляются (до сих пор теория действия катализа еще недостаточно разработана), все более расширяется производственное значение этого метода управления химическими реакциями в производстве.
ХИМИЧЕСКИЕ ЗАВОДЫ
Что же представляют собой современные химические заводы, на которых проводятся разнообразнейшие химические процессы при разных температурах, давлениях, при участии многочисленных катализаторов? Вы знаете, как проводят химические реакции в школьном кабинете, некоторые из них вы проводили сами. А как эти же реакции проводят на заводах? Ведь там перерабатывают не граммы, а тонны и тысячи тонн исходных веществ!
Пойдем па сернокислотный завод. Сюда ежедневно поступают вагоны с серным колчеданом. Его нужно выгрузить, разместить на складе, крупные куски измельчить, отобрать для обжига куски определенных размеров, доставить измельченный колчедан к печам, загрузить его в печь, выгрузить из печи образующийся твердый остаток — огарок (окись железа). Можно ли все эти операции проводить вручную? Конечно, нет. На современном заводе транспортировку, измельчение, загрузку, выгрузку совершают машины-дробилки, транспортеры, шнеки, элеваторы и т. д. Машины и механизмы приводятся в движение электродвигателями. Между тем всего еще тридцать-сорок лег назад рабочие на сернокислотных заводах забрасывали колчедан в печь и выгребали горячий огарок лопатами. Какая это была трудная работа, сколько рабочих требовалось для того, чтобы обжечь даже небольшое количество колчедана!
Известно, что любой процесс нужно проводить при определенных условиях: при заданных температуре, давлении и т. д.,— как говорят, при определенном режиме. Кто же и как поддерживает заданный режим? Очевидно, для управления процессом прежде всего необходимо знать, как работает данная машина, данный аппарат, т. е. знать, например, какая температура в печи, какое количество колчедана в нее поступает в течение часа, каков состав образующегося газа — процент содержания сернистого газа. На глаз все эти показатели не определишь. Нужны измерительные приборы и инструменты, например термометры и пирометры, газоанализаторы и т. д.
Чтобы иметь возможность непрерывно следить за ходом процесса, быстро устранять отклонения от нормального режима, все показания приборов, контроль централизуют — все показатели передаются на общий щит. Это, конечно, облегчает работу человека, управляющего данным аппаратом или группой аппара-
Рас. 5. Пульт управления и контроля на химическом заводе.
О 19 Детская энциклопедия, т. 5
Ь 100 РАЗ ПРОЧНЕЕ
Есть такая деталь подшипника—«чугунным вкладыш». Каждый квадратный сантиметр чугунной детали может выдержать давление от 15 до 25 кГ. Делают подшипники и из текстолита (его готовят из пластмасс и растительных волокон). Такие подшипники выдерживают нагрузку 2500 кГ/см2. Возьмем текстолитовый подшипник диаметром в 160 п длиной в 250 мм. Он поместится на листе школьной тетради. Выдержит же этот подшипник тяжесть в 1 млн. кГ—вес большого дома.
тов, и делает управление более надежным. Можно пойти и дальше — установить автоматы, которые сами будут поддерживать заданный режим.
Пусть, например, температура в колчеданной печп повысилась до верхнего допустимого предела. Стрелка пирометра достигла крайнего положения, и тогда автоматически включается регулятор количества воздуха, подаваемого в печь, температура понижается. Ясно, что такое устройство более надежно поддерживает заданный режим, чем человек.
Роль человека изменилась — теперь требуется такой аппаратчик, который был бы знаком не только с процессом, происходящим в печп, и способами его регулирования, по и с автоматическими устройствами. Основное внимание приковывается к наблюдениям за работой автоматов. Но, конечно, нужно знать также и процесс.
Остается ли заданный режим неизменным в течение длительного времени или его нужно изменять? На тот же завод серной кпелоты поступил колчедан с меньшим содержанием серы, чем обычно. Значит, нужно изменить режим работы печи, а быть может, и режим работы других аппаратов. Кто это сделает, кто обдумает новые условия, рассчитает пх и даст указания аппаратчику? Инженер-химик или заведующий цехом? Пока еще действительно, как правило, требуется в каждом случае вмешательство кого-либо из названных лиц. Но в последнее время развивается новая отрасль техники — техника управляющих машин. Такая машина принимает информацию о течении процесса, сама на основе этой информацип находит паивыгоднейгпее решение и отдает команду, как перестроить процесс.
ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СССР
Мы уже знаем, какое большое значение имеет химическая промышленность. Что же представляет собой химическая промышленность Советского Союза, каковы перспективы ее развития?
В древней Руси, как и в других странах в то же время, выплавляли из руд железо, вырабатывали из глины керамические изделия, выделывали и красили ткани и кожи и т. д. В течение XVII — XV III вв. выплавка чугуна в России достигла значительных для того времени размеров. Росспя вывозила чугун тогда и в страны Западной Европы. Металлургия развивалась преимущественно на Урале. Много химических продуктов производилось также из древесины: древесная смола, применявшаяся как смазочный материал в судостроении и других отраслях хозяйства, канифоль, скипидар, поташ (KLCO;j), необходимый для мыловарения и производства стекла. Однако в XIX в. западноевропейские страны и США значительно обогнали Россию в промышленном производстве вообще и в производстве химических продуктов в особенности. Разоренный царской политикой русский крестьянин не мог приобре-
СКИПИДА Р
Рис- 6, Эти продукты производились раньше из древесины.
тать минеральные удобрения. Большинство по-лещиков вело хозяйство хищнически, мало заботилось о повышении плодородия.
Понятно, почему, например, фосфорного удобрения— суперфосфата — было произведено в J913 г. в США — 3,25 млн. Г, а в России 120 тыс. Т. II это незначительное количество суперфосфата производилось преимуществен по пз сырья, ввозившегося из-за границы — из Испании, Алжира и даже с островов Тихого океана. Очень мало производилось в Госсип серной кислоты, красителей, лекарственных веществ и других химических продуктов.
После Великой Октябрьской революции химическая промышленность начала быстро развиваться. Советские геологи открыли мощные месторождения фосфатного сырья в Хибинах, в Казахстане, калийного сырья в Соликамске п других районах. В Советском Союзе создано производство из отечественного сырья всевозможных азотных, фосфорных, калийных минеральных удобрений. Чтобы ясно представить себе, какая громадная работа проведена в этой области, достаточно сопоставить уже названные выше размеры производства минеральных удобрений в России в 1913 г.—120 тыс. Т в год с размерами производства в 1959 г.— 12,9 млн. Т.
РАЗВИТИЕ БОЛЬШОЙ ХИМИИ
Как ни велики результаты, достигнутые нами в развитии химической промышленности, они нас не могут удовлетворить. Ведь химия открывает поистине неограниченные возможности для производства нужных человеку материалов. Применение химических продуктов в различных отраслях народного хозяйства повышает их техническим уровень, позволяет во много раз увеличить производительность труда.
По семи летнему плану развития народного хозяйства СССР производство химических продуктов увеличивается почти в 3 раза. В течение семилетия капитальные вложения в химическую промышленность превысят 100 млрд, руб., будет реконструировано более 130 крупнейших химических предприятии и построено более 140 новых.
Особенно большое внимание уделяется двум областям химического производства — производству синтетических материалов п производству химических продуктов для сельского хозяйства. О них вы прочтете дальше. Здесь же укажем лишь, что производство синтетических волокон увеличивается за семилетие в 12—13 раз,
пластических масс — более чем в 7 раз. Минеральных удобрении будет произведено в последнем году семилетия 35 млн. Т. производство препаратов для уничтожения сорняков (химической прополки) увеличится в 9,6 раз, очень эффективных средств защиты растений— фосфорорганических препаратов — в .'8 раз, препаратов для удаления листьев хлопчатника — в 17 раз.
Из чего же будут производиться эти громадные количества химических продуктов, как будут организованы новые химические заводы, какие новые способы производства будут применены?
Расскажем о перспективах развития производства серной кислоты — важнейшего химического продукта. За семилетие производство серной кислоты вырастет с 4 570 тыс. Т до 11 мли. Т в год (считая на 100%-ную кислоту).. Как этого достигнут? До сих пор серную кислоту в СССР производили в основном из серного колчедана, остающегося в виде отхода при обогащении сернистых руд цветных металлов (например, медных руд). Но на заводах цветной металлургия есть и другие отходы — газы обжига сернистых руд с двуокисью серы. При коксовании каменных углей образуется газ, содержащий сероводород. Много его содержится иногда в природных горючих газах. Пз нпх можно получить дешевую серную кислоту. Поэтому-то в текущем семилетии боль-» шое внпманпе уделяется использованию этпх видов сырья — в 1965 г. пз них 6}дет производиться около 0,4 всей серной кислоты.
Еще одна возможность открылась перед с э-ветскои химической промышленностью в последние годы. В Советском Союзе былп известны п разрабатывались лишь сравнительно пезначп-
СОСТЯЗАНИЕ D ПРОЧНОСТИ
Если из различных материалов приготовить ииги и проволочки одинакового сечения, например в 1 .w.u2, а затем привешивать к ним гири до тех пор, пока нити и проволочки нс оборву гея, можно будет сравнить прочность различных материалов. Проволочка из свипца выдерживает всего лву х-килограммовую гирю, медная 40 «Г, обычная стальная — 65, шелковая пить—такую же тяжесть, а пить из синтетического волокна капрона целых 85 кГ.
ЧУДЕСНОЕ ВОЛОКНО
Попробуйте сгибать и разгибать гибкую металлическую проволоку. Больше 20—30 раз вам не удастся повторить это: проволока сломается. А вот нити из синтетического волокна перлона выдерживают ни много ни мало— 30 тыс. сгибаний и разгибаний!
тельные месторождения серы — на Волге и в Средней Азии. Недавно в Западной Украине были открыты мощные месторождения серы . Сейчас там, в Разделе ведется строительство крупнейшего комбината. В связи с этим сера будет использоваться в больших количествах для производства серной кислоты — к концу семилетия пз нее будет производиться около 0,2 всей серной кислоты.
Как изменяется техника производства серной кислоты? Развивается производство серной кислоты контактным способом — его доля в общем производстве кислоты возрастает с 52 до 72°о. Обжиг колчедана, а в дальнейшем и серных руд, будет производиться в так называемом «кипящем слое». По этому способу воздух пропускается через слой обжигаемого материала с такой скоростью, что слой становится рыхлым, отдельные частицы получают возможность перемещаться внутри слоя. От этого скорость реакции очень сильно увеличивается (рис. 7). Новые сернокислотные заводы не только механизируются, но и автоматизируются.
Рис. 7. Печь для обжига колчедана с автоматическим регулированием подачи сырья.
По запасам фосфатного и калийного сырья Советский Союз также занимает первое место в мире. На его долю приходится более 30% мировых запасов фосфатов и свыше 50% калийных солей. Поиски новых месторождений этих важнейших для повышения плодородия почв видов сырья продолжаются. Недавно открыто новое крупное месторождение калийных солей в Белоруссии — Старобипское. Здесь строится мощный калийный комбинат, который будет перерабатывать миллионы тонн солей в год, применяя новейший наиболее эффективный способ. Продукция этого комбината пойдет на поля Белоруссии и всего северо-запада СССР.
Советский Союз обладает практически неисчерпаемыми ресурсами поваренной соли, сульфата натрия и других видов сырья для производства неорганических продуктов.
А на какой основе будет развиваться у нас в стране производство органических продуктов? Мы уже знаем, что многие исходные вевдеслва для получения этих продуктов образуются при коксовании каменных углей. Эти так называемые коксохимические продукты будут играть большую роль и в дальнейшем. Кроме того, химическая промышленность использует много пищевого сырья (картофеля, пищевых жиров) для производства этилового спирта, мылаит.д. Между тем в природе есть вещества, из которых в практически неограниченном количестве можно производить почти все органические продукты — это углеводороды, входящие в состав природных горючих газов, нефти и попутных газов, сопровождающих нефть. Так, простейший углеводород — метан превращается, и притом не очень сложными способами, в ацетилен, метиловый спирт и многие другие продукты — исходные вещества для синтеза сложнейших органических продуктов. Пз него же получают сейчас водород для синтеза аммиака. Этан служит для получения этилена, пз которого получают этиловый спирт, что полностью ликвидирует расход пищевых продуктов для этой цели. Из этилена получают ценнейшее высокомолекулярное вещество — полиэтилен. Не менее велико значение пропилена, получаемого пз пропана, — из пего получают различные полимеры, глицерин и другие продукты. IIзоб у т а н — сырье для получения каучука. В Советском Союзе разработан весьма совершенный способ превращения его в дивинил в «кипящем слое» катализатора, дпвпнпл же иолпмерпзуется с образованием каучука. Очень важная задача в области производства синтетических каучуков решается уг пас в стране в данном ссмилетппв
Речь идет о получении каучука со свойствами, весьма близкими к свойствам натурального каучука. А сырьем для него также служит нефтяной углеводород — пентан, из которого получают изопрен—исходное вещество для полимеризации.
Сейчас изопреновый каучук у нас еще не производится, а к концу семилетия уже 1 4 всего производства будет приходиться на его долю.
Из природных углеводородов к концу семилетия будет производиться 95% всего синтетического каучука, 82% всей уксусной кислоты, 55% всего аммиака п т. д. Для химических синтезов в год будет расходоваться миллионы тонн попутных нефтяных газов,миллиарды кубометров природных горючих газов, много нефтяных жидких продуктов и, кроме того, коксовый газ и разнообразные сельскохозяйственные отходы, вроде кукурузной кочерыжки, подсолнечной лузги и т. п. На этой основе, благодаря применению новейших способов, и будет развернуто производство дешевых п отличных по качеству синтетических материалов, удобрении и других продуктов.
В заключение отметим наиболее характерные черты новых предприятии. На основе одних и тех же видов сырья — немногочисленных углеводородов — строится производство и неорганических продуктов (например, азотных соединений) и органических.Прежде неорганические п органические продукты часто производились на самостоятельных заводах, теперь границы между этими производствами исчезают. Химические предприятия представляют собой комп л е к с разнообразных химических производств, связь между которыми определяется и общностью сырья, и тем, что продукты отдельных производств служат здесь же на месте сырьем для других производств. Стирается также грань между нефтеперерабатывающими и химическими заводами: экономически целесообразно объединять эти производства, чтобы полностью использовать природные ресурсы. На новых заводах устанавливают аппараты п машины большой мощности.
Приведем такой пример. Когда только зарождалась промышленность аммиака, колонны синтеза давали в сутки 6 —10 Т аммиака. Сейчас устанавливаются колонны мощностью 200 и более тонн в сутки. Легко понять, насколько уменьшается потребность в рабочих при таком увеличении мощности, когда вместо 20— 30 аппаратов устанавливается один.
Рис. 8. Вот как возрастет производство синтетических волокон в 1965 г.
Возрастает и производительность отдельных заводов. Комплексная механизация, а частично и полная автоматизация становятся характерными для новых химических предприятий. В этом направлении идет и реконструкция действующих заводов. Заводы строятся по только в районах, где химическая промышленность существует у нас уже десятки лет. На основе нефтяного сырья развивается мощная химическая промышленность в Башкирия, Татарии, в районе Бухары на базе мощных месторождении природного газа. Строятся п новые химические заводы в Сибпрп. Сейчас, когда линии магистральных газопроводов расходятся по всей стране, подводя за сотни п тысячи километров самое дешевое топливо и в то же время ценнейшее химическое сырье — природный газ, открылась возможность развивать производство химических продуктов на трассах газопроводов.
Строя бурными темпами и наиболее совершенными методами химическую промышленность, наша страна создает изобилие материальных благ и быстрыми шагами приближается к тому времени, когда и в области химического производства СССР займет первое место в мире.
ХИМИЯ ЭКОНОМИТ ТРУД
Сотни тысяч тонн природного каучука добывается в тропических странах. Чтобы получить всего лишь 1 тыс. Т этого ценнейшего продукта, 5500 человек должны в течение года обрабатывать 3 млв. каучуконосных деревьев.
На заводе синтетического каучука 1 тыс. Т продукции могут произвести в течение года всего 15 человек. 15 вместо 5500!
ПРЕВРАЩЕНИЯ НЕФТИ И УГЛЯ
|-£еф1 ь и уголь! Какое важное значение имеют они для народного хозяйства пашен страны!
Трудно поверить, что топливо для реактивных самолетов, которые летают быстрее звука, п зубная щетка, которой вы чистите зубы, автомобильные шины и граммофонные пластинки, асфальт па шоссе и таблетки пирамидона, духи с нежным и приятным запахом и много других разнообразных вещей созданы из... нефти п угля.
В настоящее время из нефти получают так много самых различных продуктов и предметов, что всех пх перечислить невозможно. Среди
Рис. 1. Продукты^ получаемые из нефти.
них топливо для авиации, автомобилей и тракторов и различные смазочные масла, пластмассы и взрывчатые вещества, красители п лекарства, многие сорта духов и фотопленки, синтетический каучук и многое, многое другое (рис. 1).
Уголь широко применяется в металлургической промышленности, а также в качестве топлива. Около одной четвертой части всего добываемого угля используется в металлургии для выплавки чугуна. Основатель нашего государства В. И. Лепин указывал: «Уголь — это настоящий хлеб промышленности». Вместе с тем пз угля, так же как и пз нефти, путем химической переработки получают бензин, керосин, искусственный шелк, пластмассы, нафталин, синтетический каучук и многое другое (рис. 2).
Бензин из... угля? Но ничего удивительного здесь нет.
Нефть и уголь (как и другие горючие полезные ископаемые — торф, сланцы, природный газ) состоят в основном из соединений углерода и водорода. Поэтому один и тот же продукт, например бензин, можно получить п из нефти и из угля, но -только способы его получения будут, конечно, различаться.
Как же из нефтп и угля получают такие разнообразные продукты? Это достигается сложной переработкой. Путь, который проходят нефть и уголь, прежде чем превратиться в те или иные предметы, например в бензин, зубную щетку пли в автомобильные шпны, очень длинный п сложный.
ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТП
Нефть представляет собой смесь большого числа различных соединений углерода и водорода. Средн них есть в газообразные, и жидкие, и твердые. Но жидких значительно больше. Вот почему нефть — жидкость. А газообразные
п твердые углеводороды находятся в пей в растворенном виде.
У глеводороды, находящиеся в нефти, неодинаковы по строению молекул. Так, молекула налбо iee простого пз них — метана — состоит из 1 атома углерода и 4 атомов водорода. Л в молекуле более сложного углеводорода — гептана— уже 7 атомов углерода и 16 — водорода. Метан — газ, гептан — жидкий углеводород. А те углеводороды, в молекуле которых более 18 атомов углерода,— твердые вещества.
Чтобы использовать эти углеводороды, надо сначала выделить пх пз нефти. Цель первичной переработки нефти и заключается в том, чтобы выделить из пос различные ф р а к ц и и, т. с. группы углеводородов, имеющие примерно
братьяМи Дубиниными. В закрытом железном бакс — перегонном кубе — нагревалась нефть. Пары ее отводились из куба по трубке, опущенной в бадью с холодной водой. Здесь они охлаждались, и полученная в результате этого жидкость сливалась по трубке в ведра.
С этого времени перегонные кубы в течение почти ста лет широко применялись для получения из нефти бензина, керосина и смазочных масел. Чтобы разделить нефть на большее число отдельных фракций, устраивались батареи из нескольких перегонных кубов.
Но перегонные кубы имели большой недостаток: они работали с перерывами. Ведь после выпаривания нефти требовалось время для заполнения куба све>кей нефтью н ее подогрева. В паше время перегонку нефти производят
одинаковое количество атомов углерода в молекуле, и получить таким образом исходное сырье для изготовления различных пластмасс, резин и т. п. Но нефть — это также основной источник моторных топлив. Пз нес получают п различные смазочные масла, которые применяют для смазки частей двигателей, станков и других механизмов. Без смазкп не может работать ни одна машина.
Как же разделяют нефть на фракции? Было замечено, что если ее нагревать, то из псе сперва будут выделяться более «легкие» углеводороды, в молекуле которых меньше атомов углерода. А затем, по мере повышения температуры, выкипают более «тяжелые» — с большим числом атомов углерода в молекуле.
Это различие в температурах кипения углеводородов и используют для их разделения. Пары углеводородов, выкипающие из нефтп при различных температурах, охлаждают (к о и д е н сиру ю т) и получают таким образом отдельные группы углеводородов с относительно близкими температурами кипения. Этот способ разделения нефти па фракции называется перегонкой. Он известен давно.
В России один из первых заводов для перегонки нефти был построен еще в 1823 г. па Кавказе
Рис. 2. Продукты, получаемые из угля.
Нефть
Горячий мазут
Рис. 3. Теплообменник (в разрезе).
I
на трубчатых установках непрерывного действия. В них для подогрева нефти применяют специальные мощные трубчатые печи (см. цв. рис., стр. 304).
Внутри такой печи уложено много труб. Общая длина их достигает 1—2 км. Насосы непрерывно прокачивают по пим нефть, которая постепенно нагревается. На выходе из последней трубы ее температура составляет уже свыше 300 . При этом часть углеводородов испаряется.
Смесь паров и жидких углеводородов поступает в высокую металлическую колонну, где их разделяют на фракции.
Для обогрева трубок в качестве топлива обычно используют один из продуктов перегонки нефти — мазут. По трубе его подают в топку, где распыляют на мелкие брызги, которые сгорают в виде факелов длиной до 4 м.
Колонна для разделения паров нефти называется ректификационной. Это сложное сооружение диаметром 3—4 м и высотой свыше 30 м — примерно с десятиэтажный дом. Внутри нее находится до 40 специальных устройств — тарелок.
Температура внизу колонны около 300°, а наверху 90—100°. Пары нефти подаются из трубчатой печи в нижнюю часть колонны и постепенно поднимаются наверх. Тяжелые углеводороды, которые кипят при температуре выше 300 , стекают в самый низ. Это и есть мазут.
Так как температура наверху колонны 90—100°, то сюда дойдут пары только тех углеводородов, которые кипят при температуре ниже 100'. А остальные превратятся по пути в жидкость — сконденсируются — и останутся на разных тарелках.
Тарелки в колонне по форме похожи на обычные тарелки. Но только на их дне есть много выступающих трубочек с крышечками — колпачками. Эти тарелки так и называют колпачке в ы м и. Через такие трубочки и проходят поднимающиеся снизу пары углеводородов.
Как только тарелка заполнится, жидкость начинает стекать вниз, на следующую тарелку. Но ведь чем ниже, тем температура выше! И часть жидких углеводородов снова испаряется и поднимается вверх. Но чем выше, тем температура ниже. Часть паров опять конденсируется и стекает вниз.
Таким образом, в колонне все время движутся пары и жидкость: пары — вверх, а жидкость — вниз. Этим достигается более полное разделение углеводородов: на тарелках остаются только те, которые кипят при почти одинаковой температуре.
Так нефть разделяют на отдельные фракции. Их по трубкам отбирают с тарелок и охлаждают. С верха колонны получают бензин, чуть ниже — керосин, затем — соляр и газойль. В самом низу колонны остается мазут, который состоит из тяжелых углеводородов с температурой кипения выше 300 . Газообразные углеводороды отводят по трубе в самой верхней части колонны.
Трубчатая установка работает непрерывно: в печь все время подают насосом нефть, а из колонны отбирают полученные при перегонке продукты.
Кроме трубчатой печи и ректификационной колонны, в установке есть насосы для перекачивания нефти и продуктов перегонки, теплообменники для нагревания нефтп п охлаждения горячих продуктов перегонки н много других приборов и аппаратов.
Теплообменник — это труба диаметром около 0,5 м и длиной в несколько метров (рис. 3). Внутри ее много трубок диаметром не больше пятикопеечной монеты. Через большую трубу прокачивают холодную нефть, а по маленьким — горячий продукт. Нефть нагревается, а продукт охлаждается.
На современных трубчатых установках холодную нефть пропускают через несколько теплообменников. Она нагревается почти до 10( , и после этого ее закачивают в трубчатую печь.
Так теплообменники позволяют сберечь много мазута. Ведь мазут не только топливо. Если его перегнать на трубчатой установке прп более высоких температурах и под вакуумом, то пз
ПРЕВРАЩЕНИЯ НЕФТИ И УГЛЯ
него можно получить много различных смазочных масел.
После такой перегонки остается тяжелый остаток — гудрон. Но его тоже не выбрасывают. Если гудрон нагреть и продувать воздухом, то он окислится кислородом воздуха и превратится в битум. А из него получают асфальт. Тонким слоем горячего битума покрывают водопроводные и газовые стальные трубы перед тем, как их опустить в траншею и засыпать землей. Битумом обмазывают фундаменты
домов, чтобы предохранить их от влаги. Применяют его и при изготовлении граммофонных пластинок.
С развитием авиации и автомобилестроения потребовалось огромное количество бензина. Но из каждой тонны нефти при ее перегонке обычным способом можно получить в среднем 100 кГ бензина и около 400 кГ мазута. Перед химиками встала новая задача — увеличить количество бензина, добываемого из нефти. Нельзя ли для его получения использовать
керосин, соляр и мазут?
В состав бензина входят такие углеводороды, в молекуле которых не более десяти атомов углерода. А керосин, соляр, мазут состоят из более тяжелых углеводородов, с большим количеством атомов углерода в каждой молекуле. Вот если бы можно было расщепить, разделить эти тяжелые молекулы наболев легкие, с небольшим количеством атомов углерода в каждой!
И химики нашли такой способ. Оказывается, если мазут нагреть до температуры 400-500°, то под давлением в несколько десятков атмосфер его тяжелые и сложные молекулы распадутся на более легкие и мелкие.
Такой процесс расщепления молекул углеводородов при высоких температурах называется термическим крекингом (рис. 4).
Крекинг-установка состоит из трубчатой печи, реактора, в котором расщепляются молекулы, колонны, где разделяются продукты расщепления, и насосов.
Внешне крекинг-установка напоминает установку для перегонки нефти.
Насосы под большим давлением прокачивают мазут через трубчатую печь. Он нагревается до нужной тем-
Рис. 4. Установка для термического крекинга.
пературы и под давлением 40—50 атпм поступает в реактор. Здесь и происходит крекинг, т. е. расщеплен пе молекул углеводородов. Полученные прп этом новые углеводороды испаряются в испарителе и поступают в колонну для разделения по фракциям — так же, как и при перегонке.
Прп термическом крекинге и.} 1 Т мазута получают около 100 кГ бензина и до 800 кГ более тяжелого продукта — кероспио-соляро-вон фракции. Ес обычно снова подвергают крекингу, чтобы получить больше бензина. В результате каждая тонна этой фракции дает дополнительно около 500 кГ бензина. При термическом крекинге более легкого продукта перегонки — лигроина можно получить пз каждой его тонны свыше 700 к Г высококачественного бензина.
Применяется также крекинг керосшю-га-зоплевых фракций перегопкп нефти прп большой температуре — около 700 — и почти атмосферном давлении. Он называется и п-релизом.
При пиролизе большие и тяжелые молекулы углеводородов сначала расщепляются на более легкие, с меньшим количеством атомов углерода в каждой. А потом под влиянием высокой температуры они соединяются между собой и образуют новые углеводороды, в которых атомы углерода соединены в замкнутую цепь: получаются бензол, толуол п т. д. Это так называемые ароматические углеводороды, которые служат ценным химическим сырьем.
Бензол, например, применяют для изготовления красителей, взрывчатых веществ, лекарств, фотографических препаратов. Если его обработать серной и азотной кислотами, то получится нитробензол — жидкость с запахом горького миндаля. Из него получают анилин, который служит основой для изготовления красителей п лекарственных веществ — белого стрептоцида, сульфидина, норсульфазола.
При пиролизе образуется п очень много газообразных углеводородов, которые также служат сырьем для получения различных продуктов.
(Существует еще один, более совершенный способ получения легких углеводородов и высококачественного бензина. Это каталитический крекинг, проходящий в присутствии катализатора.
В качестве катализатора используют глину, содержащую окиси алюминия и кремния. Еслп подвергнуть каталитическому крекингу керо
сино-газойлевую фракцию перегоикп нефти, то пз каждой тонны ее можно получить около 300 кГ авиационного бензина пли около 450 кГ высококачественного автомобилыюго бензина. Керосипо - газойлевую фракцию нагревают в трубчатой лечи до 450 и подают насосами в реактор. Если при термическом крекинге нужно создать большое давление, то при каталитическом достаточно всего около 3 отм.
Пары углеводородов поднимаются в реакторе вверх, а навстречу им опускается в виде мелких шариков катализатор. Под его влиянием молекулы углеводородов расщепляются. Выходящая из реактора смесь паров углеводородов поступает в ректификационную колонну и разделяется па отдельные фракции. Газы, которые образуются при этом, содержат много ценных углеводородов — бутан, бутилен и т. н.
Для современных мощных автомобильных и авиационных двигателей внутреннего сгорания требуется много высококачественного бензина. Получают его обработкой при высоких температурах и под давлением бензино-лигроиновых фракций — продуктов прямой перегонки. Этот метод называется риформингом. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразовываются.
Особенно важное значение в нефтепереработке приобрел каталитический риформинг. Он позволяет получать высококачественного бензина на 5—10 % больше, чем прп термическом риформинге. Прп каталитическом риформинге сырье (бензпно-лпгропновую фракцию) нагревают в трубчатой печп до 440—520 и под давлением 2—10 атпм подают в реакционную камеру, в которой находится катализатор. Отсюда продукты реакции поступают в ректификационную колонну, где разделяются.
На установках каталитического риформпнга получают много ценных ароматических углеводородов: бензол, толуол, ксплол. Все онп служат сырьем для производства различных хпмичоскпх продуктов.
Применение крекипг-установок для переработки нефти началось трпдцать-сорок лет назад. Но за небольшой срок в этой отрасли техники достигнуты очень большие успехи. Используя высокие температуры, большие давления и различные катализаторы, химики научились пз одних углеводородов получать другие, менять строение их молекул, нс только расщеплять молекулы, но и соединять пх в молекулы-гиганты, с огромным числом атомов углерода п водорода в каждой. Все это позволило получать пз нефти множество самых различных
продуктов. Вот, например, автомобильные шины. Опп изготавливаются из синтетического каучука. А сырьем для изготовления каучука служат такие углеводороды, как бутан, бутилен, бензол и продукт переработки этилена — этиловый спирт.
На нефтеперерабатывающих заводах есть установки для разделения газовых смесей. Тут иа помощь приходи! холод.
Если смесь газов сжать под давлением в несколько атмосфер и вдобавок охладить до —40 , то газообразные углеводороды, в молекуле которых больше двух атомов углерода, превратятся в жидкость. В газовой смеси останутся только метан, этап и этилен. А если эти газы охладить до —100 , то этилен и этан тоже превращаются в жидкость. Газообразным остается только один метан.
Но жидкий этилен кипит при —104°, а этап при —88 . А если давление увеличить до 10 атм, то этилен будет кипе1ь уже при —56 , а этан при —33 ’. Поэтому смесь жидких газов подогревают. Вначале из нее выкипает этилен, а этап остается.
Установки для разделения газов методом охлаждения — это целые фабрики холода. Опи состоят из нескольких колонн, внутри которых царят нпзкие температуры. В первой колонне пз газовой смеси конденсируют все тяжелые углеводороды, а во второй превращаются в жидкость этилен и этан. Эту смесь жидких газов подают в испарительную колонну, где этилен и этан отделяют друг от друга.
Для разделения смеси газов применяют также вещества, которые хорошо поглощают отдельные углеводороды. Например, если газовую смесь ввести в нижнюю часть колонны, а сверху подавать активированный уголь, то он поглотит часть углеводородов.
Этилен очень широко используется в химической промышленности. Из пего получают этиловый спирт, который пдет иа изготовление каучука и многих других продуктов.
Пз этилена делают очень нужный для промышленности вид пластмассы — полиэтилен. Из бензола и окиси этилена получают, в частности, масло, которое имеет запах розы и идет на производство духов и одеколона.
Но в газах, полученных прп крекинге, содержится сравнительно мало этилена, п его не хватает. Нельзя лп получить его из других углеводородов? Тут на помощь опять приходит крекинг. Если подвергнуть крекингу этан, то из каждых 100 м его можно получить свыше 70 м этилена.
Для получения этиловою спирта этилен сжимают до 70 атм и смешивают с водой. Затем при 300 эту смесь в виде паров пропускают через реактор с катализатором — фосфорной кислотой. Получившиеся продукты реакции направляют в колонну, разделяют и получают этиловый спирт.
При крекинге углеводородов молекулы обычно расщепляются. Но иногда происходит п обратное явление: молекулы соединяются между собой, образуя молекулы-гиганты. Как говорят химики, происходит полимеризация углеводородов.
Гак, если тот же этилен сжать до 1000 атм и нагреть до 200 , то его молекулы соединятся и после охлаждения получится твердое вещество — полиэтилен. Это пластмасса, широко применяемая в промышленности и быту. Однако при производстве полиэтилена можно обойтись без применения таких огромных давлении. Катализатор позволяет получить полиэтилен при давлении не выше 100 атм. К тому же он будет значительно лучшего качества.
Путем крекинга легких углеводородов при 1300 можно получить другой не менее важный для химии продукт — ацетилен. Это газ, который применяют для сварки металлов. Но, кроме того, из пего получают искусствен-^, ный шелк, пластмассу, кинопленку, синтетический каучук и множество других продуктов (рис. 5).
В газах крекинга и перегонки нефти содержится много метана. Достаточно его окислить, и вместе с его окислением происходит образование ацетилена. Для этого кислород и метан подогревают до 500 и смешивают. Затем смесь поступает в реактор. Там она сгорает. Газы, которые при этом образуются, охлаждаются водой. А потом в колонне пз них отделяют ацетплен,
Пз газов крекинга получают, кроме того, различные добавки к бензинам — присадки для улучшения пх качества.
Ведь продукты перегонки нефти — бензиновая, керосиновая и другие фракции — это еще не моторное топливо. Их сначала очищают от вредных примесей — парафина, кислот, сернистых соединений. Затем из них готовят моторные топлива.
Нефти, которые добывают в разных районах нашей страны, отличаются друг от друга по своему составу. Так, в нефтях второго Баку содержится много сернистых соединений. А в некоторых кавказских нефтях много ароматических углеводородов. И продукты перегонки
и крекинга разных нефтей — бензиновая, керосиновая и остальные фракции — тоже отличаются. Поэтому авиационные и автомобильные бензины, топливо для реактивных самолетов и тракторов, а также смазочные масла получают смешиванием разных фракций.
К авиационным и автомобильным бензинам добавляют и другие присадки, улучшающие их качество. Смешивая керосино-газойлевые п соляровые фракции, получают дизельное топливо. А для реактивных
еще много загадок. Нефть состоит из очень большого количества самых разнообразных углеводородов, однако до сих пор ^найдены способы выделения сравнительно небольшого их числа. Большие перспективы для переработки нефти имеет применение атомной энергии. Ученые обнаружили, что при воздействии на углеводороды радиоактивных излучений многие химические реакции проходят более быстро. Радиоактивные излучения в настоя
самолетов топливом служит тщательно очищенный керосин, смешанный с различными присадками.
В нефти, добываемой на промыслах, растворен так называемый «попутный газ». Он содержит много ценных газообразных углеводородов — пропан, бутан, пентан, изопентан и др. Еще не так давно этот газ сжигали в факелах, и миллиарды кубометров ценного химического сырья пропадали. Сейчас для отделения попутного газа от нефти строят специальные устройства — трапы и установки для стабилизации, а для его переработки — газобензиновые заводы. Нефть из скважины поступает в цилиндрический сосуд-трап, где от нее отделяется часть попутного газа. Затем нефть подогревают до 120—150 и под давлением G — 8 атм подают в колонну-стабилизатор. Там из нефти испаряются все газообразные углеводороды и наиболее легкие фракции. После этого газы перекачивают компрессорами по трубопроводам на газобензиновый завод, где из них вырабатывают сжиженным газ и газовый бензин. Полученные из попутного газа пропан и бутан используют при производстве многих синтетических продуктов, а пентан и изопентан — при производстве изопренового каучука, по своим качествам неуступающего натуральному.
В переработке нефти достигнуты большие успехи, по есть
щее время начинают применять при получении пластмасс, в частности полиэтилена, а также для получения пз бензола цепного продукта —фенола.
Еще большее значение имеет радиоактивное излучение в процессах переработки нефти. Исследованиями установлено, что это излучение способно сообщать молекулам углеводородов большое количество энергии. Ведь в настоящее время прп крекинге для этой цели применяют высокие температуры, большие давления и катализаторы. Вполне возможно, что в самом недалеком будущем, применяя радиоактивное излучение (главным образом, гамма-пзлучение), можно будет осуществить переработку нефти при низких температурах и давлениях, без катализаторов, и «атомный крекинг» перестанет быть фантазией.
За работой крекинг-установок и установок для перегонки нефти на нефтеперерабатывающих заводах следит много точных приборов. Они измеряют температуру и давление в различных частях установок, уровень продуктов в колоннах, количество и объем жидкости и паров, поступающих в установки для переработки. Все эти данные передаются по проводам на контрольный щит в операторской. Оператор по показаниям этих приборов устанавливает нужный режим работы.
На современных нефтеперерабатывающих заводах установлены автоматы, которые регулируют и поддерживают задан
ные давления, температуры и уровень жидкости в колоннах. Большие перспективы в деле полной автоматизации процессов переработки нефти имеет применение электронно-счетных машин. Такая машина на основании показаний приборов, измеряющих температуру, давление и другие параметры, может сама определить наиболее выгодный режим работы установки, рассчитать требуемые температуры подогрева продуктов и необходимые давления и поддерживать нужный режим.
Современный нефтеперерабатывающий завод — это большой и сложный комплекс различных установок. Как правило, на каждом таком заводе производится полная переработка нефти, включая подготовку ее к переработке, перегонку, получение смазочных масел, каталитический и термический крекинги и очистку продуктов переработки. Все получаемые при переработке нефти химические продукты, о ко-
Рис. 6. Вполне возможно, что в недалеком будущем «атомный крекинг» перестанет быть фантазией.
торых мы вам рассказали, по специальным трубопроводам перекачиваются на химические заводы, где из них вырабатывают пластмассы, синтетические волокна и др.
ПЕРЕРАБОТКА УГЛЯ
Уголь известен человечеству давно. Однако только с развитием металлургии, с появлением пароходов, паровозов и электростанций, работающих па угле, резко возросли его добыча и использование. Особенно большое значение приобрел каменный уголь, когда из него научились получать много ценных продуктов.
Уголь, так же как и нефть, состоит в основном пз углерода и водорода. Они находятся
в угле в виде очень сложных соединений углеводородов, с большим числом атомов углерода н водорода в каждой молекуле. Эти большие и очень сложные по своему строению молекулы неустойчивы: достаточно нагреть уголь, как получаются отдельные газообразные, жидкие и твердые углеводороды.
Когда уголь сжигают, например, в топке котла, то из него тоже выделяются газообразные п жидкие углеводороды. Но они тут же сгорают. Вот если бы можно было сначала выделить из угля все эти ценные вещества, а уж потом использовать его как топливо! И такой способ был найден. Для этого уголь нагревают без доступа воздуха. Такой способ переработки угля широко применяют в промышленности.
При термической переработке угля большое значение имеет температура нагрева, так как от нее зависит получение тех или иных продуктов разложения. 1ак, если уголь нагревать без доступа воздуха до 500—600°, то из него выделяется первичный газ — смесь газообразных углеводородов и первичная смола — смесь жидких углеводородов. Но жидкие углеводороды, содержащиеся в смоле, при этой температуре испаряются. Получается смесь газов с парами смолы. А уголь после выделения пз него газа и смолы превращается в п о л у к о к с, который имеет вид твердых пористых кусков. Этот способ переработки угля называется полукоксованием.
Смесь газа и паров охлаждают, п смола выделяется из нее в виде жидко-
Рис. 7. По такой схеме из угля получают синтетический бензин.
сти, по вязкости и цвету напоминающей нефть. В каждом кубическом метре первичного газа содержится 70 г легких бензиновых фракций — газового бензина. Для выделения его газ пропускают через слой масла, которое задерживает п поглощает бензиновые фракции. Очищенный газ — хорошее топливо.
Полукокс горпт без дыма и копоти и дает высокую температуру. На больших тепловых электростанциях, где расходуют много угля, выгоднее сначала переработать его на полукокс. Инженеры подсчитали, что если перевести только одну электростанцию мощностью 100 тыс. кет с угля па полукокс, то одновременно с электроэнергией за один только сутки можно получить 150 Т смолы и около 250 тыс. м3 газа.
В смоле содержится много фенола, который применяется для производства пластмасс п красителей, Пз фенола получают также другой очень ценный продукт — с а л п ц и л о-в у ю к п с л о т у, из которой приготовляют такие лекарства, как аспирин и салол. Если первичную смолу обработать растворителями, например смесью спирта и бензола, то из нее можно выделить горный
воск, который идет для изготовления мебельных лаков, мазей и других продуктов.
Искусственный бензин из каменного угля получают методом гидрогенизации: уголь насыщают водородом и получают жидкое топливо с большой теплотворной способностью (рис. 7). Размолотый в дробилке уголь смешивают со смолой и полученную пастообразную смесь подогревают в подогревателе с добавлением водорода. Затем в аппарате для гидрогенизации при очень больших давлениях и температурах уголь переходит в жидкое состояние и насыщается водородом. Полученное жидкое топливо направляется в перегонные аппараты для разделения на фракции, а часть его—для повторного смешивания с углем.
Однако такой способ получения бензина сложный и дорогой, поэтому в настоящее время в СССР подавляющую часть бензина получают пз нефти.
Наиболее широко применяют другой способ термической переработки угля — коксование. Ои заключается в нагреве угля без доступа воздуха до 900—1000 .
Уголь предварительно дробят на кусочки размером не более 3 мм. При коксовании из него выделяются газообразные углеводороды — коксовый газ и жидкие — каменноугольная смола, а кусочки угля уплотняются и спекаются в твердую пористую массу — кокс. Его применяют в качестве топлива и для восстановления окислов руды в доменном производстве.
Коксование угля производят в коксовых печах. Пх, как правило, объединяют в коксовые батареи — по 40—60 печей в каждой (рис. 8). Коксовая печь имеет вид узкой камеры длиной около 14 и высотой до 5 м. Ширина ее всего около 50 см. Это сделано для того, чтобы уголь хорошо прогревался. Обогревают уголь горячим газом через боковые стенки камеры, выложенные огнеупорным кирпичом.
Еслп посмотреть на коксовую батарею в разрезе, то опа напоминает слоеный пирог: каждая коксовая камера отделена от другой отопительным простенком, в котором проходит горячий газ. С обеих сторон камеры закрываются дверками. Сверху над камерами по рельсам движется загрузочный вагон, из которого через загрузочные люки засыпают в камеры уголь.
После того как камера заполнена углем, его разравнивают при помощи специального механизма — п л а н и р а. Дверки герметически закрываются, и начинается процесс коксования.
Коксовый газ и пары смолы отсасываются из камер вентиляторами в газосборпик. При нагреве до 500—600° из угля, как и при полукоксовании, выделяются первичный газ и первичная смола. Смесь газов и паров смолы, проходя в верхнюю часть камеры, из-за высокой температуры частично разлагается. Получаются коксовый газ и каменноугольная смола. При дальнейшем нагревании из угля дополнительно выделяются газы, а сам уголь спекается п образует коксовый пирог. Процесс коксования длится около 16 час.
После окончания коксования специальная машина — коксовыталкиватель — выталкивает в боковую дверцу раскаленный спекшийся коксовый пирог. Коксовыталкиватель движется по рельсам вдоль веек коксовой батареи и поочередно выталкивает готовый кокс из камер. Кокс падает по желобу с большой высоты в тушильный вагон и разбивается прп этом на отдельные куски. Электровоз подвозит вагой с раскаленным коксом под охладительную башню, где он охлаждается водой. После охлаждения кокс сортируют на куски одинаковой величины и отправляют на металлургический завод.
В коксовом газе, выходящем из камер, содержится в впде паров каменноугольная смола и ряд других химических веществ. В каждом кубическом метре его содержится около 120 Г смолы, до 40 Г бензола и около 10 Г аммиака.
Поэтому из коксового газа сначала отделяют все эги вещества и тщательно очищают его па очистительных установках. Из него также выделяют пиридин, который применяют для изготовления некоторы х лекарств, в части ос тп пирамидона.
Коксовый газ — хорошее топливо. Его используют для обогрева коксовых печей. Но в нем содержатся метан, водород, окись углерода, этилен и другие вещества, которые используются как химическое сырье.
Каменноугольную смолу тоже подвергаю! переработке. Ее перегоняют на трубчатой установке и разделяют на отдельные фракции: легкое, среднее п тяжелое масла, антраценовое масло и иек. Из легкого, среднего и тяжелого масел иолучают такпе химические вещества,
Схема действия трубчатой установки для перегоикп пефти. Слева — трубчатая печь, пз которой пары нефти и юрячая жидкость поступают в ректификационную колонку. Наверху выделяются газ п более легкие фракции, внизу — мазут, который используется для отопления печи. Нефть впечь полается насосом из нефтехранилища.
как бепзол, фенол, нафталин. Из антраценового масла получаю! антрацен. Его используют для изготовления красителей. Нафталин применяют для изготовления красителей, медицинских препаратов и в быту. А пек идет на изготовление толя и па покрытие для дорог.
Если смесь кокса и известняка нагреть до 3000е в пламени электрической дуги, то получится карбид кальция. А если карбид кальция опустить в воду, образуется ацетиле и. В настоящее время значительное количество этого газа получают именно таким способом.
Один из способов переработки угля — его газификация. При таком способе переработки твердое топливо — уголь превращают в газообразное — горючий газ.
Сжигать в котельных газ удобнее, чем уголь: не образуется золы, не надо тратить усилия для подачп угля в топку: газ сам но трубе будет поступать в топку и сгорать.
Газификацию угля производят в газогенераторах (рис. 9). Это вертикальная печь пз огнеупорного кирпича. Сверху в псе засыпают уголь, а снизу продувают воздух. В газогенераторе происходит неполное сгорание угля, и газ, богатый окисью углерода п другими летучими продуктами, уходит по трубе.
Но для того чтобы получить из угля газ в газогенераторах, его необходимо сначала добыть пз недр земли. А нельзя ли производить газификацию угля прямо в земле? Оказывается, можно. Подробнее об этом можно прочитать в статье «Подземная газификация».
Способы переработки угля и нефти все время развиваются п улучшаются. С каждым годом
ЗАГРУЗОЧНОЕ ОКНО
ВОЗДУХ Рис. 9.Газогенератор.
наша страна получает из них все больше и больше самых разнообразных продуктов. Уголь и нефть — это неисчерпаемый источник сырья для химической промышленности.
МАТЕРИАЛЫ НЕОГРАНИЧЕННОГО ВЫБОРА
«г? ольшая группа веществ, гигантские молекулы которых образовались в результате многократных последовательных присоединений друг к другу обычных небольших молекул», — с таким определением полимеров можно встретиться в любой из многочисленных книг, прославляющих эти вещества как «материалы безграничных возможностей», как главную составную часть «мира, сделанного на заказ».
За последние годы наука проникла в сокровенные тайны строения этих важных веществ, научилась управлять их свойствами и даже «проектировать» полимеры с заранее заданными свойствами.
Техника умеренных температур, скромных давлений, небольших скоростей, не знавшая еще не телевизоров, ни радиолокации, ни ракетопланов, могла довольствоваться сравнительно
Чтобы превратиться в ткани, шерсть и хлопок проходят длинный путь: через прядпльпые машины — к ткацким станкам, потом — к набивным машинам.
И 20 Детская энциклопедия, т. 5
305
бедным набором материалов. Новейшие научные открытия, послужившие толчком для мирных применений атомной энергии, высотных полетов и бурного расцвета электроники, придали развитию техники особую стремительность. В свою очередь наука стала получать от техники новые, все более сложные задания. Все чаще они касаются создания материалов с невиданными доселе, небывалыми свойствами, а главнее с непривычным сочетанием свойств.
Однако, даже когда выяснены способы удовлетворения этих новых потребностей, продвижение в желательном направле-
а
ный затруднено, сслп производство повых материалов нс обес-
печено доступным сырьем. И ученым удалось за последние годы открыть такие богатые источники наиболее подходящего для производства полимеров сырья, что и это важное условие их продвижения в жизнь оказалось выполненным.
Основой основ современной техники продолжают оставят ься металлы, в первую очередь черные. Сейчас сталь облагораживают различными добавками,
которые укрепляют ее структуру, придают ей повышенную упругость, твердость, жаростойкость, помогают сопротивляться химическим разрушениям
в
Рис. J. Современные методы химии полимеров позволяют широко изме-
пять свойства полимерных веществ (а). Блоксополимеризация делает возможным создание цепных молекул с правильным чередованием выбранных для построения полимера однородных блоков(б). «Прививка»
одного полимера к «стволу» или боковым группам другого полимера (в) позволяет синтезировать материалы с заданными свойствами.
коррозии, улучшают ее магнитны^ свойства. Этпм целям служат ванадии и марганец, хром и молибден, вольфрам и никель.
Особое место в технике отвоевали себе «кры
латые» металлы — алюмлйий, магний, титан — и их сплавы, благодаря прочности и легкости ставшие основой авиации. Но долог путь от руды до готовой детали!
Во всех случаях, когда металл удается заменить материалом равной прочности, но олее пластичным, легко обрабатываемым, промышленность охогно на это идет, — настолько охотно, что, скажем, в пассажирском самолете ТУ-104 имеется уже около 120 тыс. детален, изготовленных и < пластических масс и резин.
JJo пластическим массам в машиностроении обеспечен такой радушный прием не только потому, ч1 о онп более ^технологичны», т. е. легко превращаются в готовые изделия. Оказывается, чю и по своим качествам онп часто нс только заменяет металл, по и превосходят его.
Пластические массы — это либо чистые полимеры, вроде полиамидной смолы — нейлона, из которой отливают, например, нержавеющие, не нуждающиеся в окраске и чистке, не ломающиеся при столкновении с плавающими предметами или с грунтом на мелях судовые гребные винты, либо слож
пые композиции, в которых в качестве удешевляющего и
упрочпяющего наполнителя участвуют древесная мука, минеральные порошки, асбест, бумага, стеклянное волокно, стеклоткань или дерево, а полимеры исполняют в этом своеобразном пластичном «бетоне» роль связующего вещества — клея или цемента. Чистый выигрыш от применения пластмасс в машиностроении измеряется не только количественными показателями. Пластмас
сы позволяют конструкторам создавать более совершенные машины.
НЕЗАМЕНИМЫЕ КАЧЕСТВА
Давайте проследим, за счет каких качеств пластмассы побеждают сталь в манпшостроении. Для изготовления подшипников из по-
лпамидиой смолы — нейлона — не требуется столь высокой точности, как при изготовления подшипников металлических. А работают онп дольше. Мало того, они способны гасить вибрации вращающихся деталей, которые приносят подчас много неприятностей. С переходом на нейлоновые подпиши и кп удалось. Пйпрпмер, вдвое повысить скорость веретен прядильных машин, где опасные вибрации были погашены в материале подшипника. Эти достоинства пластмассовых деталей объясняются высокой упру-
МАТЕРИАЛЫ НЕОГРАНИЧЕННОГО ВЫПОРА
гостью капрона и его малым коэффициентом трения. Податливость пластмассы предотвращает сосредоточение нагрузок па малых участках; подобно подушке, подшипник приспосабливается к любой форме опорной поверхности вала, плотно к пен прилегая.
Пластмассовые шестерни работают бесшумно. Сопрягаясь с металлическими, они не искрят, а это очень важно в тех случаях, когда машина работает па взрывоопасном производстве. Пластмассы в 5—8 раз легче стали и поэтом у незаменимы для быстродвпжущихся деталей машин и самолетного оборудования, конструируя которые инженеры стараются выгадать каждый грамм веса.
Болты из спрессованного нейлона не нужно изолировать от электрического тока. Благодаря своей упругости они незаменимы при соединении неподвижных деталей. Из них можно изготовлять «равнопрочные» детали, в то время как металлические детали машпн срабатываются в разные сроки, что ведет к частым поломкам п усложняет ремонт. Кузова автомашин и катеров, изготовленные пз армированных пластмасс, не боятся ударов при столкновении. Еслп даже в них образуются вмятины, пх можно выпрямить, просто нажав на них с противоположной стороны. Сейчас уже появились пластмассовые пружины, нс подверженные коррозии и нс теряющие эластичности долгое время
Искусственные полимерные материалы способствуют более полноценному использованию природного полимера — дерева. Каждый знает, что дерево легко расколоть вдоль, разделяя волокна, и трудно перерубить пх поперек. Хотя древесина неплохо поддается обработке, затраты труда на все процессы обработки весьма велпкп п относительно мало продуктивны, потому что остается много отходов. Нс использовались ветки, горбыли, стружки, опплки — больше половины исходного материала пропадало, пока па выручку нс пришли полимерные материалы. Ими пропитывают и оклеивают размолотые или превращенные в стружку былые «отходы», п под горячим прессом получаются дре-вссно-волокпнстые или древесно-стружечные плиты.
Свойства их во всех направлениях одинаковы: их не «поводит» при повышенной влажности, онп не рассыхаются и не подвержены загниванию. Для наружной отделки изделий из древесно-волокнистых пли древесно-стружечных плит могут служить тонкие слои цепной породы натуральной древесины (так называемый шпон) или их многокрасочные печатные
воспроизведения, защищенные от повреждений тонкой прозрачной пленкой пз того или иного полпмера. Гакпм образом, при помощи полимеров не только используются былые отходы, но и не утрачиваются декоративные качества дерева.
В судостроении древесина очень давно уступила главные позиции металлу, защищаемому от разрушающего воздействия морских солей и биологического обрастания по-лиморпыми пленками с добавкой ядовитых веществ. Сейчас и в конструкции малых судов ее окончательно вытесняют легкие п прочные полимерные материалы с каркасной основой из стеклоткани. Склеенные из пропитанной полимерами стеклоткани корпуса судов отделывают изнутри еще более легкими, плавучими обшивками из пористых полимеров.
Прочность всех этих древесных и стеклово-локппстых материалов на полимерной основе поразительна, в особенности если принять во внимание пх малым удельный вес. Например, слоистые бумажные пластики, пропитанные одним пз самых старых и самых распространенных видов полимеров — смолами, изготовляемыми из формальдегида и фенола, при удельном весе 1,3—1,4, имеют прочность па разрыв 7—10 кГ па 1 льм2.
Пластические массы, изготовленные пз стеклянной ткани, пропитанной другим видом полимеров — полиэфирными смолами, которые получаются при реакции фталевого ангидрида с глицерином (глифталь или глипталь), при удельном весе 1,6—1,3 обладают разрывной прочностью в 30—70 кГ на 1 мм2. Дерево при
s
S
\
\ I
СИЛОСНАЯ БАШНЯ ИЗ ПЛАСТМАССЫ
Силосную башню можно изготовить из пластмассы. Она представляет собой чехол пз виниловой пленки, который помещается в собираемый из отдельных секции проволочный сетчатый каркас. После заполнения силосом (а башня вмещает его 40 Т) чехол сверху завязывают. Пластмассовая пленка предохраняет силос от попадания воздуха и влаги, и он хорошо сохраняется. Пашня очень портативна: в сложенном состоянии она умещается в коробке размерами 60X120 см. Ее легко можно перевезти в нужное место и быстро собрать. Диаметр башни в собран ном виде более 4 м, а высота 3,5 л.
РАДИОДЕТАЛИ ИЗ КАПРОНА
О том, что из капрона изготовляют красивые чулки, знают, пожалуй, все. Многие, вероятно, слышали и о прочных, не поддающихся гниению капроновых рыболовных сетях. Ио знаете ли вы, что скоро можно будет купить радиоприемник, многие детали которого изготовлены из капрона? Держатели катушек, корпуса сопротивлений и некоторые другие детали, обычно изготовлявшиеся из других пластмасс, будут прессоваться из капрона. Такие детали эластичнее и дешевле других пластмассовых, их легче обрабатывать.
удельном весе 0,5—0,8 имеет прочность на разрыв 7 кГ на 1 мм2. Прочность обычной стали 60 к-Г на 1 мм2, зато удельный вес 7 — 8. Уступая дереву по удельному весу, пластические массы превосходят по прочности не только дерево, во и многие металлы.
Строительные материалы, изготовленные на основе полимеров, благодаря своему небольшому удельному весу гораздо выгоднее камня. Они расширяют области полезного применения искусственных камней, к которым относятся и давно известные материалы — обожженная глина, стекло, бетон.
Многие полимеры, среди которых наибольшее распространение получилп акриловые смолы (полимеры акриловой, метакриловой кислот и их производных — эфиров и нитрилов), успешно заменяют обычное стекло во всех случаях, когда высокий удельный вес и природная хрупкость стекла — этого превосходного во всех остальных отношениях материала — препятствуют его использованию. Например, поли мета к рил ат (полимер метилового эфира и метакриловой кислоты), широко известный под названием плексигласа, позволил остеклить самолеты непробиваемой прозрачной броней.
Из полиметакрилата, который называют также «органическим стеклом», изготовляют увеличительные небьющиеся стекла для часов, циферблаты, прозрачные сосуды, не говоря уже о многих изящных и красивых изделиях народного потребления. Для прослоек в безопасных стеклах автомашин начинают применять прозрачную виниловую смолу — поливинил-б у т и р а л ь. Она не изменяет своего цвета под действием ультрафиолетовых лучей и сохраняет прочность при низких температурах.
Природным каучук — эластичное, горючее легко растворимое в маслах и бензине вещество. Синтетические каучуки сохранили лишь главное качество природного — эластичность, но приобрели много новых полезных свойств. Из новых бензино- и маслоустойчивых синтетических каучуков так называемый поли-у р е т а н о в ы й по химической природе вообще не имеет ничего общего с натуральным. Он необыкновенно прочен к истиранию.
В ряду «классических» материалов, которые человек использует для техники, нам осталось коснуться только волокон и кожи. У этих материалов много достоинств; прежде всего они прочны и гибки. Это объясняется их полимерной основой. Целлюлоза, пз которой состоят в основном волокна хлопка, льна, конопли н других текстильных материалов, так же как кератин шерсти и белок натурального шелка (фиброин) или кожи (коллаген),— это природные полимеры.
Полимерная основа для создания синтетического подобия кожи уже «сконструирована». Труднее всего было воспроизвести тончайшую сеть капиллярных пор, которые не пропускают холод и влагу извне и позволяют свободно испаряться избыточной влаге внутри об>вп, о5-разующеися при ее носке. После того как удалось преодолеть это затруднение (чаще всего поры образуются в синтетическом заменителе кожи путем испарения заранее заделанных в него твердых частичек газообразователя), изящная, легкая и ноская искусственная кожа в сочетании с пористыми, стойкими к истиранию резиновыми подошвами стала полноценным материалом для массового изготовления обуви.
Занялись химики и созданием новых полимеров, пригодных для изготовления волокон разного назначения. Они стремились также найти способ изготовления высококачественных полимерных цепей, прпгодных для вытягивания из них синтетических волокон пз наиболее доступного сырья. В этом отношении достигнуты исключительные успехи.
Наиболее широко применяются для изготовления синтетических волокон полиамидные смолы : капрон, нейлон, энант и др.— вещества, молекулы которых имеют линейное строение. Их название связано с тем, что отдельные звенья молекулы соединены амидными группами. Эти группы НСО содержатся также в природных веществах белкового характера, в кератине шерстп п фиброине шелка. Именно поэтому капрон п нейлон
обладают цепными техническими свойствами, близкими к свойствам животных волокон.
Ряд преимуществ по сравнению с капроновым волокном имеет энантовое волокно, метод производства которого разработан советскими учеными.
Ценными качествами обладает полиэфирная смола, получаемая в результате взаимодействия терефталевой кислоты с этиленгликолем. В Советском Союзе эта смола известна под названием лавсана. Волокно из нее отличается высокой прочностью, устойчиво к действию высоких температур, кислот и окислителей, не пзменяется под действием солнечного света. Кроме того, лавсан нашел интересное применение в хирургии: из него изготовляют протезы отдельных кровеносных сосудов и даже целых пучков сосудов. Главная отличительная черта волокна из лавсана — большая упругость, напоминающая упругость шерсти, и высокая устойчивость к сминанию. Костюмы, изготовленные из него, не нужно гладить даже после длительной носки, они не теряют складок при сырой погоде.
Подобными же свойствами обладает волокно, известное в СССР под названием нитрона (в других странах оно называется орлоном). Оно создано па основе полимера питроакрило-вой кислоты — н о л и а к р и л и и т р и л а. Нитрон — прочное красивое и шелковистое волокно, по своим свойствам приближающееся к натуральной шерсти. Из него также изготовляют нсмнущиеся ткани.
Прочность на разрыв капрона — далеко не лучшего синтетического вещества — во много раз больше, чем у шерсти, вдвое больше, чем у шелка, и почти не уступает прочности сталп.
Не оспаривая конечного вывода, который следует из этих сопоставлений, химики, однако, предостерегают против недооценки целлюлозных волокон как наиболее массового и доступного текстильного материала. Они указывают на интересную возможность химического «облагораживания» этих волокон, о чем мы расскажем дальше, когда перейдем к описанию способов получения полимеров. А сейчас на нескольких примерах мы покажем, как выяснение глубоких и многосторонних связей между составом и строением молекул
полимеров и свойствами образуемых ими полимерных материалов приводит химиков в союзе с физиками к отысканию материалов, в наибольшей степени соответствующих требованиям техники.
КАК СОЗДАЮТСЯ МОЛЕКУЛЫ-ГИГАНТЫ
Молекулы иолимеров, напоминающие цепочку простых молекул, нарастают, удлиняются и, колоссально укрупнившись, даже если они построены по простому правилу сложения, приобретают совершенно новые, своеобразные свойства.
До самого последнего времени химик представлял себе молекулу как конструкцию не только сравнительно простую, но и, главное, устойчивую, физически неизменную. Однако полимерные молекулы, как оказалось, сами, но выражению химиков, «обладают многими свойствами физического тела». Вот что это означает.
В каучуке, например, длинные полимерные цепочки сворачиваются в переплетающиеся между собой клубки. При растяжении кусочка каучука эти клубки распрямляются, затем под действием теплового движения вновь собираются в клубок, и резина сокращается до прежних размеров. Именно потому, что молекулярные цепочки перепутаны, кусок резины обладает способностью свободно растягиваться, не разрываясь (конечно, до известных, строго определенных пределов).
«Каучукоподобными» свойствами могут быть наделены не только те вещества, которые в химическом отношении подобны натуральному каучуку. Свойствами каучуков могут обладать различные полимеры, лишь бы их молекулы под
Рис. 2. Некоторые кремнийорганические полимеры придают тканям, коже, строительным материалам и т. п. свойство несмачиваемости (гидрофобности).
действием теплового движения могли скручиваться в клубки.
Картпна поведения полимеров осложняется тем, что в межмолекулярных взаимодействиях может принимать участие нс вся молекула в целом, а единичные «шарнирно» связанные мономерные ее звенья.
Как видим, даже на самом начальном— «молекулярном» —- уровне полимеры обладают совершенно необычными свойствами. Они как бы «изнутри» взрывают столетиями складывавшиеся представления о так называемом агрегатном состоянии тел. В действительности, разумеется, все эти представления полностью сохраняют свою силу, но картина их проявлений оказывается значительно сложнее, чем можно
было предполагать тогда, когда ученые еще не проникли в удивительный мир полимеров. Едва только приступая к изучению химии и физики, мы уже приучаемся строго различать твердое, жидкое и газообразное состояния веществ. Вступая в «страну полимеров», мы должны если и не пересмотреть весь арсенал наших исходных знаний, то, во всяком случае, научиться этим оружием лучше владеть.
Начнем с того, что полимеры вообще не могут существовать в газообразном состоянии. Внутренние силы сцепления, действующие между перепутанными молекулами, столь сильны, что под действием внешних сил, стремящихся разделить молекулы (например, при сильном нагреве), они распадутся на исходные звенья (как говорят
х и м п к и, « д е п о л и ме ри з у ют ся ») раньше, чем начнется испарение полимера. В газообразное состояние могут обратиться только составные части полимерных цепей — мономеры.
Агрегатное состояние обычных тел зависит от степени интенсивности теплового движения пх молекул. Но, когда мы имеем дело с длинными цепочечными молекулами полимеров, нам приходится различать тепловое движение цепочки в целом и тепловое движение отдельных звеньев, ее составляющих. И вот оказывается, что размеры полимерной молекулы и здесь пграют решающую роль, определяя ее новые, удивительные особенности. Если цепочки настолько перепутаны, что их смещение друг относительно друга очень затруднено,то практически полимер ведет себя, как твердое тело. Но отдельные звенья полимерной цепочки двигают ся интенсивно, и это приводит к важным последствиям.
Представим себе полимерную молекулу, как «ожерелье» из обычных молекул, связанных гибкими тонкими иптямн. Если тело, сложенное из таких молекул, подогреть выше температуры его плавления, то оно приобретает некоторые свойства жидкости, в частности будет облегчена его деформация под
действием внешних сил. Однако межмолску-лярные связи будут продолжать действовать. Поэтому такое тело, уже ставшее по существу «жидким», во удастся, однако, ни разбрызгать, ни испарить. В то же время оно будет легко менять свою форму под самым легким давлением пальца; впрочем, лишь в тех пределах, в которых это ему позволяют межмолекулярные связи. Иначе говоря, в таком «нс вполне жидком» состоянии полимер, в котором подвижность цепей в целом ограничивается, по практически не ограничена подвижность их звеньев, будет проявлять эластичность.
При понижен ли температуры все будет обстоять тоже не так просто, как в обычном теле, сложенном из малых молекул. Между молекулами. играющими роль звеньев в полимерной цепи, могут возникнуть дополнительные связи. Это приводит к значительному повышению прочности. В таких условиях полимер становится обычно аморфным твердым телом. Почему аморфным? Да потому, что цепочки перепутаны между собой п составляющие их звенья не могут уложиться в правильную кристаллическую решетку. Иначе говоря, наша связанная жидкость («не вполне жидкость») вступит в так называемую область стеклования — попросту говоря, замерзнет без образования кристаллов.
Впрочем, полимеры можно заставить и кристаллизоваться, нисколько прд этом не нарушая полимерного строения самих молекул. Если до тоги момента, когда наступает температура стеклования, полимер сильно растянуть, цепочки в какой-то мерс распутаются, вытянутся и сориентируются параллельно друг другу. При этом, естественно, появятся благоприятные условия для кристаллизации. Такой кристаллический полимер приобретает дополнительную прочность по сравнению с аморфным.
Свойство полимеров кристаллизоваться при растяжении (на физическом языке это называется «кристаллизацией при ориентации») широко используется при прядении синтетических волокон. «Вытяжка» на специальной машине значительно повышает их прочность.
Вытя1ивание — не единственный способ кристаллизовать полимеры. Недавно открыты методы полимеризации, при которых получаются цепочки особо упорядоченной структуры. В готовом полимере они образуют кристаллическую решетку уже в силу «внутреннего» стремления к упорядочению. Волокна из таких и з о т а к-т и ч о с к и х полимеров сейчас научились изготовлять, например, из легкодоступного газа — пропилена.
Рис. 4. Чтобы «сковать» молекулярную цепочку, химик применяет высокие температуры и давления. Однако температура подчас не только помогает, молекулам соединяться в длинные цепочки, но и рвет их. Подобно тому как с помощью игл сшиваются куски ткани, так и химики при помощи катализаторов «сшивают» молекулы и превращают одни вещества в другие.
Для наглядности мы пытались представить себе полимер как обычное тело со «связанными» молекулами. Такое «связывание» полимерных цепочек широко применяется в промышленности. Ближайший пример — хорошо известная вулканизация каучука. Полиизопреновые пли полпбутадиеповые цепочки каучука (в первом случае мы имеем дело с натуральным каучуком пли с его синтетическим аналогом, во втором с одним из синтетических каучуков) связываются поперечными мостиками пз серы1.
Основная цель такой операции (она-то, собственно, п называется в у л к а н и з а-ц п с л) —раз и навсегда зафиксировать взаимное расположение отдельных цепочек, чтобы предотвратить «течение» полимера в целом. Для этого, оказывается, вполне достаточно создать на одной исходной цепочке всего лишь 2—3 по--ш речные связп.
На подвижности отдельных звеньев это почти не отражается, и такой полимер по-прежнему будет каучукоподобным, т. е. высокоэластичным, находясь одновременно в двух твердых состояниях аморфном п крпсталли-
1 Существуют и некоторые другие способы создания поперечных связей, в частности под действием радиоактивных излучений.
чсском. Однако прочность иго в высокоэластичном состоянии значительно повышается.
Из всего сказанного можно сделать следующий важный вывод: в зависимости от интенсивности теплового движения отдельных звеньев один и тот же полимер может существовать либо в виде высокоэластичного каучука, либо в виде аморфной пластмассы, либо в виде кристаллических волокон.
Следует заметить, что пластмасса тоже может быть сделана кристаллическом. Но это не всегда выгодно. В тех случаях, когда она предназначена для использования в качестве стекла, кристалличность — нежелательное свойство, ибо закристаллизовавшееся стекло становится мутным.
Повышение температуры — не единственный способ повышения подвижности звеньев в полимерной цепи.
Погружение куска полимера в подходящий растворитель приводит на первых порах к его частичному растворению. Результаты этого процесса во многих подробностях напоминают нам то самое «частичное плавление», прп котором полимер можно себе представить как цепочку из отдельных звеньев-моиомеров, соединенных гибкими нитями. При частичном растворении отдельные звенья большой молекулы переходят в раствор, однако связующие их «нити» сохраняются. Каждая молекула при этом обретает подвижность, но не может уйти от своих соседей па расстояние, превышающее длину «связи». Пространство между этими молекулами заполняет растворитель.
Как же сказывается такое пеполнос растворение на поведении реального полимера? Молекулярные цепочки, из которых он состоит, все еще продолжают быть перепутанными. Таким образом, свойства, которые от этого зависят, до поры до времени не меняются. Но то, что отдельные звенья как бы переходят в раствор и приобретают подвижность, сказывается на состоянии полимерных тел: полимер «набухает».
Даже впитывая большое количество растворителя, полимер долгое время сохраняет форму куска. Одпако объем его все увеличивается и увеличивается. Он может «вырасти» в несколько раз. Такой опыт легко удастся с куском плексигласа, если его ненадолго опусти гь в бензол пли хлороформ. Плексиглас разбухнет и постепенно перейдет в каучукоподобное состояние.
Явление «частичного растворения» вы можете понаблюдать, еелп у вас дома есть кружевная салфетка или дождевой плащ из поливинилхлорида или поливинилацетата. Эти ве
щества сами ио себе образуют пленки жесткие и ломкие. Чтобы изделия из них стали мягкими и эластичными, в них вводится растворитель* в промышленном обиходе его называют п л а-с т и ф и к а т о р о м.
Набухая в растворителе, пленка полимера приобретает эластичность. Легко догадаться, что для использования в качестве пластификаторов подбираются растворители точка кипения которых достаточно высока. Иначе они слишком быстро испарятся из полимера, и тот «загрубеет». Рано пли поздно это все же происходит. Поливинилхлоридовые или псливи-пи л ацетатные плащи и салфетки начинают «деревенеть» и коробиться.Попробуйте протереть их глицерином: «частичное растворение» в какой-то мере вернет им прежнюю мягкость. Но вам не удастся до конца исправить разрушения, которые причиняют сложным полимерным молекулам световые лучи и другие внешние воздействия. Такие разрушения носят название «старения» полимера.
Мы говорили о частичном растворении. А если процесс растворения продолжать, погрузив полимер в растворитель на достаточно долгий срок? Что тогда с ним произойдет9
Рано или поздно (сроки зависят от особенностей растворителя и полимера) наступит такой момент, когда цепочки приобретут достаточную подвижность, чтобы разделиться и пол постыо перейти в раствор, т. е. превратиться в жидкость. Однако, и превратившись в жидкость, полимер поначалу будет продолжать проявлять некоторые прежние свойства. Жидкость получится вязкая, густая, тягучая. Только при очень большом разбавлении (при котором концентрация полимера падает до одного или даже долей процента!) взаимодействие между длинными цепочечными молекулами настолько ослабеет, что они изолируются друг от друга.
Таким образом, изучая сложную картину изменений свойств полимерных веществ (и прежде всего механических свойств, наиболее важных для практики), фпзпко-хпмик приходит к заключению, что во всех случаях чудесные особенности полпмеров связаны с двойственностью поведения полимерных молекул. Они одновременно подвижны и неподвижны, гибки и скованны. Подвижны их отдельные звенья, в то время как перемещение всей цепочки в целом ограничено, благодаря тому что длинные цени полимера либо перепутаны, либо, наоборот, строго ориентированы п скреплены темп же связями, какие существуют в кристалле. И в томи в другом случаях решающим обстоя-
тельстиом является большая длина цепочки высокомолекулярных веществ.
Именно в этой особенности — большой длине молекулярной цепочки — коренятся главные преимущества полимерных веществ как технических материалов. Короткие молекулярные цепочки не могут перепутаться настолько, чтобы было предотвращено свободное течение каучукоподобной жидкости. Их совокупность не может быть пронизана сеткой кристаллических связей. II если уж они кристаллизуются, то сложенное пз них твердое тело не обладает свойствами эластичности.
Большая длина молекулярных цепочек поддается управлению. Химики научились вовремя останавливать процесс дальнейшего наращивания звеньев, т. е. дальнейшего удлинения цепочек, если нужно задержаться па той стадии, когда достаточная прочность материала сочетается еще с его высокой эластичностью.
Мы можем, с другой стороны, легко перейти эту грань, если это понадобится. Надо только продолжить процесс наращивания полимерных цепочек. В конце концов онп перепутаются так основательно и столь многократно, что под действием все вновь и вновь возникающих молекулярных взаимодействий потеряют подвижность даже отдельные звенья. Полимер приобретет жесткость вполне твердого тела — быть может, даже более твердого, чем иная кристаллическая постройка. В ней кристаллы могут «скользить», смещаться вдоль плоскости пх соприкосновения. В полимерном материале такое смещение невозможно.
Как уже было сказано, затвердевать в процессе «старения» могут и некоторые каучукоподобные материалы. Противоядием против «старения» — следствия чрезмерного удлинения полимерных цепей — могут служить такие вещества, вводимые в состав каучуков, которые препятствуют развитию процесса полимеризации, т. о. дальнейшему удлинению полимерных цепочек. Разработка мер против «старения» полимеров — важная задача науки. Необходимо предохранить полимеры от всех изменений, происходящих под влиянием света, тепла, радиации, механических воздействий и т. д.
Многое, конечно, зависит и от гибкости самих полимерных цепочек.
Так, для изготовления каучука непригодны молекулы целлюлозы. При всей их длине они для этого слишком жестки. Только если молекула достаточно гибка, она сможет скрутиться в компактный клубок. В свою очередь чем компактнее такое расположение молекулы, тем
больше то относительное удлинение, на которое способен образующийся из этих молекул каучук.
Однако жесткие молекулы обладают другими достоинствами, которыми нельзя пренебрегать. Именно благодаря этой жесткости они легко распрямляются и хорошо ориентируются друг относительно друга. А когда онп вытягиваются в параллельный пучок, то соприкасаются друг с другом, причем практически по всей длине.
1ем самым значительно расширяется «зона взаимных контактов».
Межмолекулярные взаимодействия, возникающие при таком параллельном расположении прямолинейных цепочек, становятся настолько сильными, что сместить молекулы друг относи-
тельно друге! становится практически совершенно невозможным. Если нить, сложенная пз таких плотно прилегающих друг к другу цепочек, и разрывается, то это происходит не в результате разъединения двух соседних молекул, а за счет их полного разрушения (химик предпочел бы сказать: «за счет разрыва валентных связей»). Эту—вероятно, одну из важнейших качественных особенностей полимеров — тайну их исключительной прочности можно истолковать на доступном языке элементарной механики.
Возьмем для примера цепь углеродных атомов (в частности, метиленовых звеньев СПг), последовательно связанных валентностью углерода. Для того чтобы разорвать каждую такую валентную связь углеродных атомов, нужно затратить около 80 ккал (все эти расчеты относятся к одной грамм-молекуле). Метиленовые звенья двух разных молекул, находящихся рядом, тоже притягиваются друг к другу, ио их взаимодействие очень слабо. Чтобы переместить их друг относительно друга, достаточно самое большее пол килокалории. Что из этого следует практически?
Малые молекулы сравнительно легко оторвать друг от друга, поэтому сложенное из них тело обладает малой механической прочностью и легко расплавляется под действием даже небольших температур. Однако химически это вещество достаточно стойко, ибо разорвать молекулу гораздо труднее.
В больших молекулах все обстоит как раз наоборот. Для разрыва молекулы па две части достаточно все тех же 80 ккал, но вот для перемещения молекул друг относительно друга нуж-
ИХ СБЕРЕЖЕТ ПЛ АСТМА ССА !
Пластмасса, пластмасса, пласт- \ масса... Это слово встречается чаще, чем «чугун», «сталь», < «дерево». Подсчитано, что только ? на стройках нашей страны в ближайшее время пластмассы смогут заменять каждый год около 12 млн. .к3 пиломатериалов, } свыше 9 млрд. шт. кирпича, ' 140 тыс. Т стали и 15 тыс. Т цветных металлов. Общая сумма экономии составит от этого \ 3,5 млрд. руб. А па эти деньги можно будет каждый год строить ' 1000 больших домов, в которые \ смогут въехать сотни тысяч но ' воселов.
____________________„ *
ио уже столько раз по иолкмлокалории, сколько одно и то же метиленовое зерно повторяется в большой молекуле. А таких повторений могут быть согни н даже тысячи. В этом случае гораздо легче ра юрвать молекулу, чем оторван, две молекулы друг от друга. Иначе говоря, новая совокупност ь молекул обеспечивает материалу и новое качество — повышенную прочность.
В 3-мтоме Детской энциклопедии вы найдете подробные сведения о том, по каким законам и какими способами отдельные структурные элементы — мономеры — соединяются прочной химической связью, образуя полимеры с совершенно новыми ценными свойствами. Здесь мы только напомним основные приемы, которыми пользуется химия, создавая полимеры. Эта новая область химии выдвинула перед исследователями и технологами ряд новых, весьма своеобразных, почти что «инженерных» задач. Нс случайно все чаще говорят о «конструировании» материалов с заранее заданными для той пли иной цели свойствами. Как же осуществляется п как выполняется такое «конструирование>?
Прежде всего молекулы простых, исходных веществ, па основе которых мы хотели бы получить те пли иные полимеры, должны содержать группы, способные присоединять молекулы того пли другого мономера. Такими способностями наделены группы, содержащие двойную или тронную связь между атомамп углерода пли углерода и азота.
Однако присутствие двойной или тройной связи в молекуле мономера — не единственное условие, указывающее на возможность ее участия в процессах полимеризации. Эту способность могут приобрести вещества, содержащие другие группировки, например кольца, способные к размыканию. Разомкнув подобное кольцо и полимеризовав мономеры, содержащие эти группировки, получают уже упоминавшиеся полиамидные смолы, пз которых изготовляются капрон, нейлон и др.
Далеко не все химические реакции происходят в результате непосредственного взаимодействия молекул реагирующих веществ. В определенных условиях молекулы могут отщеплять атомы или группы атомов с образованием попов — электрически заряженных частиц пли свободных радикалов — нестойких заряженных частиц. Многие реакции полимеризации происходят по так называемому цепному механизму, при котором непрерывно образуются способные к реакции радикалы (см. т. 3, раздел «Химическая реакция»)
Метан
Формальдегид Бакелит
Бутан ьутилен _____1.
Ацетон Органическое .. стекло
Изобутилен
Этилен » ___
цетилен
Синтетический каучук
Полихлорви нИЛОВАЯ СМОЛА
Пропилен Дихлорэтан
Дивинил
Синтетический
каучук
Рис. 6. Использование кренинг-газов для получения полимерных материалов.
Для того чтобы мог начаться рост цепи полимера, необходимо принести хотя бы небольшую часть молекул мономера в возбужденное состояние, или, как выражаются химики, «активизировать» их. С этой целью применяют активаторы или инициаторы реакции (чаще всего различные перекиси). Иногда активация молекулы достигается другим путем, например действием света пли радиоактивных излучений, повышением температуры.
Наряду с полимеризацией для получения полимеров широко применяют и метод пол и-к о и д е н с а ц и и. У мономеров, которые участвуют в этом процессе, отсутствуют двойные связи, но есть химически активные группы. Поэтому в процессе химической реакции одновременно с образованием полимера выделяются и низкомолекулярные вещества, спирт пли вода.
Присутствие в молекуле полимера фтора или кремния делает получаемый материал весьма ус
тойчивым к химическим воздействиям. Например, полимер тетрафторэтилена — фторопласт-4 один из самых замечательных синтетических материалов. Без заметного снижения механической прочности он выдерживает нагревание до 300 ; на него не действуют ни горячая азотная кислота, ни кипящая щелочь, пи «царская водка». Он даже более стоек, чем платина.
Кремнийорганические полимеры, благодаря сочетанию «скелета» из чередующихся атомов кремния и кислорода (что их сближает с кварцем и песком) и органических групп на основе атомов углерода в боковых цепях, обладают замечательными свойствами. Они совмещают теплостойкость, характерную для песка и кварца, с мягкостью, эластичностью и растворимостью органических смол. На основе кремнийорга-ннческпх полимеров получают нс только твердые, жесткие или гибкие смолы для жаростойких пластмасс и лаковых покрытий, электро-изоляции и каучуков для резин, по и водоотталкивающие покрытия, жидкие и вязкие масла, которые не замерзают при очень низких температурах. Кремнпйорганическая изоляция увеличивает продолжительность работы различных электромашин, аппаратов и других электротехнических устройств. Она позволяет повысить плотность тока в обмотках электрических машпп и аппаратов, благодаря ее применению удастся сократить вес оборудования на 35—40 ... При этом значительно уменьшаются размеры электрооборудования; если же онп сохраняются, то повышается мощность электрических машин и аппаратов. В кабельной промышленности пластмассы заменят за семилетку около миллиона тонн свинца.
Огромное значение кремнпйорганических материалов для новой техники хорошо видно на одном характерном примере. Мы уже упоминали органические заменители хрупкого силикатного стекла — плексиглас и полнвинилбу-тираль. Оба эти полимера оказались непригодными для ветровых стекол самолетов, летающих со сверхзвуковыми скоростями. Как известно, при этих скоростях на поверхности самолета возникают области высоких температур. Между тем уже при температуре 1 83° прослойка из полпвипилбутпраля становится мягкой, теряет сопротивление к сдвигам, пузырится. При температуре —53 эта прослойка становится такой же хрупкой, как и стекло. А прозрачный кремнпйоргаииче-ский каучук обеспечивает п прочность п прозрачность ветровых стекол в промежутке температур от —53е до +177 .
Включение в полимерные молекулы металлов позволяет создавать удивительные пластмассы, обладающие электрическими свойствами. •Их можно использовать также и в качестве полупроводников. Металлоорганические полимеры позволят заменить германий и солеи, широко применяемые для изготовления полупроводниковых приборов.
Разработано много способов объединения в одну полимерную конструкцию разнохарактерных цепей. Это обусловливает подчас причудливое сочетание свойств полимерных материалов.
Разными способами (начиная от механического перетирания и кончая воздействием радиоактивных излучений) на конце или на любом другом участке полимерной цепи создают свободные радикалы, па которые наращивают новые цепи. Так получают не только разветвленные конструкции полимера одного состава, но п своеобразные «гибриды» пз разных полимерных цепей, «складывающих» свои полезные свойства.
Например, сополимеры (таково более строгое химическое название этих «привитых», или «гибридных», полимерных форм) стирола с поливинилхлоридом приводят к получению материала, близкого к полистиролу по своим ценным свойствам электроизолятора и одновременно обладающего значительно большей огнестойкостью и бензомаслостойкостью, чем этот важный для техники полимер. В другом случае на молекулы кремиийорганического каучука, который теплостоек, но неустойчив в среде бензина и масел, при воздействии гамма-лучей удалось «привиты* боковые ветви бензо-маслостойкого полиакрилнитрпла.
В этой же связи можно вернуться к вопросу об облагораживании натуральных целлюлозных волокон. Такое облагораживание связано в первую очередь с прививкой на поверхность целлюлозных волокон синтетических полимеров, в особенности того же акрилнитрила. Подобные прививки изменяют упругие свойства волокон, уменьшают их смачивание, поверхностное трение, а следовательно, и износ, улучшают окрашиваемость. Изделия из таких обработанных волокон устойчивы, не мнутся, стойко сохраняют свою форму; их не нужно гладить после стирки.
Уже открылись реальные возможности создания полимерных красителей, физиологических активных веществ, новых ионообменных смол и т. д.
Ныне — с расширением круга веществ, во-
влекаемых в технический обиход, и в результате овладения широчайшими возможностями, которые таят в себе полимеры,— реально созданы предпосылки для создания любы х материалов с л ю б ы м и свойствами, которые могут понадобиться новейшей технике.
ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ
Важнейшая особенность новых материалов, получаемых на основе различных полимеров,— сравнительная простота их превращения в готовые изделия в стадии вязко-текучего состояния, в которой наиболее резко проявляются их пластические свойства. Эта способность легко формироваться (в определенных условиях, так или иначе связанных с нагревом), а затем при обыкновенной температуре стойко сохранять приобретенную форму в дала пластическим массам их название.
С точки зрения переработки полимеров их можно (впрочем, весьма условно) разделить на две основные группы: термопласты, к которым относятся материалы, меняющие под влиянием нагревания только свою пластичность, но сохраняющие структуру, и термореакт и в п ы е п л а с т и к п, в которых под действием нагревания линейные молекулы как бы сшиваются, образуя сложные пространственные конструкции.
К термопластам относятся почти все пластические массы, которые получаются сращиванием мономеров в длинные цепочки методом полимеризации. Назовем некоторые распространенные пластические массы этого рода. Среди них выделяется полиэтилен, или п о-л и т е н, который недаром именуют «королем пластиков». Если не считать пористых и пенообразных пластиков, полигон — самая легкая пластическая масса. Его удельный вес мало отличается от удельного веса льда, что позволяет ему плавать на поверхности воды. Он исключительно стоек по отношению к щелочам и едким кислотам и прп этом прочен, легко сгибается, не теряет гибкости даже при шестпдеся-тпградусном морозе. Полптен поддается сверлению, обточке, штамповке, — словом, любым видам обработки на тех станках, которые применяются для обработки металла. Нагретый до 115—120 , полптен становится мягкпм и пластичным, и тогда прессованием плп литьем иод давленпем пз него можно изготовлять любых видов посуду — от флаконов для духов до огромных бутылей для кпслот п щелочей. В на
гретом виде политен легко поддается раскатке в тонкие пленки, которые служат для завертывания продуктов, боящихся сырости. Сочетание прочности и упругости делает политен удобным материалом для изготовления бесшумных шестерен, вентиляционного оборудования и труб для химических заводов, клапанов, прокладок.
К распространенным термопластам относится также и п о л и в и и и л хлорид (часто его не совсем правильно называют полихлорвинилом). На его основе изготовляются два основных вида пластических масс: жесткие целлулопцоподобпого типа — так называемые винипласты и мягкие пластпкаты.
Сюда же примыкают п о л п с т и р о л—ценный изолятор для высокочастотных устройств и специальной радиоаппаратуры,— напоминающий по внешнему виду бесцветное стекло, и п о л п м е т и л м е т а к р и л а т (органическое стекло).
К термопластам относятся пластические массы, изготовляемые из соответствующим образом переработанных природных полимеров (например, нитроцеллюлоза, получаемая обработкой хлопковой целлюлозы смесью азотной и серной кислот, и ацетилцеллюлоза), и, в виде исключения, полиамидные смолы, получаемые способом поликонденсации п так называемой «ступенчатой), пли многократной, полимеризации.
Разница между этими основными группами материалов весьма значительна. Изделия из термопластов можно раздробить и вновь переработать. Для изготовления пз них тех или иных изделий широко применяется литье под давлением. Изделие затвердевает в охлаждаемой пресс-форме в несколько секунд; в результате производительность современных литьевых машин очень велика: за суткп они могут выпустить от 15 до 40 тыс. изделий среднего размера и несколько сотен тысяч мелких.
С термореактивными материалами дело обстоит сложнее: после того как они отвердели, вернуть их в вязко-текучее состояние, при котором они могли бы снова стать пластичными, практически невозможно. Поэтому литье из них затруднено; их по большей части прессуют под нагревом, а образовавшиеся изделия выдерживают в форме столько времени, сколько необходимо, чтобы смола по всему сечению изделия перешла в неплавкое состояние. Зато изделие уже по требует охлаждения.
Хотя метод горячего прессования несколько менее производителен, чем литье иод давлением, однако даже он во много раз быстрее обычных
!; ВМЕСТО 12 МЛН. ОВЕЦ
Синтетическая шерсть — сле-циальпая ткань из синтетических материалов—не уступает по ка-> честву натуральной шерсти, а об-ходится гораздо дешевле. Один завод синтетической пряжи, выпускающий в год 30—35 тыс. Т продукции, может заменить ста-; до овец в 12— 15 млн. голов. Это значит, чго 10 таких заводов i свободно заменили бы все поголовье овец в СССР и высвобо-i дили бы из-под пастбищ по мень-| шей мере 10 млн. гектаров хоро-
ших земель
технологических процессов изготовления металлических изделий. Это обеспечивает огромный дополнительный вышрыш при замене пластическими массами металлов. Ведь многие сложные металлические изделия требуют для своей отделки длинного ряда производственных операций. Характерным примером может служить изготовление штампов, требующих длительных усилий наиболее квалифицированных инструментальщиков. В советской автомобильной промышленности сейчас применяют штампы, изготовленные из так называемых эпоксидных смол с соответствующим наполнителем. Онп создаются с помощью одной основной операции—отливки и одной вспомогательной— зачпетки отдельных, случайно образовавшихся неровностей. Промышленность вплотную подошла к разрешению проблемы формпро-
Рис. 7. Природный полимер—янтарь. Смолка сохранила очертания насекомого, которому, вероятно, сотни тысяч лет.
Рис. 8. Молекулы большинства полимеров — очень длинные., тонкие и гибкие цепи атомов. Ценные свойства полимеров связаны с этими особенностями молекулярного строения. На рисунке— схемы молекул мономера (1)\ полимеров (2, 3), цепи атомов которых легко вытягиваются и перемещаются друг относительно друга (2) или вытягиваются в прочные ориентированные нити (3)', схема пространственных молекул, сшитых отдельными мостиками и образующих твердые пластмассы (4).
вапия крупногабаритных изделий, например корпусов автомобилей, моторных лодок и т. д.
На примере пластической массы, получаемой способом ступенчатой полимеризации,— поликапролактама (так на языке химиков называется смола-капрон) —можно наглядно убедиться в том, насколько условны границы, отделяющие
на практике собственно пластические массы от синтетических волокон.
Смола капрон получается из лактама ами-нокапроновой кислоты — капролактама, который в свою очередь добывается из фенола, бензола, фурфурола (весьма перспективного сырья, образующегося, в частности, при переработке сельскохозяйственных отходов) и ацетилена, получаемого при действий воды на карбид кальция. После окончания полимеризации поликапролактам выпускают пз реактора через тонкую щель. Прп этом он застывает в виде ленты, которая затем размалывается в крошку. После дополнительной очистки от остатков мономера и получается нужная нам полиамидная смола. Пз этой смолы, температура плавления которой достаточно высока (216—218°), изготовляют пароходные впиты, вкладыши для подшипников, машинные шестерни п т. п. Но самое широкое применение полиамидные смолы находят прп получении нитей, из которых делают иегнпющие рыболовные сети, капроновые и нейлоновые чулки и т. д.
Нити формируются пз расплава смолы, который проходит через небольшие отверстия, образуя струйки, застывающие прп охлаждении в элементарные нити. Несколько элементарных нитей соединяются в одну и подвергаются кручению и вытяжке.
Хпмпя оказывается наиболее падежной союзницей такого решающего фактора промышленного прогресса, как автоматизация. Химическая технология в силу важнейшей своей особенности, особо подчеркнутой в докладе Н. С. Хрущева на XXI съезде КПСС, а именно непрерывности,— наиболее эффективный и желанный объект для автоматизации. Если учесть, вдобавок, что химическое производство в основных своих направлениях — это производство мно-готоннажпое и массовое, то можно отчетливо представить себе, какие необъятные источники сбережения труда и расширения производства заключает в себе химия, особенно химия и технология полимеров.
Распознавая глубокие связи между строением важнейших технических матерпалов-полимеров и их свойствами п научившись «конструировать» полимерные материалы по своеобразным «химическим чертежам», ученые-химпкп могут смело сказать: «Век материалов неограниченного выбора начался».
КАК ПРОИЗВОДЯТ ПИТАНИЕ ДЛЯ РАСТЕНИЙ
ГТсред социалистическим сельским хозяйством 1 стоит задача создать в нашей стране изобилие продуктов питания и в полной мере обеспечить промышленность сырьем.
В предстоящие годы пампою увеличится производство зерновых продуктов, сахарной свеклы, картофеля, технических культур, плодов, овощей, кормовых растении. Намного возрастет производство основных продуктов животноводства: мяса, молока, шерсти и др. В этой борьбе за изобилие продуктов питания химии принадлежит огромная роль.
Существует два пути увеличения производства сельскохозяйственных продуктов: во-первых, за счет расширения посевных площадей; во-вторых, за счет повышения урожайности па уже обрабатываемых земельных массивах. Тут-то химия и приходит на помощь сельскому хозяйству.
Удобрения не только увеличивают количество, ио и улучшают качество выращиваемых с их помощью сельскохозяйственных культур. Они повышают содержание сахара в свекле и крахмала в картофеле, увеличивают прочность волокон льна и хлопка и т. п. Удобрения усиливают сопротивляемость растений болезням, засухе и холоду.
Нашему сельскому хозяйству в ближайшие годы потребуется очень много удобрений минеральных и органических. Минеральные удобрения оно получает от химической промышленности. Кроме различных минеральных удобрений, химическая промышленность дает сельскому хозяйству ядохимикаты для борьбы с вредными насекомыми, болезнями растений и сорной растительностью,— гербициды, а также средства регулирования роста и плодоношения — стимуляторы роста, средства для предуборочного опадения листьев хлопчатника и др. (подробнее об их применении и действии рассказывается в т. 4 ДЭ).
КАКИЕ БЫВАЮТ УДОБРЕНИЯ
Применяемые в сельском хозяйстве удобрения делятся па две основные группы: органические и минеральные. К opi аническим удобрениям относятся: навоз, торф, зеленое удобрение (растения, усваивающие азот воздуха) и различные компосты. В состав их, помимо минеральных веществ, входят и органические вещества.
Рас, 1 Рост производства минеральных удобрений в нашей стране.
Но содержанию основных питательных веществ минеральные удобрения делятся па азотные, фосфорные и калийные.
В нашей стране производятся также комплексные, или многосторонние, удобрения. Опп содержат в своем составе не один, а два пли три элемента питания. Значительно развивается применение в сельском хозяйстве п м и к р о у д о б р е н и й. В их состав входят бор, медь, марганец, молибден, цинк и другие элементы, небольшие количества которых (несколько килограммов па гектар) необходимы для развития и плодоношения растений.
Кроме того, в сельском хозяйстве применяются еще так называемые косвен п ы с удобрения: известь, гипс и т. п. Они изменяют свойства почв: устраняют вредную для растений кислотность, усиливают деятельность полезных микроорганизмов, переводят в более доступную для растений форму питательные вещества, заключенные в самой почве, и т. п.
АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ
Исходным веществом для производства большинства азотных удобрений служит а м-миак. Его получают синтезом из азота и водорода или в качестве побочного (попутного) продукта при коксовании углей и торфа.
Наиболее распространенные азотные удобрения — аммиачная селитра, сульфат аммония, кальциевая селитра, натриевая селитра, мочевина, жидкие азотные удобрения (жидкий аммиак, аммиакаты, аммиачная вода).
Эти удобрения отличаются друг от друга формой соединении азота. В одних азот содержится в форме аммиака. Это—аммиачные удобрения. К ним относится сульфат аммония. В других азот находится в нитратной форме, т.е. в виде солей азотной кислоты. Это—нитратные удобрения. К ним относятся натриевая селитра и кальциевая селитра. В аммиачной селитре азот содержится одновременно и в нитратной, и в аммиачной форме. В мочевине азот содержится в виде амидного соединения.
Нитратные формы азотных удобрений легко растворимы в воде, не поглощаются почвой и легко вымываются из нее. Онп усваиваются растениями быстрее, чем другие формы азотных соединений.
Аммпачные удобрения также легко растворяются в воде и хорошо усваиваются растениями, но действуют они медленнее, чем нитратные. Аммиак хорошо поглощается почвой и слабо вымывается из нее. Поэтому аммиачные удобрения дольше обеспечивают растения азотным питанием. Они и дешевле. В этом их преимущество перед нитратными удобрениями.
КАК ПРОИЗВОДИТСЯ АММ И АЧ НАЯ СЕЛИТРА
Аммиачная селитра — одно из наиболее распространенных удобрений.
Аммиачную селитру (иначе—азотнокислый аммонии) получают на заводах из азотной кис-
Рис. 2. Вот как производят
азотнокислый аммоний
лоты и аммиака путем химического взаимодействия этих соединений.
Процесс производства состоит из следующих стадий:
1. Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком.
2. Упаривание раствора азотнокислого аммония.
3. Кристаллизация азотнокислого аммония.
4. Сушка соли.
На рис. 2 дана в упрощенном виде технологическая схема производства аммиачной селитры. Как же протекает этот процесс?
Исходное сырье — газообразный аммиак и азотная кислота (водный раствор) — поступает в нейтрализатор. Здесь в результате химического взаимодействия обоих веществ происходит бурная реакция с выделением большого количества тепла. При этом часть воды испаряется, и образующийся водяной пар (так называемый соковы й и а р) через ловушку отводится наружу.
Неполностью упаренный раствор азотнокислого аммония поступает из нейтрализатора в следующий аппарат — д о и е й т р а л п-з а т о р. В нем после добавки водного раствора аммиака заканчивается процесс нейтрализации азотной кислоты.
Пз донейтрализатора раствор азотиокисло-ю аммония перекачивается в выпарной аппарат — непрерывно действующий вакуум-аппарат. Раствор в таких аппаратах выпаривается при пониженном давлении, в данном случае — при давлении 160—200 лиг рт. ст. Гепло для упаривания передается раствору через стенки трубок, обогреваемых паром.
Упаривание ведется до тех пор, пока концентрация раствора не достигнет 98%. После этого раствор идет ла кристаллизацию.
По одному способу кристаллизация азотнокислого аммония происходит на поверхности барабана, который изнутри охлаждается. Барабан вращается, на поверхности его образуется корка кристаллизующегося азотнокислого аммония толщиной до 2 мм. Корка срезается ножом и но желобу направляется на сушку.
Сушат аммиачную селитру горячим воздухом во вращающихся сушильных барабанах при температуре 120 . После сушки готовый продукт отправляют на упаковку. Аммиачная селитра содержит 34—35% азота. Чтобы уменьшить слеживаемость, в ее состав при производстве вводят различные добавки.
Аммиачная селитра выпускается заводами в гранулированном виде и в виде чешуек. Чешуйчатая селитра сильно поглощает влагу из воздуха, поэтому при хранении она расплывается и теряет рассыпчатость. Гранулированная аммиачная селитра имеет вид зерен (гранул).
Гранулирование аммиачной селитры большей частью производится в башня к (рис. 3). Упаренный раствор азотнокислого аммония — плав — разбрызгивается при помощи центрифуги, укрепленной в потолке башни. Плав непрерывной струей вливается
во вращающийся дырчатый барабан , центрифуги. Проходя через отверстия барабана, брызги превращаются в шарики соответствующего диаметра и во время падения вниз затвердевают.
Гранулированная аммиачная се литра обладает хорошими
ними свойствами, не слеживается при хранении, хорошо рассеивается в поле и медленно поглощает влагу из воздуха.
Сульфат аммония (иначе—серпокислый аммоний) содержит 21 % азота. Большую часть сульфата аммония выпускает коксохимическая промышленность.
В предстоящие годы большое развитие получит производство наиболее концентрированного азотного удобрения—карбамида, или мочевины, которая содержит 46% азота. Мочевину получают под высоким давлением синтезом из аммиака и угле-
кислоты. Ее применяют не только
как удобрение, нс я для подкормки скота(дополняют белковое питание) и как полупродукт для производства Пластмасс.
Большое значение имеют и жидкие азотные удобрения — жидкий аммиак, аммиакаты и аммиачная вода.
Жидкий амииак получают из газообразно! о аммиака путем сжижения вод высоким давлением. В нем содержится 82% азота. Аммиакаты представляют собой растворы аммиачной селитры, кальциевой селитры или мочевины в жидком аммиаке с небольшой добавкой воды. В них содержится до 37% азота. Аммиачная вода—водный раствор аммиака. В ней 20%азота. По своему действию па урожай жидкие азотные удобрения не уступают твердым. А производство их обходится намного дешевле, чем твердых, так как отпадают операции по упариванию раствора, сушке и гранулированию. Пз трех видов жидкого азотного удобрения наибольшее распространение получила аммиачная вода. Разумеется, внесение жидких удобрений в почву, а также пх хранение и транспортировка требуют специальных машин и оборудования.
Рис. 3. Схема грануляционных башен и выпарной станции.
О 21 Детская энниклопеция, т. 5
321
КАК ПОЛУЧАЮТ ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ
Основным сырьем для производства фосфорных удобрении в нашей стране служат хибинские апатиты, а также фосфириты, месторождения которых расположены в разных районах СССР и довольно многочисленны, На обогатительных фабриках сырая апатитовая руда перерабатывается в апатитовый концентрат, содержа i ни до 40% В2О5. При этом содержащиеся в руде другие минералы — нефелин, титаномагпетнт и т. и. — отделяются от апатита и используются в различных отраслях промышленности. Апатитовый концентрат поступает на химические заводы для производства суперфосфата.
Химическая промышленность Советского Союза производит следующие фосфорные удобрения: суперфосфат простой порошкообразный, гран ул и р о в ан ны й, а мм он и зп р ов а нны й, д в ой н ой, томасшлак, обесфторенный фосфат, аммофос. Путем тонкого размола из фосфоритов готовят фосфоритную муку.
В зависимости от формы, в которой фосфаты содержат фосфорный ангидрид (Р.О5), фосфорные удобрения разделяют натри группы:
1. В о д н о р а с т в о р и м ы е. Они наиболее подвижны в почве и потому действуют быстрее. К ним относятся: суперфосфат (простой и двойной), фосфаты аммония (аммофос, диаммофос), фосфаты калия, некоторые сорта нитрофоски и др.
2. Л именно- и ц н т р а т н о р а с т-в о р и м ы е. Опп содержат соли фосфорной кислоты, растворимые в 2 %-ном растворе лимонной кислоты или аммиачном растворе лимоннокислою аммония. Такое условное мерило применяется в сельскохозяйственной практике для оценки удобрений, которые по степени растворимости находятся между водпораствори-мыми и практически ие растворимыми формами фосфатов. Эту группу называют «усвояемыми» фосфатами. К ним относятся: прпцппитат, томасшлак и обесфторенпые фосфаты.
3. Нерастворимые фосфаты. Они растворяются лишь в сильных минеральных кислотах. Нерастворимыми их называют условно. Они усваиваются растениями медленно и главным образом на кислых почвах.
Самое распространенное фосфорное удобрение суперфосфат.
Его из] отовляют на химических заводах действием серной кислотой па измельченный фосфорит или апатитовый концентрат. Процесс
производства в основном заключается во взаимодействии фосфата с серной кислотой. Кислота переводит фосфор пз трудноусвояемой формы в воднорастворимое состояние, при котором он делается легко доступным для усвоения корнями растений.
Почти все советские суперфосфатные заводы сейчас работают по наиболее совершенному непрерывному способу (рис. 4). Серная кислота концентрации 76% поступает из сернокислотного цеха в приемный бак. Непрерывно действующий насос перекачивает ее в верхний напорный бак. В напорном баке поддерживается постоянный уровень кислоты; избыток ее по переливной трубе возвращается обратно в приемный бак. Из напорного бака кислота поступает в сернокислотный смеситель для разбавления водой до концентрации 68%. IIз смесителя разбавленная кислота проходит один за другим три регулирующих прибора. Один прибор регулирует температуру, другой — концентрацию, третий — расход кислоты. Все они настроены па заданный режим и работают автоматически и взаимосвязанно.
Пройдя регулирующие приборы, серная кислота в строго определенной дозе поступает в суперфосфатный смеситель, куда одновременно загружается апатитовый концентрат. До поступления в суперфосфатный смеситель апатитовый концентрат проходит через ряд аппаратов. Транспортер подает его со склада в приемный бункер, откуда концентрат прп помощи шнекового питателя и элеватора идет в расположенный наверху прямой шнек (винтовой транспортер). Шнек обеспечивает питание ленточного весового дозатора. Избыток апатитового концентрата снимается с воронки весового дозатора обратным шнеком и возвращается в приемный бункер. В дозаторе же сохраняется постоянный уровень концентрата. IIз дозатора апатитовый концентрат поступает в суперфосфатный смеситель.
Загруженные в суперфосфатный смеситель апатитовый концентрат и серная кислота тщательно перемешиваются в течение 5—6 мин. Получается сметанообразная масса — пульпа. Она непрерывно сливается в суперфосфатную камеру. В результате взаимодействия апатитовою концентрата с серной кислотой выделяется большое количество тепла и температура пульпы достигает 100—120 .
В суперфосфатной камере продолжается начавшаяся в смесителе реакция разложения апатита серной кислотой. Пульпа затвердевает—«схватывается». На это требуется около
Рис. 4. Так получают суперфосфат.
часа. Все это время суперфосфатная камера медленно вращается вокруг неподвижного центрального вала в виде трубы. За один оборот камеры пульпа успевает затвердеть настолько, что ее можно выгружать из камеры. В течение часа суперфосфатная камера выпускает до 60 Т суперфосфата.
Суперфосфат выгружают из камеры особым приспособлением — каруселью. Смонтированная внутри камеры карусель снабжена ножами, которые срезают суперфосфат и при помощи скребков сбрасывают его в вырез центральной трубы. Из трубы суперфосфат попадает па транспортер, а с нею — на склад.
На складе суперфосфат при помощи грейфера укладывают в кучи высотой 6—8 м. Здесь его выдерживают до 15—20 суток, чтобы процесс разложения фосфатного сырья завершился. За это время суперфосфат несколько раз перелопачивают. Когда он «дозреет», его пропускают через грохот и затем грузят в вагоны.
В процессе производства из суперфосфатного смесителя и камеры выделяются газы, содержащие фтористый кремний и водяные па
ры. Их отсасывают вентилятором в абсорбционную (поглотительную) аппаратуру. При этом фтористый кремний поглощается водой и образует раствор кремнефтористоводородной кислоты. Пз нее получают фтористые соли и другие соединения, применяемые в сельском хозяйстве и промышленности.
В суперфосфате содержится от 14 до 20 % Р О в воднорастворимой, быстро усваиваемой растениями форме.
При непрерывном способе производства суперфосфата все процессы работы механизированы, аппаратура хорошо закрыта. Все это облегчает п оздоровляет труд рабочих.
Суперфосфат выходит пз камеры в виде кусков пли порошка. Но при хранении он слеживается, портит тару, образует комки. Во избежание этого суперфосфат выпускают в виде зерен (гранул) определенной величины (1—4 лг.н в диаметре).
Гранулированный суперфосфат не слеживается, не пылит. С помощью рядовой сеялки его можно вносить вместе с семенами в почву на нужную глубину, не опасаясь понижения
всхожести семян. При внесении гранулированного суперфосфата в рядки сеялкой можно значительно уменьшить дозу суперфосфата.
Гранулирование суперфосфата производится на заводе следующим образом: порошковидный суперфосфат смешивают с молотым известняком или доломитом, чтобы нейтрализовать его свободную кислотность. Нейтрализованный суперфосфат подают ленточным питателем в горизонтально вращающийся цилиндр — гранулятор. Здесь суперфосфат смачивается водой, которую разбрызгивают через форсунки. При вращении гранулятора смоченный пластичный суперфосфат приобретает форму гранул различной величины.
Влажный 1 рапулпрованный суперфосфат поступает в сушильный барабан, обуреваемый топочными газами. После сушки его подают элеватором па грохот с двумя ситами. Через первое проходят гранулы диаметром 1—4 мм. Гранулы крупнее этого размера направляются в дробилку, а оттуда в дробленом виде снова возвращаются на грохот с сптами.
Гранулы, задержанные на втором сите, представляют собой готовый гранулированный суперфосфат. С помощью транспортера он направляется в бушкр, затем упаковывается в многослойные бумажные мешки и поступает на склад готовой продукции.
Гранулирован] ый суперфосфат из апатита содержит 19,5 — 20% 1%О5 в усвояемой растениями форме; пз фосфоритов получают суперфосфат с меньшим содержанием Р;О(.
Двойной суперфосфат содержит до 48—50% Р2О-, т. е. в два раза больше по сравнению с простым. Это удобрение получают разложением апатита или фосфорита фосфорной кислотой.
Фосфорную кислоту получают на заводах двумя способами. По одному — фосфат обрабатывают большим количеством серной кислоты. В осадок выпадает гипс. Раствор отфильтровывается. Этот раствор и представляет собой разбавленную фосфорную кислоту. По другому способу фосфат смешивают с песком, углем или коксом и плавят в электропечи. В результате выделяется газообразный фосфор, который окисляется затем кислородом воздуха и образует с парами воды фосфорную кислоту.
Нейтрализуя фосфорную кислоту аммиаком, получают фосфаты аммония — удобрения, содержащие 47—51% Ри, кроме того, 10—20% азота. Двойной суперфосфат и фосфаты аммония за высокое содержание в них питательного вещества называют кон центрированными удобрениями.
КАЛИЙНЫЕ УДОБРЕНИЯ
Источником сырья для производства калийных удобрений служат главным образом Соликамское (Урал) и Стебпиковское (Западная Украина) месторождения калийных солей. Залежи калия в СССР очень велики: они превосходят все известные мировые запасы. В ближайшие годы будут разрабатываться калийные залежи в Белоруссии и других районах СССР.
Химическая промышленность пашей страны производит много калийных удобрений: хлористый калий, калийные соли, сернокислый калий, калинит, калимагнезию.
МИКРОУДОБРЕИИЯ
Кроме основных минеральных удобрении (азотных, фосфорных и калийных), в современном сельском хозяйстве широко применяются так называемые микроудобрения. Малые количества их, внесенные в почву дополнительно к основным удобрениям, обеспечивают хорошее развитие растений и высокие урожаи.
В качестве борного удобрения применяются борная кислота и бура, а также отходы от производства борной кислоты. Кроме того, суперфосфатные заводы выпускают специально приготовленный борный суперфосфат. Бор особенно эффективен па подзолистых (нечерноземных) почвах после их известкования. Бор предохраняет растения от некоторых заболеваний.
В качестве удобрения, содержащего медь, применяют так называемые пиритные огарки, представляющие собой отходы прп производстве серной кислоты. Применяется для этой цели и медный купорос. Удобрение медью особенно нужно на торфяных и болотных почвах.
В качестве марганцевых удобрений применяют главным образом марганцевый шлам — отходы производства, подущаемые при обогащении марганцевых руд и при производстве марганца. Для этой же цели употребляется и сернокислый марганец. Выпускается суперфосфат с небольшой примесью марганца (около 1,5%). Марганцевые удобрения успешно применяются на черноземных почвах. В качестве мпкроудобрепия на семейных посевах бобовых растений (клевер, люцерна и др.) с успехом используют соли молибдена.
КОМПЛЕКСНЫЕ (СМЕШАННЫЕ И СЛОЖНЫЕ) УДОБРЕНИЯ
Мы познакомили вас с производством простых минеральных удобрений. В их состав вхо-
ПАЕ ПРОИЗВОДИТ ПИТАНИЕ ДЛЯ РАСТЕНИИ
дит одни какой-нибудь из основных элементов витания: азот, фосфор, калии, бор. Но, как уже упоминалось выше, нагни химические заводы производят теперь и такие минеральные удобрения, которые содержат не одно питательное вещество, а одновременно два или три, а то и больше. Это к о м п л е к с и ы е (с м ел к а н-н ы е и с л о ж н ы е) удобрения.
Если минеральное удобрение изготовлено путем механического смешения нескольких простых удобрений, ею называют смешанным. Если же оно получено в результате химической реакции или сплавления нескольких питательных веществ, то называется сложным.
Смешанные удобрения готовят либо па заводах минеральных удобрений, либо непосредственно в самом колхозе или совхозе. При составлении таких смесей, разумеется, надо хорошо знать, какие простые удобрения можно смешивать междд собой, а какие нельзя.
Удобрение, содержащее в своем составе три вещества—азот, фосфор и калий, называется т р о й и ы м. Удобрение, со держащее два вещества (например, азот и фосфор, азот и калий), носит название двойного. В последние годы в состав смешанных удобрений стали вводить и микроудобрения.
Пз сложных удобрений в СССР производят аммофос (содержащий азот и фосфор) п нитрофоску (содержащую азот, фосфор и калий).
Комплексные удобрения имеют ряд важных преимуществ перед простыми. Для разных почв, районов и даже сельскохозяйственных культур можно приготовлять на заводах смеси с необходимым соотношением питательных веществ. Для сахарной свеклы это будет одна смесь, для хлопчатника — дру! ая, для картофеля — третьи и т. д. Подзолистые почвы получат одни состав смеси, черноземные — другой. Комплексные удобрения экономят труд в сельском хозяйстве.
Сложные удобрения содержат мало посторонних примесей, или балласта. Это сокращает расходы на их перевозку и хранение. А при огромной территории нашей страны это имеет большое экономическое значение. Производство смешанных удобрений (тукосмесей) получит в ближайшие годы значительное развитие.
КАК УДОБРЕНИЯ ПОВЫШАЮТ УРОЖАЙ
Все минеральные фосфорные, калийные, солер/Кат питательные вор и мой и усвояемой
удобрения: азотные, простые и сложные — вещества в воднораст-корнями растений фор
ме. Исключение составляет фосфоритная мука, в которой фосфат находится в труднораствори-моп форме. Le применяют в основном на кислых подзолистых, а также торфяных, болотных и луювых почвах, где фосфорный ангидрид иод воздействием почвенных кислот постепенно переходит в растворимое состояние и усваивается корнями растении.
Минеральные! у;(Ьбренйя повышают урожайность па всех почвах. Но наиболее отзывчивы па удобрения подзолистые почвы нечерноземной зоны пашен страны. Почвы в этой зоне не подвержены действию засухи и могут давать устойчивые урожаи зерновых.
Хорошие урожаи зерна (до 25—27 ц с гектара) получают и в случае применения минеральных удобрении на черноземных почвах при условии проведения ai рономпческих мероприятии по накоплению и сохранению влаги.
КАК РАЗВИВАЕТСЯ ПР0МЫШЛЕНН0С1Б МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В СССР
С первых лет существования Советской власти партия и правительство уделяли много внимания созданию мощной промышленности минеральных удобрений. К решению этой задачи были привлечены крупнейшие ученые.
За годы первых пятилеток в нашей стране создана мощная сырьевая база и передовая промышленность удобрений. Открыты крупнейшие в мире апатитовые залежи в Хибинах, фосфоритовые месторождения в районах Каратау, Вятки, Актюбинска и др., богатейшие залежи калийных солей в Соликамске, Белоруссии, Средней Азии и в других районах.
Огромные запасы природного сырья позволяют нам производить фосфорные и калийные удобрения в неограниченных количествах.
Резкое увеличение добычи природного газа и нефти, рост угольной промышленности, развитие электроэнергетического хозяйства и химического машиностроения обеспечивают быстрое развитие промышленности синтетического аммиака п азотных удобрении.
В нашей стране создана сеть научно-исследовательских учреждении, специально занимающихся химизацией сельского хозяйства. Советские ученые разработали методы получения и применения новых удобрении, в том числе: концентрированных и сложных, гранулированного суперфосфата, аммофоса, обеефторенио-го фосфата, исслеживающейся аммиачпогг селитры, синтетической мочевины, беедлорных калийных и магиннсодержащих удобрении, а
также тройных удобрений типа нитрофоски, борных, марганцевых и других микроудобрении. Предложены способы производства органоминеральных удобрений пз бурых углей, торфа и других природных материалов.
Для удешевления удобрений и улучшения их физико-химических свойств советские ученые разработали новые, более совершенные методы производства. К числу таких методов относится, например, обработка фосфатов азотной (а не серной) кислотой. При этом способе сырье используется полностью.
Разработаны также новые термические (тепловые) методы переработки природных фосфатов. Апатит пли фосфорит смешивают с песком пли известняком и обрабатывают водяным .паром в печи при температуре 1400—1500'. Таким путем пз фосфата удаляется вредный для сельскохозяйственных растений и животных фтор, и в результате получается высокопроцентное удобрение — обесфторенпый фосфат, который может служить также подкормкой для сельскохозяйственных животных.
При другом способе производства природный фосфат сплавляют в печи с природными магнезиальными силикатами или щелочными соединениями (содой, сульфатом натрия п др.) н получают так называемые плавленые магнезиальные фосфаты, плн термофосфаты. Эти удобрения содержат фосфат в цитратнораство-рпмой форме и особенно эффективны на кислых почвах.
> совершенствован электротермический процесс получения фосфора и переработки его в фосфорные удобрения. В связи с ппантским размахом строительства электростанции и перспективой выработки дешевой электроэнергии этот метод должен получить широкое распространение, так как он позволяет перерабатывать в электропечах даже низкокачественное фосфатное сырье и получать концентрированные удобрения.
Значительно усовершенствован за последнее время метод производства суперфосфата. Разработаны дешевые способы его гранулирования и непрерывно! о, частично автоматизированного производства. Для улучшения физических свойств суперфосфата освоены процессы его аммонизации (обработки аммиаком), сушки и др. Аммонизация делает суперфосфат более рассыпчатым, понижает его гигроскопичность и слежнваемость. Разработаны методы гранулирования аммиачной селитры путем
введения соответствующих добавок. Это резко уменьшает ее слежнваемость.
Крупнейшие месторождения агрономических руд в нашей стране (Хибинское, Соликамское и др.) находятся далеко от основных земледельческих районов, потребляющих минеральные удобрения. В этих условиях большой экономический эффект дает повышение концентрации содержащихся в минеральных удобрениях питательных веществ. Перевозить за сотни и тысячи километров низкопроцентные минеральные удобрения дорого и невыгодно. Так, перевозка простого суперфосфата, содержащего 14—20% 1\0о, требует в 2—3 раза больше транспортных средств, чем перевозка двойного суперфосфата с 48—50% Р2О5. Для концентрированных удобрений нужно гораздо меньше тары и складов. И, наконец, значительно меньше средств расходуется при внесении таких удобрений в почву.
УВЛЕКАТЕЛЬНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
В нашей статье освещена только часть задач, которые решает химическая промышленность для сельского хозяйства. Но н такой далеко не полный перечень показывает, как велики и увлекательны эти задачи. XXI съезд КПСС принял решение в 1959—1965 гг. намного увеличить производство минеральных удобрений, ядохимикатов и других химических средств, применяемых в сельском хозяйстве.
Легко представить себе, как заколосятся нивы и нальются плодами сады, когда земля получит все нужные ей элементы питания, когда удобрения и средства химической мелиорации сделают все почвы плодородными, когда земля будет быстро в эффективно очищаться от сорняков, а растения будут защищены от вредителей и болезней! Успехи химии, физики и биологии сделают плодородными пустыни и болота, заполярную тундру^ и сыпу’чие пески. Обильные корма, наряду с оздоровляющими средствами, увеличат продуктивность скотоводства. птицеводства п рыбоводства. Отходы сельского хозяйства будут обезвреживаться п использоваться. 1 руд человека в сельском хозяйстве станет еще более здоровым, производительным п привлекательным.
1 аким мы должны сделать паше сельское хозяйство. В это великое дело химическая промышленность вносит свои вклад.
а\ иелаюш одежду и nfioduпитания
роОовали лп вы когда-ниоудь подсчитать, сколько предметов нашего домашнего обихода сделано пз тканей? Давайте посмотрим внимательно вокруг. В самом деле, костюм, который вы носите, пальто, белье, скатерть на столе, одеяло, простыни и наволочки на постели, полотенце над умывальником, занавески па окнах и множество других необходимых в нашей повседневной жизни вещей сделано из тканей. Но как и из чего делаются сами ткани? Как из них изготовляют все необходимые нам предметы?
Еслп вы внимательно рассмотрите ткань вашего платья, то увидите, что она состоит из отдельных нитей, тесно переплетенных между собой. А сама нить в свою очередь
ПУТЬ ОДЕЖДЫ
сделана пз отдельных тоненьких волоконец. И чтобы превратиться в платье, волокнам этим пришлось пройти длинный, очень длинный путь.
ИЗ ЧЕГО ДЕЛАЮТСЯ ТКАНИ
Еще н глубокой древности человек научился соединять отдельные короткие и тонкие волокна в длинные нити—пряжу—и делать пз нее ткани. Чтобы изготовить пряжу, люди использовали волокна, которые могли получить в тех природных условиях, где они жили. Сначала это были волокна диких растений, потом щррсть животных, волокна льна и конопли. С развитием земледелия начали выращивать хлопчатник,
даюСцпй очень хорошее и прочное волокно. В дальнейшем ткани стали делать из самых разнообразных текстильных волокон.
В зависимости от происхождения или способа приготовления, а также химического состава текстильные волокна делят па два больших класса: пату р а л ь и ы е, которые формируются в природных условиях (в растениях, на коже животных), г х и м и ч е с к и с (иначе их называют искусственными), вырабатываемые человеком искусственным путем на фабриках и заводах (см. ст. «Материалы неограниченного выбора»).
НАТУРАЛЬНЫЕ ТЕКСТИЛЬ НЫЕ ВОЛОКНА
Текстильные волокна имеют очень маленькие поперечные размеры и, сравнительно с ними, значительную длину. Длина волокна примерно в тысячу раз больше его толщины.
Большинство волокон состоит из веществ, которые относятся к высокомолекулярным соединениям — п о л и м е р а м. Из встречающихся в природе к ним, например, относятся: целлюлоза — основная часть растительных волокон (она создается в процессе роста растении пз углекислоты воздуха и воды), белковые вещества: кератин — основное вещество шерсти, ф в б р о и и — основное вещество шелка.
Основное текстильное натуральное волокно — х л о п о к. Это — волоски па семенах хлопчатника. На хлопкоочистительных заво-
дах хлоиок-сырец очищают от частиц листьев, коробочек п т. п., а
затем отделяют волокна от семян на специальных машинах — в о л о к и о отдели-
Рис. 1. Если соединить смеете все хлопчатобумажные ткани, выпускаемые нашими фабриками за год, то получится полоса, которой можно обмотать земной шар по экватору 137,5 раза/
теля х. После этого волокно прессуется в кипы.
Длина волокон хлопка различна — от 12 до 60 .мм. Хлопковое волокно тонкое (средняя толщина средпеволомшстого хлопка — 20 — 22 микрона), но очень прочное (выдерживает нагрузку 4.5—5 Г). Оно хорошо красится и дешево стоит. Все эти качества позволяют получать пз хлопка тонкую, равномерную и прочную пряжу и делать из нее самые разнообразные ткани — от тончайших батистов и маркизетов до толстых обивочных и одежных тканей.
J екстильные волокна получают т акже пз ст облек и листьев растений. Какие волокна называют л у б я и ы м и. Волокна из стеблей бывают топкие (лен, рами) и груб ы е (пенька, джут и др.). Пз топких волокон, прочных и гибких, делают различные ткани; грубые волокна, прочные, ио жесткие, идут главным образом па изготовление грубых тканей (например, мешковины), канатов и веревок. Из листовых волокон, еще более грубых и жестких, также делают канаты.
Чтобы получить волокно из стеблей, растения срезают с корня и расстилают па долгое время в иоле или мочат в спеипальиыхбассейнах. Вымоченные стебли (тресту) сушат п механически обрабатывают: мнут и треплют на специальных машинах, которые отделяют волокно от древесины и других тканей стебля.
Основное лубяное волокно— л е в. Пз льняных тканей—полотна и других — делают скатерти и полотенца, простыни и наволочки, рубашки и носовые платки. Из более грубых сортов льна изготавливают парусины и холсты.
Шерсть давно известна людям. Костюмы, зимние пальто, вязаные кофты и свитеры, перчатки и варежки — все, без чего не обойдешься студеной зимой, сделано из шерстп. По своему значению для народного хозяйства шерсть занимает второе место после хлопка.
Шерсть — это волокна волосяного покрова некоторых животных. Основную массу шерстп (до 95° 0) дает человеку овца.
У шерсти много ценных свойств: она легка, плохо проводит тепло п хорошо поглощает влагу. Но не все волокна в шерсти одинаковы. Наиболее ценно топкое, упругое, гибкое, извитое волокно — пух; более толстое п менее извитое волокно — так называемая ость. Кроме того, в шерстп есть промежуточное но свойствам волокно — переходный в о-л о с —и, наконец, малопрочное п очень жесткое
волокно — мертвый волос. Овен стригут весной (при этом шерсть снимается сплошным пластом, который называется руно м) пли весной п осенью (при осенней стрижке шерсть получают в виде клочков).
На фабриках первичной обработки — шерстомойка х—шерсть освобождают от грязи и посторонних примесей. Части разного руна, одинаковые по пх свойствам, объединяют в общие партии. Из шерсти делают либо сравнительно гладкую пряжу (гребенную), либо пушистую, относительно толстую (аппаратную). Поверхность тканей из гребенной пряжи гладкая, на пей хорошо впдеп рисунок переплетения нитей. Такие ткани прочны, легки, мало мнутся. Пз них шьют платья, костюмы, пальто. На поверхности тканей пз аппаратной пряжи пмеется войлокообразный настил (шерсть — единственное волокно, которое может образовывать такой пастил), а па некоторых, кроме того,—ворс. Такие ткани, более тяжелые и толстые, называются с у к о и н ы м и.
Кто из вас не видел шелк а! Из него делают чулки и белье; из шелковых тканей шьют нарядные платья, рубашки, косынки и пионерские галстуки.
Шелк — это тончайшая пить, которую вырабатывает гусеница тутового шелкопряда. Когда этой гусенице приходит время превратиться в куколку, чтобы затем стать бабочкой, она выпускает из себя тоненькую ппть, прикрепляет ее к сухой веточке п сплетает себе пз этой нитки теплое и уютное гнездышко — кокон. Вот пз этпх-то тончайших ниточек п делают шелк.
Шелковая коконная нить состоит из двух
Рис. 2. костюмы, зимние пальто, вязаные кофты и свитеры, перчатки и варежки—все, без чего не обойдешься студеной зимой, сделано из шерсти.
Рис. 3. Шелк — это тончайшая нить, которую вырабатывает гусеница тутового шелкопряда. Из шелковых тканей шьют нарядные платья, рубашки, косынки, пионерские галстуки.
шелковинок, склеенных между собой особым веществом — с е р п ц и н о м. Шелковые нити уложены в коконе в 40—45 слоев. Если дать куколке превратиться в бабочку ивыйти из кокона, в шелковых оболочках появятся дырочкп. Такпе коконы очень трудно разматывать. Поэтому куколку умерщвляют, обрабатывая коконы горячим воздухом, а затем, чтобы онп не гнили, сушат. Длина коконной нпти 700 — 800 м. Нпть очень тонка (средняя толщина 25—30 микронов), поэтому при разматывании соединяют нитп нескольких коконов (от 3 до 10). При этом нпти прочно склеиваются сернцином. Такая нпть называется ш е л к о м- с ы р ц о м.
Пз шелка сырца делают шелковые и полушелковые ткани. В полушелковых тканях его применяют для продольных питой (основы). Часть шелка-сырца перерабатывается в крученый шелк, который употребляется в тканях главным образом для поперечных нитей (утка).
ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
До сих пор мы говорплп о тканях, волокно для которых даст в готовом виде сама природа.
Рис. 4. Из одного кубического метра сосны при химической переработке получается 1500 м вискозной ткани. Химические волокна изготовляют также из синтетических полимеров, получаемых простейших химических соединений:
нефтяных газов, продуктов перегонки каменного угля.
Но человека уже давно перестало удовлетворять природное сырье. Пытливый человеческий ум все время искал и ищет способы получения искусственно, химическим путем, материалов, из которых можно делать ткани. К тому же свойства природных волокон не всегда удовлетворяют нас. Натуральные волокна, например, слишком коротки, недостаточно прочны, требуют сложной технологической обработки. II люди стали искать сырье, из которого более дешевым способом можно было бы получать ткань, теплую, как шерсть, легкую и красивую, как шелк, дешевую и практичную, как хлопок. В конце концов такое волокно было найдено. Ткани стали делать пз химических волокон.
Химические волокна не только заменяют натуральные, но и превосходят их по многим своим качествам. Ткани пз химических волокон, как правило, прочны, почти не мнутся, легко стираются, очень красивы. Химические волокна делают как из природных полимеров — главным образом целлюлозы, получаемой пз дерева, соломы и т.п., так п пз синтетических полимеров.
При производстве химических волокон сырье растворяют или расплавляют п получают жидкую п вязкую прядильную массу. Через мельчайшие отверстия фильеры (фильера — деталь машины, обычно похожая по внешнему виду на наперсток или металлический колпачок) массу выдавливают тоненькими струйками в ваппу с особым химическим раствором, где
струйки застывают в твердые, блестящие и очень тонкие нити. Волокна при этом мог¥1 иметь любую заданную толщину, которая зависит только от количества прядильной массы, подаваемой насосиком через отверстия фильеры’ и от скорости вытягивания нитей. Обычно формуют очень топкие волокна. Если изготовляется непрерывная нить, фильера имеет*20—50 отверстий, а если делается штапельное волокно, число отверстий достигает 3—6 тыс. В последнем случае волокно режут или разрывают на короткие отрезки (штапели). Пз них на прядильных фабриках делают пряжу. Скорость формования волокна очень велика—3 тыс. м мин. Один шелкопряд за всю свою жизнь дает один кокои — 0,5 Г шелка: лучшая овца дает 6—7 кГ шерсти в год; а из кубического метра сосны прп химической переработке получается 1500 м вискозной ткани. Один маленький завод заменяет за год «работу•> 5 — 10 млрд, гусениц шелкопряда.
Химическое волокно готовится на заводах быстрее и дешевле, чем может сделать это природа. Кроме того, в зависимости от впда исходного сырья и условий его формования можно получать волокна с самыми различными, заранее намеченными свойствами. Чем сильнее тянут струнку в момент выхода ее из фильеры, тем прочнее получается волокно. В некоторых случаях химические волокна даже превосходят по прочности стальную проволоку такой же толщины, хотя вес пх в 6—7 раз меньше веса стали. Такие нитп незаменимы в технике.
Из химических волокон делают самые разнообразные ткани. Одни из них — очень тонкое, легкие и прозрачные,— превосходят по качеству п красоте натуральный шелк. Другие — более плотные, ворсистые, мягкие — напоминают шерсть, но в то же время они прочнее ее.
Число видов химических волокон увеличивается с каждым месяцем. Сейчас пх уже выпускается более 50 впдов. 1 лавиейших пз них— капрона, нитрона, лавсана, анпда (нейлона), вискозного волокна — редко кто не знает в нашей стране. В 1965 г. производство химических волокон увеличится по сравнению с 1958 г. в 4 раза, а наиболее ценных синтетических волокон — в 12—13 раз.
КАК ИЗ ВОЛОКНА ПОЛУЧАЕТСЯ ПРЯЖА
Чем длиннее п тоньше волокно, тем прочнее и мягче пряжа, которая пз него получается. Однако обычные натуральные текстильные во
локна (за исключением шелка) имеют незначительную длину. Поэтому, чтобы получить шип большой длины, волокна прядут. Весь процесс образования пряжи пз массы волокон называется прядением.
Пряжа — это тонкие, гибкие нпти, состоящие из отдельных скрученных между собой волокон. В старые времена пряжу пряли вручную: вытягивали пз массы волокон узенькую ленточку п скручивали ее пальцами. Это — самый древний п самый примитивный способ. Позднее волокна стали расчесывать ручными гребнями и скручивать с помощью ручных веретен.
Потом появилась первая текстильная машина — п р я л к а. Ее веретено приводилось в движение от вращающегося колеса. Затем — самопрялка, которая одновременно скручивала пряжу п наматывала ее па веретено. Разумеется, все эти машины приводились в действие мускульной силой работающего.
Современное прядение — одно из основных производств текстильной промышленности, в высокой степени механизированное п автоматизированное. Гак как свойства текстильных волокон различны, для переработки их в пряжу применяют машины разных конструкций, да и сам процесс обработки их протекает по-разному. Давайте посмотрим, как перерабатывают хлопковое волокно.
Обычно волокно поступает па фабрику спрессованным в кипы. Чтобы получить ровную пряжу определенной толщины и прочности, необходимо разделить всю массу волокон кипы па отдельные волокна, очистить их от грязи, примесей и негодных волокон, распрямить и уложить параллельно друг другу, сделать пз них тонкую ровную ленточку и, наконец, скрутить из этой ленточки пряжу и намотать ее па катушку. Конечно, за .один прием сделать все это нельзя.
В прядении волокон участвует очень много машин: разрыхлительные, трепальные (а разрыхлите льно-трепальный агрегат для хлопка состоит из 14 отдельных машин!), чесальные, ленточные, ровничные, прядильные.
Сначала волокно разрыхляют, т. е. разделяют на мелкие клочки, при помощи пгл п зубьев р а з р ы х л п т е л ь и о и машины. Затем оно поступает в т р е п а л ь п у ю машину, где при помощи специального барабана с ножами пли колками от пего отделяют сорные примеси и оно еще больше разрыхляется. При разрыхлении и трелаппп волокно много раз перемешивается.
Чтобы разделить массу волокон па отдельные волокна и окончательно очистить их, а также для того, чтобы частично распрямить и расположить пх параллельно друг другу, материал обрабатывают на чесал ь-н ы х машинах. Поверхность рабочих органов этих машин покрыта игольчатой лентой. Материал пропускают между быстро вращающимся барабаном и медленно вращающимися шляпками (узкие пластины игольчатой ленты) пли валиками. Чтобы получить самую гладкую, топкую, особо прочную пряжу, волокна, кроме того, зажимают сначала одним, а затем другим концом п прочесывают гребнями. I ребни прочесывают сперва передние, затем задние концы волокон. Короткие волокна п прпмеси прп этом не удерживаются в зажпмах и вычесываются.
После чесания получают топкий слои волокон — ватку, пли прочес. На тех же машинах ватка превращается в толстый, рыхлый жгут — ленту. Ленту выравнивают по толщине на ленточных машинах, где несколько лент складываются вместе и вытягиваются до определенной толщины.
Затем ленту постепенно вытягивают специальными вытяжными приборами и слегка
I «ЖЕЛЕЗНЫЙ ШЕЛКОПРЯД*
«Железным шелкопрядом» называют огромную машину, превращающую спите тическую смолу в тонкие, как паутинки, нити капроновой пли нейлоновой пряжи. \ Сначала в этой машине смола плавится. Потом ее вязкая масса продавливается сквозь I узкие отверстия. Получающаяся прп этом смоляная нпть охлаждается п, наконец, вытягивается в тончайшую паутинку, которая наматывается на большие катушки.
Шелковичный червь наматывает на свой кокои самое большее 0,5 Г шелковой паутинки в 700 ле длиной. А «железный шелкопряд» каждый час наматывает на каждую из своих 92 катушек по 1,5 кГ шелковых паутинок. Еслп сложить вместе все паутинки, приготовленные «железным шелкопрядом» за один лишь день, получится ниточка длиной в 700 тыс. км — от Земли до Луны и обратно. В 1965 г. у нас в стране будет изготовлено около 1,5 млрд, м шелковых тканей. II для большей части из них создадут нити из синтетического волокна «железные шелкопряды».
Рис. 5. На прядильных машинах из ровницы получают пряжу.
Кольцевая прядильная машина для хлопка работает так: ровница с катушки 1 огибает направляющий пругок 2 и идет в вытяжной прибор 3. Затем каждая нить через ннтепроводчик 4 направляется в стальную скнбочку — бегунок 5, свободно сидящий на кольце 6, где наматывается па бумажный пэгроп или деревянную шпулю 7, прочно надетую на быс гровращающееся веретено 8 Образуется початок (катушка с пряжей) Каждый 1’борот бегунка вокруг веретена сообщает нити пдно кручение, а каждый оборот, на который бегунок отстает от веретена, дает один оборот намотки пряжи на початок.Веретена вращаются очень быстро — в минуту они делают 8* - 14 тыс. оборотов Каждое веретено выпрядает в минуту 8 — 18 at пряжи, а каждая машина имеет 200—500 веретен. Вот и подсчитайте, сколько пряжи дает каждая машина в минуту1
скручивают до тех пор, пока из псе не получится ров ница — промежуточная по толщине между лептой и пряжей нить.
В прядении волокон применяют вытяжные приборы различных конструкции. Основу пх всех составляют вытяжные пары - валики, вращающиеся в разные стороны. Лепта, а затем ровница постепенно вытягиваются, двигаясь от пары к паре. В последнее время созданы вытяжные приборы сверхвысокой вытяжки,
которые вытягиваю! продукт в 200—300 pSj и дают возможность получать пряжу прямо из ленты.
На прядильных машинах из ровницы получают, наконец, пряжу. На этих машинах ровница вытягивается, скручивается и наматывается. Раньше применяли машины, на которых вытягивание и скручивание периодически сменялись наматыванием пряжи. 'Гакие машины периодического действия па наших фабриках почти полностью вытеснены прядильными машинами непрерывного д е й -с т в и я. В них все процессы: вытягивание, скручивание и наматывание — происходят одновременно. Для экономии места эти машины делают двухсторонними: вытяжные приборы и веретена располагаются на них по обеим сторонам; а между ними — рамка для ровницы (рис. 5).
В последние годы в СССР выпущено много новых высокопроизводительных машин для прядения. Размеры этих машин значительно меньше обычных; поэтому их называют малогабаритными.
КАК ДЕЛАЮТСЯ ТКАНИ И КАКИЕ ОНИ БЫВАЮТ
Итак, мы получили из текстильного волокна пряжу. Как же из пряжи сделать ткань?
Процесс производства ткапей из пряжи называется ткачеством. Его выполняют на ткацких станках. Ткань вырабатывается в виде длинной полосы, которую затем разделяют на куски.
Если рассмотреть поверхность ткани в лупу, то видно, как отдельные пптп, пдущпе вдоль куска,— основные — переплетаются с нитями поперечного направления — уточными. Нити основы пдут параллельно друг другу вдоль всего куска ткани. Поэтому, прежде чем основная пряжа поступит па ткацкий станок, необходимо уложить рядами ее длинные нити. Для этого их наматывают параллельно на общий валик — навой. Нитп основы должны быть достаточно натянуты для того, чтобы в процессе ткачества они плотно переплетались с уточными нптямп, образуя прочную ткань. Кроме того, нптп основы должны свободно раздвигаться всякий раз, когда челнок с уточной нитью пролетает между ними, прокладывая пить утка (до 220— 240 раз в минуту). Чтобы основа не обрывалась при ткачестве, нити ее пропитывают специальным клеящим составом — ш л и х т о й. Чтобы можно было управлять порядком раздвигания
нитей основы при прокладывании между ними нитей утка (создавать желаемое переплетение нитон в ткани), каждая нпть основы в отдельности предварительно продевается («пробирается») через специальную петельку—г л а з о к, привязанную к планкам рамки, называемой р е м п з к о п, а также между зубьями б е р-д а (металлического гребня).
Все операции, выполняемые с основными нитями до того, как они поступят на ткацкий ставок, производятся автоматическими и полуавтоматическими машинами: мотальными, сновальными, шлихтовальными и приборными станками .
У точная пряжа такой подготовки не проходит. Ее иногда лишь увлажняют или эмульсируют, чтобы сделать более упругой п гладкой.
Подготовленные нити основы и утка поступают на ткацкий станок. При ткачестве нити основы, намотанные на павой, помещаются позади станка, свиваются с навоя и идут па станок в виде горизонтального полотна (рис. 6). Основа сматывается с навоя 1 под натяжением, которое регулируется грузом или специальными регуляторами. Каждая нпть, как мы уже указывали, продета в глазок ремпзки 2. Ремизки могут подниматься пли опускаться. Прп подъеме некоторых ремизок (хотя бы одной) часть нптей основы поднимается, а другая опускается, причем между ними образуется пространство (как бы двугранный угол), называемое зевом. В это пространство и пролетает челнок 3. В челноке находится шпуля с уточной питью. Сматываясь со шпули, уточная нить остается в зеве, располагаясь поверх одних и под другими нитями основы. Затем ремпзки возвращаются в первоначальное положение, п нитп основы совмещаются снова в одну плоскость. А бердо 4, заключенное в качающейся раме (батане), прибивает нить утка, принесенную челноком, к проложенным ранее нитям (опушке ткани). Готовая ткань наматывается па товарный валик 5 в рулон.
На ткацком станке с двумя ремизками можно вырабатывать ткани с самым простым переплетением нптей — полотняным. Чтобы получить ткани с более сложными переплетениями, необходимо большее количество ремизок — до 24. Ткацкие станки в таких случаях оборудуются специальными ремизо-подъемными каретками. Ткани с крупными узорами вырабатываются па так называемых жаккардовых машинах. В создании узора таких тканей участвует несколько сотен основных нитей.
Как же строятся переплетения нитей в тка-
Рис. 6. Из пряжи на ткацких станках делают ткань. Это простейший ткацкий станок — у него только Ове рем изки.
нях? Основные нити ложатся в ткани в определенном порядке — то сверху, то снизу утка (рис. 7). Последовательность, в которой переплетаются нити основы и утка, создает тот пли иной рисунок переплетения нптей в ткани п придает ей различные свойства. Количество рисунков ткацких переплетений очень велико. По сложности ткацкие переплетения делятся на гладкие (онп называются также простыми), м е л к о у з о р ч а т ы е, сложные и круппоузорчатые. Переплетение нитей всегда рассматривают с лицевой стороны ткани. Его изображают на клетчатой, так называемой канвовой, бумаге. Каждый вертикальный ряд клеток соответствует ппти основы, а горизонтальный — утка; каждая клетка— пересечение этих нитей. Если сверху лежит основная нить, то клетка закрашивается, а еелп уточная — оставляется белой. Это очень облегчает зарисовку переплетений.
Любое переплетение строптся из определенного числа нптей основы п утка, после которого оно снова повторяется. К гладким переплетениям относятся полот н я н о е, с а р ж е -вое п сатиновое. Самое простое п распространенное переплетение — полотняное. В нем каждая нить основы переплетается с уточной через одну. Через каждые две нити переплетение повторяется. Ткань полотняного переплетения очень прочна. Поверхность се гладкая,
матовая, одинаковая с лица и изнанки. Ситец, бязь и многие другие хлопчатобумажные ткани, почти все льняные (полотно, парусина и т. п.), а также шелковые ткани имеют полотняное переплетение нитей.
Ткани саржевого переплетения легко отличить по косым полоскам на поверхности, идущим обычно слева направо и снизу вверх. Такое переплетение нитей имеют главным образом шерстяные ткани: бостон, шевиот, коверкот и др.,— а также шелковые подкладоч
ные и некоторые хлопчатобумажные ткани.
Поверхность тканей сатинового переплетения гладкая, блестящая, потому что основные и уточные нити в них редко изгибаются. На лицевой стороне такой ткани образуется как бы пастил из уточных (илп основных) пи-
теи. Однако при таком строении ткань получилась бы недостаточно прочной: ведь основные и уточные нити в ней переплетаются сравнительно редко. Поэтому, чтобы сделать ткани прочнее, пх вырабаты-
Рис. /. Если рассмотреть поверхность ткани с лицевой сторонь в лупу, то видно, как основные нити, идущие вдоль куска, переплетаются с нитями поперечного направления уточными. Изображают переплетение на канвовой бумаге. 1 полотняное переплетение; 2— саржевое переплетение; 3— сатиновое переплетение.
вают очень плотными. Сатиновое переплетение нитей имеет сатин — ткань, которую вы все хорошо знаете.
Ткацкие станки бывают ручные, простые механические и автоматические. В р у ч и о м станке все последовательные процессы образования ткани выполняет ткач с помощью простейших приспособлений. Сейчас такие станки применяют только для выработки высокохудожественных изделий. В простом механическом станке ткань образуется
специальными механизмами, получающими движение от привода. Ткач заменяет пустые («сработанные») уточные шпули полными, устраняет обрывы нитей, наблюдает за работой станка. В автоматическом ткацком станке особый механизм автоматически заменяет пустые шпули полными на ходу, без помощи ткача. При обрыве основной нити станок автоматически останавливается. Один ткач обслуживает до 12 простых механических станков и до 48 автоматических.
Однако ткачество все-таки остается одним
из самых трудоемких процессов. Многие изобретатели и ученые работают над созданием новых типов ткацких станков — бесчелночных, круглоткацких и др.
В бесчелночных станках уточная нпть сматывается не со шпули, которую несет челнок, а с неподвижных бобин (катушек), расположенных вне зева. Нить вводится в зев разными способами, например маленькой захваткой, прокидываемой через зев, так же как челнок в обычных ткацких станках. В других станках уточная нить протаскивается прп помощи движущихся навстречу друг другу рапир — металлических лент. В третьих — уточная нпть прокладывается в зеве при помощи капли воды, под большим давлением выталкиваемой из сопла струей сжатого воздуха (рпс. 8).
Ученые разрабатывают также способы получения тканей без ткачества. 1акпе ткани можно делать не пз полноценных волокон, а пз их отходов: хлопкового пуха (коротеньких волоконец, которые образуются наряду с хлопковым волокном на семени хлопчатника),— а также пз отходов прп пзготовленпп вискозы, капрона, нейлона и других химических волокон. 1кань без ткачества — это ткань без нитей. Чтобы сделать такую ткань, например, из хлопкового пуха, легкую пушистую ватку— прочес — опускают в ванну* с клеем. Через 1 —2 мин. ватка пропитывается клеем, затем ее быстро промывают в солевом растворе. Клей
Рас. 8. В этом ткацком бесчелночном станке нить утка протаскивается между нитями основы каплей воды, вылетающей из сопла. При помощи специального ролика отмеряется нужная длина уточной нити, и ножницы отрезают ее. В остальном этот станок устроен почти так же, как обычный ткацкие станок. Однако конструкция его проще, производительность выше, размеры и вес меньше и управлять станком стало удобнее. Человека, пришедшего в цех бесчелночных станков, поражает отсутствие привычного оглушающего гула, издаваемого ткацкими станками.
осаждается на волокнах, они склеиваются друг с другом, образуя прочную ткань. Применяя разнообразные виды клея и смеси волокон, химики получили образцы тканей, совсем по похожие друг на друга по свойствам: мягкие и ворсистые, как фланель; плотные, похожие на бумагу, н т. д. Некоторые синтетические волокна под действием высокой температуры плавятся. Если смесь таких синтетических волокон с хлопковыми пропустить через каландры (вращающиеся навстречу друг другу валки), то синтетические волокна расплавятся и прочно склеят смесь волокон. Первые образцы таких тканей еще несовершенны, но, безусловно, клееные ткавп будут дешевы п найдут широкое применение.
Ткань, снимаемая с ткацких станков, называется суровой или суровьём. В таком виде ее редко используют. Суровые ткани обычно жестки, плохо смачиваются, содержат различные примеси или вещества, вводимые в материал при прядении п ткачестве. Прежде чем поступить в продажу, ткань проходит операции отделкп: из нее удаляют примеси, она становится мягкой, приобретает красивую п прочную расцветку и пр.
Ткани различного назначения отделывают по-разному. Одни отбеливают, другие окрашивают, на третьи наносят печатный рисунок (рис. 9, 10). Ткани делаются блестящими или матовыми, гладкими пли ворсистыми. При окончательной отделке их пропитывают составами, придающими им более красивый вид, мягкость пли жесткость, упругость, водослоц-кость, несмипаемость, молеустойчпвость и т. п. Выправляют перекосы, разглаживают, стригут.
В прежнее время цветные рпсункп (узоры) наносились на ткань ручным способом. Такой способ назывался набив к о й или и а б о ь-к о и. Поэтому и теперь иногда узорчатые ткани называют набивными. Для набивки изготовляли специальные резные формы с рельефными узорами — манеры, цветки пли наборные, узор в которых набирался из медных пластин плп проволоки. Прп набивке форму, покрытую краской, накладывали на ткань и ударяли по пен молотком. Отсюда и название способа — набивка. Чтобы рисунок был ярче, его расцвечивали кпетыо от руки.
Однако таким способом раскрашивать ткани медленно и дорого. Поэтому теперь набивка почти не применяется. Современные печатные машины в одну минуту могут нанести рпсунок на 125 м ткани.
В печатной машине ткань проходит между печатными валами и большим вращающимся металлическим цилиндром. На печатных валах выгравирован углубленный рпсунок, на который щеточным валиком наносится краска. При печатании вал прижимает ткань к большому цилиндру, ина ней пощучаВтся рпсунок. Чтобы цилиндр по загрязнялся краской п был упругим, между ним п тканью пропускают несколько слоев какой-нибудь другой ткани: прорезиненное полотно пт. п. Каждый печатный вал наносит на ткань часть рисунка только одного цвета. Поэтому печатные машины бывают одно- и многовальные, (до 1G валов).
Если ткань сделана пз волокна одного вида (хлопчатобумажная, льняная, шерстяная, шелковая), ее называют однородной. Но
Рис. 9. Од повальная печатная машина для тканей.
тканп делают п из различных нитей, например из niepcj и и хлопка, пли пз шерсти и химических волокон, или из нптей, в состав которых входит смесь различных волокон.
Ткани с гладкой поверхностью называются гладьевыми, а имеющие на поверхности пушистый слои (ворс)— ворсовыми. Ткани с рель-
Рис. 10. При отделке на многие ткани наносят красочные рисунки. Если, например, в рисунок ткани входит 5 цветов, то и печатная машина должна иметь 5 валов.
ефными ткаными рисунками называются круп, ноузорчатыми; ткани из разноцветных нитей— пестроткаными. В зависимости от отделки получают а кани беленые, гладкокрашеные (одного цвета), набивные (с печатным узором на поверхности) и т. и.
Выпуск тканей в СССР с каждым годом возрастает. В 1965 г. производство тканей на душу населения увеличится до 56 м. Это значит, что производство всех тканей на душу населения увеличится на 17 м. Производство шерстяных тканей с 1958 по 1965 г. намечено увеличить с 303 до 500 млн. м. В 1965 г. производство шелковых тканей должно составить 1 млрд. 485 млн. м, т. е. в 1,8 раза больше, чем в 1958 г.; хлопчатобумажных — 7700— 8000 млн. м. Выпуск хлопчатобумажных тканей с применением химических волокон за это время должен увеличиться в несколько раз. Особенно значительно будет расширена выработка тканей, пользующихся наибольшим спросом: ворсовых — примерно в 3,5 раза, меланжевых — в 1.8 раза, ситцевых—в 1,6 раза.
КАК ШЬЕТСЯ ОДЕЖДА
Чтобы защититься от холода, ветра, дождя и снега, первобытные люди мастерили себе примитивную одежду из звериных шкур, листьев, коры деревьев. Постепенно, с ростом и развитием человеческого общества, люди научились делать ткани п стали шить пз них свою одежду. Со временем она становилась все более сложной п разнообразной.
А как много видов одежды производится теперь: пальто п шубы, плащп и ку рткн, пиджаки и жакеты, брюки и юбки, рубашки и блузки,— всего не перечтешь! В Советском Союзе в настоящее время несколько тысяч фабрик выпускают разные швейные изделия.
В зависимости от назначения одежду’ делают из самых разнообразных тканей. Для зпмнпх вещей испо'льзуют тканп, плохо проводящие тепло (такие тканп лучше греют), для летней же, наоборот, употребляют ткани с большой теплопроводностью п воздухопронвцаемостью, обычно светлых тонов: ведь светлая ткань поглощает меньше солнечных лучен. Одежда моряков пли рыбаков, проводящих жизнь близ воды, не должна промокать, но в то же время хорошо пропускать воздух. Белье шьют из мягких, легких, хорошо стирающихся тканей. А как важно правильно подобрать
ткани для детской одежды! Ведь дети еще плохо приспособлены к окружающим условиям. Детская одежда должна быть и легкой, и теплой» и удобной, п красивой!
На наших швейных фабриках одежду изготовляют по непрерывно-поточному способу. При этом одновременно производится большое количество однородных изделий прп самом широком разделении труда. Шитье костюма пли пальто, напрпмер, разбивается на 50—100 операций, следующих одна за другой, Каждую операцию выполняет работник на определенном рабочем месте, где установлена соответствующая швейная машина, гладильный пресс и т. п.
Рабочие места п оборудование размещаются в цехе последовательно, по ходу технологического процесса, п образуют как бы агрегат, по которому идет поток обрабатываемых полуфабрикатов. От одного рабочего места к другому полуфабрикаты передаются по конвейеру. Есть такие конвейеры, которые могут менять скорость, перемещать изделия не только вперед, по п назад и даже адресовать его на определенное рабочее место по нескольку раз.
С чего же начинается рабочий процесс на швейной фабрике?
Прежде всего художникп-модсльеры создают модели (образцы) одежды. После утверждения модели конструкторы разрабатывают выкройки деталей одежды. По ним изготовляют лекала, необходимые для очерчивания контуров изделия на ткани. Но как правильно рассчитать размеры одежды? Ведь с каждого человека мерку не снимешь! Раньше считали, что люди одинакового роста и с одинаковым обхватом грудп имеют одну и ту же ширину плеч, размер талии, длину рук п ног и т. п., т. е. что все размеры фпг^ры меняются пропорционально. Однако в жизни это не совсем так.
Сейчас в Советском Союзе ведется большая научно-псслсдовательская работа по изучению особенностей фигур отдельных людей, чтобы подготовить стандартные размеры.
Как же раскраиваются ткани, если одновременно шьется так много изделий? При массовом производстве ткань настилают в несколько десятков слоев, высокой стопкой, и выкраивают сразу десятки деталей. Высота стопки, называемой в швейном производстве настилом, зависит от вида ткани, се толщины и отделки и т. и. Хлопчатобумажные ткани (ситец, сатин и др.) настилаются в 150—200 полотен; бобрик или драп — в 20—24. На верхнее полотно обычно
наносится с помощью лекала контур выкройки изделпя.
Ткани необходимо тщательно подготовить к раскрою: промерить их длину и ширину, подобрать по цвету, рисунку и т. д. Экономичность раскроя зависит от того, как разложены на настиле лекала, как подсортированы ткани по длине и ширине и т. д.
Ткани настплают обычно вручную, используя лишь приспособления для направления ткани, выравнивания се по длине, обрезания в соответствии с длиной пастила. Настил сначала рассекается на части передвижными закройными машинами, а затем другие машины — ленточные — уже вырезают детали изделий.
Скроенные детали (в зависимости от вида и назначения изделия) соединяются различными швамп, выполняемыми на разнообразных швейных машинах: стачиваются на быстроходных одноигольпых машинах, которые делают 500 и более стежков в минуту; стегаются на многоигольных машинах и т. д. Широко распространены швейные машины с зигзагообразной строчкой, машины потайного стежка, вышивальные машины, автоматы для пришивания пуговиц и крючков, петельные машины. Существуют и такие машины, которые выполняют только одну определенную операцию, напрпмер втачивают рукава.
Важную роль в швейном производстве играют различные прессы, утюги, гладильные машины и т. д. В наиболее совершенном гладильном оборудовании температура, время обработки, сила давления регулируются автоматически.
Рис. 11. Из ткани,, которая каждую минуту вырабатывается на наших фабриках, можно выложить до--рожку длиной в 14 км. Выпуск тканей в СССР с каждым годом увеличивается.
□ 22 Детская энциклопедия, т. 5
337
Для разутюживания изделий изнутри недавно начали применять очень интересное приспособление — воздушно-паровой манекен. Изделие надевают на стойку манекена, покрытую нейлоновым мешком, и наполняют мешок паром под давлением. При этом изделие пропаривается, расправляется и разглаживается. Чтобы высушить изделие и закрепить форму, которую оно приобрело, манекен вновь наполняют го
рячим воздухом под тем же давлением. Вся обработка длится около минуты.
В последнее время в СССР разрабатывается новый способ соединения деталей одежды— при помощи клея. Новый метод позволит коренным образом изменить технологию швейного производства и заменить сложные по конструкции швейные машины более простыми и производительными прессами.
КАК ДЕЛАЮТ ОБУВЬ
Q6yBb — одна пз древнейших принадлежностей человеческой одежды. История ее исчисляется тысячелетиями. Люди начали носить обувь очень давно, еще в доисторические времена. Сначала, по-видимому, это были просто куски звериных шкур или кож, которыми наши далекие предки обматывали себе ноги, стремясь защитить их от холода и сырости, от ушибов и порезов. Позднее куски шкур или кож стали сшивать, придавая им форму ноги.
В древней Руси людей, которые занимались изготовлением обуви, называли усмошвеиами: «усма»— древнерусское название кожи. Примерно в XI в. появилось слово «сапожник».
В настоящее время швейные операции составляют не более четверти всех операций при изготовлении обуви, однако по традиции производство обуви до сих пор называют пошивкой, а основные цехи обувных фабрик — по
шивочными.
Обувь, которую вы носите каждый день,— сапогиботинки, туфли, тапочки, сандалии и т. и.— называется бытовой. Кроме того, существует специальная обувь: производственная, спортивная, военная и др.
Разная обувь по-разному закрывает стопу и имеет самую различную форму. 1
Каждый вид обуви собирается из большого количества деталей. Так, например, обычный
Рис. 1. Первой обувью, по-видимому , были просто куски звериных шкур или кож.
ботинок состоит пз 9 кожаных деталей верха, 6 подкладочных деталей из ткани и 9 деталей
низа.
Обувь должна быть прочной, легкой, красивой nfглавное, удобной.
Прежде всего обувь должна соответствовать стопе по своей длине. Для этого длина обуви должна несколько превышать длину стопы, иметь запас, пли припуск. Ведь наша стопа легко выдерживает вес нашего тела потому, что имеет пружинящую, сводообразную форму. Когда мы ходим илп стоим, стопа может удлпняться в пределах до 1,4 см и расширяться до 1,7 см. Поэтому, если в обуви нет запаса, нога быстро устает при ходьбе. Величина запаса завпспт от формы и назначения обуви. Так, запас у зимних ботинок, которые надеваются обычно на толстые шерстяные носки, должен быть больше, чем у тапочек или сандалий, которые носят летом с тонким чулком или носком,а то и просто на босу ногу.
Длину обуви определяют расстоянием по оси стельки от крайней точки пятки до крайней точки носка. Расстояние измеряется в ш т и х а ницах длины (один штих равен 2 з см). Номер обуви определяется количеством штпхов. Если, например, длина стельки равна 36 штпхам (24 см), то обувп присваивается номер 36. Та-
это — размер обувп— х, специальных едп-
Рис. 2. Название «сапожник» появилось примерно в XI в.
кая система определения размеров обуви принята у нас в Советском Союзе. Опа называется штпхмассово и. Но существуют и другие системы: метрическая (за номер принимается длина в 1 см), дюймовая (за единицу длины принимается 1 3 английского дюйма, т. е. 8,467 мм).
В Советском Союзе изготовляется обувь от 10 до 48-го размера. Самая маленькая — от 10 до 16-го размера — предназначается для малышей, только что научившихся ходить, и называется «пипетки», а от 17 до 21-го размера —«гусарики».
При выборе обуви следует учитывать и ее полноту (высоту, обхват), которая обозначается условно номером, соответствующим величине самой широкой части стопы. Полнота обуви устанавливается по таблицам, полученным в результате массового обмера ног у людей самого различного телосложения. Номер полноты вместе с номером длины проставляется на подкладке обуви и на ее подошве около каблука. Обувь различных размеров поступает в продажу по так называемым р о с т о в к а м, т. е. с определенным процентным соотношением разных номеров в каждой партии.
Ткани и дерево, резина и картон.давно применяются при производстве обуви наряду с кожей. В последнее время в обувной промышленности широко используются искусственные материалы, получаемые синтетически па химических фабриках и заводах. Эти материалы не только не ухудшают, но зачастую и улучшают качество обуви и вместе с тем делают ее намного дешевле, так как стоят недорого.
Вот две пары красивых женских туфель. Одни из них — кожаные, другие сделаны из искусственных материалов и стоят в 3 раза дешевле первых, хотя выглядят не хуже. В чем же тут дело?
История этих туфель довольно длинная. Верх у них сделан из синтетического каучука. Это — очень дешевое сырье. Однако не так-то просто было получить из пего материал, пригодный для производства обуви. Дело в том, что сделанная из синтетического каучука «кожа» не пропускала воздуха, и нога в такой обуви не могла «дышать». После долгих поисков выход был найден. В каучуковую смесь добавили измельченный хлористый калий, затем полученную массу нанесли тонким слоем на войлок. После термической обработки «кожу» промыли водой; хлористый калий растворился в воде, и па «коже» появилось множество пор.
Рис. 3. Обувь бывает бытовая (сапоги, ботинки, сандалии и т. п.) и специальная (производственная, спортивная, военная и др.).
А из чего сделана подошва у этих туфель' Она легче пробки! Удельный вес ее всего 0,1 — 0,2 г см3, в то время как у кожи он равен 1. Новая микропористая подошва, выпускаемая в настоящее время в СССР, эластична и прочна. Нога при ходьбе на такой подошве не утомляется. Это происходит потому, что в резиновую смесь, из которой делается подошва, вводится особое вещество — порообразователь. Во время вулканизации материала при высокой температуре оно выделяет газ; расширяясь^ газ этот создает мно;кество мельчайших пузырьков, образуя таким образом «воздушную резину».
К материалу, из которого делается обувь, предъявляются очень высокие требования. Прежде всего недопустимо, чтобы он был
Рис. 4. Детали обуви выкраиваются на специальных прессах при помощи резаков (ножей). Их лезвия делают в виде контура, замкнутого по форме детали.
жестким; ведь во время носки обувьпа ноге постоянно изгибается, и человек не должен расходовать на это много сил. Кроме того, необходимо, чтобы материал обладал способностью растягиваться, иначе из него пельзя делать обувь. И, наконец, он должен хорошо поглощать влагу, выделяемую стопой (а ее выделяется 0,5—1 Г в час), и отдавать ее во внешнюю сроду, т. е. испарять.
Изготовление обуви делится на следующие основные операции: 1) раскрой материала, 2) подготовка деталей к сборке, 3) сборка и скрепление заготовки (заготовкой называется верх обуви, сшитый из отдельных деталей), 4) формование заготовки, 5) прикрепление деталей низа к заготовке и 6) отделка готовой обуви.
Детали обуви выкраиваются из основных материалов (листов кожи, картона, искусственной кожи, ткани) на специальных прессах при помощи резаков (ножей). Стальные лезвия резаков делаются в виде замкнутого по форме детали контура. Материал кладут на опорную плиту пресса, устанавливают на него нужный резак, затем опускают ударную плиту пресса.
На первый взгляд раскрой материала не кажется особенно трудным делом. В действительности же он требует от работника очень высокой квалификации. Резаки нужно располагать на куске кожи так, чтобы после раскроя оставалось как можно меньше обрезков. От этого зависит стоимость обуви.
Самые ответственные детали, например с о-ю з к и (деталь верха обуви), выкраивают пз центральной, более прочной и толстой части кожи, а второстепенные — размещают по краям как можно ближе одна к другой. Кроме того, каждая деталь должна быть расположена в том направлении, в котором тянется кожа (а это, как вы увидите, очень важно при формовании заготовки). Сложность заключается еще и в том, что из каждой кожи надо выкроить строго заданное количество деталей — комплект.
При подготовке деталей обуви к сборке обрабатываются в основном края этих деталей: их срезают, окрашивают, загибают и т. п. Подошвы и стельки выравнивают по толщине, шлифуют пх поверхность. Кожаные каблуки собираются из отдельных пластин и формуются под высоким давлением в прессе.
Для каждого впда обуви существует свой, особый порядок соединения деталей в заготовку. Для ботинка, например, обычно сшивают отдельно детали, образующие переднюю часть заготовки; затем деталп задней части н, наконец, подкладку. После этого собранные части соединяют в целую заготовку.
Заготовки сшивают на швейных машинах различных конструкций. Пошивка заготовки разбита на отдельные операции. Каждую пз них выполняет один или несколько рабочих.
Детали обуви выкраиваются, как мы уже знаем, пз плоских материалов, а в готовой обуви почти все они, за малым исключением, имеют объемную (пространственную) форму. Чтобы придать плоской заготовке такую форму, ее надевают на колодку и натягивают.
Рис. 5. Прежде всего заготовку обрабатывают на обтяжной машине (принцип обработки).
Рис. 6. Схема полуавтомата, на котором выполняется затяжка пятки.
Обувь устанавливается пяткой на штифт упора /, носком на упор 2 и вдвигается в машину до соприкосновения ее пятки с обжимной формой 3. Колодка автоматически прижимается к форме и к верхнему стелечному упору 4. Он давит на колодку и опускает ее вниз до уровня затяжных пластин 5, которые и формуют пятку Затем молотки 6 забивают затяжные гвозди.
Прежде всего заготовка обрабатывается на о б т я ж н о й машине. У этой машины имеется три пары клещей с пружинами— амортизаторами и механизмом, регулирующим силу натяжения материала. Сначала заготовку, предварительно надетую на колодку, захватывают средние клещи и вытягивают ее носок в продольном направлении (рис. 5). Это самая большая натяжка заготовки. Затем боковые кле-
чивают гвоздп, прикрепляя заготовку к стельке.
Окончательно формует заготовку п прикрепляет ее к стельке по всему контуру з а т я ж-н а я машина. Существуют универсальные затяжные машины, на которых можно затягивать заготовки различных видов обуви по всему периметру следа, а также специальные, предназначенные для затяжки заготовки одного какого-нибудь вида обуви, например сандалий. Иногда такие машины предназначаются для затяжки лишь какой-нибудь одной части обуви, например пятки.
Рабочими инструментами затяжных машпп служат клещи, пластины или ролики. Затяжка пятки, например, выполняется на специальном полуавтомате (рис. 6). Рабочий, обслуживающий эту замечательную машину, должен только отрегулировать ее в начале работы, после чего его обязанностью будет устанавливать и снимать обувь, включать п выключать полуавтомат, наблюдать за его работой.
В Советском Союзе все чаще применяется новый, «беззатяжный», способ формования обу-вп. Прп этом способе заготовка пришивается к стельке по периметру па швейной машине. Затем в нее вставляется особым образом устроенная шарнирная колодка. Половинки этой колодки раздвигаются на нужную величину и вытягивают заготовку (рис. 7). При таком способе заготовку делают короче, кожу не припускают по длине заготовки для затяжкп и т. п. Новый способ позволяет нашим фабрикам сберечь много квадратных дециметров кожи п благодаря этому выпускать сотни тысяч пар обуви сверх плана.
Подошва прикрепляется к верху обуви различными способами: у тяжелой обувп (армейской, рыбацкой и др,)—гвоздями, винтами, деревянными шпильками; у нашей обычной обуви ее пришивают или приклеивают. Резиновую подошву формуют из резиновой смесп на прессах горячей вулканпзацип п после вул-
щп вытягивают ее в поперечном направлении, после чего к ним снова присоединяются средние клещи. Вытянув заготовку на нужную величину, клещи перегибают ее через грань стельки и прижимают края заготовки к стельке, по давая при этом заготовке потерять напряжение, созданное прп вытягивании ее. После этого клещи открываются, а молотки закола-
Рис. 7. «Беззатяжный» способ формования обуви.
каиизацпп прикрепляют к верху обуви. Все этп операции выполняют машины, которые называются подошвоприкрепительными.
Подошвопришивные машины пришивают подошву к ранту илп к вывернутому наружу краю заготовки с помощью дугообразной иглы и шила. Обувь в машине устанавливается так, чтобы рант помещался на столике, который служит также упором. Затем нажимная лапка прижимает подошву к ранту, шило прокалывает пх и перемещает на длину стежка. Через отверстие, проколотое шилом, проходит игла; на ее крючок накидывается нитка, которую игла протаскивает через материал и подает к челноку, образующему стежок. За 8 час. работы машина обрабатывает около 500 пар обуви.
Рис. 8. Гвоздезабивная машина за 8 часов обрабатывает до 800 пар обуви.
На гвоздезабивной машине (рис. 8) гвоздь проходит через подошву (временно прикрепленную к следу обуви), кромку верха и стельку и, ударившись о кнопку упора, загибается на конце в виде крючка. Такая машина прикрепляет подошву к обуви всех размеров и фасонов по всему периметру следа или только по его части в 1, 2 или 3 ряда. За 8 час. машина обрабатывает до 800 пар обуви.
Винтовая машина при помощи гребешков вращающегося шпинделя ввинчивает в подошву снаружи винты из латунной проволоки. Как только винт пройдет через подошву, затяжную кромку и стельку, машина откусывает его ножами вровень с поверхностью подошвы. Производительность машины—около 650 пар обуви за 8 час. работы.
Для приклеивания подошвы клеем применяются гидравлические илп п н ев’ матические прессы. Рабочая часть пресса (пресс-секция) состоит из металлической коробки с вмонтированной в нее подушкой с резиновой камерой. Верх обуви с наложенной на него подошвой (на которую нанесена предварительно пленка клея) устанавливается на подушке и прижимается к ней сверху рычагами. В подушку нагнетается воздух или вода. Прп этом подошва прижимается к следу обувп всей своей поверхностью с довольно большой силой (3,5—4,5 кГ!см~) и приклеивается.
В прессе для горячей вулканизации верх обуви надевают на металлическую колодку. В пресс-форму, помещаемую под колодкой, закладывают сырую резиновую смесь. Колодка с надетой на пее заготовкой опускается на пресс-форму; резиновая смесь прижимается к следу колодки, расплющивается и заполняет всю пресс-камеру. Пресс-камера нагревается до температуры, при которой происходит вулканизация резины. Одновременно пленка клея приклеивает подошву к верху обувп.
Прикрепленные подошвы шлифуются, торцы пх фрезеруются. Затем на цресс-машпне прикрепляется каблук. Подошва и каблук окрашиваются и полируются. Верх обувп моется, отглаживается и т. п.
На обувных фабриках Советского Союза обувь изготовляется преимущественно непрерывным потоком. Весь технологпческпй процесс состоит пз множества отдельных операций, которые выполняются с помощью машин пли механических приспособлений. Полуфабрикаты передаются с одной операции на другую по непрерывно движущемуся конвейе-
ру, на котором расположены гнезда, где помещается одна или несколько пар обуви. Конвейеры новых типов — многоярусные и мно-голпнепные (в 2, 3 пли 4 линии)— позволяют одновременно изготовлять поточным способом несколько видов обуви и совмещать операции на одном рабочем месте.
При изготовлении обуви применяется до 120 видов машин основного назначения и большое количество различных вспомогательных аппаратов п приспособлений. Обувные машины обычно очень сложны по устройству. Некоторые выполняют только какую-нибудь одну операцию, напрпмер затяжку пятки или носка заготовки, прикрепление подошвы п каблука гвоздями, пришивку подошвы п т. п. Другие—
многооперациопные автоматы и полуавтоматы — одновременно обрабатывают верх п низ обуви.
С каждым годом в нашей стране выпускается все больше и больше удобной, прочной и красивой обуви. За минуту изготовляется столько обуви, что ею можно обуть 600 человек. И это только за одну минуту. А сколько же за час, за сутки, за неделю? В 1959 г. было выпущено 389 млн. пар, а в 1965 г. обувные фабрики Советского Союза будут выпускать уже 515 млн. пар. При этом особенно резко увеличивается выпуск обуви из искусственной кожи — в 2,3 раза, что составит 93 млн. пар. Предусмотрено также дальнейшее улучшение ассортимента и качества выпускаемой обуви.
НАША ПИЩА
Сидоров ьс человека во многом зависит от правильного питания. Количество, качество п ассортимент пищевых продуктов, а также хорошо приготовленная из них и вовремя съеденная пища помогают человеку стать сильным, выносливым, здоровым, веселым.
Организации правильного питания в Советской стране придается особенно большое значение. Ведь в отличие от капиталистических государств человек у нас — это наивысшая ценность. С каждым годом все быстрее и быстрее развивается наша пищевая промышленность, обеспечивая советских людей самыми высококачественными продуктами питания.
Любая работа человека, умственная или физическая, требует расхода энергии. Расходуется .энергия н на поддержание одинаковой температуры нашего тела. При правильном питании человек должен получать с пищей в сутки столько калорий, сколько он их затрачивает. Например, школьник в возрасте от 12 до 16 лет в среднем затрачивает до 2400 кал в сутки. В возрасте до 25 лет пища должна, кроме того, компенсировать энергию, расходуемую на рост и развитие организма. Продукты питания должны содержать белкп, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины, воду (см. т. 3, ст. «Из чего состоят наша пища»).
Большинство пшцевых продуктов, которые изготовляет наша промышленность, представ
ляет собой комбинации этих веществ. Лишь в редких случаях они состоят пз какого-либо одного вещества. Например, сахарный песок и сахар-рафинад содержат почти 100% углевода сахарозы. Обычно же одни продукты наиболее богаты белком, другие — 'жирами, третьи — углеводами и т. д.
Главная составная часть каждого живого организма — белок. Без него человек не может существовать. Это основной материал, пз которого строятся ткапп п органы нашего тела. Растущий организм особенно нуждается в белке.
Учитывая исключительно большое значение для укрепления здоровья народа богатых белками продуктов питания, Коммунистическая партия и Советское правительство предусмотрели в новом семилетием плане увеличение производства мяса в 2,1 раза, а молочной продукции — в 2,2 раза.
Жиры также входят в состав клеток тела человека, но они могут частично создаваться и самим организмом пз других веществ. В основном жиры используются как источник энергии. Сгорая в оргаипзме, они дают ему энергии в два раза больше, чем то же количество белков пли углеводов. Особенно ценны для питания человека такие жпросодержащие вещества, как сливочное масло, рыбий жир, подсолнечное масло.
Источниками углеводов в питании служат
различные сахара (свекловичный сахар, глюкоза, молочный сахар и т. и.), а также крахмалы — рисовый, картофельный, пшеничный, ржаной и т. и. Особенно много углеводов содержится в сахарном песке (99,9 %), леденцовой карамели (97% ), пчелином меде (75 %), малиновом варенье (73,3 %), пшеничном хлебе (49,7°о)- Углеводы есть и в ягодах, фруктах, овощах.
Потребность человека в углеводах, особенно сахарах, значительно возрастает при длительной физической работе п прп сильном утомлении. Сахара быстро усваиваются организмом и в кратчайший срок восстанавливают его силы.
Определенное значение для различных органов человека имеют также и минеральные вещества — кальций, фосфор,магний,натрий, калий, йод, медь, железо. Как п другие вещества, входящие в состав нашего тела, они непрерывно расходуются и поэтому должны восполняться пищевыми продуктами.
Роль витаминов в питании человека по сравнению с другими веществами была определена сравнительно недавно. Учеными уже открыто несколько десятков витаминов, потребление которых в количестве нескольких миллиграммов в день предохраняет человека от различных заболевании. Они обозначаются буквами латинского алфавита: А, В, С, D и т. д. (подробнее о витаминах см. т. 6 ДЭ).
В Советском Союзе создана специальная витаминная промышленность, которая производит витаминные концентраты и препараты как химическим методом, так и выделением их из животного и растительного сырья. Отдельные же отрасли пищевой промышленности выпускают витаминизированные продукты питания: консервы, концентраты, карамель, шоколад, мармелад, печенье.
Вода — также постоянная и чрезвычайно важная составная часть нашпх пищевых продуктов. Так, в говядине содержится около 74 % воды, в консервах «зеленый горошек»— 87 %, в сельдп —55 %, в пшеничном хлебе 40 % и т. д. Примерно половпну суточной потребности в воде человек получает вместе с продуктами пптанпя, остальную же часть — с различными напитками (чай, кофе) и в впде чистой воды.
Вкус, запах и разнообразно пищевых продуктов сильно влияет на пх потребление человеком. Поэтому ори изготовлении продовольственных товаров в них добавляются специальные вкусовые и ароматические вещества. Онп уси
ливают деятельность нищеварптельных органов и возбуждают аппетит. Например, перец лавровый лист, укроп, сельдерей, которые добавляются в консервы, придают пище своеобразный вкус и содействуют более полному усвоению ее.
«Без вкусовых веществ в пище мы умирали бы от голода, не от того, что ппща плохо усваивается, но от того, что мы скоро отказались бы от принятия всякой пищи»,— писал крупнейший русский гигиенист Федор Федорович Эрпсмап.
Чтобы повысить качество и снизить стоимость продукта, в настоящее время во всех отраслях пищевой промышленности широко внедряются непрерывные механизированные автоматические линии. Они позволяют в кратчайший срок, без прикосновения рук работающих изготовлять высококачественные продукты питания.
Так, на консервных заводах, перерабатывающих овощи, время от момента загрузки пх в моечную машину до выпуска готовых изделий составляет не более 3—4 часов.
На самой большой в стране кондитерской фабрике «Красный Октябрь» весь процесс производства карамели механизируется и автоматизируется.
Работница, находясь у щита управления, сможет одна регулировать и поступление сырья, и формование отдельных карамелек, и завертку пх в полимерную пленку, и упаковку в коробки.
Внедряются и новые методы технологической обработки сырья. Например, сушка ведется не теплом, а холодом (прп температуре—15 ) п прп глубоком вакууме (0,1—1 мм ртутного столба). Это полностью сохраняет все составные части природного сырья, а также их цвет, вкус и аромат.
В последние годы в пищевой промышленности широко используется холодильная техника. Организовано пропзводство замороженных ягод п плодов. Теперь можно даже холодной зпмой иметь клубнику и малину, не уступающие по качеству свежим ягодам. Готовые пзделня хранят теперь все чаще в охлажденном впде, п онп значительно дольше остаются свежпмп.
Сохранение высокого качества полученных в производственных условиях продуктов зависит также и от впда в качества упаковки. Использование для упаковки новых полимерных пленочных материалов дасг возможность предохранить продукты от действия
влаги п воздуха и донести в свежем виде до потребителя.
Советские машиностроительные заводы для расфасовки сливочного масла, сахара, кондитерских изделий и т. и. изготовляют автома
ты производительностью до ста и более пакетов, пачек, коробок в минуту.
Рабочие и специалисты пищевой промышленности много трудятся над созданием высококачественных продовольственных товаров.
ПЕКАРЬ-АВТОМАТ
рсего несколько десятков лет назад во всех странах мира люди пекли хлеб в маленьких? пекарнях, где все делалось вручную. Труд хлебопека считался одним из самых тяжелых. В те времена пекари называли себя «белыми каторжниками». Вот что писал Алексей Максимович Горький о такой каторге:
«Изо дня в день в мучной пыли, в грязи, натасканной нашими ногами со двора, в густой пахучей духоте мы рассучивали тесто и делали крендели, смачивая их нашим потом, и мы ненавидели нашу работу острой ненавистью, мы никогда не ели того, что выходило из-под на* шнх рук, предпочитая кренделям черный хлеб».
Только, когда народ взял власть в свои, руки, когда небывалыми темпами стала раз-* вяваться паша промышленность, вместе с заводами, выпускающими тракторы, станки, автомобили, в Советской стране появились п оборудованные по последнему слову техники заводы, выпекающие хлеб. Мы стали стропть и автоматические хлебозаводы, где всю работу от начала до конца выполняют машины (см. цв. рис., стр. 352).
Есть такая пословица: «У кольца нет конца». Она справедлива, а вот к одному из типов хлебозаводов-автоматов не подходит. Здание такого завода круглое. В его круглых, как цирковая арена, цехах и находятся редкостные кольца, у которых есть и начало и конец. Но прежде чем узнать, что это за чудо-кольца, посмотрим, какой путь совершает мука.
Железнодорожные вагоны п автомашины везут муку к автоматическому заводу. Как только припудренные мукой мешки выгружаются, они сразу проваливаются в люк. Здесь транспортер подхватывает их и везет в подвальный этаж, в круглый мучной склад. На складе мешки укладывают вдоль стен ровными штабелями — по сортам муки. Затем муку высыпают в огромные деревянные лари мукосмеситслыюй машины. Внизу в них вращаются винты — шнеки, напоминающие винт обыкновенной мясорубки. Они переме
шивают муку разных сортов, делают нужную для хлеба смесь (рис. 2). Шнеки есть и во многих других машинах хлебозавода.
Навряд ли кому понравится, если в хлебе окажется обрывок веревки, волокно от мешковины, камушек пли какой-нибудь другой неподходящий предмет. Такой «начинке» здесь не место. Значит, муку надо тщательно просеять. На хлебозаводе это делают маш и н ы -п р о с е и в а т е л и. Огромные сита непрерывно трясутся мелкой дрожью и задерживая разный мусор, беспрепятственно пропускают сквозь свои крошечные отверстия муку. А если в нее случайно попадут маленькие кусочки железа, то их притянет к себе специальный электромагнит.
После такой обработки мука попадает в особый лпфт — самотаску. Его ковши зачерпывают очищенную муку п тащат ее на верхний, пятый этаж завода — в дозпровоч-н ы й цех. Здесь муку еще раз просеивают, а затем направляют на автоматические весы. Онп отвешивают нужные порцпп п, зажпгая электрическую лампочку, дают знать на четвертый этаж, что выполнили свое дело.
В дозировочном цехе приготовляется все,
Рис. 1. До революции, труд хлебопека считался одним из самых тяжелых.
Рис. 2. Мукосмесительная машина лопастями своего вращаюгцегося винта — шнека — перемегиивает муку разных сортов, приготовляя нужную для выпечки хлеба смесь.
что необходимо для замешивания теста: растворяются дрожжи, соль, сахар. Время от времени раздается звонок и зажигается одна из четырех лампочек, упрятанных в матовые шары-абажуры с цифрами. Чтобы узнать значение этих сигналов, нужно спуститься этажом ниже, в тестомесильный цех.
Вдоль степы этого огромного светлого цеха тянется высокий деревянный короб в впде гигантского кольца. За ним, ближе к центру, — следующее кольцо, поменьше, потом — еще меньше. И, наконец, в самом центре цеха расположено самое маленькое, четвертое кольцо. Это конвейеры. Их столько же, сколько
сигнальных лампочек, — четыре. Каждая лампочка служит сигналом одного пз конвейеров.
Внутри конвейера на ровном расстоянии друг от друга находятся круглые металлические чаны— д е ж п. Они укреплены па
Рис. 3. Магниты проверяют, не попали ли в муку кусочки железа.
рельсах, а сами рельсы лежат па круглых стальных роликах,как на колесах. Обычно колеса движутся по рельсам. Здесь же, наоборот, рельсы с укрепленными на них дежами скользят колесам-роликам.
Четыре конвейера — это те самые кольца у которых есть и начало и конец. Начало там* где над каждым кольцом виднеется труба’ пдущая с пятого этажа, от автовесов. Под трубу ставится пустая дежа. Как только автовесы дали сигнал, работница открывает заслоны и в дежу из трубы сыплется порция муки. Потом работница нажимает кнопку — п наверх в дозировочном цехе, начинает звонить звонок п зажигается лампочка с соответствующей цифрой на белом абажуре. Лампочка «докладывает» рабочим дозировочного цеха, что такому-то конвейеру нужны дрожжи, растворенные соль п сахар.
Когда это требование удовлетворено, кольцо начинает двигаться. Дежа с мукой и дрожжами, проехав несколько метров по кругу, останавливается около тестомесильной машины. Машина запускает в нее свои лапы п начинает перемешивать тесто. Затем лапы приподнимаются, и дежа отправляется дальше, нырнув, будто в туннель, в деревянный короб конвейера. А на ее место подходит следующая.
Полтора часа дежа едет по туннелю до конца кольца. За это время тесто в ней «подходит»— поднимается горой, того п глядп полезет через край. В конце подъемная машина приподнимает тяжелую, чуть по в тонну весом, дежу, словно перышко, и опрокидывает ее над ямой тестоспуска (так называется ход, по которому тесто спускается этажом ниже). А опорожненная дожа опять отправляется в очередной рейс, чтобы вновь возвратиться к концу конвейерного кольца с готовым тестом.
Итак, тесто на третьем этаже. Угодило оно прямо в воронку разделочной машпны. Бал и барабан ее, вращаясь, захватывают тесто п увлекают внутрь машины. У барабана четыре кармана. По мере его вращения тесто заполняет сначала одпн, потом другой, третий, четвертый. А в каждом кармане есть поршень. Попадая в карман, тесто сперва заставляет поршень потесниться. Потом, когда карман набпг до .отказа, а барабан повернулся, поршень начинает давить на тесто и выталкивает его прямо па транспортер. В результате на движущуюся ленту одпн за другим падают совершенно одинаковые куски. Это п не мудрено, водь все карманы всегда заполняются строго определенным количеством теста (рис. 4).
Величину карманов можно изменить. Для этого механику стоит лишь повернуть специальный штурвал. Поршни будут освобождать тесту больше илп, наооорот, меньше места. От этого н куски теста станут больше илп меньше.
Но пока это еще бесформенные куски. Их надо сначала округлить в округлитель-н о й машине, а потом в закаточной машине превратить в ровные, аккуратные батоны.
Закаточная машина первой парой валиков, как скалками, расплющивает круглый комок теста, превращает его в блин. Вторая пара придает тесту нужную толщину, а третья — свертывает его в рулон. После этого начинается самая главная операция. Рулон теста попадает в щель между закатывающим барабаном и формирующим кожухом. Барабан вращается п катит тесто по кожуху. Так же поступают хозяйки, когда, раскатывая тесто ладопямп по столу, превращают круглый кусок в колбаску. Только в машине вместо ладоней— закатывающий барабан, а вместо стола — формирующий кожух.
Теперь, казалось бы, батоны можно сажать в печь. Но тесту еще надо немного подняться. Оно слишком спрессовалось, пока проходило через барабан закаточной машины. Поэтому батоны проводят некоторое время в тепле, в люльках конвейера, расположенного над печью. Здесь тесто поднимается, становится рыхлым, пористым. И только тогда оно
попадает в печь.
Печей на заводе четыре — столько же, сколько в тестомесильном цехе конвейеров. И печп тоже кольцевые. Интерсс-
Рис. 4. Схема разделочной машины.
Ребристый пал 1 и барабан 2, вращаясь навстречу друг другу, захватывают тесто и увлекают его в карманы «3 барабана. Затем поршни 4 выдавливают совершенно одинаковые куски теста из карманов на транспортер.
ио, что их не топят, а обогревают трубами, по которым пропускают горячий пар.
Всё па хлебозаводе делают машины — даже батоны в печь сажают. Медленно, ряд за рядом, движутся над печью люльки с тестом. Подойдя к определенному месту, каждый ряд люлек опрокидывается, п тесто вываливается из них на металлическую полосу посадочной машины. Полоса то поднимается, то опускается. И каждый раз она оказывается наверху именно в тот момент, когда переворачиваются люльки. Подхватив падающпе куски теста, полоса быстро опускается вниз. Мгновение — и тесто очутилось на движущейся ленте, которая увлекает его в дышащую жаром печную пасть.
Но прежде чем очередной ряд кусков исчезнет в этой пасти, за дело принимается еще одна машина. Она своими ножами наносит на тестовые заготовки батонов по нескольку косых надрезов. Без надрезов тесто, которое и в печи продолжает подниматься, полопается, батоны получатся рваные, некрасивые. А надрезанное тесто не полопается, оно просто слегка разойдется по надрезам. И на их месте появятся потом хрустящие гребешки.
Обычно хлеб в печи «сидит» на месте. А в кольцевой печи хлеб, батоны и другие изделия «едут». И пока они «проедут» на транспортере из конца в конец горячего кольца, испекутся на славу.
Есть на хлебозаводе рог «изобилия». Это широкая труба, которая идет от расположенной на втором этаже печи к круглому сортировочному столу на первом этаже. Пз нее нескончаемым потоком сыплются свежеиспеченные батоны.
Стоящие за сортировочным столом работницы зорко следят, чтобы в магазин отправлялись только высококачественные батоны. Чуть попадется какой-нибудь уродец, его откладывают в сторону, а выдержавших экзамен грузят в автофургоны и отправляют в магазины.
На хлебозаводах большой мощности теперь все чаще стали применять погочпые линпп непрерывного приготовления теста. Закваску на такой линпп приготовляют в бункере, перегороженном внутри на шесть «комнат»—о т с е к о в. Бункер медленно поворачивается вокруг своей оси п подставляет под непрерывную струю муки пводы сначала один, потом другой отсек п т. д. Наверху расположена месильная машина, которая своими лопастями все время перемешивает муку7 п воду. Пока бункер совершит полный оборот, пройдет нс меньше четырех часов. А это как раз столько времени, сколько нужно,
Рис. 5. Словно из рога изобилия, нескончаемым потоком сыплются на сортировочный стол свежеиспеченные батоны.
чтобы прошел полный цикл брожения закваски.
Когда закваска готова, в днище бункера открывают затвор, и она поступает в дозатор.
Этот аппарат отмеривает нужные дозы и подает закваску в расположенный под ним смеситель Там она разжижается и насосом перекачивается в большой чан, где встречается с мукой. Автоматический мукомер высыпает сюда нужную для приготовления теста порцию. Мука и закваска перемешиваются машиной, и тесто через отверстие в дне чана попадает в тестовый бункер, очень похожий на тот, в котором делают закваску. В нем тоже шесть отсеков, и он вращается вокруг своей осп. Когда один отсек заполняется тестом, бункер подставляет под лавину теста другой. Полный оборот он совершает за полтора часа. Этого времени вполне достаточно, чтобы тесто поднялось.
А дальше пдет все как обычно: готовое тесто отправляется по тестоспуску в делительные машины, потом на конвейер — п в печь.
Чем удобна такая поточная линия? Во-первых, она занимает мало места. Это очень важно, ведь па освободившейся площади можно поставить другие машины и вырабатывать другие изделия. Во-вторых, для такой линии не нужны дежи, а это ускоряет труд п дает немалую экономию.
ЗАВОД ОБЕДОВ, ЗАВТРАКОВ И УЖИНОВ
j-фа сколько человек приходится готовить обед хозяйке? Обычно на два, на три, на пять — ну, в крайнем случае, на десять человек, если семья большая. Стряпать на такую семью нелегко. Ведь не шуточное дело приготовить двадцать котлет илп сто пельменей, испечь пол-сотнп пирожков!
А каково же тогда тем, кто работает на мясокомбинате? «Семья» пх насчитывает сотни тысяч человек, жителей большого города. II каждого надо накормить завтраком, обедом и ужином. Конечно, такие «многосемейные хозяйки» никогда не справились бы со своимп обязанностями, еслп бы им не помогали в работе машины.
Мясокомбинат объединяет несколько предприятии: цех первичной обработки, цех медицинских препаратов, цех пищевых жпров, цех кормовых п технических продуктов, а также консервный п колбасный заводы, электрическую и холодильную станции. II все онп оснащены самыми совершенными машинами. Мы расскажем вам здесь только о тех цехах, в кото
рых изготовляют мясные полуфабрикаты и колбасы.
Скот, доставленный на мясокомбинат, попадает в цех первичной обработки. Здесь машины освежевывают тушп, сдирают с них шкуры, распиливают мясо на куски, моют. А транспортеры перевозят его от одной машины к другой.
Из первого цеха мясо по подвесной дороге отправляется на другие предприятия мясокомбината и в том числе на колбасный завод. Здесь делают не только колбасы, но п соспскп, сардельки, пельменп, котлеты п ппрожкп с мясом.
ЧТО ТАКОЕ ВОЛЧОК
Часто случается, что именем простого, хорошо всем известного предмета в технике называют какую-нибудь машпну илп ее деталь. П порой тёзкп оказываются вовсе не похожими друг па Друга. Гак и с волчком: волчок-пгрушка п волчок, установленный в цехах мясокомбината, ничуть не похожи одпн на другого. Здесь вол
чок — это машина, внутри которой вращается червячный винт — такой же, как в обыкновенной мясорубке. По суш дела это и есть настоящая мясору'бка-волпканша: в нее вмещается сразу 70 кГ мяса (рис. 1).
Мясо опрокидывают прямо над воронками волчка. Включается электродвигатель, п пз сотен крошечных окошек машины, словно вермишель, выползает перемолотое мясо. После этого в него добавляют хлеб, лук, соль, перец и отправляют фарш в фарше меситель-н у ю машпну, которая перемешивает его.
МАШИНА-МИЛЛИОНЕР
Тысячи и тысячи различных комбайнов трудятся во всех отраслях народного хозяйства. Но не все, наверное, слышали о замечательной машине, которую, пожалуй, можно назвать котлетным комбайном (рис. 2).
Самая главная его часть — вращающийся барабан с поршнем внутри. На поверхности барабана сделано много овальных гнезд, напоминающих своей формой котлеты. Во время работы гнёзда, которые в этот мпг находятся наверху, непрерывно начиняются фаршем. Все происходит очень быстро. Фарш пз бункера попадает на верх барабана и застревает в его гнездах. Но вот барабан совершил пол-оборота, и начиненные фаршем гнезда очутились внизу, как раз над лентой транспортера. Тут пачи-
Рис. 1. Если бы Гулливер^ очутившись в стране великанов, побывал на великанской кухне, он, возможно, увидел бы там как раз такую гигантскую мясорубку. Современная электрическая мясорубка — волчок — за один присест «заглатывает» 70 к Г мяса.
нает действовать поршень, который выдавливает фарш из его убежища.
Выдавленный фарш — это уже самые настоящие котлеты, ровные, аккуратные. Автоматическое сито посыпает их сухарной крошкой, и
котлеты попадают на транспортер.
За каждый полный оборот барабан формирует 100 котлет. А сколько таких оборотов совершится за 8 час.! Неудивительно, что эту машину называют машиной-миллпонером: за смену она успевает изготовить миллион котлет.
Рис. 2. Общий вид и схема работы котлетоделателъной машины.
на транспортер машины укладывают деревянные лотки, затем формирующий барабан лепит из '’Ясного фарша ые котлеты и выдавливает их на лотки Посыпанные сухарной крошкой котлеты-полуфабрикаты сходят с конвейера
машины.
«ПЕЛЬМЕНЕМЕТ»
Есть на мясокомбинате еще одна машина-миллионер — пельменеделательная (рис. 3). Каждый, кто наблюдал за ее работой, скажет, что ей больше подходит название «пельменемет». Она бесконечно длинной очередью выстреливает белые пухлые пельмени.
С давних пор в нашей стране любят сибирские пельмени. Но чтобы приготовить их, нужно много потрудиться. В самом деле, ведь их надо так аккуратно слепить, чтобы начинка не вывалилась пз теста. Это требует большой затраты времени. Раньше, до появления специальной машины, работница мясокомбината вручную могла приготовить за смену самое большее тысячу пельменей, а теперь, когда появилась машина,— в сотип раз больше.
Как же работает пельменеделательная машина?
У нее есть бункер, разделенный на две части перегородкой. Из бункера тесто и фарш, каждый по своей трубке, отправляются к баллону начиночного аппарата. Трубка, по которой идет тесто, заканчивается при самом входе в баллон, а трубка для фарша проходит через весь баллон насквозь и заканчивается возле овальной щели.
Попав в баллон, тесто обтекает со всех сторон металлическую трубку, по которой идет фарш. Так рождается тестовая трубка. Пока что она пуста, но, когда она, словно чулок, снимается с фаршевой трубки и проходит через узкое овальное отверстие, в нее из фаршевой трубки впрыскивается фарш.
В результате из начиночного аппарата вы
ползает длинная тестовая трубочка, начиненная фаршем. Но в машине таких аппаратов шесть, поэтому выходит сразу шесть трубочек Каждая из них попадает на транспортер* Здесь пельменные заготовки посыпаются мукой* которую особые металлические гладилки ровно распределяют по всей их поверхности
Теперь надо белые трубки превратить в аккуратные пельмени. Это делают специальные штампы, расположенные в два ряда па ободах шести колес машины. Каждый штампик по своей форме — точная копия будущей пельменькп. Пельменные трубки для таких колес — это как бы рельсы. Но здесь колеса вращаются на месте, а тестовые рельсы движутся. Стоит только колесу наступить очередной парой своих формочек на^движущуюся трубку, как из нее тут же выдавится парочка пельменей-близнецов.
Но надо ведь еще заклеить пельмени, чтобы из них не вывалилась начинка. Оказывается, это уже выполнено. Сами формочки своими тупыми краями одновременно отштамповали и заклеили тесто.
Непрерывной очередью стреляет «пельменемет». Чуть ли не миллион пельменей вылетает из него каждые восемь часов. Пельмени тут же отправляются в холодильную камеру, а после того как заморозятся, идут на упаковку.
Упаковочная машина отличается удивительной точностью: в каждую коробку она укладывает строго определенное количество пельменей. Высыпает на весы порцию и проверяет, не ошиблась ли. Если надо, еще несколько штук добавит, и только тогда укладывает пх в коробку, на которой стоит марка мясокомбината.
Рис. 3. Пельменеделательная машина. В ней есть начиночные аппараты, из которых выходят наполненные фаршем тестовые трубки.. Штампующие колеса нажимают на трубки и выдавливают пельмени.
СОСИСОЧНЫЙ ШПРИЦ
Тот шприц, о котором пойдет речь, служит не для того, чтобы делать уколы. Ото не медицинский, а сосисочно-колбасный шприц. С его помощью на мясокомбинате изготовляют сосиски, сардельки, разные колбасы (рис. 4).
Перед тем как приступить к работе, откручивают винт, снимают крышку бункера, которая зажимается этим винтом, и наполняют бункер порцией сосисочного илп колбасного фарша. Мясо попадает прямо па головку поршня. Когда аппарат работает, поршень медленно ползет по бункеру снизу вверх и изо всех сил давит на фарш. Фаршу становится тесно, он ищет выход, но крышка завинчена крепко. Остается лишь крошечное отверстие в стенке, куда он немедленно и устремляется. Отверстие ведет в тоненькую трубку — цевку.
Цевка служит как бы иголкой, какая есть у обычного медицинского шприца. Опа делает «укол» фаршем в натянутую на нее длинную топкую оболочку. Оболочка наполняется и превращается в самую настоящую сосиску.
Чтобы получились отдельные небольшие сосиски, машина все время поворачивает цевку. Оболочка перекручивается, отделяя одну сосиску от другой. II выходит длинная гирлянда сосисок. Ее отправляют на обработку в особый шкаф. В первом его отделении — невыносимая жара. Там неистовствует горячий воздух, в котором сосиски подсушиваются.
Во втором отделении клубится дым. Здесь сосиски слегка обжариваются. В третьем полно горячего пара — сосиски варятся, в последнем отделении они охлаждаются водяными струями.
...Гроздьями, словно виноград, висят на рамах-вагонетках гирлянды свежих розовых сосисок, готовых отправиться в магазин.
Почти так же, как сосиски, на мясокомбинате изготовляют и колбасы разных сортов. Только подготовка фарша другая, да шприцы применяются с более толстой цевкой, и последующая обработка несколько иная.
АВТОМАТ ДЛЯ ПИРОЖКОВ
В одном из цехов мясокомбината работает машина, которая приготовляет и печет пирожки с мясом.
Автомат этот состоит из двух частей: из начиночного аппарата, похожего на тот,
Рис. 4. Автоматическая линия для производства сосисок, созданная советскими инженерами.. Весь процесс — от подготовки говяжьей туши до выпуска готовых соси-, сок — механизирован.
что есть в «пельмепемете» и электрической печи. Печь представляет собой длинный короб, облицованный белым кафелем.
Выйдя из* формирующего аппарата, пирожки-батончики тут же попадают на транспортер и въезжают на нем в печь. Пока пирожки проедут из одного конца печи в другой, онп успевают хорошо обжариться, стать румяными. Такими красивыми они и появляются на свет, высыпаясь непрерывным потоком из печи.
Итак, один жители города будут сегодня есть на завтрак сосиски, другие — пообедают пельменями, третьи — поужинают котлетами. У многих будут сегодня па столе колбаса и ппрожки, ветчина и студень, мясо и консервы. Для миллионов людей готовит пищу мясокомбинат — завод обедов, завтраков и ужинов.
ПЕРВАЯ ПИЩА
Т^рпрода подарила человеку уже готовый и необычайно ценный продукт питания — молоко.
В состав молока входят п жиры, и белки, и углеводы, и минеральные соли. Есть в нем и почти все необходимые человеку витамины. Этп составные части молока не только полезны человеку, но п легко усваиваются организмом.
Но у молока есть п существенный недостаток: оно очень нестойко — быстро прокисает. Это объясняется тем, что в молоко попадают микробы. Поэтому для сохранения питательных свойств молоко подвергают специальной обработке, чтобы уничтожить попавших в него вредных мпкробов. С другой стороны, при изготовлении некоторых молочных продуктов человек использует деятельность полезных микробов. Пожалуй, ни в одной отрасли ппщевой промышленности микроорганизмы не играют такой решающей роли, как в молочной.
Дома молоко кипятят; при этом погибают вредные и болезнетворные микробы, но страдает и само молоко — портятся его составные части. На молочных заводах и комбинатах поступают иначе: молоко нагревают до 70—90 . При такой температуре вредные и болезнетворные микробы гибнут, но сохраняются ценные свойства молока. Этот способ был предложен великим французским ученым Луи Пастером и назван в его честь пастеризацией.
Аппарат для такой обработки молока— пастеризатор — представляет собой набор либо обогреваемых горячей водой трубок, по которым протекает молоко, либо пластин из нержавеющей стали с каналами для молока и горячей воды. После нагревания молоко охлаждают. Для этого и в пластинчатом и в
трубчатом пастеризаторе есть специальные секции.
Чтобы в молоко не попали микробы и грязь оно на заводе проходит по полностью закрытой системе. Из автоцистерны его перекачивают по шлангу, а дальше по трубам — молоко п р о в о д а м. Хранят и пастеризуют его в закрытых резервуарах. И хотя молока не видно, за ним все время наблюдают. Не успеют его привезти, а в лаборатории уже проверяют какие в нем есть бактерии, знакомятся с его составными частями: сколько в нем жира белка и т. д. Приборы следят за тем, как про-» ходит молоко по трубам, как поступает в ап-» параты; приборы автоматически регистрируют его обработку, поддерживают нужную температуру.
Лишь в цехе, где разливают молоко, можно, наконец, его увидеть, да и то на одну минуту. На круглый непрерывно вращающийся к а-» р у с е л ь н ы й автомат по транспортеру по* ступают чистые молочные бутылки. Каждая оказывается под воронкой, пз которой в нее льется готовое пастеризованное молоко. Рядом второй круг, поменьше. Здесь — также автоматически — надеваются алюминиевые колпачки, которые герметически закупоривают бутылки.
Ящики с бутылками отправляют в магазины. Но у пастеризованного молока есть и другой путь: в цехи, где изготовляют различные молочные продукты — кефир, сметану, творог и т. д.
Вот, например, как готовят кефир. Кефирные грибки — закваски, полученные в специальных лабораториях, — путешествуют по трубам и попадают в огромные ванны спастери-
Рис. 1. Машина складывает из фольги коробочку и выливает в нее еще не застывший плавленый сырок
Схема действия хлебозавода автомата кольцевого типа Начиная с очистки муки и приготовления теста все здесь делается автоматически.
ПЕРВАЯ ПИЩА
зованным молоком. Молоко, перемешанное с закваской и разлитое по бутылкам, переезжает по транспортеру в термостат — большой зал — и здесь выдерживается при определенной температуре. В зале после брожения происходит превращение молока в кефир.
С помощью полезных бактерий получают сметану — се делают из сливок — и творог. Но творог не только продукт, он вместе с тем представляет собой и сырье. Из пего делают творожные сырки и сырковую массу.
Наиболее сложные микробиологические процессы протекают в сыре. Некоторые его сорта бывают готовы за несколько недель, а иные требуют и года. До того как сыр становится красной головкой пли желтым бруском, которые вы видите в магазине, он проходит длительный путь превращений. В молоко вносят специальные закваски, получают из него сгусток, подобный творожной массе, и подвергают его обработке — разной для разных сортов сыра. Затем будущему сыру придают форму, прессуют и солят. После этого начинается длительное созревание, тогда и происходят наиболее сложные микробиологические и биохимические процессы. Искусство сыроделов заключается в умении управля1ь ими, «командовать» микробами и ферментами.
Технологи, конструкторы, сыроделы-практики ищут новые пути механизации этого древнего ремесла.
Раньше два раза в сутки вручную приходилось обмазывать сыры солью. Соль разъедала руки, вызывая мучительную боль. Теперь специальные механизмы опускают сыры в ванны с рассолом.
В подвалах приходилось поднимать на стеллажи тяжелые отформованные сыры. Современные механизированные сырные полки избавляют людей от этой тяжелой работы.
Сыр — один из самых древних продуктов питания, но у него есть и совсем юный наследник — плавленый сыр. Это своего рода сырные консервы. Они выдерживают жару и сырость — почти не сохнут, не плесневеют.
Делают плавленые сырки из обычных сыров. Очищенный и вымытый сыр подают на дробильные машины, которые его измельчают. Это месиво поступает в котлы, а оттуда — на расфасовочно-упаковочный автомат. Он имеет круглый вращающийся стол.
Небольшой поворот — остановка, снова поворот — еще остановка. Постепенно из листочка фольги машина делает нечто вроде коробочки, вливает туда расплавленную сырную массу, накрывает ее крышкой из фольги же. Затем она закатывает — загибает — края коробочки и наклеивает этикетку. То и дело соскакивают па транспортер готовые завернутые сырки (рис. 1).
В производстве кефира, сметаны, творога, сыра используются микробы-помощники, которых для этого специально разводят. Но есть молочные продукты, при изготовлении которых главная задача — умертвить микробов пли понизить их жизнедеятельность. Это — молочные консервы. В них создают такие условия, при которых микробы не могут существовать: молоко или стерилизуют — нагревают до очень высокой температуры, пли с г у щ а-ю т, добавляя при этом обыкновенный сахар, или высушивают.
Рис. 2. Герметически закрытые банки со сгущенным молоком уезжают по транспортеру от разливочно-укупорочной машины.
Летний каток и схема действия его холодильной установки.
Qi 23 Детская энциклопедия, т. 5
Молочные консервы — продукты молодые, родились они в век техники и с помощью новой техники.
Сгущают молоко в огромных вакуум-аппаратах величиной с двухэтажный дом. Они очень похожи на те, которые можно увидеть на сахарном заводе. Здесь также молоко нагревается от труб с паром и также благодаря пониженному давлению кипит при сравнительно невысокой температуре. Поэтому составные части молока полностью сохраняют свою ценность.
Чтобы получить стерилизованное молоко, сгущенную массу сразу же после вакуум-аппарата охлаждают и расфасовывают в герметически закрытые металлические банки, а по-
Рис, 3. Длинный путь проходит молоко, чтобы превратиться в питательные, долго сохраняющиеся консервы.
том уже стерилизуют — нагревают до 11=; 118°.
Обычное сгущенное молоко получают, добав' ляя в молоко свекловичный сахар. Полученная сгущенная масса охлаждается при постоянном перемешивании в вакуум-кристаллизаторах где при очень низком давлении происходит выпаривание. В пашей стране сгущенное молоко изготовляют на непрерывных поточных линиях. Здесь после вакуум-аппаратов стоят карусельные автоматы, немн ,ги напоминающие разливочные машины для пастеризованного молока. Они наполняют сгущенным молоком консервные банки и герметически укупоривают пх крышкой (рис. 2).
Чтобы получить сухое молоко, сгущенную массу из вакуум-аппарата передают в огромную сушильную башню высотой 8 м, а диаметром около 5 м. Сгущенное молоко поступает в нее сверху и попадает на диск, вращающийся с огромной скоростью — от 7 до 7,5 тыс. об мин. Этот диск разбрызгивает молоко на мельчайшие частицы. Молочный туман, опускаясь, встречает поток очищенного и сильно нагретого воздуха и превращается в сухой порошок, который оседает на дно, имеющее форму воронки.
Отсюда новым сильным потоком воздуха — «веером»—порошок переносится на сортировочное сито. Потом он охлаждается и поступает в машину, где мелкие молочные зернышки слипаются в более крупные хлопья. Происходит это так: белые крупинки при падении слегка смачиваются и сцепляются по нескольку штук, а затем снова высушиваются горячим воздухом. Полученные хлопья лучше растворяются в воде, чем крупинки. Остается запаковать порошок—п сухое молоко готово (рис. 3).
Если растворить его в воде, то образуется молоко, почти ничем не уступающее натуральному. Ведь высушивание в башне — чрезвычайно быстрый процесс: частички молока высыхают в десятые доли секунды. Несмотря на то что температура воздуха, поступающего в башню, достигает 150—165 , частицы молока на поверхности нагреваются лишь до 70—80 . Внутри же температура у них еще более низкая. Именно поэтому молоко почти полностью сохраняет свою питательную, ценность.
Особое положение занимает в молочной промышленности сливочное масло. Продукт этот древний, а способ его производства вполне современный. Раньше, чтобы получить сливки* молоко помещали в прохладное место, где оно отстаивалось. Жир поднимался наверх и образовывал слой сливок. Пх сливали и
ЧУДЕСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
С(ПАМТОР
ЫСЫ ПОЛОГНбШЛЬ ПЛСЧГИЛАТОР
Рис. 4. Непрерывно-поточная линия занимает несравненно меньше места, чем старое оборудование, и во много раз ускоряет производство масла.
5-6 ЧАСОВ ОХЛЛДИПЛЬ
МАСЛОИИОЮЛИЛЛЬ
ставили «созревать» на долгие часы. Потом их выливали в деревянную бочку — маслобойку. Ее вращали, и сливки сбивались. При этом образовывались масляные зернышки, которые отжимали на специальном ребристом столике — маслообработнике. Весь процесс растягивался на сутки. Теперь же для изготовления масла требуется всего 20 мин.
Представьте себе боль-
шой волчок, вращающийся со скоростью 6—9 тыс. об)мин. В него непрерывной струей льется молоко, а выходят сливки и сня-тое молоко. Это — сепаратор. С помощью центробежной силы он отделяет молочный жир от снятого молока.
«А нельзя ли с помощью этой машины получать не только сливки, но и масло?»— задумались инженеры и изобретатели.
Долгие годы исследований и опытов привели к успеху. В обычных сливках жира менее 40% , а в масле — более 80%. В нашей стране был создан специальный сепаратор, на котором получают сливки с тем же содержанием жира, что и в масле. Из сепаратора такие сливки по трубе попадают в охладитель. Он состоит из двух вставленных друг в друга цилиндров. Сливки протекают между ними тонкой струей, причем непрерывно перемешиваются
ВАННЫ АЛЯ СЗДИЬАНИЯ слиеях
—жгзиьи 20 МИНУТ
ПАСИРИЗАТОР-ла. СбОРнил СЛИ80Л
CCQAPATOP
весы
ОХЛАДИ иль МАСЛО.*]
ребрами, прикрепленными к внутреннему (вращающемуся) цилиндру. Из крана охладителя выходит уже готовое масло. Оно льется в выложенный пергаментом ящик и застывает.
Такая непрерывно-поточная линия выпускает за час 250—300 к Г сливочного масла (рис.4). Много подобных линий работает на заводах нашей страны.
ЧУДЕСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
у сахара интересная история. Не всем известно, что одним из главных ее событии было... путешествие Колумба в Америку. В трюмах его каравелл, направлявшихся на запад, лежали черенки сахарного тростника— единственного в то время растения, из которого делали сахар.
Родина сахарного тростника — Индия, Китай, Океания. Само слово «сахар» происходит от санскритского «саркара», или в персидском варианте «шакар». Правда, в Индии в древности получали лишь сладкий сироп. Но уже 800 лет назад, по-видимому, арабы научились делать твердый сахар. Сахарный тростник стали возделывать на юге Европы, на Канарских о-вах—
близ северо-западных берегов Африки. Отсюда-то и завез его Колумб на Антильские о-ва, тропический климат которых оказался вполне подходящим для тростнпка. Уже в XVIII в. эти острова, особенно Куба и Пуэрто-Рпко, стали главным центром производства сахара.
Почти всю торговлю сахаром захватили в свои руки англичане. Они продавалп его другим странам, в том числе и России. Своего сахара наша страна тогда не имела. Употребляли мед, сладкий сок деревьев (клена, березы, липы), варили солод, пастилу. А сахар был диковинкой, и притом очень дорогой.
Б конце XVIII в. в России начались поиски заменителей сахарного тростника, которые
КАК ДЕЛАЮТ ОДЕЖДУ И ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ
позволили бы производить сахар у себя. Тогда уже было известно, что для этого можно использовать свеклу. Но многие возражали против свеклы, так как в ней содержалось мало сахара.
,11 все же свекла победила. Еще в начале прошлого столетия лучшие ее сорта содержали пе более 6% сахара, но уже к 1842 г. селекционеры удвоили ее сахаристость. В паше время свекла содержит 20% и больше сахара. Сейчас почти половина потребляемого во всем мире сахара производится из свеклы.
В России первый свеклосахарный завод был построен в 1802 г. Примерно в это же время возник первый завод в Германии, а спустя несколько лот — во Франции.
Современный сахарный завод — это мощное механизированное предприятие. Не случайно производство сахара называют тяжелой индустрией ппщевой промышленности.
Главный корпус такого завода — это средоточие разнообразной техники. Здесь установлены всевозможные машины, огромные баки и аппараты, темные, светлые и совсем белые, с глазами смотровых окон, с руками паропроводов.
Сначала свекла попадает в специальное корыто с водой —-свекломойку. В ней вращается вал с насаженными па него кулаками, которые переворачивают клубни. Потом свеклу взвешивают автоматические весы, а свеклорезка превращает ее в ст Пышными светлыми падает стружка на тер и направляется больших круглых баков (рис.2). Здесь ее заливают горячей водой, и пз стружки, как из ломтика лимона в чае0выходит сок. Такое медленное проникновение одного вещества в другое при их соприкосновении называют диффузией.
ель
Рис. 1. У сахара интересная история.
р у Ж К у. i клубами транспор-к рядам
В свекле диффузия затруднена, так как раствор сахара находится в клетках с прочной оболочкой. Изнутри оболочка выстлана пленкой белкового вещества — протоплазмы. Она почти не пропускает сахара. Поэтому-то свекловичную стружку ошпаривают именно горячей водой: при температуре в GO протоплазма свертывается и уже не мешает диффузии.
Так происходит первое превращение: из свекловичной стружки получают вымоченную обессахаренную массу — жом' идущий на корм скоту, и сладкий сок, который начинает свое путешествие по заводу (рис. 3).
Стружка была белая, а сок из нее получился черный. Некоторые органические вещества, входящие в состав свеклы, окисляются и темнеют, как темнеет разрезанный сырой картофель. Если эти вещества не удалить, сахар получится темный.
Поэтому сок приходится очищать. Сначала в массивных наглухо закрытых металлических баках его обрабатывают известью, а также углекислым и сернистым газами. Вредные примеси выпадают в осадок, который отделяется в специальных отстойниках и на всевозможных фильтрах. Особенно интересны созданные советскими инженерами вакуум-фильтры с огромными вращающимися барабанами (рпс. 4).
Обтянутый фильтрующей тканью сетчатый барабан своей нижней частью погружен в сахарный сок. Внутри барабана создано разрежение — в а к у у м, поэтому сок всасывается в него, оставляя на поверхности ткани слой осадка. Барабан поворачивается п выно-епт осадок наверх. Здесь всасывается уже не сок, а воздух.
Высушенный воздух )М слой осадка счищается установленным у корыта ножом, п барабан снова погружается в сеК-
да?
ЖОХК^****
ЧУДЕСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
Все эти операции повторяются иногда по нескольку раз, пока черный сок не превратится в белый.
После этого насосы гонят его по трубам к высоким белым бакам для выпаривания. Внутри них в нижней части укреплены нагревательные батареи из труб, по которым пропускается пар. Сок кпппт и постепенно сгущается. Его поочередно пропускают сквозь целый ряд аппаратов (или, как их называют, к о р-п у с о в выпарки). И хотя они установлены на одном уровне, сок самотеком переходит из корпуса в корпус, как по лесенке. «Лесенка» создается постепенно понижающимся давлением: выше всего оно в первом корпусе и ниже всего — в последнем. Это устройство помогает не только перемещать сок. но и экономить топливо.
Отработанный пар от турбины — источник
тепла для сгущения сока — подается только в первый корпус. Здесь он отдает свое тепло соку, а сам превращается в воду. Сок же кипит
и, сгущаясь, выделяет пар. Теперь уже «соковый» пар направляется во второй корпус. Там давление ниже, поэтому ниже и температура кипения сока. Пар из первого корпуса, конечно, холоднее турбинного, но он все же достаточно горяч, чтобы здесь при более низком давлении вскипятить сок. Образуется новый соковый пар, который обогревает третий корпус, где давление еще ниже, и т. д.
В этой «парилке» из сока выпаривается лишняя вода и происходит его новое превращение — в густой сироп (рис. 5).
Сироп снова обрабатывают сернистым газом,
Рис, 2, Транспортер несет свекловичную стружку к диффузионным аппаратам.
фильтруют и направляют к другой шеренге аппаратов, похожих на выпарные. В этих вакуум-аппаратах (опп называются так потому, что в них поддерживается пониженное давление — вакуум) и происходит самый главный процесс. Здесь рождается сахар — маленькие кристаллики, тысячи которых умещаются в чайной ложке.
Начинается этот процесс с того, что сироп в вакуум-аппаратах снова выпаривается и становится еще гуще. Потом в него вводят тончайшую сахарную пудру илп специальный сахарный кристаллический препарат, со-
Рис. 3. Так из свеклы приготовляют сладкий сок.
Рис. 4. Сладкий сок всасывается сквозь фильтрующую ткань внутрь вращающегося барабана вакуум-фильтра, а примеси остаются на поверхности и соскабливаются ножом.
Рис. 5. В огромных выпарных аппаратах кипит, сгущается сладкий сок.
держащий в грамме 15 млн кристалликов. Сахар из густого сиропа оседает и застывает на этих кристалликах, как в мартовский день вода на сосульках.
Когда кристаллики подра! стут (их уже насчитывается лишь 3 тыс. на грамм), через нижнее отверстие вакуум-аппарата выпускают густую массу— утфель, смесь кристаллов и остатков раствора. Утфель коричневого цвета, так как часть сахара превратилась в бурые вещества — карамели (они входят в состав конфет, которые носят то же название).
Теперь надо отделить родившиеся в вакуум-аппаратах сладкие кристаллики от остатков раствора — межкристальной патоки. Для этого служат центрифугп — вращающиеся барабаны с боковой поверхностью в виде частого спта. Барабаны вращаются с большой скоростью — 1000 об!мин — и под действием центробежной силы патока проходит сквозь сито, а крпсталлы остаются.
Но эти кристаллы — еще не' тот белоснежный сахар, который мы знаем. Цвет их желтый, так как они покрыты слоем патоки. Чтобы окончательно очистить крпсталлы, пх пробеливают струей воды (рис. 6).
Так совершается их последнее превращснпе: пз центрифуги высыпается уже готовый сахарный песок. Остается лишь просушить его.
Сушилка — широкая горизонтальная труба с внутренними ребрамп-полкамп. При ее вращении ребра пересыпают сахарный песок, а постоянно продуваемый воздух сушпт его. Затем сахар автоматически взвешивается и упаковывается в мешки. А патока, в которой осталось еще немного сахара, снова варптся в вакуум-ап-
паратах и в дальнейшем повторяет ужо знакомый нам путь.
Чтобы получить рафинад, сахарный песок везут обычно па специальные заводы, где его снова растворяют в воде, очищают и варят в вакуум-аппаратах. Но готовый утфель здесь направляют не на центрифугу, а в формы, в которых при охлаждении продолжается кристаллизация. Кристаллы срастаются в сплошную массу. Их пробеливают уже не водой, а сиропом, приготовленным из самого лучшего сахара, хорошо очищенного, наиболее светлого. Этот сироп вытесняет из промежутков между кристаллами остатки патоки и, застывая, окончательно скрепляет их в единый сахарный монолиг. На специальных станках этот монолит разделывают на кусочки.
Гак готовят литой рафинад. Применяют также другой, более совершенный способ— прессование. В этом случае кристаллы сахара,
Рис. 6. В центрифугах — вращающихся ситчатых барабанах—кристаллики сахара отделяются от патоки. Чтобы окончательно очистить сахар, его промывают струей воды.
пробеленные на центрифуге, спрессовывают в монолит, который затем тоже распиливают на кусочки.
Сахарный завод не успевает сразу переработать всю свеклу, поставляемую колхозами. Поэтому одна из самых важных проблем сахарной промышленности — хранение свеклы. Ее приходится беречь до сильных морозов, порой до середины зимы. А ведь свекла все это время продолжает жить — она не умирает и после уборки урожая. В свекле продолжаются — правда, замедленные — процессы жизнедеятельности. Если па корпю она получала пищу из почвы, то теперь расходуются вещества самого корня, и содержание сахара в нем падает. Чтобы не потерять слишком много сахара, свеклу надо умело сохранять.
Ученые вскрыли закономерности жизни свекловичного корня после уборки и разработали методы хранения свеклы. Они уточнили, каковы должны быть размеры и формы кагатов (своеобразных складов свеклы на воздухе), чтобы поддерживалась определенная температура. Столь же тщательно исследуют ученые и сам процесс производства сахара. Они стремятся предельно сократить потери и получить как можно больше сахара из свеклы. При наших масштабах производства уменьшить потери лишь на 1 % — значит дать народу дополнительно миллионы центнеров сахара.
За годы семилетки наша сахарная промышленность должна значительно увеличить свою продукцию. Будет построено немало новых мощных заводов, появятся более производительные машины п аппараты.Таковы, напрпмер, диффузионные аппараты непрерывного действия, полностью автоматизированные центрифуги, новые установки для более совершенной очистки сока и сиропа с помощью понптов—ионообменных синтетпческпх смол.
Советский Союз уже сейчас производпт больше сахара, чем самая мощная капиталистическая страна — Соединенные Штаты Америки. Выпуск этого ценного п вкусного пищевого продукта продолжает неуклонно возрастать.
ИСКУССТВЕННЫЙ ХОЛОД
ТТсрвобытпые люди научились получать и сохранять огонь. Это была большая победа над природой. Теперь в самый лютый мороз человек мог согреться у крохотного островка тепла, приготовить пищу.
Однако тепло не всегда делает только добро: от жары быстро портится мясо убитых зверей, прокисает молоко, а вода становится теплой и невкусном. Пришлось обратиться к холоду: зимой люди стали запасаться льдом и складывать его в пещерах или погребах. Там было прохладно даже в жаркие летние дни, и продукты сохранялись дольше. Так холод стал помогать человеку.
Долго люди пользовались только естественным охлаждением. Лишь в начале XIX в., когда ученые открыли новые свойства жидкостей п газов, удалось получить холод искусственно. Сначала искусственный холод применялся только для лучшего сохранения продуктов, но недавно он стал помощником человека и на производстве: в жаркие дни он охлаждает воздух в заводских цехах, помогает проводить научные исследования, позволяет осуществлять в промышленных масштабах химические реакции, протекающие только прп пониженной температуре.
Холод применяют для замораживания грунтов при проходке шахт и туннелей. Замерзший грунт служит хорошей преградой от проникновения воды.
На многих заводах холодом обрабатывают сталь. После закалки ее охлаждают до — 70° и выдерживают при такой температуре несколько часов. Металл приобретает мелкозернистую структуру, становится более твердым и не таким хрупким.
Теперь трудно назвать область техники, где искусственный холод не нашел бы себе применения. Прирученный холод стал настоящим помощником и другом человека.
Что же такое холод?
Долгое время люди не моглп объяснить причину тепла и холода. Только в 1744 г. замечательный русский ученый М. В. Ломоносов в труде «Размышления о причине теплоты и холода» научно доказал, что тепло возникает в результате движения молекул. Чем больше скорость их хаотического движения, тем выше температура данного тела. При замедлении движения молекул температура понижается. Возникает холод.
Предела получению высоких температур Кт А самая низкая температура, которую можно получить (причем только теоретически),— это —273°,16. Движение молекул при такой тем-пературе совершенно прекращается. Называют ее абсолютным нуле м.
КАТОК ЛЕТОМ
Летний каток уже ни для кого не новость. Но все ли знают, почему не тает чудесное ледяное зеркало?
Подо льдом, в слое бетона расположены трубы охлаждающих батарей. В них насос накачивает из бака специальный рассол с температурой —20~\ Растворенные в воде поваренная соль или хлористый кальций делают температуру замерзания рассола значительно ниже, чем воды (см. цв. рис., стр. 353).
Охлаждая бетон, отбирая от него тепло, рассол нагревается и возвращается в бак, где помещен змеевиковый испаритель, наполненный жидким аммиаком. Здесь рассол охлаждается— отдает свое тепло аммиаку, который кипит при низкой температуре. Затем рассол возвращается в охлаждающие батареи—и цикл повторяется.
Охлаждение рассола прп соприкосновении с кипящим аммиаком напоминает явление, с которым мы часто встречаемся в повседневной жизни. Если протереть одеколоном руку, он быстро испарится, и рука почувствует приятную прохладу. А еелп вы промокли под дождем, то необходимо поскорее переодеться, иначе влага начнет испаряться, будет отнимать тепло у тела, и вы продрогнете. Так и аммиак: превращаясь в пар, он отбирает тепло у рассола.
Компрессор отсасывает из испарителя пары аммиака и сжимает их до 10 атм. Нагретые при сжатии пары попадают в конденсатор, где охлаждаются обычной водой и снова превращаются в жидкость. Из конденсатора жидкий аммиак опять поступает в испаритель, проходя через маленькое отверстие регулирующего вентиля. При этом давление его резко падает до 1 —2 атм. В результате он снова начинает закипать при низкой температуре.
Пока зрители наслаждаются прекрасным зрелищем балета па льду, аммиак совершает бесконечное движение по замкнутому круп: испаритель — компрессор — конденсатор — регулирующий вентиль — и снова испаритель.
У рассола он отбирает тепло, а воде в конденсаторе — отдает. Такие вещества, отбирающие тепло у одного источника и передающие его другому, называются х о л о д п л ь и ы м и агентами пли хладагентами. Обычно это вещества, которые кипят при низких температурах и при этом хорошо отбирают тепло. Распространенными холодильными агентами служат аммиак и фреон-12. Первый кипит прп —33°,4, второй — при —29 ,8.
Аммиак имеет резкий запах, вреден для человека и взрывоопасен. Фреон-12 лишен этих недостатков. Поэтому в последние годы большинство холодильных машин работает на фреоне-12, хотя стоимость его пока выше, чем аммиака, да и по своим холодильным свойствам он также ему уступает.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Как мы уже знаем, всякую жидкость можно заставить кипеть при очень низкой температуре. Для этого надо только создать соответственно низкое давление. Холодильная машина, в которой низкое давление в испарителе обеспечивается компрессором, называется компрес-е и о н н о й (рис. 1). Это самый распространенный тип холодильной машины. Она применяется для получения низких температур (до —120"). Одна из таких машин и работает на летнем катке.
Компрессионные холодильные машины используют для самых разнообразных целей. Они весьма экономичны: расход энергии, необходимой для переноса тепла от холодного источника к более теплому, у них очень незначителен.
Существуют и другие типы холодильных машин.
Там, где есть дешевая тепловая энергия или много неиспользованного отработанного пара, применяют пароводяные эжекторные холодильные машины (рис. 2). В них из парового котла горячий пар высокого давления поступает в узкое сопло эжектора, откуда выходит с огромной скоростью и сразу попадает в специальную камеру. Чем больше скорость такой струи, тем меньше в ней давление. Следовательно, давление пара по выходе из сопла понижается, и в камере образуется разрежение — вакуум. В этот вакуум немедленно
устремляются пары из соединенного с камерой испарителя. В результате в испарителе тоже создается глубокий вакуум. Вода кипит там при низкой температуре (например, при+5°) и отбирает тепло от охлаждаемого объекта.
Пар из котла и пар из испарителя смешиваются и поступают в расширяющуюся трубу— диффузор, который значительно шире камеры. Здесь скорость струи папа постепенно снижается и давление в ней увеличивается. Когда пары достигнут конденсатора, давление их настолько повысится, что охлаждение водой уже может превратить их в жидкость.
Из конденсатора часть этой воды через регулирующий вентиль поступает в испаритель, а другая часть — в паровой котел. Там она снова превращается в пар высокого давления и подается в эжектор.
Аб со рбционные холодильные машины (рис. 3) тоже основаны на охлаждающем эффекте кипящей жидкости. Испаритель с аммиаком здесь обычно расположен в охлаждаемой камере или в баке для охлаждения рассола. Аммиак кипит и, отбирая тепло от
ИСПАРИТЕЛЬ
КОНДЕНСАТОР
ЭЛЕКТРОДВИГАГЕЛЬ
КОМПРЕССОР
РЕГУЛИРУЮЩИЙ ВЕНТИЛЬ
Рис, 1. Основные узлы компрессионной холодильной машины.
Рис. 2. Схема пароводяной эмсекторной холодильной машины.
воздуха, находящегося в камере, охлаждает его. В абсорбционных машинах отводит пары из испарителя и понижает в нем давление не компрессор, а сосуд с водой — абсорбер.
Растворяясь в воде, пары аммиака выделяют тепло. Для отвода этого тепла и более интенсивного растворения аммиака сам абсорбе} тоже охлаждается водой.
Насос постоянно подает крепкий раствор аммиака с водой пз абсорбера в генератор. Там его нагревает проходящий по трубам горячий пар. В абсорбционных домашних холодильниках такой раствор подогревается электроспиралью или газовой горелкои. При нагреве из раствора выделяются пары аммиака высокого давления. Они поступают в конденсатор, охлаждаются там водой или воздухом и превращаются в жидкость. При прохождении через регулирующий вентиль в испарителе давление жидкого аммиака резко падает. Поэтому в испарителе он снова закипает и отбирает тепло от охлаждаемого объекта. Оставшийся в генераторе слабый водоаммиачный раствор через другой регулирующий вентиль возвращается в абсорбер, где поглощает новые порции аммиака, идущего из испарителя.
В абсорбционных холодильных машинах используется дешевая энергия отработанного пара или отработанных газов двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, в них нет компрессора, который создает шум при работе и требует ухода за собой. В последние годы получили применение бромистолитиевые абсорбционные машины, в которых холодильным агентом служит вода, а абсорбирующим веществом — бромистый литий.
В настоящее время холод получают также с помощью полупроводников. Созданы образцы холодильных шкафов с применением термоэлементов, соединенных в батареи. При прохождении тока одна поверхность этой холодильной полупроводниковой батареи охлаждается, а другая — нагревается. Холодная поверхность ее отбирает тепло от воздуха внутри шкафчика, а через наружную поверхность тепло передается окружающему воздуху. Подробнее о свойствах полупроводников, в частности термоэлементов, можно узнать в томе 3, в разделе «Вещество и энергия».
У полупроводников большое будущее в оо-ласти получения искусственного холода.
Рис. 3. Схема абсорбционной холодильной машины.
СВЕЖИЕ ФРУКТЫ КРУГЛЫЙ ГОД
Пищевые продукты заготавливают обычно в течение определенных сезонов. Ведь фрукты, к примеру, поспевают летом и осенью, молока п яиц сельское хозяйство больше всего даст весной п летом, а убой скота выгоднее производить поздней осенью. Как же сохранять продукты кру глый год?
Опыт показал, что для каждого продукта есть вполне определенные границы температуры, позволяющие дольше всего сохранять его вкусовые я питательные качества. Для хранения продуктов в местах их заготовки строят крупные холодильники.
Современный холодильник — это большое здание без окон, со стенами, облицованными изнутри материалами с низкой теплопроводностью. Здание разбито на отдельные камеры. В каждой из них хранятся определенные продукты п поддерживается нужная температура. Сама холодильная машина расположена в отдельном помещении, а аммиак, рассол пли просто охлажденный воздух подаются в камеры.
Для хранения и перевозки рыбы используют суда-рефрижераторы — плавучие холодильники. Это настоящие заводы: весь улов рыбы обрабатывается здесь же специальными машинами и поступает в трюмы, охлаждаемые воздухом, который мощные вентиляторы предварительно продувают через воздухоохладители холодильной машины. Свежемороженую рыбу доставляют в портовые города, а оттуда по суше, воздуху и воде развозят во все уголки страны.
Долгое время скоропортящиеся продукты перевозили по железным дорогам только в вагонах-ледниках. В специальные «карманы» этих вагонов загружался лед. Теперь появились целые поезда-рефр п ж е р атор ы. В одном вагоне располагается холодильная машина и двигатель, который приводит ее в действие, другие вагоны —это холодильные камеры.
Часто на улицах города можно видеть автомобиль с длинным закрытым серебристым кузовом. Это авторефрижератор. В передней части кузова помещается холодильная машина. Компрессор ее приводится в движение двухтактным мотоциклетным двигателем. Испаритель расположен в холодильной камере, занимающей остальную часть кузова. Для более равномерного охлаждения продуктов в камере вентилятор создает циркуляцию воздуха. В таких авторефрижераторах поддерживается температура —15 .
Свежие продукты, доставленные в города, попадают в магазины, столовые. Там тоже имеются холодильные камеры и шкафы.Они полностью автоматизированы. Для хранения молока, например, требуется температура от 4-2 до 4-4 .При достижении температуры 4-2' компрессор автоматически выключается. Когда температура в шкафу из-за притока тепла поднимается до 4-4 J, давление паровфреопа-12 в испарителе возрастет и специальный прибор — прессостат — снова включит компрессор.
Гак же работают и домашние холодильники (рис. 4). В верхней части небольшого шкафчика такого холодильника расположен испаритель. В нем есть ванночки для приготовления льда. Температура в испарителе достигает —20 . Непосредственно иод ним тоже достаточно холодно.
Между двойными стенками холодильника проложена изоляция, препятствующая проникновению тепла внутрь. Основные узлы холодильной машины — компрессор с электромотором в герметическом кожухе и змеевиковый конденсатор — расположены на задней стенке шкафа. Из конденсатора жидкий фреон-12 поступает в испаритель по тонкой капиллярной трубке. Автоматическое включение и выключение компрессора, когда в шкафу достигнута необходимая температура, производит специальный прибор --термостат. Установив ручку термостата на определенной шкале, вы получите нужную температуру в шкафу.
В настоящее время применяются новые методы хранения продуктов. Оказывается, если их быстро заморозить, то они гораздо дольше и лучше сохраняют свои вкусовые свойства. Например, свежеиспеченные булочки от резкого воздействия холода становятся твердыми, как камень, и могут храниться свыше двух месяцев. Если пх 10 мин. прогревать в духовке. они снова станут свежими п ароматными. Так же можно заморозить п долго хранить фрукты и овощи, даже готовые обеды.
Быстрое охлаждение производят в специальных скороморозильных аппаратах. Чтобы ускорить охлаждение, вентилятор гоппт с большой скоростью холодный воздух. Есть п другой способ быстрого охлаждения. Вагон со свежпмп фруктами въезжает в специальную камеру, пз которой мощные пасосы выкачивают почти весь воздух. При очень низком давлении находящаяся во фруктах влага начинает испаряться и отбирать от них тепло. Фрукты становятся сухпмп п холод-
Рис. 4. Домашний холодильник.
ными; они неделями могут путешествовать по всей стране. А в конце пути, постепенно поглощая влагу из воздуха и отепляясь, они снова становятся свежими.
Холод применяется также при изготовлении кондитерских изделий и, конечно, мороженого. А знаете ли вы, как делают мороженое?
Молоко или сливки смешивают с сахаром и водой, нагревают до -}-80 и выдерживают в течение 10—15 мип. При этом погибают все микроорганизмы. Затем смесь фильтруют и сжимают насосом до 150 атм. Под таким большим давлением ее с громадной скоростью пропускают через маленькое отверстие, причем на пути помещают твердую преграду. Жировые частички, ударяясь о нее, разбиваются на мельчайшие брызги (до одного микрона), и смесь становится совершенно однородной.
Теплая масса выливается на трубки охладителя. В верхних трубках протекает холодная вода, а в нижних — рассол с температурой от —5 до — 6°. Смесь охлаждают до 4-4 и направляют в холодильный аппарат — фризер. Ото горизонтально расположенный цилиндр с двойными стенками, между которыми под низкпм давлением кпппт аммиак. Он охлаждает поступающую в цилиндр смесь до температуры —4°, взбивает ее и насыщает воздухом. Вращающиеся
ножп снимают с внутренней стенки загустевшую, как сметана, массу. Затем мороженое разливают в формочки, плавающие в холодном рассоле.
Готовые порции мороженого кладут между двумя вафлями или обливают шоколадом, после чего остается только завернуть их в бумагу.
ИС КУ ССТВ Е Н НЫ Й КЛИМАТ
Где найти прохладный уголок в жаркий летний день? Даже каменные стены зданий не могут служить защитой от зноя. Накаляясь от солнца, стены нагревают и помещение. Работоспособность человека при жаре снижается. Нередко хозяйки занавешивают окна, смачивают пол водой, и в комнате становится прохладнее: испарение воды отнимает тепло от окружающего воздуха.
Но только мощные холодильные машины позволяют создать в помещении необходимый тепловой режим — искусственным климат. Для работы и для отдыха человека наиболее благоприятна температура от 4~18 до 4-22°. На состояние его и самочувствие влпяет п влажность воздуха.
Искусственное получение необходимой температуры и влажностп воздуха называется кондиционирование м. Различают комфортное кондиционирование и промышленное. Комфортное кондиционирование (рис. 5) создает наиболее благоприятные для людей условия в квартирах, кинотеатрах, столовых, поездах дальнего следования, на заводах и в различных учреждениях. Мощные вентиляторы отсасывают из помещениг через отверстия в полу, в нижней части стен или под сиденьями в поезде, в кино теплый воздух. По специальным воздуховодам он попадает в камеру, где холодный водяной душ снижает его температуру. Затем охлажденный воздух подается вентиляторами через верхние отверстия обратно в помещение. А отеплявшаяся в камере вода охлаждается в испарителе холодильной машины до 4 8—10° и снова возвращается в «камеру душирования».
Испаритель домашнего кондиционера расположен в комнате. Вентилятор прогоняет через него теплый воздух в возвращает его обратно в комнату. Конденсатор расположен на улице. Поэтому все отобранное тепло отдается наружному воздуху.
Домашние кондиционеры будут особенно удобны, когда в холодильной технике главная
роль будет принадлежать полупроводникам (подробнее об этом см. ст. «Полупроводнпкп в технике»).
Промышленное, плп технологическое, кондиционирование обслуживает разные производственные процессы. Например. при сборке особо точных приборов и инструментов в помещении необходимо поддерживать строго определенную температуру. Отклонение на полградуса уже нарушает точность сборки, так как с изменением температуры меняются линейные размеры детален. Промышленное кондиционирование применяется также в химической, текстильной, полиграфической промышленности.
Искусственный климат нужен и для различных специальных целей, например для того, чтобы узнать, смогут лп нормально развиваться расгенпя и животные в новых для них климатических условиях. С помощью холодильных установок можно проверить работу двигателей, приборов, «поведение» различных материалов в условиях, скажем, полярного климата.
Для испытанна авиационных двигателей и приборов требуется низкая температура и пониженное давление, характерные для верхних слоев атмосферы. Эти условия создаются в специальных термобарокамерах. Холодильные машины поддср/кивают в них температуру до —70—100 , а вакуум-насосы создают необходимое разрежение.
ОТОПЛЕНИЕ ХОЛОДОМ
Слова «отопление» и «холод» так не вяжутся друг с другом, что на первый взгляд это сочетание может показаться шуткой. Но давайте вдумаемся в сущность работы холодильной установки. Куда девается тепло, которое холодильный агент отбирает при кипении в испарителе от рассола или воздуха? Куда девается тепло, полученное во время сжатия паров в компрессоре?
Мы уже знаем, что это тепло отдается окружающем у воздуху илп водр, которые ох лаж-
Рис. 5. Схема кондиционирования воздуха в кинотеатре.
дают конденсатор. Значит, во время работы установки окружающая среда все время нагревается. Если установить испаритель холодильной установки в реке, а конденсатор с воздушным охлаждением — в комнате, то река будет охлаждаться, а отбираемое у нее тепло нагреет воздух в комнате. Холодильная машина превратилась в тепловой насос. При таком способе отопления затраты энергии примерно в 3 раза меньше, чем при непосредственном превращении электрической энергии в тепло.
ГЛУБОКИЙ ХОЛОД
Глубокий холод — область температур ниже —120е. Получать такие низкие температуры компрессионными установками сложно и невыгодно. Для глубокого охлаждения применяются другие методы.
Если сжатый газ направить в цилиндр, то он расширится и переместит поршень, совершив при этом работу. Теряя свою энергию, газ сильно охлаждается. Такую машину называют детандер. Если сжатый газ направить
Рис. 6. Схема машины для сжижения воздуха.
на лопатки вращающегося колеса — т у р б 0, детандера, то и в этом случае, вращая ротор, он резко снизит свою температуру Так, при падении давления от 6 до 1 атм ц0’31 дух охлаждается с +20 до —90 .
В установке для получения жидкого воздуха Грис. 6) сжатый в компрессоре до 5—6 атч воздух, прежде чем попасть в турбодетандер охлаждается в теплообменнике. Из турбодетаа-дера еще более охлажденный воздух поступает в конденсатор. Там он охлаждает и превращает в жидкость другую часть воздуха, которая с давлением 5—6 атм поступает из теплообменника в межтрубное пространство конденсатора. Через вентиль жидкий воздух направляется в нижнюю часть конденсатора, где давление уже 1 атм. Оттуда его фожно слить в специальный сосуд Дьюара, где благодаря изоляции, создаваемой безвоздушным пространством между двойными стенками, жидкий воздух можно сохранять долгое время (подробнее о полученпи сверхнизких температур см. т. 3, ст. «Путешествие в мир температур и давлений»).
Получение низких температур, близких к абсолютному нулю, позволило открыть интересные свойства различных веществ. Так,
резина в жидком воздухе становится хрупкой, некоторые металлы, например ртуть, начинают очень хорошо проводить электрический ток (сверхпроводимость), а свинцовык колокольчик приобретает звучание чистого серебра.
Но главное применение глубокого холода— сжижение газов. Каждый газ имеет свою критическую температуру. Пока температура его выше критической, никаким давлением нельзя превратить его в жидкость. При современном развитии холодильной техники стало возможным охлаждать газы намного ниже их критической температуры л превращать их в жидкость при невысоких давлениях. Это позволило дешевым способом получать многие нужные пам газы. Так, если постепенно подогревать жидкий воздух, то сначала пз него выкипает азот, имеющий более нпзкую температуру кипения, а жидкий кислород удается оставить в сосуде. Этот способ получения кислорода широко применяется в промышленности.
Искусственный холод стал одним из мощных орудий современной техники.
а ш и н и
Я'селъс^о^ хоуяйст^е
ФАБРИКИ
бычпо в нашем понимании фабрика или завод — это производство, оборудование которого размещено в одном или нескольких промышленных зда
ниях, расположенных на довольно небольшой площади. На этих заводах и фабриках изготавливают ткани из волокна, обувь из кожи,
машины из чугуна и стали и другие изделия. Сырье для этих заводов получают из недр земли— на рудниках, в шахтах, из нефтяных скважин — ис ее поверхности (сельскохозяйственное сырье, лес).
Получением сельскохозяйственного сырья (зерна, хлопка, льноволокна и др.) занимаются совхозы и колхозы. Это тоже своеобразные фабрики.
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ
Только после создания совхозов и колхозов в нашей стране стало возможным широкое применение современной сельскохозяйственном техники. Это позволило перейти от тяжелого изнурительного ручного труда к механизированному труду.
С появлениехМ тракторов и производительных машин в сельском хозяйстве начался период механизации сельского хозяйства. К концу семилетки, т. е. к 1965 г., этот период достигнет наибольшего расцвета, так как будет завершена комплексная механизация всех работ. Пленум ЦК КПСС, который проходил в декабре 1959 г., уделпл большое внимание вопросам комплексной механизации.
Что же за понятие «комплексная механизация»? Чтобы изготовить, например, какую-
нибудь чугунную деталь, чушки чугуна вместе с различными примесями расплавляют в вагранке. Потом расплавленный чугун наливают в формы (опоки), а когда чугун в форме остынет, отливку вынимают из нее и очищают от земли и приливов. После этого отливку обрабатывают в зависимости от формы и назначения па различных металлорежущих станках. Если при изготовлении детали использовались только вагранка и станки, а остальные работы — загрузка вагранки, создание формы для отливки, заливка формы чугуном, очистка и транспортировка отливки к станкам и между ними — производились вручную, то это значит, что были механизированы лишь основные работы. Если же механизировать все ручные работы, то тогда будет осуществлена комплексная механизация изготовления детали.
Осуществление комплексной механизации в сельскохозяйственном производстве даст возможность, так же как и в промышленности, перейти к автоматизации управления машинами и поднять на небывалую высоту производительность труда.
АГРЕГАТЫ
На фабрике или заводе сырье, из которого изготовляется продукция, перемещают из цеха в цех, от станка к станку. В сельском хозяйстве большинство работ производи! ся па больших площадях и происходит обратное явление: сельскохозяйственные машины двигаются по полю, выполняя различные операции — пахоту, боронование, посев, уход за растениями и уборку. Если на заводе, чтобы привести станок в действие, пользуются установленным
вместе со станком электродвигателем, то в сельском хозяйстве для перемещения машины и для работы ее механизмов
требуется тяга ч-трактор.
Сочетание трактора с машиной называется машинно-тракторным агрегатом. Сначала тракторы выполняли работу механической лошади, т. е. тащили за собой машину пли орудие. Разница между машиной и орудием, в частное!и, заключается в том, что в машине рабочие органы совершают вращательное или возвратно-поступательное движение (косилка, моло
тилка и др.), а в орудии они закреплена неподвижно (плуг, борона и др.) и протаскиваются по полю трактором. Рабочие oprai ы многих сельскохозяйственных машин приво щт-ся в движение от вращения колес с помощью различных передач или от самостоятельного двигателя, устанавливаемого па такой машине
В более совершенных конструкциях для привода рабочих органов машин используют часть мощности двигателя трактора (см. ст. ракторы») через вал отбора мощности.В последние годы широко применяются навесные сельскохозяйственные машины и орудия. Их навешивают на трактор сзади, сбоку или впереди (рис. 1,2).
Но конструкция обычных тракторов не позволяет располагать машину или орудие так, чтобы тракторист мог наблюдать за рабочими органами во время движения. Тогда была создана особая конструкция трактора, получившая название «самоходное шасси» (рис. 3). На раму его спереди или посредине навешивают машины и орудия.
Сочетание самоходного шасси с навесной машиной представляет собой как бы самоходную машину. Дело в том, что наши инженеры создали ряд конструкций самоходных машин, которые передвигались по полю не силой тяги трактора, а за счет части мощности двигателя, установленного на них для приведения в действие рабочих органов. Такие машины были очень удобны в работе, но ограниченный срок их применения (в течение года) не позволял с полной нагрузкой длительное время использовать двигатель и ходовую часть.
Самоходные шасси даюг возможность применять в сочетании с ними целый набор навесных машин, включая комбайны. Это значительно упрощает и удешевляет использование техники в сельском хозяйстве.
г* ______ Навесная система
Дисковый нож Предплужник
Рис. 1. Гусеничный трактор с навесным четырегкорпусным плугом.
Косилки, расположенные сбоку (в транспортном положении)
Косилка, расположенная опереди (фронтальная) в рабочем положении
Рис. 2.
Колесный трактор с косилкой.
навесной трехбрусной
МНОГООТРАСЛЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО
Колхоз или совхоз, как правы по, многоотраслевое хозяйство.
В сельском хозяйстве существуют две основные отрасли — растениеводство и животноводство. Опп в свою очередь делятся на ряд специализированных отраслей. В растениеводстве—это хлопководство, свекловодство и производство других полевых культур, овощеводство, луговодство, садоводство, виноградаре гво и создание плантаций других многолетних насаждений.
Животноводство по своей производственной организации более близко к промышленному предприятию. В совхозах п колхозах могут быть фермы крупного рогатого скота молочного и
Рис. 3. Самоходное шасси с навесной сеялкой.
мясо-молочного направления, свиноводческие и овцеводческие фермы, птицефермы и птицефабрики.
В зависимости от природно-хозяйственных условий колхозы и совхозы имеют различное направление хозяйства. Например, в целинных совхозах и в колхозах Сибири и Казахстана выращивают пшеницу; в Узбекистане, Таджикистане, 1 уркменпи на больших площадях растет хлопчатник; в ряде областей У к раин- • ской ССР выращивают сахарную свеклу и т4 д. Но в любом колхозе или совхозе, независимо от его направления, всегда выращивают п другие сельскохозяйственные культуры, есть сады, огороды, животноводческие фермы.
Поэтому, в отличие от фабрик и заводов, производящих какой-либо одпн вид товаров, совхозы и колхозы, как правило, производят зерно и овощи, фрукты и продукты животноводства — молоко, мясо, яйца, шерсть. Эти условия работы требуют чрезвычайно разнообразного набора машин. 1акой набор называют системой маши п, если с их помощью можно обеспечить комплексную механизацию работ во всех специализированных отраслях хозяйства.
Сельскохозяйственные машины делятся на машины общего назначения, которые работают на всех полях, и машины специальные, применяемые только для определенной сельскохозяйственной культуры. Разберем это на некоторых примерах.
МАШИНЫ НА ПОЛЯХ
Зерновые культуры — понятие очень широкое, и поэтому мы ограничимся рассмотрением техники производства зерновых колосовых культур — пшеницы, ржи, ячменя, овса п др. По вегетационному периоду (периоду роста) пх делят на яровые, которые высевают весной, и озимые, высеваемые осенью.
Перед тем как посеять семена в почву,' производится основная п предпосевная ее обработка. Для яровых культур основная обработка почвы заключается в лущенпп п пахоте. Ее производят осенью — это зяблевая обработка. (Более подробно об этом см. т. 4, ст. «Обработка почвы».)
Для чего п какими орудиями производят этп работы?
Лущение, пли поверхностное рыхление почвы на глубину 5—8 елц выполняют дпеко-
24 Детская энциклопедия, т. 5
Секции дисков
Рис. 4. Дисковый лущильник.
Пласт земли, поднимаемый корпусом, сколь.
Ящики С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ грузом (балластом) для ЗАГЛУБЛЕНИЯ ДИСКОВ
и при этом крошится.
Следовательно, при пахоте мы не только рыхлим почву, но и выворачиваем на поверхность менее распыленные ее частицы В результате семена сорняков и остатки растений, находившиеся на поверхности перед обработкой, засыпаются
Веспой для сохранения влаги вспаханное поле обрабатывают боронами, т. е. разрыхляют и вырав-
нивают верхний слой почвы. После этого ее рыхлят на глубину заделки семян специальными орудиями — культиваторами (рис. 6) высевают семена.
СЕВ
Сеялка равномерно раскладывает семена по поверхности поля и заделывает на одну и ту же глубину. Такой посев создает условия для одновременных всходов п созревания урожая. На рисунке 7 показана сеялка в разрезе. В ящик
насыпают семена. В дне его сделаны отверстия,
выми лущильниками (рис. 4) на поле, с которого уже убран урожай. Такое рыхление способствует прорастанию семян сорпяков, оставшихся па поле. После того как семена прорастут, поле пашут плугами с предплужниками (рис. 5). Предплужник по форме подобен корпусу самого плуга. Он снимает верхний слой почвы п укладывает его на дпо борозды, образованной корпусом плуга при предыдущем проходе.
Когда верхний слой уложен па дпо борозды, он сверху засыпается землей пз нижнего пахотного слоя. Для этого в корпусе плуга сделана отвальная поверхность.
Предплужник
Корпус плуга Дисковый ноя^
Рис. 5. Процесс обработки почвы плугом с предплужником.
через которые семена попадают в высевающие аппараты. В высевающем аппарате есть катушка с ребрами. При вращении катушка своими ребрами захватывает семена и подает их в семяпровод, подвешенный к высевающему аппарату. Нижний конец семяпровода входит в воровку сошника, который делает в почве бороздкп. На дно их высыпаются семена. Сверху семена засыпаются частично землей, осыпавшейся со стенок бороздок, и окончательно заделываются шлейфами, состоящими пз металлических колец.
В зависимости от способов посева (рис. 8) есть рядовые п узкорядные сеялкп, широкорядные п квадратно-гнездовые. Рядовые сеялкп
высевают семена рядами с расстоянием между ними (междурядьями) 12—15 см\ узкорядные—такие же сеялки, высевающие семена с междурядьями 5—8 см. Кроме зерновых, бывают сеялкп для семян льна, хлопчатника, сахарной свеклы, кукурузы и других сельскохозяйственных культур. Они различаются между сооои формой семенных ящиков, а также типами высевающих
аппаратов п сошников.
УБОРКА УРОЖАЯ
После созревания зерновых культур наступает время уборки. Чтобы убрать урожаи полностью, надо срезать стебли, отделить зерно от колоса, очистить зерно от посторонних примесей, подсушить его, собрать солому в небольшие кучи (копны), а йотом в большие кучи (скирды).
В наших колхозах и совхозах хлеб убирают комбайнами (см. цв. рис., стр. 376).
Эти замечательные машины, двигаясь ио полю, срезают стебли, сразу же обмолачивают пх, очищают зерно от примесей и собирают его в специальный зерносборнпк — буйке р, а солому—в к о и и и т е л ь, навешиваемый сзади. Зерно из бункера на ходу перегружают в автомобили, а солому из кеппителя по мере накопления выгружают в поле копнами.
Впереди комбайна расположена жатка. Режущий аппарат ее срезает стебли, а мотовпло укладывает пх па два бесконечных винта — шнека. Они сдвигают срезанные стебли к середине жатки п подают п\ на центральный транспортер. Оттуда стебли попадают в молотильный аппарат (рис. 9).
Затем вся масса идет на специальное устройство — соломотряс, который отделяет зерно н мелкие примеси от соломы. Падая вниз, зерно и мелкие примеси попадают па колеблющуюся решетку — грохот. На ней остаются крупные примеси, а зерно п более мелкие при-
Рис. 6. Навесной культиватор для сплошной обработки почвы.
по л пения копнителя также включается световая п звуковая сигнализации, и комбайнер нажатием па педаль включает устройство для выгрузки. Если он не заметит сигнала, выгрузка происходит автоматически.
На комбайне установлен двигатель для привода в действие всех механизмов п перемещения машины по полю. II всем этим сложным хозяйством управляет один человек.
Чтобы он мог управлять машиной, все рычаги управления, контрольно-измерительные
меси попадают в очистку, состоящую из решет и вентилятора. Здесь под действием струп воздуха и просевания на решетах зерно освобождается от остальных примесей и но транспортерам па прав-ляется в бункер.
Как только бункер наполнится зерном, включается сигнальное устройство, предупреждающее комбайнера о необходимости перегрузки зерна в автомобиль, двигающийся рядом с комбайном. Комбайнер включает шнек, идущий от бункера г0Шники к кузову автомобиля, п зерно быстро перегружается, не нарушая работы комбайна.
Солома после соломотряса попадает вместе с выделенными из зерна примесями (мякиной)
Семенной ящик
Высевающий
АППА РДТ
Щ-г.Е йоо!
Рис. 7. Сеялка зерновая узкорядная (общий вид и разрез).
в копнитель. Здесь ее уплотняют механические руки — подпрессовщики. После за-
Рядовой Узкорядный Широкоряд-Ленточный Перекрест- Гнездовой Квадратно-ный ный гнездовой
Рис. 8. Способы, посева.
и сигнальные приборы расположены около его рабочею места. Его труд очень пропзводптелен: за 8 часов комбайнер выполняет работу, которую при изнурительном ручном труде должны были бы делать 100 человек, а при применении жаток и молотилок—25—30 человек.
Зерновой самоходный комбайн прпспособлен для работы в самых различных условиях. Он имеет колеса па резиновых шинах (пневматп-ках) для движения по сравнительно сухой почве. В тех случаях, когда почва бывает в период уборки влажной, па его колеса устанавливаются полугд сенпцы, а в особо тяжелых условиях пне) матйчсские колеса заменяются гусеницами. С некоторыми переделками, значительно упрощающими устройство ходовой части, комбайн можно сделать прицепным. Это значит, что он будет двигаться не самостоятельно, а с помощью трактора.
Бункер
Молотильный АППАРАТ
Рис. 9. Схема работы комбайна.
Применение комбайнов дало возможность быстро убирать урожай с малыми затратами труда. Но убирать урожай без потерь комбайн может лишь 7—8 дней, так как зерно перезревает и начинает осыпаться. Гогда для борьбы с потерями применили раздельную уборку.
При этом способе уборки стебли срезают специальной жаткой и укладывают в валок цтпе. 10). После подсушки стеблей и зерна в колосьях вдоль валка двигается комбайн с подборщиком вместо жатки. Подборщик подает валок в комбайн, а остальные операции — обмолот и очистка — производятся как обычно.
Прпменеьпе этого способа позволяет начинать уборку на 5—6 дней раньше. Потери зерна резко сокращаются, оно получается более сухим и лучше очищается от посторонних прпмесей. Теперь таким способом убирают большинство зерновых культур в колхозах п совхозах Советского Союза.
ВОЗДЕЛЫВАНИЕ КУКУ РУЗЫ
Это высокое, красивое растение обладает целым рядом полезных свойств. В зерне кукурузы много питательных веществ, а ее стеблп — прекрасный корм для домашних животных как в свежем, так и в консервированном виде (сплос). Зерно кукурузы содержится в початках, плотно прижимающихся к стеблю на различной высоте от земли. Початки сверху закрыты зеленым листом («оберткой»).
Хотя цепные ппта тельные и кормовые качества кукурузы известны давно, эта культура широко распространилась только в последние годы.
Для получения хороших урожаев ее раньше требовалось много труда. В настоящее время созданы новые машины, которые значительно облегчили труд по обработке и уборке кукурузы.
Советские инженеры для этой цели создали квадратно-гнездовые сеялки. Применение их значительно улучша-
Нескошенные
Рис. 10. Схема работы, рядковой жатки.
ет и облегчает уход за посевами. Есть у пас также
кукурузоуборочные л сило-
соуборочные комбайны для уборки кукурузы
на зерно и па силос.
Вот перед нами семена, расположенные по нескольку зерен (гнездами) па пересечениях воображаемых продпльпых и поперечных линий, проведенных на поле. Для чего нужен такой посев и как достигается такое расположение семян? Для такого растения, как кукуруза, и для других пропашных культур необходима большая площадь питания. Поэтому семена высеваются с большим расстоянием между рядками.
Полоса земли между рядками называется междурядьем и после посева обрабатывается специальными культиваторами для междурядной обработки (рис. 11).
Такая обработка позволяет бороться с сорняками, сохранять влагу в почве. Одновременно с культивацией часто применяют внесение минеральных удобрении. Для этого на культиваторе устанавливают расте нпеппта-т е л ь — приспособление для внесения минеральных удобрений. Культиватор с таким приспособлением называется культиватором-растениепитателем.
Для химической борьбы с сорняками на культиваторе устанавливают приспособление, с помощью которого обрабатывают посевы гербицидами (жидкими ядамп).
Все, что мы сейчас разобрали, относится к междурядьям. Но культиватором можно обработать не всю полосу между рядками, а только часть ее, так как нельзя приближаться к растениям, ле повредив их корпи. Поэтому вдоль рядка справа и слева остается полоса,
по одному зерну.
на которой могут расти сорняки. Рыхлить почву здесь можно только вручную.
Чтобы избежать ручной обработки, гнёзда семян стали располагать на большом расстоянии друг от друга. Это дало возможность обрабатывать культиватором не только междурядья, но и междугнездья, т. е. полосы земли, расположенные между гнездами.
Как же располагают эти гнезда? Рассмотрим устройство квадратно-гнездовой сеялки (рис. 12). В банку насыпаны семена. На дне ее вращается диск с ячеиьамп. В каждую ячейку попадает В дне банки сделано отверстие,
в которое проваливаются семена из ячеек при вращении диска. Пз этого отверстия они попадают в трубку (семяпровод), в которой установлен клапан. Когда па клапане окажется столько семян, сколько требуется для гнезда (2—3), он открывается и семена падают в бороздку, образованную в почве полозовидным сошником. Засыпаются семена с помощью катка.
Культиватор-растениепм-
Рис. 11- Культиватор для междурядной of аботки.
Рис-. 12. Квадратно-гнездовая сеялка.
« для семян
дисковый высевающий ДГ.ЛДРДТ
Кдток
Мерная проволока Узлоуловитель
Сошник
Семяпровод
Клапан
Но нам необходимо, чтобы клапаны всех высевающих аппаратов сеялки открывалось одновременно, иначе гнезда не расположатся па липин, поперечной направлению движения. Для этого все механизмы открывания клапанов соединены с валом. Поворачивается оы с помощью узлоуловителя. Таких узлоуловителей naf сеялке два — с правой и левой стороны. Включается узлоуловитель при соприкосновении его с узелком мерной проволоки, натянутой вдоль поля. Мерная проволока имеет узелки, расположенные на расстоянии друг от друга, равном принятому между гнездыо (обычно 70 ел).
Теперь рассмотрим, как мерную проволоку перемещают по полю. Сперва сеялка движется вхолостую и проволоку разматывают с установленного на ней барабана п укладывают во краю поля. Затем концы ее соединяют со специальными колами (отпускными). После этого сеялка поворачивается обратно н мерная проволока вставляется в ее левый узлоуловитель. Двигаясь вдоль проволоки, сеялка высевает семена гнездамп, располагающимися напротив узлов проволоки.
В конце поля сеялку снова поворачивают для обратного хода. Предварительно отпуск-
Мотовило
Рис. 13. Силосоуборочный комбайн.
пой кол переносят на ширину захвата сеялки внутрь поля и мерную проволоку вставляют в правый узлоуловитель. Теперь сеялка ве только производит высев, но и перемещает проволоку па новое место вдоль своего движения. Такой способ, перемещения называют м е-х а и п ч е с к и м д п а-г о на ль п ы м.
Когда наступает время уборки кукурузы, на нолях сперва появляется силосоуборочный комбайн (рис. 13). По своему устройству7 он похож на жатку для зерновых культур,
т. с. имеет мотовпло, режущий аппарат и транспортер. Но транспортер расположен не поперек жатки, а вдоль — так, чтобы срезанные стебли двигались назад к ножевому стеблепзмель-чительному барабану, разрезающему их па мелкие кусочки.
Измельченная масса попадает на поперечный транспортер, а оттуда в кузов идущей рядом с комбайном машины. Комбайн может убирать стебли высотой до 4 м. Измельченную массу отвозят к силосным траншеям или башням. Заполняя их, массу трамбуют, а потом закрывают воздухопзолпрующим покрытием.
В более поздипс сроки, когда поспевает зерно кукурузы, ее убирают другими комбайнами — кукурузосплосоуборочными. Они срезают стеблп, отрывают початкп от стеблей, собирают початки в копильник (бункер), а стебли измельчают на мелкие куски и собирают их в специальные копнители, присоединяемые к комбайну, пли направляют в идущую рядом автомашину, как в силосоуборочном комбайне.
Эти комбайны различаются между собой по способу отрыва початков. В комбайне КУ-2, убирающем одновременно два рядка (рис. 14), срезанные стеблп протаскиваются вертикально через наклонные вальцы. Они-то п отрывают початкп от стеблей. Затем стеблп попадают в пз-мельчптельпый барабан. Отсюда транспортер подаст измельченную массу в находящийся сзади комбайна копнитель. Другой комбайн похож на силосоуборочный, но на нем перед пзмельчп-тельным барабаном расположены горизонтальные отрывочные вальцы.
С каждым годом на уборке кукурузы все
больше распространяются самоходные зерновые комбайны. В этом случае на комбайн вместо жатки ставят приспособление для среза стеблей! и отрыва початков кукурузы. Оторванные початки попадают в барабан молотилки комбайна, где отделяется зерно. После очистки оно собирается в бункере. Гаком способ удобен п экономичен, но при нем зерно кукурузы надо сразу после уборки обязательно сушить, так как оно имеет повышенную влажность.
МАШИНЫ ДЛЯ ОВОЩЕЙ
В колхозах и совхозах выращивают много различных овощей. По сравнению с другими сельскохозяйственными культурами они требуют значительно больше труда па выращивание. Разберем это па примере капусты. Ес называют рассадной культурой, так как из семян капусты сперва выращивают в парниках рассаду (молодые растения), а потом высаживают их в пиле. Высаженную рассаду поливают, рыхлят междурядья, окучивают корни (присыпают землей), подкармливают различными удобрениями. Когда капуста вырастает, ее убирают, срезая кочаны п удаляя корни пз почвы, потому что корни часто служат носителями различных вредителей растений.
Одно только выращпванпе рассады в парниках требует больших затрат труда. В парниках — траншеях, заполненных слоем навоза и слоем земли и прикрытых сверху стеклянными рамами, сперва высевают семена капусты. Молодые ростки капусты высаживают в другие
Рис. 14. Кукурузоуборочный комбайн КУ-2. Бункер для ПОЧАТКОВ
о 7 г;
Посадочное колесо
Ящики С рассадой
Бак с водой
Т411ГПГТПТ
VF/M&VW'Z/ZM
Сиденье I Сошник Уплотняющие колеса Рис. 15. Рассадопосадочная машина.
парники, в кубики, сделанные из смесп торфа с землей (торфоперегнойные горшочки) на специальном станке.
Когда растения станут достаточно боль-
Водополивнсе устройство
Но вот рассада посажена и надо ухаживать за ной, чтобы тить хороший урожай. Самое ное — это полив. Чтобы облегчить здесь применяют различные дождевки? ные машины и установки. Одни из них поливают с одного места ио кругу другие — в виде длинной трубы с раз’-брызгивающпмп наконечниками — по~ ливают узкую полосу, после чего трубу переносят па другую полосу. Есть дождевальные машины, которые передвигаются по полю вдоль канавы, наполненной водой (рис. 16).
Такая машина насосом забирает воду из канавы и по трубам подает ее к разбрызгивающим наконечникам которые вода в виде дождя падает на Из всех впдов поливки это самый совер-
ылрас-ТРУД-1 руд,
через землю.
шепный, так как приближается по качеству к настоящему дождю и требует наименьших за-
шими, их вместе с горшочками вынимают из трат труда.
парников п высаживают в поле.
Рассаду капусты сажают так же, как сеют семена кукурузы, т. е. по углам квадрата, чтобы можно было обрабатывать междурядья в двух направлениях.
Для посадкп применяют рассадопосадочную машину (рис. 15). Она делает в земле бороздки, устанавливает на пх дне горшочки с рассадой и поливает ее водой, затем присыпает горшочки землей и уплотняет ее.
Сзади рассадопосадочной машины есть сиденья для рабочих. Перед сиденьями расположены подсгавкп для ящиков с рассадой. Рабочий берет горшочек с рассадой и вставляет его в зажим посадочного колеса. При вращении колеса зажим опускается вниз и, когда достигнет дна образовапной сошником борозды, раскрывается и горшочек опускается па дно борозды. На тракторе устанавливают два бака. Из них по трубам к месту посадки поступает вода и в момент опускания горшочка в борозду выливается на пего. Заделывают горшочки в почве два уплотняющих колеса, установленные за сошником.
Рис. 16. Дождевальная установка.
Рис. 17. Капустоуборочная машина.
Убрать урожай капусты тоже дело нелегкое. Ведь на 1 га высаживают примерно 20 тыс. растений. И если из каждого растения мы получаем кочан капусты весом хотя бы в 3 кГ, то п в этом случае мы получим 60 Т капусты с 1 га. Здесь опять па помощь приходят машины. У нас создана однорядная капустоуборочная машина. Ее навешивают сбоку трактора(рнс. 17).
Машина выдергивает кочаны вместе с корнем п поднимает пх вверх с помощью бесконечной цепи. Прп этом от
кочанов отрезаются корни и собираются в ящик.
Очищенный кочан после подъема попадает на наклонную доску, но которой скатывается в кузов тележки, прицеплен noir к трактору сзади.
Самоходный комбайн СК-3 с подборщиком для раздельной уборки урожая.
ГУСЕНИЧНЫМ ТРАКТОР
В кружках показаны отдельные его узлы Наверху: слева — рычаги и педали управ-
лическая система (гидроподъемник) для навес-
ного оборудования. Внизу: слева — вспомо-
гательное оборудование двигателя, справа —
схема механической передачи от двигателя к
гусеницам.
КАК УБИРАЮТ СЕНО
Сено используют для корма в естественном виде и в виде сонной муки, для чего размалывают на специальных мельницах-дробилках. Обычно сушат траву в поле под солнечными лучами, но если срезанные стебли травы сушить в специальных тепловых сушилках, то получается корм с большим содержанием витаминов, Таким сеном (в измельченном виде) кормят цыплят, утята поросят. Правда, получение его намного дороже, чем при обычной сушке.
Траву сперва косят косилками и оставляют лежать тонким слоем на поле. Косилка состоит из одного режущего аппарата, такого же, как у жаток. Когда трава подсохнет (т. с. превратится в сено), ее с помощью механических граблей (рис. 18) собирают в валки. В валках сено должно еще немного подсохнуть. Затем его собирают в копны подборщиком-копнителем (рис. 19). У него впереди такой же подборщик, как и у комбайна. Потом идет наклонный транспортер и копнитель с откидным дном.
Подборщик подает сено из валков на транспортер и далее в камеру копнителя. Когда камера наполнится, дно откидывается и копна сползает па землю. Через несколько дней копны подвозят к месту временного хранения сена. Из копен стогометателем (рис. 20) складывают стога весом 3—5 Т каждый.
С наступлением заморозков к стогу подходит трактор со стоговозом — массивной грабельной решеткой. Решетка упирается в стог, и трактор с помощью стальных тросов затаскивает его на решетку. Гак стог целиком подвозят к ферме. Здесь решетку выдергивают из-под него, и он остается годным для дальнейшего хранения.
Но все же. хотя все работы п выполняются машинами, уборка получается длительной. Да и сено при перевалке измельчается и теряет свои питательные качества. Поэтому инженеры создали новую, более совершенную машину— пресс-подборщик (рис. 21). Он бывает самоходным, как показано на рисунке, и прицепным.
Пресс-подборщик двигается вдоль валков сена и своим подборщиком подает его в камеру пресса. В пей движется (возвратно-поступательно) стенка и выталкивает сено под большим давлением па узкую площадку. Когда па площадке соберется 30 — 40 кГ спрессованного сена, оно автоматически перевязывается проволокой или шпагатом и сбрасывается на землю. Потом эти тюки с помощью тюкоподборщика
Вращающиеся барабаны С ПАЛЬЦАМИ
Рис, 18. Механические грабли.
Подборщик
Рис. 19. П одборщик-копнителъ.
Грабельная решетка
Рис. 20. Тракторный стогометатель.
грузят в автомобиль или тракторную тележку и перевозят к месту постоянного хранения. При прессовании в тюки сено лучше сохраняет свои питательные свойства. Один человек на одном пресс-подборщике заменяет труд десяти человек и трех обычных сеноуборочных машин.
ЖИВОТНОВОДЧЕСКАЯ ФЕРМА
На животноводческой ферме домашние животные размещены в специальных соответственно оборудованных помещениях.
Вода на ферму может поступать пз центрального водопровода, находящегося на усадьбе колхоза, или из местных водоисточников — прудов, речек, колодцев.
Для рытья колодцев применяют специальную машину (рис. 23). Она смонтирована на платформе * на которой, кроме вышки бурильной установки, расположены двигатель, лебедка и передача для вращения бура. Внутри вышки проходит вал, иа конце которого находится ступенчатый бур. Стакан бура заполняется землей снизу и сверху. Периодически его поднимают вверх и освобождают от земли. А после проходки каждых двух метров в шахту колодца опускают бетонные кольца. Колодец
ВОДОСНА БЖЕНИЕ
Животным, особенно крупному рогатому скоту, требуется ежедневно много воды. Для этого па фермах устраивается система водоснабжения, которая подает воду в поилки. Созданы автоматические поилки (рис. 22). Они состоят пз чаши, па дне которой находится клапан с пружиной п педалью.
Опуская голову в чашу, животное нажимает губами иа педаль, клапан открывается и вода пз водопроводной магистрали попадает в чашу. Как только животное поднимает голову, педаль освобождается и клапан под действием пружины закрывает доступ воде.
Рис, 22. Автопоилка.
От Tf
ЗЛ ЕКТРО-Щ
СЕТИ )!
п.
I -
Автоматический выключатель
Магнитный пуС'АТЕЛЬ
Эгздушчо-водяной КОТЕЛ
На ферм*
Нагнетательная труба
Насос
Электродвигатель
Рис. 24. Безбашенная алектроводокачка.
глубиной 25—30 м такая установка бурит за 2—3 дня.
Воду из колодцев и других водоисточников выкачивают насосами различных конструкции. При обычных насосах надо сперва накачать воду в большой бак, расположенный па высоте, а уже оттуда опа поступает на ферму. Такая система водоснабжения связана с большими неудобствами. Необходимо все время следить за подачей воды в бак, а зимой его приходится утеплять.
И здесь мысль конструктора ирпшла на помощь работникам ферм. Была создана безбашенная электроводокачка (рис. 24). Ее устанавливают ниже уровня земли, над колодцем. ’Электронасос подает воду прямо на ферму. Если потребность в воде па ферме прекращается, то вода начинает заполнять воздушно-водяной котел и давление воздуха в верхней его части настолько возрастет, что переместит контакт автоматического выключателя. При этом разомкнется электрическая цепь, электродвигатель насоса остановится и подача воды прекратится. Как только снова потребуется вода, давление воздуха в котле понизится, автоматический выключатель опять замкнет электрическую цепь, и электронасос начнет работать. За такой водокачкой нет необходимости постоянно на
блюдать, нс нужен здесь и дорогой водонапорный бак.
На речках с перепадом воды не менее 1 м устанавливают гидротараны (рис. 25). Это устройства, в которых гидравлический удар падающей воды используется для подачи части этой воды по трубам к потребителю. Под давлением падающего потока вода из речки понадает в ударную трубу, из которой вытекает через отверстие ударного клапана.
Как только скорость вытекающей воды увеличится, ударный клапан поднимется и закроется, а за счет создавшегося избыточного давления откроется нагнетательный клапан. Вода пз ударной трубы через этот клапан попадает в воздушно-водяной котел. В котле создается дополнительное давление, за счет которого вода идет в нагнетательную трубу — на ферму. Когда давление падает, нагнетательный клапан закрывается п в ударной трубе создается разреженно. Это позволяет ударному клапану под действием своего веса вновь открыть выходное отверстие, п процесс работы тарана начинается вновь. Гидравлические тараны удобны тем, что им не нужны двигатель и насос для перекачки воды. Обслуживание тарана сводится лишь к периодическому контролю за его работой.
Воздушный клапан
КУХНЯ НА ФЕРМЕ
Корм животным необходимо давать не только разнообразный, по и хорошо приготовленный, чтобы онп лучше его усваивали. Поэтому на фермах обязательно устраивают кормокухню (пли кормоцех). Корма бывают грубыми (сено, солома), сочными (силос, свекла, картофель) п концентрированными, т. е. содержащими в не-
Рис. 26. Универсальная дробилка.
большом объеме много питательных веществ (зерно, жмых). Часто одни виды кормов смешивают с другими, чтобы разнообразить пищу животным. Поэтому оборудование, которое размещается в кормоцехе, чрезвычайно разнообразно. Гак, для измельчения грубых и концентрированных кормов служат соломосилосорезки и универсальные дробилки (рис. 26).
Более сложна подготовка сочных кормов (рис. 27). Картофель и свеклу сначала моют. Для этого есть очень простая и производительная машина — корнеклубнемойка. Она представляет собой барабан, в котором непрерывно вращаются в воде корнеплоды. Вымытые картофель и корнеплоды, в зависимости от условий, измельчаются на корнерезке — вращающемся диске с ножами — или варятся. Чтобы сварить такое большое количество корнеплодов, при
меняют специальные котлы — запарники О нагреваются паром. Сваренные корнеплодь пропускают через картофелемялку, напоминающую большую мясорубку.
Даже из такого короткого описания видно что приготовление кормов — довольно сложное дело, и применение машин значительно облегчило п упростило этот процесс.
Рис. 28. Скреперная установка для удаления навоза из коровника.
Теперь посмотрим, как механизируется такая нелегкая работа, как уборка помещения, где содержатся животные. Для этой цели служит установка в виде бесконечной цепи, уложенной в канавке внутри помещения (рнс. 28). h ней через определенные промежутки прикреплены лопатки, которые при движении цепи в одном направлении действуют как скребки, а в обраг-
ном направлении скользят но поверхности.
Б канавку сбрасывается весь навоз и мусор пз стойл, нажимается кнопка, включающая электродвигатель, и цепь приходит в движение. Лопатин захватывают все и перемещают в конец помещснвя, где установлен приемник для навоза. При следующем включении цепь движется в обратном направлении.
Тяжелому труду доярок на молочных фермах тоже помогает машина доильная установка. Существует несколько типов доильных установок, новее они работают по одному принципу
г _-------------------------------ФАБРИКИ СЕЛЬСКОХОЗЯИСТВЕННОГО^ЫРЬН
НА ПОЛИХ
МИЛЛ ИОНЫ МАШИН
вдвое больше, чем были в царской России, развитие промышленности привело к быстрому на каждого человека, занятого в сельском хо-«нагрузка», чем раньше. Однако в царской
Посевные площади в СССР почти А сельское население уменьшилось — росту городов. Вот и получилось, что зяйствс, теперь приходится гораздо большая труд колхозника стал том не менее гораздо легче, чем труд крестьянина России.
Уже в 1957 г. мощность тракторов, комбайнов, автомобилей и электромоторов, занятых в сельском хозяйстве, достигла почти 120 млн. л. с. Благодаря этому каждому работнику помогали 4 механические силы. В царской же России иа двух работников приходилось всего по 1 л. с., да н та была забитой, еле живой, тощей лошаденкой: машин в деревне тогда почти совсем нс было. За семилетие сельское хозяйство получит еще больше миллиона новых тракторов,около 400 тыс.зерновых комбайнов н много других машин. Энерговооруженность колхозного п совхозного производства возрастет почти в два раза.
Одни устанавливаются постоянно в помещении, где содержатся животные. В другом случае это оборудование смонтировано в специальном доильном зале. А когда животные находятся на пастбищах, применяют передвижные доильные установки.
Основная часть доильного аппарата (рис. 29)—ведро. На крышке его расположены пульсатор, коллектор и четыре стакана. Пх надевают на соски вымени коровы. Крышка соединена шлангом с воздушным насосом, создающим разрежение (вакуум-насос). В действие его приводит электродвигатель.
За счет разрежения, создающегося в трубопроводе, соединяющем крышку ведра с вакуум-насосом, происходит отсасывание молока за три такта: сперва с помощью пульсатора и коллектора — такт сосания; затем в мсжстен-
Вакуум МЕТР
Пульсатор Ведро
Рис, 29, Доильная установка.
ную камеру стакана вводят атмосферный воздух и происходит такт сжатия; наконец, атмосферный воздух подается с патрубок, в результате чего происходит такт отдыха. Про
должительность доения с помощью доильного аппарата 4—7 мни.
Есть на фермах еще много других механизмов. Так, стричь овец ручными ножницами не т олько тяжело и неудобно, по и невыгодно, потому что на каждой овце остается от 150 до 400 Г шерсти. И на этой тяжелой работе мысль конструктора помогла заменить ручные ножницы машиной.
Все мы видели и знаем машинкп для стрижки волос. Представьте себе такую машинку, но больших размеров (рис. 30). В действие ее приводят не руками, а с помощью подвесного электродвигателя, соединенного с машинкой гибким валом. Вал с ножами, а другая
Рис. 30. Машинка для стрижки овец.
одну пластинку неподвижной.
движет остается
Волосы, попавшие между ножами пластинок,
срезаются.
1 ок к электродвигателям машинок подается от передвижной электростанции, входящей в комплект установки для стрижки овец. Если рабочий ручными ножницами может остричь 20—25 овец в день, то машинкой он легко
ОСОБАЯ МЕРА
Акр —мера измерения площадей в Англии, США и некоторых других странах — равен 0,4 га. В русской десятине было 1,1 га, греческая стремма равна 0,127 га в гаитянской и венесуэльской фанего — 0,04 га, а в парагвайской куадс — о,8 га. Сам же гектар, с которым мы сравниваем эти меры, легко окинуть взглядом ц за пару минут прошагать из конца в конец.
У нас средняя посевная площадь колхоза равпа теперь 2 тыс. га. В Ставропольском же крае, например, каждый из 149 колхозов имел в 1958 г. в среднем по 30 тыс. га земли. Вот почему сама жизнь создала у пас новую меру. fJ которой ничего не говорится в справочниках. Эта мера —100 га. На 100 га сельскохозяйственной продукции рассчитывается у нас теперь и поголовье скота и урожаи. К концу семилетки с каждых 100 га сельскохозяйственных угодий будет получено до 3G0 Ц зерна, 32 Ц мяса н 210 Ц молока — больше, чем получают с такой площади сейчас в США.
\
острижет 60—75 овец, а при хорошей организации работ — до 150 овец в день.
* * ❖
Все, что было рассказано в этой статье, может дать лишь общее представление о неко
торых машинах, применяемых в сельском хозяйстве. J акпх машин насчитывается сотни различных типов и видов. Во лее подробно о них можно прочитать в научно-популярных книгах, перечисленных в конце тома, в разделе «Что читать по технике».
КАК ОСУШАЮТ БОЛОТА
U нашей большой стране болота и заболоченные землп занимают значительные площади.
На заболоченных почвах не могут растя и развиваться обычные растения, которым для питания пх подземных частей — корней и корневищ — все время необходим кислород. Стоячая, неподвижная вода быстро лишается кислорода, п большинство растений гибнет. Выживают лишь те, которым удалось приспособиться к жизни па болоте,— болотные растения.
Между тем по своему химическому составу болотные почвы чрезвычайно плодородны. На них можно получать высокие урожаи самых разнообразных сельскохозяйственных культур. Но для этого надо сперва осушить болото. Тогда бесплодные, вредные для здоровья человека землп превратятся в богатейшие поля и пастбпща. Тучные нпвы заколосятся там, где недавно росли лишь чахлые болотные травы и низкорослые кустарники.
В пашей стране ведется большая работа по осушению и освоению болот. Сельское хозяйство страны социализма уже получило миллионы гектаров новых плодородных земель.
Осушение болот в настоящее время почтя полностью механизировано. Советские ученые п инженеры создали много замечательных машин, которые выполняют за люден всю тяжелую, утомительную и однообразную работу.
Как же осушают болота?
Прежде всего нужно удалить пз почвы лишнюю влагу, т. е. дать ей сток. А стекать вода должна, конечно, в ближайшую реку. Поэтому в первую очередь надо углубить п расширить русло такой реки, а кое-где п выпрямить его. Здесь приходится вынимать грунт в основном из-под воды.
В наше время грунт из реки вынимают плавучие п сухопутные экскаваторы (рис. 1). а также землесосные установки.
Плавучие экскаваторы применяют в тех случаях, когда ширина реки позволяет сбрасывать вынутый грунт на берег. Разравнивают этот выброшенный экскаватором грунт бульдозерами.
Плавучие землесосные установки в зависимости от пх производительности применяют
как на больших, так и на малых реках. II шлеченный ими со дна реки, перемешанный с водой грунт — пульпа — перекачивается по трубам на берег и разливается по поверхности почвы. Здесь бульдозера не нужно.
По стоячая болотная вода не потечет сама в реку даже после того, как русло ее углублено п расширено. Для стока приходится па всей площади болота прокладывать еще каналы. Сперва роют м а г и с т р а л ь и ы е, г. е. главные, каналы, затем к о л л е к т о р и ы с. Последние собирают воду, стекающую с болота по мелкой закрытой пли открытой осушительной сети, и отводят ее в магистральный канал.
Открытая сеть мелких капав-осушнтелеп служит для приема п отвода поверхностных вод в коллекторные каналы, а также для понижения уровня грунтовых вод па осушаемом участке.
Наряду с открытой сетью канав при осушке болот применяется закрытая сеть—д р е-н а ж п. Они бывают д о щ а т ы е, го и ч а р-п ы е, ф а ш и и и ы е или к ротоны е. Дощатый дренаж делается из досок, которые сколачивают в виде труб прямоугольного сечения. Гончарный состоят из гончарных, т. е. обожженных, глиняных труб. Фашинный дренаж — пз хвороста различных древесных пород, очищенного от листьев и мелких сучьев. II, наконец, кротовым представляет собой систему подземных каналов, напоминающих кротовые ходы.
Магистральные и коллекторные каналы глубиной от 1,5 до 2,5 м прокладываются экскаваторами, специально приспособленными для работы па болотном грунте.
На прокладке открытой мелкой осушительной сети капав работают и л у ж и ы е к а п а в о к о п а т е л и. Это высокопроизводительная машпна: за час ею можно прорыть канавы до 2 клг длиной и глубиной до 80— 100 см (рис. 2).
Граншею для закладки дренажа роют с помощью многоковшового экскаватора пли плужного канавокопателя, затем в нес опускают дренаж п засыпают сверху землей.
Для прокладки кротового дренажа созданы кротовые п л у 1 и и к р о т о д р е-п а ж и ы е машины. В движение их приводит специально оборудованный для работы на болотном грунте трактор.
Сразу же после прокладки каналов Откосы их во избежание обвалов и оползней укрепляют Дерном пли засевают травами.
КАК ОСУШАЮТ БОЛОТА
По проходит время, и открытые каналы и канавы постепенно заносятся песком или илом, зарастают болотными травами, мелеют, разрушаются и в результате начинают плохо отводить воду, а то п вовсе засоряются. Приходится пх периодически чистить и ремонтировать.
Для ремонта и очистки канав и каналов применяются специальные очистительные машины: один — для очистки канав мелкой осушительной сети, другие — для очистки коллекторных и магистральных каналов (рис. 3).
Итак, болото осушено. Все оно покрылось сетью больших и малых каналов. Стоячая вода, годами скапливавшаяся в почве, свободно стекает по этим каналам в ближайшую реку. Но это только первая часть работы м о л п о р а-торов — так называют люден, занимающихся коренным улучшением природных условий земель с неблагоприятным водным режимом. Геперь осушенное болото нужно освоить, подготовить его для посевов культурных растений.
Первым делом надо очистить почву от мелкого кустарника, пней, кочек и древесных остатков. 1 опором и лопатой здесь много не сделаешь — очень трудоемкое это дело.
Рис. 2. 11 дужный канавокопатель для прокладки открытой мелкой сети.
Рис. 3. Так работает канавоочистителъная машина.
Рис. 4. Кусторез с гид равлическим управлением.
Рис. 5. Агрегат с гидравлическим управлением для запашки кустарника.
А кусторез, установленный на тракторе, легко срезает кустарник и мелкие деревья, удаляет кочки (рис. 4).
Однако кусторезы выгодно применять в тех случаях, когда болото заросло ле только кустарником, но п мелколесьем. Если кустарник без мелколесья, его просто запахивают глубоко в землю. Эту работу выполняет агрегат для запашки кустарника. 1 акой агрегат с гидравлическим управлением, приводимы и в движение трактором, состоит из двух частей: впереди трактора навешиваются пустотелый барабан
и лыжа с ножом, а позади — корпус плуга Барабан, вращаясь, наклоняет кустарник вперед и прижимает его к поверхности почвы-нож разрезает пласт с корневищами в вертикальной плоскости, а корпус плуга оборачивает пласт и запахивает кустарник на глубину от 20 до 50 см (рис. 5).
Корчевание пней и удаление древесных остатков — одна из наиболее трудных работ в процессе освоения осушенных болот. Корчуют пни прямой тягой трактора с крюками на цепях или тросах, пли корчевателем или мощным бульдозером, который выворачивает огромные пни, пли корчевателем-собирателем.
После очистки осушенного участка от кустарника, пней, кочек и древесных остатков начинается подготовка его для сельскохозяйственного использования. Опа включает три процесса: вспашку, разделку пласта и укатывание.
Вспашка торфяных почв осушенного болота должна быть глубокой, с полной заделкой поверхностного растительного покрова. Для этого используются специальные болотные плуги с широким захватом, которые вспахивают землю на глубину до 50 см, оборачивая прп этом пласт и заделывая глубоко в почву всю растительность.
Обернутый плугом пласт земли необходимо затем разрыхлить на возможно большую глубину, чтобы кислород свободно проникал внутрь почвы. Разрыхляют пласт дисковыми боронами или специальными фрезерными машинами.
Затем поверхность осушенного болота укатывается — выравнивается специальными б о-л о т н ы м и наливными каткам п.
* * *
Много труда затрачивают людп, чтобы превратить топкие, никчемные пространства болот и заболоченных земель в богатые нивы и пастбища. Но осушенная и освоенная почва бывшего болота сторицей вознаграждает человека за его упорный п терпеливый труд.
За годы Советской власти в нашей стране проведена гигантская работа по осушению п освоению болот. В Белоруссия, в Полесской низменности, где болота и заболоченные земли занимают около 5 млн. га, уже осушены и освоены сотни тысяч гектаров плодороднейших земель. Колхозники собирают с ннх богатейшие
урожаи зерновых культур, конопли, картофеля и т. и.
На месте «гиблых» болот Колхиды, где в прежние годы мириады комаров тучами носились над неподвижными гнилыми водами, где малярия ежегодно уносила сотни человеческих жизней, сейчас раскинулись огромные плантации цитрусовых и других субтропических
культур. Разработан грандиозный проект мелиорации оолотных массивов Барабпнской степи. Освоена обширная, прежде болотистая пойма р. Яхромы в Московской области.
Вооруженные современной техникой, с помощью могучих машин советские люди переделывают природу, заставляют ее служить себе, отдавать все ее богатства.
ТРАКТОРЫ
ТЭсюду па бескрайних просторах нашей стра-ны, от снежных равнин Арктики до знойных пустынь Средней Азии: па полях и в лесах, на строительстве каналов п плотин, на прокладке дорог и осушке болот, па всех промышленных стройках—работают тракторы—могучие и неутомимые стальные кони, облегчающие труд миллионам людей. Тысячи различных работ выполняется при помощи тракторов.
Больше всего тракторов занято в сельском хозяйстве. Нет теперь у нас в стране даже маленького колхоза, где пе было бы трактора. Общее количество тракторов в сельском хозяйстве пашин страны приближается к 2 млн. (в пересчете па 15-сильныс).
Сейчас по количеству выпускаемых тракторов СССР занимает первое место в мире. На полях многих зарубежных стран можно увидеть тракторы с маркой наших заводов. Высокие их качества завоевали им мировую известность.
Трактор — незаменимая тяговая сила для всевозможных машин и орудий, главным образом сельскохозяйственных и строительных. Ведь опи по своему назначению (пахота, сев, уборка, прокладка дороги, корчевание пней и т. п.) должны все время передвигаться с места на место.
Стальной конь легко проходит по пашне и стерне, по сыпучему песку и снегу, по заболоченной почве и бездорожью. Трактор обладает высокими тяговыми качествами и хорошей проходимостью.
На цветном рисунке (стр.377) изображен один пз советских гусеничных тракторов. У него — широкие зубчатые стальные ленты, которые непрерывно движутся. По ним движется и сам трактор. Гусеничный ход, подобно лыжам, уменьшает давление машины на грунт и дает
ей возможность двигаться по бездорожью, где не каждая машина на колесном ходу может пройти.
В современном сельском хозяйстве широко применяются и колесные тракторы. Например, выпускаемый сейчас Минским заводом универсальный колесный трактор незаменим на междурядной обработке пропашных культур, так как имеет приспособления для регулировки колеи и другие усовершенствования, повышающие производительность труда. Колесные тракторы имеют большую скорость передвижения, чем гусеничные. Конструкторы добиваются также улучшения тяговых качеств колесных тракторов, создавая машины с двумя парами ведущих колес и применяя пневматические шины повышенной проходимости.
Декабрьский Пленум (1959 г.) ЦК КПСС, посвященный дальнейшему подъему сельского хозяйства, уделил большое внимание механизации сельскохозяйственных работ и созданию новых моделей тракторов. Особенно много внимания уделялось повышению рабочих скоростей движения трактора, что позволило бы значительно увеличить производительность труда и сократить сроки выполнения работ.
Для увеличения скорости движения трактора нужно повысить мощность двигателя п заменить гусеницы колесамп на пневматических шинах. Чтобы тяговые и сцепные свойства трактора на колесах были хорошими, надо, чтобы он имел две пары ведущих колес, т. е. чтобы не только задние колеса, как это было до сих пор, приводились в движение от тракторного двигателя, по и передние. Необходимо также на шинах иметь специальные выступы — «грунтозацепы» и давление воздуха в них значительно понизить. Это способствует лучшему продвижению трактора по пашне.
П 25 Детская энциклопедия, т. 5
386
Первые тракторы, появившиеся в середине XIX в., приводились в действие паровыми двигателями. Но такие двигатели были громоздкими и неудобными. Очень скоро их заменили двигатели внутреннего сгорания. Источником энергии для этих двигателей служило жидкое топливо — керосин, лигроин. Это горючее трактор возит с собой.
Конечно, хорошо было бы иметь на тракторе электрический двигатель! Он очень экономичен, прост п удобен в управлении, редко требует ремонта. Но электрический двигатель «привязывает» машину к источнику энергоснабжения. Даже если применить для этой цели очень длинный кабель (гибкий изолированный провод, намотанный на барабан), все равно трактор не будет пметь полной свободы передвижения.
В настоящее время тракторы выпускаются с дизельными двигателями, работающими на дешевом дизельном топливе и имеющими высокий к. и. д., и оборудуются гидравлической системой для работы с навесными орудиями.
В сельском хозяйстве трактор выполняет самые разнообразные работы: пашет землю, производит культивацию и боронование, помогает сеять, собирать урожай, косить траву, теребить лен, выкапывать корнеплоды, поднимает целину и подготовляет неудобные земли для обработки, корчует пнп, удаляет валуны, срезает кустарники, очищает поля от корней, проводит полезащитные мероприятия. Благодаря малому удельному давлению гусениц на почву гусеничные тракторы могут начинать работу на полях ранней весной, когда почва еще влажная и вязкая. А это очень важно для выполнения современных требований агротехники. Велика роль тракторов и на лесных разработках.
Тракторы широко используются на земляных работах в железнодорожном, автомобильнодорожном и гидротехническом строительстве. Достаточно сказать, что на стройках Волго-Донского судоходного канала им. В. II. Ленина и Цимлянского гидроузла одна треть всех земляных работ (до 50 млн. л?) была выполнена скреперами и бульдозерами, приводимыми в действие гусеничным трактором С-80.
Харьковский завод создал мощные гусеничные тягачи для санно-тракторных поездов в Арктике и Антарктике. Их назвали «Харьковчанками». Мощность дизеля такого тягача составляет 520 л. с. Эту мощность при «форсировании» двигателя доводят до 800—1000 л. с. Антарктический вездеход может преодолевать
тысячи километров ледяных и снежных пустынь без дозаправки горючим.
Основные механизмы трактора: двигатель внутреннего сгорания, муфта сцепления, коробка перемены передач, трансмиссия, колесный или гусеничный движитель. В колесном тракторе передача к ведущим колесам осуществляется через дифференциал и д в е полуоси, как у обычного автомобиля. В гусеничной машине движение каждой гусенице передается от центральной коробки передач через бортовые фрикционы (муфты сцепления) и бортовые зубчатые передачи.
1 рактор может работать с прицепным, полу-прицепным и навесным рабочим оборудованием. Для этого на каждом тракторе установлен сцеп н о й прибор — крюк для буксировки прицепных машин; приспособление для закрепления навесных монтируемых на тракторе сельскохозяйственных орудий и вал Отбора мощности — для передачи энергии от двигателя трактора к механизмам прицепного, полуприцепного пли навесного оборудования.
Кроме вала отбора мощности, некоторые тракторы имеют сбоку шкив для отбора мощности.С помощью его и гибкого ремня стоящий на месте трактор может передавать механическую энергию, вырабатываемую его двигателем, электрическому генератору, молотилке, насосу или другой стационарной машине.
Скорость движения существующих тракторов в зависимости от включаемой передачи составляет: для гусеничных тракторов — от 2 до 12 км!час, для колесных — от 4 до 30 км час. Однако в современном хозяйстве существуют такие прицепные и навесные орудия, которые по роду выполняемой работы должны передвигаться очень медленно, примерно раз в 10 медленнее пешехода. Для них на некоторых тракторах установлены специальные х о-доуменьшптели. В последние годы прицепные сельскохозяйственные машины все более вытесняются навесными, обладающими значительными преимуществами.
Навесное оборудование к тракторам все шире применяется не только в сельском хозяйстве, но и в дорожном строительстве, прп прокладке газопроводов, линпй электропередач и связи. На трактор можно навеепть оборудование бульдозера, кустореза, тяговой лебедкп, грузоподъемного крана, буровой машины, древовала, экскаватора, канавокопателя, фрезы для измельчения и перемешивания почвы и многих других машин и механизмов.
Наше социалистическое плановое хозяйство обеспечивает выпуск тракторов на основе заранее разработанных базовых модели й. Такие модели создаются в результате глубокого изучения потребностей и перспектив развития народного хозяйства. Почему модели тракторов называют базовыми? Потому что на их б а -з е, т. е. на пх основе, можно выпускать различные модификации (видоизмененные типы) тракторов — в завпсимостп от той работы, для которой они предназначены.
Например, есть болотные тракторы— с широкими гусеницами, крутое к л он -н ы е, приспособленные для работы на склонах гор, трелёвочные — для вывозки древесных стволов из леса и, наконец, самоходные шасси — тележки, на которых можно устанавливать различные приспособления для работы или перевозки грузов.
Вот несколько видов тракторов, выпускаемых нашими отечественными заводами.
Трактор ДТ-14 Ь — пропашной. Колея его колес может быть легко приспособлена к различным размерам междурядий. В несколько измененном виде этот трактор можно выпускать как садовый или крутосклонный, т. е. для работы на склонах гор.
Харьковский тракторный завод взамен этого трактора начал выпускать более совершенный трактор — ДТ-20 с одноцилиндровым двигателем воздушного охлаждения мощностью 18—20 л. с. Но и эта мощность будет повышена до 24 л. с.
Трактор «Владимировец» ДТ-24 используется для междурядной обработки пропашных культур и в качестве легкого тягача. Он имеет одно или два передних колеса. Новая модель Т-28А повышенной проходимости выпускается со всеми ведущими колесами.
Владимирский тракторный завод создал новую конструкцию универсального трактора Т-32 с дизелем воздушного охлаждения мощностью 35 л. с.
Тракторы Минского тракторного завода «Беларусь» МТЗ-5МС и МТЗ-7 с двумя пара ми ведущих колес и повышенной проходимостью — самые мощные из колесных тракторов, предназначенных для сельского хозяйства. Применяются для вспашки и обработки пропашных культур, для транспортных нужд и для работы с различным навесным оборудованием. Высокий просвет между колесами позволяет использовать эти тракторы для междурядной обработки пропашных культур с высокими стеблями. Тракторы МТЗ оборудова-
ТРАКТОРЫ
ние. 7. Трактор «Владамиривец» с одним передним колесом.
Рис 2. Пропашной трактор Т-25 с двигателем в 35 л. с.
Рис. S. Пропашной трактор «Беларусь».
МАШИНЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
__ - 1 ** - ----г
Рис. 4. Самоходное шасси.
Рис. 5. Новый гусеничный трактор ДТ-75.
Рис. 6. Новый трактор С-100 с двигателем
6 100 л. с., снабженный гидравлической системой для управления навесными орудиями из кабины.
ны ходоуменыпителями, позволяющими им передвигаться в 8—10 раз медленнее пешехода
Создан новый трактор «Беларусь» МТЗ-50 и трактор повышенной проходимости МТЗ-52 с двигателем мощностью до 50 л. с. Трактор МТЗ-5М имеет новую гидравлическую систему, благодаря которой сельскохозяйственные орудия можно подвешивать по бокам и сзади. Он оборудован также гидравлическим усилителем рулевого управления, облегчающим труд тракториста.
Гусеничные тракторы типа ДТ-54 получили самое большое распространение в сельском хозяйстве. Их применяют для вспашки, посевов, уборки урожая, на земляных и планировочных работах. На базе этих машин выпускаются болотные, крутосклонные и трелёвочные тракторы.
Трактор ДТ-54 пе может, однако, резко повысить производительность труда из-за недостаточной мощности двигателя. Сталинградский тракторный завод разработал новый трактор Д'1-75 с двигателем в 75 л. с. Этот трактор может дать повышенные тяговые усилия, а также скороетп, позволяющие осуществить скоростную пахоту. Производительность трактора с пятикорпусным навесным плугом увеличится на 35—40% по сравнению с трактором ДТ-54. Его можно сделать колесным, с двумя парами ведущих колес.
Алтайский тракторный завод будет выпускать гусеничный трактор п универсальный колесный трактор-тягач с четырьмя ведущими колесамп. Мощность его двигателя 75 л. с., скорость от 4,3 до 30 км час. Передние и задние колеса тягача имеют одппаковый диаметр. Нпзкое давление в шинах (1 —1,2 атм) способствует лучшей его проходимости на любых почвах, в грязи, по рыхлому грунту. Харьковский тракторный завод также подготовил трактор, более совершенный, чем ДТ-54. Мощность его двигателя увеличена до 75 л. с.
Для выполнения напболеее тяжелых работ по уходу за вппограднпкамп, ягодниками п цитрусовыми плантациями этот завод будет выпускать «узкогабаритный» гусеничный трактор, имеющий ширину всего 980 мм п вес 2,7 Т.
Трактор С-80 — мощный трактор для сельского хозяйства п промышленности. Он поднимает целину, помогает строить дороги, каналы п плотины гидроэлектростанций. Путем его усовершенствования п повышения мощности двигателя до 100 л. с. создан и выпускается трактор С-100. Вес его 11,4 Т.
Трактор Т-130 — еще более мощная гусеничная машина с двигателем в 135 л.с. Предназначается для работы в промышленности и на крупных стройках. 13ес трактора 157\ Наибольшее тяговое усилие 14,5 Т.
Трактор ДЭТ-25Ц— наиболее мощный из созданных в СССР гусеничных тракторов. На опытных образцах этого трактора установлен дизель мощностью в 250 л.с., соединенный с электрогенератором. Вырабатываемый им постоянный ток питает двг( электродвигателя, каждый из которых приводит в движение по одной гусенице. Этот тракгор-хигапт длиной в 6 Л! будет работать в промышленности, на стройках п на нефтяных промыслах. Вес машины 25Г; наибольшее тяговое усилие 24 Т.
Советские тракторостроители выпускают также универсальные самоходные шассп с дизельным двигателем воздушного охлаждения мощностью 30 л. с. Самоходное шассп СШ-30 и СШ-ЗОА выпускается с комплектом сменного навесного оборудования — с туковой сеялкой, квадратно-гнездовой сеялкой, культиватором, косилкой, картофелесажалкой, стогометателем, свеклоподъемником, опрыскивателем и многим другим.
На самоходное уборочное шассп с дизельным двигателем мощностью 65 л. с. можно навешивать рядовую жатку, зерновой комбайн с жаткой и подборщиком, силосоуборочный и кукурузоуборочный комбайны.
Самое маленькое самоходное шассп для чая и горного земледелия имеет двигатель мощностью 8 л.с. Новинкой является самый маленький колесный трактор «Риони» с двигателем мощностью 5 л.с. Ои предназначен для работы в садах, огородах, ягодниках и на животноводческих фермах. К нему изготовлены косилкп, ротационный плуг п культиватор, транспортная тележка.
Как видите, на наших заводах создано богатое разнообразие колесных и гусеничных тракторов с двигателями от 5 до 250 л.с.
Каждого читающего эту статью, вероятно, интересует вопрос, трудно лп управлять трактором. Ведь многие пз тех ребят, которые помогают в уборке урожая, хотят работать трактористами.
Управление колесным трактором мало отличается от управления автомобилем (см. ст. «Автомобили»). Но колесный трактор водить легче, потому что скорость его значительно меньше, чем у автомобиля.
С гусеничным трактором дело обстоит иначе. Рулевой баранки у него шт; вместо нее-=»
Рис. 7. Болотный траншир с двигателем е 80—100 л. с.
Рис. 8. Трелевочный, трактор для вывозки деревьев из леса.
Рис. 9. Новый трактор ТЫ 30 с двигал елем мощностью 135 л. с., с навесным оборудованием бульдозера.
два рычага управления бортовыми фрикциона ми. Муфта сцепления управляется не педалью, а рычагом.
При движении трактор сохраняет «заданное направление по прямой. Для его поворота надо рычагом выключить бортовой фрикцион с той стороны, куда мы хотим повернуть машину.
Гак, если мы хотим повернуть вправо, надо перевестп па себя рычаг выключения правого бортового фрпкцпопа. Тогда левая гусеница будет забегать вперед и повернет машину вправо. Если же нам нужно сделать более крутой поворот, надо при этом правой ногой нажать на педаль тормоза правой гусеницы. Таким способом можно повернуть трактор на 360°, т. е. сделать поворот почти на месте.
Коробка переменных передач трактора имеет от четырех до девяти передач для движения вперед н от одной до пяти передач заднего хода. Большое количество передач придает тракто
рам высокую маневренность и позволяет применяться к самым разнообразным условиям работы.
Переключать передачи у гусеничных тракторов на ходу (как это делается у автомобиля) нельзя. Для этого машину надо остановить.
( Рис. 10. Мощный трактор с двигателем в 250 л.с. г Двигатель соединен с гусеницами электропередачей.
II рактическое обучение езде на тракторах начинают с упражнения в запуске двигателя. Запуск этот у многих машин имеет свои особенности. У автомобиля достаточно нажать кнопку или педаль электростартера — и двигатель заработает. А на тракторе для этого установлен небольшой пусковой бензиновый двигатель, получивший у трактористов название «пускач». Лишь после того как «пускач» запущен п достаточно прогрет (после нескольких минут его работы), включают муфту, соединяющую его с двигателем трактора. «Пускач» проворачивает коленчатый вал основного двигателя и, когда этот последний начнет работать, автоматически отключается. Двигатели малых тракторов заводятся рукояткой.
В последнее время появился трактор, который движется без тракториста — при помощи автоматического устройства. Сперва тракторист делает на тракторе первую борозду,
затем устанавливает в нее автоматическое устройство. Оно перемещается по борозде впереди трактора. Изгибается, допустим, борозда влево — автоматическое устройство поворачивает трактор влево. Причем поворачивает ровно на столько, на сколько требуется. А если на дороге встретится какое-либо препятствие, трактор сам
остановится — для этого тоже есть специальный автомат. «Автоматический тракторист» может работать в любую погоду, днем и ночью. Создал его тракторист И. Г. Логинов. Это еще один важный шаг по пути широкой автоматизации управления сельскохозяйственными машинами. Для нашей великой страны требуется большое разнообразие тракторов. Но у всех них' должны быть хорошие тяговые качества (приспособления для работы с прицепными пли навесными орудиями, приспособления, автоматизирующие управление сельскохозяйственными орудиями (гидроподъемник и др.); тракторы должны быть удобными в управлении, способствовать макси-
мальному повышению производительности труда.
,1 Ц) и и
строят
очти все стороны нашей жизни так пли иначе связаны с созидательным трудом строителей.
Мчится ли поезд по желез-
ной дороге, начинает ли самолет свой разбег
перед взлетом, или плывет пароход по искус
ственному руслу канала пути для н - р ложепы строителями. Идет ли нефть и земных глубин, добываются ли в шахтах уго руды, плавится ли в жарких печах чугун сталь, сходит ли с конвейера новый автомобиль - для того, чтобы это стало возможным,
ИЗ ДЕРЕВА, МЕТАЛЛА, КАМНЯ
тоже немало потрудились строители. Находимся ли мы у себя дома, учимся ли в школе, лечимся ли в санатории, пли смотрим новую картину в кино — это все происходит в зданиях, возведенных руками строителей.
Миллионные армии строителей трудятся на просторах Советской страны. Каждый день вырастают новые дома и заводы, дороги н каналы. И нет у нас пи одного, даже самого глухого, уголка, где бы не было новостроек.
В нашей стране, где всякий труд окружен почетом п славой, строителям принадлежит особая роль. Пх профессия порой нелег
ка п даже опасна, но всегда интересна и радостна.
Вот в таежной глуши геологи открыли залежи ценной руды. И сразу же вслед за ними появляются первые отряды строителей. Они валят вековые деревья, расчищают площадку для рудника или завода. А затем вгрызаются в землю экскаваторные ковши, тянется издалека лента железной дороги. Закипает на новом месте новая жизнь. Пройдет два-три года— и там, где раньше редко ступала нога человека, зашумят заводы и фабрики, раскинется новый поселок.
На необжитых местах нередко начинают трудиться и строители мощных гидроэлектростанций. Грандиозную работу надо провести для того, чтобы остановить течение широкой реки и направить силу движущейся воды в турбины.
Только самоотверженным и слаженным трудом огромного коллектива советских людей можно решить эту задачу.
А когда такая стройка подходит к концу, начинается последний, решающий этап — перекрытие русла — и сотый тысяч кубических метров камня и бетонных глыб непрерывным потоком сыплются в воду, преодолевая бешеный напор стремительных струй. Строителп могут гордиться: человек покорил силы природы. Недаром эти напряженные дни становятся для них настоящим праздником!
Незабываемым остается в памяти людей и тот день, когда в безводной до того степи соединяются идущие навстречу друг другу воды только что прорытых ветвей канала. А сколько новых городов строится в нашей стране! Многие из них возведены молодежью. II Комсомольск своим гордым названием всегда будет напоминать нам об этом.
Нпкогда еще мир не знал такого огромного строительства, как в нашей стране. Коммунистическая партия ставит перед строптелямп грандиозные задачи.
В ближайшие семь лет строители должны будут соорудить столько заводов, фабрик и электростанций, столько жилых домов, школ и больниц, сколько было построено за все годы существования Советской власти. Понадобится 10 -12 лет, чтобы покончить с недостатком в жилье. Большая роль здесь принадлежит нашей молодежи.
Приходят на стройки помочь своим старщ11м товарищам и школьники. Все чаще мы слышим, что они своими руками помогли п, стропть новую школу, участвуют в строительстве клуба.
И пусть порой невелик труд пх неокрепших рук, но он поможет им полюбить работу, познакомиться со многими строительными профессиями, лучше узнать героический характер советских строителей.
*
* *
Как же и из чего лучше всего строить?
В наше время известно много разнообразных строительных материалов н способов строительства.
Конечно, не все они одинаково пригодны для сооружения различных зданий. Однако всегда нужно стремиться к тому, чтобы сооружения были прочными, долговечными и дешевыми, а главное — чтобы на них тратилось как можно меньше труда.
В древнпе времена люди располагали лишь теми строительными материалами, которые находили в природе. II сейчас еще естественный камень, дерево, глину можно встретить на многих стройках. Но в современном строительстве главное место заняли материалы, пзготоь-ленные руками людей.
Исходным сырьем для этих материалов большей частью служат все те же природные минералы. Только побеждающая сила техники резко меняет их физические и химические свойства: под действием высоких температур мягкая глина превращается в крепкий кпрппч: разные породы камня — в известь, гипс, цемент; песок — в прозрачное стекло; железные руды — в самую прочную сталь.
Строительные материалы расходуются в огромном количестве. Чтобы построить квартиру для небольшой семьи, нужно привезти и уложить в стены или в другие части зданий около 100 Т разных грузов. Поэтому очень важно стремиться к тому, чтобы тратить как можно меньше строительных материалов, всячески облегчить вес всего здания.
В строительной технике к этому ведут два пути.
Первый — использовать самые прочные материалы. Тогда отдельные части домов можно
Из камня в древности возводили прочные постройки — пирамиды (наверху слева), виадуки для подачи воды. В наше время камнем облицовывают станции метро, из него сооружают* ограды парков. Из вулканических туфов и известняков на юге строят дома.
I и
15 МИЛЛИОНОВ КВАРТИР
Если бы можно было устроить перекличку всех людей на земле и спросить их: «Где вы живете»? — мы бы услышали странные вещи.
Оказывается, что в самой богатой капиталистической стране мира, в США, около 30 млн. человек живут в трущобах, в полуразрушенных, грязных помещениях.
В Азии больше 100 млн. семей живут в перенаселенных и нездоровых жилищах. Во Франции сотни тысяч людей ютятся в ночлежках. В Италии существуют целые нигде в мире не раз-
s \ \
людей и в царской жилищ. 11 вот теперь лет, обеспечить всех
S
города, сколоченные пз ржавого железа и фанеры. Капитализм решил жилищной проблемы.
В тесных каморках и в сырых подвалах жили миллионы России. От старых времен осталась нам в наследство нехватка партия и правительство решили: очень скоро, всего за 10—12 граждан СССР хорошими и удобными квартирами. За семилетку только в городах у нас будет построено около 15 млн. новых квартир. А ведь еще 7 млн. домов будет построено в сельской местности. Если в старой Москве за 8о0 лет ее существования было построено 11 млн. at2 жилья, то в настоящее время такое количество жилой площади будет построено за 3—4 года.
Пз новых жилых домов, построенных в нашей стране, можно было бы создать 15 городов, равных Москве.
делать более тонкими, а значит, и более легкими. Второй путь — изобрести новые искусственные строительные материалы с наименьшим объемным весом.
Часто малый вес строительного материала получают, создавая в его массе множество мелких воздушных пузырьков. Такой материал напоминает застывшую пли, вернее, окаменевшую пену. II слово «пена» стало составной частью названий многих замечательных материалов. Их делают пз того, что давно знакомо каждому стротслю: из цемента (пенобетон), пз песка (пеностекло), из обожженной глины (пенокералит), из смеси извести и молотого песка (пеносиликат). Все эти «пепоматериалы» намного легче обычных, хотя и уступают им в прочности.
Не следует, однако, думать, что эти материалы исключают друг друга. Вовсе нет! Наилучший результат достигается как раз прп сочетании самых прочных материалов с самыми легкими. Нужно только разумно распределить их роли: пз самых прочных возводить те части здании, которые выдерживают большую нагрузку, большую тяжесть, а там, где необходимо создать только преграду для тепла плп холода, использовать более легкие и значительно менее теплопроводные материалы.
В ближайшем будущем строители получат п другие, пока еще мало распространенные в технике строительства материалы. Ото в первую очередь алюминий и пластические массы. Используя их, можно будет настолько облег
чить вес строительных конструкций, что никому не покажется удивительным, когда целый готовый дом повезут на одном грузовике, чтобы установить на место.
Пока из алюминия у нас делают только оконные рамы, иногда двери. Но когда этот металл станет широко доступным, можно ожидать, что он послужит п для конструкций, несущих основную тяжесть постройкп.
Как изменится вся строительная техника, когда материалы пз пластических масс займут в ней достойное место! Уже сейчас нередко полы внутри зданий выстилают листами гибкого пластика, стены отделываются плитами, покрытыми тонким слоем пластмассы. Из этих же плит делают поручни на лестницах. А в ближайшие годы строители получат п другие изделия, свойства которых они смогут заранее заказать. Для утепленпя стен и перекрытий послужат необычайно легкие слоистые пластики, которые позволят в несколько раз уменьшить вес всего здания. Для несущих конструкций потребуются другие материалы, тоже легкие, но более прочные. Это будут пластмассы, к которым добавлено тончайшее стеклянное волокно. Сделанные пз них плиты не уступают в прочности сталп. По желанию изделия из пластических масс могут быть прозрачными и любых самых ярких цветов.
Но пз чего бы пп возводилось здание, его не построить без человеческих рук. Уже давно прошлп те времена, когда ручной труд был единственной движущей сплой на стройках.
Дерево — один пз древнейших строительных материалов. Сейчас его тоже применяют в строительстве. Здесь вы видите оконную раму, встроенную мебель, щитовой дом, свод и пол, сделанные из дерева.
В наши дни много больших и малых, простых п сложных машин и механизмов взяли па себя основную часть работы строителен. И теперь можно сказать, что почти все тяжелые работы выполняются на стройке не людьми, а машинами.
Избавиться от большей доли ручного труда оказалось возможным потому, что изготовление многих п многих деталей зданий было перенесено на заводы. А па строительной площадке осталась только сборка (монтаж) дома из уже готовых частей.
Заводское производство деталей п конструкций сильно повлияло и на характер самих построек. Прежде, когда все основные работы велись непосредственно на строптельной площадке, конструктивные особенности зданий зависели только от произвольного выбора автора проекта. Но как только здания начали собирать из готовых деталей, оказалось просто невозможным допустить, чтобы во всех школах, например, были разные окна и двери, разные лестницы и стены, разные размеры классов и коридоров.
И здесь помогла стандартизация. Это значит, что все размеры и типы строительных деталей были сведены к крайне ограниченному количеству. Только при этом условии заводы могут работать ритмично, выпускать массовую продукцию, совершенно независимо от того, на какую из строек она попадает.
Стандартные и типовые детали вызвали к жизни и типовые проекты. В типовых домах одинаковы размеры всех помещений, одни и те же материалы нужны для их постройки, одни и те же строительные детали можно с успехом использовать па любом из них. Но это не значит, что все дома приобретут однообразный внешний вид. Нет! Их архитектуру можно разнообразить при помощи тех же типовых детален.
Переход на строительство по типовым проектам, механизация трудоемких, тяжелых ра
бот, заводское производство различных деталей новые, более совершенные строительные материалы — все это неузнаваемо изменило лгщо наших строек. Неизмеримо облегчился труд строителей, намного уменьшилось количество рабочих на каждой стройке, удивительно быстро растут дома и заводы. И делается это для того, чтобы жизнь советских людей стала еще лучше, еще краше!
КАМЕНЬ
Большую часть твердой коры земного шара составляют неисчислимые залежи каменных пород. В горной местности эти породы почти всюду выходят на поверхность, на равнинах онп покрыты слоем почвы, и только на обрывистых, размытых быстрым течением воды речных берегах виднеются их слоистые, иногда разрушенные и выветрившиеся остатки.
Не удивительно, что люди, встречавшие камень па каждом шагу, издавна стремились использовать его как строительный материал для своих построек (см. цв. рис., стр. 392).
Из природного камня создавались прекрасные сооружения — долговечные и красивые. Но они требовали огромного труда. Чем крепче камень, тем труднее добывать его в каменоломнях. Еще труднее придать ему правильную геометрическую форму и необходимые размеры. И самое трудное — обтесать и отшлифовать его простыми инструментами, причем так тщательно, чтобы поверхности соседних камней как можно более плотно прилегали друг к другу.
На такой тщательной обработке в была основана техника возведения каменных построек в древнем мпре, пока люди еще не научились вести кладку на растворе из вяжущих материалов и не убедились, что таким образом можно создавать еще более прочные и устойчивые сооружения.
Если начать складывать стену пли другое сооружение из неправильной формы кам-
НА СЭКОНОМЛЕННЫЕ СРЕДСТВА
В плане семилетнпх работ предусмотрено строительство такого количества но-вых промышленных предприятии, жилых зданий, железных дорог, больниц, мос- '
тов, шахт, стадионов, что, по сметам 1958 г., их сооружение обошлось бы намного |
дороже триллиона рублей. Но стоимость строительства должна быть снижена по плану-па Ь zo, пли на 93,2 млрд. руб. Что же можно будет построить на сэкономленные \ средства?
24 металлургических завода, которые выработают 48 млн. Т чугуна — больше, i чем все заводы СССР в 1958 г., или 72 тыс. км железнодорожных путей, по которым ' курьерскому поезду придется безостановочно мчаться 50 суток, или 1 800 тыс. двух-комнатных кварт ир, в которые можно поселить жителей нескольких больших городов.
Рас. 1, Каменные арки Гардского моста.
ней, не пригоняя их друг к другу, то из этого ничего не выйдет: наше сооружение немедленно развалится. Одни камни окажутся в неустойчивом равновесии; другие, попав в промежутки между соседними, будут, как клином, распирать ничем не скрепленную кладку; третьи, не выдержав большого и неравномерного давления верхних слоев, разрушатся.
Совсем иное дело — кладка из прямоугольных камней, плотно пригнанных друг к другу. Давление в ней будет распределяться по всей горизонтальной поверхности каждого ряда, кладку можно вести строго по отвесу. Силы
Рис. 2. Кладка фундамента из бутового . камня.
трения, возникающие под давлением верхних слоев, будут сдерживать камни на своем месте. Но достаточно устойчивой такая кладка будет лишь при условии, что камни уложены «впе-ревязку»,т.е. так, чтобы каждый вертикальный шов между лпми перекрывался камнем следующего верхнего ряда.
Некоторые построенные таким способом в древности сооружения сохранились и до ваших
дней. Из многих сотен тысяч прямоугольных каменных глыб, с удивительной точностью пригнанных друг к другу, сложена гигантская египетская пирамида. 14з нескольких тысяч еще более тщательно обработанных камней выложены арки Гардского моста (рис. 1)— части древнеримского водопровода, простоявшего две тысячи лет, хотя при его строительстве не применялся скрепляющий раствор.
Эти сооружения требовали невероятно тяжелого труда многих сотен и тысяч людей. Недаром такая техника строительства была свойственна рабовладельческой эпохе, когда подневольный труд почти ничего не стоил.
Решительный переворот в строительной технике произошел, когда люди научились пользоваться вяжущими свойствами извести. Как вы знаете, известь при сильном нагревании выделяет углекислый газ, а затем (после соединения с водой) вновь поглощает его из окружающего воздуха и превращается при этом в твердую камневидную массу, почти такую же прочную, как и природный известняк.
Смесь обожженной, а затем «гашеной» водой извести с обыкновенным песком и есть строительный раствор, связывающий отдельные камни в прочную кладку. В виде пластичного теста он заполняет все неровности на поверхности камней. Это позволило не так тщательно пх обрабатывать, как при кладке насухо.
Такой способ каменной кладки сохранился до наших дней. Раствор крепко-накрепко скрепляет даже «рваный», так называемый бутовый, камень, который получают, взрывая породу в карьере. Из него теперь уже на более крепком цементном растворе нередко выкладывают
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ «ПОНС»
КИРПИЧИ И КРУПНЫЕ БЛОКИ
Для постройки 80-квартпрного жилого дома необходимо 630 тыс. шт. кирпича. Если же такой дом построить из крупных блоков, то их понадобится всего лишь 1785 шт.
В 1965 г. в пашей стране буде! изготовлено 45 млн. л3 сборных железобетонных конструкций. Если сложить такие «кубики» в один ряд, то составленной из них лентой можно опоясать земной шар.
Рас. 3. Мнсгие старые русские крепости строились из камня.
фундаменты зданий (рис. 2). А для стен п арок употребляются камни, хотя и не имеющие совершенно гладкой поверхности, но правильной геометрической формы.
Прочность каменной кладки на затвердевшем известковом растворе бывает настолько велика, что построенные таким образом средневековые замки и крепости (рис. 3) могли противостоять даже сильному и длительному артиллерийскому обстрелу.
Постройки из естественного камня встречаются большей частью в горных или приморских странах. Нередко использовали камень как строительный материал и жители равнин и лесов, когда хотели создать более долговечные сооружения. Так, в старой Москве из светлых подмосковных известняков были возведены крепостные стены вокруг «Белого города», много монастырей и храмов. Поэтому и называли в старипу нашу столицу Белокаменной.
Интересные примеры белокаменной постройки — хорошо сохранпвшиеся соборы в Кремле.
В наше время, кроме бутового камня для фундаментов и мелкой щебенки для приготовления бетона, естественный камень употребляется только там, где есть большие залежи легко разрабатываемых пород. Тот, кто бывал на юге, помнит светлые здания санаториев и домов отдыха, возведенные нз местных известняков.
Крепкий гранит розового иль серого цвета можно увидеть в облицовке больших зданий, мостов, набережных (рпс. 4). Иногда ему ьаро-чпто придают вид грубо околотой поверхности — «под шубу», как говорят строители,— иногда полируют до блеска.
Для внутренней отделкп чаще применяют разноцветный мрамор, распиленный на тонкие плиты и тщательно отполированный. Им облицованы многие станции Московского метрополитена.
Рис. 4. Береговой гранит Невы.
ДЕРЕВО
Тем, кто жил среди дремучих лесов, достаточно было срубить любое ровное дерево, очистить его от коры и сучьев, распилить ла бревна нужной длины — и строительный материал готов. Из таких круглых бревен и сейчас еще строится немало домов в деревнях и поселках. А в старину искусные плотники возводили из них разнообразные, нередко очень сложные сооружения (см. цв. рис., стр. 393).
Самая простая изба — четырехстенка. Ее стены, пли, как говорят, сруб, выложены из бревен, скрепленных между собой в углах. Недостаток железа в прошлые времена заставил научиться делать эти соединения без всяких металлических скоб пли гвоздей. Одни лишь вытесанные топором врубки да вставленные в бревна небольшие деревянные шипы надежно держат такую постройку.
Если деревянный сруб хотят сделать побыстрее и попроще, то недалеко от концов бревна вырубают полукруглую «чашку» глубиной в половину его сечения (рис. 5). Когда бревна складывают в четырехугольную клеть, в каж
дую чашку попадает половина сечеппя другого бревна. II тогда уже невозможно вытащить отдельное бревно из сруба. Еслп же нужно сделать сруб более плотным и красивым, то на самом конце бревен вытесывают «лапу» с косы
ми кромками, которые
Рис. 5. Рубка стен из бревен.
тоже очень прочно держат углы. Другие виды врубок скрепляют потолочные балкп со стенами, а также со стропилами, поддерживающими крышу.
В нашей стране сохранилось много старинных деревянных зданий. И когда мы любуемся сложными, неповторимыми очертаниями высоких колоколен и храмов, трудно поверить, что они сооружены из прямых круглых бревен, да еще с помощью таких несложных приемов.
Современные плотники не забыли древнего искусства возведения
сложных деревянных построек. Еслп нет под
Рис. 6. Междуэтажное перекрытие дома из брусьев и досок.
рукой других строительных материалов, из бревен строят даже железнодорожные мосты.
И все же гораздо удобнее и лучше использовать не круглые бревна, а доски и брусья. Пилят их на особой машине — л е с о р а м с. В вей несколько прямых вертикальных пил непрерывно движутся вверх-вниз и при этом прорезают проходящее между ними бревно.
Все, что выходит из лесорамы, получает на стройке свое место. Тонкие тесины идут для подшивки потолков, из толстых досок настилают полы, еще более толстые брусья служат балками для поддержки перекрытий над комнатами (рис. 6). А оставшиеся от краев горбыли с одной полукруглой поверхностью в впде коротких кусков годятся для заполнения промежутков между этими балками.
Немалую роль сыграло дерево п там, где необходимо было оставить большие пролеты между стенами или другими опорамп. Это бывает необходимо для перекрытия цехов заводов и фабрик, чтобы столбы в помещении не мешали свободной расстановке машин, прп устройстве крыш над залами театров и клубов, при сооружении мостов.
Но расстояние свыше 6 м перекрыть круглыми бревнами пли выпиленными из них брусьями очень сложно, а больше 10 м — практически невозможно. Тонкие бревна могут прогнуться, а очень толстые не так-то просто найти даже в самом густом лесу. И все искусство строителей было направлено па то, чтобы из небольших по размерам и тонких деревянных деталей создать конструкции, способные выдержать всю тяжесть перекрытии над большим пролетом.
Одно время для этого широко применяли деревянные балки, сколоченные обыкновенными гвоздями из досок (рис. 7). Длина этих балок может доходить до 12 м. По сравнению со сплошными брусьями такой же длины на них затра-
Рис, 7. Балка из досок, скрепленных гвоздями.
Рис. 8. Решетчатая деревянная ферма. чивается гораздо меньше древесины, а сделать их несложно. Надо только позаботиться, чтобы крепко прошить все доски рядами гвоздей. Для больших пролетов изготовляют решетчатые фермы, один из многих типов которых показан на рисунке 8. Ферма состоит из прямоугольных деревянных брусьев н круглых железных тяжей. В ней неодинаково сделаны соединения между отдельными стержнями: часть из них — врубки, в которых один брус упирается в выступы, вытесанные в другом, а часть — простые соединения на железных болтах.
Как видите, в современных деревянных конструкциях без железных частей не обходятся, да и нет теперь в этом никакой необходи-
мости! Металлические крепл-иия сделать проще, а глаипое -опп придают соединения,, оолыпую прочность и нател-ность. Д/''
Среди других разнообразных конструкции из дерева очень интересен сетчатый свод (см цв. рис.). Его собирают из большого количества одинаковых небольших досок (по 2—3 м каждая), которые соединяют ко-роткими болтами. Один чело-• век легко поднимает такую доску, поэтому сборка свода идет быстро и просто, без каких-либо сложных приспособлений. Только хорошее знание строительной механики и умелый расчет позволяют создавать такие оригинальные, легкие конструкции.
Из дерева строить легко п просто. Его нетрудно обработать, обтесать, распилить на части, выдолбить в нем пазы или гнезда, а если нужно, то и гладко отстрогать.
Последнее время в технике строительства пз дерева применяются клееные конструкции. Из нескольких гладко отстроганных досок можно склеить более крупные по размерам балки (рис. 9). А чтобы они получились достаточно прочными, вовсе не нужно ни сложных врубок, ни каких-либо железных соединительных частей.
Однако простота обработкп и малый вес дерева никак не искупают его серьезных недостатков. Оно легко загорается,
Рис. 9. Из досок склеивают составную балку. Вверху — поперечное сечение такой балки.
и пожар в деревянном доме превращается в настоящее бедствие.
Очень часто на таком доме разрастаются целые колонии грибков, медленно разрушающих древесину.
Вот почему современные инженеры - строители стараются, если только есть хоть малейшая возможность, использовать другие, более долговечные материалы.
Но все же и сейчас многие окна, двери, полы, а передке и другие части жилых домов изготавливают пз дерева.
Немало еще леса требует^ стройкам нашей страны.
СДЕЛАНО ПЗ ГЛИНЫ
Чем больше люди строплп, тем меньше пх удовлетворяли камень и дерево. И даже в очень древние времена пытались создать другие строительные материалы.
Один пз первых таких материалов — красный кирпич, который и по сей день можно увидеть на наших стройках. Сырьем для пего служит обычная глина. Она обладает ценным свойством терять прп обжиге на сильном огне всю воду — и ту, что заключена в ее порах, и ту, что входит в химический состав ее мельчайших частиц. Прп этом происходит чудесное превращение: вместо мягкой, пластичной массы получается искусственный камень, стойкий п прочный, способный служить сотни лет.
В разных странах и в разное время кирпич делали различных размеров, но форма его была строго определенной: брусок с прямыми углами и ровными гранями. По нашим стандартам все заводы выпускают кирпич длиной 25 см, шириной 12 см и толщиной 6,5 см. Прочность его хотя и уступает прочности большинства каменных пород, но все же достаточна для возведения высоких домов (см. цв. рис., стр. 400).
При кладке стеньг кирпич располагают попеременно: то вдоль длинной стороной — л о ж-к о м, то поперек — т ы ч к о м. Чередование ложков и тычков создает необходимую пере-в я з к у. Тогда заполненные обычно более слабым раствором швы между кирпичами не разделяют стену на отдельные, плохо связанные между собой части. Чаще всего ряд ложков по наружной грани стены сменяется в следующем ряду тычками, а остальные кирпичи во внутренней части раскладываются по тому же принципу перевязки (рис. 10).
Более сложной бывает кладка в углах или в кирпичных столбах, где не всегда удается сделать ее только пз целых кирпичей. Здесь каменщик вынужден откалывать острой гранью своего молотка от кирпича половину или четвертушку, а оставшуюся часть класть на то место, где не уместился целый кирпич.
Стены домов устойчивы лишь тогда, когда они строго вертикальны и ровны. Поэтому каменщик все время выравнивает
кирпичи в горизонтальном ряду по туго натянутому шнуру, а вертикальность проверяет отвесом.
Длина кирпича — 25 см — служпт своеобразной мерой толщины степы. Так всегда и говорят: «Стены в полтора, два или два с половиной кирпича». А половина длины кирпича— это его ширина. И если нужно выложить стенку толщиной в полтора кирпича, то достаточно к ряду тычков приложить еще ряд ложками.
Кирпич можно рубить и тесать. И раньше нередко строили дома с украшениями из тесаного кирпича на фасадах.
Главная наша задача сейчас — всячески облегчать тяжелый ручной труд людей. И строители также стремятся избавиться от необходимости укладывать руками каждый отдельный кирпич. На заводах или иа стройках кирпичи предварительно собирают в целые блоки— в 1 —1,5 Т весом. Эти блоки привозят на стройку, а затем с помощью подъемных кранов выкладывают из них степы домов.
Прочность кирпича позволяет сложить стены невысокого дома толщиной всего в один-полтора кирпича. Однако жилище должно быть не только прочным, но и достаточно теплым. В средней полосе Советского Союза нельзя делать степы тоньше двух с половиной кирпичей, иначе они промерзнут зимой. Жить в таком доме будет не очень приятно. А ведь как много новых домор можно было бы построить дополнительно, если бы удалось сделать пх стены потоньше.
Но и здесь строители нашли выход. Они стали сооружать дома не из обыкновенного,
Рис. 10 Кладка кирпичной стены. В углу ее не всегда удается сделать из целых кирпичей.
Обыкновенный
сплошного кирпича, а из значительно более легкого, с различными пустотами и отверстпямп (рпс. И). Заключенный внутри них воздух плохо проводит тепло. Пустотный кирпич гораздо лучше, чем плотная масса, предохраняет жилище от холода.
Не так уж важно, сколько отверстий будет сделано в кирпиче и какие они. Это зависит и от качества глины, и от тех машин, что работают на заводах. Однако чем кирппч легче, чем менее он теплопроводен, тем тоньше можно делать стены дома, тем меньше глины п топлива уходит на его изготовление п обжиг. В Москве и в других городах все большее и большее распространение получает кирппч с семью поперечными щелями. По высоте он делается двойным, но вес обычно такой, что каменщик может поднять его одной рукой.
Рис. 12. Легкая бетонная панель — с заполнением из керамзита, более тяжелая — с каменным щебнем.
Хотя кирпич чаще всего применяют для кладки стен, но из него нередко возводили покрытия над различными помещениями. Однако плоский потолок, какой сооружают при прямых деревянных балках, сделать из кирпича почти невозможно. Поэтому покрытия из него всегда имеют круговые пли дру гпе криволинейные очертания. В старых зданиях — это тяжелые, массивные своды или арки. /X современные строители иногда делают кирпичные своды толщиной всего лишь в один ряд кирпичей, уложенных плашмя илн па ребро. Очи рядом полукруглых складок покрываю] широкие— до 24 м — пролеты (см. цв. рпс.).
Нередко на домах можно увидеть островерхие черепичные крыши. Кровельные плитки— черепица — это тоже обожженная глина. Но форма их — особая. Их штампуют на прессе, делая в топком слое глиняного теста пазы п выступы. На крыше черепицу располагают так, чтобы эти пазы п выступы перекрывали друг друга и дождевая вода не проникала в дом. В простой глпне есть примеси железа. Они-то и придают ей после обжига красный цвет. Но встречается глина и без этих прпмесей. Изделия из нее проходят специальную обработку н сохраняют прп обжиге белый илп светло-желтый цвет. Это так называемая керамика.
Различные виды керамики часто попользуют в быту, можно встретить ее п на стройке. Степы ванных комнат облицовывают белой керампче-
ст вс домов Пч ппгч?м min ппгЛ 11 Ia qo( rpoen Московский Кремль. Сейчас кирппч применяют в строитель-Д с сооружать своды {справа внизу). Керамические плиты идут на облицовку фа-садов.
скоп плиткой с блестящей глазурью. Из цветных— желтых, серых пли красных — плиток выкладывают пол в кухнях, ванных, вообще там, где на пего может попасть много воды. Из белой глппы сделаны фаянсовые чаши умывальников и других санитарных приборов. Много красивых светлых керамических плиток идет на отделку фасадов.
Другой материал из глины — ке р а м-з и т — получают, обжигая ее на сильном огне. Это небольшие шарики с мелкими порами. Опп настолько легки, что не тонут в воде. Получают их при быстром обжиге некоторых сортов легкоплавкой глппы.
Этим легким шарикам суждено открыть новую страничку в строительной технике. Скрепленные цементом, опп образуют легкую п твердую массу — керамзптобстон. Из пего очень удобно отливать большие панели — части степ дома размером в целую комнату. Возводить стены здания из таких крупных панелей можно очень быстро, значительно быстрее и легче, чем выкладывать стены пз кирпича (рпс. 12).
Так в умелых руках человека даже простая, как будто бы ничем не примечательная глина превращается в множество ценных строительных материалов.
СТАЛЬ
Если в старинных постройках мы по встречаем конструкций из стали, то ьовсе не потому, что строители прежних времен нс сумели оценить ее достоинств как самого прочного пз всех известных им материалов. Нет! Опп просто не могли даже мечтать о таких конструкциях, пока на металлургических заводах не начали работать прокатные станы п из-под их валков не побежали во все большем количестве длинные лепты стальных полис, рельсов и балок. Дешевый стальной прокат нашел себе широкое применение в строительстве.
И то, что прежде невозможно было постропть из камня, кирпича плп дерева, начали делать из металлических конструкций.
На железных и шоссейных дорогах через рскп и овраги перекинуты большие мосты, причем их пролеты становятся все длиннее и длиннее, достигая сотен метров. Раздвинулись стены заводских цехов, ставших просторными и светлыми: тонкие стальные
переплетения легко держат над ними тяжелые кровли. Почти до самых облаков поднимаются громады многоэтажных зданий со стальными каркасами, высокие металлические башни п радиомачты.
Рядами выстраиваются круглые резервуары, полные нефти, бензина или горючего газа. И самп доменные печи, в которых начинается процесс рождения металла, по могли бы выдержать огромного напора жидкого чугуна, еслп бы их но заковали в прочный панцирь из стальных листов (см. цв. рис.).
Для разных конструкций нужны различные виды стального проката. Это п широкие листы, и узкие полосы, и мелкие и крупные уголки, и швеллеры, имеющие вид сдвоенных по длине уголков, и двутавровые балки, напоминающие по профилю своего поперечного сечения двойную букву «Т», п многие другие, самые разнообразные виды проката. Профиль п размеры их поперечного сечения для тех пли иных конструкций всегда подбираются так, чтобы при наименьшем расходе металла достигнуть необходимой прочности. Ведь каждый миллиметр, на который можно уменьшить толщину стенок такого профиля, означает в масштабе всех строек нашей страны экономию многих и многих тысяч тонн стали.
Самые легкие стальные конструкции собирают пз прямых уголков. Они удобны в работе, пх проще всего скрепить и между собой и в узлах, где к одному центру сходится несколько элементов конструкций. Например, из таких уголков, расположенных попарно, изготавливают для крыш формы, которые составлены из ряда треугольников. Их стержни тонки по сравнению с общей длиной. Это результат высокой прочности стали.
Но нс всегда удастся изготовить решетчатые конструкции из столь тонких стальных профилей.
Бывает, что сооружение должно выдержать большую нагрузку, например тяжелый поезд на железнодорожном мосту. Тогда отдельные стержни решетчатых форм приходится составлять пз нескольких полос, швеллеров или других, более крупных стальных профилей.
Когда строятся резервуары, то приходится прежде всего думать о том, как лучше сохранить в них жидкость. В таких конструкциях делают сплошные стопки пз листовой стали.
Из металла построена Эйфелева башня. Сейчас металл применяют для строительства нефтехранилищ, домен, кауперов, мостов. Прпмепяют его и в сочетании с бетоном в железобетонных сооружениях и в деталях сборного железобетона.
О 26 Детская энциклопедия, т. 5
401
Рис. 13. Стальные конструкции многоэтажного дома скрепляют электросваркой.
Листовые конструкции встречаются и в различных промышленных зданиях. Это стало возможным в последние десятилетия, когда при помощи электрической сварки удалось соединить широкие полосы в более сложные и крупные профили, какие пока нельзя изготовить даже на самых мощных прокатных станах. Так же сделаны несущие колонны высотных зданий, построенных несколько лет тому назад в нашей столице. Эти колонны сварены пз толстых полос, образующих сечение в виде креста или двутавра (рис. 13).
На стальном каркасе высотных зданий устанавливали подъемный крап. С его помощью колонны и балки поднимали наверх. По внешнему
1 нс. 14. J зел стальной фермы, соединенной на заклепках.
виду он напоминает ооычные башенные Kpai которые работают почти на каждой стройке И * он не стоит на земле, а укреплен на смоитипс ’ ванных при его же помощи конструкциях' По мере установки стальных конструкций кран сам подымал себя все выше и выше?
Применение стали в строительстве позволяет возводить необычайно высокие сооружения. Для Всемирной выставки 1889 г. в Париже по проекту инженера Эйфеля была специально построена стальная башня трехсотметровой высоты — Эйфелева башня (см. цв. рПс стр. 401). Ее строили без какой-либо практической цели — только как выставочный экспонат, демонстрирующий успехи строительной техники XIX в. Для того времени это грандиозное сооружение действительно было выдающимся образцом инженерного расчета и строительного искусства. Много лет эта башня считалась самой высокой в мире. Сейчас са
мое высокое сооружение — стодвух этажный небоскреб в Нью-Йорке. Верхняя его точка вместе с телевизионной башней возвышается па 449 м.
В этом соревновании за наибольшую высоту новый рекорд скоро будет установлен с постройкой железобетонной телевизионной башни в Москве. Высота ее будет более чем полкпломет-ра! И надо думать, что это сооружение будет одним пз самых передовых достижений строительной техники нашего века (см. цв. рис., стр. 409).
Чтобы изготовить металлическую конструкцию, стальные профили нарезают на куски нужной длины,складывают их в определенном порядке, строго по чертежу, а затем соединяют между собой. Причем соединить их надо так крепко, чтобы полную допустимую нагрузку онп выдерживали все вместе, как единое целое. Затем изготовленные на заводе части в виде форм, колонн или балок привозят на стройку, устанавливают на место и соединяют в одну общую систему.
Самый старый и вполне надежный способ соединения металла — на заклепках (см. ст. «Машины и детали машин»). Но этот вид соединения требует большого труда. Кроме того, отверстия для заклепок ослабляют прочность стальных профилей. Поэтому приходится подбирать более крупные размеры проката, чем нужно по расчету. II получается, что не меньше десятой части веса всех стальных профилей пропадает без пользы (рис. 14).
Вот почему, когда была изобретена электрическая сварка металла, в первую очередь ее начали применять при изготовлении стальных
конструкций (рис. 15). Новый способ давал огромную экономию металла и значительно облегчал и ускорял работу строителей.
Стальные конструкции помогли строителям решить много очень сложных задач. Но сейчас мы думаем не о расширении применения этих конструкций, а о замене их, где только можно, другими материалами. Ведь сталь требуется не только для строек. Она более необходима для изготовления разных машин и механизмов. Вдобавок опа сравнительно дорога, производство ее требует большого труда, многих машин. II строители весьма успешно находят замену металлу. На смену ему па стройки нашей страны приходит железобетон.
ЦЕМЕНТ
В строительном деле многое зависит от вяжущих материалов. Прочнее будут скреплены отдельные кирпичи или камни — более крепкой станет и вся кладка. Прочнее кладка — значит, стены можно сделать потоньше, израсходовать для стройки меньше кирпича и вяжущего раствора. Быстрее затвердеет раствор — ускорится работа, раньше войдут в строй новые заводы и жилые дома.
Однако раствор из песка и гашеной извести твердеет далеко нс так быстро, как хотелось бы строителям. Бывали случаи, когда приходилось ждать несколько лет, прежде чем он превращался в прочную камневидную массу. Поневоле надо было с этим считаться и нс слишком перегружать только что возведенные стены домов. Когда же кладку вели в сыром месте или под водой, то применять известковый раствор вообще было невозможно. Ведь пзвесть способна соединяться с углекислым газом лишь в сравнительно сухой воздушной среде.
Немало было попыток увеличить прочность известкового раствора. Иногда в пего добавляли вулканический пепелили мелко истолченный кпрпич. В старину бывали случаи, когда известь смешивали с отрубями и даже с творогом или яичным белком. И одновременно люди неустанно искали новые, более прочные вяжущие вещества. Как это часто бывает, неудачи в одном деле натолкнули на открытие.
Когда хорошо обожженную пзвесть поливают водой, она гасится — превращается в мелкий, белый, как снег, порошок, настолько мелкий, что его назвали п у ш о и к о й. Но случалось, что пзвесть обжпгали как следует и воды не жалели, а она все оставалась в виде твердых комков, упорно «не желавших» гаситься. Сначала их просто выбрасывали, а затем попробовали размолоть в порошок. II неожиданно оказалось, что этот порошок — прекрасное вяжущее вещество, значительно, более прочное, чем пзвесть, способное быстро твердеть не только па воздухе, но и под водой. Новому материалу дали имя — ценен т.
При соединении цемента с врдой образуется своего рода клев. В течение нескольких часов начинается его кристаллизация, раствор густеет, затем изо дня в день становится тверже п крепче, а через 3—4 недели превращается в очень прочное, твердое тело.
Цементным раствором начали скреплять каменную и кирпичную кладки. А когда цемент смешали с песком, каменной мелочью и водой, то получили искусственный камень — бетопп любых размеров и любой формы (рис. 16).
Нетрудно перемешать вручную небольшое количество цемента, воды, песка и мелкого камня. Но на современной стройке приходится укладывать десятки и сотип тысяч, а иногда и миллионы кубических метров бетона в год. , Тут уже не обойдешься без помощи специаль-
Рис. 16. Born из чего составляют бетон.
ных машин. И такие машины были созданы. На небольших стройках работают передвижные бетономешалки. Бетон перемешивается в них в течение нескольких минут в стальном вращающемся барабане, внутри которого приварены лопасти. А загружают барабан подъемным ковшом, в который насыпают точно отмеренные порции цемента, песка и щебня. Одновременно в барабан подают воду пз мерного бачка, соединенного с водопроводной линией. Иногда бетонную смесь приготовляют в автобетономешалках, которые перемешивают ее на ходу.
На крупных строительствах приходится сооружать мощные автоматизированные бетонные заводы. Здесь уже действует система подъемных механизмов.
Длинные наклонные транспортеры подают все материалы в специальные бункера. Отсюда они через устройства, которые точно отмеряют нужные дозы, попадают в жерла бетономешалок. Целая серия автоматов регулирует слаженную работу всех механизмов этого непрерывно действующего завода.
Очень важно правильно подобрать состав бетонной смеси. Когда-то для нес существовало несколько очень простых рецептов. Вот, к примеру, одни из них: 1 часть цемента, 2 части песка, 4— гравия пли щебня. А сейчас ни один строитель не начнет готовить и укладывать бетон, пока лаборатория не исследует всо материалы и не даст их точного соотношения.
При правильном соотношении цемент заполнит все промежутки между отдельными песчинками, а цементно-песчаный раствор — между кусочками щебня (рпс. 17). '1егда бетон будет достаточно крепким, а сооружение — прочным.
Но каков бы ни был состав смссп, высокой прочности бетона нельзя все же добиться, еслп его масса ио будет очень плотной, без внутренних воздушных пузырьков и пустот. Еще по так давно уложенный на стройке бетон долго колотили тяжелыми ручными трамбовками, топтали ногами в резиновых сапогах, «штыко-валп» тонкими железными прутьями. Сейчас у строителей есть множество небольших электрических машин — вибраторов. Онп придают бетону гораздо большую плотность, чем ручная обработка (рпс. 18).
У большинства вибраторов электрический моторчик заставляет в такт своим оборотам колебаться (вибрировать) рабочую часть механизма — металлическую плиту или стержень. Впбрацпя передается бетонной смесп, ее частицы становятся более подвижными и плотно прилегают друг к другу, вытесняя все воздушные пузырьки на поверхность.
Укладкой по кончается забота о бетоне. Цемент хорошо твердеет только во влажной среде и прп положительной температуре. Поэтому летом бетон закрывают от лучей жаркого солнца и время от времени поливают водой,
113 ДЕРЕВА, МЕТАЛЛА, КАМНЯ
Рис. 18. Уплотнение бетона вибраторами.
чтобы он не пересох, а зимой пропускают через него электрический ток плп обогревают горячим паром, чтобы не замерз. Но все заботы вполне окупаются прекрасными качествами этого строительного материала — одного творений человеческой мысли и
пз чудесных рук.
ЖЕЛЕЗОБЕТОН
Бетон и железо! Как непохожи друг па друга эти два материала! Бетон, как и всякий камень, тверд, по хрупок, его трудно раздавить, по гораздо легче сломать плп разбить. Он стойко выносит воздействие влагп, высокой и низкой температуры п многих химических ве-ществ(рпс.19) Лее его части кажутся крепко связанными между собой. А на самом деле эта связь не такая уж прочная.
Чтобы проверить прочность бетона, пз пего отливают правпль-пые кубпкп размером 20X20x20 см п ставят^ их под пресс. Приборы покажут, какое давле- -впе онп могут выдер-
шать, пока не разрушатся. Обычно, чтобы раздавить бетонный кубик такого размера, понадобится сила, равная 80—100 а иногда и в 2—3 раза большая. Но если этот же кубик зажать с двух сторон клещами и попытаться разорвать пополам, то достаточно будет прл-
дожить к нему силу в 10 раз мепыпую. А от одного удара кузнечного молота он разлетится на множество мелких частей. Следовательно, бетой хорошо выдерживает давление, во плохо сопротивляется удару и пего можно возводить фундаменты п стены, плотины и дамбы, делать основания под полы и дороги. А для тех частей сооружений, где дей-
разрыву. Поэтому из
ствуют ударные силы пли где надо сопротивляться разрыву, нужны материалы с совсем ины мп свойствами.
Сталь во многом отличается от бетона. Сталь-пые деталп при тех же размерах могут выдержать давление в 10—15 раз большее, чем бетон. А главное—сталь одинаково хорошо сопротивляется и сжатию и разрыву. Это объясняется се вну
выдерживает бетон.
Рис. (9. Вот какие испытания
трепнпм строением: мельчайшие кристаллы в ней очень плотно «пригнаны» друг к другу и связаны мощными силами молекулярного сцепления.
Сталь — материал, обладающий высокой упругостью. В этом легко убедиться, согнув стальную линейку: как только ее отпустить, опа снова станет прямой. Недаром пружины делают из стали. Упругость ее можно наблюдать не только при изгибе. Попробуем с большой силой растянуть стальную проволоку и измерим ее длину до и после опыта. Если измерение сделано очень точно, то мы заметим, что проволока при растяжении стала немного длиннее, а как только действие этой силы прекратилось, опа немедленно приняла прежний размер.
Сталь не боится ударов, се можно даже ковать. II вот возникла счастливая мысль соединить эти два материала вместе.
В результате был получен новый строительный материал — железобетон, без которого теперь нельзя даже представить себе современную строительную технику.
Чтобы лучше попять, что дает сочетание столь разнородных материалов, как сталь п бетой, проделаем одни опыт. Попробуем па прямоугольный длинный брусок (строители назвали бы его балкой) поставить в середине какой-либо груз (рис. 20). Если наша балка отлита пз чистого бетона, то прп сравнительно небольшой нагрузке на се нижней грани внезапно появятся трещины и она быстро разрушится. Но если во время отливки балки положить в ее форму несколько длинных стальных прутков, она сможет выдержать во много раз большую нагрузку.
Объяснение этому пайтп нетрудно. Ведь стальные прутки вполне выдерживают усилие, которое легко может оторвать друг от друга отдельные частицы бетона. II если внимательно
Рис. 20. Балка у отлитая из бетона,- легко разрушается под действием груза. Та же балка со стальной арматурой свобод но выдерживает большой груз.
рассмотреть, где и как располагают в железобетоне стальные стержни, называемые арматурой, то окажется, что больше всего их там г',, в бетоне могли бы появиться опасные трещины
Объем арматурных стержней обычно ие превышает 2—3% от объема бетона. Однако и этого небольшого количества стали достаточно чтобы резко увеличить прочность железобетонной конструкции.
Стальную арматуру укладывают еще до того как форму будущей конструкции заполнят бетоном. Пластичная бетонная смесь плотно окутает каждый арматурный стержень. Когда она «схватится» и затвердеет, между бетоном и сталью образуется прочная связь, настолько прочная, что иногда бывает легче разорвать стальной стержень, чем выдернуть его из бетона. А чтобы эта связь была еще более прочной, па концах металлических стержней загибают
крючки.
Металлурги давно уже научились готовить
очень прочную сталь, такую, к примеру, какая идет для проволочных канатов. Но строители долго не могли использовать эти марки стали для железобетонных конструкций, хотя это дало бы большую экономию материала.
Дело в том, что, когда стальную проволоку с большой силой растягивают, опа становится несколько длиннее. Проволока пз разных сортов стали имеет различную прочность, по способ
ность ее удлиняться прп растяжении всегда одинакова. II чем больше прочность проволоки, тем на большую длину можно ее растянуть, прежде чем она разорвется.
А в железобетоне п бетон, п сталь крепко связаны между собой и могут удлиняться лишь па одну и ту же величину, причем только на такую, какую может выдержать, не разрушаясь, хрупкий бетон. Вот почему арматуру для железобетона долгое время готовили пз наименее прочной стали. Лишь прп этом условии предел величины тех сил, которые могут разорвать бетон, будет пределом и для прочность! стали. А высокопрочную п, конечно, более дорогую сталь, которую можно было бы уложить в бетон в значительно меньшем количестве, употреблять было бессмысленно: все равно ее свойства не удалось бы полностью попользовать.
Гак продолжи лось до тех пор, пока не были открыты возможности создания так называемого п р е д в а р п т е л ь п о и а и р я ж е н н о -г о железобетона.
В чем же его отлпчпе от обычной железобетонной конструкции? Представим себе, что произойдет, если стальные арматурные стержни
растянуть с большой сплои еще до того, как форма будущей конструкции заполнится бетоном, и держать их в таком напряженном состоянии, цока бетой не затвердеет и не наберет своей полной прочности. Нетрудно догадаться, что освобожденные после этого от упоров стальные стержни будут стремиться вернуть свою первоначальную длину. Сжимаясь сами, они с огромной силой сожмут также связанный с ними бетон.
Примерно в таком же состоянии окажется длинная пачка небольших прямоугольных брусков, крепко-накрепко перевязанная прочной бечевой (рпс. 21). Эта пачка не рассыплется, хотя бруски в ней ничем но склеены, а только прижаты друг к другу силон натяжения бечевы. Еслп уложить се краями на две опоры, то она представит собой своеобразную балку и даже сможет выдержать действие тяжестп небольшого груза.
Как отдельные бруски в этой пачке прижаты силой натяжения бечевы друг к другу, так и все частицы бетона будут сжаты силой натяжения стальной арматуры. Теперь, чтобы разрушить бетон, нужно преодолеть не только сцепление его частиц, но и ту добавочную силу, которая создается благодаря натяжению металлической арматуры.
Предварительное напряжение дало возможность применить в качестве арматуры высокопрочную стальную проволоку. А это в сочетании с бетоном, тоже повышенной прочности, позволило создать железобетонные конструкции более тонкие и легкие, чем обычно.
Железобетон применяется сейчас в самых различных конструкциях. Пз него делают перекрытия между этажами в жилых домах, колонны, балки и перекрытия в производственных зданиях, тонкостенные оболочки и купола над большими залами, круглые стенки огромных цилиндров для складов зерна и цемента, массивные плотпны гидроэлектростанций, навесные козырьки над спортивными стадионами п т. д. Все это разнообразие конструкций, недоступное при использовании каких-либо других строительных материалов, стало возможным лишь потому, что бетон заливается в пластичном, полужидком состоянии в подготовленные для него формы и, застывая, точно повторяет их размеры и очертания (см. цв. рис., стр. 408—409).
Большей частью форма железобетонной конструкции — опалубка — делается пз досок. Опалубка служит только один раз: после того как бетон затвердеет и станет достаточно прочным, се разбирают, чтобы освободить гото-
Рис. 21. В этой составной балке отдельные бруски плотно прижаты друг к другу силой натяжения бечевы.
вую конструкцию. 11а рисунке 22 показана опалубка одной пз наиболее простых железобетонных конструкций— междуэтажного перекрытия, состоящего из плиты, балок и поддерживающих колонн. Эта форма собрана из заранее заготовленных деревянных щитов, которые удерживаются па месте уложенными «на ребро» досками. Вся система опирается па временные поддерживающие стойкп — леса.
Такие леса должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать тяжесть конструкции, нередко достигающей десятков и даже сотен тонн. Поэтому устройство лесов и опалубки требует большого труда рабочих п очень значительного расхода цепных лесных материалов. Немало
Рис. 22. Деревянная опалубка для железобетонного перекрытия и колонны.
спл и энергии уходит также на то, чтобы установить на стройке машины для приготовления бетонной смеси, промывки и сортировки гравия плп дробления щебня, для заготовки арматурных стержней. Трудно избавиться от ручной работы и при укладке арматуры п бетона в опалубку. Но наиболее сложно возводить пх в холодное время года, особенно в северных районах страны. Как известно, бетон плохо твердеет на морозе и его приходится отеплять и греть.
Все это мешало широкому распространению железобетонных конструкций, несмотря па их отличные качества. И все-таки им нужно было открыть дорогу па стройку. Сделать это можно было только путем широкой механизации всех процессов производства железобетона.
ДОМ НА КОНВЕЙЕРЕ
Творческая мысль инженеров и ученых непрерывно работала над тем, чтобы такой замечательный материал, как железобетон, стал легко доступным для каждой стройки, чтобы как
можно меньше труда тратилось на строительство каждого здания.
И не раз инженеры возвращались к одной мысли: почему бы дом не изготовлять па заводе, как делается любая машина, в теплых, светлых цехах — и не руками, а при помощи различных машин и механизмов, облегчающих и ускоряющих труд человека?
Каждое здание можно собирать из отдельных частей — таких, чтобы их свободно перевозила грузовая автомашина. И вот появилось множество новых заводов. Из пх ворот на стройки потоком выходят большие железобетонные плиты, целые лестничные марши с отлитыми ступенями, готовые окна и двери с ручками и шпингалетами (а иногда и со стеклом) и даже стены домов в виде больших прямоугольных блоков пли крупных панелей, отделанных светлой керамической плиткой или заранее оштукатуренных.
В строительном деле наступила новая эра-эра индустриального, сборного строительства. Сборные железобетонные детали п конструкции занимают сейчас первое место и по количеству,
Наполнение бетоном и прокатка плиты МЕЖДУ ВАЛКАМИ
Подъем готовой плиты
ТВЕРДЕНИЕ в паровой рубашке
Укладка
рматуры
Рис. 23. Схема работы, прокатного стана для изготовления тонкостенных ребристых плит..
сты, Пашни. Слева — желсзобстоппыс "дстч шИ3 >келсз°бст01шых деталей собирают здания, мо-маРш- тюбинг, прокатная панель, ферма д“пг,/б°РХпк?У"Да“е"Т’ ПЛ"Та псР£кРит1,я’ наземная станнин метпопД *’ 11ееРхУ оборка тонкостенных железобетонных заводского кооХД?0СТР|,е’"'а« »3 железобетона; внизу - монтаж корпуса из железобетонных деталей.
Соединение двух плит между о
СОБОЙ ОЛЕКТРОСВАРКА
СОЕДИНЕНИЙ
Склад готовой продукции
сводов; в середине —
I
и по значению среди огромной массы изделии, непрерывным потоком идущих на стройки нашей страны (см. цв. рис.).
Теперь любая стройка отчасти напоминает сборочный цех промышленного предприятия. Ручной тяжелый труд строит ель-пых рабочих постепенно исчезает. В этом сборочном цехе, в котором с поистине сказочной быстротой растут новые дома и целые жилые кварталы, поднимают п ставят па место поступающие с заводов готовые детали и конструкции, т. е. занимаются монтажом, сборкой зданий.
Чем крупнее детали, тем меньше труда уходит на возведение того илп иного сооружения. Иногда детали достигают веса 3 и даже 5 Т. Здесь на помощь рабочим приходят мощные подъемные краны. Их ажурные башни и стрелы высятся почти над каждой стройкой.
Основной ведущий рабочий на стройке теперь уже нс каменщик, не плотник, а монтажник. Вот один из них закрепляет крюк подъемного крана на железобетонной плите п дает сигнал машинисту. Огромная железобетонная плита медленно ползет вверх. А там другие члены бригады направляют ее так, чтобы крап бережно опустпл деталь па точно предназначенное чертежом место.
Рис. 24. Так соединяются прокатные панельные конструкции: а—деталь соединения перекрытия; б — деталь соединения внутренней стены с наружной.
На мощных заводах, где делают строительные детали и конструкции, всю работу выполняют специальные, нередко очень сложные машины. Одни из них гнут и сваривают арматурную проволоку, другие готовят бетонную смесь, третьи укладывают ее в формы, а затем уплотняют. А если нужно передвинуть тяжелую железобетонную деталь с места па место, то в работу включаются конвейеры, вагонетки пли подъемные краны.
С последпеевремя па заводах появились даже прокатные станы. При их помощи прокатывают
Есть
большие железобетонные панели. Ото значительно ускоряет и облегчает процесс изготовления строительных деталей (рис. 23).
В заводских условиях стало возможным выпускать и такие детали, о каких на стройке раньше просто нельзя было и думать. К примеру, часто укладывают над комнатой плиту с рядом продольных отверстий; стенки между ними предельно топкие. На изготовление такой плты уходит гораздо меньше цемента и других материалов, чем на сплошную. А прочность се достаточна, чтобы выдержать вес иола, мебели, всех жителей квартиры и другие нагрузки.
Еще более легкие плиты получаются прп изготовлении их па прокатном станс. Толщина этих плит около 3 см. Чтобы они были достаточно прочными, их делают с ребрамп.
Их применение позволит в • два раза уменьшить количество сборного железобетона прп постройке жилого дома, не расходуя прп этом кирпич и раствор для кладкп стен.
Больше всего сборных железобетонных деталей идет па строительство жилья. Из них собирают фундаменты, балки и плиты перекрытий, лестницы, балкспы п много других частей зданий.
дома, где степы также сделаны не из кир
ппча, а пз тонких железобетонных плпт. Но
опп нуждаются в дополнительном утеплении какими-либо изоляционными материалами, иначе через топкие плпты тепло зпмой быстро уйдет.
Из сборного железобетопа строят немало п производственных зданпй. В одном из типов таких зданий вся тяжесть кровлп давит па большие, ио очень тонкие железобетонные плиты, которые поддерживаются длинными железобетонными балками с круглыми отверстиями,
Вверху — двухэтажный железобетонный мост через Москву-рску; в середине — железобетонная трибуна стадиона; внизу — сборка железобетонного овощехранилища. Справа — проект железобетонной телевизионной башни.
КАК ЛЮДИ СТРОЯТ
сделанными для их облегчения. Л концы балок опираются на вертикальные колонны.
Даже такие сложные конструкции, как показанный па цветном рисунке тонкостенный криволинейный свод, перекрывающий площадь в 1600 л/2, тоже собирают пз готовых железобетонных деталей.
Сборные конструкции — это настоящее и ближайшее будущее нашего строительства. Чем больше сборных деталей будет использоваться на многочисленных стройках, чем крупнее и совершеннее будут эти детали, тем меньше будет тратиться ручного труда, тем быстрее будут расти новые заводы и жилые дома.
* * *
Каждое сооружение имеет свои особенности, и стройку гидростанции не смешаешь со стройкой жилого дома, а железная дорога требует совсем других способов работ, чем здание заводского цеха. Но вместе с тем во многих сооружениях есть общие черты, и чтобы представить себе, как ведется стройка, надо побывать хотя бы на одной из них.
Больше всего в нашей стране сейчас возводится жилых домов. Поэтому для примера лучше всего выбрать именно такую постройку.
Задолго до начала строительства на площадке, где будет строиться новый дом, побывали геологи. Опп пробурили в земле глубокие скважины, отрыли узкие колодцы — шурфы п взяли пробы грунта, чтобы тщательно исследовать пх в своей лаборатории. И те, кто будет составлять проект дома, и те, кто его будет строить, должны заранее знать, на каком уровне от поверхности земли можно найти такой грунт, который выдержит тяжесть всех конструкций нашего дома, не нужно ли будет во время работ вести борьбу с грунтовыми водами, всегда причиняющими много хлопот строителям А если в этом месте когда-то пролегало русло реки или было болото, то не нужно ли как-то особым образом укрепить
основание под фундамент. В то же время идет геодезическая съемка — составляется план местпости.
Затем приступают к делу проектировщики-архитекторы, инженеры н техники. Они вычерчивают на бумаге фасады, планы и разрезы будущего дома, выбирают для пего те плп иные материалы, решают, из каких сборных деталей будут возводит!,ся конструкции, наносят на чентежн линии будущих проводок, по которым пойдут вода, тепло и электричество. Большей частью по одному п тому же проекту строится много одинаковых домов; такой проект назына-"' „ т н п о в ы м. Но и над типовым проектом ппиходится поработать. В разных местах могут быть различные по прочности грунты,различный ° 1 все это нужно учесть в чер-
нужно найти для дома как устро-сложвое подземное хозяйство
приходится поработать. В разных местах
строители получают все чертежи Тогда и заказывают на заводах для постройки сборные детали и
уклон местности — г - -тежах. А главное — лучшее место в квартале, решить, ить дороги, и т. п.
Наконец, нового дома, необходимые другие материалы, доставляют па место механизмы и приступают к работе.
Прежде чем возводить стены дома, приходится углубить его в землю — отрыть ее до того уровня, на котором можно безопасно заложить фундамент. Эту работу выполняет экскаватор. Гигантской «лопатой» он выгребает землю, грузит на самосвалы, а те отвозят ее подальше, чтобы горы землп не мешали работе. II не успевает закончить работу экскаватор, как на стройке появляется передвижной кран па гусеничном или колесном ходу. Ов легко опускает внпз большпе железобетонные блоки. Пз них за несколько дней вырастают сплошные ленты фундамента там, где встанут стоны дома.
А пока ведется эта работа, другие экскаваторы пересекают всю площадку глубокими канавами — в ппх лягут все трубопроводы,
ОТ ЛОПАТЫ К БУЛЬДОЗЕРУ
Еще недавно строители рыли котлованы и насыпали дамбы лопатами, а здание складывали из множества кирпичиков вручную. „тли го
В 1959—1965 гг. в народное хозяйство страны будет вложено почти же средств, сколько было вложено за все годы существования Советской власти, предстоит построить так много новых заводов, электростанций, каналов, мов, что вручную с этой задачей справиться невозможно. По стР0ПТеЛЛ котовооружены машинами. Уже в 1959 г. у них было почти 30 тыс. экскаватор рые могли одним взмахом погрузить в самосвалы чуть ли не 60 тыс. П.Я1И1 39 тыс. подъемных кранов сразу подавали каменщикам не меньше 10 мли нта чей, а 28 тыс. бульдозеров перемещали за минуту десятки тысяч тонн р.
электрические и телефонные кабели. По виду труб легко догадаться, для чего они служат. Длинные плети стальных или более короткие куски чугунных труб — это путь для воды. Ее подают под большим напором, л трубы для водопровода должны обладать высокой прочностью. По стальным трубам подают и газ. А совсем короткие трубы из обожженной глппы — керамики — служат для канализации. От них особой прочности не требуется, так как канализационные воды идут самотеком.
По стальным длинным трубам подают также и горячую водудля отопления. Эти трубы кладут в кирпичном канале п тщательно окутывают шлаковой ватой пли другим изоляционным материалом: ведь воду необходимо предохранить от потери тепла. А светло-серые трубы, отлитые из смеси асбестовой мелочи и цемента, будут предохранять от случайных повреждений протянутые сквозь них электрические или телефонные кабели.
Как только проложены все трубопроводы и закопчено устройство фундамента и подвала дома, строители спешат засыпать канавы, сровнять почву п подготовить дорогу. Опа необходима не только будущим жителям нового дома: по ней строители привезут свои тяжелые грузы. Затем начинается монтаж подъемного крапа, п вскоре его ажурная стрела поднимается над самой верхней точкой будущего здания.
Теперь уже можно вести монтаж основных конструкции. На тяжелых «панелевозах» — специально оборудованных автомашинах — Доставляются с заводов на-
Рис. 25. Установка железобетонной
панели.
Рис. 26. Каменщики возводят стены.
пели стен, перегородок и перекрытии. Одну за другой поднимает их крап, а монтажники и электросварщики крепят их между собой (рис. 25 и цв. рис., стр .412). Си ача. i а оi «и ставят стеновые напели и напели перегородок, разделяющие площадь дома па отдельные комнаты. 31тсм на них кладут длинные плиты, образующие пол и потолок. Когда заканчивается сборка одного этажа, начинается сборка другого. Гак шаг за шагом вырастает все здание. Попутно монтируются лестницы. Теперь не нужно сооружать временные леса, чтобы подниматься к рабочему месту.
Однако еще немало домов строят у нас пз кирпича. Его привозят на стройку в железных клетках — контейнерах, чтобы не разбить по дороге. Крап поднимает контейнеры с кирпичом на рабочие места каменщиков. Сюда же в железных ящиках или ио трубопроводам подают раствор для кладки.
Выкладывая ряд за рядом кирпичи, каменщик доводит кладку не выше груди — дальше работать ужо неудобно (рпс. 26). Поэтому приходится делать временные подмостки. Их устраивают пз деревянных щитов и металлических стоек. Такие подмостки легко собрать, разобрать, а также, пользуясь краном, поднять на следующий этаж.
Попутно с кладкой степ ставят оконные блоки с переплетами в деревянной коробке. А когда высота степ подходит к уровню перекрытий, но ним укладывают железобетонные плиты. II не успеют кровелыцпки сделать крышу над последним этажом дома, как во всех его
ПОД ДАВЛЕНИЕМ ВЕТРА
Под давлением ветра все сооружения несколько отклоняются от вертикального положения.
В зданиях небольшой высоты это отклонение нельзя заметить, по в высотных сооружениях его размер составляет несколько десятков сантиметров, а в отдельных случаях даже превышает метр.
этажах закипает другая работа. Ставятся перегородки и двери, настилаются полы, облицовываются стены плитами сухой штукатурки, а в санитарных узлах — белой керамической плиткой, заделываются все щели у окон и дверей, между плитами перекрытий.
Вместо с монтажниками, каменщиками, штукатурами трудятся слесари и электрики. Они прокладывают трубы водопровода, отопления
и канализации, ставят радиаторы, делают электропроводку.
Наконец, дом готов, как говорят строители, «вчернс'>. Наступает последний, решающий этап перед сдачей его в эксплуатацию — чистовая отделка. Приходит очередь маляров и паркетчиков. Красятся окна и двери, белятся потолки, стены оклеиваются обоями, жужжат, как* гигантские пчелы, машинки для стрижки паркета, выносятся из дома остатки мусора. И в то же время слесари спешат поставить газовые плиты, умывальники, ванны и другие сантехнические приборы; электрпки подвешивают к проводам патроны и включают электрический свет.
Теперь все готово для приема новоселов, и скоро еще один дом гостеприимно откроет перед ними свои двери. Одна за другой подъедут машины, внесут мебель в квартиры те, кто собирается отпраздновать свое новоселье, а строители отметят еще одну трудовую победу.
ДОМ, В КОТОРОМ МЫ БУДЕМ ЖИТЬ
goT дом уже совсем готов и ждет первых новоселов. Пока их еще нет, можно заглянуть в какую-нибудь квартиру и посмотреть, как она выглядит. В доме пять этажей. Большинство новых домов в городах нашей страны будет пметь четыре-пять этажей (строительство таких домов, считая на метр полезной площади, обходится дешевле, чем 1 — 2-этажных нли 6—8-этажных домов).
Поднимаемся по лестнице нового дома. Он построен по последнему слову строительной техники.
Подниматься п спускаться по лестлпце можно спокойно, не боясь поскользнуться: край каждой ступеньки оклеен полосой р и ф л о-п о й пластмассы, которая не позволяет подошве скользить. Если полоска пзносится, се легко заменить повои.
В другпх домах ступени целиком заклеиваются тонкими пластмассовыми пластинками. Их можно делать любого цвета —- лестница как будто покрывается ковровой дорожкой. Из пластмассы сделаны и поручил па перилах.
Мы поднялись на последний, пятый этаж, но не устали. Дело в том, что наш пятиэтажный дом не такой уж высокий. Высота каждого его этажа (опа считается от пола до пола квартпр, расположенных одна на другой) не превышает трех метров. Кроме того, сама лестница пологая, с невысокими ступеньками.
На площадку лсстнпцы выходит четыре квартиры. Войдем в дверь налево. Каждая квартира рассчитана только па одну семью. Дома строятся с квартирами в одну, две или трп комнаты. Кроме того, в них есть передняя, кухня, ванная и уборная (см. цв, рпс., стр. 413).
Передняя небольшая. На стене — вешалка, зеркало, на полу — подставка для галош. Пол покрыт тонкими гибкими пластинками. Это — р е л п н (резиновый лпнолеум), который приклеивается к полу специальным клеем. Г1 акпе полы очень легко содержать в чистоте, их можно часто мыть—онп не трескаются и не боятся сырости, как деревянные. Такне же полы п во всех жилых комнатах.
Из передней маленький корпдорчпк ведет дальше. Он совсем низкий, так как к его потол-
Сборка жилых домов из готовых железобетонных панелей.
ПОРУЧЕНЬ
ПЛАСТМАССОВАЯ ПОЛОСА
СТОЯК ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ
КАНАЛИЗАЦИОННЫЙ СТОЯК
СТОЯК ОТОПЛЕНИЯ
ГАЗОВЫЙ СТОЯК
ОТОПИТЕЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ
СКВОЗНЫЕ ЩЕЛИ ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ
ПЛИТА
СПАРЕННЫЙ ПЕРЕПЛЕТ
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ КАМЕРЫ
КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРООСВЕЩЕНИ
САНТЕХНИЧЕСКАЯ КАБИНА
ку прикреплен длинный шкаф—а нтресоль, куда можно спрятать лыжи, пустые чемоданы и другие громоздкие вещи. Из коридора двери ведут в ванную, уборную и кухню. Во всех трех помещениях степы облицованы глазурованными керамическими плитками. Ban пая и уборная могут ле иметь окон. Однако эти три помещения, хотя они п занимают в квартире сравнительно немного места, наиболее сложные по техническому устройству. К умывальнику, моечной раковине, ванне п унитазу нужно подвести воду, а к плите — газ. Здесь же где-то должна пройти труба канализации п вентиляционные каналы для проветривания.
А электрические провода и подводки для телевизора, телефона и радиотрансляции?
Раньше все эти устройства (пли, как пх называют, к о м м у и п к а цп и) делалп после того, как стены п крыша дома были уже готовы. Но все приходилось подгонять и соединять па месте, в дело шли сотни мелких деталей, а главное — на эту работу затрачивалось много времени п денег. Тогда стали стрсмпться к тому, чтобы на заводах пзготовпть части стен, высотой в одни пли два этажа, в которые уже заранее закладывались трубы водопровода, отопления, газа и канализации, от которых на каждом этаже делались отводы — «выпуски». Степка получила название сантехнической панели. Когда такие панели прпвозплп па строительную площадку п, установив одну па другую, закрепляли, нужно было только присоединить необходимые приборы.
Однако на оборудование ванной п уборной даже этими прогрессивными способами уходило слишком много времени. И строители снова нашли выход. Теперь эти два помещения изготавливаются на заводе целиком. Получается маленький домик, внутри которого уже все готово: отделаны пол и потолок, установлены приборы. Одна пз стен такой сантехнической к а б п н ы — это сантехническая панель, о которой только что говорилось. Отсюда полное название домика — с а п и т а р н о - т е х-|| 0 ч е с к а я к а б п н а с вмонтированным обор у д о в а и и е м. Снаружи кабина имеет монтажные пстлп, прп помощи которых ее поднимают и грузят па машину, а настройке краном ставят на место, как и панели, одна на другую. Слесари п электрики только соединяют стыки труб п проводов. Экономятся время, средства п материалы.
Рис. /. Комбипированный книжный шкаф с откидной крышкой. Его собирают из деревянных панелей.
Для того чтобы дневной свет мог проникнуть в коридор, дверь в кухню сделана почти целиком из стекла. Кухня маленькая, по все же достаточно просторная, так как почти все шкафы — настенные. Подойдем к рабочему столу хозяйки. Здесь также нашли применение пластмассы. Гладкая поверхность стола не боптся ни острого ножа, ни горячей кастрюли. Даже горящая спичка пе оставит заметного следа. Справа от стола — газовая плита, слева — моечная раковина, над ней — два крана для холодной п горячен воды. Иногда (если в квартпро одна плп две жилые комнаты) кухню делают несколько больше, ставят обеденный стол, п получается кухня-столовая.
Прямо пз передней мы попадаем в большую комнату. Это п гостиная, и столовая. Обратите внимание на дверь: отполированная до блеска поверхность не похожа на деревянную. И все же опа целиком сделана пз дерева, вернее, пз отходов — стружек п опилок, обработанных специальными составами, а затем спрессованных при высокой температуре. Если случайно провести по ее поверхности твердым предметом плп поцарапать — никаких следов ио останется.
Направо — тоже не совсем обычная стена. Часть ее, от пола до самого потолка, закрыта дверцами, будто большой шкаф вдвпнулп прямо в стену. Откроем дверцу. Так и есть! Внутрп — полки для белья и посуды, вешалки для одежды. Настоящий большой шкаф! Такие встроенные шкафы очень удобны п занимают мало места.
Есть у встроенного оборудования еще одно ценное качество. Всем известно, как трудно заниматься плп отдыхать, если за стеной шумит
Так выглядит одна из современных трехкомиатпых квартир.
КАК ЛЮДК СТРОЯТ
радио. Для того чтобы преградить дорогу шуму пз одной квартиры в другую, нужно ^делать степы толстыми. Но чем толще стена, тем больше она весит, тем больше израсходовано па нее материала. Другой путь — сделать стену не сплошной, а слоеной, поместив внутри вес войлок, минеральную вату, т. е. изготовить звукоизолирующую прокладку. Ну а если встроить в эту стену шкаф, он с успехом заменит звукоизоляцию. Сами вещи, находящиеся в нем, не позволят шуму проникнуть из одной комнаты в другую.
Вся квартира обставлена изящной мебелью. В комнатах очень просторно, нет громоздких вещей. Куда же девались обычный большой стол или кровать? Где же тогда спать и где усадить гостей? Оказывается, все дело в том, что мебель в нашей квартире особая: одна и та же вещь может служить по-разпому. Вот кресло. Оно занимает мало места, но если вам захотелось спать, кресло можно раздвинуть и превратить в кровать. Небольшой дпван тоже можно раздвигать, превращая его на ночь в широкую тахту.
Пли другой случай: вам надо делать уроки. Вы подходите к книжному шкафу, откидываете крышку — и письменный столик готов. Но вот вы ждете в гости знакомых. За письменный стол их уже не усадишь. Тогда вы открываете буфет, выдвигаете складную крышку, привинчиваете пару ножек — и теперь за столом поместятся все гости!
У новой мебели есть еще одно важное свойство: почти вся она с б о р н о - р а з -борная. На заводе заготавливают отдельные части — и а н е л и, из которых в магазине пли
АРМАТ УРА ИЗ БАМЕ УК А
ДОМ ИЗ ПЛАСТМАССЫ
В Китае в бетон взамен стальной арматуры часто укладывают стебли бамбука. Пз такого «бам-букобетона» возводят довольно прочные здания.
/Килой дом пз пластмассы с площадью 90 .ч2, демонстрировавшийся в 195G г. па выставке в Париже, весит всего лишь 80 Т. Такой дом из обычных строительных материалов весит в 15 раз больше.
дома собирают готовые изделия. Такую разборную мебель легко перевозить с завода к мест продажи, а также поднимать в квартиры
Мы обошли всю квартиру, но нигде не ни щм радиаторов отопления, а в комнате тепло Если посмотреть внимательнее, то можно за
метить, что стена под окнами везде немного выступает. Здесь установлены отопительные панели. Их изготавливают иа тех же заводах что и стены и перекрытия. В форму для такой
панели закладывается металлическая (иногда и стеклянная) изогнутая труба — змеевик Готовая панель представляет собой плоский
параллелепипед, из которого выходят концы заложенной туда трубы. Когда панель установ
лена на место, нужно только присоединить концы труб к стоякам отопления. Иногда трубы отопления помещают даже в полу пли потолке и тогда они уже совсем не занимают места
У окна нет форточки. А как же проветривать комнату зимой, в сильный мороз? Неужели надо открывать все окно? Нет, здесь сделано специальное приспособление — сквозная щель под подоконником. Она выходит наружу. При помощи винта и крышки ее можно открыть больше пли меньше. Холодный воздух, попадая в комнату, нагревается отопительной панелью
и постепенно поднимается вверх.
Ну а сами оконные переплеты? Из чего они? Здесь дерево тоже уступило дорогу пластмассе. которая не боится сырости п не трескается на солнце. Ее гладкую, блестящую поверхность нс нужно красить. В каждом окне только одна рама, по зато с двумя стеклами, установленными па расстоянии 1,5—2 см друг от друга. Такие переплеты называются стеклопакетами. Промежуток между стеклами запаян, чтобы ие проникала влага. Окно с такими рамами пропускает гораздо больше света, чем обычное.
Архитектор всегда стремится поставить дом так, чтобы все квартиры получали максимум солнечного света. Самая лучшая ориентация— южная пли юго-восточная.
Наступает вечер. Можно включить свет. На стенах только розетки и выключатели, а проводов нигде ие видно. Все электропровода, телефонная и радиотрансляционная сетпщ также кабель антенны телевизора проложены в толще пола, потолка дли иод плинтусами.
Так выглядят квартиры домов, которые в большом количестве строят сейчас в нашей стране. Архитекторы и строители заботятся, чтобы советским людям жилось в них удобно.
ПОКОРЕНИЕ ВОДЫ
рода всюду. Она течет реками и ручьями, заполняет озера и моря, надает дождем с неба, бьет ключом из-под земли. Вода — это стихия, могучая н непокорная.
Тихая речка пли спокойное мире ласкают наш взор. Но эти же речка п море могут с шумом и грохотом разрушать берега, смывать деревья, сносить мосты и целые селения, топить огромные корабли.
Волгу наш парод величает «матушкой-кормилицей» за то, что опа издавна кормит много людей и переносит па своих плечах самые тяжелые и самые громоздкие грузы, которые иным способом так легко и дешево не перевезти.
Мощность падающей воды огромна. Каждая ее тонна, падая с высоты 1 м со скоростью 1 м!сек, развивает мощность около 13 л. с. и может дать столько энергии, сколько затратили бы 20 человек, подняв по 50 кГ груза выше головы. Как сделать, чтобы эта энергия не пропадала зря?
Человек с древнейших времен стремился использовать водную стихию, подчинить ее. В результате накоплены большой опыт и знания в этом деле п создана большая наука о водном хозяйстве. Та часть этой пауки, которая учит способам управлять водой для вашей пользы, называется гидротехникой. А средствами управления водной стихией служат многочисленные гидротехнические сооружения, с типичными формами которых мы и познакомимся.
Основное и самое древнее по происхождению гидротехническое сооружение — это плотина, или запруда. С ее помощью создаются: пруд, водохранилище и даже искусственное море, в котором накапливается большой запас воды; плотина образует искусственный водопад, па котором сосредоточивается энергия падения воды.
Собрав воду в водохранилище, можно ее хранить и расходовать по своему усмотрению поддерживать необходимую для судоходства глубину рскплисохранять весеннюю и дождевую воду па все сухое время года. С помощью водохранилища можно предотвратить наводнение, задержав, или, как говорят, «срезав», опасный избыток воды. В искусственном пруду можно развести рыбу. Затопив болотистые участки, можно оздоровить климат, а затопив пороги на реке — сделать ее судоходной. На созданном плотиной перепаде можно установить водяные колеса или турбины и получить электрическую энергию.
Уровень воды перед плотиной называется в е р х н и м б ь е ф о м, ниже плотины и в ж н и м б ь е ф о м.
Разница по высоте между горизонтами верхнего и нижнего бьефов составляет величину перепада, или напора, воды.
Реки очень редко перекрывают глухими плотинами, т. е. такими, через которые по может переливаться вода. Обычно плотина имеет глухую и водосливную част и. Последняя предупреждает переполнение водохранилища и позволяет, когда надо, спускать воду вниз.
Простейшая водосливная плотпна— это бетонный или каменный порог, через который может свободно переливаться вода. Если требуется строго регулировать расход воды и уровень бьефа, то на гребне ставят бычки, а пролеты между ними закрывают мсталлпчсскпмп щитами. Если надо иногда реку оставить свободной, без подпора, делают не гребень, а прочный порог по дну реки. На нем ставят бычки и закрывают па всю высоту щитами. Иногда плотину делают в виде глухой стены с донными отверстиями п затворами для спуска воды.
Прп плотине, которая образует искусственный перепад воды, важнейшее сооружение—гидроэлектростанция. Очень часто большие пло-тпны п водохранилища сооружаются именно ради возможности построить гидроэлектростанцию.
На судоходной реке прп плотине обязательно строят с у д о х о д и ы й ш л ю з, с помощью которого суда переправляются пз верхнего бьефа в нижний плп наоборот (рис. 1).
РА СПГИРЯЮ ЩИЙ С Я ЦЕМЕН Т
| Существует «расширяющийся» \ цемент, который при твердении увеличивается в объеме. Нм хорошо заделывать щели в растрескавшемся бетоне, заливать швы между тюбингами в туннелях метрополитена. Этому цементу предстоит большое будущее. Если его использовать для изготовления железобетонных конструкций, то, расширяясь при твердении, он сам растянет стальную арматуру и железобетон станет «предварительно напряженным» без каких-либо дополнительных усилии.
*
!
I
Чтобы рыба, идущая по реке снизу вверх, могла преодолеть плотину, нередко сооружают специальные лотки-рыбоходы плп лифты-рыбоподъемники.
Плотина, гидроэлектростанция, судоходный шлюз п рыбоход образуют гидроузел. Примеры такого гидроузла — Цимлянский на Дону, Волжский у г Куйбышева.
Так же давно, как и плотины, люди ст роят искусственные канал ы.
Первыми каналами в истории человеческой культуры были о р о сите л ь и ы е.
Строили пх для полива полей, огородов, садов в жарких странах, там, где дождей выпадает очень мало.
В Египте, Индии, Китае, в долинах наших среднеазиатских рек — Сыр-Дарьи, Зеравшана, Аму-Дарьи — до сих
пер сохранились оросительные каналы тысячелетней давности. Современные оросительные каналы бывают так велики, что по ним могут даже плавать пароходы. Чтобы вода не просачивалась из канала в землю, русло оросительных каналов нередко покрывают непроницаемой одеждой пз бетона.
1 ам, где орошаются большие площади земли, оросительные каналы образуют сложную систему.
Главная артерия, или магистральный канал, современной оросительной системы забирает коду из естественного источника ее с помощью специального головного сооружения плп насосной станции. От этого главного канала ответвляются многие второстепенные распределители, и так вплоть до последней канавки пли борозды па поле, пз которой вода впитывается в почву. На разветвлениях каналов ставятся бетонные сооружения — регуляторы, водовыпуски, которые имеют то же назначение, что и крапы в водопроводах.
Рис» 1. Так устроен и действует судоходный шлюз.
Наряду с ороептельнымп каналами бывают каналы осушительные. Система пх, в отлпчпе от оросительных, отводит воду из слишком влажной почвы (см. ст. «Как осушают болота»).
После того как люди научились сооружать оросительные и осушительные каналы, они начали строить и судоходные. Их строят такими широкими, чтобы два больших встречных судна смогли свободно расходиться и достаточно свободно двигаться.
Сочетание искусственных судоходных каналов, сооружений на них п иногда искусственных водохранилищ с участками естественной реки образует водный путь, который называют судоходной системой.
В пашой стране за годы Советской власти построены большие судоходные системы. Например, Беломорско-Балтпйскг*й судоходный путь с девятнадцатью шлюзами и пятью крупными плотинами тянется от Онежского озера до Белого моря на 227 км: канал им. Москвы
ПОКОРЕНИЕ ВОДЫ
* • • —------ I .
длиной 128 км имеет 9 шлюзов, 8 плотин и 5 больших насосных станций.
Лолго-Донскоп канал связывает Черное море с Балтийским и Каспийским. Капал имеет 13 шлюзов и 3 бьефа, ооразовапных плотинами в руслах Волги и Допа. Три мощные насосные станции перекачивают в канал воду из Дова. Суда, покидающие Волгу, поднимаются па водоразделе на 88 м и опускаются к Дону на 44 м (рис. 2):
Чтобы река в половодье не затопила посевы, улицы и дома, из земли делают дамбы о б -в а лова н и я. Опп тянутся иногда иа сотни километров.
Равнинные реки мелеют к осени, образуя множество перекатов — песчаных мелей, через которые не могут проходить суда. Чтобы создать на перекатах нужную глубину, возводят в ы п р а в и т о л ь н ы с с о о р у ж е п и я— дамбы пз камня и хвороста. Опп сжимают русло; ускоряют течение воды и заставляют со углублять дно реки.
Иногда на дне реки прокапывают каналы. Такую работу называют дноуглублением.
Насосная
На берегах морей и оольших озер создаются г а в а п и и пор т ы для стоянки, погрузки и разгрузки судов. В гаванях и порiах строят в о л -• и л о м ы и пирсы для защиты судов от больших волн. Для ремонта и осмотра цодводнон части кораблей строят доки Ото громадные бетонные коробки, в которые через специальные ворота вводится ремонтируемое судно. Ворота закрываются, вода из коробки откачивается. Чтобы судно вывести обратно, док наполняют водой и открывают ворота.
Вот вкратце основные гидротехнические сооружения, которые служат средством покорения воды. Теперь познакомимся с тем, как эти сооружения создаются.
Прежде* чем построить гидротехническое сооружение, составляют его проект. Это — точное изображение сооружения на бумаге. Это также подсчет объема работ, количества материалов, машин, люден и других средств, необходимых для постройки сооружения; это <выбор паилучшего способа и плана постройки сооружения. И прежде всего — это настоящий творческий замысел, как лучше одолеть водную
Шлюз №12
Цимлянское МОРЕ
Дон
Шлюз №11
СТАНЦИЯ Шлюз
р Волга
Шлюз № 3
Шлюз №2
2. С гема Волго-Донского судоходно,, о канала.
Детская энциклопедия, т. 5
Шлюз №7
Шлюз № 5 Шлюз № 6
Карповское водохранилище
Шлюз Nof
НИЛИЩЕ
МОСТЫ
□ 27
Шлюз №4
Шлюз № 1
водохранилище Насосная станция
стихию и заставить ее служить человеку Вода нелегко поддастся обузданию. Она может опрокинуть или сдвинуть тяжелую бетонную плотину, может подмыть ее, может разрушить земляную плотину, если они построены недостаточно надежно. Какое, например бедствие случилось в Южной Франции, когда ночью рухнула огромная плотина Маль-пассе, удерживавшая около 50 млн. лг1 воды! Хлынувшая из водохранилища вода затопила все внизу по реке, разрушила часть приморского города и погубила более 400 человеческих жизнен. Конечно, такого случая нельзя допустить. Но для этого нужно заранее так рассчитать сооружение, чтобы оно было прочным, надежным и способным противостоять всяким случайностям.
Чтобы можно было так запроектировать надежное и, конечно, наиболее дешевое и полезное сооружение, нужно многое изучить и много знать. Нужно изучить реку, на которой строится сооружение, ее мощность и характер, или, как говорят, ее гидрологический режим. Нужно сиять точные планы места, где сооружение должно быть расположено, и разведать геологию этого места, т. с. знать на достаточную глубину грунты под сооружением, пх характер и особенности. Совершенно по-разному рассчитываются и ставятся сооружения на скале, глине плп песке. II на песке можно построить большое сооружение — нужно только овладеть необходимыми знаниями и правильно произвести технические расчеты.
Гидротехнические сооружения большей частью своего тела бывают погружены в землю и воду. Когда плотина, плп гидростанция, или судоходный шлюз построены и введены в действие, мы видим над водой плп с поверхности земли в лучшем случае одну треть пх. Как правило, эти сооружения строятся в глубоких котлованах. В редких случаях котлован остается сухим. Чаще всего в него снизу и сверху поступает вода, которую приходится непрерывно откачивать, пока нужно класть бетон илп вестп другие работы.
А что делать, если плотину или целый гидро узел нужно строить прямо в реке, как и строится большинство крупных гидроузлов на наших реках? Ведь реку нельзя остановить. 1асто нельзя на пей даже временно останавливать
Рис. 3. И а гидротехническом строительстве работают машины.
Сверху вни.г. экскаватор «прямая лопата»»ссыпает вынутый грунт в авгосамосвал, бульдозер разравнивает .грунт, шагающий экскаватор драглайн разрабатывает выемку для будущего хавала, многоковшовый экскаватор производит планировку откосов канала.
судоходство.
В этом случае обычно поступают следуют образом. Место под котлован на час in ^)еЬП'к)Т трети до половпны ее ширины, огоражива временной глухой плотиной, называемой* т р
ПОКОРЕНИЕ ВОДЫ
Вод о X РА НИЛИЩЕ
Здание ГЭС
Земляная плотина
|IUUlllllllllllllllllllUJ|lUlirilllllJIIIIII|lll|llllllll
IfflllldlllllHIIIIlUUlllllllU'
Судоходный канал
Высокий (коренной) БЕРЕГ
Остров
Низкий (ПОЙМЕН-ЫЙ) БЕРЕГ
и т с л ь и о й пере м ы ч к о й. Другая часть реки, называемая прораном, остается свободной. Внутри перемычки идут строительные работы. Когда внутри перемычки сооружение закончено настолько, что на дне котлована делать больше нечего п все оставшиеся работы можно вести над водой, перемычку разрушают. Бывает, что возводятся не одна перемычка, а сразу две — у правого п левого берегов (рис. 4).
По окончании работ за перемычками остается закрыть проран, т. е. перекрыть реку глухой плотиной.
Когда глухая земляная часть плотины отсыпана до полной высоты, заделывают все временные отверстия в сооружении, закрывают п водосливные пролеты щитами, затем начинают поднимать подпор на плотине п накапливать воду перед ней. Так образуется искусственное море — водохранилище.
Если нужно строить плотину на узкой реке, то иногда приходптся ее искусственно отводить в сторону, т. е. обводить вокруг места постройки по каналу пли туннелю.
Как видите, чтобы построить гидросооружение, приходится не только возводить само сооружение, но п выполнять много вспомога-
Шлюзь1
Водосливная бетонная ПЛОТИНА
Судоходный КАНАЛ
Hiiliiiin'iiiiiiiiii' uiuiub1 ив in hi' iinnn|V
Наплавной moot
Здание ГЭС
Водосливная
ПЛОТИН
Hiii. 4. Вверху — общий, вид гидроузла. И а рисунках показаны этапы его строительства: .7" место, избранное для сооружения плотины (створ гпдро-пт-2- 2 — земснаряды насыпали две перемычки, вода из них
ткачана. возводятся здание ГЭС и водосливная плотина, лавппйТ затоплен, а проран начинает суживаться насыпью земляной плотины; 4 — в проране наведен нап-
и стпоятгп камснь 11 бетонные кубы, чтобы закрыть реку наглухо; прорыт судоходный канал
>Д одиые шлюзы .> идет доделка водосливной плотины и монтаж водяных турбин и электрогенераторов
в здании ГЭС; 6 все основные сооружении закончены। идет наполнение водохранилища.
тельных’работ, таких, например, как позволение перемычек, откачка больших масс воды из котлованов, постройка временных дорог, мастерских, рабочих поселков и т. и.
При строительстве гидроузлов и отдельных гп <росооружеянй приходится выполнять очень большие и самые разнообразные работы: выемки и насыпи земли, кладку из камня и бетона, изготовление и монтаж всевозможных конструк-цнйфпз стали, установку машин и механизмови многое другое.
“На Вол го-Доне только по первой очереди строительства произведено выемок и насыпей 174 млн. №, уложено бетона и железобетонных конструкций почти 3 млн. м , установлено металлоконструкций и механизмов 57 тыс. Г. На гидроузле Волжской ГЭС им. В. И. Лепина сделано выемок и насыпей —183 млн. лН, уложено бетона —7,3 млн. м , смонтировано металлоконструкций п механизмов — 140 тыс. Т. Выполнить такие объемы работ без машин и механической энергии немыслимо.
Теперь 90—99% земляных работ выполняется только с помощью специальных снарядов и машин.Их приводит в действие электричество, горючее плп пар. Лпшь незначительная доля работ выполняется вручную.
Основные машины, с помощью которых строптели-гпдротехники выполняют земляные работы на своих сооружениях — роют выемки
и отвозят грунт, срезают поверхность и передвигают грунт, роют п перебрасывают грунт, зачищают откосы,—это различные экскаваторы, бульдозеры, скреперы, планировщики (рис. 3).
Намываемая насыпь
Для возведения больших насыпей и земляных плотин часто пользуются землесосами (рис. 5) Через хобот с помощью мощного насоса они засасывают со дна смесь воды с грунтом — пульпу. По длинным трубам — пульповодам — эта смесь передается на возводимую насыпь. Такая операция называется г п д poll а м ы в о м.
1 идронамывом созданы земляные плотины Цимлянского, Куйбышевского и многих других крупных гидроузлов.
Дно реки углубляют с помощью землечерпалок. Грунт от них отвозят в особых баржах-шаландах и сваливают в глубокое место. У этой баржи в дне открываются большие люки, через которые и вываливается грунт (рис. 6).
Иногда грунт разрабатывают с помощью мощной струи воды, подаваемой гидромониторе м. Отдельные гидромониторы могут давать струю воды такой силы, что разрушается даже скала.
В гидротехнические сооружения укладываются тысячи и даже миллионы кубометров бетона. Эти работы также выполняются только с помощью машин.
Чтобы заготавливать такие количества бетона, па строительстве организуется бетонное хозяйство и строятся автоматизированные бетонные заводы, которые непрерывно готовят бетонную смесь. К заводу по железной дороге или по реке подвозят материалы для бетона; цемент, песок, щебень. Готовая бетонная смесь отвозится на место укладкп в больших бадьях, которые подхватывают краны и передают в блоки.
Каждое большое бетонное сооружение бетонируется частями-блоками, которые образуются с помощью деревянной пли металлической опалубки.
Теперь начинают строить гидротехнические сооружения из сборного железобетона.
В гидротехнических сооружениях применяют много металлических конструкции и машин. Это большие щиты и затворы, подъемные лебедки и краны, мостовые перекрытия, перила, мачты, гидротурбины и генераторы и целый ряд других механизмов, которыми оборудуется строящаяся 1 ЭС.
Все это привозится готовым*1 частями с заводов, собирается п
устанавливается на месте.Эту операцию называют монтажом.
Наша страна — страна самого большого гидротехнического строительства.
Когда в 1932 г. вступил в строй Днепрогэс, он был самой крупной гидростанцией в Европе. Но Волжская 1 ЭС им. В. И. Ленина и Сталинградская ГЭС намного превосходят Днепрогэс.
II это сегодня. А завтра? Завтра на могучих реках Сибири будут воз- чЕРП^й двпгнуты Братская 1 ЭС на Ангаре, Красноярская ГЭС на Енисее. Нижне-Обская ГЭС на Оби и много других гидроузлов и гидростанций, призванных пепел ьзов а т ь непс черпаем у ю мощь сибирских и даль- .
Рис. и. Землечерпалка углубляет, дпо канала. невосточных рек.
А на Волге уже запроектированы Чебоксарская, Нижне-Камская ГЭС. На Днепре построены Каховская и Кременчугская ГЭС. Проектируется еще много других гидростанций.
Разрабатывается проект переброски воды рек бассейна Белого моря в систему Волги и ее притоков. Это остановит понижение уровня Каспийского моря и оживит большие пустыни вокруг него.
Большой Каракумский капал подает воду Аму-Дарьи в безводную пустыню Каракумы, в долины рр. Мургаба п Теджена и дойдет до Каспийского моря. Множество
Машинное ОТДЕНЕиие
Дно реки
Бар ж и - ш АЛАН ды ДЛЯ г РУНТА
оросительных систем превратит засушливые степи и пустыни в цветущие, зеленые районы.
Запасы водной энергии на наших реках неисчерпаемы. Необходимо решить грандиозные гидротехнические задачи, чтобы еще лучше покорять воду, заставпть се служить нуждам человека. Это предстоит делать молодой смене.
Покорение воды — великое и увлекательное дело. Но чтобы справиться с ним, надо много знать и много работать. Вода покоряется только умелым п настойчивым.
НОВЫХ
МАШИНЫ-СТРОИТЕЛИ
Ца всей территории нашей огромной страны идет грандиозное, невиданное но своему размаху строи гельегво. Сооружаются гигантские электростанции, плотины и каналы, прокладываются автомобильные и железные дороги, растут корпуегт новых заводов, фабрик и жилых домов, шагают через широкие разливы рек бетонные устои огромных мостов, тянутся через леса и поля тысячекилометровые трубы нефте- п газопроводов, загораются огни вад копрами новых шахт и рудников.
И везде—па всех этих бесчисленных стройках работает огромная армия машин. Они заменяют тяжелый, малопроизводительный ручной труд,
облегчают, ускоряют и удешевляют строительные работы на самых разнообразных участках.
СТАЛЬНЫЕ ЛЕСОРУБЫ II ЗЕМЛЕКОПЫ
Мы уже знаем, что перед началом любого строптельства нужно подготовить площадку: очистить се от деревьев и кустарника, удалить пни, корпи и крупные камни. Всю эту работу выполняют теперь машпны—кусторезы, древовалы п корчеватели пней.
К у с т о р ез установлен на гусеничном тракторе. По форме своей он напоминает
Рис. 1. Экскаватор
и бульдозер на тракторе «Беларусь».
судоходных и магистральных оросительных каналов.
Строительство аэродромов, стадионов, улиц и площадей новых городов начинается с п л а н и р о в к и, т. е. срезки грунта на возвышенных местах засыпки низин и выравнивания площадки.
Самые распространенные машины для земляных работ — механические лопаты—э к с к а-в а т о р ы. Они бывают одноковшовые и многоковшовые. На стройках обычно применяются
утюг, к нижнему краю которого прикреплены ножи. Продвигаясь по участку, трактор с кусторезом срезает деревья и кустарники и укладывает их по обе стороны создаваемого нм прохода. Он сразу срезает березу толщиной в 20 — 22 см или сосну толщиной в 25— 30 см. За восемь часов работы кусторез может очистить до 6—8 га.
После кустореза на площадке остаются ппн и корни срезанных кустов и деревьев. Пх удаляют корчевателем или корчевателем-собирателем. Называют эту
машину так потому, что опа не только удаляет из почвы пни и корни, по еще собирает их п вывозит с площадки.
После того как площадка очищена и подготовлена, приступают к земляным работам. Они очень разнообразны. При строительстве здания роют котлован для фундамента и подвальных помещений. При прокладке труб газопровода роют траншеи. При постройке железной пли автомобильной дороги сооружают земляное полотно Особенно большой объем земляных работ приходится выполнять при прокладке
Рас. 2. Корчеватель-собиратель на гусеничном тракта ре.
одноковшовые экскаваторы.
Основной технический показатель экскаватора — емкость ого ковша, измеряемая в кубических метрах. Самый маленький отечественный экскаватор установлен на колесном тракторе «Беларусьа (рис. 1). Емкость его ковша 0,2 м3. На строительствах чаще всего встречаются экскаваторы с ковшами емкостью в 0,5 —Зл13 (см. рис. па стр. 418).
Широкую известность получил шагающий экскаватор-гигант ЭШ-14/65, прославившийся на строительстве Волго-Донского судоходного канала им. В. II. Ленина. Сейчас создан более
мощный экскаватор с ковшом емкостью 35 л3. Вес этого гиганта—2800 Т. Для его перевозки нужно около ста железнодорожных платформ— целый состав! (См. рис. на стр. 38.)
Экскаваторы разделяются на три основные группы:
Группа Тип Емкость ковша в .w3 Вес в Т Основная область применения
Малые Универ- сальные ДО 2 до 30 Работы на строительство
Средние Скальные 2—6 до 150 Погрузка взорванного камня в карьерах
Крупные Вскрышные 6—40 600 3000 Горные работы
На строительстве распространены главным образом у и п в е р с а л ьпыс экскаваторы. Опп названы так потому, что могут работать с различным сменным оборудованием. Передвигаются экскаваторы на колесах и гусеницах или же шагают с помощью специального оборудования; пх устанавливают н на понтонах. На ходовой части одноковшового экскаватора — колесной! пли гусеничной — установ-
МЛ ШИПЫ-СТРОИТЕЛИ
лена платформ<1, которая может поворачиваться на 360 на кольце, лежащем на ходовой рамс. В передней части ее находится стрела; се положение можно изменять, увеличивая или уменьшая угол наклона. На стреле закреплена шарнирная рукоять с ковшом. Рукоять выдвигается вперед или убирается под действием напорного устройства. На поворотной платформе установлены все основные механизмы машины: лебедки подъема стрелы и подъема ковша, напорный и поворотный механизмы. П р я м а я лопата разрабатывает забой, расположенный выше опорной плоскости экскаватора, а обратная лопата — забой, расположенный ниже опорной плоскости (см. рис. на стр. 383 и 418).
На массовых земляных работах все большее распространенно получает экскаватор с рабочим оборудованием драглайна. Оно удобно тем, что экскаватор при нем имеет длинную стрелу и может подавать грунт либо на транспортные машины, либо непосредственно в отвал или земля нос соо р ужен и е.
Прп работе многоковшового экскаватора, получившего название машины непрерывного действия, цепь с прикрепленными к ней ковшами все время медленно движется. Одновременно — тоже очень медленно, но непрерывно — движется и сам экскаватор.
Для земляных работ иногда применяется р ы х л и т е л ь. Он разрыхляет очень плотный грунт перед тем, как его начнут срезать и удалять землеройные машины.
Без б у л ь д о з е р а па колесном тягаче или на гусеничном тракторе не обходится теперь ни одна стройка. Он валит деревья, корчует пни, разравнивает площадки, засыпает траншеи, самостоятельно насыпает невысокое полотно автомобильной или железной дороги. Оборудование бульдозера можно установить па любом тракторе, начиная с легкого колесного мощностью 14 л. с. п кончая гусеничным гигантом в 300 л. с.
Рис. 3. Самоходный скрепер с ковшом емкостью 10 м\
ТЕЛЕВИЗОР ПА ПОДЪЕМНОМ К РА НЕ
Телевизоры помогают управлять башенным подъемным крапом. Передающая телевизионная камера установлена высоко на кране. Глядя на экран приемной части установки, машинист может легко и быстро управлять работой крана на расстоянии. Причем один оператор в состоянии управлять несколькими крапами.
С помощью бульдозера молено перемещать грунт на расстояние не более 80—100 м. Л чтобы перемещать грунт па большие расстояния (от 100 до 500 л/), применяют и р и ц е п и ы е скреперы. Если же необходимо перебрасывать грунт па расстояние от 500 до 3000 м, лучше всего использовать самоходные скреперы. Скрепер срезает грунт слоями толщиной 0,2—0,3 лг, наполняет нм доверху свой ковш, затем сам перевозит его, выгружает и разравнивает (рпс. 3). Характерный
Рис. 4. Мощный трехосный автогрейдер. ’
технический показатель для скрепера, как и для экскаватора,— емкость его ковша. У самого малого скрепера ковш емкостью 1,5— 2 м3, у самого большого—25—40 м3.
В последние годы все большее распространение получают землеройные машины непрерывного действия. Одна пз них — грейдер-элеватор с дисковым ножом или с плоскими ножами. Двигаясь, ножи непрерывно срезают грунт, который потоком поступает на транспортер, а с него ссыпается в автомобили-самосвалы плп непосредственно в земляное сооружение.
А в т о г р е й д е р — машина, которая в ближайшие годы будет изготовляться у пас в большом количестве. Наряду с бульдозером это
самая необходимая на строительстве дорог машина. С ее помощью прокладывают грунтовые дороги, разравнивают или перемещают грунт, выполняют планировочные и профилировочные работы, а зимой убирают снег да автострадах (рис. 4).
Основной рабочий орган автогрейдера— отвал. В отличие от отвала бульдозера его можно вынести в сторону, повернуть (в плане) на 360 \ наклонить, т. е. поставить под любым углом к горизонту.
ВОДА-СТРОИТЕЛЬ
На строительстве и в горном деле широко применяется гидромеханизация, г. е. разработка грунта и транспортировка его потоком воды. Быстро движущаяся вода размывает грунт и несет его во взвешенном состоянии. На месте укладки грунта скорость движения воды замедляется, частицы грунта оседают на дно, а вода уходит.
Гидромеханизация земляных работ увеличивает производительность труда, обеспечивает высокое качество возводимых сооружении. Но ее выгодно применять, когда есть много воды, дешевая электрическая энергия и песчаный грунт.
Рис. 5. Машины для уплотнения насыпного грунта при постройке земляного сооружения:
« — падающая илига. подвешенная на стреле экскаватора (или крана). (5 — гладкий каток, прицепляемый к трактору; в —кулачковый каток; г — самоходный каток на пневмошинах.
40 млн. м" земляных работ на прок ладкс Волго-Донского канала и более 100 млн. на строительстве Куйбышевской и Сталинградской ГЭС выполнены плавучими земснарядами. Производительность такого снаряда от 200 до 1200 Л13 в час, причем грунтов может перемещать по трубам на расстояние от 2 <о 4 км (см. рис. на стр. 420).
Плавучие земснаряды используются Не только на строительстве сооружений, но н для добычи песка и погрузки его па баржи или в вагоны.
Как же работает эта замечательная машина?
Земснаряд опускает на дно реки свой длинный хобот. На конце хобота — мощная стальная фреза, которая, все время вращаясь, разрыхляет грунт, смешивая его с воден. Образуется пульпа, которая засасывается хоботом, а затем по лежащим на понтонах трубам перекачивается к тому месту, где возводится земляное сооружение. Здесь вода стекает, а грунт плотно ложится в тело будущей плотины плп насыпи.
При «сухопутной» гидромеханизации вода под давлением подается к монитор у, который мощной струей размывает грунт. Этот грунт с водой засасывает машина-землесос и по трубам, уложенным на поверхности земли, подаст к стройке.
Всякое земляное сооружение должно быть достаточно прочным. Поэтому рыхлый насыпной грунт необходимо как следует уплотнить. Для этого его укатывают гладкими пли кулачковыми металлическими катками или катками на пневматических шипах, трамбуют тяжелыми падающими плитами, подвешенными на крюке крана или экскаватора (рис. 5). или специальными трамбовочными машинами с большим числом попеременно ударяющих пльп или уплотняют вибрационными машинами.
КАМЕННЫЕ ЗАВОДЫ И МЕЛЬНИЦЫ
Для промышленного и гражданского строительства, сооружения железных дорог и автомагистралей, постройки электростанций, плотив и многих других работ требуется огромное количество крупного камня, щебня, гравия и песка.
Материалы эти не везде встречаются в природе в готовом виде. Поэтому часто их приходится приготовлять искусственно.
В каменных карьерах взрывают горную породу. После взрыва мощные экскаваторы раз
бирают породу и грузят камень и автосамосвалы большой грузоподъемности или и железнодорожные полувагоны. Камень доставляют на дробильный завод, где его дробят до требуемых размеров.
В тех случаях, когда нужно получить каменный материал мелких размеров, последовательно производят первичное, а затем вторичное дробление, а при необходимости — и помол. При первичном дроблении применяют щековые дробилкп, а при вторичном — валковые, конусные или молотковые.
Самое мелкое дробление каменных пород и приготовление так называемого минерального порошка производится на шаровых мелышцах. Такой минеральный порошок необходим, например, при постройке асфальто-бетонных покрытий автомобильных дорог. Ведутся опыты по дроблеппю твердых пород под водой с помощью мощных искровых разрядов.
После дробления каменный пли гравийный материал сортируют по степени крупности на отдельные фракции. Для сортировки употребляют металлические сита, решета или к о л о с и и к о в ы е решетки. Все они имеют разные размеры отверстий — ячеек. Эта операция называется грохочением, а машины, применяемые здесь, грохотами.
Щебень, гравий и песок надо тщательно очистить от глины и других примесей, ухудшающих качество бетонной смеси или раствора, а также балласта, идущего па дорожное строительство.
При небольшом загрязнении каменного материала его очищают на грохоте; при среднем загрязнении — в струе воды на плоском или барабанном грохоте; сильно загрязненный материал очищают в специальных машинах — гравиемойках и пескомойках.
На больших стройках, таких, как Волго-Донской канал, Куйбышевская и Сталинградская ГЭС, обычно специально создают крупные камнедробильные и сортировочные заводы.
На крупных стройках сооружают большие автоматизированные бетонные заводы с высокой производительностью. Отсюда к месту работ бетон перевозят в специальных ковшах или подают по трубам с помощью особых насосов.
При изготовлении цементных растворов для каменной кладки и штукатурных работ применяют растворомешалки.
Многие детали бетонных и железобетонных конструкций делают теперь не на стройке, а на заводах сборного железобетона.
Когда материалы для приготовления сборного железобетона прибывают на завод, их разгружают пневматическими устройствами в приемные буи к е р ы. Затем ленточные транспортеры подают со склада гравии и песок в бункера бетоносмесительного цеха и в бетономешалку.
Металл, необходимый для изготовления стальной арматуры, поступает со склада. В специальных ваннах его очищают от ржавчины, а потом протягивают па волочильном станке, чтобы уменьшить его толщину до требуемых размеров. На правильно-отрезном станке металлические стержпп режут на куски определенном длины; на гибочном станке стержням придается необходимая форма. Затем сварочным автоматом их сваривают между собой.
Формуют железобетонные изделпя на кату-чих металлических поддонах или формах-вагонетках. Одна за другой они движутся по конвейеру. Здесь бетой укладывается в формы п уплотняется на впброплощадке, которая дает 2,5—3 тыс. колебаний в минуту. Затем вагонетка попадает в туннельную печь, в которой форма в течение нескольких часов подвергается термической обработке паром, нагреваясь до 70— 80 . После этого изделие извлекают из формы и отправляют на чистовую обработку на шлифовальные станки и дробеструйные аппараты.
МАШИНЫ СТРОЯТ ДОРОГИ
На строительстве автомобильных дорог применяют самые разнообразные машины, облегчающие п ускоряющие труд рабочих.
Магистральные дорогп строятся па прочном цементно-бетонном пли щебёночном основании с асфальто-бетонным покрытием.
Для приготовления асфальто-бетонной массы применяется смеситель. Он состоит из двух основных устройств: сушильного и смесительного. Песок и щебень в требуемых пропорциях поступают в сушильный барабан, в котором их сушат п нагревают горячими газами. Затем с помощью элеватора его подают на вибрационный грохот, который разделяет материал на три фракции. Каждая фракция поступает в соответствующий отсек бункера и взвешивается прп дозировке отдельно. Мешалка перемешивает горячпй щебень и песок сначала с минеральным порошком, а затем с горячпм битумом. Полученную смесь грузят в автосамосвалы и отправляют на стропку.
Укладка асфальто-бетонной смеси — одна из самых трудных и ответственных операций
в дорожном строительстве. Прежде смесь укладывали вручную; теперь это делает специальная машина — самоходный а с ф а л ь-т о у к л а д ч и к. Он на ходу принимает битумную массу из самосвала в свой бункер. Скребковый транспортер распределяет ее по ширине дорожного основания. 1 ут же трамбующий брус машины предварительно уплотняет асфальто-бетонную массу, а тонкий стальной лист с шлифованной поверхностью — выравнивающая плита — окончательно выглаживает ее.
Вслед за укладчиком идут моторные к а т к и. Они 25—30 раз проходят взад и вперед но одному месту и придают покрытию дороги совершенно ровную поверхность.
Если покрытие имеет большую ширину, асфальтоукладчик выкладывает асфальто-бетонную массу несколькими параллельными полосами.
Наиболее усовершенствованные современные дороги строят на цементно-бетонном основании. Г1 акие дороги долговечны и могут практически выдержать неограниченно большое движение различных автомобилей, даже самых
тяжелых самосвалов.
Для укладки и отделки цементно-бетонного дорожного покрытия существует особая машина — самоходный бетон ораспреде-л и т е л ь. Он принимает цементно-бетонную смесь от самосвалов и распределяет
Зубчатый редуктор
Канатный барабан
Тормоз
Элек гро-двигатепь
Рис. G. Электрическая лебедка, широко распростра-
ненная на строительстве.
ее по ширине дороги. Передвигается он по рельсам, которые называются р е л ь с - ф о р-м а м и. Они служат не только для движения но ним машин, но и для придания формы боковым граням бетонной полосы, выстилаемой в качестве основания дороги. По этим ясе рельс-формам движется и б е т о н о от дело ч на я машина. После того как бетон распределен по всей ширине дороги, она выравнивает и уплотняет его.
На дорожные покрытия идут вяжущие материалы органического происхождения, главным образом битум, обладающий высокими склеивающими качествами.
Битум быстро густеет при остывании. Поэтому перевозят его в специальных цистернах, внутри которых устроены змеевики. Когда битум нужно вылить из цистерны, по этпм трубам пропускается горячий пар. Привезенный па базу битум хранится в биту-мохранилищах, тоже обогреваемых паром. По мере необходимости битум подают непосредственно к смесительным асфальто-бетонным установкам пли наливают в а в т о г у д poll а т о р ы.
Автогудронатор — это машина, которая перевозит битум и нагревает его, а затем распределяет в горячем состоянии по дороге. Автогудропаторы применяют при постройке упрощенных дорожных покрытий методом «смешения на дороге». Разрыхленный на дороге грунт заливается горячим битумом, перемешивается с ним, разравнивается п укатывается. Такой быстрый и упрощенный способ постройки автомобильных дорог получит широкое распространение в сельскпх местностях.
МАШИНЫ ЗАБИВАЮТ СВАИ
В практике строителей часто бывают случаи, когда по тем или иным причинам нм приходится возводить различные сооружения ira слабом, непрочном грунте. Чтобы укрепить его и придать прочность основанию сооружения, в грунт перед началом строительства забивают сваи — деревянные, стальные, бетонные или железобетонные стержни, в зависимости от размера и тяжести возводимого сооружения.Для защиты основания от подмыва водой в грунт забиваются специальные сваи, образующие шпунт — непрерывное ограждение в виде стенки. В грунт сваи погружают при помощи забивки, ввинчивания, вибрации пли под-мывки его струей воды. Для забивки сваи ос ь
специальные механизмы — копер, или свайный молот.
В последнее время получил распространение способ погружения свай в грунт путем ввинчивания. Для этого применяют особые сваи, состоящие из металлического или железобетонного ствола с одной пли несколькими винтовыми лопастями. Ввинчивают их кабестаном.
Значительное распространение получил за последнее время также впброударныи способ погружения с помощью специального вибромолота. Легкое оборудование и малые затраты энергии делают этот способ эффективным.
МАШИНЫ ПОДНИМАЮТ И ПЕРЕНОСЯТ ГРУЗЫ !
С давних времен наиболее трудной и малопроизводительной работой считалась переноска и переброска с места на место, вверх или вниз массовых и тяжелых грузов.
Еще совсем недавно, например, кирпичи на стройке переносили и поднимали на леса специальные рабочие — козоносы. Уложит такой козонос кирпичи в особый деревянный ящик — козу, взвалит его на спину и лезет по строительным лесам на самый верх, где трудятся каменщики.
Железнодорожные вагоны тоже совсем недавно нагружали и разгружали вручную рабочие-грузчики.
Геперь эту работу выполняют подъемно-транспортные и погрузочные машины, целиком заменяющие тяжелый физический труд тысяч люден.
Подъемно-транспортные машины, применяемые па строительстве, очень разнообразны. К ним относятся: грузоподъемные машины (лебедки, крапы и подъемники); конвейеры (ленточные, пластинчатые, винтовые, цепные, подвесные п ковшовые); канатно-подвесные дороги; пневматический транспорт; погрузочные п разгрузочные машины.
Основа гру юподъемного механизма — это обычно барабан, на который намотан стальной канат. При подъеме груза канат наматывается на барабан, при опускании разматывается. Для увеличения грузоподъемности грузовой крюк У подъемного крапа подвешивается нс па одной ветви каната, а на нескольких. Такое устройство называется блочным полиспастом. Чтобы удержать груз на высоте прп выключенном моторе, на одном пз валов устанавливают тормоз.
Рис. 7. Электрическая таль передвигается по двутавровой балке.
Барабан с приводом, применяемый как самостоятельный механизм, называется лебедкой (рис. G). Очень компактная лебедка, подвешенная неподвижно плп установленная па однорельсовой тележке, называется талью (рис. 7).
С помощью крана можно перемещать груз
в нескольких направлениях.
Грузоподъемный механизм мостового крана поднимает груз. Затем тележка вместе с грузом передвигается ио мосту крана, а сам мост с тележкой и грузом в свою оче редь не род вигастся но подкрановым путям, проложенным па степах или колоннах здания (рпс. 9). Баше н-н ы и к р а н строительного типа движется по рельсам, проложенным
Рис. 8. Многочелюстной грейфер для захвата щебня, камней, руды.
Зубчатый редуктор
ТЕЛЕЖКА
Механизм
ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
_ КабинА крановщика
Крюковая подвеска
поднимается ими ца необходимую высоту, а затем под Действием собственного веса или цсптрооежной силы выгружается. Ковшовые элеваторы применяют главным образом 11а камнедробильных и бетонных заводах.
Часто бывает необходимо перемещать мелкие материалы по горизонтали на небольшие расстояния. Для этого употребляют винтовой транспортер — ш н е к, состоящий из желоба с полукруглымдии-щемивинта с лопастями, нано-мина ющего винт мясорубки.
На современных автозаводах, а также в сборочных цехах других промышленных предприятий можно встре-
Рис. 9. Мостовой электрический кран. Применяется на машиностроительных заводах, на заводах и складах железобетонных изделий.
вдоль строящегося здания. Стрела крана вместе с грузом может поворачиваться вокруг башни на 360 . У многих строительных крапов по стреле передвигается тележка с грузом.
Конвейеры — это машины непрерывного транспорта. Они широко распространились в самых различных производствах. У каждого конвейера есть приводная станция, тяговые и несущие органы, натяжное устройство и станина, т. с. рама, на которую ог опирается. Конвейеры называют стационарными, когда они закреплены на одном месте, и передвижными, или разборно-звеньевыми, когда их можно перебрасывать с одной стройплощадки на другую.
У некоторых конвейеров, например л е и -точи ы х, тяговый орган одновременно и несущий. Несущим и тягивым органом такого конвейера служит широкая лепта, изготовленная из нескольких слоев резины и ткани.
Для непрерывного подъема по вер гикали сыпучих грузов применяют к о в ш о в ы й э л е-в а т о р. Сыпучий материал поступает сначала в его нижнюю приемную часть, где захватывается ковшами, прикрепленными к движущейся непрерывно цепи или к широкому ремню, и
тить цепные подвес-
и ы е конвейеры, а также мощные сборочные и специальные литейные.
Эскалатор метро — тоже конвейер.
Подъезжая к цементному заводу, мы впдпм, как по канату, подвешенному на столбах, движутся вереницей, одна за другой, небольшие вагонетки, которые везут на завод добываемый в карьере материал. Это к а и а т и о-п о д-весная дорога. На подвешенном к сюл-бам канате на колесах с желобками движутся вагонетки, влекомые другим, тяговым канатом. Канатно-подвесные дороги строят в горах над ущельями, над водным пространством п т. п. В местах, где канатно-подвесная дорога проходит над шоссе или населенной местностью, под ней на значительной высоте подвешивают прочную сеть. Этим обеспечивается безопасность па тот случай, еелп вагонетка почему-либо сорвется с каната и упадет.
Мелкие кусковые, сыпучие п пылевидные материалы — цемент, угольная пыль, древесные опилки и др.- удобно перемещать с места на место с помощью и и е в м а т и ч е с к о-го транспорта, т. е. в потоке движущегося воздуха. Таким способом материалы можно перебрасывать по горизонтали на ряс стояние до 1500 — 1800 .и, а по вертикали до 100 м.
Mt ft а н с п о fi iii a
ыйдем к железнодорожной линии и посмотрим вдоль нее — перед нами расстилается полотно железной дороги. Нс случайно оно так называется, — мы
видим широкую, ровную полосу земли, по которой уложены рельсы, далеко убегающие в обе стороны. Железнодорожный путь должен быть ровным, пологим, иначе локомотив не сможет вести за собой тяжелый поезд. Поэтому главные железные дороги — магистрали — па обширных равнинах нашей страны строят так, чтобы крутизна подъемов и спусков на протяжении всего пути была небольшой. На многих наших магистралях она не превышает 9м на каждые 1000.4 пути,— или, как говорят железнодорожники, не
ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА
больше 9 тысячных. Но немало железных дорог построено с еще меньшими подъемами и спусками—6, а то п 4 тысячных. Какое это имеет значение, мы поймем, если узнаем, что на подъем 4 тысячных локомотив может вести поезд почти вдвое более тяжелый, чем на подъем в 9 тысячных.
Как же строят железную дорогу? Когда принято решение о постройке железной дороги, надо сперва наметить па карте, где пройдет ее линия, ее трасса. Поверхность земли неровная, пересечена оврагами, холмами, реками. 1 рассу железной дороги намечают на карте так, чтоб она проходила между соединяемыми ею городами по возможности по прямой. Известно, что железная дорога Москва—Ленинград
Рис. 1. Так устроен железнодорожный путь.
построена почти строго но прямой. Но в большинстве случаев даже в равнинной местности приходится обходить высокие холмы пли глубокие овраги, озера или болота. Кроме того, нужно, чтобы железная дорога заходила в города и поселки. Вследствие этого приходится отклоняться от прямой линии. Когда трасса железной дороги намечена па карте, проектировщики выезжают па место и проходят с землемерными инструментами по всей намоченной линии, чтобы уточнить трассу железной дороги и окончательно ее установить.
Теперь можно начинать строительные работы. Для того чтобы полотно железной дороги построить ровным, пологим, надо возвести •в низинах насыпи, прорезать возвышенности выемкамп, построить мосты через реки и виадуки, через оврагп. Чем более пологим должен быть железнодорожный путь и чем неровнее поверхность земли, тем больше нужно земляных и строительных работ, тем выше насынп, глубже выемки, больше мосты, тем дороже и постройка. Но даже в равнинной местности
для строительства железной дороги ну ясно вырыть и перевезти с места па место очень . мно-го земли, камня, привезти материал для м<л-тов. Поэтому при постройке железной дороги широко применяют землеройные машины — экскаваторы, скреперы, а также самосвалы и другие средства транспорта. Насыпи нужно строить так, чтобы они не осели. Надо их уплотнить и укрепить откосы камнем и дерном а для отвода воды у подошвы насыпи прорыть канавы. Там, где железнодорожный путь проходит в выемке, надо также укреплять откосы и устраивать канавы — кюветы для отвода воды (рис. 1).
Трудно и сложно строить мосты, особенно большие. Мосты строят пз металла, железобетона, камня, дерева. В настоящее время чаще всего возводят металлические и железобетонные мосты. Если речка узкая, то строят береговые опоры и устанавливают на них пролетное строение — стальные плп железобетонные балки. Если же река широкая, то, кроме береговых, приходится возводить промежуточные опоры (быки), фундамент которых уходит в русло реки, и устанавливать несколько пролетных строений. На современных больших мостах пролетные строения часто делают в виде металлических плп железобетонных арок, на которые опирается проезжая часть моста. Ведь под тяжестью проходящего поезда сильнее всего прогибается средняя часть пролетного строения между опорами. Арка позволяет лучше противостоять прогибу средней частп пролетного строения (рнс. 2, 3). Металлические пролетные строения легче железобетонных, по на них пдет много стали, пх нужно делать на металлургическом заводе
Рис. 2. Железнодорожный мост из металлических пролетных строений^ устаное ленных на опорах — быках.
п привозить издалека. Кроме того, приходится пх часто красить, чтоб защитить от ржавчины. Железобетонный мост тяжелее, но его можно делать на месте п красить не надо. Поэтому в последнее время строят все больше железобетонных мостов.
Гам, где железная дорога должна пересечь высокую гору, строят тоннели. Для сооружения тоннеля в мягких породах применяются специальные проход-
ческие щиты, медлен ио передвигающиеся но трассе будущего тоннеля но мере того, как онь выбирают грунт впереди (рис. 4). С помощью щита стены тоннеля облицовываются каменными, чугунными или железобетонными плитами, и в нем прокладывается рельсовый путь. Когда тоннель сооружается в каменных породах, приходится применять взрывные работы, с помощью ко-
Рис. 3. Железобетонный мост.
торых пробиваются скалы, а затем удаляется каменная порода до полного профиля тоннеля.
Проходческие щиты применяются и при сооружении в крупных городах подземной железной дороги — метрополитена. Трамваи, троллейбусы, автобусы, пешеходы переполняют улицы. В тоннелях метро поезда могут идти без всяких помех и очень часто — каждые 1 — 2 мин.; п это позволяет перевозить такое огромное количество пассажиров, с которым не справился бы никакой иной городской транспорт.
Земляное полотно и мосты называются
и и ж н п м строе п нем пут и. Оно служит основой верхнего строения пути—рельсов, шпал и балласта.
Рельсы прокатываются из стали на металлургических заводах. Посмотрим па рельс с его торца (конца). Поперечный профиль рельса состоит пз головки, по которой катятся колеса локомотивов и вагонов, высокой шейки и широкой подошвы, которые вс дают рельсу изгибаться вниз и в
есть выступ — г р е б е п ь. Он не дает колесу сойти с рельса наружу. Сойти с рельсов внутрь рельсового пути колесу мешает гребень другого колеса топ же колесной пары.
Вес локомотива пли вагона создает нагрузку на колесо, а через него — па рельс. Поэтому при движении подвижного состава между колесом и рельсом возникает сила трения (сцепления), п колесо не скользит по рельсу, а опирается на него, катится по нему. От силы, прижимающей колесо к рельсу, зависит и сила тяги локомотива, способность его вести ia собой поезд большего пли меньшего веса. Чем тяжелее
локомотив и чем сильнее его колеса прижимаются к рельсу, тем более тяжелый поезд может он вести. Конечно, п двигатели локомотива должны быть достаточно мощными, чтобы находиться в соответствии с собственным весом локомотива и весом поезда и вести его с необходимой скоростью. Но если локомотив будет слишком легким, то он не сможет вести за собой тяжелый поезд, какими бы мощными пн
стороны при прохождении тяжелого поезда.
Почему подвижной состав — локомотивы п вагоны — не сходит с рельсов при движении?
Колеса подвижного состава наглухо насажены на оси и вращаются вместе с ними (их называют колеси ы е и а-р ы). По ободу (бандажу) каждого колеса с внутренней стороны по всей его окружности
Рис. 5. На поворотах путь укладывают так, чтобы наружный рельс был выше внутреннего.
были его двигатели. Колеса такого локомотива не будут достаточно сильно прижиматься к рельсам и начнут скользить.
Рельсовый путь, ровный и твердый, очень облегчает движение подвижного состава па стальных колесах. Еще до появления железных дорог выяснилось, что лошадь по рельсовому пути может везти груз в несколько раз более тяжелый, чем по обычной дороге. Именно поэтому рельсовые пути стали широко применять на шахтах и заводах для перевозки таких тяжеловесных массовых грузов, как уголь и руда.
Современные исследования показали, что сопротивление движению на рельсовом пути в несколько раз меньше, чем па лучшей асфальтовой дороге.
Рельсы, уложенные в путь, скреплены друг с другом болтами и накладками в сплошную рельсовую пить. Прп укладке рельсов между ними оставляют небольшие зазоры в стыках, рассчитанные па удлинение рельсов в летнее время, когда они сильно нагреваются солнцем. Если бы рельсы укладывали плотно, то их при нагревании могло бы выгнуть в разные стороны, а это грозит крушением.
Каждому хорошо знаком равномерный стук от перекатывания колес вагона через стыки рельсов. По стуку колес пассажир, глядя на часы с секундной стрелкой, может высчитать скорость движения поезда. Длина каждого рельса у нас — 12,5 м.Это значит, что 80повторяющихся равно
мерно стуков отсчитают нам километр. Проследив, за сколько секунд мы проехали километр, мы узнаем скорость поезда.
На участках пути, где железнодорожная линия закругляется, наружный рельс укладывают немного выше внутреннего, чтобы облегчить прохождение локомотивов и вагонов но кривой. Поэтому при прохождении по кривой локомотивы и вагоны немного наклоняются в ту сторону, куда ведет кривая пути (рис. 5).
Рельсы прикреплены к шпалам костылями с широкой головкой, забиваемыми в шпалу так, что головка костыля прихватывает край подошвы рельса. Между подошвой рельса и шпалой помещают широкую металлическую подкладку, применяемую для того, чтобы давление рельса на шпалу распределялось бы на большую площадь.
Шпалы у нас сосновые. Чтобы они дольше лежали в пути, их пропитывают масляным раствором, предохраняющим от гниения. Поэтому новые укладываемые в путь шпалы черного цвета. На шпалы расходуется очень много леса, и в настоящее время их начинают делать из железобетона. Такие шпалы дороже, чем деревянные, но зато могут служить гораздо дольше.
Шпалы нельзя укладывать прямо на земляное полотно, так как под тяжестью проходящих поездов они были бы вдавлены в грунт. Поэтому между шпалой и земляным полотном кладут слой балласта — щебень, гравии, песок. Пространство между шпалами также заполняют балластом, чтобы сделать путь устойчивее. Лучший вид балласта — щебень. Он не теряет устойчивости под дождем, легко пропускает воду, долговечен.
Верхнее строение пути — рельсы, шпалы и балласт — должно выдерживать большой вес быстро идущих поездов. Чем тяжелее локомотивы и больше нагрузка вагонов, тем прочнее должно быть верхнее строение, тем тяжелее рельсы, тем чаще уложены шпалы. На железных дорогах с очень большим движением путь должен быть особо прочным. Например, в метро шпалы уложены па сплошное бетонное основание. I акой путь — на сплошном бетонном основании—будет укладываться в будущем на всех главнейших магистралях железных дорог.
Тепловоз ТЭ-3 имеет две секции, ио может работать и каждой секцией отдельно. Он предназначен для работы с грузовыми поездами; скорость его до 100 км!чвс; управление — автоматическое/ Дизель запускается ври помощи электростартера и аккумуляторных батарей. Дизель вращает электрогенератор, ‘ который дает энергию шести тяговым электродвигателям, расположенным на каждой оси. Тепловоз имеет пневматическую тормозную систему, давление воздуха в ней создается специальным компрессором. ,
ТЕПЛОВОЗ тэ-з
КАБИНА МАШИНИСТА
ТОПЛИВНЫЙ БАК емкостью 5500 иг
ГЛАВНЫЙ ГЕНЕРАТОР МОШИ 1350 КК
ДИЗЕЛЬ МОЩНОСТЬЮ 2000л. с. при 850°%ик
Q О О
тяговых
ДВИГАТЕЛЕЙ
тяговый I
I лвигдт пь 200
I______________.______
ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА
РАСПОЛОЖЕНИЕ ОСНОВНЫХ АГРЕГАТОВ И УЗЛОВ В СЕКЦИИ ТЕПЛОВОЗА
ВОДЫ |и| |МАСЛА в ХСЛОДИНЬИИКЕ гП
КОМПРЕССОР
ГЛУШИТЕЛЬ
I ВОЗДУШНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
Локомотив и вагоны переходят с одного пути на другой о помощью стрелочных переводов. Обыкновенный стрелочный перевод состоит пз стрелки п крестовины. Важнейшие части стрелки — два остряка. Острый конец каждого остряка с помощью переводного механизма можно прижать к тому плп другому рельсу и направить подвшкной состав прямо пли на боковой путь. Пройдя стрелку, подвижной состав вступает на место пересечения двух рельсов, называемое крестовиной. Чтобы колеса не сошли с пути на крестовине, против нее укладывают контррельсы.
Для укладки верхнего строения пути на советских железных дорогах широко применяют механизмы.
Интересен путеукладчик системы Платова. Он укладывает путь готовыми звеньями — рельсами с прикрепленными к ним шпалами. Звенья заготовляются заранее на базах и нагружаются целыми пакетами на платформы, впереди которых прицеплен путеукладчик. Локомотив ставится сзади и толкает весь этот поезд. Подъемный кран путеукладчика поднимает звено, выносит его вперед и опускает на подготовленное земляное полотно. Звено сцепляет-
Рис. 6. Путеукладчик.
рабочих. Затем балласт уплотняется под шпалами и между ними с помощью шпалоподбоек и трамбовок.
На наших железных дорогах все шире пр i-меняется новая передовая техника. Крупнейшее значение имеет широкое внедрение электрической и тепловозной тяги. По решению XXI съезда Коммунистической партии в семилетии 1959 —1965 гг. будут электрифицированы железнодорожные магистрали, связывающие Москву с Уралом, Сибирью и Дальним Востоком, Москву с Харьковом, Ростовом и Минеральными Водами и др. Общее протяжение электрифицированных железных дорог составит 30 тыс. км — почти четверть всей нашей железнодорожной сети.
Электрифицированная железная дорога получает электроэнергию с крупных электро-
ся с уже уложенным путем, и путеукладчик продвигается по этому звену дальше. С помощью путеукладчика работа по укладке пути выполняется очень быстро. Укладка одного звена занимает всего полторы минуты. После укладки пути производится балластировка. Балласт подвозится в самораз-гружающпхея вагонах или на обычных платформах и выгружается на путь. После этого специальная машина — элсктробалластер — разравнивает балласт п, пдя по уложенному пути, поднимает его под собой на ходу мощными магнитами. Балласт, лежащий на пути, при этом проваливается между шпалами и заправляется под них специальными струнками. Электробалластер идет при подъемке пути со скоростью 5—10 км в час и заменяет более 200
Рис. 7. Рельсоукладчик.
Панорама железнодорожной станции. Па переднем плане — вокзал. Вдали видны тепловозное депо п сортировочная горка. В кружке — комната дежурного по станции с указателем всех путей, стрелок и семафоров.
С 28 Детская энциклопедия, т. 5.
433
ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА
Тяговая подстанция
Рис. 8. Электрический тюк от электростанци ется на тяговую выпрямительную подстанцию U('U,^a да он идет к двигателям электропоезда. итсю-
станцлй — тепловых п гидравлических. Трех-фазпыи ток высокого напряжения с этих электростанций поступает на тяговые подстанции железных дорог, построенные через каждые 20—30 км железнодорожной линии. На этих подстанциях переменный ток высокого напряжения преобразуется в постоянный ток напряжением 3 тыс. в, нужный для тягп. С тяговых подстанций постоянный ток направляется в контактный провод, подвешенный горизонтально над рельсовым путем (рис. 8). На крыше электровоза прикреплены токоприемники — пантографы, по которым электрический ток направляется к тяговым двигателям электровоза. Электровозы серий ВЛ-19, ВЛ-22, ВЛ-23 имеют по G колесных пар. Колесные пары расположены по три в двух тележках, на которые опирается кузов электровоза. Наиболее мощные наши электровозы серии Н-8 имеют по 8 осей. Эти электровозы получились настолько длинными, что пришлось разделить пх па две секции, опирающиеся каждая на две тележки с Двумя колесными парами. На каждой оси электровоза находится по тяговому двигателю постоянного тока, которые через спетому зубчатых передач вращают колесные пары п приводят электровозы в движение. Электрический ток, пройдя через пантограф к тяговым двигателям и совершив в них работу, идет затем в рельсы, служащие вторым проводом. Из рельсов ток через отсасывающие линия возвращается па тяговую подстанцию (рис. 9). Приборы
управления электровоза расположены в удобных кабинах, находящихся в обоих его концах. Это даст возможность электровозу двигаться в любом нужном направлении — машинист должен лишь перейти пз одной кабины в другую. Электровозы Н-8 развивают мощность 5700 л. с. и могут вести грузовой поезд весом около 6 тыс. Т на подъеме 6 тысячных со скоростью 40 км час. Пассажирский электровоз может развить очень большую скорость. На испытаниях во Францпп в 1956 г. была до
стигнута максимальная скорость поезда с электровозом 331 км час.
На пригородных электрифицированных ли
ниях пассажиры перевозятся в электросекциях. Каждая из них состоит пз трех пассажирских вагонов. Под кузовом среднего вагона на его осях находятся тяговые двпгателп. На концах крайних вагонов расположены кабины машиниста. Пригородный электропоезд составляется пз 2 или 3 секцпй. Наши новешппе электро-
секции, построенные в Рпге, могут развивать скорость до 130 км/час.
В последнее время стали применять на электрифицируемых железных дорогах не постоянный, а переменный однофазный ток повышенного напряжения. Это даст возможность строить тяговые подстанции по через 20—30, а через 60—70 к.ч, т. е. уменьшить вдвое-втрое их число, а подстанции сделать более просты мп п дешевыми. Облегчается п удешевляется п контактная сеть. Преобразование же перс
Рис. 9. Магистральный электровоз Н 60.
ионного тока в постоянный производится на самом электровозе. На переменном токе электрифицируется часть Сибирской магистрали, а затем и многие другие железнодорожные линии.
Наряду с электрической все большее распространение на наших железных дорогах получает тепловозная тяга. Первые тепловозы появились па советских железных дорогах 40 лет тому назад по инициативе В. И. Ленина. Тепловоз — «близкий родственник» электровоза. Электровоз получает энергию по проводам, а тепловоз вырабатывает се на собственной электростанции, расположенной тут же. Сердце тепловоза — двигатель внутреннего сгорания, дизель. Тепловоз серии ТЭ-1 имеет 1 дизель в 1000 л.с., на двухсекционном тепловозе 13-2 имеется 2 дизеля по 2000 л.с., а па новом тепловозе Коломенского завода — дизель в 3000 л.с. в каждой секции. На одном валу с дизелем находится динамомашина — генератор электрического тока. Вырабатываемый ток поступает в тяговые электродвигатели, находящееся па осях тепловоза (см. цв. рис., стр. 432).
Тепловоз сложнее электровоза и стоит дороже, зато он не требует контактной сети и тяговых подстанций. Тепловоз можно использовать везде, где только уложены железнодорожные пути. Дизель—экономичный двигатель, поэтому запаса нефтетоплпва на тепловозе хватает па долгий путь. Очень удобен тепловоз на маневрах.
Тепловоз можно было бы сильно удешевить, если бы удалось создать дешевый механический привод от дизеля непосредственно на ведущие колеса, как, например, у автомобиля. Тогда стала бы не нужной очень дорогая электрическая часть тепловоза — генератор и электродвигатели. Эта задача вполне разрешима, но имеющиеся опытные устройства пока еще не показали себя достаточно падежными в работе. Другая интересная задача — заменить дизель газовой турбиной. Газовая турбина требует гораздо меньше места, чем дизель, и локомотив с газовой турбиной — газотурбовоз — можно сделать гораздо более мощным, чем тепловоз таких же размеров. Кроме того, для газовой турбины можно использовать дешевые и гру-* бые виды нефтетоплнва — мазуты. Первый со-ветскпй газотурбовоз уже построен и проходит испытания.
Электровозы п тепловозы — новые локомотивы. С каждым годом они оттесняют старые локомотивы —- паровозы. Первые паровозы появились 150 лет тому назад, сейчас опп стало невыгодны. Из того количества тепловой энергии, которое заключено, папрпмер, в угле, паровоз превращает в механическую энергию только 5%, а остальное теряется, выпускается в воздух с паром, дымом, пзл} ченпем. Паровая машина паровоза с поршнями и золотниками очень устарела. В промышленности поршневую паровую машину уже давпо.заменпли турбины. А создать хороший локомотив с паровой
Рис. 10. Так выглядит современный цельнометаллический пассажирский вагон.
турбиной нс удалось — такие локомотивы получались дорогие, неудобные и малонадежные. Оказалось, что выгоднее всего вовсе отказаться от паровой тяги и заменить ее более прогрессивными видами тяги — электрической и тепло вознон.
Локомотивы ведут за собой поезда. Пассажирские поезда составляются у нас из 15—16 цельнометаллических вагонов, грузовые поезда — пз 40—50 н более четырехосных вагонов. Немало у нас еще п двухосных грузовых вагонов. По весу каждый нагруженный четырехосный вагон равеп 2,5 — 3 двухосным. Есть у нас и вагоны с 6 и более осями.
Пассажирские вагоны раньше строились с деревянным кузовом. Такой кузов непрочен и, бывало, во время крушения поезда разбивался в щепы. Теперь пассажи рскпе вагоны строятся только с цельнометаллическим кузовом.
Такому вагону не страшно никакое крушение, и ехать в нем безопасно. Основа кузова — прочная стальная рама с укрепленной на ней обрешеткой. состоящей пз стоек, продольных балок и потолочных дуг. Обрешетка обшита снаружи стальными листами, а внутри — многослойной фанерой. Наши вагоны очень удобны для пассажиров. Все вагоны дальнего следования имеют спальные места, водяное центральное отопление, электрическое освещение от собственной дпнамомашины, приводимой в движение от осп вагона (на стоянках — от аккумулятора), вентиляцию (рис. 10). Кузов пассажирского вагона опирается на две двухосные тележки с гибкими рессорами п пружинами для плавности хода. Тележки (рис. 11) могут поворачиваться вокруг вертикального штыря, который входит в отверстие рамы вагона Это даст возможность вагону проходить по кривым
частям пути. Если надо сменить тележки, например, прп ремонте вагона или когда вагон переходит на более узкую заграничную колею, — кузов вагона приподнимают на домкратах, выкатывают тележки и заменяют пх другими.
Вагоны сцепляются друг с другом массивной автоматической сцепкой, прикрепленной к раме вагонов п локомотпвов. 1 олонка автосцепки пмеет два так называемых зуба и зов с замком. При нажатии вагонов друг на друга малый зуб каждой автосцепки входит в зев другой, замки сжимаются и запирают автосцепки. Расцепка производится путем поворота ручки, расположенной на кузове вагона (рис. 12).
Тормозятся вагоны автоматическими тормозами, сжатым воздухом. Под всеми вагонами поезда проходит труба — воздушная магистраль. Между вагонами она соединена гибкими шлангами. В магистраль накачан сжатый воздух пз главного резервуара па локомотиве. С воздушной магистралью соединены запасные резервуары сжатого воздуха п тормозные цилиндры, находящиеся под каждым вагоном. Когда машинист на локомотиве поворачивает ручку тормоза (подобные же ручки имеются п в вагонах), сжатый воздух выходит из магистрали наружу. Тогда запасные резервуары под вагонами соединяются с тормозными цилиндрами, сжатый воздух из резервуаров поступает в эти цилиндры и через рычажную передачу прижимает колодки тормозов к колесам. Происходит торможение. В случае разрыва поезда воздух также выйдет из магистрали, и произойдет торможение.
Грузовые вагоны бывают различных тппов в зависимости от рода перевозимых грузов. Для перевозки всяких промышленных изделий, зерна и других грузов, которые надо прикрыть от снега и дождя, используются крытые вагоны. Уголь, руду, лесоматериалы, машины перевозят в открытых вагонах — в полувагонах и на платформах. Для нефти, бензина, керосина требуются цистерны. Мясо, рыба, фрукты перевозятся в вагонах-холодильниках. Есть и специальные вагоны с опрокидывающимся кузовом для разгрузки строительных грузов, вагоны для перевозки длинномерных грузов, цистерны для перевозки молока и другие вагоны (рис. 14).
Теперь грузовые вагоны строят почти исключительно четырехосные. Такой вагон может поднять 60 Т груза — столько, сколько перевезет 15—20 больших грузовых автомобилей. За последние годы стали строить еще более крупные вагоны — шестпосные, поднимающие 95Г груза.
Рис. 11. На двух таких тележках установлен пассажирский вагон.
Рис. 12. Автосцепка быстро и надежно скрепляет вагоны.
Рис. 13. Так действуют тормоза в вагоне, если поезд надо быстро остановить.
"НИШЕ
1001
Рис. 14. 1 рузовые вагоны:
1 — крыты й вагон, 2- -вагон для свежей рыбы; з — цистерна для молока; 4- вагон для цемента; 5 — большегрузный полувагон; 6 — цистерна для нефтепродуктов 7 — поезд с холодильной у. тановкой для скоропортящихся грузов.
ж
Четырехосные грузовые вагоны, как и пассажирские, установлены на двух двухосных тележках, но более упрощенной конструкции п с менее гибкими рессорами. Автоматическая сцепка и автоматические тормоза также в общем сходны с теми, которые применяются и на пассажирских вагонах.
На железнодорожной линии через каждые 7—10 км расположены станции. На крупных узловых станциях имеется много всякого рода сооружении и устройств. Здесь расположено большое количество путей для вагонов. Группы
Рис. 15. Маневровый тепловоз на станции.
таких путей для приема и отправления грузовых поездов, для сортировки вагонов называются парками. На крупных станциях имеются локомотивные и вагонные депо, мастерские, электростанция, склады топлива, грузовые склады, пассажирские вокзалы. Обычно к крупной станции примыкает много подъездных путей, ведущих к фабрикам и заводам, шахтам и рудникам, элеваторам п складам. Большая часть погрузки и выгрузки грузов происходит но на самих станциях, а непосредственно на подъездных путях (см. цв. рис., стр. 433).
С этих путей вагоны подаются на станцию, и из ипх в сортировочном парке составляют поезда. Многие прибывающие на станцию грозовые составы после короткой стоянки отправляются дальше. Но есть немало поездов, которые состоят из вагонов разного назначения. Эти вагоны надо включить в другие составы пли направить на выгрузку. Такпе поезда после прибытия на станцию подаются на сортировочную горку п распускаются. Пут и сортировочной горки проходят через возвышение — «горб», с которого вагоны скатываются под влиянием собственного веса на разветвляющиеся nj ти сортировочного парка. Локомотив надвигает толкает сзади — заранее расцепленный состав вагонов иа горку. Стрелки переводятся на тот плп другой путь в зависимости от того, куда
дальше пордет вагон. 1ак вагоны, скатывающиеся с горки, группируются на сортировочных путях. Чтобы они по разбились при скатывании, пх тормозят вагонными замедлителями, расположенными па горках, а также подкладыванием под колеса вагонов стальных башмаков (рис. 17).
Помимо крупных станций, обычно расположенных в железнодорожных узлах, где скрещиваются железнодорожные линии разных направлений, имеется много мелких станции, называемых промежуточными, с малым количеством путей.
На однопутных линиях устраиваются разъезды, на которых поезда одного направления ожидают прибытия встречных поездов.
Станции отделяются друг от друга перегонами. На перегоне однопутной липни может одновременно находиться только один поезд, а на перегоне двухпутной линии — два. Поезд можно выпустить со станция на перегон только тогда, когда предыдущий поезд придет на следующую станцию. После этого красный свет на выходном светофоре заменяется зеленым, а там. где нет светофоров, поднимается крыло семафора —путь свободен, поезд можно отправ-
лять. Чтобы пропустить больше поездов по железнодорожной линям и обеспечить безопасность движения, применяют автоматическую блокировку (рис. 19).
При автоматической блокировке перегон между станциями разделяется светофорами на
Рис. 17. Сортировочная горка. Дежурный по горке (наверху в кружке) переводит стрелки, чтобы направить вагоны на нужный путь. Скатывающиеся с горки вагоны останавливают замедлителем.
несколько блокучастков. Рельсы соседних блок-участков изолированы друг от друга прокладками. По рельсам каждого участка пропускается слабый ток. Поезд, вступив на участок, замыкает цепь, в результате чего на светофоре зеленый цвет переключается на красный. После освобождения поездом участка рельсовая цепь размыкается, первый светофор переключается с красного цвета на желтый, а второй — с зеленого на красный. После освобождения поездом второго блокучастка желтый цвет на первом светофоре заменяется на зеленый, а красный цвет на втором заменяется на желтый.
Еще более совершенное устройство — автоматическая локомотивная сигнализация, при которой в будке машиниста устанавливается светофорчик, повторяющий показания путевых сигналов. Обычно при этом локомотив оборудуется и автостопом, автоматически останавливающим поезд перед закрытым светофором, если машинист почему-либо не смог сам этого сделать (рис. 20).
На железнодорожном транспорте есть и
много других автоматических устройств, помогающих железнодорожникам в их работе.
Все шире применяется диспетчерская централизация, помогающая диспетчеру руководить движением поездов на целом участке длиной 200—250 км. Перед диспетчером — световое табло, на которое нанесены схемы всех перегонов и станций участка. Диспетчер видпт на этом табло, где находятся поезда, следующие по участку, как лучше использовать свободные пути на станциях, свободные перегоны, чтобы быстрее пропустить поезда по участку. Передвигая рукоятку на табло и нажимая кнопку, диспетчер переводит стрелки на станциях, открывает сигналы отправления поезда, принимает и отправляет поезда. Подобные же табло с нанесением путей применяются и для управления стрелками и сигналами на станциях. Для того чтобы пропустить поезд через станцию, достаточно нажать две кнопки в начале и конце маршрута — и все стрелки, входящие в маршрут, автоматпчески переводятся.
На станциях начинают применять телевидение, счетно-решающие устройства для управ-
Рис. 18. Радио дает возможность диспетчеру связываться со всеми станциями и машинистами локомотивов.
Рие. 19. Схема автоблокировки.
линия движением поездов (автомашинисты) и замедлителями на сортировочных горках. Новая, совершенная техника открывает широкие перспективы дальнейшего развития наших железных дорог.
Железная дорога работает непрерывно, круглые суткп. Днем и ночью идут поезда, отправляются и прибывают пассажиры, нагружаются и выгружаются вагоны. Эта непрерывная и разнообразная деятельность требует слаженности труда многих и многих работников железных дорог — машинистов электровозов и тепловозов, кондукторов грузовых и пассажирских поездов, составителей поездов п диспетчеров, стрелочников и сигналистов, путевых обходчиков и ремонтных рабочих. Чтобы работа всех их была слаженной, нужна точность и дисциплина, своевременное выполнение всех обязанностей каждым работником, твердое соблюдение правил и приказов.
Движение поездов на железных дорогах совершается по графику и расписанию. График движения поездов определяет порядок работы
всех отраслей железнодорожного хозяйства. С графиком движения поездов согласован график оборота локомотивов. От графика движения поездов зависит и работа станций по погрузке, выгрузке, формированию и расформированию поездов. В «окна» графика движения между двумя поездами рабочие ремонтируют путь, меняют рельсы и шпалы. С графиком движения поездов связана и работа вагонников и всех других железнодоро,кников.
График движения поездов по одной дороге не может составляться оторванно от графика движения поездов по другой дороге, — они должны быть согласованы, так как поезда переходят с дороги на дорогу, обращаются по всей железнодорожной сети.
Если мы посмотрим на график движения поездов по какому-нибудь участку железной дорогп, то увидим, что это большой лист бумага, на котором нанесена сетка горизонтальных и вертикальных линий. Горизонтальные линии обозначают станции, а вертикальные— часы суток (жирные) и десятиминутки (тонкие). Двпже-
СХЕМА ДЕЙСТВИЯ АВТОСТОПА
Электропневматический КЛАПАН АВТОСТОПА
Усилитель
— И ДЕШИФРАТОР
Приемная
Красный катушка
Рельс
Релейный шкаф
Рис. 20. Огонь светофора, расположенного на пути, повторяется на светофорчике в кабине машиниста. И если машинист при красном свете почему-либо не затормозит, в действие вступит автостоп.
Тормоз
- КРАСНЬ'И
I IltlUHIItl
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ ВАГОНЫ НА АСФАЛЬТЕ
Может ли железнодорожный, вагон, прибыв на станцию назначения, продолжить затем свои путь по асфальту и доставить груз непосредственно получателю? Оказывается, может.
Имеются вагоны, которые снабжены колесными парами обычного типа и шинными колесами. В зависимости от вида пути одна из колесных пар приподнимается, а вторая опускается и служит для перемещения вагона. Тягач доставляет такие вагоны от места погрузки к железной дороге. Здесь специальный составитель-тягач с помощью мощного домкрата в течение нескольких минут передвигает вагон на рельсы, опускает железнодорожные колеса и сцепляет его с другими вагонами. Так железнодорожные вагоны научились передвигаться по шоссейным дорогам.
ппс поездов обозначается в виде наклонных линий. Линии, проведенные наискось сверху вниз и вправо, показывают двпжеппе поездов от станции, указанных вверху графика, до станций, указанных внизу. Линии, проведенные наискось снизу вверх и вправо, показывают движение поездов в обратном направлении. Чем круче наклон линий, тем выше скорость движения.
Когда график движения составлен, выписывается время отправления и прибытия составов ко всем станциям, на которых поезд пмеет стоянки, и составляется расписание дви/кепия.
За выполнением графика движения поездов с гедят диспетчеры. Они имеют телефонную связь со всеми станциями своего участка по селектору, с помощью которого диспетчер может непосредственно связаться с любой станцией п депо своего участка. Диспетчеру сообщают о времени прохождения поездов через станции. На основе этих сведений ведут график исполненного движения, нанося на сетку графика линии, изображающие движение фактически проследовавших поездов.
Диспетчер — не просто регистратор, оп командир движения. Впдя по графику исполненного движения, где находятся и как продвигаются поезда по его участку, диспетчер даст по телефону станциям приказ пропустить поезд быстрее, чтобы нагнать его опоздание, если оно произошло; какому поезду, быть может, уступить место следующему за ним; как лучше использовать пути па станциях. И все это для того, чтобы выполнялось расписание, чтобы все отклонения от пего были бы наименьшими, чтобы график движения в целом выполнялся бы как можно точнее.
Сведения о продвижении поездов передаются пз диспетчерской в управление дороги, а оттуда — в Министерство путей сообщения. Таким образом, всегда можно следить за движением поездов на каждом участке, каждой дороге и на всей сети в целом.
Железнодорожный транспорт должен работать точно, как хорошие часы. Нужно, чтобы пасса/кпр мог точно рассчитать время своего отъезда и приезда, чтобы па любом заводе, фабрике, шахте, элеваторе могли знать заранее, когда будут отправлены их грузы п когда они прибудут на место.
А это требует величайшей слаженности в работе всех служб железнодорожного транспорта, всех отраслей его большого и сложного хозяйства. На сети железных дорог трудится больше двух миллионов человек, а если считать вместе с железнодорожниками промышленных предприятий — больше трех миллионов работников. От всей этой армии железнодорожников треб} ется величайшая организованность и дисциплина в работе. Для того чтобы поезда ходили точно по графику и расписанию, нужно заботливо содержать в исправности локомотивы и вагоны, путь и связь, нужно вовремя и тщательно их ремонтировать, нужно соблюдать правила технической эксплуатации, приказы п инструкции. Вот почему так важно, чтобы железнодорожники были дисциплинированны и пунктуальны, хорошо знали порученное им дело, любили его и постоянно стремились улучшать свою работу.
Добиваться наибольшей точности п четкости работы железных дорог — долг каждого железнодорожница пород страной, перед всеми советскими людьми.
КОРАБЛИ
ттосмотрите на карту мира. Моря п океаны пе-ресекают тонкие пунктирные лпппи. Ото водные транспортные пути. Такие пути пролегают п по озерам. А па реках они обозначены самими руслами. Человек пользуется этпми путями с" древнейших времен. Уже люди каменного века умели стропть челноки и плоты. На берегах морей п рек во шодплп они свои первые поселения. Водные пути как бы питали пх жизнью. Рост торговли, развитие ремесел, снабжение строительными материалами — все бы ю связано с водным транспортом.
Еще сравнительно недавно — когда не было железных дорог и паровозов, не было шоссе и автомобплей—только водные пути давалп возможность совершать массовые перевозки.
Рис. 1. Такие плоты, называют катамаранами. Местные жители юго-восточных берегов Индии и сейчас смело выходчт на них в море.
Водные пути остаются одним пз важнейших средств сообщения и в настоящее время. Водный транспорт самый дешевый, потому что использует естественные водные дороги, а иногда и даровую силу течения. Наконец, крупное судно за одни рейс может доставить сразу тысячи пассажиров плп десятки тысяч топи груза.
ствол был неустойчив, и люди пришли к мысли, что лучше связывать несколько стволов. З ак появился первый плот. И в наше время подобные плоты можно увидеть у юго-восточных берегов Индии. Местные жители смело выходят на них в море (рис. 1).
Затем древнейшие судостроители начали выжигать и выдалбливать сердцевину ствола,
Для нашей страны морские п речные дороги особенно важны. Ведь у нас 14 морей, большое число рек и озер, много каналов. По этим голубым дорогам ежегодно перевозят огромные массы грузов и пассажиров.
За семилетие грузооборот морского транспорта у нас вырастет примерно в 2 раза, а речного — в 1,6 раза; па 60—70 % увеличится пропускная способность морских портов, а речных — на 70—80% .
т. е. делать челны.
У древних славян суда-однодеревки служили основой корпуса л о д ь и, на которой отважные торговые люди и воины выходили в Русское море (как тогда называли Черное море).
И еще в каменном веке рыбаки и охотники научились «собирать'» суда из отдельных легких частей. Так, например, делались челны пз коры деревьев.
Сначала сшивалп пласты коры и прпда-
Чтобы справиться с огромными перевоз-
ками, нужны соответствующие ства. В ближайшие годы по-
ила вучне сред-
вали им форму челна, затем вставляли в пего специально изогнутые продольные и попереч-
явптся много новых судов самого различного назначения. Мир современных ко-
раолой велик и разнообразен.
РОДОСЛОВНАЯ КОРАБЛЯ
Первым «судном», вероятно, служил людям обыкновенный ствол большого дерева. С помощью длинного шеста «пассажир» отталкивался и управлял движением.
Но плавающий в воде
Рис. 2. Рыбаки И рландии. иногда плавают на лодках, похожих на хорошо просмоленные корзины. Их называют «ко-рейкл».
Рас. 3. Такое судно можно встретить на реках Ирака. Его называют гуфой. Оно сплетено из прутьев, обшито кожей и просмолено.
Рис. 4. Эти небольшие рыбачьи суда можно встретить у северных берегов Австралии, у Филиппин и о-вов Фиджи. Балансирное бревно (слева от корпуса) придает судну устойчивость в непогоду.
иые жерди, связанные в единый скелет лодки. А в других местах корпус челна сплетали пз толстых, но гибких ветвей. Затем этот «скелет» обшивали грубо выделанными шкурами животных. Чтобы обшивка не пропускала воду, шкуры и швы пропитывали смолой (рис. 2,3).
Связанные из стволов плоты совершенствовались по-другому. Их стали строить из двух параллельно расположенных бревен, соединенных поперечными жердями, пз которых делали настил для люден и грузов. Впоследствпи одно из двух бревен заменили чслпом, а другое остава
лось прикрепленным к нему с помощью поперечных жердей. Оно служило своего рода балансиром, придававшим судну устойчивость (рис. 4)
Строительство судов из многих частей бйло величайшим событием в судостроительной технике. Оно открывало путь к созданию более совершенных кораблей, крупных и в то же время сравнительно легких и устойчивых. Продольный прочный согнутый брус, сделанный из цельного дерева или из нескольких крупных частей, служил «становым хребтом» такого судна. На пего набивались поперечные «ребра» которые скреплялись продольными связями
Все эти части имеют теперь названия: становой брус — кил ь; поперечные ребра— шпангоуты, продольные связи — стрингера. Палубные суда имеют еще и б п м с ы, которыми сверху стягивают шпангоуты, Это главные детали «скелета» — набора — корпуса всякого судна, на них держится его обшивка. За историю развития корабля, конечно, многое изменилось, улучшилось в их устройстве. Менялись, улучшались способы расположения п сборки киля, шпангоутов, стрингеров пт.п., менялась форма отдельных частей, менялся материал. Благодаря этому Kopnjc становился более прочным. Но набор большинства кораблей пока остается таким же. II внешний вид пх в своих общпх очертаниях остается пока прежним и у мелких, и у крупных судов различных тппов.
Первым источником энергии для движения судов — двигателем — были мышцы человека, а движителями служили весла. Ветер стал для судов вторым двигателем. Но чтобы воспользоваться им, надо было найти,
Рис. 5. Древнеегипетское судно.
изобрести подходящий движитель. Таким дви-
жителем оказался парус. Уже в третьем тысячелетии до нашей эры египтяне и фпнп-ийцы умели строить корабли сложной конструкции, с килем, с поперечными п продольными ребрами, обшигымп при помощи гвоздей тесаными доскамп. Такие корабли передвигались по воде на веслах с уключинами п под парусами (рис. 5).
Очень долго — до начала XIX в.— двигателями судов оставались мышцы гребцов и ветер, а движителями — весла и паруса. Правда, за последние столетия этого периода увеличивалось число мачт и парусов, а искусство поль-
зования парусамп стало намного более совершенным. Моряки на-
Рис. 6. Корабль викингов- норманнов. Рис. 7. Древнерусское судно.
учились владеть даже слабым или непопутным ветром (рпс. 6, 7, 8).
Около 150 лет назад на судах появились новый двигатель — паровая машина и новый движитель — гребное колес о. С тех пор изменения последовали одно за другим. Уже через несколько десятков лет гребное колесо на морских судах уступило место намного более эффективному гребному винту. Ав начале нашего века паровую машину стали вытеснять новые, более мощные и выгодные двигатели — дизель и турбина.
В последние годы па кораблях стали применять газовую турбину. Наконец, в напит дни мир узнал о кораблях с атомным двигателем. В СССР построен и вступил в строй первый в мире атомный ледокол.
КАК УСТРОЕН КОРПУС КОРАБЛЯ
Перед памп корпус современного судна. Мысленно разрежем его вдоль вертикальной секущей плоскостью точно посередине. Опа называется диаметральной плоскостью корабля. На ней мы увидим корабль «в профиль»: очертания носовой и кормовой части, линии днища и чуть-чуть «кривой» палубы— опа слегка вогнута в середине .п очень полого поднимается к носу и корме, чтобы при волнении ее меньше заливало (рис. 9).
Теперь разрежем корпус — тоже точно посередине — поперечной плоскостью. Она назы
вается плоскостью мидель ш'п а в-г о у т а (среднего шпангоута в наборе судна). И на получившейся картине появятся очертания вертикальных или наклонных бортов, плоского или «килеватого» (симметрично-криволинейного) днища. Мы увидим, как сливаются линии бортов и днища и образуется та часть поперечного профиля судна, которая образно названа «скулой».
Рис. 8. Бригантина — легкое и быстроходное двухмачтовое судно. На его фок-мачте прямые паруса, а на грот-мачте только косые.
Рис. 9. Иредставление о геометрической форме корпуса судна можно получить, изобразив его в трех проекциях соответственно трем основным взаимно-перпендикулярным плоскостям. А — IIрофилъ корпуса в диаметральной плоскости. Б — П роекция корпуса в плоскости мидельшпангоута. На левой половине чертежа — носовая часть корпуса, а на правой — кормовая. Б— Плоскость ватерлинии как бы делит корпус судна на две части — подводную и надводную. Геометрия подводной части имеет огромное значение для ходовых качеств судна. И зображение корпуса во всех трех плоскостях совместно образует теоретический чертеж судна.
11, наконец, разрежем корпус горизонтальной плоскостью как раз в том сечении, которое совпадает с нормальным уровнем его осадки в воде. Нолучптся плоскость ватерлинии. На пей отразится форма судна по линии его осадки — в а т е р л и н и п.
Эти три главные секущие плоскости помогают нам в общем виде познакомиться с формой корпуса судна.
Теперь посмотрим на скелет корабля. Вот все уменьшающиеся к носу и корме шпангоуты. Они стянуты бимсами, которые расположились даже не в один, а в два, три или больше ярусов. С боков к шпангоутам прикреплены стрингера — продольные связи (рис. 10).
Получившийся набор обшпвают снаружи водонепроницаемой оболочкой — обшивкой. Так возникают знакомые контуры корпуса судна.
После спуска судна па воду самые разнообразные силы начинают как бы испытывать прочность его конструкции. Вот, например, центральная часть судна попала па гребень волны, а нос и корма «повисли» над ее впадинами,—возникает грозная опасность поломки корпуса.
К прочности судна предъявляются высокие требования. Набор судна, его обшпвка, различные дополнительные узлы корпуса — вся конструкция целиком должна обладать необходимой жесткостью. Поэтому на больших судах шпангоуты, бимсы, стрингера изготавливают из стальных балок, а затем обшпвают их листовой сталью. Над килем обычно настилают водонепроницаемое второе дно. На. бимсах располагают палубы, их может быть несколько. Верхняя палуба также делается водонепроницаемой. На пассажирских судах над пен обычно располагают еще палубы — прогулочную, шлюпочную п т. п.
Вдоль и поперек корпус пересекают огромные перегородки — и е р е б о р к п, которые делят судно на отсеки. Водонепроницаемые пере-боркп защищают судно от распространенпя воды в случае проникновения се в один пз отсеков.
В отсеках п на палубах располагаются все основные помещения — машинное отделение, трюмы, топливные цистерны, каюты пассажиров, помещения команды и т. д. Даже простран-
Рис. 10. Изображение основных частей набора корпуса всякого судна—его скелет: 1—шпангоуты; 2—бимсы; 3—стрингера, - киль.
Рис IP Многие современные суда собираются на конвейере из крупных блоков. Каждый блок — уже полностью собранная часть корпуса будущего судна.
Рис. 12. Трехмачтовое парусное судно.
/ — утлегарь, 2 — бушприт; з — мартнн-гик; 4 — фон-мачта, 5 — фор-стеньга; б — фор-брам-стеньга 7 — грот-мачта, 8—грот-стсньга; 9—грот-брам-стеньга, 10—бизань-мачта; // — крюйс-стеньга; 12 — крюйс-брам-стеньга; 1з — фона-рей; 14 — фор-марса-рей, 15 — фор-орам-реи; 16— фор-бом-брам-рей; 17 — фор-триссль-гафель; 18— грота-рей; 19 — грот-марса-рей; 28 - грот-брам-рей, 21— грот-бом-брам-рей; 22— грот-трисель-гафель; 23— бигин-рей; 24—крюйесль-рей 25— крюйс-брам-рей; 26—крюйс-бом-брам-рей; 27 — бизань-гафель; 28 — бом-кливер; 29 — кливер; зо — фок, 31 — фор-марсель; 32 — фор-брамсель; зз— фор-бом-брамссль; 34 — фор-трисель, 35 — грот. 36 —грэт-марсель, 37 грот-брамсель; 38 — грот-бом-брамсель, 39—грот-трисель; 40 — крюйсель; 41 — крюйс-брамсель; 42 — крюис-бом-брамсель, 43 — бизань; 44 — фор-брам-штаг; 45 — фор-стснь-штаг; 46 — фока-штаг; 47 — грот-брам-штаг; 48 — грот-стень-штаг; 49 — грота-штаг; 50 — бизань-штаг; 51— фор-бом-брам-брас; 52 — грот-бом-брам-брас; 53-крюйс-бом-брам-брас, 54—фор-марс-брас; 55— кливер-шкоты, 56 —фордуны, 57 — ванты, 58 —стень-ванты.
ство между днищем и вторым дном не остается на судах без использования. Здесь хранят жидкое топливо, пресную воду (см. цв. рис.).
РАНГОУТ
На парусных судах мачты служат носителями движителя — парусов. Казалось бы, что на судах с механическими двигателями они ни к чему. Но это не так: они остались на современных судах. Мачты здесь служат для того, чтобы поднимать флажные и световые сигналы, т. е. для видимой связи между судами или между судном и берегом. Кроме того, к ним крепятся с т р е л ы подъемных кранов, которыми поднимают грузы, антенны многочисленных радиолокационных, радионавигационных и связных у становок.
На крупном современном судне с механическим двигателем две мачты: передняя — фок-мачта и задняя — грот-мачта. А па больших парусниках бывает три и более мачт (рис. 12). Когда есть три мачты, то они называются так: передняя — фок-мачта, вторая от носа — грот-мачта, задняя— бизань-мачта. Если мачт четыре или больше, названия передней п задней остаются те же, а все промежуточные — грот-мачты. Их различают только по месту расположения: первая грот-мачта, вторая, третья и т. д.
Верхний конец мачты — топ. На мачте есть площадка, пристроенная к нижней части ее топа,— марс. На парусных судах с марса управляют некоторыми парусами. Кроме того, он служит площадкой для наблюдателей.
Чтобы надежно нести паруса и всевозможные снасти, мачты должны были быть достаточно прочными. А высота их очень велика. Так высота мачты крупного океанского парусника 35—37м — выше современного десятиэтажного дома. У самой палубы такую громаду едва могли бы обхватить, взявшись за pyicn, два взрослых человека.
Эти мачты делались как бы составными. К собственно мачте высотой около 30 м добавляли довольно длинное продолжение — степь-г у. Затем к топу стеньги — еще одну — брам-стеньгу. Бывало, что к топу брам-стеньги добавляли еще и б о м - б р а м -стеньгу. Длина стеньги — несколько метров. На четырехмачтовой шхуне общая длина мачты и стеньг достигала 45 м.
На каждой мачте крупного парусника обычно бывает несколько реев. Это большие горизонтально впсящие брусья, привязанные к мачте своей серединой. К нпм крепят полотнища прямых четырехугольных парусов.
Реи на каждой мачте называются по ее имени, а между собой различаются по месту, которое занимают. А для реев бизань-мачты вместо ее названия добавляются другие: нижний — б е г и и -р е й, следующий — к р ю й с-м арса-рей (нижний и верхний), третий — крюйс-б р а м - р е й (нижний и верхний) п т. д.
Бывает, что п у реев по бокам есть свои «помощники» — тонкие брусья — л и с е л ь - с п и-р т ы. Они служат для растягпванпя на них дополнительных прямых парусов — лиселей.
Кроме реев или вместо них, на мачтах могут быть и г а ф е л п. Это тоже большие брусья
Турбоэлектроход: 1—спасательные шлюпки на шлюпбалках; 2 —грузовые стрелы, с помощью которых загружают и разгружают судно; 3—грот-мачта; 4—гафель, па который поднимается государственный флаг во время плавания; 5—радиоантенна; 6—антенна радиопеленгатора; 7—сигнальные фалы, на которые поднимаются сигнальные флаги; 8- фок-мачта; 9—марсовая площадка с прожектором; 10—вентиляторы; 11—брашпиль — электрическая машина с горизонтальным валом для поднятия якоря; 12— помещение для укладки якорной цепи; 13—фальшборт; 14—форштевень; 15— солярий и открытый плавательный бассейн; 16— верхняя детская площадка; 17—спортивная площадка; 18—верхний командный мостик; 19— главный компас; 20— ходовая командная рубка; 21—штурманская рубка; 22—каюта капитана; 23—радиорубка; 24—комнаты отдыха: 25—детская комната; 26—каюты командного состава: 27— салон-веранда; 28— библиотека и читальный зал; 29—музыкальный салон; 30 -курительный салон; 31—душевые помещения; 32—пассажирские каюты; 33 —камбуз судовая кухня; 34 -хлебопекарня; 35— судовой лазарет; 36— ресторан; 37 ванные; 38—жилые помещения команды; 39—столовая; 40—климатическая станция для кондиционирования воздуха; 41- порт — боковой люк для входа пассажиров и приема грузов и автомашин; 42—помещения для автомашин; 43- корабельная кладовая для хранения красок, брезентов, канатов, блоков и мастерская плотников; 44 -отделение рулевой машины; 45 — грузовые трюмы; 46— механическая мастерская; 47— вспомогательный мотор-генератор; 48—судовая прачечная; 49- почтово- телеграфная контора; 50— электродвигатель, вращающий гребной винт; 51—холодильник для скоропортящихся грузов; 52— турбогенераторное отделение, внизу -конденсатор; 53—котельное отделение: 31—танки для жидкого топлива, пресной воды и масел, размещенные в междудонном пространстве; 53—отсек для лага п эхолота; 56— носовая цистерна для водяного балласта — форпик; 57—кормовая цистерна для водяного балласта — ахтерпик: 58—перо руля; 59—гребной винт: 60—наружное днище; 57—внутреннее дно.
ТУРБОЭЛЕКТРОХОД
Вверху — внешний
вид. Внизу — разрез.
Выезд на основную дорогу.
ДОРОЖНЫЕ
СИГНАЛЬНЫЕ ЗНАКИ
Поворот направо.
Поворот налево.
Двойной поворот.
Крутой спуск.
оиство
«МОСКВИЧ
11 - - -
- 407»
Допустимый в автомобиля 7
Допустимая автомобиля
ГАТЕЛЬ
ПОДВЕСКА
(Л
ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ
КУЗОВ И
КОЛЕСА
СИЛОВАЯ ПЕРЕДАЧА
питания
ор тока.
зо системы
5. Поперечина.
6. Рычаг подвески.
7. Пружина и амортизатор (рессоры и амортизаторы задней подвески окрашены в синий цвет).
8. Руль.
9. Тормоза.
10. Педали.
11. Кузов.
12. Колеса,
13. Шины.
14. Сцепление.
15. Коробка передач.
16. Карданный вал.
17. Задний мост.
Скорость не бо 30 км час.
* в
4 100 м
Остановка запрещена.
Осторожно, школа!
Осторожно, дорожные работы!
Осторожно, голуби!
Разрешен проезд только прямо.
Разрешен проезд прямо и налево.
Стоянка запрещена.
1км
Налево — при красном свете.
Направо — при зеленом свете.
Обгон запрещу-
крупного сечения. Но они связаны с мачтой одним концом и висят под углом к ней. На гафели крепятся косые четырехугольные паруса. Внизу гафелям помогают гики — горизонтальные брусья. По ним растягивают нижнюю кромку паруса.
Над носом наклонно (или горизонтально) нависает еще одно приспособление — б у ш-н р и т. На снастях, протянутых между фок-мачтой и бушпритом, ставятся треугольные паруса. Как и у мачты, у бушприта бывают одна или две продолжающих его приставки— утлегарь п б о м - у т л е г а р ь. А там, где кончается собственно бушприт, для крепления снастей отходит вертикально вниз короткий брус — м а р т и н - г п к.
Мачты со стеньгамп, реп с лисель-спиртами, гафели с гиками, бушприт с его продолжениями — все это главные носители парусов или сигналов связи. Все они вместе составляют рангоут корабля.
ПАРУСА И ТАКЕЛАЖ
«Парус» по-английски —«с е й л». Названия некоторых парусов и строятся путем соединения этого слова с названием той части рангоута, которая его несет.
Другие названия строятся путем соединения слова «сель» с приставками, указывающими пли на место постановки, илп па характер службы п крепления паруса. Отсюда, например, появились л п с е л и — их ставят на лисель-спиртах, сбоку марселей и брамселей. Косые четырехугольные — трисели (бывают поэтому фор-трисель, грот-трисель и бизань-трисель), треугольные — топсели — пх ставят над триселями. Косые треугольные — стаксели — пх поднимают впереди фок-мачты, между ней и грот-мачтой, а также междуг грот- и бизань-мачтами. И эти паруса различаются по названиям той мачты и ее «помощника», к которым относятся. Так, бывают: грот-степьга-стаксель, грот-брам-стаксель, грот-бом-б р а м- ст а к сел ь.
Парусная оснастка судов очень разнообразна. Она бывает прямой — тогда на мачтах закреплены реп и прямые четырехугольные паруса; только в носовой части несколько стакселей и кливеров да косой бпзань-трпсель на корме. Она бывает косой — тогда па мачтах видны гафели, косые трисели пли стаксели. Бывает она п смешанно и. II вовсе не обязательно, чтобы все названные части ран
гоута и паруса были налицо — некоторых из них по какой-то причине может и не быть.
Взгляните на рисунок парусного судна (рис. 12). Кроме рангоута и растянутых па нем парусов, вы увидите сеть всевозможных тросов. Многие из них служат растяжками для мачт, управляют парусами, поднимают их, спускают. Это — снасти. Все они вместо составляют такелаж судна. Одни из них (штаги, ванты) неподвижны — это стоячий такелаж. Другие (фалы, брасы, гардели и т. д.) перемещаются с управляемыми частями рангоута и парусами — это б е г у ч п и такелаж.
Мы назвали лишь немногое из рангоута и такелажа. Но и так ясно, что парусное вооружение судна многообразно п довольно сложно.
В нашем веке парусные суда почти всюду уступили свое место судам с механическим двигателем. Лишь на страницах старых романов они живут по-прежнему. Но на некоторых транспортных линиях и сейчас еще пользуются небольшими парусио-моторными судами. Не потеряли своего значения и спортивные парусные суда. В заливах, на озерах да и на просторах морей можно часто встретить туристские и спортивные парусные яхты. Это либо большие суда, предназначенные для плавания в открытом море, либо небольшие, знакомые каждому гоночные яхты. По форме корпуса различают килевые яхты, днище которых переходит в глубокий киль, и швертботы, имеющие мелкосидящий в воде корпус п выдвижной киль.
У спортивных парусных судов парусное вооружение косое. Оно разделяется на несколько типов, самые распространенные — два: гафельное и бермудское.
НАДСТРОЙКИ II РУБКИ
Поднимемся на верхнюю палубу современного судна. В ее носовой части возвышение — бак (или полубак). Оно защищает палубу в непогоду от встречных волн. Внутри полубака— различные устройства, например якорное. Подобное же возвышение делается п в кормовой части верхней палубы — это ю т (илп полуют). Он тоже служит для защиты от заливания палубы, но уже не встречной, а попутной волной. Внутри него — часть кают и рулевое устройство. И, наконец, третье возвышение делается в средней части верхней палубы. Внутри него — служебные помещения и каюты. Все эти три возвышения — надстройки, а их «крыша»— палуба н а д-
□ 29 Детская энциклопедия, т. 5
449
строек. Верхнюю палубу по ее длине между надстройками часто защищают довольно высокой (до 1,5 м) оградой — фальшбортом. Но это делается не на всех судах.
Существует на судне еще один вид помещении — рубки. Надстройки тянутся от борта к борту, а рубки занимают только часть пространства по ширине судна. Обычно их располагают над палубой средней надстройки. Здесь помещается ходовой мостик, который тянется во всю ширину судна, а на нем — рулевая рубка, штурманская рубка и радиорубка. На огромных океанских пассажирских судах и па военных кораблях всякого рода надстроек, рубок и мостиков намного больше (см. цв. рис., стр. 448).
ПОЧЕМУ КОРАБЛЬ ПЛАВАЕТ
Величайший ученый древности Архимед открыл один из основных законов физики, так и названный «законом Архимеда» (подробнее см. т. 3, ст. «Плавание тел»).
Именно на этом законе и основана конструкция всех видов судов, в том числе и подводных лодок. Судостроителям приходится так рассчитывать корпус всякого корабля, чтобы при погружении его в воду до определенного, заранее заданного уровня (до грузовой ватерлинии) вес вытесненной воды оказался бы равным весу судна с его грузом.
Такую задачу удается решить потому, что внутри корпуса корабля много пространства, заполненного воздухом: помещения для жилья, грузовые трюмы, потреба, служебные помещения. Кроме того, на корабле много предметов изготовлено из дерева, пластмасс, затем есть мазут и масла. Все это легче воды. Даже при значительном возвышении корпуса корабля над водой вес вытесненной воды равен весу корабля со всем его грузом. Этот вес вытесненной воды при заданном уровне осадки корабля и назыв-ается его водоизмеще нием.
Когда подводная лодка находится в надводном положении, она плавает, как обычное судно. Ведь при незаполненных балластных цистернах она держится на воде, как надводный корабль. Вес вытесненной при этом воды равен весу подводной лодки со всем содержимым и называется ее надводным водоизмещение м.
Если вес полностью погруженного в воду тела точно равен весу вытесненной при этом воды, то тело приобретает способность как бы
висеть на любой глубине. Если же вес погруженного тела окажется больше веса вытесненной воды, то оно будет непрерывно и стремительно погружаться на все большую глубину и, наконец, упадет на дно. На этом основана способность подводных лодок погружаться под воду, держаться и передвигаться под водой, уходить на большую глубину. Для изменения веса у них служат балластные цистерны.
В нижней части корпуса подводной лодки расположены клапаны — кингстоны. Они есть и у надводных судов. Когда подводной лодке необходимо погрузиться, их открывают— и буквально за секунды в балластные цистерны врываются сотни тонн забортной воды. В это же время в цистернах открываются клапаны для выпуска воздуха, чтобы он не помешал заполнению. Подводная лодка тяжелеет и погружается. Ее водоизмещение увеличилось и стало «подводным». В этом особенность таких судов:уних два водоизмещения — надводное и подводное. Объем главных балластных цистерн так и рассчитан, чтобы при их заполнении подводный корабль погружался бы почти полностью. Стоит теперь заполнить еще одну, особую цистерну — ее называют цистерной быстрого погружения,— и вес подводной лодки окажется больше веса вытесненной воды, она начнет очень быстро погружаться.
Основное свойство корабля — способность держаться на воде с допускаемым полным грузом и сохранять при этом заданный уровень осадки корпуса. Это плавучесть корабля. Если он перегружен, то начинает терять плавучесть — корпус его погружается глубже.
Казалось бы, способность держаться на воде, основанная на законе Архимеда, полностью обеспечивает кораблю необходимую плавучесть. Однако это не так.
Перед нами игрушка — ванька-встанька. Сколько бы вы ни наклоняли ее, все равно она выпрямится. Корабль в большой степени обладает такой же способностью (когда в нем нет пробоин). В море корпус его наклоняется то на правый, то на левый борт, то на нос, то на корму (наклон на борт называется креном, а на нос пли корму — дифференте м). Но каждый раз он снова принимает нормальное положение.
Это свойство судна называется остойчивостью. Если бы судно не обладало таким качеством, то любая причина, вызвавшая крен, привела бы к опрокидыванию корабля. Вода проникла бы внутрь, и гибель судна была бы неизбежна.
Тяжесть воды, ворвавшейся в корпус корабля через пробоину, также может наклонить его на борт, «зарыть» его в воду носом плп кормой илп одновременно сообщить ому и креп и дифферент. Все зависит от места, где образовалась пробопна. При этом быстро теряются п плавучесть п остойчивость.
Обеспечение необходимой остойчивости— важнейшая задача конструкторов при проектировании судна. Зависит остойчивость от расположения центра тяжести судна. Чем он ниже, тем больше остойчивость (рпс. 13). Поэтому груженые суда, у которых центр тяжести ниже, устойчивее порожних, которым приходится брать балласт для повышения остойчивости. Но остойчивость меняется также в зависимости от величины груза и его размещения.
Русские ученые первые в мире разработали средства для придания кораблям третьего важнейшего качества — непотопляемости, т. е. способности держаться па воде, несмотря на частичную потерю плавучести или остойчивости. Начал эти работы С. О. Макаров, выдающийся русский флотоводец. Он создал стройную систему водоотлпвпого п осушительного оборудования корабля. По всей длине второго днища укладывались две трубы: отливная, с диаметром немного больше 25 см, и осушительная, с диаметром 127 см. Они имели отводы во все помещения корабля и соединялись с мощными насосами (помпами). Стало возможным бы
стро освобождать от воды пли затоплять пространство между обоими днищами илп любой отсек корабля. Благодаря этому, если появлялась необходимость, можно было увеличить или уменьшить глубину осадки корабля, увеличить плп уменьшить его креп плп дифферент. Еслп, например, корабль, получив пробоипу, сильно накренялся, можно было быстро затопить противоположные отсеки и таким образом не дать ему опрокинуться.
Но это еще не все! Задача заключалась и в том, чтобы заранее правильно выбрать место для приложения этой силы, точно выбрать отсек пли несколько отсеков для затопления при пробоине. Ведь во время аварип плп боя каждая мпнута на счету и ошибка может оказаться роковой. И здесь на помощь С. О. Макарову пришел выдающийся ученый А. Н. Крылов. Он разработал специальные таблицы. Еслп корабль получил пробоину в определенной части корпуса, таблицы быстро и точно отвечали, останется лп судно «на плаву», потонет пли опрокинется. Они также определяли, какое положение примет корабль, если он останется на поверхности моря, можно ли выровнять корабль и какие именно отсеки надо затопить для этого.
Пользование таблицами оказалось настолько простым, что инженеру-механику корабля достаточно проделать обыкновенные арифметические действия — и точное решение важнейшей задачи готово!
Рис. 13. Отсутствие крена судна означает, что равнодействующие сил поддержания и тяжести располагаются, компенсируя друг друга. Но стоит судну накрениться, как точка воздействия равнодействующей сил поддержания смещается. Возникает восстанавливающий момент — проявляется остойчивость судна. Чем ниже центр тяжести судна, тем больше может оно накреняться без потери остойчивости.
ДВИГАТЕЛИ И ДВИЖИТЕЛИ
Движители на судах бывают разные: весла, паруса, гребные колеса, винты п т. д. При гребле мускульная энергия человека с помощью движителя-весла преодолевает сопротивление воды. Паруса использовали сплу ветра. А когда появились механические двпжителп, то весло как бы вошло составной частью в гребное колесо (рис. 14).
Но даже усовершенствованные гребные колеса имели серьезные недостатки. Как только появлялась бортовая качка, онп сразу же начинали работать поочередно—то одно, то другое. Судно начинало отклоняться от курса то влево, то вправо — р к с к а т ь. Это одна пз прпчпн, почему гребные колеса не получили широкого распространения на море.
Значительным шагом вперед было применение гребного винта. На гребной вал, выходящий пз корпуса под кормой, насаживается устройство, очень напоминающее обычный
Рис. 14. Колесный пароход, совершавший рейсы через Атлантический океан в середине XIX в. Мощность его паровой .машины была всего 750 л. с. На таких судах еще сохранялись паруса.
настольный вентилятор. Вокруг ступицы расположены два, три, а то и больше лопастей, плоскость которых представляет собой часть винтовой поверхности. Отсюда и название в и п т (рис. 15). Вал вращает лопасти, а они отбрасывают воду от корабля и создают тем самым необходимый упор, преодолевающий силу сопротивления воды.
Рис. 15. Гребной винт крупного современного пассажирского судна.
Гребные винты — самый распространенный вид движителей на современных судах Ц больших кораблях часто делают не один. d 1ва или три винта.
Существуют и другие типы движителей использующих все тот же принцип, заложенный в обычном весле. Но встречаются они реже Движение некоторых судов осуществляется с помощью водометного движителя. Такие суда перемещаются, выбрасывая в противоположное направление струю воды. Энергия двигателя тратится у них на работу насосов, выталкивающих воду.
Коэффициент полезного действия водометных движителей меньше винтовых. Но их преимущество в том, что нет выступающих частей под кормой. Это позволяет строить специальные суда для плавания по мелководью.
Итак, зная почти все качества судна, мы пришли к его двигателю. Каким же он бывает?
Паровая машина стала первым судовым механическим двигателем. Но паровые машины — сложные, громоздкие сооружения, хотя п обладают бесспорными преимуществами по сравнению с парусами. Такие машины потребовали много места на судах. Необходимо стало также место для хранения топлива и устройства для его погрузки.
Вслед за паровымп машинами на суда пришли и паровые турбины. Они вращают либо вал с винтом, либо генераторы электрического тока, которые в свою очередь питают электродвигатели гребного вала.
Появление турбпн позволило поднять мощность судовых двигателей. Так, линейные корабли во время второй мировой войны имели турбины мощностью до 250 тыс. л.с. В то же время турбина занимает меньше места, чем паровая машина той же мощности.
В начале этого столетия на кораблях стали применять также двпгатель внутреннего сгорания — дизель. Оборудованные им суда называют теп л о х о да лги. Большое достоинство этих двигателей — высокая экономичность ио сравнению с паровыми установками. Это дало возможность сократить запасы горючего на судне и облегчить его заправку. Otcj тствпе котельной, занимавшей много места, и простота эксплуатации также были большими его преимуществами.
Паровые машины, турбины и двигатели внутреннего сгорания -- наиболее распространенные судовые двигатели. Лишь в последнее время 5 них появился серьезный «соперник». Это-атомная силовая установка. Она поставлена
ла первом в мире атомном ледоколе «Ленин». Источник его силы — три атомных реактора, в которых энергия извлекается из ядер )рана.
Эта энергия поступает в парогенераторы, а образующийся в и их пар используется для приведения в действие турбин. На атомоходе «Ленин» турбины вращают электрические генераторы. Выработанная ими электроэнергия используется для работы элект-родвпгателеп, вращающих три гребных вала ледокола.
Мощность двигателя ледокола —44 тыс. л.с., а развиваемая им скорость —18 узлов (миль в час).
Этот огромный, могучий корабль — самый крупный ледокол в мире (рис. 16).
Атомные силовые установки пока еще очень громоздки. Их приходится помещать за толстыми стенами, чтобы уберечь команду от вредного действия радиоактивных излучений. Сложность и размеры такого «двигателя», необходимость защиты команды от вредных излучении позволяют пока строить их лишь на сравнительно крупных судах. И все же у этой силовой установки огромные преимущества.
Даже самые крупные из старых ледоколов нс могли обходиться без заправки топливом более двух-трех недель. Каждый раз иа возвращение в порт приходилось тратить много времени, а ведь период северной навигации очень краток.
Такие потери времени составляли почти 25% общего рабочего времени ледокола. Атомный ледокол может целый год не заходить в порт за «горючим».
КАКИЕ БЫВАЮТ СУДА
Случалось лп вам наблюдать шумную, многообразную жизнь большого морского порта? Как по-разному выглядят стоящие на рейде и у причалов суда! Одни — высокие и стройные, с несколькими рядами иллюминаторов. Это пассажирские суда. В них есть уютные каюты и красивые салопы, плавательные бассейны, кинотеатры и многие другие удобства, которыми современная техника обеспечивает пассажира, отправляющегося в многодневное морское плавание. Другие своей маленькой надстройкой, приютившейся на корме, и стрелами мощных
Рис, 16. Первый в мире атомный ледокол «Ленин».
грузовых лебедок молчаливо рассказывают о трудовых буднях судов-грузовозов.
Почему грузовозы бывают различные? Морской транспорт перевозит самые различные грузы: руду и уголь — их грузят навалом, нефть и бензин — их заливают в специальные цистерны, промышленные изделия — их упаковывают в особые ящпкп, п т. д. Естественные свойства всех этих грузов различны. Кроме того, одни из них занимают много места по объему, но мало весят, другим же, наоборот, нужно мало места, ио зато они тяжелые. Значит, надо специально приспосабливать суда для вполне определенных перевозок и для искусственного регулирования мореходных качеств в зависимости от загрузки.
Основная масса судов обычно и приспособлена для специальных грузов. Широко распространены суда, предназначенные для доставки штучных грузов.— сухогрузные суда.
Разнообразие этих грузов и транспортных линий заставляет строить такие суда тоже самых различных «калибров». Это могут быть небольшие корабли, грузоподъемностью 500— 1000 Т. Их обычно используют на малых транспортных линиях, обслуживающих порты одного побережья.
Многие сухогрузные суда имеют водоизмещение до 10 тыс. Г, но есть и значительно большие. Обычно судно, предназначенное для перевозки штучных грузов, имеет небольшое число пассажирских кают. Случается, что судно идет без полном загрузки. Тогда заполняются водой специальные цистерны, чтобы сохранить мореходные качества корабля.
Интересное специализированное судно — танкер (рпс. 17). Он предназначен для перевозки
Рис. 17. Танкер — специализированное судно, предназначенное для перевозки жидких грузов.
нефти и других жидких грузов. Особенности танкера определяются целым рядом причин. Существует опасность возникновения пожара. Значит, на нем надо особо позаботиться о раз
делении грузовых помещении и машинного отделения. Кроме того, есть еще опасность перемещения (переливания) груза при качке, что может привестп к потере остойчивости или к нарушению прочности судна. Значит, приходится грузовое помещение танкера разделить продольными и поперечными глухими переборками на небольшие отсеки — танки. Это в свою оче
редь позволяет не делать двойного дна под грузовыми помещениями, а водяной балласт прп необходимое!и брать прямо в грузовые отсеки.
1 ис. 18. Современное океанское пассажирское судно. В одоиз.чещен че такого ^плавучего города* — 80 тыс.Т.
Современные танкеры— самые крупные грузовые суда. Они имеют сравнительно высокую скорость — до 20 узлов. Погрузочные устройства их позволяют не только быстро откачивать груз, нои перекачивать его из одного отсека в другой по выбору. Особые устройства есть на нем и для борьбы с пожаром.
Разумеется, об особенностях каждого специализированного судна (а их очень много) можно было бы рассказать немало интересного. Есть суда, построенные для перевозки руды (рудовозы), угля (углевозы), леса (лесовозы) т. д. Есть суда-холодильники (рефрижераторные) и суда-паромы, предназначенные для перевозки целых железнодорожных составов. И каждое из них имеет свою конструкцию
и особую «внешность».
В отдельный класс транспортных судов выделяются пассажирские (рис. 18). К ним
предъявляется целый ряд специальных требова ний, и прежде всего по обеспечению безопас ности плавания и удобства пассажиров.
Пассажирское судно должно иметь повышен
ную остойчивость, п в то же время на нем должна быть ослаблена качка. Самые разнообразные меры принимаются по устранению возможности возникновения пожара. На таком судне есть аварийные источники энергии и освещения, новейшие навигационные средства и достаточный запас спасательных средств. Морские пассажирские суда строят разных
размеров — от океанских гигантов-ланнсров водоизмещением в 80 тыс. Г и более п до небольших судов каботажного плавания.
Но моря и океаны— это не только бесчис
ленные транспортные артерии мира. В их глубинах природа хранит очень ценные для человека продукты. Для их добычи тоже есть специальные суда. Траулеры — самые крупные пз них. Они обладают хорошпмп мореходными качествами и уходят на промысел далеко от порта. Рыбу они ловят тралом — огромным мешком пз сети, который буксируют вслед за суд-пом. Грузоподъемность
крупного траулера 400—800 Т (рпс- 19).
Ловят рыбу и другие специализированные суда. Дрифтеры, например, ставят морские сети на поверхности, а быстроходные сейнеры охотятся за косяками рыбы с помощью кошельковой сети.
В суровых условиях Антарктики промышляют китобоьные флотилии. Во главе флотилии плавучая база-завод по разделке и переработке китовых туш. Это —крупное судно водоизмещением в несколько десятков тысяч тонн, отлично оборудованное необходимой техникой. На нем созданы все условия для нормальной жизни большого экипажа в течение промысла. Флотилия состоит из 6—10 китобойцев — небольших быстроходных судов, обладающих прекрасными мореходными качествами и вооруженных гарпунными пушками.
23 января 1959 г. спущен на воду новый-флагман нашей китобойной флотилии — китобаза «Советская Украина». Это корабль высотой с десятиэтажный дом и длиной 218 м. Его водоизмещение — 44 тыс. Т. Он почти в два раза больше хорошо известной всем «Славы».
Существуют и другие промысловые суда, приспособленные, например, для охоты на тюленей плп лова крабов.
Разнообразны по своему назначению и виду вспомогательные суда. Без них остальные суда не могут нормально работать. Вот на водной глади порта снуют небольшие портовые буксиры. Без них в порту нелегко маневрировать крупным океанским кораблям. Их самостоятельное перемещение может привести к аварии. Да л незачем запускать ради этого мощную судовую машину. Часто бывает нужно подвести к судну баржу с грузом или топливом — и здесь помогают буксиры (рис. 20).
В порту можно увидеть и суда, совсем не похожие на обычные, например землечерпалку илп плавучий кран (рис. 21). Они необходимы для углубления проходов и для погрузочных работ.
К классу вспомогательных относятся ледоколы. Эти могучие и тяжелые суда, ломая льды, обеспечивают следующим за ними судам возможность нормальной навигации. Наконец, есть спасательные, экспедиционные, учебные суда.
Еще одна большая и важная группа — боевые корабли. Они отличаются друг от друга по задачам, которые должны выполнять, и поэтому в свою очередь делятся на классы.
История боевых кораблем — это беспрерывная борьба за улучшение средств нападения и защиты. Совершенствовались пушки, росла разрушительная сила снарядов — и в ответ
Рис. 19. Траулер — наиболее распространенный тип морского рыболовного судна.
Рис. 20. Морской буксир.
ны могут самостоятельно переходить из порта в порт.
Рис. 22. Крейсер.
Рис. 23. Эскадренный миноносец.
на это корабли одевались все более толстым слоем брони, рождались новые способы защиты. Так постепенно определялись существующие в настоящее время классы кораблей.
Гигантские линейные корабли до самого последнего времени были, казалось, непобедимыми. Почти полуметровая броня защищает важнейшие их части. Вес ее измеряется тысяча-
мп тонн.
Орудия их главного калибра огромны,
Рис. 24. Авианосец — плавучий аэродром.
только один снаряд весит более тонны. Чем только ни вооружен, от чего только ни защищен, казалось бы, линкор! II все же этот огромный и могучий корабль потерял свое боевое значение. Его броня уже не служит надежной защитой от управляемых ракетных снарядов и ядерного оружия.
Крейсера значительно меньше линкоров,
хотя и их водоизмещение достигает десятков тысяч тонн. Преимущество их в скорости.
Могучие турбины крейсера лишь немного слабее двигателей линкора, и поэтому скорость крейсера достигает 40 узлов (рис. 22).
Эскадренные миноносцы (рис. 23) еще меньше. Их главное оружие — мины и торпеды. Очень необычен авианосец (рис. 24). Это плавучий аэродром. Его оружие —самолеты, всегда готовые подняться и с воздуха атаковать корабли, самолеты и базы противника.
Авианосцы в свою очередь делятся на подклассы. Есть тяжелые ударные авианосцы. У кораблей такого класса водоизмещение может достигать 60 и
Панорама морского порта: 1—мол; 2—акватория; 3—рейд; 4—пассажирский причал; 5—служебный причал; 6—морской ремонтный завод; 7—док; 8—морском вокзал.
Рис. 25. Подводная лодка.
даже 90—100 тыс. Т. Более сотни самолетов несет на себе подобный плавучий аэродром. Существуют также средние и легкие авианосцы. Наконец, торпедные катера, сторожевые корабли, тральщики — все это особые классы боевых кораблей.
Под воздействием новых средств нападения начинают меняться существующие в настоящее время классы боевых кораблей. Все чаще можно услышать теперь о кораблях-ракетоносцах. Подводные и надводные корабли, вооруженные управляемыми ракетными снарядами, обладают огромной ударной
Исключительное значение приоб-
МОЩЬЮ.
Уже сейчас в нашей миролюбивой стране подлодки используются для исследовательских целей. Советские ученые, плавая па оборудованной новейшими приборами и аппаратурой подлодке «Северянка», открывают тайны морских глубин.
Развитие техники сейчас позволяет нам заглянуть в завтрашний день морского флота. Уже сейчас на наших реках все чаще появляются небольшие быстроходные суда на подводных крыльях (рис. 26). Строятся и крупные суда такого типа. Они значительно увеличивают скорость передвижения пассажиров. В различных странах проектируются и строятся первенцы атомного флота. Пройдет несколько лет, и они будут спущены па воду. Новейшие мощные атомоходы будут почти вдвое больше своих недавних предшественников.
Создаются проекты гигантских подводных кораблей. Например, конструируется подводный танкер водоизмещением в 30 тыс. Т. Он сможет совершать свои рейсы на самых трудных транспортных линиях, в любую погоду.
Пока все эти корабли напоминают еще своим внешним видом суда прошлого. Но в будущем их вид изменится.
ретает в последнее время подводная лодка (рис. 25). Возможность погружаться в воду, совершать там длительные переходы, а затем неожиданно атаковать неприятельский корабль — давно уже была ее серьезным преимуществом перед другими кораблями. Успехи техники последних лет намного усилили боевую мощь подлодок. Новейшие двигатели, в том числе атомные, позволяют строить подводные корабли с очень большим радиусом действия.
Но советские люди активно выступают за мир. Это находит поддержку во всем мире. Настанет время, когда военные корабли пойдут на слом.
Рис. 26. Корабль на подводных крыльях.
Так выглядит турбовинтовой четырехмоторный пассажирский самолет ТУ-114.
Нередко можно встретить удивительные проекты кораблей будущего. Вот, например, один из них: корпус корабля находится под водой. В нем атомные реакторы, топливо, грузы. А высоко над ним, на поверхности моря, раскинулись крылья — основная, жилая часть корабля. В них и каюты пассажиров, и помещения команды.
СТОЯНКИ КОРАБЛЕЙ
На судостроительном заводе большой праздник. Спускают на воду очередное «детище» новое судно. Четко звучат слова команды. Под ликующие возгласы судостроителей сначала плавно, а затем все быстрее и быстрее движется со стапеля корпус корабля к воде.
Спуск па воду — день рождения судна. Оно еще не совсем готово к плаванию, надо многое достроить, доделать. Но главное осталось позади!
Пройдет некоторое время, и корабль покинет завод. Быть может, десятки лет будут жить тяжелой «жизнью» его корпус и машины. Могучие порывы штормов, аварии п, наконец, время будут постепенно разрушать результаты труда судостроителей.
И, чтобы этого нс случилось, надо внимательно следить за каждым кораблем: вовремя заменять износившиеся детали машпн, исправлять полученные повреждения, снимать с под-
Рис. 27. ( лева .маяк (внешний вид). Справа — отпра житель, вращающийся вокруг источника света и по сылающий луч маяка в различные направления.
водной части судна налипшие на нее раку и водоросли — иначе оно потеряет скоросКП
Всего этого не сделаешь в пути. Зна ТЬ’ «отдых» и «лечение» необходимы кораблям не только для отдыха и лечения заходят ог в порты. Здесь, под защитой от волн, моат? спокойно загрузить трюмы, принять пасса° жиров, проверить исправность судовых навпга" цпонпых приборов.
Каково же устройство большого морского порта (см. цв. рис., стр. 456)?
Прежде всего у него две части: территория и акватория. «Терра» — по-латински «земля», а «аква» — «вода». Территорией порта называют площадь его береговых сооружении складов, ремонтных мастерских и т. д. Вся
его
спе-ВОЛ-есть в
складов, ремонтных мастерских и т. д. водная поверхность порта называется акваторией.
Акваторию от моря обычно защищают циальными сооружениями — молами или поломами (волнорезами). А иногда, если опасность сильных приливов и отливов, портах, чтобы поддержать постоянный уровень воды, строят даже шлюзы. Конечно, для сооружения порта часто выбирают место, приспособленное самой природой,— залив, устье большой рекп пли бухту, где не бывает больших волн в непогоду.
Внешняя часть акватории порта — рейд-предназначена для якорных стоянок судов. Отсюда их распределяют по причалам, а пногда здесь же и грузят. Это делается, когда порт не прпспособлен для приема к причалу судов данного типа.
К акватории порта относятся и водные подходы, т. е. специально углубленные п.ш естественные каналы, по которым лоцманы проводят суда большого размера или глубокой осадки. Бывает, что водные подходы порта не позволяют провести к причалу какое-нпбудь крупное судно. Вот п приходится ему остаться на рейде.
Внутренними бассейнами порта называют непосредственно примыкающую к причалам часть его акватории. На причальных сооружениях стоят краны, с помощью которых ведется погрузка и разгрузка судов.
На территории крупных морских портов имеются склады для хранения специализированных грузов, есть своя сортировочная железнодорожная станцпя п сеть автомобильных путей. Здесь же располагаются судоремонтные мастерские.
Подъем судна из воды для очистки его подводной части, окраски и ремонта считается ооя
зательнои эксплуатационном операцией. Для этого в порту есть доки. Они бывают стационарные и плавучие. Входит корабль в док — за ним закрываются «ворота»; затем из дока откачивается вода. Корабль «садится» на специальные приспособления — кильблоки. 1еперь можно спокойно заниматься его ремонтом.
Интересны плавучие доки. Это длинный понтон. Отсеки его с уже установленными кильблоками заполняют водой, и понтон погружается. Затем его подводят под корпус судна и откачивают воду. Понтон всплывает, поднимая на себе судно.
Вспомогательный флот порта — тоже важная часть его «устройства». Портовые буксиры, грузовые баржи, на которых подвозят к стоящим на рейде судам грузы и топливо, землечерпалки и плавучие краны обязательно «обитают» в водах порта.
И, наконец, маяки, буи (рис. 27, 28), радиолокационные станции, сигнальные мачты и т. и. Они дают возможность в любую погоду, нп днем, нп ночью не прекращать деятельность портов.
КАК НАХОДЯТ АДРЕС В ОКЕАНЕ *
Помните пятнадцатплетиего Дика Сэнда у Жюля Верна? Обстоятельства делают его капитаном. Но вместо Южной Америки он привел свое судно в Африку. Это произошло потому, что Дик Сэид еще не был силен
в навигации — пауке, позволяющей определить место корабля в морс и наметить правильный курс.
Было время, когда мореплаватели древних народов не решались выходить в открытое море. Их страшила безбрежная океанская гладь, где все направления казались совершен
Рис. 28. Светящийся буй — плавучий предостерегающий знак. Он указывает на определенную опасность или ограждает опасный район.
Рис. 29. Ротор гирокомпаса тщательно уравновешен, а ось его вращается в подшипниках, расположенных в первом кольце. Второе кольцо и третье полукольцо полностью «освобождают» ротор, и он может принять любое положение относительно осей х—х, у —у, г — z.
но одинаковыми. Лишь появление компаса послужило серьезным толчком в развитии судовождения. Так как скорость судна легко было измерить, то оставалось лишь отмечать по карте пройденный путь.
Это может показаться странным, по развитие судостроения усложнило работу штурмана. Огромная масса стального корпуса и металлических предметов па борту намагничивается в поле земного магнетизма и также превращается в магниты. Компас начинает давать неверные показания. Приходится учитывать его ошибку и следить за ее сохранением в пути. Это значит — не менять положения крупных железных масс на судне, тщательно и регулярно проверять точность показании компаса.
В начале нашего столетия на кораблях появился гирокомпас. Основа его, гироскоп, по принципу действия похож на распространенную детскую игрушку — волчок. Достаточно раскрутить волчок, п он сможет долго и устойчиво «простоять» на своем острпе.
Под действием вращения Земли ось ротора гирокомпаса (рис. 29) принимает положение, в котором свопмп концами указывает направление на географические полюса. Этим он отличается от магнитного компаса, указывающего на магнитные полюса Земли. II как бы ни менялся курс корабля, положение осп гирокомпаса остается неизменным. Гпроскоппческое устройство заключено в камере. С осью гпроскопа связана круговая шкала — картушка — с нанесен
ными на ней градусными делениями и буквами, обозначающими Север, Юг, Восток, Запад. На курсовом кольце (вокруг картушки) нанесена курсовая черта — курс корабля. Ось ротора гирокомпаса вращается со скоростью до 10 тыс. об!мин и надежно обеспечивает точность его показании.
ТЕХ II НЕЛ ТР Л НС ПОРТ Л
ВОЗДУХ ПРОТИВ ЛЬДА
Инженеры разработали оригинальный и дешевый способ поддержания свободными о г льда акватории портов и верфей даже в сильные морозы. Для этого по дну канала или залива прокладывают систему пластмассовых труб пли шлангов, на которых находятся мундштуки с отверстиями. В трубы подают сжатый воздух, который, вырываясь из мундштуков, перемешивает различные слои воды. Более теплая донная вода поднимается на поверхность. В результате лед не образуется, а небольшие льдины, попавшие в акваторию пз других мест, тают.
Постоянно зная направление движения судна и его скорость, нетрудно вычислять пройденный путь и отмечать его на морской карте.
А как же измеряют скорость судна? Для этой цели используются особые приборы — лаги. Самый простом лаг — вертушечный. Его главная деталь, вертушка, либо буксируется за судном, либо выставляется в воду под днищем. В любом случае скорость ее вращения определяется скоростью судна относительно воды. Эта скорость п измеряется особым счетчиком оборотов. Существуют более сложные, гидравлические лаги. В них используют встречную силу давления воды.
Компас, морская карта и лаг позволяют непрерывно прокладывать путь судна и в любое время знать его местоположение. Но штурман, конечно, должен учитывать возможные ошибки измерения направления и скорости судна. Должен он учесть и силу ветра, и морские течения. Поэтому он не может обойтись без дополнительных способов определения местоположения.
Такую возможность открывают самые разнообразные ориентиры. Прежде всего пмп вооружила мореплавателей астрономия. Взап-моположение светил на небе в данный момент времени помогает определять место, с которого ведется наблюдение. Первый прибор для этого— секстант — был изобретен еще в XVI в.
Полезны мореплавателям п земные ориентиры. Здесь, кроме созданных самой природой отличительных особенностей берега, применяются специальные маякп и знаки.
На подходах к портам, на поворотных участках многих морских путей, в районах подводных опасностей ставят специальные маякп,
ас-опо-
дающие световые или звуковые сигналы q то на берегу устанавливают характерные с знавательные или створные знаки. Послет позволяют штурману при совпадении женин судна с линией обоих знаков точно знать угловой пеленг на них и, следовательно, контролировать правильность курса корабля'
Но как быть, если погода испортилась если небо затянуто тучами, а берег не виден и маякп не посылают сигналов? На помощь приходят радиомаяки. В любую погоду, в люб время суток посылают они свои незримые сигналы. II достаточно судну принять сигналы, как уже можно них (взять их ложение.
Существуют онные системы, ко станции. Работа пх строго согласованна. С помощью установленной на судне радиоаппаратуры измеряют расстояние до них и оп
—лы, определить направление на пеленг) и уточнить местопо-
специальные радпонавигаци-включающие в себя несколь-
ределяют координаты.
Навигация поставила себе на службу п радиолокацию и телевидение. Теперь корабли вооружились радиолокаторами. II если какое-нибудь препятствие возникает на пх пути то еще за десятки километров оно видно уже на экране радиолокатора.
Но вот близок порт. Осталось провести судно по «дорожкам» его акватории. Обычно это делает лоцман. Сейчас радиолокация и телевидение объединились здесь вместе, для того чтобы
помочь человеку в этом сложном деле.
Антенна портового радиолокатора своим радиолучом последовательно «освещает» всю акваторию порта и подходы к ней. На экране создается своеобразное изображение порта. Молы п волноломы, указатели водных подходов, стоящие на рейдах п у причалов суда отчетливо видны па возникающей радиолокационной карте. С помощью особого прибора это «изображение» превращается в обычный телевизионный сигнал, который п излучается специальной радиостанцией.
Приближающиеся суда имеют телевизионные приемники. На пх экранах возникает изображение порта. Капитан без труда может найти свое судно на этой телевизионной «картине» и вести его без лоцмана, получая необходимые дополнительные указания по радпо.
Наша страна — великая морская держава. Пз года в год у нас появляются все новые и новые корабли, строятся механизированные порты, растет торговый морской флот.
АВТОМОБИЛИ
Автомобиль занимает особое место среди ма-шин, обслуживающих люден. В нем воплощена давняя мечта человечества о быстром движении. Ведь автомобиль — самое быстрое сухопутное средство транспорта.
Миллионы люден связаны с производством и хозяйственным использованием автомобилей. А сколько миллионов «болельщиков» автомобиля! Они придирчиво осматривают па улицах новые модели машин, с увлеченном читают книги п журналы по автоделу, сами проектируют и строят маленькие автомобили.
В нашем стране создана мощная автомобильная промышленность. Ежегодно выпускается свыше 500 тыс. автомобилей, и производство их с каждым годом все увеличивается. К 1965 г. семплетнпм планом предусмотрено довести выпуск автомобилей до 750—856 тыс. в год. Для автомобилей ежегодно изготовляется около четырех миллионов резиновых шин, десятки миллионов ламп и миллионы других электроприборов, несметное множество подшипников, миллионы тонн стали, сотни километров электропроводов и трубок, многие квадратные километры стекла, сукна и кож. Миллионы тонн бензина и других нефтяных продуктов расходуются прп работе автомобилей. Для них строятся тысячи километров гладких асфальтовых и бетонных дорог, гаражи, станцпп обслуживания, ремонтные заводы.
А ведь еще сто лет назад автомобилей совсем не было. Первая безрельсовая самодвижущая-ся повозка с бензиновым /Двигателем, которую назвали автомобилем (от греческого слова «ау-тос» — сам и латинского «мобилис» — движущийся), появилась в 1885 г. До этого, правда, были повозки с паровымп двпгателямп или такие, которые двигались мускульной сплои пассажиров. Но они былп тихоходны, неудобны в пользовании, ненадежны. Работоспособны и, удобный п сравнительно быстроходный автомобиль удалось создать только после изобретения легкого и всегда готового к действию двигателя внутреннего сгорания.
У механизмов первых автомобилей былп серьезные недостатки. Поэтому конструкторы сначала заботились об усовершенствовании механизмов машины и очень мало думали о ее внешнем впде, об устройстве кузова, о том, каким должен быть автомобиль в целом. Лишь бы он двигался! Но со временем стало ясно, что для различных целей нужны различные
автомобили, и постепенно появилось множество типов машин.
Автомобили подразделяют прежде всего по назначению: легковые, грузовые, автобусы, самосва1ы, спортивные, тягачи; затем—по числу мест, но грузоподъемности или по виду кузова. Кроме того, различают автомобили по так называемой колесной формуле. Она состоит из двух чисел, соединенных знаком умножения. Первое число показывает количество колес у автомобиля, второе — количество колос, к которым подводится усилие от двигателя.
Например, у обычных легковых и грузовых автомобилей колесная формула 4x2 (четыре колеса, из них два ведущих); у автомобилей повышенной проходимости формула 4X4 или 6X6 (четыре или шесть колес — ведущие). Наконец, при обозначении типа легкового автомобиля нередко упоминают рабочий объем цилиндров его двигателя, например «малолитражный автомобиль» пли «автомобиль среднего литража».
Каждый автомобиль носит марку изготовившего его завода и порядковый номер модели, а иногда еще и «кличку». ГАЗ-21 «Волга» означает: Горьковский автомобильный завод, двадцать первая модель, название «Волга». Марки советских автомобилей — кремлевскую звезду па «Москвиче», оленя и чайку па маши-
А ВТОМОБПЛЬНАЯ ПРОГУЛКА
С каждым годом растет число J автомобилей. К началу 1960 г. < по дорогам всего мира мчалось { уже больше 90 млн. легковых и j более 20 млн. грузовых автомо- s билон и автобусов. Если на все эти машины посадить всех жела- | тощих прокатиться, то можно было \ бы сразу вывезти на прогулку j полтора миллиарда человек — > больше половины жителей зем- \ пого шара. А ведь полвека назад \ автомобили были болыпоп ред- ( костью!
нах Горьковского завода, белорусских зубров, ярославских медведей — хорошо знают во всем мире.
В капиталистических странах автомобили чаще всего носят имя владельца плп основателя завода: «Форд», «Бьюик», «Роллс-Ройс», «Рено», «Опель». Реже встречается сокращенное название завода, например «Фиат» — фабрика итальянских автомобилей в Турине. Иногда бывают и забавные исключения. Так, известная марка «Мерседес» — имя... дочери одного богача, поддержавшего в свое время изобретателя этой машины — Даймлера.
Названия машин стран народной демократии чаще всего связаны с городом или местностью, в которых находится завод: «Татра», «Прага», «Варшава», «Люблин», «Вартбург». Китайские ’грузовые автомобили носят марку «Освобождение», легковые — «Ветер с востока».
Во всем мире сейчас около 250 моделей лег-
Рис. 2. Один иа первых автомобилей Бенца.
Рис. 3. Первые советские автомобили: АМ0-Ф15 (1924) слева и НAMИ-1 (1928) — справа.
ковых автомобилей и столько же грузовых. При этом у многих из них несколько основных типов кузовов, не считая бесчисленного множества специальных.
В СССР выпускается несколько десятков основных моделей. Мы расскажем только о самых важных из них.
Чтобы запомнить особенности каждого типа автомобиля, нужно знать его главные части (подробнее об устройстве автомобиля см. ниже).
Источником энергии для движения автомобиля служит двигатель. Обычно он расположен в передней части машины. Но на многих автобусах и малых легковых автомобилях -в задней. Вращение вала двигателя через систему валов и шестерен силовой передачи передается к задним, реже к передним пли тем и другпм в е д у щ и м колесам. Каждая пара колес вместе с осями п рессорами образует так называемый мост — передний мост, задний мост. Передний мост у легковых автомобилей иногда называют передней подвеской. Мосты крепят к раме или к кузову. Если есть рама, то кузов устанавливают на ней.
Для управления автомобилем служат руль и привод от него к передним поворачивающимся направляющим колесам; т о р м о-з а с приводом от педали и рычага для замедления хода плп остановки; педаль подачи топлива и кнопки контроля над двигателем; педаль п рычаг для контроля над силовой передачей. Автомобиль оборудован аккумуляторной батареей, стартером — пускателем двигателя, системой зажигания двпгателя, осве-тптельпымп и сигнальными фонарямп — фарами, у казателями поворота, звуковым сигналом п т. п. На колеса надеты резиновые пневматические (надутые воздухом) шины. Имеется запасное колесо п набор инструмента для обслуживания п ремонта машины.
В СССР выпускается несколько типов легко-
вых автомобилей: с приводом на задние u с приводом на все колеса. Самые маленькие — двухместный автомобиль для инвалидов Серпуховского мотозавода (марки СЗА) п мпкроавтомобпль «Запорожец». Их крохотные двигатели расположены сзади и охлаждаются воздухом (у остальных легковых автомобилей двигатели находятся спереди и имеют водяное охлаждение). У СЗА кузов типа «фаэтон» со складным матерчатым верхом и застекленными боковинками на дверях (см. цв. рис., стр. 472).
Четырехместный малолитражный автомобиль «Москвич-407» предназначен для индивидуального пользования. У него, как и у всех других легковых автомобилей (кроме ГАЗ-69), закрытый кузов типа «седан» с четырьмя дверями. Разновидности его: модель 410-Н для сельской местности с приводом от двигателя на все колеса и застекленный фургон модели 423-Н, предназначенный для перевозки мелких товаров и почты.
Пятиместные автомобили Горьковского автозавода М-20 «Победа» и М-21 «Волга» принадлежат к классу среднего литража. «Волга»— болееновая, современная модель. Управление ею и обслуживание облегчено, двигатель— более мощный, шины и рессорная подвеска — более эластичные, в кузове — большие окна из гнутого стекла. На базе «Победы» выпускались автомобили типа 4X4 — М-72 со стандартным кузовом и ГАЗ-69 с упрощенным кузовом «фаэтон». «Победа» и «Волга» используются в учреждениях и индивидуальными владельцами, а также как такси.
Самые большие советские легковые машины — семиместные ГАЗ-13 «Чайка» Горьковского автозавода и ЗИЛ-111 Московского автозавода им. Лихачева. У них автоматическое управление силовой передачей. Чтобы уменьшить длину их двигателей, цилиндры расположены в два ряда. Эти машины предназначены для правительственных учреждений. У ЗИЛ-111 за спинкой сиденья водителя есть застекленная перегородка. Такой кузов называется «лпмузин».
Семейство наших грузовых автомобилей еще более многочисленно. Среди них и маленький крытый полу грузовик «Москвич-430», и самый большой — шестиколесный двенадцатп-тонный ярославский грузовик Я АЗ-219. Грузовики Минского, Ярославского и Кременчугского автозаводов снабжены дизелями, работающими на дешевом топливе (см. цв. рпс., стр. 473).
1 рузовые автомобили делают с бортовыми платформами — основные модели, с опрокидывающимися кузовами — а в т о с а м о-с в а л ы, без кузовов, например тягачи для буксировки полуприцепов. Автомобиль с прицепом или полуприцепом очень удобен. Во-первых, он может тянуть за собой больше груза, чем автомобиль без прицепа; во-вторых, на время погрузки и разгрузки прицеп отцепляют, а тягач посылают в очередной репс с другим прицепом.
Автомобили без кузова называют шасси. Учитывая специфику грузов, на шасси устанавливают разнообразные кузова — фургоны, кузова с высокими решетчатыми бортами для перевозки легких сельскохозяйственных грузов и скота, кузова-холодильпики для скоропортящихся продуктов, баки-цистерны для перевозки жидкостей, пожарные автонасосы, автолавки. Разновидностей грузовых и специальных автомобилей очень много.
Во всех концах нашей страны на больших стройках работают самосвалы особо большой грузоподъемности — 25 и 40 Т. Емкость их кузова соответствует объему ковшей гигантских экскаваторов. Строит такие самосвалы Белорусский автозавод.
Почти у каждого советского грузовика есть «родственник», у которого все колеса ведущие. Такие машины необходимы для работы на плохих дорогах — па проселках, в экспедициях, в пустынях, в тайге. Вес этих автомобилей распределяется по всем ведущим колесам. Это улучшает их сцепление с почвой. Выступающие грунтозацепы па шинах увеличивают сцепление. Если одно или два колеса автомобиля попадут на рыхлую почву, то остальные не дадут ему забуксовать или завязнуть.
В последние годы появилось много новых типов автобусов: павловские и курганские —
Рис. 4. Самый большой автомобиль-самосвал — евро катонный МАЗ-530 Белорусского автозавода.
5. Автопоезд, состоящий из
тягача, полуприцепа и прицепа.
ла 23 места; лпкинские и львовские — городские и туристические средней вместимости; 100-местные из г. Энгельса — для больших городов; междугородные экспрессы ЗИЛ-127 с откидными спинками сидений и багажными ящиками; маленькие ульяновские и рижские — для гостиниц, небольших железнодорожных станций, учреждений. Все автобусы, кроме курганских, так называемого вагонного т п-н а. Место водителя помещено над левым передним колесом или впереди него, рядом с двигателем. На львовских автобусах и ЗИЛ-127 двигатель установлен в задней части кузова. При таком устройстве, несмотря на ограниченную длину автобуса, остается много свободного места для пассажиров. Водителю хорошо видна дорога. На базе автобусов и больших легковых машин строят санитарные автомобили.
Ульяновские, горьковские, минские и кутаисские конструкторы выиеслп вперед кабину водителя на новых грузовых автомобилях. Машины получились вместительные и короткие, более поворотливые. Однако при расположенном спереди двигателе на передние колеса приходится очень большая нагрузка. На скольз-коп дороге задние колеса буксуют, па вязком грунте передние «зарываются».
Учитывая выгоды вагонной компоновки, конструкторы ищут решения, которые позво-
Тлина автомобиля
Рис. 6. Грузовой автомобиль с вынесенной вперед кабиной (контурные линии) короче и вместительнее автомобиля прежнего типа (черный силуэт).
лили бы распространить ее на все автомобили Другая задача будущего — упростить п облегчить управление автомобилем. Для этого на некоторых легковых автомобилях и тяжелых грузовых (ЗИЛ-111, «Чайка», большегрузные самосвалы и др.) уже применяют усилители руля и автоматические силовые передачи. Водителю не нужно делать больших усилий, чтобы повернуть рулевое колесо, не нужно пользоваться двумя педалями и рычагом для переключения передач — за него это сделают автоматы и усиливающие устройства. Он только слегка поворачивает рулевое колесо п изменяет число оборотов двигателя нажимом на педаль подачи топлива. Такие автоматы и усиливающие устройства пока еще сложны в производстве и обслуживании. Но возможности их усовершенствования неисчерпаемы, и в будущем они значительно облегчат труд водителя.
Много забот доставляет конструкторам вес автомобиля. Ведь на каждого пассажира легкового автомобиля даже при полной нагрузке приходится до 400 кГ веса конструкции — в 5 раз больше веса пассажира. А так как автомобили почти никогда не ездят с полной нагрузкой, то эта цифра возрастает в 2—4 раза. Одпн из путей снижения веса — замена стали пластическими массами. Уже создано несколько видов кузовов из пластмассы. Онп значительно легче стальных, не ржавеют, хорошо защищают пассажиров от жары п холода. Несомненно, пластмассовые автомобильные кузова в ближайшее время станут обычным явлением.
Продолжают совершенствоваться гоночные и рекордные автомобили. На опыте создания и испытания этих автомобилей конструкторы ищут возможности снизить вес, чтобы добиться наибольших скоростей движения, снизить сопротивление воздуха, повысить устойчивость автомобиля. Они пщут новые высокопрочные материалы для деталей, которые прп малом весе должны выдерживать огромные нагрузки, возникающие на больших скоростях. Нанден-
рис. 1. Колесо и его крепление
Схема независимой передней подвески
БАН
КАРБЮРАТОР
шток
ТРУБКА
ПОРШЕНЬ
ШАТУН
МАХОВИН
КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
БОКОВОЙ КЛАПАН
ВЕРХНИМ КЛАПАН
ШЕСТЕРНИ распределения
КУЛАЧКОВЫЙ ВАЛ
Рис. 3. Схема рулевого привода
КЛАПАН
ВОЗДУХО-
I ОЧИСТИТЕЛЬ
НАСОС
Рис. 6. Клапаны
Рис. 5. Шатунно-кривошипный механизм.
Рис. 7. Четырехтактный цикл.
ПРЕРЫВАТЕЛЬ-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ
АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
ВОЗДУХ ВОЗДУШНАЯ
Рис. 9. Разрез карбюратора.
Рис. 10. Схема глушителя.
пые решения в дальнейшем переносят в конструкции обычных автомобилей. Именно такой путь прошли обтекаемые кузова, независимая подвеска колес и другие особенности обычных автомобилей. Одновременно гоночные автомобили — увлекательный вид спорта.
АВТОМОБИЛЬ «МОСКВИЧ-407»
«Москвич» модели 407 выпуска 1959 г.— типичный малолитражный автомобиль. Сотни тысяч машин этого класса выпускают ежегодно многие заводы разных стран. Еще недавно такие автомобили делали тесными и тихоходными, не очень прочными. Но требования к автомобилям возросли, и конструкторы создали более прочные, мощные и удобные машины.
Теперешний «Москвич» имеет двигатель с рабочим объемом всего в 1,36 л, но с мощностью в 45 л. с. Он развивает скорость до 115 км час и расходует не более 7 л топлива на 100 км пути (на шоссе). Его вес с полной заправкой топливом, водой и смазкой — 980 кГ. Нетрудно подсчитать, что па литр рабочего объема двигателя приходится 33 л. с. его мощности (литровая мощность — 33 л. с.), на тонну веса автомобиля с пассажирами п багажом — 34 л. с. На перевозку одного пассажира на 100 км расходуется 1,75 л топлива. А соответствующие величины нашего первого массового легкового автомобиля ГАЗ-А (1932) были: 12 л. с., 29 л.с., 2,75л.с. Производительность двигателя с тех пор увеличилась почти втрое, а расход топлива снизился на х/3. К тому же у «Газика» был примитивный открытый кузов, жесткие рессоры, неудобное управление, а у «Москвича» обтекаемый кузов с откидными сиденьями, отоплением, обогревом ветрового окна, радиоприемником, с багажником (см. цв. рис., стр. 449).
За облицовкой «Москвича» скрыты механизмы. Наиболее заметные пз них — колоса с пневматическими шинами (рис. 1. Здесь и до конца статьи ссылки на цв. табл., стр. 464 — 469). Колеса насажены на оси и привернуты гайками к шпилькам тормозных барабанов. Эти гайки и большую гайку на конце оси можно увидеть, сияв хромированный колпак колеса. Вместе с колесом вращается тормозной барабан.
Каждое колесо имеет свою отдельную ось. Оси передних колес не вращаются. Сами же ко-лесаотделены от оси подшипниками и вращаются на них свободно. А задние колеса вращаются вместе с полуосями. Полуоси покоятся на подшипниках в к о ж ухе или картере
заднего моста. Задний мост — это узел, в который входят картер, полуоси, передаточные шестерни, задние колеса и тормоза.
Полуоси задних колес связаны между собой шестеренным механизмом — дифферен-ц налом, а дифференциал через шестерни и валы силовой передачи — с валом двигателя. Двигатель установлен на балках передней части кузова на резиновых подушках. Силовая передача проходит под полом кузова. Картер заднего моста подвешен к кузову снизу на длинных стальных полосах — рессорах.
Ось переднего колеса объединена со сложной кованой деталью — стойкой подвески. Концы стойки шарнирно связаны с наружными концами верхнего и нижнего качающихся рычагов подвески. Внутренние концы рычагов также на шарнирах крепятся к поперечине, а поперечина — к кузову. Вид рычагов и стоек спереди напоминает параллелограмм. Когда колесо колеблется па неровностях дороги, рычаги качаются и параллелограмм складывается. Но перемещение его сторон ограничено, так как между нижним рычагом и концом поперечины вставлена сильная пружина. Каждое колесо независимо от другого поднимается и опускается, а кузов остается на одном уровне: пружина поглощает и ослабляет толчки колеса, передаваемые на кузов. Такая подвеска называется независимой, п а р а л л е л о г р а м м н о й. пли р ы ч а ж и о-п р у ж инной (рис. 2).
Но для поворота машины каждое передние колесо, кроме того, должно поворачиваться согласованно с другим колесом вокруг оси, проходящей через наружные шарниры рычагов. От стоек отходят поворотные рычаги; рычаги левого и правого колос соединены поперечной тягой. Чтобы водитель мог управлять поворотом колес, поперечная тяга через короткий рычаг — сошку, рулевой механизм п рулевой вал связана с рулевым колесом — ш т у р в а-л о м. Поворачивая его, например, против часовой стрелки, водитель перемещает конец сошки вправо. Одновременно перемещается поперечная тяга. Ее левый конец тянет левое колесо, а правый — толкает правое. Оба колеса поворачиваются влево (рис. 3).
Откинем задний номерной знак «Москвича». Под ним — крышка горловины бака, заполненного бензином (рпс. 4). От бака под полом кузова проложена трубка к насосу, установленному на двигателе. Двигатель приводит насос в действие, он маленькими порциями выкачивает бензин из бака и подает его в к а р-
□ 30 Детская энциклопедия, т 5
бюрат ор — прибор для распыления бензина и смешивания его с воздухом. 1 орючая смесь бензина и воздуха поступает в цилиндры двигателя. Там она сжимается п взрывается от электрической искры, а затем, расширяясь при взрыве, совершает работу — вращает вал двигателя.
Двигатель «Москвича», как п у всякого другого автомобиля, поршневой, внутреннего сгорания (газотурбинные автомобильные двигатели существуют пока только в виде опытных образцов).
Двигатели бывают четырехтактные и двухтактные, т. е. весь рабочий процесс у них может происходить в течение четырех или двух ходов каждого поршня — тактов. Топливо смешивается с воздухом в карбюраторе или же непосредственно в цилиндрах (двигатели с впрыском топлива). Клапаны (рис. 6), перекрывающие отверстия для впуска горючей смеси в цилиндры и для выпуска отработавших газов, могут быть расположены сбоку цилиндров — боковые (пи ж и в е) клапаны или сверху — верхние клапаны. Чпсло цилиндров в автомобильных двигателях бывает от одного до шестнадцати, и пх располагают в один или два ряда.
Двигатель «Москвича» четырехтактны ii, карбюраторный, верхнеклапаинып, четырехцилпи-дровый, рядный. Пустим его. Сначала повернем ключ в замке зажигания, включим зажигание и стартер. При этом в коробке передач шестерни устанавливаются в положение холостого хода, чтобы вращение вала двигателя но передавалось к колесам. Маленькая шестерня на валу стартера в момент включения сцепляется с зубчатым венцом маховика на валу двигателя и заставляет маховик и вал вращаться. После одного двух оборотов вала двигатель начинает работать сам.
В цилиндре перемещается поршень. Если цилиндр — это стакан без дна, то поршень — это перевернутый стакан. Поперек поршня установлен валик — п о р ш и е в о ii палец, к которому подвешен шатун. Верхняя головка шатуна охватывает палец, а нижняя головка — шейку коленчатого вала двигателя (рпс. 5). Вал покоится на подшипниках в к а р т е р е. Цилиндр объединен с верхней частью картера, а сверху закрыт головкой. В пей три отверстия. Два пз них перекрыты впускным и выпускным клапанами, а в третье ввернута свеча элоктрпческого зажигания.
Все эти части работают по строгому расписанию. Поршень идет вниз, и в цилиндре со
здастся разрежение (рис.7). Одновременно открывается впускной клапан, и под давлением атмосферного воздуха в цилиндр врыйаетса подготовленная в карбюраторе горючая смесь Это первый такт — т а кт в п у с к а. Клапан закрывается, а вал, сделавший пол-оборота толкает поршень вверх, и он сжимает смесь' Это второй такт — такт сжатия.
До сих пор движение поршня вызывалось вращением вала благодаря работе стартера. Поршень достигает верхнего положения В этот момент между электродами свечи проскакивает искра, которая воспламеняет сжатую смесь. Под давлением расширяющихся газов поршень идет вниз. Это третий такт — р а-б о ч и й ход. Теперь стартер можно выключить, гак как поршень заставляет ва i вращаться. Совершив рабочий ход, поршень снова идет вверх и выталкивает сгоревшие, отработавшие газы в выпускной клапан. Это четвертый такт — такт выпуска. Толчок, данный валу во время рабочего хода, достаточен для того, чтобы вал совершил еще полтора оборота. За это время происходят такты выпуска, впуска п сжатия, а затем поршень снова совершает рабочий ход. Равномерному вращению вала способствует и насаженный па его заднем конце тяжелый диск — м а х о в и к.
Все это относится к одному цилиндру, к одноцилиндровому двигателю. Но у «Москвича» четыре цилиндра. Рабочие ходы в них происходят не одновременно. Поэтому на каждые полоборота вала приходится рабочий ход в одном из цилиндров. Это обеспечивает плавность работы двигателя.
Для открывания и закрывания клапанов служпт механизм распределения. Параллельно коленчатому валу в картере расположен кулачковый в а л. Оба вала соединены шестернями, причем шестерня коленчатого вала вдвое меньше шестерни кулачкового и имеет вдвое меньшее чпсло зубцов. Поэтому за один оборот коленчатого вала зубцы его шестерни перебирают только половину зубцов шестерни кулачкового, и последний делает пол-оборота. Таким образом, в течение всего четырехтактного цикла кулачковый вал делает один оборот, и каждый пз насаженных на нем кулачков только один раз поворачивается выступом вверх.
Выступы кулачков приподнимают штоки клапанов, которые, как колонны, стоят над кулачковым валом. Шток в свою очередь приподнимает один конец Коромысла клапана,
грубый
ПРОСТЕЙШАЯ ПЕРЕДАЧА
МАСЛОПРИЕМНИК
Рис. 11. Система смазки двигателя.
Рис. 12. Система охлаждения двигателя.
Рис. 14. Карданный вал.
ОТ КОРОБНИ ПЕРЕДАЧ
Н
ШАРНИР
ДВИГАТЕЛ
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ВАЛ
ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА
ПОЛУОСЬ
ДИФФЕРЕНЦИАЛ
МАХОВИК
КАРТЕР
автомобиля
движения
при
повороте
ВИДНА
И ЗАДНИМ НОЛЕСАМ
ТОРМОЗНО БАРАБАН
ПЛАСТИННА СНЯТА С ДИСНА
СЦЕПЛЕНИЕ ВЫКЛЮЧЕНО ПЛАСТИННА НА СЦЕПЛЕНИЕ ВКЛЮЧЕНО ДИСКЕ
ЛВЕДО-4МЫЙ /диск ПРУЖИНА'
МУФТА ПЕРВАЯ ПЕРЕДАЧА
Рис. 17. Коробка передач.
Рис. 18. Механизм сцепления.
а Друг0*1 К0Н°Ц опускает клапан и открывает отверстие. Когда выступ уходит вниз, клапанная пружина возвращает клапан на место и отверстие закрывается. Выступы кулачков повернуты под разными углами, так что каждый клапан— впускной или выпускной — открывается в нужный момент.
За своевременное воспламенение смеси отвечает система зажигания (рис. 8). В эту систему, кроме свечей, входят аккумуляторная батарея, генератор (динамо-машина), катушка зажигания, прерыватель и распределитель. Накопленный в аккумуляторе электрический ток низкого напряжения идет к п р е р ы в а-т е л ю, затем к наружной (толстом) обмотке катушки и возвращается в аккумулятор. Вал прерывателя вращается парой шестерен от кулачкового вала двигателя.
В нужный л/омент контакты прерывателя размыкаются; тогда во внутренней (тонкой) обмотке катушки в силу законов индукции возникает ток высокого напряжения. Он идет враспределитель, вращающийся контакт которого направляет его к свече цилиндра.
Между стержнями — электродами свечи есть промежуток — зазор. Ток в виде искры преодолевает этот зазор и по металлу двигателя и кузова возвращается к катушке.
Генератор, вал которого вращается ремнем от шкива на коленчатом валу, вырабатывает ток для зарядки аккумулятора. Последний расходует энергию, но генератор все время пополняет ее запас.
От отверстии впускных клапанов идут трубы к карбюратору (рнс. 9), а от выпускных — к глушителю (рис. 10). Не вдаваясь в детали, можно сказать, что к карбюратору сверху поступает воздух, а сбоку — бензин, накачиваемый насосом. Бензин попадает в тоненькую трубку — жиклер. Отверстие жиклера находится в трубе, через которую поршни сосут в двигатель поток воздуха. Этот поток высасывает из жиклера бензин. Его мелкие раздробленные жиклером капельки смешиваются с воздухом, и образуется горючая смесь. В карбюраторе «Москвича» несколько жиклеров. Каждый из них вступает в действие, когда нужно увеличить или уменьшить количество бензина в смеси.
Количество воздуха регулируется воздушном заслонкой, а общее количество смеси, поступающее в цилиндры, — дроссель-н о й з а с л о и к о й. Вытягивая кнопку на щите приборов, водитель прикрывает воз
душную заслонку, а нажимая на педаль подачи топлива, открывает дроссельную.
Над карбюратором расположен воздух х о о ч и с т и т е л ь. В нем поток воздуха про ходит через сетку, смоченную в масле. Пылинки прилипают к масляной пленке, и воздух поступает в карбюратор очищенным.
Глушитель — это стальной сосуд с перегородками, имеющими отверстия. Выходящие под большим давлением из цилиндров отработавшие газы проходят через лабиринт перегородок.
Скорость движения газов при этом уменьшается, и давление постепенно падает. Поэтому они выходят из глушителя сравнительно медлеипо п почти бесшумно.
Для ослабления трения между поршнями и цилиндрами, а также между валами и их подшипниками нужна смазка (рис. 11). Смазочное масло заливают в картер двигателя. От туда насос гонит масло по трубкам к различным точкам смазки, а нижние головки шатунов разбрызгивают его и забрасывают па стенки цилиндров.
После смазки масло попадает в очистители — фильтр ы, оставляет там пыль и грязь н возвращается в картер. Масляный насос находится на одном валу с прерывателем и распределителем зажигания.
В машинном отделении на переднем конце двигателя находится вентилятор, а перед ним — радиатор для охлаждения двигателя (рис. 12). Радиатор соединен трубками с полостями, окружающими головку и блок цилиндров двигателя.
Вся система охлаждения заполнена водой п снабжена насосом. Он гонит воду вкруговую: из полости — водяной рубашки — в верхний бак радиатора, из верхнего бака по трубкам в нижний, отсюда обратно в рубашку. Вентилятор прогоняет между трубками радиатора воздух, и вода в них охлаждается. От системы охлаждения отходят трубки к радиатору отопления кузова. На лето отопление можно отключить.
Как же передается вращение маховика, насаженного на заднем конце вала двигателя, к колесам?
Двигатель укреплен на кузове, а задний мост подвешен к кузову на эластичных рессорах. Значит, чтобы бесперебойно передавать вращение от двигателя к качающемуся на рессорах мосту, нужно снабдить вал особыми шарнирами — карданами (рнс. 13, 14).
Ось заднего моста (рис. 15) разделена на две полуоси, чтобы колеса могли вращаться с разными скоростями. Это необходимо на поворотах, когда одно колесо идет по кругу малого радиуса, а другое — по большому кругу. Поэтому коническая шестерня на конце карданного вала вращает не ось, а коробку дифференциала. В нее свободно входят концы полуосей с коническими же шестернями на них. Коробку дифференциала по диаметру пересекает валик с двумя свободно насаженными шестернями — сателлитами. Зубцы сателлитов сцеплены с зубцами полуосевых шестерен. Когда автомобиль идет по прямой, полуоси, сателлиты с их валиком и коробка дифференциала с ведомой шестерней главной передачи составляют как бы один целый вал; его вращает шестерня на конце карданного вала. На повороте (рис. 16) одно из колес (например, левое), сцепленное с поверхностью дороги выступами протектора шины, стремится вращаться медленнее другого, правого. Тогда левая полуосевая шестерня начинает вращать сателлиты. Их зубцы как бы подгоняют правую полуосевую шестерню, и правое колесо вращается быстрее. Колеса вращаются с разным числом оборотов, но остаются связанными с карданным валом. Механизм дифференциала получил свое название от латинского слова «диф-ференция» — разность.
Если присоединить передний конец карданного вала непосредственно к маховику, колеса начнут вращаться, как только заработает двигатель. Число их оборотов будет изменяться только в зависимости от числа оборотов вала двигателя. Но двигатель рассчитан на движение автомобиля по ровной дороге. Чтобы тронуться с места, разогнаться, преодолеть подъемы и плохие дороги, развиваемое двигателем усилие нужно умножить. Для этого между двигателем и карданным валом устанавливают короб к у передач (рис. 17).
В коробке передач трп вала: в е д у щ п й, связанный с валом двигателя, ведомый, связанный с карданным валом, и п р о м е-ж у т о ч н ы й . Ведущий и ведомый валы находятся на одной оси. Чтобы получить «прямую» передачу усилия от двигателя к карданному валу, их можно сцепить воедино кулачковой м у ф т о й. По ровной дороге автомобиль идет на прямой передаче.
Когда требуется умножить усилие, ведомый вал отъединяют от ведущего. Вращение ведущего вала передается ведомому через промежуточный вал. Последний постоянно связан
с ведущим парой шестерен и несет на себе еще три шестерни с разным числом зубьев. С каждой из этих шестерен сцеплена свободно сидящая на ведомом вале шестерня. Ее можно соединить с валом с помощью кулачковой муфты. Поделив число зубцов ведомой шестерни на число зубцов ведущей, можно получить передаточное число пары шестерен.
У «Москвича», кроме прямой (высшей, пли четвертой) передачи, есть еще зри передачи и особая передача для заднего хода. На первой передаче передаточное число составляет около 4 — ведомый га л вращается вчетверо медленнее ведущего, но передает вчетверо большее усилие. На второй передаче это число — около 3 па третьей — около 2. Последовательно переключая передачи, водитель трогает автомобиль с места и дает ему разгон. При движении на подъем или по плохой дороге водитель переходит с высшей прямой передачи на одну из низших. Для перемены передач служит рычаг под рулевым колесом. От него идут тяги к шейкам кулачковых муфт. Передвигая рычаг, водитель передвигает и муфты, соединяя ведомый вал с одной из шестерен.
Кулачковые муфты всегда вращаются с тем же числом оборотов, что ведомый п карданный валы. Шестерни же через промежуточный и ведущий валы связаны с двигателем. При таком условии трудно сцеплять и расцеплять кулачки, необходимо разъединять ведущий вал и вал двигателя. Для этого между коробкой передач и двигателем установлен механизм сцепления (рис. 18). Действие его напоминает накладывание пластинки на вращающийся круг граммофона. Пластинка — это диск на ведущем вале коробки передач, круг граммофона — это маховик двигателя. Диск постоянно прижат к маховпку пружинами, их соединяет трение между поверхностями, и ведущий вал коробки вращается с тем же числом оборотов, что и вал двигателя.
Чтобы прервать передачу вращения, водителю нужно, нажав педаль сцепления, отодвинуть диск от маховика. Система рычагов передает движение педали ступпце диска, передвигая его назад по ш л п ц а м (пазам) на ведущем вале коробки. Теперь можно без труда переключить передачи плп в случае продолжительной остановки установить в коробке положение холостого хода, когда пн одна пз муфт не введена в сцепление нп с одной пз шестерен. После переключения водитель отпускает педаль, и пружины снова прпжпмают диск к маховпку.
ТОПЛИВА
НАПОТ
Рис. 19. Органы управления и контрольные приборы.
ЦИЛИНДР
Рис. 20. Тормозной привод.
I
рама
КАМЕРА
HI I
ШИНА С КАМЕРОЙ
беснамерная Шина
22. Несущий
кУ3ов и рама.
ПОНРЫШНА
Рис. 21.
Схема амортизатора.
ОБОД
Итак, усилие от двигателя передается задним колесам через механизм сцепления, коробку передач, карданный вал, главную передачу, дифференциал и полуоси.
Но вернемся опять к начатому нами внешнему осмотру автомобиля.
Нажмите кнопку дверной ручки и займите место водителя (рис. 19). Перед вами — рулевое колесо, рычаги, педали и кнопки. Под ногами— слева направо — педали сцепления, тормоза и подачи топлива. Под рулевым колесом — рычаг перемены передач, а под щитом приборов — рычаг стояночного тормоза. Педаль сцепления водитель нажимает леном йогой. Правая нога во время движения находится на педали подачи топлива. Если нужно замедлить ход, нажим на педаль уменьшают, а для торможения или полной остановки переставляют ногу на соседнюю педаль. Рычаг тормоза водитель тянет «на себя», когда нужно остановить автомобиль па уклоне или оставить его без присмотра. Слева от педали сцепления — кнопка. Она служит для переключения света фар с «дальнего» на «ближний», чтобы не ослеплять водителей встречных машин.
На щите приборов большой круглый и четыре маленьких прямоугольных циферблата, замок зажигания (на многих машинах объединенный с включенном стартера) и несколько кнопок.
Стрелка па большом циферблате показывает, с какой скоростью идет автомобиль, стрелки маленьких — сколько бензина в баке, как расходуется электроэнергия, какая температура воды в системе охлаждения двигателя, каково давление в системе смазки. А кнопки служат для включения разных ламп, стеклоочистителя, обогревателя кузова, радиоприемника, для регулирования состава и количества горючей смеси, поступающей в двигатель.
Рычаги и педали (кроме педали тормоза) связаны с подчиненными им механизмами через тяги и тросы. Подвинется педаль или рычаг — вслед за ними переместится тяга или натянется трос, а затем повернется одна из заслонок карбюратора, или отодвинется от маховика диск сцепления, пли раздвинутся и прижмутся к тормозному барабану колодки стояночного тормоза, или передвинутся муфты в коробке передач.
Привод к тормозам (рис. 20) осуществлять тягами очень неудобно: ведь передние колеса Поворачиваются вместе с тормозными барабанами. Здесь нужен какой-то гибкий привод. Им служат резиновые трубки, заполненные
вязкой смесью масла и спирта и присоединенные одним концом к главному тормозному цилиндру около педали, а другим — к рабочему цилиндру у каждого колесного тормоза.
Нажимая педаль, водитель передвигает поршень в главном цилиндре и вытесняет жидкость в трубки. Под ее давлением поршеньки в рабочих цилиндрах расходятся, раздвигают колодки тормозов и прижимают их к внутренней поверхности вращающихся вместе с колесами барабанов. Между накладками на колодках и барабанами возникает трение. Накопленная при движении энергия расходуется уже не на вращение колес, а на трение, и автомобиль замедляет ход, а затем и останавливается. Когда торможение прекращается, колодки снова стягиваются пружинами, поршеньки сходятся, жидкость возвращается в главный цилиндр.
Заглянем еще раз под автомобиль. Кроме уже знакомых нам тормозов с их приводом, рычагов, поперечины, пружин и листовых рессор, рулевых тяг, мы увидим внутри пружин подвески и около рессор черные цилиндры. Ушки па их верхних концах присоединены к кузову, а ппжнис — к рычагам подвески п к заднему мосту. Это — телескопические амортизаторы (рис. 21).
Нижний стакан амортизатора плотно входит в верхний. Внутри нижнего стакана сделана перегородка с большим и малым отверстиями. Большое отверстие перекрыто клапаном, допускающим перетекание жидкости, которой заполнен амортизатор, только из верхнего стакана в нижний.
Когда колесо наезжает па бугор, рессора или пружина сжимается, нижний стакан вдвигается в верхний и жидкость перетекает внпз. Но вот колесо опускается. Теперь жидкость медленно просачивается через маленькое отверстие, тормозя опускание нижнего стакана и сдерживая рессору. Не будь амортизатора, рессора совершила бы после толчка несколько затухающих колебаний. Кузов раскачивался бы пе только в момент переезда через бугор, но и после него, даже па ровной дороге. Амортизаторы прижимают колеса к дороге, удерживают кузов от качки, дают автомобилю устойчивость и хорошее сцепление колес с дорогой.
Как уже было сказано, передний и задний мосты с подвеской, двигатель и другие механизмы «Москвича» смонтированы на кузове. Кузов несет пх на себе, так же как и полезную нагрузку — пассажиров. Поэтому его называ-
ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА
ют н сс у 1Ц и м кузовом (рис. 22), в отличие от кузовов грузовых и больших легковых автомобилей, у которых механизмы установлены на рамс шасси. Несущий кузов, кроме «Москвича», сделан и у автомобилей «Победа», «Волга», Газ-12, у большинства автобусов. Прочная стальная скорлупа несущего кузова не только защищает пассажиров, но и работает — песет нагрузку. Это позволяет облегчить автомобиль, устранив раму. К грузовым автомобилям трудно применить несущую конструкцию кузова, так как у них пет общей жесткой скорлупы и к раме отдельно крепятся кабина, платформа, крылья,облицовка радиатора.
Мы начали осмотр автомобиля с колеса, по не уделили внимания важнейшей его составной части — шине (рис. 23). Присмотритесь к его ободу. Если из отверстия в ободе свободно высовывается клапан — вентиль шины, значит, на обод надета шипа с камерой. Если вентиль плотно привернут к самому ободу, значит, шина бескамерная. Шина с камерон известна давно п широко применяется не только на автомобилях, но и на велосипедах п других средствах транспорта. Ныпе она уступает место более совершенной бескамер-ной шине.
В первом случае воздух заключен в кольцеобразную камеру из тонкой резины, а покрышка, надетая па борта обода колеса, защищает камеру от износа и мелких повреждении. Во втором случае роль камеры играет сама покрышка. Ее края плотно — герметично — прилегают к ободу, и воздух не может просочиться между ней п ободом.
Такое упрощение конструкции шины, ставшее возможным после достижения большой точности в изготовлении шин и ободов, дает огромные прспмущества. Во-первых, шипа
РАДИОЛОЙ А ТОР НА ПЕРЕКРЕСТКЕ
Есть радиолокатор, предна-шаченнын для регулировки уличного движения. Подвешенный над перекрестком улиц, он излучает импульсы, которые отражаются от автомобилей и затем, после усиления, попадают в счетно-решающее устройство. Здесь автоматически определяется, в каком направлении скопилось больше автомобилей, и соответственно переключается светофор.
облегчается. Во-вторых, она не выходит полностью из строя в случае прокола: если из проколотой камеры воздух выходит через зазоры между покрышкой, камерой и ободом, то пз проколотой бескамерной шины он может выйти только через маленькое отверстие прокола, к тому же закрытое виновником прокола — гвоздем. В-третьих, бескамерная шина менее подвержена нагреву во время движения— пет трения между камерой и покрышкой а обод, непосредственно соприкасающийся с воздухом, хорошо отводпт тепло.
Назначение шипы — обеспечивать сцепление колеса с дорогой п поглощать толчки от мелких неровностей дороги. Наезжая на камень, шппа проминается, сжимая находящийся внутри нее воздух, и толчок от камня передается на колесо и далее на подвеску и кузов ослабленным.
Пассажира оберегают от неровностей дорогп пять защитников — шины, пружины пли рессоры подвески, амортизаторы, мягкие прокладки крепления подвески к кузову и эластичные подушки сидений.
ЗА РУЛЕМ
Управлять машиной, мчащейся со скоростью 80, а то и 100 км час и доставляющей на огромные расстояния пассажиров или груз, ощущать власть над десятками лошадиных сил мощности ее двигателя, видеть в раме ветрового стекла новые и новые картины—как это увлекательно! И главное—доступно всем. Больших усилий для этого не требуется.
На хорошей дороге водитель редко прибегнет к пользованию многими рычагами, педалями п кнопками. Он только поворачивает рулевое колесо,слегка нажимает педаль подачи топлива, время от времени тормозит плп переключает передачи.
Новичок быстро усваивает все приемы управления и, становясь постепенно опытным водителем, управляет автомобилем почти автоматически.
Но роль водителя не только в том. чтобы «вертеть баранку». Есть у него обязанности п перед поездкой, п после нее. Чтобы автомобиль долго служил, бесперебойно п надежно работал, за ним нужен уход. Плох тот водитель, который перед началом рабочего дня плп далекого рейса садится за руль, пускает двигатель и включает передачу. Предварительно он должен проверить, есть ли в баке бензин.
ДВУХКОЛЕСНЫЙ ТРАНСПОРТ
мотороллеры советского производства:
1—грузовой «Вятка-150»; 2 — «Т-200»; 3 — «Вятка-150»; 4 — грузовой Серпуховского мотоциклетного завода; 5 — грузовой «ТГ-200».
двухколесный транспорт
5
6
Разрез блока — двигатель, сцепление, коробка передач. Крутящий момент с коленчатого вала двигателя ведущей звездочкой передается цепью на ведомую звездочку сцепления, а затем через сцепление
дается через шестерни на промежуточный вал и далее на вторичный вал или же непосредственно на вторичный вал. С ведущей звездочки коробки передач, сидящей на вто-
ринном валу, движение цепью
на первичный вал коробки пе-
редач. Оттуда движение пере
Образец дорожного мотоцикла-одиночки. Мотоцикл снабжен четырехтактным двухцилиндровым двигателем, с ра-
передается на заднее колесо.
бочим объемом 500 см3, с верхним расположением клапанов, горизонтальным расположением цилиндров, с кардан-
ным приводом. Мощность двигателя 28 л. с., максимальная
процесса двух
скорость 125—130 км/час, рас-
тактного мотоциклетного двигателя.
ход топлива на 100 км составляет 3,5 л.
Вис. 1. Порядок ежедневного осмотра автомобиля: j —достаточно ли воды, в радиаторе; 2— масла в картере двигателя; 3— бензина в баке; 4— хорошо ли накачаны шины; 5— исправны ли фары и фонари; 6—в порядке ли руль и тормоза.
в радиаторе — вода, в картере двигателя — масло. Необходимо посмотреть, каково давление в шинах, исправны ли все лампы и сигналы, плотно ли соединены трубопроводы, как действуют тормоза. На все это уходит не более пяти минут. И только тогда можно трогаться в путь.
На улицах городов и па дорогах много машин, и каждый водитель должен соблюдать строгие правила движения, решать на ходу задачи, напоминающие шахматные.
Замедлите ход при выезде, чтобы не помешать другим машинам, движущимся по улице. Каждому автомобилю предоставлено свое место на мостов ой: легковые держатся ближе к середине улицы, грузовые и автобусы
Рис. 2. Улица с линиями на мостовой. Справа — обгон, слева — стоянка автомобилей; на втором плане— разворот автомобиля.
ближе к тротуару. Скорость движения в городах доходит до 60 км час — автомобиль для того и создан, чтобы двигаться быстро. Но водитель должен быть особенно осторожен на перекрестках, в местах скопления пешеходов, на крутых спусках, на поворотах, железнодорожных переездах — короче говоря, там, где может возникнуть опасность наезда, столкновения или необходимость в резком торможении. Если дорога скользкая, в тумане или темной ночью водитель должен быть осторожен вдвойне и вести машину на сниженной скорости.
В СССР, как п в большинстве стран мира, принято движение по правой стороне дороги. Идущий впереди автомобиль нужно обгонять слева. Если на перекрестке нет светофора или регулировщика, то из двух приблизившихся к перекрестку автомобилем право проезда первым имеет тот, кто находится справа от другого. Но бывает и так, что два автомобиля находятся в равных условиях, а проехать может только один, например па сужении дороги. Для таких случаев установлена очередность «по старшинству» — вернее, по значению каждого вида транспорта. Первым в ряду стоит трамвай, потом идут троллейбус, автобус, легковой автомобиль, грузовой автомобиль, мотоцикл, мотороллер.
Вам нужно повернуть палево или направо — дайте об этом знать другим водителям и подведите автомобиль заранее к середине или к правому краю дороги, пропустите встречные автомобилп и убедитесь, что ваши маневры никому не помешают. Сигнал поворота дается включением мигающих ламп (указателей поворота), а если их нет па автомобиле или они неисправны—взмахом руки, открыванием дверцы.
Такие правила позволяют вестп машину без задержек и без помех для других машин. На улицах и дорогах с оживленным движением водителям помогают светофоры, линии на мостовой и дорожные сигнальные знаки.
Посредине улицы проходит осевая линия. Опа делит встречные потоки автомобилей. Иногда осевая линпя двойная: между двумя линиями остается резервная зона. По ней могут ездить только автомобили скорой помощи, пожарные и другой специальный транспорт. Осевую линию можно пересекать прп выезде пз двора плп прп развороте только в том случае, если она прерывистая. Заезжать на левую сторону улпцы при движении прямо запрещается
Линии «стоп» п линии пешеходных переходов подсказывают водителю, где остановить автомобиль перед перекрестком и где нужно
быть особенно осторожным. «Островки безопасности» — участки, ограниченные тротуарными линиями, площадки около остановок транспорта — предоставлены пешеходам. Здесь автомобилям проезд не разрешен. А для стоянок автомобилей отведены особые места. На мостовой, особенно на площадях, нанесены стрелы. Они показывают, как проехать, не мешая другим.
Светофоры имеют три или четыре фонаря. Свет в зеленом фонаре означает «путь свободен»; свет в красном — «проезд запрещен»; желтый свет — предупредительный. Если до желтого свет был зеленый, значит, за желтым последует красный. Остановитесь и ждите зеленого света. После красного света тоже зажжется желтый. Пока он горит, включите передачу и подготовьтесь к троганию с места. Четвертый фонарь — тоже зеленый. Иногда его стекло имеет вид стрелки. Такой фонарь ставят на наиболее оживленных перекрестках. Здесь можно делагь поворот влево или вправо только после появления света в четвертом фонаре светофора.
Сигналам светофора соответствуют определенные положения регулировщика. Если он стоит к вам лицом или спиной — проезд запрещен, если он стоит в профиль — путь свободен. Поднятый жезл, как и желтый свет, означает предупреждение. Вытягивая вперед руку с жезлом, регулировщик указывает вам направление движения.
Ваше внимание приковано к дороге. Вам некогда искать среди домов школу или кинотеатр, чтобы определить место скопления людей. Вам трудно на ходу угадывать, где ворота слишком низки для проезда высоко груженного автомобиля, пли где мост слишком слаб для большегрузной машины, или где удобнее поставить автомобиль. А какова дорога за поворотом?
Обо всем этом вам рассказывают дорожные сигнальные знаки* Их простые рисунки понятны каждому. Вот треугольные знаки. Они стоят главным образом на шоссе и предупреждают вас о приближении к железнодорожному переезду, к крутому повороту, к перекрестку, к крутому спуску. Круглые знаки— более строгие. Они запрещают въезд в улицу или сквозной проезд по ней, ограничивают движение того или иного вида транспорта, показывают допустимый полный вес автомобиля на мосту, допустимую высоту погрузки для проезда под аркой ворот или под пересекающей дорогу линией электропередачи. Есть знаки, запрещающие стоянку или остановку, обгон пли подачу звуковых сигналов, ограничивающие скорость движения. Черные треугольники в желтом круге с белыми рисунками пешеходов, школьников, строительных рабочих, голубей говорят сами за себя. Черные стрелы на желтом фоне разрешают движение в том или ином направлении, а зеленые или красные кружки около стрелок показывают, при каком
Рис. 3. Перекресток: слева—перестроение автомобилей перед перекрестком; вверху — остановка и поворот направо «на красный светя -справа — стояночная площадка.
сигнале светофора разрешается делать поворот или ехать прямо.
У запрещающих знаков — красный ободок. Если ободок замкнут, знак действует в городе до ближайшей площади пли большого перекрестка, а на шоссе — до конца населенного пункта. Если ободок не замкнут внизу, знак действует до любого ближайшего перекрестка. Иногда в разрыве ободка стоит число. Оно указывает в метрах илп километрах расстояние, на которое распространяется действие знака (см. цв. рпс., стр. 449).
Правила движения, лпкпп на мостовой п знаки, светофоры п регулировщики оберегают п автомобилистов п пешеходов от опасности, дают возможность автомобилям двигаться быстро. II только покидая улицу п въезжая во двор или в гараж, вы можете действо-
ТИПЫ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ. ВЫПУСКАЕМЫХ В СССР
МАРКА И МОДЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ
число МЕСТ
МОЩНОСТЬ ВЕС БЕЗ НАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ в КГ
СЕРПУХОВСКИЙ МОТОЗАВОД
НАИБОЛЬШАЯ СКОРОСТЬ в кмЛас
РАСХОД ТОПЛИВА В %)О км
.Н. .И.
н HI н IH
20
45
45
75
55
195
220
455
640
980
1030
1460
1665
1950
2575
ТИПЫ ГРУЗОВЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
БОРТОВЫЕ ПЛАТФОРМЫ
ТЯГАЧИ
САМОСВАЛЫ автомобили
ТИПА 4x4 и 6хе
УАЗ-450-0,8
ГАЗ — 52 -2.5т ГАЗ-52 П ГАЗ-52 С ГАЗ - 66 -1,5-2 т
МАЗ—200-7т МАЗ-200В МАЗ-2О5
ЗИЛ-131-2.5-4,5 т
МАЗ-502-4т
МАШИНЫ НАШЕГО НЕНА
вать по вашему усмотрению. Впрочем, ле совсем так: п здесь нужно соблюдать осторо/К-ность, не создавать шума.
Но вот автомобиль поставлен в гараж. Вне гаража он верно служит человеку. В гараже онп меняются ролями. Если водитель не ленится регулярно и вовремя обслуживать автомобиль, то на это уходит, в конце концов, очень немного времени п спл, и они с лихвой окупаются бесперебойной работой машины. Вы уже знаете, что нужно сделать перед выездом. По возвращении в гараж осмотрите автомобиль, устраните неисправности, помойте машину.
Но это не все. Об автомобиле нужно заботиться через каждую тысячу километров пробега. Взгляните на счетчик — не пора ли проверить зазоры клапанов, состояние карбюратора и приборы зажигания, свободный ход педалей сцепления и тормоза, затяжку рулевых тяг? Не нужно ли подтянуть все соединения и места крепления приборов, смазать автомобиль, сменить масло в картере двигателя?
А после каждых 6 тыс. км пробега нужно не только проверить, ио и отрегулировать все приборы и механизмы, почистить и промыть тормоза п карбюратор, сменить масляный фильтр, смазать петли и замки дверей, багажника и капота, отполировать кузов.
Два раза в год — весной и осенью — надо подкрашивать поврежденные места кузова, особенно тщательно подтягивать все крепления, промывать систему охлаждения двигателя и отопления кузова, сменять смазку
Рис. 4. Обслуживание автомобиля
на подъемнике.
в картерах коробки передач и заднего моста, в ступицах колес.
Чтобы облегчить водителю заботы об автомобиле, в гаражах и на станциях обслуживания устроены смотровые ямы, эстакады и подъемники, есть также моечные машины, компрессоры для накачки шин, пылесосы, приспособления для смазки. С таким оборудованием можно за 2—3 часа произвести весь объем работ по периодическому техническому обслуживанию автомобиля, а то и сменить неисправные механизмы и детали. И автомобиль поступит в ваше распоряжение умытый, подтянутый, смазанный, готовый к новым сотням п тысячам километров пробега.
МАШИНЫ НАШЕГО НЕБА
0околамп принято называть летчиков — хозяев неба. Сокол — красивое, звучное «звание», по доброй воле от него не откажешься. II все же, если стремиться к точности, присваивать покорителям воздушного океана имя этой быстрокрылой птицы — ошибка.
Сорок лет назад люди обогнали соколов в полете. Официальный рекорд скорости, поставленный в 1920 г.. — 320 к.и час. А самому быстрому пз живых летунов — соколу сапсану никогда не удавалось развить скорость большую, чем 300—315 км час.
Сорок лет двадцатого века — огромный срок. В наше время даже пассажирские самолеты успешно летают с тысячекилометровыми скоростями. А реактивные истребители — самые быстроходные самолеты — давно уже перегнали звук. 2500 км час — официальное рекордное достижение.
Почему, однако, разговор об авиации начинается со скорости полета? Потому, что скорость, дающая авиации возможность уничтожать расстояние между странами в народами, соединять воздушными мостами кон-
ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА __________________
Г~ ----
тиненты, делать далекое близким, в первую очередь определяет ценность летающих машин, созданных мечтой и гением человека.
Мечтой? Да, мечтой! Авиация началась с мечты. И в этом не может быть ни малейшего сомнения. Задолго до того, как были открыты естественные законы, позволившие построить первый, самый примитивный летательный аппарат, человек сложил волшебную об Икаре. Мечта дала юноше Икару --------------------------ч, она подняла его летательной маши-ъ к ... - — появилось прежде все-
<азках (вспомним ковер-самолет) и только много-много позже легло строгой подписью на лпсты инженерных чертежей.
легенду
крылья из птичьих перьев к солнцу... Само название ны — самолет го в ск
Скелет фюзеляжа
Мечта помогла найти сотни смелых, попой неожиданных решений, позволивших че-P Jv преодолеть притяжение нашей пласты оторваться от Земли и завоевать самый ^СТЬ ’ «ичный ИЗ океанов — небо.
бе3Мм легко привыкаем к новому. Уже стали
Очинив Для нас спутники, запущенные прпвьин Деными и кого, например, мо-
советским карта регулярных марш.
Жет УДИВ "врезанная в стену Впуков-
рут°в Аэрофлот, с1олицн; Москва_я ского ээр Р сква—Владивосток, Моск-М“п^ М~..-П«р.ж1 “ Л И и«“» «•«“«
“ „„6раои»«» ™
““ч“
небом.
начинает знакомство с
на котором человек
Рис. 1. ЯК-18 — самолет,
Мотор
МАШИНЫ НАШЕГО НЕБА
Давно уже самолет — рабочая машина. Никого она не удивляет, никого не приводит и трепет; более того, для жителя Чукотки дли Камчатки воздушный корабль куда привычнее троллейбуса или трамвая.
Наша задача — поближе познакомить читателя с крылатой машиной. Чтобы облегчить ее решение, не будем сразу подниматься на борт многоместного воздушного лайнера. Рассмотрим самолет попроще.
СЛОЖНОЕ НАЧИНАЕТСЯ С ПРОСТОГО
Начнем знакомство с самолета конструкции А. С. Яковлева — ЯК-18. За час он может пролететь 257 км — скорость по теперешним понятиям невелика. Поднимается ЯК-18 на высоту до 4 тыс. м — это ого потолок. Если лететь на ЯК-18 все время по прямой линии, до тех пор пока не будет выработан весь бензин из баков, можно покрыть расстояние в 1000 с лишним километров. На таком приблизительно удалении от Москвы находится Ростов-на-Дону. И все же, хотя ЯК-18 занимает почетное место в строю своих крылатых собратьев, его не встретишь на трассе Аэрофлота. Это — учебно-тренировочный самолет. На такой простой и неприхотливой машине юноша, решивший стать летчиком, делает своп первые воздушные «шаги», с ее помощью осуществляется чудесное превращение пешехода в человека неба, пилота (рис. 1).
Основа всякого самолета — ф ю з е-л я ж. Фюзеляж — это то, к чему крепятся все остальные части конструкции, и то, в чем почти все помещается. К его передней части монтируется особая рама — п о д-м о т о р н а я. Опа называется так потому, что держит на себе мотор. Дальше, к нижней части фюзеляжа пристроен центроплан. К нему подвешиваются крылья, пли, иначе говоря, плоскости. На заднем конце фюзеляжа возвышается надстройка — кил ь, руль поворота, стабилизатор, рули высоты. Все эти важные части вместе называются хвостовым опере пп ем.
В центральной части фюзеляжа ЯК-18 расположены две кабины: первая — для ученика, вторая — для инструктора. Внутрь машины упрятаны рычаги и тяги управления, множество всяких приборов, маленькая радиотелефонная станция, аккумуляторная батарея.
Фюзеляж сварен из топких стальных труб. Большая часть его обтянута особым авиацион
ным полотном, покрытым лаком. Сталь и полотно, примененные в одной конструкции, делают машину прочной и легкой.
Крыло на земле — обуза. До тех пор, пока машина не начнет отрываться от аэродрома, оно виепт мертвым грузом. Но без этого «груза» самолету нс подняться в воздух. В полете на крыле возникает подъемная сила. И чем больше скорость движения, тем значительнее эта сила. Вот почему крыло в полете поддерживает машину, не дает ей упасть на землю, как падает любой другой предмет тяжелее воздуха, насильственно оторванный от нашей тверди. Какой мальчишка не знаком с воздушным змеем — самой простой летающей плоскостью? Самолетное крыло сродни этой нехитрой конструкции, только устроено оно посложнее.
Крыло собирается из многих частей — лонжеронов, нервюр, стрингеров, обшивки. Основной строительный материал крыла — дюралюминий и авиационное полотно.
По конструкции хвостовое оперение очень напоминает крыло: оно тоже собирается из лонжеронов и нервюр, тоже обтягивается дюралевыми листами и полотном. Но назначение его иное. Если бы рули хвостового оперения были неподвижными, самолет мог бы летать только в одном направлении, как самая простая схематическая авиамодель с резиновым моторчиком.
Отклоняющиеся в полете рули позволяют летчику поворачивать и накренять самолет, переводить его на снижение и набор высоты,
ТОРМОЗНАЯ ЛЫЖА ДЛЯ САМОЛЕТОВ
На некоторых тяжелых самолетах устанавливают специальные тормозные лыжи. На амортизаторах каждой основной стойки шасси ставят по одной металлической лыже, к нижней поверхности которой особым клеем прочно приклеен слой рифленой синтетической резины. При торможении гидравлический механизм опускает лыжи и прижимает пх к поверхности посадочной полосы. Применение тормозной лыжи значительно повышает эффективность торможения, особенно на сыром или обледеневшем аэродроме, и позволяет заметно снизить вес самолета за счет других, более громоздких систем торможения.
выполнять сложные маневры во всех трех измерениях.
Шасси — самолетные ноги. Они нужны самолету для передвижения по земле и когда самолет стоит на месте. Шасси работает на взлете и па посадке, по всего какие-нибудь несколько минут. А в течение долгих часов полета от шасси никакой пользы. Оно только мешает; поэтому в полете его убирают внутрь самолета. Ведь каждая выступающая деталь приносит вред: отнимает у самолета самое дорогое его качество — скорость.
Чтобы закончить паше беглое знакомство с устройством самолета, осталось еще рассказать о назначении ВМ1 — винтомоторной группы. Мотор самолета вращает воздушный винт. Винт захватывает воздух подобно тому, как пароходный винт загребает воду, и отбрасывает его назад, создавая тягу, движущую машину. Мотор справедливо называют сердцем самолета. Остановится сердце — п сразу иссякнет источник скорости. А если нет скорости—пет полета. Без нее и самолетные крылья не крылья: они ведь работают только тогда, когда их поверхность обтекают струп воздушного потока (подробнее см. т. 3, ст. «Летательные машины»).
ЯК-18 считается простой машиной, и все же знакомство с пей поможет любознательному человеку быстрее разобраться в устройстве любого другого самолета: сложное начинается с простого. Дорога к воздушному лайнеру 3 У-104 проходит через учебно-тренировочный маленький ЯК.
ВОЗДУШНЫЙ ЛАЙНЕР
Вот он перед нами, ТУ-104, созданный коллективом А. Н. 1 уполева. Первое, что замечаешь,— машина лишена винтов (рис. 2). Зато у самых бортов фюзеляжа расположены обтекаемые гондолы реактивных двигателей. В них рождается тяга, которая па самолете Я К-18 возникала при вращении воздушного винта. Обтекаемая форма гондол легко вводит в заблуждение — двигатели кажутся нс такими уж большими. На самом же деле размеры пх весьма внушительны.
Но суть не столько в размерах, сколько в мощности этих машин. Через газовые турбины 1У-104 проходит до одного миллиона кубических метров воздуха в час. За 60 мин. исполины-двигатели сжигают тысячи литров керосина. Пх мощность равна общей
Рис. 2. ТУ-104.
мощности всех силовых установок, обслуживающих знаменитый московский комбинат «Трехгорная мануфактура», который, к слову сказать, выпускает около миллиона метров тканей в сутки.
Чтобы заменить реактивные двигатели ТУ-104 обычными поршневыми моторами, на машине пришлось бы установить не меньше тридцати силовых точек. Но вряд ли такой самолет сумел бы поднять в воздух что-либо кроме самого себя...
Привлекают внимание скошенные назад стреловидные крылья машины. Такие плоскости позволяют самолету легко развивать скорость до 900 км час, в то время как с прямыми крыльями ТУ-104 вряд ли смог бы покрыть и 700 километров за час.
Прежде чем подняться по двухмаршевой лестнице в пассажирскую кабпну самолета, любопытно вспомнить некоторые подробности из истории создания этого самолета. Свыше тысячи предприятий принимали участие в постройке первого реактивного пассажирского ТУ. Вместе с самолетостроителями и двп-гателистами внесли свой вклад в эту машину металлурги п электрпкп, химики п радисты, художники п ппщевики. Самолет с трудом удалось «вложпть» в 20 тыс. чертежей. Для каждого экземпляра ТУ-104 заводы-смеж-ппкп поставляют 500 радиоламп, 30 тыс. .и разнообразных проводов и великое множество других матерпалов. Вместе со стандартными дюралевыми лпстамп толщиной в 8 мм в конструкцию самолета пдет тонкая, как бумага, фольга, а между двумя слоями стекла в кабинах заложены особые электропроводные пленки. Стекло от этого не теряет своей прозрачности, но зато стопт пропустить по пленкам ток — п оно не замерзнет даже в самый свирепый мороз.
МАШИНЫ НАШЕГО НЕБА
ТУ-104 выпускают в нескольких вариантах (или модификациях). Существуют пяти-, десяти- и ссмидесятимсстные машины, есть п ТУ-104Б, принимающий па борт сто пассажиров. Поэтому описание кабины, которое здесь приводится, может оказаться не совсем точным. По главное все-таки не в числе и порядке расположения кресел, а в общих чертах устройства.
Перешагнув порог самолетной двери, воздушный путешественник не сразу попадает в пассажирскую кабину, ему надо пройтп еще вестибюль с гардеробами. II только сделав шага четыре, видишь: кресла, кресла, кресла, спокойная мягкая обшивка, большие матовые плафоны на потолке, занавески на иллюминаторах. Кабина так велика и просторна, что сразу возникает ощущение, будто ты находишься не в самолете, а в мягком вагоне пассажирского поезда. На переборке, отделяющей первую кабину от салона, поблескивают маленькие никелированные крючки. На них прп необходимости подвешивают четыре люльки — для самых маленьких пассажиров.
В салоне рядом с общей кабиной — уютные двухместные диваны, между ними — полированные столики. Дальше — небольшое кафе, за ним — кухня, оборудованная электроплитой, духовым шкафом, мойкой для посуды с горячен! и холодной водой, отделением для хранения продуктов, холодильником. И снова пассажирская кабина или еще два салона...
В обычном пассажирском самолете при высоте полета более 4—4,5 тыс. м человек начинает себя чувствовать, как говорится, не совсем в своей тарелке: тяжелеет голова, закладывает уши, а после часа полета неумолимо клонит ко сну и кажется, что все тело стало каким-то ватным.
Другое дело на ТУ-104. Рабочий потолок его обычно колеблется в пределах 10— И тыс. м. Но такая высота «держится» только за бортом машины, а в кабине она ни при каких условиях не увеличивается свыше 2400 м. Компрессоры все время поддерживают постоянное давление, а специальные установки очищают и подогревают воздух. Пассажир всю дорогу живет в искусственном микроклимате герметической кабины, не испытывая нп неприятных признаков горной болезни, ни 60-градусного мороза стратосферы.
Светло и просторно в кабине экипажа. Свет свободно проникает сюда через переднее и боковое остекление; с пилотского сидения видно
ПЕРЕНОСНЫЙ А НГЛ Р
Вертолет, сам переносящий свои ангар,— не правда ли, это звучит необычно?
Сейчас созданы легкие переносные ангары для вертолетов. Каркас такого ангара собирается из металлических легких ромбовидных панелей, а затем обтягивается виниловой стеклотканью. Вес его 550 кГ, а вес пластмассового покрытия —160 кГ. Площадь ангара 186 .н2, и он легко вмещает 3 вертолета со сложенными лопастями. Ангар без труда
)
* перевозится на новое место одним пз вертолетов.
далеко вперед и в стороны. Справа от входа расположено место бортрадиста. Аппаратура его занимает целый шкаф. Слева помещается бортинженер. Два удобных кресла в середине кабины отданы летчикам: левое — командиру корабля, правое — второму пилоту. В носовой части машины — большой штурманский отсек.
В пилотской кабине — множество приборов, выключателей, разнообразных сигнальных устройств, лампочек, рукояток — общее число их не менее пятисот.
Приборы расположились на специальных досках впереди летчиков, захватили все свободное пространство на бортах, забрались даже на потолок кабины. Экипаж ТУ-104 располагает решительно всем необходимым для пилотирования машины днем и почью в самых сложных метеорологических условиях, начиная от магнитных п радиокомпасов, позволяющих выдерживать направление полета, и кончая современным локационным вооружением, предупреждающим о встречных самолетах п приближающихся грозах.
На ТУ-104 много автоматических устройств. Вот щиток на потолке. Он глядпт на летчиков зелеными и синими глазами-лампочками. Разноцветные лампочки, подмигивая в нужный момент, докладывают экипажу, сколько истрачено топлпва п в каком порядке автомат переключает бакп. Вся работа с кранами распределения горючего выполняется автоматически, без малейшего вмешательства человека. Другой щиток — красноглазый. Он полномочный представитель автомата-пожарного. Если в воздухе па самолете возникнет огонь, автомат доложит летчикам о месте пожара и немедленно ликвидирует пламя.
Рис. 3. АII-10.
В полете летчики могут отрываться от управления. Для этого у них есть надежный сменщик — автопилот. Прикажет ему командир корабля, и он точно выдержит заданный курс следования, сохранит нужную высоту и расчетную скорость полета
ТУ-104 уделено здесь так много места потому, что это первая пассажирская реактивная машина, вышедшая на внутренние и международные трассы Аэрофлота. Сегодня у ГУ-104 немало <братьев», и с каждым годом будут появляться все новые. Пришло время, когда воздушный транспорт начал конкурировать с наземным не только по скорости (здесь у него никогда не было соперников), но и по стоимости перевозок. Большие самолеты — ГУ-114, ИЛ-18 (коллектив С. В. Ильюшина), АН-10 (коллектив О. К. Антонова), забирающие сразу по 100—200 пассажиров, оказываются экономичнее поездов, особенно когда речь идет о дальних перевозках (см. цв. рпс., стр. 457, и рис. 3, 4).
Самолет '1У-114 берет на борт 220 пассажиров, скорость его достигает 900 км час. Без посадки он может пролететь, например, от Москвы до Пекина или Нью-Йорка, ПЛ-18 имеет 75—100 пассажирскпх мест, скорость его 650 км час. Расстояние от Москвы до Делп он покроет без промеж уточных посадок для дополнительной заправки. АН-10 поднимает
84—100 пассажиров, а в последнем варианте и 130 человек. По скорости и дальности почета самолет этот нс уступает ИЛ-18.
Самолеты ТУ-114, АН-10, ИЛ-18 вооружены турбовинтовыми двигателями. Эти машины, хотя и уступают в скорости «чисто реактивным», но зато дают значительный экономический эффект—им не нужны такие большие посадочные площадки.
Каждый из «младших братьев» ТУ-104 имеет свои достоинства и особенности, но все они выполняют одно общее дело — перевозят людей и грузы, помогают ускорять темп всей нашей жизни.
Рис. 5. Пчелка — легкий пассажирский самолет.
КРЫЛАТЫЕ НАШИ ЗАЩИТНИКИ
Было бы, однако, несправедливым, упоминая ближайших родственников знаменитого воздушного лайнера, не назвать и его более отдаленных собратьев. К сожалению, в настоящее время да/ке самые миролюбивые государства — страны социализма — нс могут обходиться без армий, без мощного вооружения, призванного охранять мирный труд. Бот почему военная ветвь в многочисленной самолетной семье занимает весьма заметное место.
Бомбардировщики. Эти машины принимают на борт бомбовый груз. Они способны нести его па весьма значительные расстояния — практически в любую точку земного шара — и сбрасывать в точно назначенное время на военные объекты врага (рис. 6, 7).
Бомбардировочная авиация прошла длинный п трудный путь развития. В начале первой мировой войны она поражала противника примитивными железными стрелами и небольшими кустарпымп бомбами. К началу второй мировой войны нагрузка бомбардировщиков измерялась уже тоннами. А на самом последнем этапе этой войны именно с бомбардировщика была сброшена первая американская атомная бомба.
Прошло время, изменилось не только вооружение самолетов, но и неизмеримо выросла их техническая оснащенность. Современный
~<ь
бомбардировочный корабль — это всепогодная машина: ее не могут остановить ни ночь, ни туман, ни облачность. II если экипаж не видит земли при выполнении боевого задания, ее видят бортовые локаторные установки; если штурман затрудняется в определении расчетных данных для бомбометания, эту работу с очень большой точностью делают за пего автоматические приборы.
Итак, бомбардировщики — это машины «большого веба», машины воздушного наступления
Рис. 6. Скоростной бомбардировщик— грозная сига.
Штурмовики. Идея штурмовика — летающего тапка — родилась довольно давно, но настоящее массовое применение эти машины получили только в годы Великой Отечественной войны. Штурмовики (рнс. 8) соединили в себе стремительность самолетов с неуязвимостью танков. Одетые в броню, они наносили уничтожающие удары по живой силе врага, по переправам, по скоплениям наземной техники. Они действовали с малых высот, поражали цели бомбами, пушечным огнем и залпами ракетных снарядов.
В последующие годы штурмовая авиация, как и вся военная техника, получила дальнейшее развитие. Ветераны Великой Отечественной воины—штурмовики конструктора С. В. Ильюшина — заняли заслуженное место в музее, а па смену им пришли еще более стремительные и еще более неуязвимые машины...
Штурмовики не могут состязаться с бомбар-
Рис. 8. Штурмовик— заслуженный боевой самолет Великой Отечественной войны.
Рис. 7. Реактивный бомбардировщик. дировочными кораблями пи в дальности, пн в высоте полета — они предназначены для ближних действий. Их можно назвать машинами «малого неба», по это вовсе не означает, что они приносят малые беды врагу.
Истребители. На каждый яд человек находит противоядие. Самолеты, предназначенные для наступления, вызвали в свое время появление истребителей — машин, способных вести воздушный бой и истреблять атакующие воздз шные корабли до того, как они успеют сбросить бомбовый груз (рис. 9).
Первое оружие истребителя —скорость и маневренное т ь. Он должен перехватить, нагнать врага, запять выгодную для атаки позицию п уже тогда пускать в ход свое второе оружие — скорострельные пушки и ре-
Рис. 9. Быстрее звука мчится навстречу противнику страж мирного неба — истребитель-перехватчик.
активные снаряды. Из всех машпп, бороздящих небо, истребители — самые быстрые и самые маневренные. В наши дин эти машины легко обгоняют скорость звука. Онп всегда ищут боя, всегда стремятся навязать свою волю против пику, уничтожить его. Истребитель — это машина «высокого неба», мгновенной атаки н убийственного огня.
В военно-воздушных силах всех армий есть также немало вспомогательных самолетов —
транспортных, десантных, учебно-тренировочных. Однако решающие боевые операции выполняют основные боевые машины — бомбардировщики, штурмовики, истребители.
О военных самолетах, их славной истории и сложном пути развития можно было бы рассказать очень многое. Однако планы паши рассчитаны на мирное развитие. И мы твердо верим, что в ближайшем будущем боевые самолеты всех типов и разновидностей, так и не сбросив ни одной бомбы, сойдут с вооружения и уступят взлетные полосы пассажирским воздушным кораблям п вспомогательным хозяйственным машинам. Мы перестанем тогда испытывать необходимость в небесных защитниках, но никогда не исчезнет нужда в падежных крылатых помощниках.
Рис. 10. Будут и такие самолеты. Атомные двигатели придадут им небывалую дальность полета, а скорость их сегодня еще трудно предсказать.
И нс случайно в планах нашей страны па ближайшие семь лет говорится, что воздушный транспорт в результате внедрения скоростных многоместных турбореактивных и турбовинтовых самолетов станет одним из главных видов пассажирского транспорта. Перевозки пассажиров воздушным транспортом возрастут за семилетие примерно в 6 раз. Для обеспечения эксплуатации новейших типов тяжелых самолетов намечается реконструировать и построить свыше 90 аэропортов, воздушные линии будут оснащены современными средствами самолетовождения, расширится сеть аэропортов на местных воздушных лиипях.
КРЫЛАТЫЕ ПОМОЩНИКИ
вовремя не уничтожить, не искоренить, способно прикончить самые дружные всходы посевов' Справиться с сорняками на огородной грядке просто: повыдергал их— и дело с концом! Но как быть с огромными, на тысячи гектаров раскинувшимися полями? На помощь колхозникам приходит авиация. Летающая машина обрабатывает поле гербицидом — химическим препаратом, насмерть сражающим сорняки и не вредящим полезным растениям.
Союз авиации и химии приносит неисчислимые выгоды земледелию. В нашей стране уже много лет назад была уничтожена саранча, и это прежде всего заслуга авиаторов. 11 з года в год на саранчу — страшного опустошителя полей в южных районах страны — обрушивались систематические удары с воздуха. В конце концов на территории СССР саранчи не стало.
На советской земле летчики сельскохозяйственной авиации ведут теперь борьбу с такими вредителями полей и садов, как черепашка, долгоносик, непарный шелкопряд, яблоневая моль.
Возможности сельскохозяйственной авиации велики и далеко не исчерпываются борьбой с прожорливыми вредителями.
Вот низко над посевами проносится самолет, распыляя питательные химикаты. За день только один самолет успевает об работать в 15 раз большую площадь, чем самая производительная наземная машина. Но учитывать надо не только площади обработки. Для «крылатого колхозника» не существует п такой преграды,
Однако авиация но только удобный, быстрый, не знающий преград транспорт. Крылатые машины выполняют немало совершенно иных, не менее важных и не менее ответственных дел.
Вы видели, как на весеннем поле вместе с ростками полезных растений поднимаются сорняки. Страшное зеленое нашествие, если его
Рис. 11. Наш верный, старый друг ПО-2. Он one шит на выручку больному.
как распутица, ставящая на прикол даже самые совершенные колесные машины. Кроме того, самолет не портпт растения при внекорневой подкормке, когда питательные вещества подаются к листьям и стеблям...
Авиация успешно осуществляет и снегозадержание.
С приближением весны снеговые поля посыпают с воздуха зачерняющим порошком угольной пылью, сухим торфом или землей. Зачернители наносятся правильными пересекающимися прямыми линиями. Сверху такое поле напоминает огромнейший лист ученической тетради в клеточку. Когда начинает пригревать весеннее солнышко, темные полосы притягивают тепло и тают раньше основного массива. Земля успевает впитать сначала первую порцию влаги, а потом, когда приходит очередь таяння белых снегов, почва снова может «пить» вволю.
Неприхотливые воздушные машины, состоящие на службе в самых различных отраслях народного хозяйства, называют самолетами спецприменения. Их с успехом используют геологи, картографы, метеорологи, рыбаки, люди, растящие и охраняющие леса, не говоря уже о медиках и почтовых работниках,— словом, крылатые помощники нужны всем, кто имеет дело с землей, водой, небом и, главное, с людьми.
Точные чувствительные приборы., пронесенные самолетом над неизведанными просторами, указывают геологоразведчикам, где недра притаили залежи железной руды, где они припрятали месторождение урана, где укрыли нефть. А объектив аэрофотосъемочной аппаратуры позволяет во много раз точнее и быстрее, чем топограф-пешеход, нанести па карту береговую черту залива, излучину реки или границу лесного массива...
До последнего времени самолеты помогали метеорологам только исследовать атмосферу, уточнять границы распространения воздушных масс. Теперь наступает новая пора. Метеорологи в содружестве с летчиками получают возможность активно воздействовать на природу. Найдены способы «обработки» облаков. Например, с помощью сухой углекислоты, вызывающей конденсацию паров, пплоты могут заставить облако пролиться дождем.
Во время путины воздушные разведчики наводят рыболовецкие флотилии на косяки рыбы в открытом море. Дежурные самолеты по первому сигналу радионаведения вылетают на помощь людям, терпящим бедствие.
А сколько лесных пожаров ликвидировали пожарные-парашютисты, сколько тысяч квадратных километров лесов протаксировалн (расписали по сортам) «воздушные лесничие»!
Совершенно особое место занимает у нас санитарная авиация. В стране, где все поставлено на службу человеку, не скупятся на расходы, когда речь идет о здоровье и тем более о жизни людей.
Где-то вдали от города заболел человек. Необходима скорая медицинская помощь, может быть, операция, немедленное переливание крови или консультация профессора. Телефонный звонок на авиационную санитарную станцию — и через несколько минут опытный врач отправляется в путь. Летчик санитарного самолета найдет самую крошечную деревушку, самый отдаленный полустанок, затерянное в тундре стойбище. Он приземлится буквально на пятачке, использовав для этого луг, выгон или, па худой конец, деревенскую улицу. Чтобы спасти больного, будет сделано решительно все.
Авпацпя специального применения и в мирное время живет по строгому военному распорядку. Дежурят у машин летчики, всегда готовы к срочному вылету врачи, пожарные-парашютисты, лесничие... Здесь каждый день люди выполняют «боевые задания»,здесь ни на минуту не прекращается великое сражение за здоровье и жизнь людей, за плодородие земель и урожайность садов, за сохранность леса и богатые уловы рыбы.
САМОЛЕТ ВОЗВРАЩАЕТСЯ
Сколько бы самолет ни находился в воздухе, какое бы задание он пи выполнял — будь то разведка рыбы, обычный линейный рейс или вертикальное зондирование облаков, — отработав свое, он приземляется на аэродроме.
Аэродромы бывают различные: полевые посадочные площадки, размеченные нехитрым набором белых п красных флажков с полотняным «Т» посредине, обозначающим место точного приземления; более благоустроенные летные поля и, наконец, стационарные аэропорты с широкой бетонированной взлетно-посадочной полосой и такими же рулежными дорожками, ведущими от места приземления самолета к стоянкам пли ангарам.
Но тот, кто полагает, что аэродром ограничивается лишь некоторой площадью земли, приспособленной для старта и призомтения
воздушных машин, глубоко заблуждается. На земле аэродром только начинается, а дальше он поднимается высоко в небо. Летное поле окружают пилотажные зоны, зоны слепых и бреющих полетов, зоны ожидания. В этих строго ограниченных пространствах воздуха летчики тренируются в выполнении фтхр высшего пилотажа, овладевают самолетовождением но приборам, совершенствуются в полетах на малых высотах. Над аэродромом не летают как попало: хочу —пересекаю полосу приземления поперек, хочу — режу ее наискось, а вздумается не замечать ее — не замечаю вовсе. Над каждым летным полем устанавливается определенный круг полета, строгий порядок захода на посадку, район ожидания (на случай, если диспетчер дает радиокоманду, требующую пе спешить с приземлением).
Чтобы обеспечить полную безопасность движения самолетов над аэродромом, каждое летное поле хорошо оснащается радиосредствами. Диапазон применения пх чрезвычайно широк. Начать с того, что каждый летчик связан с командным пунктом радиотелефоном. Пилот постоянно информирует землю о месте своего нахождения, запрашивает разрешение на взлет, выход в ту или иную зону, па возвращение и посадку. Но это только один, п притом самый простой, впд радиообеспечепия. Если летчик почему-либо не доложит, где он в данный момент находится, земля и сама узнает об этом. Зоркие радиолокаторы непрерывно следят за небом; им точно известно, где самолеты, какие свои и какие чужие, известен п курс следования,и высота,и скорость полета каждой машины.
Бывает, и довольно часто, что правильно зайти на посадку, точно рассчитать и гладко приземлиться не так просто. Мешать летчику мо/кет низкая облачность, густой снегопад пли ночная темь. Радиоприборы выручают и тут. Точные и чувствительные, они помогают отыскать свой аэродром, нс видя его, подсказывают, как правильно построить маневр, чтобы колеса машины встретились с землей точно напротив посадочного знака «Т».
Но аэродром — это не только техника. Здесь трудятся сотни люден, обеспечивая безопасность и надежность полетов. Служба связи дополняется технической службой, отвечающей за исправность материальной части и своевременный уход за машинами; рядом делают свое дело синоптики, составляющие прогнозы погоды, и работники ГСМ. Без горюче-смазочных материалов далеко не улетишь. И на каждом летном поле есть
свои врач, и свой шеф-повар, и своя пожав пая команда. На каждою летающего члена экипажа приходится, пожалуй, не меньше десятка человек из так называемой службы наземного обеспечения. Эти скромные люди всегда встречают и всегда провожают летчиков. Служа на земле, они по праву носят авиационные эмбле-м ы н а фур аж к а х.
Аэродром — родной дом летающих. Посадка в намеченном пункте означает для пилота конец пути и заслуженный отдых. Однако летные ноля очень дороги. Кроме того, они сильно сужают возможности авиации: пилот всегда связан с одной или несколькими определенными точками земли. Борьба за создание машин, не нуждающихся в аэродромах, ведется уже давно. Многое уже выиграно в этой битве. Безаэро-дромные полеты в наши дни связаны в первую очередь с бескрылыми машинами.
ПОЛЕ! БЕЗ КРЫЛЬЕВ
Идея полета без неподвижных, несущих плоскостей — крыльев очень давняя идея. Она не давала покоя гениальному Леонардо да Винчи. Известно, что Михаил Васильевич Ломоносов не только много занимался теоретическими исследованиями в этой области, но и построил модель геликоптера, которую успешно демонстрировал в Петербургской академии наук.
Рис. 12. Тяга винта равна веси. Тяга как бы сняла вес с машины, и та будет висеть до тех пор, пока пилот не изменит режима полета.
перейдет на снижение.
Рис. 73. Если тяга больше веса, вертолет будет подниматься вверх, если меньше— машина
Рис. 14. Вертолет в полете. Несущий винт, развивая тягу, как бы снимает вес вертолета и тянет машину вперед.
Рис. 15. Задний ход. Пилот накренил несущий винт назад. Теперь часть тяги расходуется на передвижение машины задним ходим.
Рис. 16. Пилот накренил несущий винт вправо. Теперь часть тяги расходуется на передвижение машины в сторону.
Принцип действия такого летательного аппарата сравнительно прост. Если над фюзеляжем расположить впит, вращающийся в горизонтальной плоскости п развивающий тягу несколько большую, чем вес машины, аппарат оторвется от земли и будет набирать высоту.
Идея проста! Но ее осуществлению долгие годы препятствовали многие трудности.
Трудность номер один: инженеры нс могли создать такого мощного и в то же время достаточно легкого двигателя, который был бы в состоянии поднимать самого себя. Пока конструкторы нс располагали необходимой силовой установкой, о бескрылом полете можно было лишь мечтать и волей-неволей приходилось огра
ничиваться теоретическими исследованиями. Но эта работа нс была напрасной: когда техника созрела и нужный двигатель появился — бескрылая машина была создана в очень короткие сроки.
Правда, за трудностью помер один стояли многие другие: надо было тщательно изучить проблем} устойчивости вертолетов, создать сложные схемы управления, обеспечить безопасность экипажа на случай остановки двигателя в полете. Но все это неизбежные пороги — без преодоления препятствий не бывает движения вперед! Инженеры сумели создать вертолеты,, и они летают сегодня над всеми пятью континента мп Земли.
1
Рис. 17. Пассажирские вертолеты обслуживают линии, где нет аэродромов.
Вертолет не заменил крылатую машину — самолет, но великолепно его дополнил. Авиация, обогатившись новой машиной, стала еще многостороннее.
Основное преимущество вертолетов в том, что им не нужна специально оборудованная площадка для взлета и посадки. Они поднимаются с «пятачка» и свободно приземляются на него.
Вертолет — единственная летающая машина, способная неподвижно висеть в воздухе и передвигаться задним ходом. Удивительная его подвижность объясняется просто. Несущие винты вертолета устроены так, что могут в полете наклоняться вперед, назад, в стороны.
Рис. 18. Вертолет принимает пассажира. Быстро и удобно, особенно в тех случаях, когда поблизости нет подходящей площадки.
Смещая направление силы тяги, летчик вы полняет на вертолете самые энергичны,*
/ А О А О\ V по-
вороты (рис. 12—1Ь).
Вертолеты, созданные за последние годы советскими конструкторами,—машины широчайшего диапазона: среди них есть п летающие вагоны, в которых свободно помещаются два автомобиля, и совсем крошечные машины предназначенные, например, для надсмотрщиков высоковольтных линии электропередач Наиболее популярны у нас в стране вертолеты «Ми»— детища конструкторского бюро профессора М. Л. Милля и «Ка», названный так по имени конструктора Н. И. Камова.
Вертолеты успешно используются па самых неожиданных, казалось бы, совсем не авиационных работах. Нефтяники тянут новый трубопровод через горы. Надо доставить и уложить трубы на перевале. Без дорог, не опасаясь самых гиблых круч, пролетает над свежей траншеей вертолет, и с высоты в несколько метров точно, аккуратно сбрасывает трубу за трубой.
Не так просто водрузить сложную металлоконструкцию на вершине домны. Обычно здесь прибегают к помощи могучего, громоздкого подъемного крана. А что если обратиться к летчикам? Они застропят многотонное сооружение и вертолетом поднимут его к самой маковке домны! Пройдет всего несколько минут — и трудоемкая операция завершена.
Первые вертолеты, подобно старым самолетам, оснащались поршневыми моторами. Более поздние конструкции получили уже реактивные двигатели, вращающие несущие винты.
Однако вечно живая человеческая мысль не останавливается и на таких высоких достижениях. Дело в том, что вертолеты, обладающие многими существенными преимуществами по сравнению с самолетами, не лишены, к сожалению, и серьезных недостатков. Главнейшая беда этих машин — малая скорость полета. Оснащенные громоздкими винтами, онп но природе своей не в состоянии развивать большую скорость. Винт — слишком серьезная для этого помеха.
Но вся история авиации с железной последовательностью свидетельствует: безвыходных положений не существует. И на этот раз конструкторская мысль напряженно работает над тем, чтобы соединить п р е и м у щ е с т-в а вертолета с преимуществами реактивного скоростного самолета, избавив новую машину от недостатков того п другого.
Рис. 19. Вертолет несет смерть вредителям полей.
Рис. 20. Вертолет-вагон. В нем свободно помещаются два автомобиля.
Рис. 21. Легкий одноместный вертолет. Это оченьудоб-ная машина для осмотрщика высоковольтной линии или для лесничего.
Новая машина уже имеет имя — конвертоплан. Гак ее называют во всех странах. Первые полеты конвертоплана дали весьма обнадеживающие результаты. Эта машина может взлетать п садиться, подобно вертолету, вертикально, а в воздухе ведет себя, как обычный реактивный самолет. Конечно, построить падежную машину с отклоняющимися в полете двигателями — задача очень сложная, но идея ее конструкции прогрессивна.
Авиация началась с мечты. Авиация и сегодня живет дерзкими мечтами, и бурное ее развитие не останавливается ни на час.
КАК ТЕХНИКА ПОМОГАЕТ ВОДИТЬ САМОЛЕТЫ
g наши дни самолеты покрывают огромные расстояния. Они перелетают через моря и континенты прп любой погоде, днем и ночью со скоростью, превышающей скорость звука. Это было бы невозможным, если бы одновременно с развптпем основной авиационной техники — самолетов и двигателей — не развивалась бы и техника самолетовождения.
Самолетовождение — это и управление самолетом — пилотирование, и нахождение пути к цели полета — навигация. Поэтому приборы, помогающие водить самолеты, делят на и п л о т а ж н ы е п н а в и г а ц и-о н н ы е. Есть, правда, п приборы, относящиеся к обеим группам. Пилотажное оборудование
позволяет летчику правильно управлять самолетом с помощью рулен п элеронов, а навигационное — лететь, не сбпваясь с пути.
Летчику, управляющему самолетом, прежде всего надо знать скорость полета относительно воздуха — воздушную скорость. Здесь ему помогает указатель скорое-т и (рис. 1. Здесь и до конца статьи ссылки на цв. табл, стр., 488 — 489). Это манометр, измеряющий давление встречного потока воздуха, или аэродинамическое давление. Оно тем больше, чем быстрее летит самолет. С высотой плотность воздуха уменьшается, и чтобы получить здесь такое же аэродинамическое давление, как у земли, надо уве-
лпчпть скорость полета. Это как раз и нужно летчику для пилотирования. Однако для навигации этого недостаточно: необходимо знать еще и с т и н п у ю воздушную скорость. Поэтому в приборе есть автоматическая поправка на уменьшение плотности воздуха с высотой.
Высоту полета определяют барометр и-ч е с к и м высотомере м (рис. 2). Его действие основано на том, что давление атмосферы с подъемом уменьшается. Однако этот прибор показывает высоту полета правильно только относительно одного начального уровня, например аэродрома. Если же самолет летит над горами, то барометрический высотомер не может показать истинную высоту, т. с. расстояние между самолетом, например, и вершиной горы. Тут на помощь летчику приходит радиовысотомер (рис. 3). Он посылает к земной поверхности радиосигнал и принимает его отражение. По времени, прошедшему между посылкой п приемом радиосигнала, можно установить его путь, а следовательно, и истинную высоту полета.
Полезное дополнение к высотомеру — в а-риометр (рис. 4). Он показывает скорость подъема или спуска, т. е. вертикальную скорость полета. Воздух проходит внутрь этого прибора через к а п и л л я р н ы е отверстия и выравнивает давление в его корпусе с атмосферным сравнительно медленно. Поэтому анероидная коробка может отмечать быстрые изменения давления при подъеме или спуске.
Управляя самолетом, важно соблюдать продольно-поперечную устойчивость, как говорят летчики, «сохранять горизонт». В хорошую погоду, когда горизонт виден, это нетрудно, и летчик может вести самолет очень точно, без кренов. А вот в плохую погоду и ночью ощущение горизонта, или, вернее, направления силы тяжести, в полете теряется. Дело в том, что начинает действовать центробежная сила, возникающая прп повороте — вираже (рис. 5). Не видя горизонта, летчик может совершать вираж, думая, что летит горизонтально. Здесь ему помогает авиагоризонт (рис. 6). В основу этого прибора положен обыкновенный волчок г и р о с к о п. У него есть интересное свойство: как бы мы ни наклоняли плоскость, на которой он вращается, ось его вращения все равно не изменит своего положения. Это и использовано в авиагоризонте. Если самолет летит горизонтально, то ось вращения волчка перпендикулярна поверхности, па которой он вращается. Еслп же самолет делает крен, то поверхность изменит свое
положение относительно волчка. Цепное -бавлеиие к авиагоризонту — у к а з а т е т°~ сколь ж е н и я. Это, по существу, обычный поперечный уровень. Он позволяет совершать правильные виражи без скольжения вверх" (когда крен мал) и вниз (когда крен велик) Для этого летчику достаточно удерживать шарик прибора в центре.
Наконец, управляя самолетом, нужно сохранять прямолинейность полета, т. е. к у р с В кораблевождении для этого служат магнитный и гироскопический компасы. Современный авпакомпас (рис. 7) скомбинирован из дистанционного ма г н и т н о г о компаса и курсового гироскопа.
Курсовой гироскоп достаточно точно отмечает любые изменения в направлении полета, но со временем может отклониться от курса — «уйти из меридиана». Дистанционный магнитный компас поправляет показания курсового гироскопа. Он основан на взаимодействии электрического тока с магнитным полем Земля, т. е. на электромагнитной индукции, и поэтому его называют гироиндукцпопным компасом.
Показания гпроипдукционного компаса передаются на индикатор. На этот же индикатор идут и показания радиокомпаса (см. ниже).
Кроме перечисленных основных приборов, необходимых для пилотирования, в кабпне летчпка установлены еще приборы, контролирующие работу двигателей и других механизмов. Ясно, что в полете наблюдать за всеми приборами сразу летчику трудно.
Поэтому указатель скорости, высотомер, авиагоризонт и авпакомпас собраны вместе в так называемый автопилот. Он автоматически действует на органы управления самолета и может длительное время вести его без вмешательства летчпка. Прп этом автопилот точно выдерживает заданный курс, скорость, высоту и горизонтальное положение самолета. По заказу летчпка этот удивительный прибор может выполнять правильные впражп, подъем п спуск. Прп дальних перелетах современным самолетом большую часть времени управляет автопилот.
Одна пз самых ответственных задач управления самолетом— его посадка. Особенно трудно посадить самолет в плохую погоду п ночью. Однако прп современной технике «слепая посадка», как говорят в авпацпп, стала вполне возможной (рис. 8).
Теперь обратпмея к н а в п г а ц п и. Перед штурманом воздушного корабля всегда с го-
ят два «опроса: «какой взять курс», чтобы прийти к цели полета, и «где мы находимся» в тот пли пион момент полета па пути к цели.
Если дальность полета невелика, его направление можно наити прямо по карте, определив транспортиром угол между линией, соединяющей пункты вылета и назначения, и меридианом — путевой угол. При полетах на большие расстояния штурман, учитывая шарообразность Земли, вычисляет путевой угол по географическим координатам пунктов вылета и назначения. Здесь только при полете по меридиану илп экватору линия пути с постоянным путевым углом — л о к с о д р о м и я — будет совпадать с линией кратчайшего пути — ортодром пей (рис. 9). В остальных случаях локсодромия будет отклоняться от ортодромии (к югу в Северном и к северу в Южном полушариях) п будет длиннее. Например, при перелете пз Москвы в Хабаровск путь по локсо-дромпп будет на 550 км длиннее пути по ортодромии. Поэтому в таких случаях выгоднее лететь по ортодромии, разбив путь на несколько участков и определив для каждого из них величину постоянного путевого угла.
Однако взять курс, точно соответствующий заданному путевому углу, нельзя: ведь атмосфера все время движется и ветер сносит самолет с курса. Поэтому при определении курса штурман выбпрает такой угол, который в сумме с у г л о м с п о с а (т. е. углом отклонения самолета от курса пз-за ветра) дал бы заданный путевой угол.
Здесь штурману помогает ветрочет (рпс. 10), причем путевая скорость отсчитывается от центра вращения лпнейки. Угол сноса можно рассчитать, если известны скорость и направленно ветра па высоте полета, пли измерить навигационным в п з и-р о м, когда видна земля, или же найти по отклонению самолета от заданного путп через некоторое время после вылета.
Очень легко вести самолет к месту назначения, когда там работает радиостанция, а на самолете есть радиоприемник с рамочной антенной — радиокомпас. Если плоскость рамочной антенны перпендикулярна оси самолета, то стрелка индикатора радиокомпаса будет стоять па пуле, пока самолет летит па радиостанцию (рис. 11), и отклоняться в сторону, как только ось самолета изменит свое направление. При таком полете линия пути самолета называется р а д п о д р о м п е й.
Очень прост и удобен полет по зоне радиомаяка (рис. 13). На радиомаяке под углом друг
к другу установлены две направленные антенны, и каждая непрерывно посылает определенные сигналы: одна — Л, другая — Н. Если самолет летит точно по зоне, летчик через обычный радиоприемник одинаково хорошо слышит оба сигнала. Стоит самолету отклониться от зоны — и один из сигналов становится слышнее другого.
Определить м е с т о п а х о ж д е и п е самолета по пути к цели можно несколькими способами. Простейший пз них — о р не н-т и р о в к а по кар т е, т. о. сличение местности, видимой с самолета, с картой. Прп полетах в облаках, за облака мп, ночью и над морем этот способ, разумеется, непригоден. Другой способ — счисление пути. По путевому углу, скорости самолета и времени, прошедшему с момента вылета, вычисляют пройденный путь и на карте устанавливают свое местонахождение. При этом в расчет берется не воздушная скорость по указателю скорости, а путевая, т. е. скорость самолета относительно Земли.
Сейчас есть приборы, автоматически счисляющие путь: навигационный индикатор (рпс. 14) и автоштурман.
Получая исходные данные от компаса, указателя скорости и часов и учитывая установленное штурманом направление и скорость ветра, навигационный индикатор непрерывно высчитывает все данные и показывает координаты самолета. Автоштурман, действуя по тому же принципу, вычерчивает путь самолета на карте.
Чтобы определить путь, нужно точно знать скорость и направление ветра. Поэтому показания навигационного индикатора и автоштурмана нуждаются в поправке. Это можно делать с помощью радиопеленгации. Если а в-т о м а т и ч е с к и й радиокомпас настроить па любую земную радиостанцию, он укажет направление на нее. Значит, местоположение самолета можно будет определить по радиопеленгам двух земных радиостанций (рй<- 15).
При радиопеленгации самолета с Земли более мощные и точные наземные радиостанции пеленгуют самолетную и передают ей либо радиопеленги, либо (по одновременно произведенным засечкам двух радиопеленгаторов) непосредственно его координаты. Радиопеленгация с Земли дает значительно лучшие результаты, чем с самолета.
Другой прибор для определения местонахождения самолета — панорамный радио
локатор кругового обзора (рис. 12). Проходя через специальные устройства, отраженные от земли радиоимпульсы дают па экране изображение всех объектов, находящихся в зоне действия радиолокатора. Это изображение похоже на географическую контурную карту. На экране хорошо видны берег моря, крупные реки и озера, города.
Радиолокация позволяет с большой точностью определять расстояние до предмета, отразившего радиолокационный импульс. На этом основана круговая дальномерная система. Если штурману известно расстояние до двух специальных наземных радиостанций (рис. 16), то ему нетрудно определить место самолета. Оно будет в точке пересечения двух окружностей, называемых орбитами. Более простая, но менее точная система состоит из одной наземной радиолокационной станции. В этом случае можно определить местоположение самолета по расстоянию до станции и направлению от станции на самолет.
Однако все радиотехнические системы могут действовать только па определенном расстоянии. К тому же их работу затрудняют различные помехи. Поэтому в дальних полетах штурман использует и другие, свободные от этпх недостатков средства. При дальнем полете на большой высоте хорошо служит астрономическая навигация. Она использует основные способы мореходной астрономии. К астронавигационной технике относятся астрокомпас, авиасекстант, точные часы и счетная аппаратура.
Астрокомпас (рис. 17) позволяет сохранять направление полета под определен
ным углом между осью самолета и направлением на небесное светило. Часовой механизм дая учета суточного вращения Земли непрерывно вносит поправки в этот угол. Кроме того, периодически вносятся поправки на изменение широты места.
С помощью авиасекстанта (рис. 18) измеряют угловую высоту светила над горизонтом. Зная угловую высоту и время ее определения, рассчитывают — в основном по правилам мореходной астрономии с некоторыми упрощениями — линию положения самолета. Пересечение двух таких линий дает его местоположение.
Современные астронавигационные устройства сами, автоматически следят за светилом и непрерывно решают и выдают астрономические координаты самолета.
Авиационный радио се к ста нт (рис. 19) позволяет наблюдать Солнце сквозь облака. Действие другого прибора — инерциального навигационного устройства основано на использовании закона инерции. Чувствительный измеритель ускорений — а кс-це л е р о м е т р, установленный на стабилизированной (находящейся в неизменном положении) гироскопами площадке, отмечает все малейшие ускорения в полете, суммируемые интеграторами. Интегратор непрерывно определяет координаты самолета относительно пункта вылета.
Решая какую-либо задачу самолетовождения, экипаж воздушного корабля пользуется не одним, а несколькими способами. Например, местоположение самолета определяют по пересечению астрономической п радионавигационной линий положения (рис. 20).
ЛЕТАЮЩИЕ КРАНЫ
Замечательная машина—вертолет находит самое разнообразное применение. Вертолеты, например, все чаще используют в качестве грузоподъемных кранов. В последнее время уже не ограничиваются использованием для подъема грузов обычных вертолетов, а создают специальные «летающие краны».
Конструкция такого вертолета — крана легкого типа — предельно упрощена. К двум изогнутым трубам, выполняющим функции шасси, прикреплены кабина и силовая установка из трех небольших турбореактивных двигателей и несущего винта. Машина поднимает груз, весящий больше, чем она сама. Созданы и тяжелые вертолеты-краны большой грузоподъемности. У них необычно высокое шасси, что создает большие удобства при подвеске грузов.
Произведены также первые опыты по применению вертолета в качестве буксира. Летя на высоте 10 м над морем, вертолет на протяжении нескольких километров буксировал судно водоизмещением 450 Т,
о
Рис. 1. Указатель скорости.
АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ В ММ ПУТНОГО ПОЛБА
Рис. 3. Радиовысотомер.
к приемнику СТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
5. 405
0 7Ы.
Рис. 4. Вариометр.
ГИРО РАДИО НИД/КСИОННЫЙ КОМПАС
7. Гиро-радио-индукционный компас
ПОДЪЕМ ПС ПРЯМОЙ
сила
на вираже
МАРИН УКАЗАТЕЛЯ СКОЛЬМЕНМА
ГОРИЗОНТ
и его показатели
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПОЛЕТ
СПУСК П(1 ПРЯМОЙ
ВЫСОТА ПО РАДИ! ВЫСОТОМЕРУ II
ЛЕВЫЙ ВИРАЖ КРЕН ВЕЛИК
ПРАВИЛЬНЫЙ ЛЕВЫЙ ВИРАЖ
ги.. е> I Ил}..‘.’.л
ПРАВЫЙ ВИРАЖ, КРЕН МАЛ
1 ОРТОДРОМИЯ
2 ЛОКСОДРОМИЯ
3 БОЛоШОЙ КРУГ
4 ЭКВАТОР
5 ЦЕНТР ЗЕМЛИ
ММНИТн .Й ИНДГИЦйниин КМПАъ
1 ТРАЕКТОРИЯ ВИРАЖА
2 НАПРАВЛЕНИЕ РАДИУСА ВИРАЖА
3. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА
4. СИЛА ТЯЖЕСТИ
5. ОЩУЩАЕМАЯ ЛЕТЧИКОМ ЛОЖНАЯ ВЕРТИКАЛЬ
6. ИСТИННАЯ ВЕРТИКАЛЬ 1
I ОТСЧЕТ КУРСА
2 ЗАДАННЫЙ КУРС
3 ОТСЧЕТ РАДИОПЕЛЕНГА
4 РУЧКА УСТАНОВКИ ЗАДАННОГО КУРСА
ис. 5. Центробежная
Рис. 8. Слепая посадка.
Рис. 9. Ортодромия
и локсодромия.
Рис. 10. Навигационный треугольник и ветрочет.
ПОЛЕТ ИА РАДИОСТАНЦИЮ
ЛИНИЯ ГУ1И САМОЛЕТА
ФРОНТ РАД ТОВОЛНЫ
РАМКА РАДИСНсМИАГА
ИНДИКАТОР
НАВИГАЦИОННЫЙ ТРЕУГОЛЬНИК И ВЕТРОЧЕТ
ШИРОЦН S'
ДОЛГОТ fE-W)
КУРСА
ЗЕМ'
Рис. 14. Навигационный индикатор.
I ЛИНИЯ 1 РАДИОПЕЛЕНГА (ОРТОДРОМИЯ]
2 ЛИНИЯ Д РАДИОПЕЛЕНГА (ОРТОДРОМИЯ)
3 ПЕЛЕНГ I НА САМОЛЕТ
4 ПЕЛЕНГ И НА САМОЛЕТ 5-6 ПЕЛЕНГИ НА РАДИОСТАНЦИИ
। УРС УСТАНОВКА НАЧАЛЬНОЙ ШИРОТЫ
ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
Л-.лг .т*
Рис. 11. Полет
ВОЗДУШНАЯ СКОРОСТЬ
BLTP04LI
СВЕТЛОЕ ПЯТНО В ЦЕНТР ЭКРАНА - МЕСТО САМОЛЕТА
ВРАЩАЮЩИЙСЯ ЛУЧ Р-ЛОК. ИМПУЛЬСОВ
ПРИЕМНИК воздушной chupjqth
на
радиостанцию.
Рис. 12.
Панорамный
радиолокатор
Рис. 13.
Полет
в зоне радиомаяка.
t DE 'Al НАЧАЛЬНО ДОЛГОТЫ
ПГОИДЕННЫ ПУТЬ
иг1 нм
«0», IIMUIIL-J
ДИСТАНЦИОННЫЙ КОМПАС
Радиопеленгация „своя” и „чужая”.
и с
окигь
ОТСЧЕТ.
СИГ1АЛ 1-й СТАНЦИИ
СИГНАЛ 2-й СТАНЦИИ
16. Круговая радионавигационная
система (упрощенная схема)
pWo/!fj
ЦЕНТР
<ЕМЛН
ОТСЧЕТ ОРБИТЫ
ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ СВЕТИЛИ
рручнА 5 ЬМЕЩЕНИ' | СИГНАЛОВ НА ЭКРАНЕ
РУЧКА ПЕРЕМЕЩЕН! СИГНАЛАМ НА ЭКРАНЕ
Рис. 20. Определение места
по радиопеленгу и
высоте светила.
Рис. 19. Радиосекстант.
ОТ РАКЕТЫ ДО КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ
тташу эпоху часто называют веком реактив-ной техники. И для этого есть все основания:
роль ее сейчас исключительно велика. Пожалуй, ни одна отрасль техники не знает такого стремительного расцвета, как реактивная!
Ведь еще треть столетия тому назад, в 20-х годах, не существовало даже самого понятия реактивной техники. Да и о какой реактивной технике можно было тогда говорить, еслп ее «представляли» лишь простейшие пороховые ракеты! Как п многие сотпп лет до того, они служили для фейерверочных огней да подачи сигналов.
Правда, еще в конце прошлого века отдельные смелые новаторы уже понимали, какое замечательное будущее ждет реактивную технику. Одним пз таких людей был революционер-народоволец Николай Иванович Кибальчич. В ожидании смертной казпи, епдя в тюремной камере, оп написал записку, в которой впервые в мире предложил попользовать пороховую ракету как средство для полета человека.
Ничего не знал о записке Кибальчича, скрытой царской полицией, Константин Эдуардович Циолковский. Скромный русский учитель через несколько лет после Кибальчича стал задумываться над проблемой межпланетного полета. Он не только первый в мире открыл, что межпланетные сообщения возможны лишь с помощью ракеты, по и изобрел реактивный двигатель, без которого сейчас не мыслится осуществление космического полета. К. Э. Циолковский разработал также основы теории реактивных двигателей и реактивного движения, рассмотрел многие важнейшие проблемы использования этпх двигателей. Вот почему мы с гордостью называем его родоначальником современной реактивной техники, а нашу страну — ее родиной.
Однако в первые три десятилетия XX в. его идеи с трудом прокладывали себе дорогу. Многие считали Циолковского беспочвенным мечтателем, фантастом. Но с каждым годом все большее число ученых п инженеров в разных странах приходило к тем же выводам.
Навсегда осталось позади время, когда над этой проблемой работали одинокие энтузиасты. Теперь реактивном техникой занимаются крупнейшие ученые, большие научно-исследовательские институты, многочисленные конструкторские бюро. Создана и стремительно развивается новая отрасль промышленности.
запятая изготовлением различных видов реактивной техники. Ведущую роль в развитии реактивной техники играет наша страна. Достижения советских ученых, конструкторов и рабочих, создающих новые образцы реактивной техники, известны всему миру.
Пороховой реактивный двигатель — это сейчас только один из представителей многочисленного семейства реактивных двигателей. Каких только замечательных членов не насчитывает это необыкновенное «семейство»! Причем все время появляются новые и новые.
Взгляните па изображенное па цветном рисунке «генеалогическое дерево» этого семейства (стр. 496). Сколько в нем «ветвей»! Большие «ветви» — это двигатели, которые уже получили широкое применение. А молодые «побеги» — новые двигатели, иной раз с большим будущим.
В самом низу «дерево» делится на две главные «ветви». Одна пз них — воздушно-реактивные двигатели, другая — ракетные. Различие это очень важное, принципиальное.
В воздушно-реактпвиых двигателях для создания движущей силы используется окружающий воздух. Кислород воздуха нужен, чтобы сжигать в двигателе горючее — керосин, бензин или другое высококалорийное топливо. Такие двигатели не могут работать на очень больших высотах, где воздух разрежен, и бесполезны в безвоздушном пространстве.
Ракетные двигатели не нуждаются в воздухе; их топливо содержит в себе все необходимое для сгорания — и горючее и окислитель. Окислителем служит кислород или другое вещество, выделяющее прп химической реакции с горючим большое количество те о ла и газообразные продукты сгорания. Поэтому ракетные двигатели могут работать на больших высотах и в межпланетном пространстве.
Познакомимся сначала с двигателем одной «ветви» — воздушно-реактивным. Двигаясь вверх по ней, мы снова встречаемся с разветвлением. Более толстая и длинная «ветвь» — это газотурбинные воздушно-реактивные двигатели, а другая, поменьше и покороче,— бескомпрессорные воздушно-реактивные двигателп.
Чтобы ответить на вопрос, в чем их различие, нужно сперва вспомнить принцип работы любого реактивного двигателя, пли так называемого двигателя прямой реакции (подробное см. т. 3, ст. «Летательные машины»).
Рис. 1. Схема турбореактивных двигателей: вверху — с центробежным} внизу — с осевым компрессором.
Реактивным называется такой двигатель, в котором движущая сила создается в результате того, что из него наружу вытекает с большой скоростью струя жидкости или газа.
В любом воздушно-реактивном двигателе внутрь устремляется атмосферный воздух, а наружу с гораздо большей скоростью, чем воздух, вытекают продукты сгорания — раска-
Рис. 2. Центробежный компрессор турбореактивного двигателя.
ленные газы. Эта разность скоростей и дает тягу, развиваемую двигателем. Чем больше скорость выходящих газов, тем больше сила тяги и, чтобы заставить газы вытекать со все большей скоростью, в двигателе создают повышенное давление. Наиболее распространенный способ повышения давления — сжатие поступающего в двигатель воздуха в специальной машине — компрессоре. Вращает компрессор газовая турбина, работающая на продуктах сгорания топлива. Такие двигатели — с газовой турбиной и компрессором — называют газотурбинными или газотурбо компрессе р-п ы м и; они применяются не только в авиации, но и в промышленности, на железнодорожных локомотивах, автомобилях и др.
Газотурбинный двигатель, который создает реактивную тягу, обычно называется турбореактивным. Эти двигатели — основа современной реактивной авиации. Теперь существует немало их разновидностей. Посмотрите на наше дерево. Вот, например, турбореактивный двигатель с центробежным компрессором — большой крыльчаткой (колесо с лопатками). Крыльчатка вращается с огромной скоростью — несколько тысяч, а то и десятков тысяч оборотов в минуту. Поступающий на нее у оси воздух под действием центробежной силы отбрасывается к концам лопаток. В результате он сжимается, давление ого повышается. Такой компрессор 10—15 лет тому назад имело большинство турбореактивных двигателей самолетов. Но сейчас центробежный компрессор устанавливают лишь па двигателях сравнительно небольшой тягп. Инженеры п ученые создали более совершенный — осевой компрессор.
Устроен он совсем иначе, чем центробежный. Вместо одной большой крыльчатки у пего есть целый ряд колес, посаженных па вращающемся вале на небольшом расстоянии одно от другого. Они несколько напоминают обычные колеса телеги, ио не имеют наружного обода. Спицами в нпх служат тонкие, изогнутые лопатки. Эти колеса вращаются между рядами такпх же лопаток, но только неподвижных.
Когда компрессор работает, первое колесо засасывает снаружи воздух, как обыкновенный вентилятор. Воздух течет вдоль осп. от одной ступени к другой. Ступень — одно вращающееся колесо с рядом установленных за ним неподвижных лопаток. II на каждой ступени оч немного сжимается. А так как ступеней бывас г 7—Ю п даже больше, то общее сжатие воздуха оказывается довольно сильным.
Рис. 3. Осевой компрессор турбореактивного двигателя.
Но это не единственное преимущество осевого компрессора. Пожалуй, еще большее значение имеет то обстоятельство, что через него в секунду протекает значительно большее количество воздуха, чем через центробежный такого же наружного диаметра. Это очень важно — ведь чем больше воздуха будет протекать в секунду через компрессор, тем большую тягу разовьет двигатель при тех же размерах. А чем больше тяга, тем больше прп прочих равных условиях и скорость полета самолета. Современные двпгатели с осевым компрессором развивают тягу по крайней мере вдвое, а то и втрое большую, чем с центробежным.
В настоящее время создано много конструкций турбореактивных двигателей с осевым компрессором. На нашем дереве изображены два типа таких двигателей. Левая веточка показывает схему простого двигателя, о котором уже шла речь выше. Многоступенчатый осевом компрессор приводится во вращение турбиной. Этот компрессор назван на рисунке о д н о к а-с к а д н ы м.
Сложнее двигатель, схему которого вы видите на правой веточке. Это так называемым д в у в а л ь н ы и двигатель, или д в и-гатель с д в у х к а с к а д п ы м компрессором. У него компрессор разделен на два отдельных, установленных один за другим. Это как бы два последовательных каскада сжатия воздуха: сначала в компрес
соре низкого давления, а затем — высокого давления. Каждый из них вращается свое’/ турбиной. Число оборотов у этих компрессоров может быть разным. Это очень выгодно, так как позволяет достичь большего сжатия воздуха. По такой схеме в ряде иностранных государств созданы новые мощные турбореактивные двигатели.
Но вот в сторону от турбореактивных идет ответвление — д в у х к о и т у р п ы е турбореактивные двигатели. Двух-коптурнымп они называются потому, что в них воздух течет по двум путям. Внутренний контур представляет собой обычный турбореактивный двигатель, а наружный — кольцевой канал вокруг этого двигателя. Воздух засасывается в канал специальным вентилятором. Наружу вытекают две струи: внутренняя — раскаленные газы п наружная — холодный воздух. Прп той же затрате топлива общее количество вытекающих газов оказывается, таким образом, большим, чем в обычном турбореактивном двигателе, а скорость их истечения — меньшей. Для скоростей полета, не превышающих примерно 800—1000 км час, такое сочетание оказывается выгодным, так как с тем же количеством топлива самолет может совершить более дальний полет.
Пожалуй, надо сказать несколько слов еще об одной веточке, отходящей от газотурбинной ветви,— о турбовинтов ыхдви-г а т е л я х. Эти двигатели по существу нс реактивные, хотя очень похожи на турбореактивные. Основная тяга создается здесь иначе — с помощью воздушного впнта, как в обычных поршневых самолетах. А струя вытекающих из двигателя газов тоже дает тягу, ио она значительно меньше тягп винта.
Турбовинтовые двигатели очень выгодны при скоростях полета, с какими сейчас летают пассажирские самолеты. При этих скоростях они расходуют меньше топлива, чем турбореактивные двигатели. Вот почему они широко применяются в гражданской авиации на самолетах ТУ-114, П 1-18, АН-10.
Вернемся теперь к б е с к о м п р е с с о р-п ы м воздушно-реактивным двигателям. Как показывает само пх название, у них нет компрессора. II тем не менее онп способны развивать тягу. Как же осуществляется в них сжатие воздуха?
Оказывается, это возможно, и даже не одним способом. Вот, например,так называемый и у л ь-сирующпй двигатель. В нем пет ни компрессора, ни турбины, только одна решет-
ка клапанов перегораживает внутренний канал — тракт. Воздух здесь сжимается потому, что течет через двигатель с перерывами.
Пусть произошла вспышка очередной порции топлива. Давление в камере сгорания повысилось, и клапаны в решетке закрылись — они открываются внутрь. Под действием повышенного давления газы с большой скоростью вытекают через сопло наружу. Теперь давление в двигателе понизилось, поэтому клапаны открываются и через них поступает свежий воздух. Затем в камеру сгорания снова подается топливо, снова вспышка, и все идет сначала.
Правда, такой двигатель не очень выгоден: он расходует слишком много топлива. Это и не удивительно: сжатие воздуха в нем все же небольшое. Поэтому пульсирующие двигатели применяются там, где особенно важны простота и малый вес конструкции, а не экономичность.
Иное дело прямоточные д в и г а-т е л п! У них тоже нет компрессора, нет даже решетки клапанов, как у пульсирующих. Это, по существу, пустая внутри труба. Работает опа не периодически, а непрерывно, как и газотурбинные двигатели. И все же в ней происходит сжатие воздуха.
Здесь мы встречаемся с явлением, играющим огромную роль во всей современной реактивной технике. Оказывается, когда скорость полета начинает значительно превышать скорость звука, входящий в двигатель воздух в результате торможения сжимается до весьма большого давления. Этот, как его называют, скоростной напор сказывается п при меньших скоростях полета. Он помогает, в частности, компрессору турбореактивного двигателя сжимать воздух. Однако лишь при очень больших скоростях полета давление воздуха в двигателе получается настолько большое, что ои начинает хорошо работать без всякого компрессора. Вот поэтому прямоточный двигатель может развивать прп огромной сверхзвуковой скорости полета большую тягу и расходовать при этом меньше топлива, чем любой другой реактивный двигатель.
А при малых скоростях и на стоянке он не способен развивать тягу. Поэтому летательные аппараты с прямоточным двигателем должны иметь еще какой-нибудь двигатель, который предварительно разгонял бы их до очень большой скорости.
Вот почему появился своеобразный «гибрид» двигателей обоих типов. На нашем дереве он украшает веточку, соединяющую обе уже известные нам ветви — турбореактивных и бес-
компрессорпых двигателей. Такие «гибриды,, бывают разных типов. Они играют большую роль в реактивной технике. Наш гибрид называется турбопрямоточным. Само название показывает, от каких двигателей он произошел. Это, по существу, два двигателя поставленные друг за другом: впереди — турбореактивный, за ним — прямоточный. Здесь прямоточный двигатель называют форса ж-н о й к а м е р о й турбореактивного, так как он используется, лишь когда нужно кратковременно увеличить тягу двигателя — «форсировать» его, например прп взлете.
Форсажная камера стала обязательной частью почтп всех современных мощных турбореактивных двигателей. Именно с ее помощью достигаются рекордные для современной реактивной авиации скорости полета. Но конструкторов уже не устраивает такое простое сочетание этих двигателей. Они мечтают о более полном использовании преимуществ обоих типов. Хорошо бы, напрпмер, на большой скорости полета, когда прямоточный двигатель становится более выгодным, совсем отключать турбореактивный. Пока еще таких конструкций нет, но, безусловно, онп появятся.
Обратимся теперь ко второй главной ветви — к ракетным двпгателям. Она также делится на две большие ветви и несколько отростков. Одна пз этпх ветвей — пороховые ракетные двигатели, пли двигатели твердого топлива, другая —жидкостные ракетные двигатели. Различие между ними сводится лпшь к состоянию топлива, на котором онп работают.
Пороховые—самые старые пз всех реактивных двигателей. Но пх значение теперь снова возрастает. Устройство пх очень простое.В камере сгорания помещают заряд твердого топлива. При запуске двигателя оно воспламеняется и сгорает, раскаленные газы вытекают через сопло в атмосферу п создают реактивную тягу. Простота и постоянная готовность к действию — вот положительные качества этпх двигателей.
Но есть у них п серьезные недостатки. Главный пз них — это то. что остановить уже начавший работать двигатель п вновь запустить его потом невозможно илп по крайней мере очень трудно. Понятно, что это ограничивает применение пороховых двигателей в авпацпп, зато для ракет пх попользуют широко.
Этого недостатка совершенно нет у жидкостного ракетного двигателя. Жидкое топливо позволяет легко управлять двигателем — останавливать его, снова вклю-
чать, менять тягу,— достаточно изменить количество подаваемого в камеру сгорания топлива.
Жидкостные ракетные двигатели делятся на дне ветви по способу подачи топлива в камору сгорания двигателя. При газобалопной системе в топливные баки подается под давлением газ, который и выдавливает топливо в камеру сгоранпя. При турбонасосной системе топливо подается насосами, которые действуют при помощи специальной турбины.
Есть и так называемые гидрореактив н ы е двигатели, специально предназначенные для работы под водой, например в водометном катере.
Конструкторы постепенно совершенствуют реактивные двигатели, создают новые их типы. Особенно интересны предположения ученых, относящиеся к двум типам двигателей, пока еще нс существующим, но вполне возможно, что будущее принадлежит именно им.
Один из них — и о н н ы й. Его принципиальное отличие от всех упоминавшихся выше двигателей заключается в том, что газы из пего вытекают наружу не в результате повышенного давления, а под действием электрических сил. Это — электрически й ракетный двигатель.
Еще более непохож на обычные так называемый фотонный д в и г а т е л ь. Во всех уже известных нам двигателях наружу вытекают частицы вещества — молекулы газов или ионы. В фотонном двигателе, как показывает само название, реактивную тягу создают фотоны, т. е. кванты света. Таким образом, фотонный двигатель —это, по существу, чудовищной силы прожектор, который будет передвигаться силон отдачи отбрасываемого им сверхмощного пучка света. Космический корабль с фотонным двигателем мог бы донести человека до дальних звезд— ведь теоретически он может развить скорость, близкую к скорости света. Идея фотонного двигателя очень проста, но технологическое ее воплощение связано с громадными трудностями.
Прогресс, достигнутый с возникновением реактивной техники в авиации, огромен. Со старыми, поршневыми двигателями было невозможно преодолеть «звуковой барьер» или хотя бы приблизиться к скорости звука (примерно 1225 км/час). А самолеты с турбореактивными двигателями летают быстрее звука — скорости наиболее совершенных из них значительно больше скорости звука; высота полета достигает десятков километров, а дальность — десятков тысяч километров.
1 азотурбипвые двигатели все шире применяются и па вертолетах.
Большое значение в авиации приобретают ракетные двигатели.
Но особенно велико значение ракетных двигателей для различных беспилотных управляемых летательных аппаратов. В частности, в настоящее время широко распространены ракеты для исследования атмосферы на больших высотах и для других научных работ. Применяются ракеты и в военной технике.
Самые большие и совершенные ракеты— так называемые межконтинентальные баллистически е. Это — вершина развития современной ракетной техники, и она достигнута в нашей стране. Как показывает само название, такие ракеты способны перелетать с континента на континент, на расстояние в 8—10 тыс. км и даже более.
Двигатель ракеты работает лишь считанные минуты, при взлете, но разгоняет ее до огромной скорости — в 6—7 км сек. За это время он успевает израсходовать весь запас топлива, который составляет большую часть общего веса ракеты. После остановки двигателя ракета летит по так называемой баллистической кривой, т. е. как артиллерийский снаряд. Поэтому ее и называют баллистической. Она забирается на высоту в тысячу километров и выше, а затем обрушивается на цель. Сверхточные, тонкие, умные приборы управления полетом обеспечивают попадание практически в любую цель на земном шаре. Весь полет ракеты длится примерно 20—30 мин.
Настанет время, когда такие ракеты будут использоваться для перевозки пассажиров с континента на континент за какие-нибудь полчаса. Но для этого конструкторам придется еще основательно потрудиться.
Межконтинентальная баллистическая ракета позволила ученым нашей страны осуществить заветную мечту человека — преодолеть земное тяготение и запустить искусственные спутники Земли. Чтобы ракета превратилась в спутник нашей планеты и в течение долгого времени обращалась вокруг нее на более или менее постоянной высоте (не меньше 200 км), ее нужно разогнать до огромной скорости, примерно 8 км/сек. Для этого ракету делают многоступенчатой — пз нескольких ступеней, соединенных между собой последовательно, примерно так, как составляется из вагонов поезд. Каждая ступень представляет собой самостоятельную ракету со своим топливом и двигателем, Когда двигатель самой нижней ступени выраба-
Рис. 4. Третий советский искусственный спутник Земли.
Запуск искусственных спут-ников Земли открыл людям до. рогу в космос, начал новую эру в истории человечества.
Но все же этот запуск был только полупобедой человека в его борьбе с земным тяготением: ведь спутник хоть и не падает на Землю, но и не расстается с пей! Чтобы окончательно порвать цепи земного тяготения и вырваться на просторы космоса, нужна еще на 40% большая скорость, чем скорость спутников. Эта так
тывает весь свой запас топлива, она отделяется и автоматически включается двигатель следующей ступени. В результате скорость самой последней ступени оказывается большей, чем скорость одной большой ракеты с таким же запасом топлива: ведь в многоступенчатой ракете после отделения первых ее частей топливо расходуется на разгон меньшей массы. Идея многоступенчатой, или, как ее иногда называют, составной, ракеты — одно из гениальных предложений Константина Эдуардовича Циолковского.
С помощью такой составной ракеты и удалось запустить первые искусственные спутники Земли. Необходимую космическую к р у г о -
в у ю скорость приобретала последняя ступень с установленным на ней специальным оборудованием спутника. Как известно, первый спутник весил 83,6 кГ, второй — уже 508,3 кГ, а третий — 1327 кГ.
Для сравнения достаточно указать, что первый спутник США, запущенный почти через 3 месяца после второго советского спутника, «Эксплорер» весил 14 кГ.
Рис. 5. Так, возможно, будет выглядеть межпланетный корабль, приле- Ра1<ета. На ЭТОТ раз ПСрСД Ра тевишй на Луну. < кетой была поставлена иная
называемая скорость отрыва равна примерно 11,2 км/сек, или около 40 тыс. км!час.
И вот всего через год с небольшим после запуска первого советского искусственного спутника человечество одержало и эту решающую победу в борьбе за покорение мирового пространства. И снова эта победа была одержана нашей страной, советским народом. Золотыми буквами в истории науки навсегда будет запечатлена дата 2 января 1959 г. — день, когда впервые в истории творение рук человеческих покинуло Землю, чтобы никогда на нее не возвратиться. В этот день был совершен успешный запуск первой советской космической ракеты, стартовавшей в сторону Луны. Ракета
превысила скорость отрыва и, повинуясь строго определенному для нее пути, начертанному в просторах космоса советскими учеными, прошла на небольшом расстоянии от Лупы, вышла на свою орбиту и стала первой искусственной планетой солнечной системы. Она мчится теперь па расстоянии в миллионы километров от Земли. Пройдут миллионы лет, а она будет все так же мчаться вокруг Солнца, неся на себе вымпел Страны Советов. Это было осуществление дерзновенной мечты люден о полете в космос — не зря простые люди во всем мпре назвали советскую ракету «Мечтой»!
1959 г. был ознаменован и двумя другими крупнейшими победами советской науки в борьбе за исследование мирового пространства.
12 сентября 1959 г. стартовала п взяла курс к Луне вторая советская космическая
задача: «попасть» в Луну, опуститься на лунной поверхности. II эта труднейшая задача была блестяще выполнена! 14 сентября ракета упала на Луну. Был совершен первый в мире межпланетный полет, переброшен мост между двумя небесными телами.
Но и это не последний «лунник», как называют паши лунные ракеты за рубежом. 4 октября 1959 г. в небо взмыла третья советская космическая ракета, тоже взявшая курс к Луне. Так была отмечена вторая годовщина со дня запуска первого советского искусственного спутника Земли.
На борту новой ракеты находилась автоматическая межпланетная станция, которая облетела по точно вычисленной наперед траектория вокруг Луны, сфотографировала ее не видимую с Земли сторону, а затем при помощи техники телевидения передала полученные изображения на Землю.
А в январе 1960 г. советские ученые провели успешные испытания баллистических многоступенчатых ракет для запуска тяжелых спутников Земли.
Теперь после этих исторических побед в штурме космоса, по-видимому, не потребуется много времени, чтобы вслед за первыми космическими ракетами стартовали и другие,перед которыми будут ставиться все более сложные задачи. Неза горами время, когда мы увидим на газетных полосах сделанные с небольшого расстояния п переданные с борта новых автоматических межпланетных станций фотоснимки загадочных марсианских каналов или не менее загадочных спутников Марса — Фобоса и Деймоса. С помощью инфракрасных или ультракоротковолновых радиолучей можно будет, наконец, проникнуть сквозь плотную пелену облаков, окутывающих Венеру, и получить снимки ее таинственной поверхности. Потом будет совершена и посадка ракет с приборами на Луне и планетах. И только вслед за этими автоматическими разведчиками космоса последуют ракеты с людьми.
Но для этого надо решить еще немало проблем, из которых, пожалуй, наиболее важная— посадка корабля на Землю. Ведь космический корабль ворвется в земную атмосферу с гораздо большей скоростью, чем даже межконтинентальные ракеты. На нем будут находиться люди, а их значительно труднее защитить от чрезмерного перегрева, чем приборы и оборудование. Да и скорость корабля необходимо погасить полностью. Вот почему для решения этой проблемы огромное значение имеет создание искус-
Рис. 6. Советская автоматическая меж планетная станция, облетевш гя Луну и сфотографировавшая ее обратную сторону.
ственных спутников, которые совершат посадку на Землю сначала без люден, автоматически, а потом и с людьми. Это одна из наиболее важных и актуальных задач астронавтики и реактивной техники.
Однако когда эта задача будет решена и первый космический корабль с людьми отправится в путь, то целью его будет не посадка на Луне. Корабль сможет лишь облететь ее и затем возвратиться на родную планету. Посадка на Луне— задача настолько еще трудная, что современной реактивной технике она пока нс под силу.
Причина этого — в огромной затрате топлива. Ведь даже наиболее простой космический полет па Лупу с посадкой на ней и возвращением на Землю требует топлива не только на преодоление тяготения Земли, но и на
двукратное преодоление тяготения Луны — двукратное потому, что сначала надо тормозить при посадке, а затем снова взлететь. Поэтому для совершения даже этого простейшего полета необходимо столько топлива, сколько требуется для разгона ракеты до скорости не менее чем 22— 25 км/сек. Достичь такой скорости при современном уровне развития ракетной техники пока невозможно.
Новые перспективы здесь открывает атомная энергия. Создать атомно-реактивные двигатели различных типов — ракетные, турбореактивные, турбовинтовые — вполне возможно. Как известно, атомпая энергия в миллионы раз превосходит по величине химическую энергию, выделяющуюся при сгорании топлива в жидкостных ракетных двигателях. Однако это вовсе не означает, что в атомных двигателях во много раз по сравнению с обычными увеличится и скорость истечения вещества. Для того чтобы в атомном двигателе не возникали недопустимо большие температуры, которые мгновенно испарят весь двигатель, приходится «разбавлять» атомное горючее каким-нибудь пассивным веществом, не участвующим в ядериой реакции. Значит, и скорость истечения снизится. Но, по-видимому, она все же будет примерно раза в два больше, чем в обычных, жидкостных, ракетных двигателях. Возможности осуществления межпланетного полета при этом увеличиваются в большой степени; в частности, полет на Луну с посадкой па ней становится реальностью.
В дальнейшем серьезные перспективы открывают также проекты ионных межпланетных кораблей. Однако тяга ионных двигателей небольшая, поэтому взлет корабля с Земли должен будет осуществиться при помощи обычных ракетных двигателей.
Но, пожалуй, наиболее реальные перспективы для межпланетных полетов открывает идея К. Э. Циолковского об использовании искусственных спутников в качестве своеобразных «заправочных колонок». По этой идее, корабль, взлетевший с Земли и использовавший
при этом большую часть топлива, подлетает к такому спутнпку-топливохраиилишу и возобновляет свои запасы. На спутник топливо щ-ставляется с Земли с помощью грузовых ракет-танкеров.
Такой проект делает принципиально возможным полет и посадку не только на Луцу ио и на Марс и Венеру. Однако для его осуществления нужно еще исследовать и решить многие сложные проблемы, в частиэс ги создание населенных искусственных спутников пашей планеты. Сооружение этих поселений в космосе — важнейшая задача астронавтики Трудностей здесь очень много. Ведь такой спутник должен весить многие сотни, если не тысячи тонн, и, конечно, его нельзя забросить на орбиту с помощью ракет. Очевидно, придется собирать его из отдельных частей, доставляемых на орбиту грузовыми ракетами. И хотя подобное строительство чрезвычайно сложно несомненно, населенные спутники появятся.
Венцом достижений астронавтики будет естественно, полет к звездам, к системам, планеты которых заселены мыслящими существами. Однако такой полет — дело очень отдаленного будущего, так как это связано с преодолением колоссальных расстояний, которые даже лучи света проходят за многие годы п десятилетия. Расчеты показывают, что проблему межзвездного полета можно решить, вероятно, только с помощью фотонных двигателей, в которых в результате неизвестных нам пока еще физических процессов осуществится пошое выделение внутренней энергпп вещества. Лишь они способны разогнать корабль до нужной колоссальной скорости (подробнее о физических основах реактивной техники, о советских искусственных спутниках Землп и космических ракетах см. т. 3, ст. «Советские ракеты л искусственные спутники Земли»).
Развитие человеческого разума беспредельно. Следует надеяться, что человеческая мысль преодолеет все огромные трудности и жители Земли отправятся в грандиозные полеты к далеким звездам.
советский космический
ПРОКЛАДЫВАЕТ ПУТЬ ЧЕЛОВЕКУ
КОРАБЛЬ
ЗВЕЗДАМ
Пролетарии всех стран, соединяйтесь'
Коммунистическая партия Советского Союза
РЯВДЙ
Орган Центрального Комитета Коммунистической партии Советского Союза
Год «здания 4В-В I _ I - , .
№ 137 (15261) I Понедельник, 16 мая 1960 года | ЦЕНА 20 КОП.
по
Сообщен
В течение последних лет в Советском Союзе проводятся научно-исследовательские и опытио-конструкторскне работы подготовке полета человека в космическое пространство
Достижения Советского Союза в создании искусственных
спутников Земли больших весов и размеров, успешное проведение испытаний мощной ракеты-носителя, способной вывести на заданную орбиту спутник весом в несколько тонн, позволили приступить к созданию и началу испытаний космического корабля для длительных полетов человека в космическом пространстве.
15 мая I960 года в Советском Союзе осуществлен запуск космического корабля на орбиту спутника Земли По полученным данным, корабль-спутннк в соответствии с расчетом был выведен на орбиту, близкую к круговой, с высотой около 320 километров от поверхности Земли, после чего отделился от последней ступени ракеты-носителя. Начальный период обращения корабля — спутника Земли, составляет 91 минуту Наклонение его орбиты к плоскости экватора раано 65 градусам. Вес корабля-спутника без последней ступени ракеты-носителя составляет 4 тонны 540 килограммов- На борту корабля-спутника установлена герметическая кабина с грузом, имитирующим вес человека, н со всем необходимым оборудованием для будущего полета человека и, кроме того, различная аппаратура, вес которой с источниками питания составляет I 477 килограммов.
Запуск предназначен для отработки и проверки систем корабля-спутника, обеспечивающих его безопасный полет и управление полетом, возвращение иа Землю и необходимые условия для человека в полете. Этим пуском положено на'*а;’0 сложной работы по созданию надежных космических кораблей, обеспечивающих безопасный полет человека в космосе.
—« СОВПАДЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ ОРБИТЫ КОРАБЛЯ С "«ЯЕДАТЧИК «СИГНАЛ» СЛЫШАТ В РАЗНЫХ
Корабль вышел на орбиту спутника Земли
4 тонны 540 килограммов
По получении с корабля-спутника необходимых данных будет осуществлено отделение от него герметической кабины весом около 2,5 тонны В данном запуске возвращение иа Землю герметической кабины не предусматривается, и кабина после проверки надежности ее функционирования и отделения от корабля-спутника, как и сам корабль-спутник по команде с- Земли начнут спуск и прекратят свое существование при вхождении в плотные слон атмосферы
На корабле-спутнике установлен радиопередатчик «Сигнал», работающий иа частоте 19,995 мегагерц, как в телеграфном, так н в телефонном режимах передачи
Помимо передатчика «Сигнал», на корабле-спутнике размещены специальные радноустройства для передачи иа Землю данных о работе установленных приборов и для точного измерения элементов орбиты. Питание научной и измерительной аппаратуры спутника осуществляется с помощью химических источников тока и солнечных батарей.
Обработка первых данных, полученных с корабля-спутника показала, что установленная иа нем аппаратура работает нормально Наземные станции ведут регулярные наблюдения за кораблем-спутником.
В 6 часов 11 минут корабль-спутннк прошел над Москвой.
В 7 часов 38 минут по московскому времени советский корабль-спутник прошел над Парижем Над Ленинградом корабль-спутник прошел в 7 часов 43 минуты. В 10 часов 36 минут по московскому времени корабль-спутник пролетел над Нью-Йорком
Визуально корабль-спутннк можно будет наблюдать в районе города Владивостока 15 мая в 21 час 12 минут в направлении иа юю-восток.
РАСЧЕТНОЙ * АППАРАТУРА СТРАНАХ МИРА
И» 22 пел хогклвгзлг» «ргмггк к<*р«£.1ь-г||)Т>-»к гп»»пш»л 11 Ымрато» »п«руг - ’'•гигтркрунши!* СПИП«« прлдплж»»'» MCU
— «гтзипыгниой Н* гп) тимкг Приемные пгмрн »П
—•«..» Нелучае«ы» мнмые теле» >»ер«яи*
—nvet рурщ.име Науежмм» ел"«я«
Недалеко то время, когда осуществится мечта человечества о полете людей в космос.
ГЕНЕАЛОГИЧЕСКОЕ ДЕРЕВО СЕМЕЙСТВА РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ КОМПРЕССОРОМ
ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ
ДВИГАТЕЛИ (ТРД1
ЖИДКОСТНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ (ЖРД)
ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
бесномпРЕссорные
ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ (ВРД)
РЕАКТИВНЫЕ
ДВИГАТЕЛИ (двигатели прямой
РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
реакции)
ТРИГГЕРНАЯ ЦЕПЬ
ОТКЛОНЯЮЩИЕ ПЛАСТИНЫ
СУММАТОР
СИГНАЛЬНАЯ ПЛАСТИНА
память: I.HA ТРУБКЕ П. НАЛЕЙТЕ Ш. НА БАРАБАНЕ
ЭКРАН
ПУЧОК ЭЛЕКТРОНОВ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА
на снужб'е
и иск у есть а
Я Ш е вдруг, не сразу люди построп-
Ш Ш ли машины, которые могли
ш Ш f считать: складывать, вычитать, W' умножать, делить числа п производить с ними различные математические операции. Долог и сложен был путь развития вычислительных средств. Камушки, косточки, ракушки, узелки па веревочках — первые примитивные орудия счета. Они вполне удовлетворяли человека на заре его существования (см. т. 3, ст. «Как люди считали в старину и как писали цифры»).
Но вот люди стали измерять землю, строить
МАШИНЫ-МАТЕМАТИКИ
пирамиды, водить корабли, изучать движение светил на небосводе. Тут уже камушками не обойдешься! Появплпсь таблицы, появились самые примитивные устройства счета. Это уже не были предметы, случайно подвернувшиеся под руку (см. т. 3, ст. «Счетные нрпспособ-ленпя»).
А когда были созданы первые машппы-двп-гателп, машины-орудия, то необходима стала и арпфметпческая машина. Когда она появилась, то была сначала очень медлительной, п порой было трудно определить, чья доля в вычислениях больше — человека пли мапшпы.
Быстродействующая электронная счетная машина (БЭСМ) и ее отдельные узлы.
_ 32 Детская энциклопедия, т. 5
ТЕХНИКА JI I СЛУЖИВ ЛАУКИ И ИСКУССТВА
Развивалась паука и техника, совершенствовалось производство. Горы расчетов и океаны цифр заставили человека ускорить счет,свести к минимуму свое непосредственное участие в работе счетных машин. Их снабдили моторами, научили «читать» и «запоминать» числа, записывать промежуточные результаты. Все больше п больше обязанностей стали они выполнять. В век автоматов автоматом стала и счетная машина. Ее научили управлять вычислительным процессом п контролировать его. В самый совершенным автомат превратила электронная техника счетную машину.
Велик арсенал современных вычислительных машин, многообразны пути механизации вычислительных процессов — от настольного арифмометра до быстродействующей электронной вычислительном машины, от простейшего планиметра до сложном электронной моделирующей установки, от небольшого счетного бюро до мощного вычислительного центра. Все это поставлено на службу человеку и позволяет ему с большой скоростью, точностью и надежностью выполнять арифметические действия с огромными числами, роптать сложнейшие задачи высшей математики, изучать протекающие мгновенно процессы.
«УМНЫЙ» АВТОМАТ
Пытливая мысль человека ищет все новые и новые пути повышения скорости вычисления, предельной пх автоматизации.
Рис. 1. Перфоратор пробивает отверстия иа перфокарте.
в С
11 1111 Н Ц111IIIIHUIIH1
Так был создам «умный» автомат — счетно-записывающая машина т а б у л я т о р. QH может самостоятельно не только вести счет по п осуществлять некоторые логические операции. Все это машина делает с помощью и е р-ф о к а р т. Это картонный стандартный прямоугольник со срезанным левым углом. Срез позволяет легко выявить неправильно уложенную карту. В типографии на ней печатается цифровая сетка в виде 80 колонок цифр. В каждой колонке цифры помещены сверху вниз — от 0 до 9. Это позиции — места возможной пробивки отверстий. Кроме того, на карте между девятым п восьмым рядами есть нумерация рядов колонок.
В таком впде картонный прямоугольник «пом». Чтобы он «заговорил», надо пробить отверстия в позициях колонок. Отверстия показывают, например, данные рабочего наряда токаря.
Отверстия пробивают, как говорят, перфорируют, па специальной машине — перфораторе (рис. 1). После пего карты поступают на другую машину — к о и т р о л ь в п к (рис. 2), который проверяет, иа том лп месте, где надо, сделаны отверстия.
За месяц па большом предприятии собираются сотни тысяч карт. Когда нужно подсчитать
в час оп 1 признакам в
зарплату рабочим, получить данные о выполнении плана плп стоимости продукции, вступает в действие сначала электрический сортировщик (рпс. 3). Со скоростью 25 тыс. карт группирует их по определенным I отдельные пачки. Затем они поступают на табулятор.
Здесь сначала происходит чтение нерфозаппсп. Это делает специальный блок пз 80 щеточек — по числу колонок в перфокарте. Щеточки соединены проводами со счетчиками п пс-чатающпмп механизмами. Перфокарта идет в табуляторе десятками вперед. Щеточки ощупывают сначала все девятые, затем восьмые позиции п т. Д.
Вот в карте оказалась пробитой восьмая позиция в тридцатой колонке. Щеточка замкнет электрическую цепь, сработает электромагнит цифрового колеса, и оно начнет поворачиваться. Карта сместятся иа одну позицию — седьмую, колесо повернется на одну цифру и покажет 1.
МА ШЯНЫ-МЛ ТЕМА ГИКИ
Карта еще сместится на одну позицию — шестую, л колесо покажет 2. Л когда под щеточку подойдет нулевая позиция, поворот цифрового колеса оканчивается: оно повернулось па восемь позиции и показывает цифру 8. 1 акпм
образом восьмерка с перфокарты передана в разряд счетчика, со-ответс гвующпй тридцатой колонке. 1 ак же нропзводптся и суммм-роваьие.
\ кто же управляет быстрой и сложной машиной Все те же перфокарты п щеточки.
В табуляторе, кроме описанного х^тдойства— п и ж и его в о с п р и и и м а ю щ его м с-х а н и з м а, есть второе такое же устройство верхний в о с п р п и и м а ю щ п и м е-х а п п з м с таким же блоком щеточек. Он п осущест иляет управление машиной.
Управление основано на сравнении двух идущих друг за другом перфокарт, когда одна пз них находится в нижнем воспринимающем устройстве, другая— в верхнем. Если признаки карт одинаковы, машина продолжает суммировать, во ос in вдруг изменится признак иа очередной карте, электрическая цепь размыкается и суммирование автоматически прекращается. Машина записывает тог по про-
Рис. 2. Коцтролъник проверяет, на том ли месте, где наие, сделаны отверстия.
мощью переключателей распределяются по всей машине.
Если надо направить импульс с какой-либо колонки перфокарты в любой разряд любого счетчика, передать числа с одною счетчика на другой, перегруппировать числа в любом порядке, то достаточно просто переключить соответствующие гнезда коммутационной доски. Это позволяет нс только складывать числа, по и вычитать, умножать, делить и автоМатпчяски комбинировать арифметические действия.
Система управления современным табулятором необычайно гибкая и многосторонняя. Хороший табулятор может обработать ди 10 тыс, перфокарт в час. Советские инженеры создали одну пз лучших счетпо-перфорацпоиных машин — табулятор Г1 -5 (рис. 4). В пой установлено восемь одиипадцатпразрядных счетчиков. Это значит, что одновременно можно суммировать восемь столбцов мпогопозпцпов-ных чисел —70 тыс. сложений в час! За это время сто счетных работников сделают лишь 25 тыс. действии.
шедшем картам п лишь посте этого переходит к подсчету сумм по картам следующей группы.
Проследим теперь за электрическим импульсом. Он возник, когда щеточка попала в отверстие перфокарты, п дал команду7 машине — заставил сработать счетчик; он /Ке участвовал в автоматической записи итогов, п он же автоматически управляет табулятором.
Чтобы электрический импульс совершил сложный путь внутри машины, концы всех электрических ценен, связанных со щеточками, счетчиками, печатающими Механизмами, введены на коммутацией и у ю Доску. Это пульт распределения электрических импульсов. Отсюда они с по-
Для механизации расчетов у нас в стране созданы тысячи машиносчетных фабрик, станции, бюро. Они работают на заводах, в учреждениях, колхозах. Все больше и больше у нас появляется теперь счетных машпп-автоматов. Выпускается много новых типов сложных машин. Так, созданы алфавитные машины, которые печатают названия материалов, товаров, адреса — любые тексты.
Советские ученые и конструкторы продолжают упорно работать над совершенствованием счетио-псрфорацпонных машин. Ио как бы их нп улучшали, у них есть один серьезный недостаток: перфокарта сдерживает производительность. Ведь от машины к машпне ее переносит человек, и от машины к машпне она передает результаты промежуточных операции. Это задерживает процесс вычисления, не позволяет создать единого потока чисел.
И вот ученые и инженеры сумели преодолеть эту преграду — построили машину для быстрого автоматического выполнения длинной цепочки математических действий.
МОЛНИЕНОСНЫЙ СЧЕТ
Молниеносный автоматический счет выполняет быстродействующая электронная счетная машина — БЭСМ (см. цв. рис., стр. 497).
Когда впервые смотришь на электронную счетную машину, кажется, что находишься на складе радиозавода. В одних шкафах разместилось множество небольших блоков, похожих на радиоприемники с незакрытыми футлярами, в других видны знакомые части телевизоров, магнитофонов, бесконечные вереницы поблескивающих серебром ламп, конденсаторов, электронных трубок, сопротивлений, катушек с магнитными лентами. Все это причудливо соединено между собой тысячами проводников.
ЭЛЕКТРОННАЯ «ВЕРТУШКА»
Основная деталь машины — своеобразное реле, так называемый триггер. Это устройство, с помощью которого в электронных машинах ведется запись п счет чисел.
Упрощенно триггер можно представить в виде двух электронных ламп, смонтированных в одной колбе. Электрически они соединены так, что если первая лампа включена, то вторая обязательно будет выключена, и наоборот. Одно пз таких устойчивых состояний триггера можно считать единицей (1), а другое — нулем (0).
Каждый новый электрический импульс, подаваемый на сетки ламп, поочередно то пропускает поток электронов в одной пз них, то останавливает его. И в точном соответствии с этим
импульсом триггер тотчас меняет свое состоя
ние — показывает то единицу, то нуль.
В любом из двух состояний он, подобно кнопочному выключателю настольной лампы, может пребывать как угодно долго, пока не поступит новый импульс. Следовательно, триггер может хранить, «помнить» 1 пли 0 до тех пор, пока не поступит новый сигнал. Гак, словно выключатель, переходя пз одного состояния в другое, или, как говорят, «опрокидываясь», триггер позволяет отмечать импульсы.
Механическое устройство обычно срабатывает за — сек., электрическое (выключатель) —
уже за - - . сек., а «опрокидывание» триггеров оии
благодаря особенностям электронных ламп происходит с невероятной быстротой — за
1
сек. Как мы увидим в дальнейшем, 1 000 000
в этом и заключается один пз секретов быстрого счета электронной машины.
Но законно возникает вопрос: триггер записывает только 1 и 0, а как же записать в машпне все остальные числа? Чтобы ответить на это,
MA HI ИНЫ -МЛ ТЕМА ТИКИ
на jo познакомиться с необычайной двоичной системой счисления (см. т. 3, ст. «Электронные счетные машины»).
ЧУДЕСНЫЕ ЦЕПОЧКИ
Чтобы триггеры считали, пх собирают в триггерные цепи — счетчики. Перед нами четыре триггера, объединенных в цепь. У каждого из них по два входных и выходных контакта. Перед началом на триггерах зафиксировано состояние нуль, т. е. цепь-счетчик показывает 0000.
Теперь представим себе, что па входные контакты первого справа триггера подан электрический сигнал — импульс. Он «опрокинется» п покажет 1, а на остальных останется 0. Следовательно, цепь даст 0001.
Передадим теперь второй импульс. Первый триггер выключится (опять даст 0) и передаст импульс па следующий триггер. На нем зафиксируется единица. Цепь покажет 0010.
Закую систему триггеров можно сравнить со счетами, па каждой палочке которых всего по две костяшки. Чтобы считать па них, как на обычных счетах, необходимо соблюдать одно правило: когда все костяшки данной палочки «израсходованы», т. е. передвинуты справа налево, надо передвинуть одну костяшку на следующей палочке, а эти вернуть в исходное положение. А то, что на счетах делают пальцы, в триггерах-счетчиках производят электрические импульсы.
1акпе цепи триггеров могут считать и записывать очень большие числа, причем со скоростью в 100 тыс. раз большей, чем та, с которой считает человек. Для подобной работы у машин есть еще и другие устройства.
Среди пих важную роль играют так называемые вентили.
Представьте себе цепь из источника тока, звонка и двух выключателей, включенных последовательно. Чтобы звонок зазвонил, нам надо одновременно включить и «первый» и «второй» выключатели. Это модель схемы вентиля совпадения. В нем па выходе импульс напряжения появится только при совпадении во времени двух поступивших импульсов.
Теперь в той же цепи расположим выключатели параллельно. В этом случае, чтобы звонок зазвонил, надо включить «или» первый, «или» второй выключатель. Это модель схемы вентиля разделения. Он позволяет подать в одну точку напряжения от различных линий, не замыкая их между собой.
Наконец, существует и третья схема вентиля — ее иногда называют «с х е м о и н а о-б о рот». Здесь звонок «не» будет звонить тогда, когда включен выключатель. Эта схема противоположна схеме совпадений.
J ак получаются электронные цени трех логических операции: «и», «плп», «не».
Мы разобрали, что происходит в каждой клетке-ячейке машины. Нам теперь известно, что она может фиксировать, считать, даже «говорить»— «да» (1) или «нет» (0) — и «рассуждать», «понимая» значение «и», «плп», «не».
Но, оказывается, даже этих чудодейственных устройств еще недостаточно, чтобы машина могла решать задачи!
НЕВИДИМЫМ ПЕРОМ
Предположим, нам надо решить задачу. Обычно на бумаге мы записываем ее данные, условие, затем само решение. При этом почти всегда приходится записывать (для памятп) и промежуточные результаты вычислений. Каждый улыбнется, вспомнив, как иногда, производя умножение, он вслух произносит: «Семью пять — тридцать пять, пять пишем, три в уме». То же самое приходится делать и вычислительном машине. И опа ПЯТЬ «записывает», а ГРП «запоминает».
Для этого у нее есть специальное оперативное запоминающее устройство. В него откладываются те данные, которые снова потребуются через короткий промежуток времени, например числа прп псренесеипп их в следующий разряд, частные произведения, остаток при делении.
С одним видом «оперативной памяти» мы уже знакомы. Это триггерные цепп. В ппх, как мы уже знаем, могут до поступления новых сигналов — электрических импульсов — храниться двоичные знаки «0» пли «1». Но такая «память» очень неудобна. В нее надо ставить много электронных ламп, а это приводит к значительным размерам «памяти» и к большому расходу мощности. Быстрая и удобная «память» создала в настоящее время с помощью специальных электронно-лучевых трубок. Чтобы с ними познакомиться, достаточно взглянуть на самый обыкновенный телевизор.
Как известно, на конце электронно-лучевой трубки установлен светящийся экран. В него ударяется электронный луч и выоивает электрические заряды. Автоматически изменяя скорость потока электронов можно выбивать
то больше, то меньше электрических зарядов. Причем онп имеют два рисунка: точка и кольцо. Заряд в виде точки —это единица, а в виде кольца — пуль.
Длительность такого запоминания — всего 1 ...
— ССК’ Поэтому электронный луч оеснре-рывпо обегает экран трубки, подновляя запись и «освежая память».
Чтобы прочитать коды, на экран трубки в требуемую точку повторно направляется электронный луч. Ощупывая экран, он как бы выбивает из него пмпульсы, которые соответствуют сделанной на нем записи. Считывание и запись
1
чисел происходит за |q'qqqq сск-
Существуют и другие виды «оперативной памяти», еще более быстродействующей. Например, «память» на ферритовых (магнитных) кольцах позволяет считывать числа за одну десяти-миллпопную долю секунды!
«Оперативная память» машины может хранить одну-две тысячи чисел. Ну а как быть, если надо запомнить пять, десять, сто тысяч, миллион?
Что делает человек, когда не может все удержать в памяти? Он заводит записную книжку. Такая книжка есть и у машины—это в п е ш-11 е е з а и о м и и а ю щ е е устройство. В нем числа запоминаются так же, как запоминается музыка пли речь, записанные на магнитной лепте магнитофона.
Главная деталь магнитофона — специальная магнитная головка, связанная с усилителем. Через него посту пают сигналы-импульсы, создающие в головке магнитный иоток. Поступил импульс—и на ленте наводится магнитное пятнышко. Это— единица. Нет пятнышка—нуль.
В электронных вычислительных машинах (мы говорим об одной пз больших советских машин) обычно устанавливается несколько магнитофонов, на которых можно записать до 30 тыс. чисел. Скорость выборкп илп записи здесь составляет 400 чисел в секунду. По сравнению с «оперативной памятью» это мало.
Бобины с лентами во время работы легко меняются, поэтому магнитную память можно увеличивать. Если поставить, например, 4 магнитофона, в хранилище поместится 120 тыс. чисел. Значит, машина может завести не одну «записную книжку», а составить целый архив данных для решения задач.
Как впдпм, «оперативная память» машины позволяет быстро считывать числа, но коли
чество запоминаемых данных у пес ограничено. Во «внешней памяти», наоборот, можно записать сотни тысяч и даже миллионы чисел во выборка из-за большой длины магнитных лент происходит медленно. Поэтому возникла необходимость в д о и о л в и т е л ь и о й и а-м я т и, которая совмещала бы в себе оба устройства — большое количество запоминаемых данных и быстроту их выборкп.
Для этой цели служит специальный магнитный барабан. Это, по сути дела, очень широкая магнитная лента. На пей запись ведется но многим дорожкам. Чтобы все записать и считать, пришлось установить здесь 80 головок. На барабане хранится около 5 тыс. чисел.
Барабан все время вращается со скоростью 850 об мин. За один оборот под считывающую головку быстро попадает начало группы чисел для считывания. Оно ведется со скоростью до 800 чисел в секунду.
ЭЛЕ К Г РО Н Н АЯ АРИФЫ ЕТП К. \
Сколько времени понадобится вам, чтобы сложить несколько шестизначных чисел? Попробуйте, п вы убедитесь — уходит полмппуты, а то п минута. Машина же делает это несравненно быстрое: ведь она выполняет до 10 тыс. и больше арифметических действий в секунду.
Такой головокружительный счет осуществляет с у м матор. Он составляется пз комбинации знакомых уже нам триггерных цепей-счетчиков и вентилей-переключателей.
Прп этом одна цепочка триггеров-счетчиков записывает первое слагаемое, вторая — второе, третья фиксирует получаемую сумму. А вентили, подобно стрелкам на железнодорожных путях, переключают дорогу’ импульсам тока, которые ведут счет.
Сумматор — основа арифметического устройства, главнейшая часть электронной счетной машины. Все многообразие математических операций сводится в нем к простому’ арифметическому^ действию — сложению.
Пу а это даст арифметическому устройству возможность в сочетании с другими частями машины производить любые расчеты даже из области высшей математики. Надо только предварительно составить специальную программу, в которой сложная задача была бы разложена на ряд простых операций, и поручить специальному устройству проследить за последовательностью пх выполнения.
ЭЛ Е К1Р О Н Н Ы И КОМАНДИР
Управляющее у с т р о й с т в о — вот нто выполняет такую работу. Оно читает программу вычислений и дает команды разным частям машины: кому и когда вступать в действие, что и как делать.
Каждая команда имеет две части — адресную п операционную. Операционная говорит, что надо сделать (какую операцию), а адресная — откуда взять число для этой операции.
Управляющее устройство состоит пз двух частей: регистра команд и счетчика команд. В регистре хранится выполняемая команда (что нужно сделать и где взять число для операции), а в счетчике — адрес следующей команды в какой ячейке взять следующую команду).
Во многих счетных машинах существует жесткая пос шдователыюсть: после выполнения команды из первой ячейки берется команда пз второй, третьей, четвертой и т. д. По программа позволяет прерывать и такую последовательность. Делается это с помощью команд я е р е ходов, которые либо безусловно, либо при каком-то условии говорят, пз какой ячейки взять следующую команду.
Это дает возможность машине на основе полученных в ходе решения задачи результатов выбирать программу дальнейших действий. Например, если результат какого-либо вычисления получится больше нуля — положительный, то машина берет следующую команду пз одной ячейки; если меньше нуля — отрпца-тельпый, то из другой.
Такие действия несколько напоминают разумные действия человека, ищущего правильное решение при расчетах. Поэтому кое-кто склонен приписывать счетной машпне возможность обдумывать решение задачи. На самом деле опа лишь механически выполняет волю людей, переданную командами.
рублей. Армия вычислите лей — и одна машина! За 30,5 мин. электронный агрегат вычислит так называемое простое число, которое пишется 386 знаками.
Математик Первушин потратил всю жизнь на вычисление простого числа, которое пишется всего девятнадцатью знаками.
Расчет, который требует, допустим, одного месяца труда вычислителя, для большинства конструкторских бюро раньше считался неприемлемым. Теперь считают простой задачу, требующую ста лет работы вычислителя. Для БЭСМ, например, это всего сутки работы.
Сутки вместо ста лет! Такое сокращение времени позволило отказаться от упрощения расчетов в научно-исследовательской работе, повысить пх роль, перейти к расчетам даже в тех областях, где раньше пользовались исключительно экспериментом.
Все больше и больше создается у нас теперь машин-математиков, стремительно идет вперед кривая их выпуска. К 1956 г. их было выпущено в тысячу раз больше, чем в 1950 г. По семи летнему плану к 1965 г. у пас выпустят счетных н математических машин в 4,7 раза больше, чем в 1958 г.
Машпны-математпки проникают теперь во все областп научной н хозяйственной работы. Расчетные отделы с такими машинами создаются в вычислительных центрах во многих городах страны. Электронные машины работают во многих институтах, научно-исследовательских лабораториях, университетах, в конструкторских бюро.
Успешно работают ученые и конструкторы п над совершенствованием машин-математиков. Вместо электронных ламп применяют полупроводниковые устройства и так называемые ферриты. Овп более надежны, увеличивают скорость действия машин, уменьшают их размеры.
ЕДИНИЦА РАВНА ТЫСЯЧАМ
Одна быстродействующая электронная счетная машина может заменить армию вычислителей в несколько десятков тысяч человек (рис. 5). Чтобы только обеспечить пх рабочим местом, надо было бы построить десяток многоэтажных здании. Экономия, которую такая машина дает народному хозяйству, исчисляется многими миллионами
Рис. 5. Электронные счетные .чашины зеленили труд десятков тысяч людей.
МАШИНА УПРАВЛЯЕТ
Известно, как много люден вынуждено заниматься всякого рода учетом, подсчетом, выборкой сведений, выпиской ведомостей в конторах и учреждениях, на складах, товарных станциях, в заводоуправлениях, в бухгалтериях, в правлениях колхозов.
Теперь есть электронные машины для всевозможного учета и бухгалтерских расчетов. Они прекрасно обрабатывают счета, карточки учета материалов и изделии, складскую и почтовую документацию.
Созданы специальные машины для ведения расчетов целого предприятия. Они не только составляют ведомости иа заработную плату на несколько тысяч работников, но и выполняют многие виды канцелярской работы: составляют графики распределения расходов, планируют поступления материалов, проверяют графики выпуска продукции по отделам, составляют ведомости и счета на отпуск продукции и т. д. Все эти расчеты настолько сложны и трудоемки, что машине приходится иногда делать до полумиллиона арифметических операций.
Специальные электронные вычислительные машины позволяют автоматизировать почти
Рис. 6. Фрезерный, станок с программным управлением.
любой производственный процесс большой сложности и во многих случаях освободить высококвалифицированных рабочих, техников, инженеров от управления машинами.
Сейчас широкое развитие получают «умные» станки-автоматы (рпс. 6) — так называемые станки с программным управлением (см. ст. «Обработка металлов резанием»).
Построен револьверный станок, па котором управляющее устройство ведет переключение скоростей, следит за поворотом револьверной головки и поперечного суппорта, подачей ц закреплением металлического прутка и подачей охлаждающей жидкости.
Разработаны и испытаны машииы-«управители» для универсального фрезерного станка, токарного и расточного станков, для копировально-фрезерного станка. Существует «управитель» дыропробивного пресса. В его программе указаны размеры отверстий, пх чпсло п места расположения. Станок пробивает дырки с точностью до 0,1 мм.
Одна управляющая машина может «руководить» одновременно работой десятков станков— целым цехом! Для этого необходимо лпшь пметь соответствующие программы, приказы.
«Самоработающпе» станки в корне изменяют характер труда рабочего. От него требуется наблюдение за работой станков и пх наладка. Так физический труд заменяется умственным.
Прпхгеиение самоуправляемых станков плиний позволпт создать полностью автоматизированные цехи и даже полностью автоматизированные заводы, производственные предприятия коммунистического общества.
Автоматическое управление производственными процессами будет широко применяться в черной металлургии. Управляющее устройство может очень быстро учесть характеристики плавки — температуру, давленпе, состав газов, может вычислить необходимые поправки и передать пх автоматам, регулирующим плавку. Управляющие машины уже работают на некоторых металлургических заводах нашей страны.
«Умный» автомат управляет также одним пз высокопроизводительных прокатных станов. Это позволило повысить точность проката п сократить расход металла.
II не только в машиностроении пли металлургии, но и в других отраслях народного хозяйства попользуются управляющие машины. Пх устанавливают на химических заводах, где производство вредно для людей. Это освобождает рабочих п инженеров от неоо-
ходпмости с опасностью для здоровья находиться вблизи агрегатов.
Обработку результатов контроля качества нефти п получаемыхпзпес продуктов также можно вести с помощью управляющих устройств. В этих процессах иногда необходимо в короткий промежуток времени сделать несколько тысяч авали юп и измерений, которые показывают химический состав промежуточных продуктов переработки нефти, температуру, давление и другие сведения. Такие данные нужны, чтобы решить, как вести дальше процесс. Приходится делать сложные вычисления. Их с огромной быстротой производит вычислительная машина. Это позволяет оперативно вмешиваться в ход процесса и вести его в наивыгоднейшем режиме.
Можно привести много примеров применения управляющих машин и в энергетике, в текстильном производстве, в пищевой промышленности, на транспорте.
В пашей стране впервые в мире создана специальная система автоматического управления поездами (САУ). Уже не один раз совершал испытательные пробеги поезд, ведомый САУ. Эта система — автоматический машинист (рпс. 7) — позволяет точно соблюдать график движения, увеличивать пропускную способность дорог, экономить до 15 /0 энергии, добиваться безопасности движения па всех магистральных линиях страны.
Рис. 7. Схема действия автоматического машиниста. 1 —блок питания; 2 — блок «память»— программа времени, пути и ограничения скорости; з—математическая машина, которая решает уравнение движения поезда; 4 — оперативный блок, связывающий систему управления с электродвигателями и тормозами; 5 — управление математической машиной; 6 — тяга 1; 7 — тяга № 2; 8 — тормоз; 9 — выбег. 10 — приемник локомотивной сигнализации; 11 — блоки датчиков пути и скорости; 12 — включатель математической машины в цепи управления двигателями.
Электронные управляющие машины будут у нас использоваться во многих отраслях народного хозяйства. Недалеко уже то время, когда основную продукцию в стране будут выпускать полностью автоматизированные промышленные предприятия.
У ОПЕРАЦИОННОГО СТОЛА
1Э наше время техника смело проникает во все области жпзни. Еще не так давно она не решалась вторгаться в медицину. А сейчас уже трудно представить себе больницу без электриков и механиков, без сложного технического оборудования.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗВЕДЧИКИ
Первая задача врача, к которому ооратпл-ся больной, — быстро определить оолезнь и ее причину.
Когда-то, напрягая внимание, врач старательно прослушивал через деревянную трубочку — стетоскоп, как работают легкие и сердце больного, выстукивал его грудь мо
лоточком, проверяя, не расширено ли сердце, измерял температуру ртутным т е р м о м е т р о м, подсчитывал пульс. Но все это давало не так уже много.
Быстро развивающаяся техника снабдила врачей в последние десятилетня многими электрическими помощниками. Если врач хочет проверить, нет ли в работе сердца больного каких-либо незаметных для слуха неправильностей, он обращается к электрона р д и о-г р а ф у. Этот электрический прибор дает возможность как бы заглянуть в глубину работающего сердца.
К рукам, ногам и груди больного прноинто-вывают металлические пластинки электроды. Они соединены проводами с небольшим ящиком, в котором находится сам прибор.
ис. . .лева инструменты, которыми пользовались врачи прежде: стетоскоп, молоточек. термометр, часы, права (сверху вни ) современные инструменты: электрокардиограф и снятая им кардиограмма, бронхоскоп для иссле ования бронхов, астроскоп для исследования желудка, фотоцистоскоп для фотографирования внутренней части мочевого пузыря, рентгеновский аппарат и снятые на нем рентгенограммы сердца и тазобедренного сустава.
Электроды улавливают чрезвычайно слабые электрические токи, возни кающие в бьющемся сердце. Электронные лампы усиливают эти токи ио много раз п посылают их в о с ц и л л о г р а ф. Здесь изменение силы тока вызывает колебания крохотного зеркальца. Луч света, отраженный этим зеркальцем, вздрагивает и выписывает извилистую кривую на движущейся пленке.
Через несколько минут на проявленной пленке можно видеть эту кривую — э л е к т р о к а р-д п о г р а м м у. Прибор точно записал, как изменяется ток в каждом участке сердца — желудочках, предсердиях, крупных сосудах. По этим записям опытный врач поймет, как работает сердце больного и где причина его недуга.
А сколько напрасных мучений переносил раньше человек, с юмавшнй ногу пли руку, пока врач определял на ощупь место и характер перелома!
Сейчас врач не начнет лечить поврежденную руку, пока не исследует ее с помощью невидимых лучен рентгеновского а п п а р а-т а. Эти лучи легко проникают сквозь мышцы, но задерживаются костями. Поставив перед рентгеновским аппаратом кассету с пленкой, можно получить снимок — р с и т г е п о г р а м-м у, на которой будут ясно видны кости скелета. Хирург увидит место перелома и расположение обломков.
За последнее время научились делать снимки и многих внутренних органов человека. Больной, который жалуется на боли в желудке, заг татываот металлический шарик га ст р о-с к о и а размером с косточку сливы. От шарика тянется тоненький провод. Когда шарик попадает в желудок, врач нажимает кнопку выключателя. Вспыхивает крохотная, как просяное зерно, электрическая лампочка и освещает внутреннюю стопку желудка. По системе зеркал это отражение передается к фотоаппарату. Увеличив снимок, врач видит, нс скрывается ли в складках слизистой оболочки желудка язва.
ОРУЖИЕ ХИРУРГА
Особенно помогает техника врачам в их напряженном и ответственном труде у операционного стола.
... Просторная комната залита ослепительно-ярким светом. Его дают большие лампы, лучи которых направлены на операционный стол, где лежит больной. Над столом склони ich хирург, ведущий операцию. Он берет то один,
то другой инструмент. По ни от рук врача, ни от инструментов на стол не падают тени.
Эти лампы — бес т е н о в ы е. Зеркальный рефлектор особой формы уничтожает тени и позволяет хирургу видеть в ярком освещении все ноле операции.
Не гак давно перепиливание большой кости было утомительной и долгой работой. Сейчас в распоряжении хирурга набор э л е к-т р и ч е с к и \ и и л, с в е р л и ф р о з различной величины и формы. Они бесшумно и быстро перерезают любую твердую кость.
Но самое чудесное изобретение — это аппарат, автомата чески с ш и в а ю щ и й с о -с у д ы и нор в ы. Принцип этого аппарата был впервые предложен инженером В. Гудовым.
В ходе операции хирургу часто приходится перерезать крупные и мелкие сосуды, но которым в организме циркулирует кровь, плп большие нервы. После операции пх надо сшить. До последнего времени врачи делали это особо загнутой острой иглой с ниткой. Нужна была исключительная чуткость пальцев и точность движений, чтобы быстро и крепко сшить тонкий сосуд, не нарушая при этом кровообращения. Теперь врач вкладывает концы рассеченного сосуда в небольшой аппарат п нажимает рычажок. В одно мгновение концы оказываются плотно соединенными по всей окружности крохотными металлическими скобками из легкого нержавеющего тантала.
ИСКУССТВЕННО!: СЕРДЦЕ
Особенно трудны п рискованны операции на сердце. Ведь оперируемый орган необходимо закрепить неподвижно хотя бы на короткое время. Но как быть с сердцем, которое непрерывно сжимается и разжимается, прогоняя по организму кровь?
Вот почему до недавнего времени операции па сердце были крайне редки и не всегда кончались благополучно. Но все же заветной мечтой врачей! было остановить сердце и освободить его от крови хотя бы па 10—15 мин. Сейчас эта мечта осуществлена. В одном пз советских научно-исследовательских институтов создан аппарат для п с к у сети о и н о г о к р о в о о б р а щ е-п п я. На время операции он может заменить сердце и легкие.
Вскрыв грудную клетку больного, врач вводит в вены, по которым течет к сердцу обежавшая уже весь организм кровь, пластмассовые трубочки. Они соединены с а в то же кт о-
Рис. 2. Примеры, которые помогают хирургу во время сложной операции:
1 — бестеневая лампа; 2 — операционный микроскоп; 3 — аппарат для искусственного сна; 4—электротермомстр, 5 — дефибри-лятор для успокоения лихорадочного трепетания сердца, 6 — аппарат для наблюдения за работой сердца, 7 — аппарат д.
непрерывного наблюдения вовремя операции за пульсом и кровяным давлением.
роМ — механическим сердцем из стали. Такими же трубками присоединяются к аппарату и артерии — сосуды, и которые пульсирующее сердце выталкивает прошедшую через лег кие кровь.
Главная часть автожектора — два сильных П быстрых насоса. Один из них берет на себя работу правого желудочка сердца. При включении аппарата он начинает втягивать бегущую к сердцу темную венозную кровь.
Сердце освобождается от крови и постепенно перестает сокращаться. Теперь можно безбоязненно взять его в руки и спокойно, не торопясь, оперировать.
Втягивая бежавшую к сердцу кровь, насос автожектора сразу же направляет ее в большой стеклянный цилиндр о к с и г и и а т о р а, заменяющего легкие. Особый разбрызгивающий механизм вспенивает кровь. Мельчайшие пузырьки пены заполняют камеру пз органического стекла, через которую непрерывно пропускает ся подогретый кислород. 13 этой камере темная венозная кровь быстро освобождается от углекислоты, насыщается кислородом п приобретает алый цвет. Затем кровь поступает во второй насос, выполняющий работу левого желудочка сердца. Легкими толчкамп насос подает обогащенную кислородом кровь в артерии.
Закончив операцию, врач отключает аппарат, и оперированное сердце вновь вступает в строп.
Все время, пока продолжается операция, необычайно чуткие и точные электронные ме-хаппзмы-лкоитролеры» непрерывно следят, чтобы кровь сохраняла одну и ту же температуру и поступала в сосуды под тем же давленном, как п прп живом сердце.
Успешно проходит испытание п другой аппарат, способный заменить заболевшую почку, удалить из крови вредные вещества.
ВРАЧ СЛЫШИТ ЧЕРЕЗ СТЕНУ
После некоторых серьезных операций больной в первые часы бывает так слаб, что даже малейшее прикосновение к нему может стать опасным. Как же проверить состояние больного?
Для этого существуют сложные приборы. Опп позволяют врачу за пределамп комнаты больного видеть и слышать, как бьется его сердце, как оп дышит, какова его температура.
Больной лежит па постели па двух мягких матрацах. Из-под ппжпего матраца спускаются провода. Они тянутся в соседнюю комнату, где сидпт врач.
Рис. 3. Кобальтовая пушка для облучения опухолей лучами радиоактивного кобальта. Внизу — стол, на который кладут больного; над ним — аппарат, внутри которого заключена крупинка кобальта. Вверху — схема, показывающая, как глубоко спрятана крупинка, испускающая чудодейственные лучи. В нужный момент она придвигается к отверстию аппарата.
Один пз этих приборов называется д п и а-м о к а р д и о г р а ф. Его «щупальцы»—у пру пте металлические пластинки — укреплены на проволочной сетке под постелью больного.
В пластинки вмонтированы тончайшие проволочки. По ним проходит очень слабый электрический тик. Этот ток бежит затем через ламповые усилители и колеблет стрелки на шкале аппарата. Проволочки устроены так, что при малейшем давлении на них изменяется их сопротивление то к у.
Несмотря па то что «щупал ьцы» динамокардиографа отделены от больного двумя матрацами, аппарат точно показывает, насколько сильнее давит па пластинку сердце, наполняющееся кровью, и насколько легче оно делается, когда сжимается и выталкивает из себя кровь.
Другой!, похожий на первый, аппарат соединен с тонким резиновым поясом, охватывающим грудь больного Он определяет глубину и характер дыхания.
К коже больного прикасаются также крошечные шарики, меньше спичечной головки. От них тоже бегут провода. Эти шарпкп — датчики э л с к т р о т с р м о м е т р а. Опп сделаны пз полупроводника. Малейшее изменение температуры тела больного тотчас отражается па шкале чувствительного гальванометра.
Благодаря этим замечательным приборам врач может следить за больным на расстоянии, не прикасаясь п даже не приближаясь к нему.
Опыты показали, что мощный поток радио-активных частиц способен останавливать рос злокачественных опухолей и даже убивать пх клетки, вредные для человека. И вот в крупных клиниках появились новые замечательные аппараты — кобальтовые п у ш к и как называют их врачи.
Больного укладывают возле покрытой белой эмалевой краской «пушки», и врач направляет ее жерло туда, где в организме скрывается опухоль.
Кобальтовая пушка не стреляет снарядами. Но в ее сердцевине, в платиновой трубочке, запаяна крупинка радиоактивного кобальта. Этот кусочек металла непрерывно испускает поток невидимых глазу частиц огромной разрушительной силы.
Для того чтобы они не попали на здоровый участок тела, не поразили Гы врача п управляющую «нушкч й» сестру. трубочка с радиоактивным кобальтом надежно прикрыта толщен тяжелых свинцовых оболочек и ограждена целон системой затворов. Эти затворы пропускают в нужным момент тончайший ноток радиоактивных частиц.
ПУШКА НАПРАВЛЕНА НА ОПУХОЛЬ
После того как были созданы искусственные радиоактивные вещества, излучения которых глубоко проникают в любую среду, врачи нашли, что пх можно применить и для лечения.
Здесь рассказано лишь о некоторых сложных аппаратах в механизмах, применяемых в современной медицине. Каких аппаратов уже очень много н с каждым годом появляется все больше и больше. Техника успешно помогает врачам бороться за здоровье и жизнь человека.
ФОТОАППАРАТЫ
Qсновпои принцип работы всех фотографических аппаратов один. Его легко понять по схеме, изображенной па цветном рисунке вверху справа (стр. 512). Негативный материал (пленка или пластинка) помещен в светонепроницаемый корпус аппарата. Объектив создает уменьшенное изображение объекта съемки (на схеме — дерева). Когда открывается затвор, оно понадает па негативный материал п образует в его светочувствительном слое скрытое фотографическоеизображение.При последующей химической обработке скрытое
изображение проявляется н получается негативное изображение объекта съемки.
На цветном рисунке показаны различные фотоаппараты, выпускаемые промышленностью СССР. Слева нарисованы (сверху вниз): «Зор-кпй-4», «Зоркпп-2С», «ФЭД-2», «Любитель»; справа— «Киев-4», «Ленинград», «Старт». «Смена», «Юность». В действительности паша промышленность выпускает несколько десятков разных типов фотоаппаратов общего назначения и много специальных. Зачем же так много разных моделей фотоаппаратов, если принцип пх
работы один п тот же? Разные аппараты существуют для разных видов работы, для разных условии съемки, для фотографов различной квалификации. Разные аппараты работают на разных видах и форматах негативных материалов. У них разные объективы и затворы, разные видоискатели, дальномеры, корпуса, различные вспомогател ьпые приспособления.
Большинство современных фотоаппаратов работает па 35-мпллиметровой пленке, позволяющей делать при одной зарядке 36 снимков формата 24x36 мм. Однако есть аппараты, снимающие на катушечную пленку (формат снимков 6x6 пли 6><9 см). Это — «Любитель», «Спутник», «Москва», «Эстафета», «Салют». Есть и пластиночные камеры «ФК», снимающие на фотопластинки формата 13x18 и 18x24 см. Эти камеры более громоздки, и пх нужно чаще перезаряжать, зато они дают более высокое качество снимков.
Пожалуй, самая важная часть любого фотоаппарата — объектив. От его качества зависит качество фотографии: ее резкость, четкость, отсутствие искажений. В центре нашего рисунка показан один пз объективов, ниже — его разрез. Этот объектив («Юпитер-3») состоит из семи линз различной формы, изготовленных из разных сортов оптического стекла. Более простые объективы имеют от трех до шести линз. У них посредине воздушный промежуток, в котором размещается диафрагма. С ос помощью можно изменять количество света, проходящего через объектив.
Некоторые аппараты («Зоркий», «ФЭД-2», «Киев», «Ленинград», «Старт», «Зенит», «Салют» и др.) имеют сменные объективы. Если нужно охватить широкую сцепу — внутренность помещения, панораму города, обширный пейзаж,— ставят так называемый широкоугольный объектив. Для аппаратов с форматом снимка 24 ХЗблкм—это объектив с фокусным расстоянием 28 плп 35 мм. Для съемки портретов применяют длиннофокусный объектив. Для аппаратов формата 24 X 36 мм — это объектив с фокусным расстоянием 85 пли 135 мм. Для съемок особо удаленных объектов, к которым почему-либо не удается приблизиться, применяют телеобъективы с фокусным расстоянием от 300 до 1000 мм.
Для съемок небольших групп, средних пейзажей п других обычных объектов применяют объективы средних фокусных расстояний. Для формата 24x36 мм — это будет 40—50мм, для форматов 6x6 и 6x9 см —75 или 105 мм. Именно такая оптика ставится на аппаратах, не имеющих сменных объективов.
Затворы фотоаппаратов обычно бывают либо Центральные, либо шторные. Центральный, пли секторный, затор показан на нашем рисунке вверху слева. Центральным он называется потому, что располагается в центре объектива, рядом с диафрагмой. Секторным — потому, что
состоит из нескольких одинаковых секторов. Па рисунке они для наглядности окрашены в синий, желтый и красный цвета. Гаком затвор компактен и надежен в работе. Но он не позво
ляет получать выдержки короче,
1
50U
чем
сек.
Более универсален шторный, плп щелевой, затвор. Он показан па схеме вверху справа в виде ленты па двух катушечках, установленной перед светочувствительным материалом. Эта лента делается из прорезиненной ткани. Величина выдержки регулируется путем изменения ширины щели. Этот затвор не связан с объективом и позволяет получать короткие выдержки (до сек.). Наиболее надежен п устойчив в работе затвор с металлическими шторками, применяемый в аппаратах «Киев» и «Салют».
В большинстве аппаратов имеется самоспуск затвора, позволяющий снимать самого себя. Нет самоспуска в фотоаппаратах «Смена», «Зепит-С», «ФЭД-2», а также в аппаратах «Зоркин-С», «Зоркий-ЗС» п «Зоркпй-5».
Для моментальных съемок прп слабом освещении применяется лампа-вспышка. Большинство фотоаппаратов имеет специальное приспособление, позволяющее включать вспышку одновременно с открыванием затвора. Приспособления для синхронизации вспышки нс имеет только «Смена» (первая модель).
Для того чтобы «поймать» объект съемки, служит видоискатель. Глядя в пего, фотограф видит, что должно получиться па снимке. Есть два основных типа видоискателей: зеркальный и галилеевский. Зеркальный видоискатель применен в аппаратах «Старт», «Любитель», «Спутник», «Зеппт-С», «Салют». Он дает оолее крупное изображение объекта съемки, что облегчает компоновку снимка. Однако удобство пользования тем или иным типом видоискателя в основном зависит от навыка фотографа.
На большинстве аппаратов установлен галилеевский видоискатель. В более совершенных моделях («Киев») он объединен с дальномером, а в аппаратах «ФЭД-2'. «Ленинград», «Зоркий» моделей ЗС, 4, 5 и 6 имеет еще паводку по глазу для близоруких и дальнозорких.
Корпуса большинства современных фотоаппаратов делаются ns легкого металлического сплава. Только у самых простых аппаратов («Смена», «Любитель», «Спутник») корпуса, штампованные пз пластмассы. При бережном обращении они могут служить много лет. Для зарядки пленкой снимается плп откидывается задняя стенка корпуса либо его нижняя крышка.
Наиболее совершенные аппараты—«Киев-ЗА» и «Киев-4» — имеют в верхней части корпуса встроенный экспонометр. Это — прибор, позволяющий правильно определять условия экспозиции (диафрагму и выдержку).
Ознакомившись с основными свойствами различных фотоаппаратов, вы легче сможете
выбрать подходящий для вас аппарат. Прп этом помните следующее:
1. Умелый и опытный фотограф может получать снимки хорошего качества любым аппаратом. Конечно, качество аппарата тоже играет роль, но гораздо важнее умение пм пользоваться.
2. Начинающему фотографу нужен самый простой аппарат: «Смена», «Любитель», «Спутник». Работа с этими аппаратами требует меньше специальных знаний. Поэтому начинающие фотолюбители, как правило, получают с ними лучшие снимки, чем с более сложными.
3. Не переходите к более сложному аппарату до тех пор, пока не научитесь получать хорошие снимки с простым.
ОЖИВШАЯ ФОТОГРАФИЯ
рассмотрите фотоснимок (рис. 1). На нем все точно так, как это было в тот миг, когда фотограф нажал на спуск своего аппарата. То же небо с летящим самолетом, то же тенистое дерево, те же люди под ним. Но
неподвижен самолет, не колышется листва, и людп застыли, совсем как в сказочном сонном царстве. Каким же волшебством оживить это царство, как возвратить ему движение?
Фотография оживает в кино. Конечно, одну фотографию оживить нельзя. Для кино пх нужно много. На рис. 2 показана часть киноленты. Здесь несколько картинок-кадров, и все они на первый взгляд одинаковые. Но присмотритесь внимательнее — и вы увидите, что картинки
все-таки
немножко
Рис. 1. Неподвижен самолет, не колышется листва, и люди застыли.
разные.
Рассматривая их одну за другой, вы сможете проследить все движения изображенных предметов. А если сменять эти к а рти и к и б ы ст р о-б ы ст-ро, с неуловимой для глаза скоростью? Вы уже не сможете уло-
вить, когда одна картинка сменяется другой, и движение покажется вам непрерывным.
Киносъемочная камера 24 раза в секунду приоткрывает свой «глаз» и делает снимок. А потом пленка с этими снимками бежит в проекционном аппарате. Двадцать четыре снимка в секунду сменяют друг друга на экране.
Так кино возвращает людям, листьям, самолетам движение, застывшее в момент съемки. II зрителю кажется, что не было ни съемочного аппарата, ни пленки, ни маленьких кадров па
Рис. 2. Присмотритесъ: все картинки немножко разные.
Вверху — устройство затвора фотоаппарата и схема прохождения световых лучей через объектив. С боков— некоторые виды фотоаппаратов, выпускаемые нашей промышленностью. В середине — фотообъектив и его схема. Внизу — лампа-вспышка.
СЪЕМКА ПОД ВОДОЙ
СЪЕМКА В ДВИЖЕНИИ
ней: Ему кажется, будто действие upoi с-ходит только сейчас, перед его глазами
Кинематограф родился немым. Он не говорил, не пел, не смеялся. Беззвучно скользили ио экрану герои фильмов. Бесшумно, как по нате, скакали копи. Блестя и играя на солнце, падали с круч молчаливые водопады. Это было очень странное зрелище. Недаром молодой кинематограф часто называли «Великий Немой».
Кино оставалось немым более тридцати лет. За эти годы в технике появились фотоэлементы, радиолампы, усилители электрических колебаний, громкоговорители — все необходимое для создания звукового кино. II тогда сразу много изобретателей в разных странах придумалп звуковое кино.
У нас в СССР ого изобрели одновременно два ученых — Л. Ф. Шорин и П. Г. l arep.
В деталях их системы различались, ио сущность была одна. Звук записывался на кинопленку и печатался вместе с изображением. Кадрпки изображения пришлось уменьшить и сдвинуть в сторону.
С одного края пленки освободили место для звукозаписи — звуковую дорожку. Она видна на рисунке 3, где показана схема записи звука ио способу Шорина. Сначала звук с помощью микрофона превращают в электрические колебания. Затем через усилитель их подводят к очень чувствительному прибору — гальванометру.
Под дейензпем колеблющегося тока ленточка гальванометра колеблется в магнитном поле и то больше, то меньше загораживает световой лучик, идущий от лампы к кинопленке. От этого и кинопленка освещается то больше, то меньше. Пленка бежпт в аппарате, светлые места чередуются с темными. Потом звуковую пленку проявляют и печатают вместе с изображением. На звуковой дорожке видны черные и светлые зубчики. Это п есть записанный звук.
Как же заставить пленку зазвучать? Для этого в кинопроекционном аппарате тоже ставят лампу, а перед ней делают узкую щелочку (рис. 4). Тоненький луч попадает на звуковую дорожку, за которой находится электрический глаз — фотоэлемент. Этот прибор под действием света дает электрический ток. Когда на пленке попадается светлый зубчик, луч вспыхивает,
лампа гальванометр
Рис. 3. Звукозапись в кино.
фотоэлемент дает больший ток. А набежит темный зубчик — закроет луч, как туча, и ток в фотоэлементе уменьшится. Так снова получаются электрические колебания. Их усиливают и подводят к громкоговорителям.
Актеры на экране заговорили, запели, зашаркали ногами, защебетали птицы, зашелестели листья, запыхтели паровозы —«Великин Немой» заговорил.
Все мы очень любим кино. Это самое массовое из искусств. Но кино не только искусство. Кинематография — крупная отрасль промышленности, оснащенная сложнейшей современной техникой. За всем тем, что мы видим на экране, скрывается напряженный труд боль-
Рис. 4. Заставим пленку зазвучать.
Кинофильмы снимают в различных условиях.
□ 33 Детская энциклопедия. т 5
люто коллектива, работа предприятия,оборудо-
ванного совершенными машинами и приборами.
Съемка кинофильма — это огромный труд. То, что пройдет на экране всего за несколько минут, снималось многие часы (см. цв. рис. и рис. 6). Но вот съемка кончена, погасли прожекторы, ушли актеры. Из киносъемочного аппарата вынимают светонепроницаемую кассету с отснятой кинопленкой. Вторую кассету с записанным звуком вынимают из аппарата в комнате звукозаписи, соединенной со съемочным павильоном проводами.
Кинопленки с заснятым изображением и записанным звуком должны быть проявлены. В цехе обработки пленки стоят большие и сложные проявочные машины (рис. 5). Увлекаемая вращающимися барабанами и роликами, пленка опускается па дно глубоких баков и снова выходит на поверхность. Сначала она попадает в бак с раствором проявителя, затем промывается водой и идет в бак с фикса/кным раствором. После фиксажа пленка снова промывается в воде и понадает в сушильный шкаф. Высушен-
пая пленка наматывается на приемную катушку машины. Путь цветной пленки еще сложнее.
Когда негативы изображения и звука проявлены, с них на копировальных аппаратах печатаются позитивы. Их тоже проявляют и передают в цех монтажа. Монтажницы к каждому куску пленки с изображением подбирают соответствующий звук и подкладывают пленки
так, чтобы звуки совпадали с движениями.
Эту работу делают на специальных звукомонтажных аппаратах.
Звукомонтажный аппарат — это кинотеатр для одного человека. Пленка с изображением бежит в проекционной головке аппарата перед яркой лампой. Монтажница смотрит на экранчик размером чуть больше почтовой открытки. А пленку со звуком помещают в звуковую часть аппарата. На кронштейне над аппаратом приделан громкоговоритель.
Под ногами у монтажницы две педали. Одна педаль — ход вперед. Нажмешь ее сильно — фильм побежит в аппарате быстро. Послабее нажмешь — движение замедляется. А если отпустить педаль, обе пленки совсем остановятся. Так легко рассмотреть картину во всех подробностях, чтобы все точно подогнать. А нужно какое-нибудь место повторить—монтажница
нажимает педаль заднего хода. Обе пленки
бегут назад. Добежали до нужного места— стоп, опять поехали вперед. Если звук начинает отставать от изображения, звуковую пленку укорачивают, вырезая кусочки на паузах между словами. А если звук забегает вперед, паузы увеличивают, вклеивая кусочки пленки.
Готовый фильм отправляют на кинокопп-ровальную фабрику. Гам со смонтированных негативов изображения п звука печатают коппп на одну пленку и проявляют в проявочных машинах. Копий печатают много—несколько сотен. Их рассылают по всей стране, чтобы сразу в сотнях кинотеатров показать премьеру. И миллионы зрителей, затаив дыхание, ловят каждое слово, каждое движение актеров на экране.
Впечатление еще усиливается, если кинофильм цветной. Цвет в кино появился недавно. А сначала создали цветную фотографию. Массовое развитие цветного кино приходится уже на послевоенные годы. Теперь картина стала еще более жизненной, более правдоподобной; цветная, она живет, движется, говорит. Но
все же она осталась картиной: зритель сидит в зале, а действие происходит в рамке па стене.
А нельзя ли сделать так, чтобы зритель не смотрел со стороны, чтобы он чувствовав себя участником действия?
Чтобы решить этот вопрос, нужно было прежде всего определить, чего же именно недостает киноизображению. После долгих не-
Рис, 6. Съемка кинофильма в павильоне.
Рис. 7. Смотрю одним глазом — лошадка белая.
Рис. 8. Смотрю другим — она черная!
Риг. 9 Оказывается, ото зебра...
следований многие ученые пришли к выводу, что киноизображению недостает объемности.
Одинаково ли мы видим обоими глазами? Пли, точнее, видим ли мы правым и левым глазом одно и то же? Казалось бы, что вопрос этот странный. В самом деле, ведь мы видпм только то, что находится перед нами, смотрим ли мы левым или правым глазом, пли обоими вместе.
Но хотя оба наши глаза смотрят на одной то же, видят они немного по-разному. Вот перед вами книга. Закройте левый глаз, а перед правым поставьте палец так, чтобы он пришелся против середины страницы. Теперь, не сдвигая пальца, откройте левый глаз, а правый закройте. Вы увидите, что палец как будто прыгнул вправо. В действительности книга и палец остаюсь на прежних местах, но вам кажется, будто их взаимное расположение изменилось.
Значит, и левый, и правый глаз видят каждый по-своему, дают свою картищр окружающего. Сливаясь воедппо в нашем сознании, эти две картины создают впечатление объемности предметов, глубины пространства.
Человек слепой на одпн глаз плохо оценивает расстояния до различных предметов, не ощущает зрительно их выпуклости. Чтобы в этом убедиться, давайте пойдем в кино. Как же так, скажете вы, ведь мы смотрим на экран обоими глазами—как говорится, «глядим в оба»!
Это верно, но картина, которую вы смотрите, снята киноаппаратом, имеющим только один «стекляннып глаз» — объектив. Поэтому изображение на экране совершенно одинаково для правого п для левого глаза. Попробуйте закрывать их по очереди — картина на экране от этого не изменится.
Раньше кинематограф был «Великим Немым'», потом заговорил п сза.т еще более великим. Но оказывается, что до сих пор у этого великана только один глаз! Что же нужно для тоцо, чтобы создать объемный кинематограф?
Прежде всего, конечно, нужно на киноленте иметь для каждого глаза предназначенное ему изображение. Для этого киносъемочному аппаратур дали второй «глаз» — второй объектив. Проекционный аппарат тоже получил два объектива для отбрасывания па экран двух изображений — «правого» и «левого».
Ну, а дальше? Водь если на обычный экрап отбросить сразу два разных изображения одной картины и смотреть па нп\ одновременно обоими глазами, то получится каша. Каждый глаз должен видеть только то, что для пего предназначено. Ему ве должно мешать изображение, предназначенное для другого глаза.
Изобретатели по-разному пытались решить эту трудную задачу. Советский изобретатель С. П. Иванов предложил поставить перед экраном так называемый растр — нечто вроде веера из непрозрачных полос, разделенных промежутками.
Как действует растр Иванова? Представьте себе, что вы смотрите сквозь забор из редких планок. Видеть удается только в промежутках между планками. При этом то, что видит один глаз, закрыто для другого планкой, и наоборот. Если, скажем, поставить за забором зебру, то можно найти такое положение, при котором одним глазом увидишь ее белой, а другим — черной (рис. 7, 8, 9). А если поместить за забором киноэкран и сквозь щели отбрасывать на него два разных изображения двумя объективами, то можно добиться, чтобы каждый глаз увидел только предназначенное для него.
Казалось бы, задача решена. Но как же быть с самим растром? Ведь он тоже виден. Иванову удалось преодолеть и эту трудность. Он сделал свой растр из очень тонких полосок, шириной всего в 1—2 мм. Растр стоит перед самым экраном, и такие тоненькие полоски не видны сидящим в зале. Но тем не менее полоски-невидимки существуют и делают свое дело!
У первою большого экрана с таким растром полоски были сделаны из тонких проволочек. На раму, стоящую перед экраном, пришлось натянуть тридцать тысяч проволочек общей длиной 150 клП Общее натя,кение всех этих проволочек составляло около 30 Т.
В феврале 1941 г. в Москве был открыт кинотеатр, работающий по методу С. П. Иванова. Прямо в зал с экрана тянулпсь ветви дерева, и каждому зрителю казалось, что ветка тянется именно к нему.
Дальнейшим усовершенствованием советской системы стереокино занялся целый коллектив.
Рис. 10. Стереоэкран с линзовым растром.
Вскоре был изобретен более совершенный — линзовый растр. Он состоит из выпуклых прозрачных полосок — линз в форме горбылей (рис. 10).
Для каждого экрана нужно около двух тысяч таких полосок-линз, причем изготовлены они должны быть очень точно. Зато такой экран намного лучше, чем растр из проволочек. Изображение получается гораздо светлее, а зрителю легче найти правильное положение.
Гак удалось «перекинуть мост» между экраном и зрительным залом. /Кивая картина как бы вышла из своей рамы навстречу зрителю.
Но есть и другой путь: не картину вынести в зал, а зрителя вовлечь в картину. Представьте себе, что вы сидите в классе. Вы ясно, отчетливо видите учителя, классную доску, передние парты. Краешком глаза вы видите также товарищей, сидящих справа и слева. Изображение их вырисовывается смутно, в общих чертах. И все же стоит одному из них сделать резкое движение — вы сразу это заметите.
Боковое зрение создает впечатление глубины окружающего пространства, ощущение вашего присутствия в нем. Значит, нужен такой большой киноэкран, который захватывал бы все поле зрения зрителей.
Существует несколько систем широкоэкранного кино. Наиболее совершенные из них создают очень сильное впечатление. На широком экране резко тормозит автомобиль. И зрители, словно пассажиры, наклоняются, упираются ногами в пол, стискивают зубы. На экране — палуба маленького суденышка, то взлетающего, то проваливающегося на морских волнах. II зрителей, подверженных морской болезни, начинает укачивать.
В широкоэкранном кино зрителю прежде всего бросаются в глаза размеры и форма экрана. Ширина его гораздо больше обычной — 15—20 м. А высота немного больше обычной. Мы смотрим двумя глазами, и в высоту каждый глаз видит столько же, сколько и другой, тут они друг другу не помогают. Зато в ширину два глаза вместе захватывают пространство, почти в два раза большее, чем один. II ширину экрана приходится делать в 2—2,5 раза больше его высоты. Потому-то новый экран и называют широким, ведь у обычного киноэкрана ширина больше высоты всего лишь па одну треть. Для того чтобы широкий экран еще лучше «окружал» зрителя, его делают вогнутым.
Широкий вогнутый экран — сложное и громоздкое сооружение. Он поместится далеко не в каждом кинозале. Но это еще не все.
Рис. 11. Схема панорамного кинематографа.
для широкоэкранного кино необходимо улучшать качество кинопленки.
Другая трудность — это размещение широкоэкранной картинки па кинопленке. На рисунке2хорошо видно, что ширина каждой картинки па одну треть больше ее высоты. Сделать ширину в 2.5 раза больше высоты не так просто. Ведь это будет около 4 см, а ширина обычной кинопленки 3,5 см. Да еще по бокам па пей два ряда отверстий, на которые нельзя залезать. Как же быть? Уменьшить высоту? Но тогда и вся картинка уменьшится и увеличение потребуется еще большее.
Выходить из этого положения можно по-разному. Около двадцати лет назад французский оптик проф. Кретьен придумал особый хитроумный объектив. Изображение предметов, снятых через такой объектив, искажается, как в кривом зеркале,— они словно «худеют». Вместо тыквы, например, получается кабачок. Но если на проекционном аппарате поставить специальный объектив, то он исправит дело, и на экране кабачок снова превратится в тыкву. Получается именно то, что нам надо: узкое изображение на пленке и широкое — на экране.
Еще одна трудность широкого экрана — это свет. Чтобы осветить
маленькую комнату, достаточно маленькой лампочки, для большой
Одна из главных трудностей — кинопленка. Размер каждой картинки на вей приблизительно 1,5X2 см. Увеличенное изображение этих картинок проекционный аппарат и отбрасывает на экран. В обычпом кино изображение увеличивают в 200, даже в 300 раз. При таком увеличении мушиная лапка покажется нам волосатым бревном. А для широкого экрана увеличен пе нужно в 800, а то п в 1000 раз.
При таком увеличении малейший недостаток пленки становится огромным, а недостатков у нее много. Главный пз них, пожалуй, в том, что изображение па плевке состоит из отдельных зернышек. На экране оно распадается па пятна, делается рябым, нечетким. Значит,
комнаты и лампочка нужна побольше, помощнее. Для нормального киноэкрана хватает света от обычной проекционной лампы. Для широкого, большого экрана нужен целый прожектор с мощной электрической дугой, со сложной системой охлаждения.
Наконец, очень сложное дело — звук в широкоэкранном кпно. В жпзвп мы привыкли к тому, что звук слышен с той стороны, где находится его источник. Так, мы поворачиваем голову па шум мотора в действительно видим мотоцикл плп автомобиль.
В обычпом кино громкоговорптелп стоят возле экрана. Изображение п звук приходят к нам с экрана. Но в широкоэкранном кино экран занимает все поле зрения, п нам кажется,
что мотоцикл пересекает весь зал, от одной стены до дру гой. При этом и звук должен перемещаться. Поэтому громкоговорители ставят в разных местах и для каждого делают отдельную запись звука па отдельной дорожке.
В простом кино одна звуковая дорожка, в широкоэкранном — не меньше четырех. Здесь с каждого бока кинопленки проходят по две дорожки. На одной записан звук для левой группы громкоговорителей. Если мотоцикл выезжает слева, то сначала работает эта группа. Потом запись переходит на вторую дорожку, (я центральных громкоговорителей. От третьей дорожки работает правая группа. Наконец, четвертая дорожка управляет громкоговорителями, подвешенными вокруг всего зала. Она используется для создания мощных звуковых эффектов, охватывающих весь зал, например грома. Такая звуковая система называется стереофонической, т. е. объемного звучания.
II все-таки широкоэкранным кинематограф пмеет недостаточно широкий экран. Для того чтобы создать у зрителя полное ощущение его участия в происходящих на экране событиях, создать так называемый «эффект присутствия», нужно довести ширину экрана до 25—30 jw. Способ Кретьена не дает такой возможности. Более полный «эффект присутствия» дает панорамный кинематограф, или кинопанорама.
Есть несколько видов кинопанорамы. Большинство панорамных кинотеатров показывает фильмы, снятые на трех отдельных пленках. Стереофоническим звук записан на особой магнитной ленте с девятью дорожками. Схема этого способа показана на рисунке 11. В нижнем части схемы — съемочный аппарат. Он снимает на три пленки лыжников, съезжающих с горы.
На каждой пленке получается своя часть изображения. Внизу справа звукооператор записывает звук с помощью расставленных по всей сцене микрофонов. После обработки три пленки и магнитная лента поступают в кинотеатр.
Здесь каждый из трех проекционных аппаратов отбрасывает увеличенное изображение споен пленки на свою треть огромного вогнутого экрана. Магнитная лента воспроизводит записанный па ней звук через особый аппарат — фильмофонограф — и передает его к девяти группам громкоговорителем (пять за экраном и четыре в зрительном зале).
Сейчас советские ученые работают над созданием кинопанорамы, использующем только одну пленку шириной по 35, а 70 мм.
Создана также круговая кинопанорама. В кинотеатре, оборудованном на Выставке достижений народного хозяйства СССР в Москве, 11 проекционных аппаратов одновременно отбрасывают изображение на 11 экранов, окружающих зрительный зал со всех сторон. Зрители оказываются в самом центре происходящего действия. А куполообразный потолок зала охвачен вторым кольцом экранов, на которые работают еще 11 кинопроекторов. Стереофонический звук воспроизводят 9 групп громкоговорителей. Они размещены позади экранов на стенах, на потолке и даже в полу.
Широкий экран еще очень далек от совершенства. Но это не просто новый вид зрелища. Широкий экран — это новая пленка, новые объективы, новые экраны, новый звук, новые источники света. Поэтому можно с уверенностью сказать: широкий экран — это дорога в завтрашний день кинематографа.
БУМАГА РАСТЕТ В ЛЕСУ
^умага, из которой сделана книга, тетрадь.
обложка для нее и промокашка, трамвайный билет или чек в магазине, словом, любая бу-мага или картон изготовлены из дерева.
Лесорубы, вооруженные электрическими пилами, валят одну за другой высокие ели. Тракторы подтаскивают очищенные от ветвей стволы к самой реке. 1 ам из стволов связывают плоты и спускают их вниз по течению.
Чтобы не загружать железные дороги доставкой такого большого количества леса,
бумажные фабрики стараются строить по берегам сплавных рок — пусть вода сама несет к фабрике сырье.
ОТКУДА ПРИШЛА БУМАГА
Прежде чем начать писать и печатать на бумаге, люди перепробовали множество различных материалов.
Первобытные племена писали прямо на скалах и камнях. Древние ассирийцы использовали
для письма глиняные дощечки. Египтяне сумели изготовить особый ценный материал для письма — папирус из прессованной сердцевины болотного растения с таким же названием. Греки писали па дорогом пергаменте — особо обработанной тонкой телячьей коже. Ав древней Руси применяли для обычных писем и счетов берёсту — верхнюю часть березовой коры. Но все эти материалы были неудобны.
Бумага пришла к нам с Востока. Ее изобрели в Китае около двух тысяч лет назад. До этого китайцы тоже пробовали писать на деревянных или бамбуковых дощечках или на лакированной шелковой ткани. И лишь в середине I в. и. э. они стали готовить бумагу из массы измельченного бамбука, коры тутового дерева или из тряпья.
От китайцев делать бумагу научились корейцы, японцы, индийцы, таджики. И только через тысячу лет секрет изготовления бумаги узнали в Европе. Но бамбук здесь не растет. И бумагу стали делать из размолотых старых тряпок.
Пока книг и газет выходило немного, тряпичного сырья было достаточно. Но когда в каждом городе появились типографии, когда миллионы людей стали каждое утро требовать газету, а миллионам школьников понадобились тетради и учебники,тряпок стало не хватать.
И тогда научились делать бумагу из самого неистощимого по запасам сырья — из дерева.
ОТ БРЕВНА ДО КАШИЦЫ
Попробуем проследить шаг за шагом, что происходит со стволом спиленной в лесу ели, пока он превратится в тонкий лист белой бумаги.
...Буксирный катер подтащил к причалу бумажной фабрики только что пришедший плот. Рабочие быстро распускают связки и баграми подают бревна на цепи л е с о т а с к п -подъемника, выносящего бревна на берег.
Отсюда начинается путь древесины от машины к машине.
Особые корочистные машины снимают со стволов кору. Круглые пилы мгновенно режут очищенные бревна на гладкие, ровные поленья одинаковой длины — б а л а н сы. Половину балансов конвейер несет на древес н о-м а с с и ы й завод.
Здесь они попадают в дефибрер. Ото высокая металлическая коробка, в нижней части которой вращается огромный жернов. Его шер
шавая поверхность, смоченная водой, сдирает с баланса слои за слоем древесину, перерабатывая ее в рыхлую волокнистую массу. Из-под жернова быстрая струя воды уносит измельченную древесину в щеп о л о в к у. где древесную массу очищают от случайно оставшихся в пей крупных щепок.
Бумага должна быть однородной, чистой, гладкой. Поэтому древесную массу еще раз пропускают через сита очистительных машин. Затем в сгустителе из нее удаляют лишнюю воду и направляют в смесительный бассейн.
Вторую половину балансов конвейер приносит па целлюлоз п ы й завод. Там механические ножи рубят их в мелкую щепу и транспортер ссыпает ее в варочные к о т-л ы. В этих котлах щепу варят в растворе специально приготовленной кислоты Кислота растворяет те составные части древесины, которые не нужны для приготовления бумаги. Остается чистая древесная клетчатка — ц е л-л ю л о з а в виде мелких волоконец.
Полученную в котлах целлюлозу в особых машинах — роллах или к о и и ч е с кпх мельницах — размалывают в еще более мелкие волоконца и по трубам направляют в тот же смесительный бассейн, куда понадает измельченная и очищенная древесная масса.
К смеси целлюлозы п древесной массы добавляют клей. Это нужно для того, чтобы на будущей бумаге чернила не расплывались. Добавляют также особый сорт белой глины — каолин, чтобы бумага получилась непрозрачной. А если бумага должна быть цветной, в смесь вносят краску.
Материал для изготовления бумаги готов. Стройная ель превратилась в жидкую кашицу. Остается сделать из нее бумагу.
МАШИНА-ГИГАНТ
Попробуйте представить себе такую длинную машину, что с одного ее конца на другой надо звонить по телефону. Автоматическая бумагоделательная машина как раз такая! Ее длина — сто метров с лишним. Жидкая бумажная масса, проходя через нее, должна успеть высохнуть и превратиться в бумажный лист.
Работает эта огромная машина с необыкновенной быстротой. Она стоит на месте, но ее механизмы движутся со скоростью поезда. Каждую минуту с ее валов сбегает почти километр широкой бумажной ленты.
ДЕФИБРЕР
ВАРКА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
ЩЕПОЛ0БКА
СМЕСИТЕЛЬсВОДОИ
НАМОТКА
КАЛАНДР
ЕССО^АЯЧА(У ЬМАШЙ
СУШИЛЬНАЯ ЧАСТЬ
^ОЧИСТИТЕЛЬ-НАЯ МАШИНА
ЗАГОТОВКА ДРЕВЕСИНЫ
ВАРКА ЩЕПЫ В РОЛЛЕ
СГУСТИТЕЛЬ. УДАЛЯЮЩИЙ лишнюю ВОДУ
^^^^ТМЕСИТЕЛЬ Л U ^^Исцеллюло-ЛМУ 30Й
.U, У S3 % 0ОДЫ л
СЕТОЧНАЯ ЧАСТЬ МАШИНЫ X i I
Рис. 1. Здесь показано, как лес превращается в бумагу.
За сутки длина бумажной ленты вырастает настолько, что ее можно протянуть от Москвы до Ленинграда. А за десять дней выпущенная машиной лента добежала бы до Иркутска.
Управляют этой большой и сильной машиной всего пять человек. Но зато ей требуется столько электрической энергии, сколько нужно целому небольшому городу, а потребляемой ею воды хватило бы на все население этого города.
На крупных советских бумажных комбинатах — Балахиипском, Камском, Сегежском, Кондопожском — стоит по нескольку бумажных машин. И хотя одна машина может за сутки дать бумаги па сотни тысяч экземпляров таких книг, как эта, нам нужно еше больше бумаги — так много выходит в Советском Союзе книг, журналов и газет!
О Г КАШИЦЫ ДО ЛИСТА
Как же работает бумагоделательная машина
Прежде всего опа сама придирчиво проверяет, хороша ли та бумажная масса, которую ей приготовили на древесномассном и целлюлозном заводах. Особые устройства тщательно вылавливают проскочившие песчинки, сучочки, перазмолотые крепкие волоконца.
Окончательно подготовленную бумажную массу выливают иа бронзовую сетку.
Эта сетка непрерывно движется между двумя валами. Бумажная масса легко растекается по ее поверхности. По бокам сетки устроены борта, которые не дают массе переливаться через край. Содержащаяся в бумажной массе вода стекает через мельчайшие отверстия
Рис. 2. Бумажная машина. На сетке видна бумажная масса.
Влажное бумажное полотно в виде широкой пухлой ленты сбегает с сетки и проходит постепенно через все эти устройства. Сперва воду отжимают различные цилиндрические прессы в виде вращающихся чугунных валов. В массе остается уже 60 % воды.
Затем бумажное полотно попадает па сушильные барабаны. Они нагреты и гладят его, как огромные круглые утюги. После них бумага содержит только 6—8 % вла_ in. Но это широкое белое бумажное полотно пока не очень красиво. Оно шероховато, и надо еще сделать его таким, чтобы на нем можно было писать и печатать.
В последней части машины установлены нагретые к а -
сетки, а волокна древесной массы и целлюлозы, переплетаясь между собой, оседают на сетке тонким слоем.
Для того чтобы лучше выжать из этого слоя воду, под сеткой установлены ящики, из которых выкачан воздух. Онп отсасывают воду. Однако, сходя с сетки, слой бумажной массы все же пропитан ею на 80 %, и три четверти огромной машины заняты различными устройствами, которые помогают удалить эту воду.
л а н д р ы — тяжелые чугунные полированные валы. Подсохшее бумажное полотно стало j же достаточно прочным, и его можно сдавливать между этими валами с большой силой. Из-под них бумажное полотно выходит гладким и блестящим. В самом конце машины оно сматывается в огромные рулоны — катушки. Бумага готова.
Остается разрезать широкую ленту на более узкие листы плп рулоны, чтобы делать пз них тетради или печатать па них газеты и книги.
КАК ПЕЧАТАЛАСЬ ЭТА КНИГА
Цятьсот лет назад книги переписывались от руки. Писец сидел, склонившись над листом бумаги, и гусиным пером старательно выводил строчку за строчкой заказанной ему книги.
За день самый усидчивый и опытный писец мог переписать не больше 10— 15 страниц. Чтобы переписать, например, книгу размером с этот том, ему пришлось бы проработать целый год. И результатом его утомительного труда была бы всего одна книга. Всего одна!
Сколько же писцов пришлось бы усадить за работу, чтобы изготовить только по одной
новой книге в год для всех школ н детских библиотек Советского Союза!
А у нас не за год, а за день одна только московская типография «Фабрика детской книгал выпускает десятки тысяч разных книг для детей. Да разве могли бы получиться переписанные от руки экземпляры книги такими же аккуратными, нарядными, а главное, аос )-лютно похожими одни на другой1 Конечно, вег. У одного ппсца книга вышла бы красивее, у другого — похуже; в одной книге строчки былп бы ровные, в другой - - но очень.
А наши новые книжки все одинаково нарядны. Как же их делают?
Давайте пройдем по цехам типографии, в которой печаталась эта книга.
БУКВЫ ТОРОПЯТСЯ ПО МЕСТАМ
Прежде всего нужно зайти в наборный ц с х. Сюда поступает напечатанная на пишущей машинке рукопись будущей книги, п все ее слова здесь набирают металлическими буквами (рис. 1).
Еще не гак давно это делалось вручную. Наборщп к стоял перед кассой — плоским ящиком со множеством небольших отделений. В каждом отделении лежали маленькие свинцовые буквы — л и 1 е.р ы: в одном — только ____ лптера «а», в другом —«б», в третьем —«в» н т* Д* Наборщик брал нужные I \ литеры, составлял из них слова, а за-I шЙЙ тем строчки. Приложенные друг к I И I ДРУГУ строчки постепенно образовы-ИИ| вали колонку текста.
И Дело шло медленно. Каждую ВИ крохотную литеру надо было повер-
путь головкой кверху, поставить рядом с соседней, да еще втиснуть А 1ш между отдельными словами несколь-
VIIIIIIMIII ко тонких металлических пласги-
1 нок—ш п а ц и й, чтобы получились Сви'нцо- промежутки между словами и все вая лите- строчки вышли бы одинаковой длины. ра «р'>. До революции, когда в России книг выходило не очень много, их успевали набирать руками. Теперь без машин не управиться. Сегодня наборщик работает при помощи наборных машин — линотипов — в 5—6 раз быстрее (рис. 2).
С виду линотип похож на обыкновенную пишущую машинку, вставленную в большой металлический шкаф с множеством различных колесиков, рычагов и пружин. Сбоку приделана небольшая электрическая печь, а на ней котелок с расплавленным металлом.
Вот наборщик стал набирать первое слово заголовка этой статьи. Он ударяет по очереди клавиши «К», «а», «к». С каждым ударом из маленьких гнезд, расположенных в верхней части машины, выскакивают металлические формочки букв, «вызванных» наборщиком. Они стремительно мча гея по желобкам вниз и выстраиваются одна за другой в ряд в небольшой металлической коробочке — верстатке.
Наборщик набирает остальные слова ст почки — «печаталась», «эта», «книга».
Теперь в верстатке строка из формочек готова. Наборщик нажимает па рычаги и придви тает строку к отверстию котла с расплавленным металлом. В формочки льется жидкий металл. Он быстро застывает, образуя металлическую строчку из тех букв, которые нажимал на клавишах наборщик: «Как печаталась эта книга».
Стальная «лапка» осторожно вынимает еще теплую строчку и кладет ее на длинный узкий подносик. А наборщик тем временем набирает уже первую строчку текста: «Пятьсот лет назад книги переписывались от ...».
Постепенно растет колонка металлических строк, отлитых машиной. А использованные формочки возвращаются по своим местам: длинная железная «рука» забирает строку пустых формочек и прицепляет их к рельсу, проходящему по верху машины. Формочки скользят по рельсу над длинным ящиком с гнездами, в которых они лежали прежде. Каждая формочка отцепляется от рельса только над своим гнездом. Упав на свое место, она лежит до тех пор, пока наборщик снова не нажмет клавишу с ее изображением.
В наборном цехе каждой типографии стоят длинные ряды линотипов. На одном из лих наборщик начал набирать первую страницу этой статьи, на втором — другон наборщик следующую статью и т. д.
Рис. 2. Наборщица за линотипом. Слева на подносике отлитые машиной строки букв.
Через несколько дней вся книга уже набрана металлическими буквами. Теперь достаточно смазать эти отлитые из металла строчки черной краской и прижать к ним чистые листы бумаги, чтобы получить сколько угодно совершенно одинаковых оттисков.
КАРТИНКА ИЗ ТОЧЕК
Л как быть с иллюстрациями? Ведь в нашей книге пх немало.
Надо, чтобы и рисунки делала машина. Такне машины собраны в ц и н к о г р а ф и и.
Вы, конечно, видели не раз, как ставят на удостоверениях печать. Вырезанную из меди или резины печать прижимают сперва к пропитанной краской подушечке, а затем к удостоверению. На бумаге остается четкий оттиск.
Получается он потому, что изображение на печати рельефное. Оно состоит из выпуклых лпшп1, к которым пристает краска с подушечки. С этих линий краска переходит на бумагу.
Но ведь нарисованная художником картинка совсем гладкая, никакого оттиска с нее не получишь. Надо сделать картинку рельефной. Этим занимаются цинкограф ы.
Прежде всего рисунок художника ставят перед большим фотографическим аппаратом. Репродукционные фотоаппараты совсем не похожи на «Смену» или «Зоркий». Они так велики, что с трудом уместятся и на грузовике. Зато ими можно делать огромные снимки, больше метра шириной и высотой.
Перед объективом такого аппарата (рис. 3) ставят рамку с десятком рисунков сразу и снимают их на стеклянную пластинку. Получается обыкновенный негатив.
Но фотографы делают с каждого негатива помногу отпечатков, а цинкографы только один,
Рис. 3. Репродукционный фотоаппарат.
и не на бумаге, а иа большой гладко отшлифованной цинковой пластинке, покрытой тонким слоем светочувствительного вещества.
Па первый взгляд отпечаток ничем не отличается от картинки, с которой он снят. Но это не так. В лупу видно, что весь он состоит из мельчайших точек — темных и светлых. Откуда же появились точки?
Картинки фотографировали через прозрачное стекло — растр с нанесенной на нем черной очень мелкой сеткой. Каждое отверстие в сетке пропускает только узкий луч света, который оставляет на цинке точку. Сколько было отверстий, столько получилось и точек. Чем гуще сетка, тем теснее сидят точки, образующие ри
сунок.
Рис. 4. Увеличенный разрез клише. Там, где точки на клише крупнее, оттиск получается долее темным.
Там, где иа картинках были светлые места, на негативе точки вышли почти черные. Там, где иа картинках были темные места, точки вышли совсем светлые. А на отпечатке получилось наоборот: иа светлых местах рисунка цинк остался почти чистым, а там, где были темные линии и пятна, точки иа цинке получились большие и почти слились (рис. 4).
Зачем же понадобилось рисунки художника превращать в картинки из точек? А вот зачем.
Цинковую пластинку с отпечатком картинок заливают раствором азотной кислоты. Кислота выедает чистый цинк, а потемневшие точки остаются нетронутыми. Эти места пластинки уже не боятся кислоты.
Так вместо гладкого рисунка, сделанного художником на бумаге, в цинкографии получают точно такой же рисунок на тонкой цинковой! пластинке, но уже не гладкий, а рельефный!, состоящим из крохотных выпуклых точек. Если этот рисунок намазать краской, как печать или как металлические буквы шрифта, и сильно прижать к чистой бумаге, получится точная копия рисунка художника.
Теперь остается только разрезать большой лист цинка на отдельные картинки.
Цинковые иластинки, с которых в типогра-
фпп печатают иллюстрации, называются кли-1П е. Их набивают на деревянные колодки и вставляют между металлическими строчками там, где в книжке должны быть картинки.
ЗА ТРИ СЕКУНДЫ
Но печатать такие толстые книги, как наша, отдельными страницами было бы слишком долго.
Поэтому в типографиях печатают па больших листах сразу по 8, 16 и даже по 32 страницы. Для этого верстальщики расставляют набранные из металлических строчек страницы рядами в определенном порядке и крепко зажимают их в прочную железную раму. Такая рама с заключенными в ней страницами металлических строк называется печатной формой (рис. 5).
Рис. 5. Печатная форма из шестнадцати страниц.
Затем рабочие кладут пх на тележки и перевозят в п е ч а т п ы й цех.
В печатном цехе типографии стоят мощные п быстрые печатные машины (рис. 6).
Все, что от них требуется, они делают сами. За ними нужно лишь заботливо ухаживать. Печатни к тщательно чпетит, смазывает, регулирует свою мчшпну, пополняет запасы краски п бумаги, вовремя убирает отпечатанные листы. У хорошего, внимательного мастера машина работает быстро, печатает четко п чпето.
Вот к машине подвезли форму с набором этой статьп. Мастер поставил форму па нижней площадке машины — талере — п плотно закрепил ее зажимами. На верхней площадке — накладной доске — он уже приготовил высокую стопку чистых бумажных листов и проверил, достаточно ли в машине краски.
Вот печатник включил рубильник. Плавно покатился на роликах вдоль машины широкий талер со страницами шрифта. Одновременно начали вращаться резиновые накат и ы е
вали к и, растирая и передавая один другому жирную краску. П в тот момент, когда талер проходил под валиками, они опустились и прокатились по шрифту, покрыв все буквы тонким слоем краски.
Л в это время па другом конце машины тонкие металлические «пальцы» быстро передали чистый бумажный лист на толстый вал печатного ц и л и н д р а. Печатный цилиндр был неподвижен. Но когда под него подкатился возвращающийся обратно талер с намазанными краской страницами металлических букв, цилиндр повернулся и плотно прижал лист к шрифту. На бумаге остался отпечаток текста. А затем другие стальные «пальцы» подхватили напечатанный лист, вынесли его из машины п аккуратно положили в стопку готовых листов (рис. 7).
Все это произошло быстрее, чем вы об этом успели прочесть. Шестнадцать страниц машина отпечатала меньше чем за три секунды.
Но как же удается печатной машине подхватывать каждый раз точно по одному листу?
На концах ее стальных «пальцев» есть резиновые присоски, втягивающие воздух. Они присасывают верхний лист, а остальные удерживаются выскакивающими с боков зажимамп. Если же присоски случайно захватят не один лист, а два, то механический контролер мгновенно остановит машину.
Контролер устроен очень просто. По пути к печатному цилиндру каждый лист бумаги проходит под небольшим колесиком, свободно пропускающим только один лист. Но два листа заставят колесико чуть-чуть приподняться. П этого неуловимого для человека движения достаточно, чтобы выключить электрический ток, питающий машину.
Тридцать две страницы книги готовы Оста-
Рис. 6. Печатная машина. Печатник стоит над печатным цилиндром. Ниже цилиндра видны накатные валики с краской, под которыми ходит талер с печатной формой. Слева работница принимает готовые листы.
Рис. 7. На этой схеме показано, как работает печатная машина.
механический
ХУДОЖНИК
Кроме страниц с текстом, черными рисунками и фотографиями, в нашей книге есть и цветные картинки.
В цехе цветной печати стоят машины, которые могут очень быстро напечатать любое количество
лось их с ф а л ь ц е в а т ь, т. е. сложить так, чтобы из них можно было составить книгу. Этим занята фальцовочная машина (рис. 8).
Рабочий только кладет па площадку машины кипы отпечатанных листов. А машина сама захватывает по одному листу и ловко перегиба-
Рис. 8. Фальцовочная машина. Работница кладет отпечатанные листа, а машина постепенно фальцует.— складывает их в тетради.
ст его несколько раз, пока не получится тетрадка размером в одну страницу.
Рядом с машиной растет стопка тоненьких тетрадок. В ка/кдоп из них по 32 страницы нашей книги.
таких картинок.
Одним клише на всю картинку здесь не обойтись. Для каждой краски приходится делать свое особое клише и печатать одну картинку в несколько приемов (см. цв. рис.).
Нарисованную художником картинку фотографируют не только через растр, но и через особые стекла—с ветофильтры. Эти стекла бывают разные# Один светофильтр пропускае т все лучи, кроме желтых. Другой задерживает лишь красные лучи. Третий не пропускает синих.
Снимая картинку через все эти светофильтры по очереди, получают три различных негатива: па одном остались чистыми все желтые места картинки, на другом — красные, на третьем —синие. А это позволяет приготовить три разных клише для одной п той же картинки: с первого клише можно печатать те места, которые должны получиться желтыми, со второго — красными, с третьего — синими.
II когда все краски будут по очереди напечатаны на одном листе, мы увидим ту цветную картинку, которую нарисовал художник.
Трех-четырех клише вполне достаточно для любой самой пестрой картинки. Ведь стоит наложить па желтую краску синюю—и получится зеленый цвет; красная краска со светло-синей дает фиолетовый цвет, а с темно-синен— черный. Таким образом, из трех-четырех основных красок можно составить любые нужные цвета н оттенки. Печатать такую цветную картинку приходится три-четыре раза — по очереди с каждого клише.
Сперва печатаются только желтые места картинки п те места, где на желтую краску должна лечь еще синяя, красная плп серая. Затем на этом же листе печатают красные места, потом — спнпе.
Так готовят печатную форму для цветных иллюстраций. Наверху — нарисованный Художником оригинал и сделанный в гипог рафии трехцветнып оттиск. Чтобы получить такой оттиск, оригинал снимай1 на негативы jiepe.i различные светофильтры — синий, красный, зеленый — и через растр — тонкую сетку', которая разонвает изображение па отдельные точки. Причем для каждого цвета растр поворачивают па 30 , чтооы затем точки на трехцветном оггиске не совпадали (продолжение см. на обороте вклепки)
1>
ТАК ДЕЛАЮТ ПЕЧАТНУЮ ФОРМУ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ ИЛЛЮСТРАЦИЙ
(см. на обороте)
С трех негативов делают отпечатки на трех цинковых пластинках. Кислота вытравляет чистые места на пластинках и превращает их в выпуклые клише. Используя три основных краски, постепенно получают разноцветный оттиск, повторяющий нарисованный художником оригинал.
КАК ПЕЧАТАЛАСЬ ЭТА КНИГА
Л И ТОГ РА ФИН А 7 ОМ КОГО ВЕКА
<<Лигографпей атомного века» прозвали полиграфисты этот удивительный способ печати, при котором не тр оуется... печатных машин. Достаточно лишь приложить к оригинальному рисунку лист специальной бумаги и затем проявить бумагу подобно проявлению при фотографии, и точная копия рисунка готова.
Но для этого оригинал должен быть выполнен специальными красками, содержащими радиоактивные изотопы. Изображение переносится с оригинала на бумагу, чувствительную к радиоизлучению, невидимыми лучами или электронами. Добавляя в краски радиоактивные вещества с большим периодом полураспада, можно получить оригинал, который будет пригоден для электронной печати иа протяжении 25 000 лет! Внешне радиоактивные краски ничем не отличаются от обычных, и для рисования ими пользуются обыкновенным пером или кистью. Для того чтобы сдетгать краски радиоактивными, используют изотопы с небольшой энергией излучения — это позволяет не причинять вреда здоровью людей.
\
Так постепенно картинка расцвечивается и оживает. И сколько тысяч таких картинок машина ни напечатает, все онп выйдут совершенно одинаковыми,
КАК ЛИСТЫ СТАНОВЯТСЯ КНИЖКОЙ
Части этой книжки побывали уже в нескольких цехах, но работа над ней еще не кончена. Вот лежат большие кипы сфальцованных в тет-
радкп отпечатанных листов, рядом — стопка цветных рпсунков. Надо соединить их вместе. На каждом заводе или фабрике последний цех — сборочный. Здесь собирают готовые из-
дел пя из детален, сделанных в других цехах.
В типографии есть также сборочный цех. Здесь он называется переплети о-б р о-
ш юр о в о ч н ы м. В этом цехе собирают из отдельных частей готовые книги.
Раньше вся сборка книг шла вручную. Это был очень утомительный труд. Теперь же за несколько минут листоподборочная машина подобрала один к одному все листы, из которых состоит эта книга.
Машина эта замечательна тем, что сама признается в своих ошибках. Стоит ей пропустить лист, как опа тотчас остапавлпвает-
ся и выбрасывает флажок с номером пропущенного листа.
Другая машина — н и т к о -пт венная — подхватила стопку листов и в одно мгновение накрепко сшила пх питкои и пришила к полоске марли. Теперь листы уже не рассыплются.
Третья машина—р е з а л ь п а я. Она прижала сшитые листы тяжелой чугунной доской п одним прикосновением своих острых стальных ножей выровняла их края. Теперь
книгу можно уже перелистывать. Но у нее ист еще к р ы ш к и — переплета.
Крышку приготовила для книги к р ы ш-к о д е л а т е л ь п а я машина На оранжевом
лидерине она оттиснула золотом рисунок и название — «Детская энциклопедия» (рис. 9).
И вот наступила последняя операция — переплет. Сброшюрованные в толстые тетради, сшитые п обрезанные листы плывут на ленте сборочного конвейера вдоль длинного
стола, за которым сидят переп летчицы. Возле каждой — стопки готовых крышек. Они заранее промазаны клеем.
Переплетчицы берут с конвейера подъез
жающую к ним толстую пачку сшитых листов
ловко вставляют ее в крышку и приглаживают.
Книжка готова. Теперь осталось лишь по
ложить ее вместе с другими под пресс п подождать, пока высохнет клеи. А затем грузовики повезут плотно упакованные пачки па склады п вокзалы, чтобы отправить книги в разные города и поселки нашей страны.
Вы пришли в библиотеку и увидели па полке тома «Детской энциклопедии». Читайте пх бережно — не рвите и не пачкайте страниц. Вспомните, сколько людей трудилось, чтобы напечатать для вас эш книжки!
Рис. 9. Эта машина делает
крышки — переплеты.
^Выстаь^а
qocwtutyCHUU nafio^HO'bO хо^яисщёа
Цтобы работать лучше, пыгп ска. ь больше продукции и затрачивать на ее выпуск меньше времени, нужно знать, как работают наши герои труда, наши лучшие конструкторы, передовики п новаторы, нужно перенять у нпх опыт и следовать их примеру.
Этому и служит Выставка достижении народного хозяйства СССР. Она отражает современный уровень развития промышленности, сельского хозяйства, строительства, транспорта и связи, советской науки, социалистической культуры и рост материального благосостояния народа. Выставка показывает и пропагандирует передовые методы труда в организации производства, образцы новых опытных машин, лучшие сельскохозяйственные культуры п т. п. Территория выставки— больше 200 га. В ее павильонах размещены десятки тысяч экспонатов.
В капиталистических странах выставки это обычно ярмарки, содействующие торговле. Они целиком подчинены интересам капитала. Вряд ли найдется капиталист, который покажет па выставке секреты своего производства. Мы же демонстрируем на выставке наши достижения, наш передовой опыт, чтобы передать его другим и быстрее внедрить повсеместно, чтобы лучшие достижения шли на пользу всему народу.
В выставке могут участвовать заводы, фабрики, шахты, совхозы, колхозы, стройки, институты, рабочие, колхозники, ученые, изобретатели, школы, даже целые совнархозы, области, автономные республики, районы.
Выставка достижений народного хозяйства СССР постоянна, но одни экспонаты время от времени заменяются другими, более новыми, новое оборудование — новейшим. Здесь есть павильоны для показа достижений всей нашей страны и отдельных республик, павильоны отраслей промышленности, сельского хозяйства, строительства, транспорта, связи, науки, куль-ТУРЫ» павильоны для тематических выставок.
На ВДНХ показаны машины, только что поставленные на производство, и машпны оп„ ные, экспериментальные, подготавливаемое к производству. Это способствует соревнованию между конструкторами, технологами, заводскими работниками, отдельными отраслями нашей социалистической промышленности.
Машины, приборы, технологические процессы, работы научно-исследовательских учреждений помогают представить посетителям выставки технику будущего и прежде всего — технику нашей семилетки.
Выставка средн других экспонатов показывает и особо крупные машины, пх оборудование и агрегаты, уникальные машины и приборы, производство которых возможно лишь в стране с высокоразвитым машиностроением. Таковы, например, гидравлические турбины большой мощности, тяжелые прессы, оборудование для передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения и, конечно, наши ракеты и спутники.
В павильоне «Машиностроение» есть специальный раздел технологии машинАтроенпя. Тут демонстрируется новое в технологии, рассказывается о технической п экономической эффективности применения различных новейших технологических процессов, машин поборудования. Показаны здесь п модернизированные универсальные металлорежущие станки, с специальные приспособления, превращающие станки в полуавтоматы и автоматы.
Впервые в мире на выставке широко и все-сторонне демонстрируется использование атомной энергии в народном хозяйстве п открываются тс поистине грандиозные перспективы, которые дает пспользованпе атома в мирных целях.
Здесь модели первой в мире атомной электростанции мощностью 5 тыс. кет, атомной эл^ь тростанцип мощностью 600 тыс. Ден‘ ствующий ядерный реактор, макет с Р‘1'' резом атомного ледокола «Ленин» п ДР)гсЧ’
в павильоне Академии наук СССР можно посмотреть, чего достигли наши естественные п технические науки, увидеть первые в мире советские спутники Земли, различные ракеты, новейшие математические машины и т. п.
Павильоны «Народное образование и высшая школа», «Трудовые резервы», «Юные натуралисты и техники» особенно интересны школьнику, ремесленнику. В павильоне «Трудовые резервы» онп могут посмотреть действующую модель шагающего экскаватора ЭШ-25 i00, изготовленную в техническом кружке ремесленного училища № 1 г. Свердловска. Модель в точности воспроизводит шагающим экскаватор, выпускаемый Уралмашзаводом. Опа так хорошо сделана, что на Всемирной выставке 1958 г. в Брюсселе была удостоена большой премии. Здесь же действующая модель электротрактора, управляемого по радио, изготовленная учащимися технического училища № 1 г. Куйбышева. А сколько еще других интересных экспонатов!
Павильон «Юные натуралисты и юные техники» показывает радиостанции, собранные во дворце пионеров г. Фрунзе, кинофильмы, созданные юными фото- и кинолюбителями г. Биробиджана, модели станков, советских спутников Земли, электронную черепаху, которая сама выбирает себе дорогу, различные автоматические устройства, сделанные юными техниками, много экспонатов, представленных юными натуралистами.
Павильон «Радиоэлектроника и связь» демонстрирует новейшие телевизоры, цветное телевидение, радиокомбайны и радиоприемники, электронные счетно-вычислитол ыше машины. В павильоне «Электрификация СССР» показаны макеты электростанций, в том числе п большой мощности—1200 и 2400 тыс. кет, с новейшими турбоагрегатами мощностью 200 и 300 тыс. кет.
Всегда много посетителей у самолета 1У-104, выставленного на площади Механизации около павильона «Транспорт СССР», у теплохода на подводных крыльях, у новых автомобилей «ЗИЛ-114», «Чайка».
РУМ — радиоуправляемый механизм, построенный юными техниками и де-мо нет ри руемый
Павильон радиоэлектроники на выставке.
Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют работе ВДНХ большое внимание. Центральный Комитет Коммунистической партии Советского Союза и Совет Министров СССР в Постановлении об улучшении работы ВДНХ поставили перед ее работниками задачу: активно пропагандировать п внедрять в промышленность, транспорт, сельское хозяйство, строительство новейшие достижения науки п техники, прогрессивную технологию и изобретения.
Выставка достижений народного хозяйства СССР— наглядное доказательство того, что в мирном соревнованпи с капитализмом наша страна одерживает победу за победой и уверенно идет к решению основной экономической задачи — догнать и превзойти наиболее развитые капиталистические страны по производству продукции на душу населения.
НА ВЫСТАВКЕ БУДУЩЕГО
Цтобы увидеть эти удивительные машины, посетим Выставку достижений народного хозяйства СССР. Но договоримся, что это выставка будущего.
Итак, мы у входа Выставки достижений народного хозяйства будущего. Мы — в ближайшем будущем! Не так уж много лет отделяет эту страницу книги от всех предыдущих. Это десятилетия непрерывного напряженного труда советских ученых в лабораториях и институтах, конструкторов в конструкторских бюро, технологов и рабочих, воплощавших в заводских цехах задания чертежей. Десятилетия вдохновенного труда всего нашего народа!
Условимся сразу: мы не заметим па этой выставке самого удивительного — всех тех механизмов, работа которых основана на законах природы, не открытых еще в 1960 г. учеными, всех тех машин, идеи которых, хотя бы в самых общих чертах, пока не высказаны.
На этой выставке машин будущего мы увидим могучий расцвет тех деревьев, которые в нашем, 1960 г. существовали уже хотя бы в виде первых крохотных ростков, первых робких побегов.
Итак, голубой вагой метро доставил нас к входу выставки. Вот мы минуем величественную арку. Обсаженная цветущими розовыми кустами аллея ведет нас к одному из павильонов. «Материалы машиностроения»,— читаем мы над входом.
Войдем и посмотрим, какими удивительными материалами располагают машиностроители будущего. Мы помним, что в нашем, 1960 г. эго были преимущественно черные металлы чугун, сталь.
В павильоне два отдела: один посвящен мета л л а м, другой — пластмассам. Начнем осмотр с отдела пластмасс. Сотни и тысячи различных их сортов, оказывается, уже выпускает наша промышленность, и огромное количество применяется в машиностроении. У металлов нашелся-таки могучий соперник, который уже отвоевал у них половину занимаемых позиции!
На стендах — образцы этих пластмасс. Бесконечно разнообразны пх свойства. Вот призрачные пластмассы, даже более прозрачные, чем стекло. Вот пластмассы гибкие, как шелковая ткань; вот упругие, как закаленная рессорная сталь; прочные, как гранит; легкие, словно пробка...
Видели ли вы гибкое стекло? А лист прозрачной пластмассы, показанной здесь, гнется так же легко, как лист картона, и не мутнеет не трескается при этом. Вот на него падает тяжелая гиря. Стекло бы разбилось, а на полированной поверхности пластмассы не осталось и следа. Оказывается, этот сорт пластмассы по своей прочности не уступает листовой стали. Изделиям из этого сорта пластмассы не страшен нагрев до 4-400 и резкое охлаждение до—150 . Она не ржавеет и не боится самых крепких кпелот и щелочей.
Нельзя, хотя бы на миг, не задержаться в подотделе еще более удивительных веществ— с и л и к о н о в. Появились они еще в наши дни. Это вещества, молекулы которых построены по типу органических молекул, по только цепочки атомов углерода заменены в них цепочками атомов кремния и кислорода. В результате появились смазочные масла, выдерживающие температуры в сотни градусов, волокна и ткани, не сгорающие и не боящиеся воды.
А дальше —различные применения пластмасс в машиностроении. Вот сверкает солнечными бликами почти полностью прозрачный кузов легкового автомобиля. Он не нуждается в окраске: голубоватый оттенок непрозрачных пластин, покрывающих мотор, колеса и пол кабины,— это собственный цвет пластмассы. Такой кузов не ржавеет, не окисляется, не нуждается в смазке или каком-либо другом уходе. Он прочнее металлического. Все те «незначительные соприкосновения» с заборами, столбами, соседними машинами, которые оставляют на металлических кузовах трудновыпрямляемые вмятины и царапины, безвредны для пего
Рядом — пластмассовый корпус катера. Айа стене фотография огромного океанского судна — пластмассового танкера водоизмещением в 60 тыс. Т.
Впрочем, пластмассы позволяют осуществлять морские перевозки нефти да и любых других жидких и сыпучих грузов еще проще п экономичнее, чем с помощью нефтеналивных судов и зерновозов. Эти грузы перевозят в гигантских пластмассовых мешках. Наполненные, они напоминают сардельки метров по пять диаметром и пятнадцать в длину. Целые связки таких сарделек с нефтью, керосином, цементом, зерном мощные буксиры ташат через моря.
Пластмассовый троллейбусный вагон, пласт
массовая мебель, пластмассовый дачный домик, скоростной пластмассовый самолет... Вереница ставков с пластмассовыми станинами, кожухами, шестернями... Пластмассовые водопроводные трубы, не ржавеющие и не лопающиеся, если случайно замерзнет вода...
Пройдем во второй отдел павильона, посмотрим, какие металлы и сплавы соперничают сегодня с пластмассами.
Диаграмма у входа в отдел показывает, что в 1958 г. железо составляло 95 % от всей добычи металлов. За эти десятилетия ему пришлось уступить своп позиции алюминию — «крылатому металлу»п меди — металлу электротехники. А смотрите, как возросла добыча титана: до нескольких миллионов тони! II это нс случайно, так как свойства титана удивительны. Он прочнее п вдвое легче железа, плавится при более высокой температуре, а своей стойкостью против ржавления превосходит платину. Титан можно ковать, прокатывать, сваривать. Сильнейшие разъедающие вещества — щелочи, кислоты, растворы солей — бессильны против пего. К тому же он один пз самых распространенных на земле металлов.
Специальный раздел посвящен изделиям из титана. Вот корпус сверхскоростного самолета. Прп движении в плотных слоях атмосферы он так нагревается, что алюминиевые сплавы не выдержалп бы. А титановый корпус оказался п жаропрочным и легким. Титановые лопасти паровых и газовых турбин, работающие в вихре раскаленных газов, титановые камеры сгорания реактивных двигателей, титановые цилиндры и поршни дизелей, титановые детали атомных электростанций и химических заводов.
Ну а железо? Разве оно нс старается отстоять своп позпцпи?
Но что эго? В самом центре зала висит гигантская гиря. «10 000 кГ»,— написано па пей. А висит она па тоненькой проволочке, сверкающей и натянутой, как струна. Эта струна и выдерживает тяжесть десятитонной гири.
Струна сделана пз чистого железа. Но не того чистого железа, которое едва выдерживает нагрузку в 20 кГ на квадратный миллиметр. Прочность этого чистого железа выше в тысячу раз! Это бездислокациопнос железо.
Да, мы еще в 1960 г. слышали об этом. Металлургам казалось загадкой удивите 1ыюс несовпадение действительной прочности металлов с Toil, которую предсказывали на основе теоретических расчете в физики. Именно они первыми нача пт утверждать, что чистое железо должно выдерживать нагрузки в 10 20 Г
на квадратный миллиметр. А несоответствие расчетов практике они объясняли нарушениями в кристаллической структуре металла. Эти нарушения назвали дислокациями.
В 1958 г. чрезвычайно сложным путем были получены образцы сверхпрочного бездислока-ционного железа. Это были длинные и тонкие — толщиной в несколько микронов — кристаллы.
Посмотрим, какими удивительным и материалами располагают машиностроители будущего.
ВЫСТАВКА
Рядом с павильоном очень высокая башня. Она построена из тонких ажурных балок. Все 01Ш — не толще карандаша. А башня имеет фантастическую высоту— 5 км\ Это тоже бсз-дислокацпонный металл!
Уже повисли мосты из бездислокационпого металла, имеющие пролет между опорами в несколько километров длиной, построены ты-
-ни
Из бездислокационного металла можно бу бет построить пятикилометровую башню.
н
сячемстровые башни телецентров, взлетели в небо почти невесомые самолеты. Достаточную прочность их обеспечивают пленки пз бездислока-циоииого металла тонfern с к о ифетной фоль ги!
«Автоматика» — огромный павильон, но и он не вмещает бесконечного количества автоматических заводов, цехов, станков, линий. Поэтому многие из них представлены фотографиями.
Впрочем, автоматические линии, цехи и даже заводы существовали и в наше время.
Но это были первые ласточки. А здесь автоматизация стала вездесущей. Автоматические цехи и заводы работают в любой отрасли промышленности.
В специальном крыле павильона разместился один из таких автоматических заводов, изготовляющий подвесные двигатели для детских велосипедов. Продукция его—небольшие, сверкающие никелем и полированной пластмассой, легкие, изящные моторчики. Однако, несмотря па легкость, мощность каждого из них превосходит лошадиную силу.
У завода есть свой склад сырья. Эго ряд приемных бункеров, в которые разгружают с подъезжающих автомашин различное сырье. Брикеты пластмассы и слитки металлов разгружаются прямо из кузовов самосвалов,стальной прокат выдвигается из кузовов в окошки приемников н т. д.
Многие виды сырья, прежде чем поступить на автоматические линии соответствующих цехов, проходят контрольные автоматы. Центр завода — сборочный автоматический конвейер. На него поступают с автоматических линий цехов отдельные уже собранные детали или узлы. Здесь они становятся на свое место в изделии. Готовые двигатели, ни к одной из детален которых не прикасались человеческие руки, опробуются на специальном автоматическом же стенде. Несколько капель бензина — и оживают титановые валики, раздается гудение, силовая шестерня превращается в прозрачный сверкающий диск. Затем автоматы упаковывают моторчики.
1 рудно рассказать, как работают те или иные станки этого завода. Все рабочие органы автоматов скрыты 11 потными кожух а ми.
Пройдем в дирекцию завода, расспросим об устройстве автоматов. Но и дирекция, оказывается, автоматическая! Автоматические устройства следят за прохождением деталей, выработкой цехов, наблюдают за исправностью машин, ведут учет поступления сырья, готовой продукции...
Вот перед нами схемы автоматических нефтепромыслов, автоматической угольной шахты, в которой люди управляют работающими под землей машинами с поверхности, автоматического завода наручных часов, типовых автоматических масло- и сыроваренных заводов, предназначенных для работы в совхозах, цех-автомат сборки автомобильных двигателей. Автоматика стала вездесущей!
Но больше всего поражает отдел машин, управляемых биотоками, рожденными мыслью человека—да, мыслью! Среди этих машин землеройные. похожие на паши гигантские экскаваторы; металлообрабатывающие, вроде сегодняшних универсальных токарных станков; манипуляторные, предназначенные для экспериментальной работы с взрывоопасными веществами из других помещении п даже здании.
Мы стояли у пультов этих чудесных машин и, не прикасаясь к кнопкам и рычагам, не произнося ни слова, одними мыслями отдавали им приказания. И машины покорно и безошибочно выполняли все наши распоряжения. Казалось, их рабочие органы — продолжение наших рук.
Вот какое могучее дерево выросло из крохотного ростка! Ведь все эти управляемые мыслью машины — потомки «механической ру-кп», созданной советскими учеными в 1958 г.
Ученые установили, что при процессе мышления циркулируют электротоки. Мысль, решение, приказание, например чтобы рука сжалась в кулак, сначала рождаются в мозгу, потом по нервам «спускаются') к осуществляющим этот приказ мускулам. Опп сокращаются, п пальцы сжимаются в кулак. Изобретатели сконструировали протез руки, который управлялся мыслью, как настоящая рука. Мускулы, двигающие пальцами, они заменили гидравлической системой, управляемой электрическими сигналами. А электрические сигналы «рука» получала через браслет от нервов, ведущих к соответствующим мускулам.
Здесь, в отделе выставки будущего,мы увидели прямых потомков этого протеза. «Руки» и «ноги» не только выполняют приказы своих владельцев, но и передают им свои «ощущения». Впрочем, так же передают «свои ощущения» управляющим ими людям и некоторые станки...
Больше всего поражает отдел машин, управляемых биотоками, рожденными мыслью человека.
А вот раздел павильона, посвященный автоматизации умственного труда.
Быстродействующие счетно-решающие машины, выполнявшие в течение секунды десятки тысяч математических действий, существовали и в наше время. Уже тогда они выполняли огромное количество работ. А здесь, на выставке!.. Нам, например, показали машину, заменявшую справочную библиотеку научно-исследовательского химического института. В се электрической памяти хранится бесчисленное множество сведений пз области химии. И по первому требованию опа выдает нужную справку.
«Свойства водородных соединений фтора»,— выстукали мы одним пальцем па ее клавиатуре. Секунд через двадцать получили ответ: шесть еще пахнущих краской страниц, только что отпечатанных в недрах машпиы, содержали исчерпывающие ответы па наш вопрос.
Такие же машпиы выдают информацию и по другим отраслям науки, заменяют библиографические и научные справочники, каталоги и указатели. Сколько драгоценных часов трудных поисков по страницам бесчисленных книг сохранят такие машины, ученым и инженерам!
Некоторые пз увиденных нами «думающих» машин имели удивительное свойство — пакап*
лпвать опыт, обучаться. Представим себе, например, управление доменной печью — сложнейшим агрегатом с множеством машин и механизмов. Управление ею — большое искусство. К тому же каждая доменная печь имеет свои особенности, требует, так сказать, индивидуального подхода. Подключая к пульту управления доменной печью автоматический оператор, ему не сразу передают все управление. В течение некоторого времени управляет опытный мастер, а автоматический оператор — специальная электронно-счетная машина— «присматривается» к его работе, «запоминает», какой поступает в том или ином случае. Только «пройдя курс» такого «обучения», накопив «опыт», «думающая» машина принимает на себя управление домной.
На много сотен метров растянулись умные машины. Да это и понятно: автоматизация, позволяющая невиданно поднять производительность труда, облегчить труд человека,— основное направление развития советской техники. За короткий срок нашей экскурсии мы, конечно, не смогли осмотреть все то удивительное, что достигнуто в этой области.
Мы у входа в хрустальный дворец. Над ним надпись: «Энергетика»
Гидроэнергетика... Карта рассказывает о большом количестве новых гигантских электростанций, которые, словно бусины на нити, нанизаны на голубые липни рек Сибири. И каждая — мощностью 5—6 млн. кет.
Отличаются ли они чем-нибудь от современных нам? Еще более выросли мощности турбоагрегатов, управление полностью автоматизировано. Вот, пожалуй, п все изменения в гидроэнергетике. Ведь коэффициент полезного действия турбоагрегата достаточно высок — 85%, а то и 88%. Это удовлетворяет инженеров.
А вот перед нами макет тепловой электростанции с коэффициентом полезного действия около 80%. Здесь пет нп громадного парового котла, ни паровых турбин с электрогенераторами, ни громоздких конденсаторов с целой системой насосов, инжекторов, фильтров. Новая электростанция состоит всего из цеха топливо-приготовления и цеха энергетической переработки. Размолотый в мельчайший порошок каменный уголь поступает в длинный узкий ящик— генератор, а от пего непосредственно ведут уже провода электрической линии...
Начинаем догадываться. Вероятии, это разновидность топливных элементов, которые еще в наши годы испытывались в лаборатории акад. А. Н. Фрумкина. В них осуществляется
беспламенное окисление топлива, при котором химическая энергия сразу превращается в электрическую.
Видимо, ученым удалось уже создать и практически применимые образцы таких элементов, вывести новый метод переработки топлива из лабораторий в промышленность. Это целая революция в энергетике!
Еще один макет... энерготехнологиче-ского комбината. Сжигая сегодня в котельной ТЭЦ кусок каменного угля, мы сжигаем капроновые чулки и пластмассовые авторучки, целительные лекарства и драгоценную радугу красок — все то бесконечное разнообразие веществ и предметов, которые могут быть получены из этого куска угля при его химической переработке. Значительно целесообразнее оказалась энсрготсхнологическая переработка топлива. Сначала получают из него наиболее цепные газообразные п жидкие углеводороды — сырье для химической промышленности, затем сжигают остатки для получения электроэнергии, а золу и шлаки, оставшиеся после этого, перерабатывают в шлаковую вату, шлакоблоки и другие строительные материалы.
Отдельный раздел павильона посвящен солнечной энергетике. Мы видим макеты гелиоэлектростанций, работающих в солнечных районах наших среднеазиатских республик. Построить такие электростанции позволили достижения физики полупроводников. За эти десятилетия появились полупроводниковые элементы, достаточно экономично превращающие лучистую энергию Солнца в электрический ток.
В 1960 г. такие полупроводниковые солнечные электростанции питали энергией лишь небольшие радиоприемники, телефонные устройства или, в крайнем случае, комнатные вентиляторы. Да еще на искусственных спутниках Земли оказалось возможным пх использовать. А теперь тысячи гектаров среднеазиатских пустынь покрылись полупроводниковыми пластинками гелпостанций.
А вот стенд, посвященный применению совершенно нового для нашей страны «ископаемого» — подземного тепла. Электростанции, использующие даровой пар, идущий пз земных недр, оказывается, уже работают на Курильских о-вах, Камчатке, на Кавказе...
...И, наконец, атомная энергетика. Макеты гигантских электростанций мощностью 2,2 и даже 5 млн. кет. Мы могли предвидеть и в паше время могучий расцвет атомной энергетики. Его планировали наши ученые. Могли мы предвидеть, что появятся и термо-
ядсрные электростанции. Об одной из них рассказывают щиты и макеты.
Но пойдем дальше — в павильон, над входом которого написано: «Транспорт».
Здесь представлены все виды транспортных машин — для сообщения по воздуху и по воде, под водой и по земле, под землей и в космическом пространстве.
Рядами стоят образцы автомобилей. Легкие обтекаемые кузова из прозрачных пластмасс, небольшие колеса, небольшие, ио мощные двигатели. И среди них — первые машины, управляемые не баран кой и педалями, а биотоками, рожденными человеческой мыслью...
...Новейшие вагоны и локомотивы...
Пассажирские вагоны предоставляют пассажирам не меньше удобств, чем океанские суда. А локомотив,конечно,электрический или газотурбинный. Рейс Москва — Владивосток и обратно можно совершить и вовсе без машиниста. Локомотивом будет управлять автомат. Он остановит состав на нужных станциях, выполнит все сигналы светофоров.
Морские и речные суда — в фотографиях, моделях. В натуральном виде эти громадины не поместились бы нс только в павильоне, но и па площади перед ним. Наиболее интересны суда на подводных крыльях.
А вот и удивительное на первый взгляд двухкорпусное судно. Впечатление такое, словно обычный корабль разрезали вдоль оси, а потом составили половники, переменив места так, что плоскости разреза оказались снаружи, а внешние борта — внутри. Такому судну вода оказывает при движении намного меньше сопротивления, чем обычному.
Значительная часть двигателей судов использует энергию атомных реакторов. В результате грузоподъемность значительно выросла. К тому же суда получили возможность длительное время не заходить в порты.
...Самолеты! Большая часть из них также представлена в моделях. Ведь они значительно превосходят по размеру сегодняшние 'ГУ-114. Но и модели с короткими выразительными табличками характеристик дают довольно отчетливое представление об их развитии.
Прежде всего о самолетах для дальних рейсов. Еще больше выросли скорости этпх самолетов; 3000—5000 км/час — обычная крейсерская скорость огромных летающих лайнеров, поднимающих 500—900 пассажиров. Высота их полета до 20—25 км. Наряду с турбореактивными па некоторых моделях появились вспомогательные — прямоточные реактивные
двигатели. При таких скоростях они стали уже экономически выгодными.
...Совершенно новый вид транспорта — пассажирские ракеты дальнего действия. Вот схема такой трехступенчатой ракеты. Две ступени служат для взлета на высоту нескольких сотен километров, а третья, крылатая,— для торможения при посадке. На стене — карта почтово-пассажирских линий, обслуживаемых этими ракетами. Полет из одного полушария в другое на расстояние в 20 тыс. км занимает менее часа.
...Космические ракеты! Оказывается, человек протянул уже транспортные линии не только по поверхности земного шара, но и к другим планетам солнечной системы. В павильоне демонстрируются отдельные детали лун-
Оказывается, человек уже направляет свои ракеты к другим планетам солнечной системы.
пых ракет самого разнообразного назначения: грузовые, пассажирские, для полета вокруг «Луны, для посадки на Луну и взлета с нее. Но больше всего останавливаются посетители у макетов марсианских кораблей. На шести таких кораблях недавно па Марс вылетела первая комплексная экспедиция. Сейчас опа еще в полете в беспредельном океане пространства, разделяющего планеты...
Мы вышли пз павильона. Над нами голубое небо июньского полудня. Ветер доносит пьянящий запах цветов. Впереди — длинный ряд еще не осмотренных павильонов. Их много, а время пашен экскурсии в будущее стремительно идет к концу.
Проходим мимо павильона сельхозмашин. Гам тоже царствует автоматика. Минуем павильон приборов. Нет сомнения, что бесконечно усложнились механические органы чувств измерительные приборы.
Остается исосмотреппым п павильон двигателей — бесчисленных, разнообразных, приводящих в движение все наши машины — от электробритвы до гигантского ледокола. Но мимо павильона с надписью: «Цех бездомеппого получения железа)'— тройти невозможно.
...Лепты транспортеров, дробилки, какой-то длинный вращающийся цилиндр, а за ним— прокатный стан, пз которого выбегает длинная нить готового рельса. А вот и принципиальная схема процесса.
Железная руда поступает в дробилки и сепараторы. Они отделяют пустую породу, а размельченная в порошок руда направляется в печь прямого восстановления металла.
Восстановление осуществляется пламенем водорода. Температура его такова, что металл не плавится. Гонкий порошок восстановленного чистого железа поступает для плавки в специальную электропечь. Здесь в металл добавляют легирующие примеси, и он непрерывной струй
кой поступает в кристаллизаторы, а из них— на валки прокатного стана. Процесс превращения руды в готовый стальной прокат занимает всего несколько десятков минут.
В павильоне подземной газификации угля мы узнали, что промышленные станции подземной газификации уже широко распространены.
Оказывается, не только уголь, но и многие другие полезные ископаемые добывают теперь из-под земли бесшахтпым методом, с помощью буровых скважин. Так добывают, например, поваренную соль: накачивают в скважину горячую воду и откачивают насыщенный раствор. Серу плавят подаваемым под землю паром и откачивают в жидком виде. Некоторые руды растворяют соответствующими кислотами и щелочами и тоже откачивают. Все реже приходится человеку спускаться под землю.
Осмотреть всю выставку за один раз просто невозможно. Что же общего во всех виденных памп машинах?
Первое и главное — выросла их производительность: скорость транспортных машин, коэффициент полезного действия энергетических машин и, конечно, количество продукции самых различных «изготовляющих» машин. Этот рост производительности труда достигался главным образом при помощи широкого внедрения автоматизации и комплексной механизации. Но выросли п мощности. В распоряжении человека, управляющего машиной, стало больше энергии. Важное значение прп совершенствовании машин имели и новые материалы, п в первую очередь пластмассы.
Но ведь все эти основные направления были определены еще в наше время. Они были сформулированы в известных решениях XXI съезда Коммунистической партии Советского Союза. Только выполнение этих решений и могло обеспечить стремительный и всеобъемлющий прогресс нашей техники.
В одном пз павильонов Выставки достижений народного хозяйства будущего. На обороте—проект двухкорпусного корабля. Его как бы разделили пополам и соединили выпуклыми сторонами внутрь.
ыдающиеся инженеры,
и иуобремапьели
И. И. ПОЛЗУНОВ (1728—1766)
Т/Гваи Иванович Ползунов родился па Урале, в семье простого солдата. Ои учился в первой русской горнозаводской школе в Екатеринбурге (ныне Свердловск). В 14 лет мальчик вынужден был пойти па завод. Четверть века работал он на предприятиях горного Урала. Работа была трудной, но Ползунов смотрел на нее не как па повинность. В труде он видел источник творческих радостей.
Жажда знаний у Ползунова была огромная. Проводя весь день на заводе, он находил в себе энергию усиленно заниматься дома физикой, химией, механикой. Из документов тех лет Ползунов встает перед нами квалифицированным горняком, строителем, знатоком руд, технологом, графиком, конструктором.
Много дала ему командировка в Петербург. Посещение Академии наук, знакомство с новинками литературы расширили его кругозор, пробудили в нем новые мысли.
Ползунов был хорошо знаком с современной ему теплотехникой. Он знал работы Севери и Ньюкомена, Папена и Ломоносова. Эго, а также его обширная заводская практика п подсказали ему возможность замены водяного колеса — основного двигателя того времени— паровым двигателем. И Ползунов решил создать машину «для пользы народной», чтобы «облегчить труд по нас грядущим».
В 1763 г. он представил начальству детальный проект и расчеты универсального двигателя. В своих записках Ползунов изложил физические и термодинамические основы машин. 1 аким образом, это было не только изобретение, ио я создание научно обоснованной конструкции.
Замечательно, что двигатель Ползунова действовал непрерывно, т. с. непрерывно отдавал работу. Этого не было во всех существовавших до тех пор пароатмосферных установках. Принцип работы ползуповской машины и теперь применяется в поршневых двигателях.
Построить свою машину Ползунову удалось не сразу. В начальственных кругах хотя и отметили оригинальность его конструкции, во не поняли, в чем состояло ее новшество. В проект были внесены поправки, с которыми Ползунов никак нс мог согласиться. Изобретатель составил проект новой машины, которая могла послужить заводу, где он работал.
Строить первую в истории человечества заводскую паросиловую установку было нелегко. Оборудования не хватало, у людей не было достаточно знаний. И все же к 1766 г. работу удалось закончить. Но трудности и постоянные неурядицы подорвали здоровье изобретателя. Он не дожил до окончательного испытания своего детища всего одной педели. Дело завершилп его лучшие ученики.
Машина была пущена в ход и некоторое время обслуживала дутьем плавильные печи металлургического завода, давая хорошие результаты. Но пспользовать по-настоящему пзо-
бретение Ползунова в те годы в России было невозможно. Даже на заводе, где машина была установлена, интерес к пен после смерти изобретателя ослабел, и она была вскоре заброшена.
В трудах Ползунова поражает одна особенность. Он правильно считал, что его машина имеет большое значение для развития русской промышленности, давая возможность использовать новые источники энергии. В то время преобладающей двигательной силой была вода. Ползунов указал, что это не позволяет развивать промышленность в городах, заставляет располагать ее вдоль рек, удорожая п усложняя перевоз руды, угля, лома. Он писал, что внедрение паровой машины позволит правильнее размещать производство, что паровая машина должна стать универсальным заводским двигателем.
Таким образом, И. И. Ползунов, сын простого солдата, ставший крупным инженером, был и выдающимся экономистом, человеком широчайшего кругозора.
До нас не дошел портрет И. И. Ползунова. На рисунке (стр. 537) художник попытался воспроизвести облик молодого изобретателя.
Первый русский теплотехник, талантливый изобретатель Иван Ползунов вписал своими замечательными трудами одну из интереснейших страниц в историю мировой техники.
И. П. КУЛИБИН (1735—1818)
jg 1769 г. императрице Екатерине II были преподнесены чудесные часы, но форме и размерам напоминающие утиное яйцо. Каждый час они издавали мелодичный звон, створки в них отворялись — и внутри на маленькой сцене изящные фигурки разыгрывали представление.
Эти часы изготовил механик-самоучка Иван Петрович Кулибин. Они показывали время, отбивали каждый час, половину и четверть часа. В полдень и полночь они исполняли гимн.
И. П. Кулибин родился в Нижнем Новгороде (теперь г. Горький). Его отец был мелким торговцем. Кулибин выучился грамоте у местного дьячка — и на этом его образование закончилось. Все свои знания он в дальнейшем приобретал самостоятельно, читая выходящие в те годы книги по технике. Изобретать он любил с детства и особенно увлекался часовыми механизмами.
В изготовлении различных часов Кулибин добился неслыханного в то время мастерства.
По приказу императрицы талантливого изобретателя назначили заведовать механическими мастерскими Академии паук. Он проработал там тридцать лет. II не было такого исследования, не было такой научной экспедиции, которые не оснащались бы приборами и инструментами, изготовленными или изобретенными Кулибиным. Он сделал Петербургскую Академию наук выдающимся центром по производству научных приборов, и русские ученые той поры делили с Кулибиным славу своих научных достижений.
Однако работа в мастерских Академии наук при всем своем многообразии и объеме не могла исчерпать огромных творческих сил Ивана Петровича Кулибина. В 1772 г. Лондонское королевское общество объявило международный конкурс на постройку лучшей модели одпоарочного моста через Темзу. К тому времени техника знала пролет одноарочного моста лишь в 60 м, Англичане решили соорудить мост с пролетом в 250 м. Задача была очень сложной, и поэтому к решению ее решили привлечь инженеров всех стран.
Кулибин, который как раз в это время обдумывал конструкцию постоянного моста над Новой, с увлечением стал разрабатывать свой проект. Он усложнил задачу, увеличив пролет
до 300 м с тем, чтобы мост мог перекрыть и Неву, и создал модель, поражающую гениальное смелостью п вдохновением. Это был первый в мире мост из решетчатых ферм, которые впоследствии стали столь распространены.
Проект Кулибина вызвал восхищение во всем мире. Одни из величайших ученых того времени Даниил Бернулли, ознакомившись с кулибинеким проемом, назвал его автора «великим артистом».
Эта оценка не была преувеличенной. И сейчас, полтора века спустя, нас поражает зрелость технпческоп мысли, глубина инженерного интеллекта талантливого изобретателя. Он дал принципиально новую конструкцию деревянного моста и подробно описал работы, необходимые для постройки этого сложнейшего сооружения. Он разработал методику испытании отдельных частей моста, изобрел для этого все необходимые приборы. Он не ограничился экспериментами, а разработал и изложил теорию своей конструкции. Наконец, он первый поднял вопрос о применении металла как материала для мостов, когда весь мир строил мосты из дерева п камня.
За свою долгую жизнь — Кулибин умер в возрасте 83 лет — он сделал немало выдающихся изобретении. Так, он создал оптический телеграф для передачи па расстояние условных сигналов при помоицт системы семафоров, которую сам же разработал. В списке его изобретений — прожекторы, водоходные суда, идущие против течения, механическая сеялка, плавучая мельница, грузоподъемный механизм, насосы и многое другое.
Его творчество оказало огромное влияние на дальнейшее развитие русской технпческоп мысли.
Царская Россия не сумела оценить талантливого самородка из народа, средств га осуществление своих изобретении у него постоянно нс хватало. Последние годы жпзнп Кулибин провел в бедности.
ДЖЕМС УАТТ (1736—1819)
Па памятнике Джемсу Уатту написано: «Увеличил власть человека над природой». 1 ак оценили современники деятельность знаменитого английского изобретателя.
Дж. Уатт родился в Шотландии, неподалеку от крупного промышленного города Глазго. Отец его был механиком, и мальчика с детства
окружали разнообразные инструменты и машины. Он много времени проводил в мастерской отца, присматривался к его работе и сам с увлечением мастерил модели машин. Несомненно, это п определило в дальнейшем жизненный путь Уатта.
Окончив начальную школу, мальчик несколько лет обучался ремеслу механика в Глазго, а потом год совершенствовал свое мастерство в [опдонс. Вернувшись снова в родном город, Дж. Уатт открыл мастерскую при местном университете. Он принимал заказы на в Зго-товлспис и починку музыкальных инструментов и всевозможных точных приборов.
В 1763 г. Дж. Уатту пришлось заняться усовершенствованием пароатмосферноп машины Г. Ньюкомена, принадлежавшей университету. Принцип ее работы был такой: пар поднимал поршень в цилиндре до самого верха. Затем в цилиндр под поршень впрыскивали воду. Большая часть пара, охладившись, конденсировалась, т. с. превращалась в воду. Под поршнем образовывался вакуум, и атмосферное давление гнало поршень вниз.
Машина действовала медленно, неравномерно, была громоздкой, «пожирала» массу топлива. Ее можно было использовать только на угольных шахтах. Там она приводила в действие насосы. Вдали от угольных месторождений «прокормить» эту махину было очень трудно.
Усовершенствовать пароатмосферную машину I. Ньюкомена пытались многие изобретатели, но неудачно.
Уатт решил прежде всего выяснить, почему машина Ньюкомена, поглощая так много топлива, производит такую незначительную работу. Он провел множество опытов, изучая свойства водяного пара. Данные зависимости температуры насыщенного пара от давления, выведенные Уаттом, очень близки к современным.
Настойчивость п упорство «мастера математических инструментов» — так называлась должность Уатта — привели к желанной цели. Ему стали ясны основные недостатки пародт-мосферной машины.
«Я пришел к твердому заключению'— писал Уатт,— что, для того чтобы сделать совершенную паровою машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда так же горяч, как и входящий в него пар: по, с другой стороны, конденсация пара для образования вакуума должна происходить при температуре не выше 30 ».
'Гак явилась мысль разделить пилнндр на две частя: горячую, куда будет впускаться нар
и где будет совершаться рабочий ход, п холодную, конденсирующую пар.
Конденсатор резко увеличил экономичность машины. Уатт сделал еще несколько усовершенствований, окончательно превративших пароатмосферную машину в паровую, и в 1768 г. подал прошение о патенте на свое изобретение.
Патент он получил, но построить паровую машину ему долго не удавалось. То не хватало денег, то не было механизмов для достаточно топкой обработки поршня и цилиндра, то нс получалось точной пригонки деталей.
Много мытарств претерпел Уатт. И только когда его компаньоном стал крупный английский промышленник Болтон, вложивший своп средства в постройку машины, дело сдвинулось с места. В 1774 г. паровая машина Уатта была, наконец, построена и успешно прошла испытание. Опа была вдвое эффективнее машины Ньюкомена и быстро распространилась на шахтах.
С этого времени материальные дела Уатта окончательно поправились. Переложив всю финансовую часть па Болтона, сам он занялся только любимым делом — изобретательством.
Но служить исключительно технике Уатту не всегда удавалось. Его постоянно втягивали в судебные процессы с изобретателями, совер
шенствовавшими его машину, много времени отнимали покупатели. Однако Уатт продолжал работу.
В 1784 г. Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия. В ней пар поступал в цилиндр попеременно, то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому поршень совершал и рабочий, и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Кроме того, Уатт сконструировал центробежный регулятор, который включил в конструкцию этой машины. Маркс писал: «Великий гении Уатта обнаруживается в том, что патент, взятый им в апреле 1784 г., давая описание паровой машины, изображает ее не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности». И действительно, двигатель Уатта годился для любой машины.
За эти годы Уатт изобрел также пять способов превращения возвратно-поступательного движения во вращательное. Один из них — замена крпвошппио-шатунного механизма зубчатой передачей — был очень важным изобретением. Другой до сих пор называют параллелограммом Уатта.
Но Уатт занимался не только усовершенствованием своей машины. Ему принадлежали п такие важные изобретения, как первый в мире паровой молот п паровое отопление. Сконструировал он п несколько счетных машин, копировальных прессов и т. п.
Глубокий знаток техники, Уатт любил п понимал литературу, владел несколькими языками. Своим умом и разносторонними знаниями он всегда привлекал к себе не только молодежь, но и людей с большим жизненным опытом, образованных и ученых.
В последние годы жизни Уатт был близок с известным писателем Вальтером Скоттом, который искренне восхищался разнообразием познаний своего друга.
Дж. Уатту довелось еще при жизни увидеть победное шесгвпе своего изобретения по всем странам. Окруженный уважением и славой, он прожил последние годы своей жизни в спокойствии и достатке.
МЕХАНИКИ ЧЕРЕПАНОВЫ
конце XVIII и первой половине XIX в.
в поселке Выйского завода на Урале жила семья Черепановых, искусных крепостных мастеров. Выйскпй завод принадлежал богатеи-
ВЫДАЮЩИЕСЯ ИНЖЕНЕРЫ И ИЗОНРЕТЛТЕЛИ
шлм заводчикам-крепостникам Демидовым. Родоначальником Черепановых был крепостной дровосек Петр Черепанов. Сын его Алексей был занят на различных заводских работах, не требовавших особого «умельства». По своим детям он дал хорошую подготовку. Особенные способности к мастерству с детства проявлял старший сын Алексея Черепанова Ефим (1774—1842).
В последней четверти ХА III в. металлургия и металлообработка бурно развивались. По выплавке чугуна Россия занимала первое место в мире. Великолепное уральское железо в больших количествах вывозили в Англию и другие страны. На уральских заводах трудилось много крепостных мастеров, изобретательность которых способствовала успехам русской металлургии.
Ефим ревностно изучал все отрасли заводского мастерства. Особенно он интересовался устройством воздуходувных мехов и иных «махин», приводимых в движение силон воды, лошадей или просто вручную. В свободное от работы время Ефим самостоятельно изучал основы механики и другие пауки.
Ефиму было немногим больше 20 лет, когда его послали как отличного специалиста по воздуходувным мехам па строящийся под Петербургом завод Салтыковых. 1 ри года провел молодой специалист вблизи столицы с ее многочисленными заводами. Его кругозор расширился, он приобрел много новых знаний в различных областях производства.
Но после возвращения в родные места талантливый юноша долго еще занимал самые скромные должности. Лишь в 1807 г. он стал «плотинным мастером» Выйского завода.
Это был важный пост. Плотинный руководил постройкой и эксплуатацией гидротехнических сооружении — плотин, водохранилищ, каналов, а также водяных колес и всех водо-действующих конных и ручных устройств.
Грамотным, сметливым, по менее способным к изобретательству был брат Ефима «заводской служитель» Алексей (1786—1817). Заводская администрация использовала его по различным поручениям, он часто ездил в Москву и Петербург.
В то время паровых двигателей в России было мало, особенно па Урале. Директор Нижне- тагильских заводов и главные приказчики убедили Демидова, что строить такие машины преждевременно, а уж тем более не следует поручать этого дела крепостным «домашним механикам». Ефим Черепанов организовал на
Выйском заводе механический цех («фабрику»). На свой страх и риск он построил маленькую паровую машину, которая успешно приводила в движение токарные станки.
У выйского плотинного подрастал уже верный помощник — его сын Мирон (1803-1849). Этот высокин юноша с рыжими волосами и упрямым взглядом широко расставленных глаз проявлял с детских лет такой же интерес к технике, как и его отец. Сметливость и работоспособность Мирона были удивительны. Под руководством отца он так хорошо обучился грамоте, арифметике и черчению, что уже в 12 лет его приняли писцом на Выйский ’.анод. Отец и сын были очень привя шны друг к другу.
О достижениях Ефима Черепанова и о его механическом цехе узнал Н.Н. Демидов. Вспомнив, что еще Алексей Черепанов рассказывал ему о талантах старшего брага, Демидов послал его в Англию с важным и спешным поручением: выяснить, почему снизился сбыт русского железа. В Англии Черепанов посетил важнейшие промышленные центры страны и внимательно изучал передовой технический опыт. Английских специалистов поражали трезвые, глубокие оценки «сибирского механика»,
его талант и знания.
Черепанов пришел к заключению, что для успешной конкуренции русского железа с западноевропейским
нужно технически переоборудовать уральскую промышленность и, в частности, ввести паровые двигатели. Н. Н. Демидов после долгих колебании согласился провести часть намеченных Черепановым мероприятий и назначил его главным механиком Нижнетагильских заводов. Геперь Черепанову стало легче работать. Он добился от хозяина согласия на постройку машины наиболее совершенного типа, которую «к каждому действию можно пристроить». С помощью сына и «механическогоштата» мастеров, собранных на Выйском заводе, Е. А. Черепанов в 1824 г. построил машину в 4л.с., в 1826—1827 гг. — другую, мощностью более 30 л.с., а еще через три года — третью, в 40 л.с. Первую испробовали сначала на мукомольной мельнице, а потом применили на платиновом прииске. Две другие работали на шахтах Медного рудника по откачке грунтовых вод. Вскоре Черепановы построили паровой двигатель по заказу уральского завода Расторгуевых. Строители самых сложных машин Черепановы стали известны далеко за пиеделами демидовских заводов.
Отец и сын Черепановы не переставали учиться. Опп не раз ездили на разные предприятия Урала, Москвы, Петербурга, побывали в Швеции. К этому времени у них появился еще один помощник — сын Алексея Черепанова Аммос, который закончил заводское училище и в 1829 г. поступил па Выйский завот.
Успехи Е. А. Черепанова были столь велпки, что в начале 30-х годов главный начальник уральских заводов представил механика к награждению золотой медалью. Но петербургское начальство не пожелало дать крепостному и «простолюдину» золотую медаль п дало лишь серебряную (к этому времени Н. Н. Демидов умер и во главе заводов стояли его сыновья). Демидовы решили проявить великодушие к мастеру, отмеченному официальной наградой, и в 1833 г. далп Е. А. Черепанову вольную, но семья его по-прежнему оставалась в крепостной зависимости.
Между тем Мирон Черепанов приступпл к работе над созданием «паровой телеги»— паровоза. По-видимому, к этой мысли механик пришел вместе с отцом и талантливым инженером Ф. И. Швецовым, тоже выходцем из крепостных.
Но помещики-крепостники не были заинтересованы в новых видах транспорта. В их распоряжении был дешевый принудительный труд крестьян, отбывавших гужевую повинность. Против железных дорог и пароходов
выступали извозопромышленники и судовладельцы, жестоко эксплуатировавшие возчиков и бурлаков. Черепанов и Швецов, выступившие за введение рельсовых дорог с паровой тягой, были пионерами новой техники.
Много дала Мирону Черепанову поездка в Англию (1833). Однако у него не было возможности изучить устройство английских паровозов и снять чертежи с их деталей. Тагильские мастера и «механический штат» Вый-ского завода решали важнейшие технические вопросы устройства паровозов сами.
Первый черепаповский паровоз был построен в 1834 г., а второй — в 1835 г. Между Выйскпм заводом и Медным рудником проложили дорогу из чугунных грибовидных рельсов, протяжением более 3 кл£. Первый паровоз вел состав весом до 3.2 Т, а второй — до 16 Т со скоростью 13—16 км/час. Устройство паровозов принципиально не расходилось с наиболее совершенной в то время стефенооновской системой. В горизонтально расположенном котле было до 80 дымогарных трубок. Два паровых цилиндра размещались горизонтально и передней части паровоза. Локомотив был снабжен оригинальным механизмом обратного хода.
Одновременно с созданием первых в России паровозов Черепановы успешно усовершенствовали различные отрасли заводского производства. Они строили гидротехнические сооружения, создавали металлургическое оборудование, металлообрабатывающие станки, паровые машины. Вместе с Швецовым работали они и над использованием тепла и теплотворности отходящих газов медеплавильных и доменных печей. Однако реакционно настроенные заводские приказчики относились к талантливым изобретателям недоброжелательно п постепенно отстранили их от обязанностей главных механиков.
Напряженная, непосильная работа и постоянные неприятности тяжело сказались на здоровье Е. А. Черепанова. В 1842 г. он умер от кровоизлияния в мозг. Мирон и Аммос Черепановы продолжали его дело. Но работать им становилось все тяжелее. Хозяин завода А. Н. Демидов постоянно жил за границей и не доверял русским специалистам, тем более выходцам из крепостных. Все заводские дела он передал в руки иностранных советников и бездушных карьеристов. Ф. II. Швецовг\ уволили. Новое начальство было против строительства паровых машин и станков на заводах, предпочитая покупать ьсе готовым на стороне. Выйское механическое заведение было ликвидировано. Паровозы Черепановых бездействовали.
На заводских рельсовых линиях применяли лишь конную тягу.
В 1849 г. Мирон Черепанов, выдающийся русский механик, строитель первых паровозов в России, скончался в расцвете сил.
Аммос Черепанов продолжал работать над усовершенствованием паровых машин. Есть сведения (к сожалению, не подтвержденные документами), что он построил большой паровой самоход («паровой слон») для перевозки грузов между Салдинскими заводами. Вольной он так и не получил.
Наследие Черепановых многообразно. Они создали много сооружений, машин и механизмов, которые продолжали работать и после смерти механиков.
После них остались оригинальные технические идеи, замыслы, усовершенствования. Дело Черепановых продолжали их преемники— опытные «умельцы» всех специальностей.
ДЖОРДЖ СТЕФЕНСОН (1781—1848)
Джордж Стефенсон, один нз выдающихся пзо-/ч5ретателей и конструкторов в области железнодорожного транспорта, родился в семье шахтера Роберта Стефенсона в горняцком поселке Вайлем, недалеко от Ньюкасла, крупного центра каменноугольной промышленности Англии. С ранних лет Джордж должен был вносить свою лепту в скудные доходы семьи. Он работал и пастухом, и погонщиком лошадей прп подъемном вороте, п кочегаром, и машинистом при паровом двигателе.
До 18 лет юноша оставался неграмотным, как и большая часть ньюкаслских шахтеров. Потом он после тяжелого, долгого рабочего дня стал посещать вечернюю начальную школу. Однако основные знания по арифметике, механике и другим техническим наукам Стефенсон приобрел самостоятельно. А в редкие часы досуга он изобретал различные устройства.
В 1802 г. Стефенсон обосновался в поселке Уиллингтон, где ему поручили управлять паровой подъемной машиной. Дежуря по ночам у машины, Стефенсон не терял пи минуты, усердно занимаясь бесконечными математическими расчетами пли ... починкой обуви шахтерам ему необходимы были средства па учение.
В 1805 г. Стефенсон с женой и сыном переехал па Уэстмурские копи, где стал работать механиком при большой подъемной паровой
машине. Здесь на него обрушилось несчастье— после тяжелой болезни умерла жена, а через год струя горячего пара выжгла глаза его отцу.
Началась жизнь, полная лишении. В эти годы Стефенсон, проявив упорство и настойчивость, настолько пополнил свои знания, что стал решать технические задачи, доступные лишь специалисту-инженеру. Управляющие копями обратили па него внимание и назначили механиком всех копей.
Зная по опыту, какое огромное значение имеет систематическое образование, Стефенсон приложил все силы к тому, чтобы сын его стал квалифицированным инженером. Это требовало расходов, огромных для средств семьи Стефенсона. II механик больших копен чинил обувь соседям, исправлял часы — словом, не отказывался пи от какой работы, лишь бы достать деньги на обучение сына. Помогая сыну готовить уроки, Стефенсон пополнял и свои знания по алгебре, тригонометрии, фишке, химии.
В 1813 г. Джордж Стефенсон, которому в то время было 32 года, впервые занялся устройством «самодвижущепся паровой машины» — паровоза. Он решил, используя опыт предыдущих конструкторов паровозов, создать более совершенную машину.
В июле 1814 г., после десятимесячной работы, Стефенсон закончил первый паровоз для Кил-липгуортской рельсовой дороги. По устройству
котла, расположению цилиндров и системе передачи он напоминал некоторые из предшествующих типов паровозов и был недостаточно мощным. На первом испытании паровоз передвигал состав весом в 30,5 71, развивая скорость до () км/час. После года эксплуатации паровоз Стефенсона дал лишь небольшую экономию, и расчетливые хозяева предпочли пока сохранить конную тягу на рельсовых путях.
Но Стефенсон не унывал. Он настойчиво продолжал работать.
В 1816 г. изобретатель создал трехосный паровоз «Киллингуорт», который мог вести состав весом 50 Т со скоростью 10 км час. Преимущество паровозов перед копной тягой становилось явным.
Хозяев смущало основное требование Стефенсона — одновременно с паровозами улучшать и путь. Ведь чугунные рельсовые дороги, рассчитанные па конную тягу, были слишком слабыми и несовершенными для локомотивной тяги. Это требовало больших дополнительных расходов, а хозяева на них скупились. Однако грузов на шахтах п заводах перевозилось все больше, и некоторые владельцы решили рискнуть. Стефенсону стали поручать переоборудование конных рельсовых дорог на паровую тягу. В 1830 г. была открыта знаменитая дорога Манчестер—Ливерпуль протяженнее тью 48 км.
Борьба за постройку этой дороги — одна пз самых волнующих страниц в славпой биографии талантливого сына английского народа. Это была решительная победа пара на сухопутном транспорте и начало новой железнодорожной эры.
Успехам Стефенсона содействовало быстрое развитие английской промышленности. Крупное машинное производство нуждалось геперь в новых, более совершенных средствах передвижения. Владельцы манчестерских фабрик и ливерпульские купцы стали поддерживать планы строительства железных дорог с паровой тягой. Против них выступали самые реакционные силы — помещики и духовенство.
Понадобилась непреклонная убежденность, энергия, настойчивость Стефенсона, чтобы довести строителиство железной дороги до конца. Хозяева постоянно подводили его, враги подвергали яростной травле.
Однажды все решили, что и упрямый Стефенсон отступит: на пути лежало торфяное болото шириной 6,5 км. Стефенсон распорядился соорудить легкую насыпь, которая держалась бы на поверхности болота, как понтон
ный мост. «Потонет! Болото существует с сотворения мира!»—злорадствовали враги. И в одном месте насыпь действительно стала уходить под воду. Стефин сон распорядился сыпать в этот бездонный провал мох. фашинник и торф. 1рис половиной года непрерывный поток тачек подвозил материалы к проклятому болоту. И воля Стефенсона победила. Рельсовый путь пересек болото и не давал ни малейшей осадки.
Сын Стефенсона Роберт, вернувшись из Южной Америки, где он провел несколько лет, помог отцу завершить строительство. На заводе в Ньюкасле они организовали постройку паровозов нового типа. На испытаниях паровозов лучшего типа победил стефепсоновскии паровоз «Ракета». Важнейшей особенностью «Ракеты» было применение парового котла с двадцатью пятью дымогарными трубами. По этим трубам шли раскаленные топочные газы. Они отдавали свое тепло воде в котле, что значительно увеличивало поверхность нагрева. Котлы первых паровозов имели обычно одну прямую жаровую трубу.
После 1830 г. отец и сын Стефенсоны стали всемирно признанными авторитетами по железнодорожному строительству. Они участвовали в постройке многих важных дорог в Англии и за границей.
Особенно гордился Джордж Стефенсон Норт-Мидлэндской линией между Лондоном и Эдинбургом. Дорога шла 115 км по сильно пересеченной гористой местности, по 200 мостам и через 7 туннелей.
Стефенсоновскпе паровозы экспортировались в Бельгию, Францию, Германию, США. В 1834 г. на заводе Роберта Стефенсона был построен трехосный паровоз, названный «Патентовладелец». Он получил большое распространение в Англии п за се пределами.
Джордж Стефенсон принимал живое участие в нескольких научно-технических обществах, рассматривал новые изобретения, консультировал сооружение новых дорог и т. д.
Но при этом он упорно отклонял присвоение ему каких-либо званий или титулов. Гордый своим простым происхождением, Стефенсон писал, что не хочет «этих пустых добавок к своему имени».
Судьба Стефенсона — это волнующая повесть о славном сыне английского рабочего класса, который в тяжких условиях капиталистической Англии времен промышленного переворота добился решающих успехов благодаря своему таланту, неиссякаемой энергии, самоотверженности и железной воле.
П. П. АНОСОВ (1797—1851)
^Давел Петрович Аносов был сыном мелкого чиновники Бергколлегни — так называли тогда Горную коллегию.
Когда Павлу исполнилось 9 лет, его отца перевели в Пермь, но прожили они там недолго. Скоропостижно скончался отец, а вскоре умерла п мать. Детей взял на воспитание дед, Лев Собакин, в то время известный механик Камско-Воткинских заводов. Он решил дать своим внукам хорошее образование и исходатайствовал им вакансии в одном из лучших учебных заведений Петербурга — в Горном кадетском корпусе. В 1809 г. дед отвез своих внуков Павла и Василия в Петер бург. Учились они, как тогда писалось, на казенный кошт, «за счет хребта Уральского», т. е. на стипендию из средств главноуправляющего горных заводов Урала. Василин Аносов па второй год после поступления в корпус умер.
Павел был среди первых учеников и еще во время учебы стал интересоваться металлургией Окончил он кадетский корпус с большой золотой медалью, которую присудили ему «за примерное благонравие, весьма похвальное поведение и успехи: весьма хорошие в геогнозии, технологии, пробирном искусстве, металлургии. горном искусстве и маркшейдерском искусстве».
Аносов получил назначение в Златоустовский горный округ. Как медалисту ему выдали на обзаведение 500 руб.— сумма по тому времени немалая. Среди других покупок Аносова был микроскоп.
Первые два года Аносов работал практикантом. Он подготовил обстоятельное описание горного и заводского производства Златоустовского завода. По окончании срока практики Аносова определили на службу на только что созданную оружейную фабрику. Началась пора его творческой деятельности.
Прошло несколько лет, и молодой Аносов стал управляющим оружейной фабрики. На иен тогда работало много иностранных мастеров, выписанных по указанию царя Александра 1 из Германия. Однако в технологию производства стали они не внесли ничего нового. Применявшийся на Златоустовской оружеййой фабрике метод производства стали мало чем отличался от приемов работы на других предприятиях Урала. В основе процесса лежал так называемый крниный горн. Сталь получалась пу
тем сваривания сложенных в пучки полос из кричного железа или же цементацией полос. Чтобы железо науглеродить (цементовать), волосы погружали в ящики, переслаивалиугольным порошком, потом разводили огонь в топке и поддерживали жар 8—12 суток. Считалось, что железу для цемептовапия необходимо непосредственно соприкасаться с углем.
Аносов решил ускорить процесс. Он поместил железо в тигельный горшок. В нем непосредственного контакта \ гля и железа не было. Но Павел Петрович понимал, что это только кажущееся разделение: тигель стоял в горне, насыщенном продуктами горения угля. Разница заключалась лишь в том, что углерод перешел в газообразное состояние. И пока тигель оставался открытым, частицы углерода настойчиво атаковали железо. Полученная таким образом сталь оказалась лучше, чем цементованная. Аносов сделал вывод, чго «для получения литой стали плавильный горшок с крышей есть просто отпираемый ящик. Стоит только знать, когда его открыть, когда закрыть. Цементова-нне железа, находящегося в горшке, совершается точно так же, как в ящике с угольным порошком, токмо тем скорее, чем возвышеннее температура».
В 1837 г. в «Горном журнале» появился научный труд Аносова «О приготовлении литой стали». Исследователь совершил 11астрящий переворот в техн икс производства стали. Все дальнейшие усовершенствования XIX в. в этой области основаны па его открытиях.
Попеки способов получения литой стали тесно связаны с опытами получения булата. Над методом производства этой необычайно упругой и крепкой стали действительно висела тайна. Многие ученые разных стран безуспешно пытались ее разгадать. Аносов подошел к этой тайне как глубокий исследователь. Он не ожидал легких успехов, он знал, что путь к победе лежит через очень долгие и настойчивые попеки и опыты.
В марте 1828 г. Аносов начал своп знаменитый «Журнал опытам». В нем 186 записей. Для получения булата Паве i Петрович испробовал самые различные материалы минерального и органического происхождения, разные режимы плавки и охлаждения.
Исследуя полученную сталь, он впервые в мире — это было в 1831 г.— стал рассматривать кристаллы металла через микроскоп и увидел «узоры, подобные по расположению булатным». Этим Аносов заложил основы новой науки — металловедения.
О 35 Детская энциклопедия, т. 5
Много раз Аносов был уже почти у цели, но получить булат ему все не удавалось. Однако он упорно добивался победы.
После долгих опытов исследователь пришел к выводу, что природа булата объясняется чистотой исходных материалов и режимом застывания металла.
«Железо и углерод и ничего бол ре,— писал он в опубликованном в 1841 г. сочинении «О булатах»,— все дело в чистоте исходных материалов, в методе охлаждения, в кристаллизации». Аносовские изделия из булата оказались настолько высокого качества, что самые крупные знатоки не могли их отличить от лучших — индийских.
Многолетний труд по отысканию тайпы булата привел Аносова к другому чрезвычайно важному открытию. Прибавляя в тигли разные химические элементы. Павел Петрович стал получать сталь с различными свойствами. Так, прибавка 1% марганца дала с га ль «крепкую», а прибавка 2% — сталь, хорошую «и по ковкости и по остроте». На этой стали оказались и узоры. Аносов проводил плавки с хромом, титаном и многими другими элементами. Это было началом металлургии качественных, или специальных, сталей.
Аносов занимался не только металлургией. Он был и геологом, и химиком, и конструктором. В геологии известен «спирифер Аносова» (род вымерших плеченогих, встречающийся там где есть морские отложения). Известный английский ученый-геолог Мурчисон, посетивший в тс времена Урал, признал, что находка Аносова позволила по-новому осветить всю историю Уральских гор.
Став начальником Златоустовского горного округа и дослужившись до звания генерал-майора, Аносов всюду насаждал передовые методы производства. Он вел энергичную борьбу с консерватизмом и неверием в народные таланты.
Аносов сконструировал золотопромываль-ную машину, которая нашла применение на всех промыслах России и за границей. По амосовским чертежам были установлены машины на золотых приисках в Египте.
Советские люди высоко ценят заслуги этого замечательного патриота, талантливого сына Родины. В Златоусте, в городе, где Аносов провел тридцать лет, ему воздвигнут памятник.
Б. С. ЯКОБИ (1801—1874)
£> 1834 г. в мемуарах Парижской академии наук появилась заметка о новой «магнитной машине». Сообщая об изобретенном им электродвигателе, автор писал: «Машина эта дает непосредственное постоянное круговое движение, которое гораздо легче преобразовывать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное движение». Заметку подписал мало кому в то время известный Якоби.
Работа электродвигателя Якобп была основана на притягивании разноименных магнитных полюсов и отталкивании одноименных. Это то самое явление, которое заставляет магнитную стрелку компаса поворачиваться одним концом к северу, другим — к югу.
Для переключения тока в обмотке было сделано особое приспособление — коллектор. Электродвигатель вращался непрерывно и придуман был настолько удачно, что его основные части— вращающимся электромагнит и коллектор — до сих пор сохранились во всех электромашинах постоянного тока.
Изобретатель этого электродвигателя Борис Семенович Якоби родился в г. Потсдаме, в Германии. В 1823 г. он окончил Гёттингенский университет и пожеланию родителей стал архитектором. Но молодого архитектора боль-
ше интересовала физика. Он занялся усовершенствованием водяных двигателей, затем увлекся электричеством. Через несколько лет появилась первая модель нового электродвигателя, потом — вторая.
В 1835 г. Якоби но рекомендации видных ученых был приглашен в Россию — в Дерпт-скнй (ныне Тартуский) университет. Здесь он занял должность профессора архитектуры. С этих пор вся жизнь Якоби была связана с Россией. Он всегда подчеркивал, что его изобретения принадлежат России, в которой изобретатель нашел свою вторую родину.
Молодой профессор архитектуры все свободное время отдавал работе над усовершенствованием своего электродвигателя.
Летом 1837 г. он, наконец, мог сообщить Петербургской Академии паук, что созданный им двигатель работает вполне надежно.
Изобретением Якоби заинтересовались. Его вызвали в Петербург для опытной работы ио применению электродвигателей па судах флота. Здесь Якоби стал работать вместе с замечательным ученым — акад. Ленцем. При содействии известного адмирала Крузенштерна (ко-т эрый совершил первое русское кругосветное путешествие) они к 1839 г. построили два мощных по тем временам электродвигателя. Один из них был установлен на большой лодке п вращал ее гребные колеса. При испытании лодка с экипажем в 14 человек в течение нескольких часов поднималась против течения Невы, борясь со встречным ветром и волнами. Это было первое в мире электрическое судно.
Второй двигатель Якоби — Ленца катил по рельсам тележку, в которой мог помещаться человек. Эта скромная тележка приходится бабушкой трамваю, троллейбусу, электропоезду, электрокару. Правда, сидеть в ней было не очень удобно: почти все место занимала батарея. Других источников электрического тока тогда еще не знали.
Элементы батарей быстро выходили пз строя: цинковый электрод в них разрушался, «сгорал», подобно тому как сгорает угол]» в топке паровой машины. Но уголь был дешев, а цинк в те времена стоил очень дорого. Работа электродвигателя с батареями обходилась в 12 раз дороже, чем работа паровой машины!
Нужно было получить дешевый электрический ток. Якоби стал тщательно исследовать гальванические элементы. И эта напряженная работа дала неожиданный результат
Однажды, рассматривая электрод разобранного элемента Даниэля, Якоби заметил,
что слон осевшей па электроде меди легко отделяется. На нем запечатлелась каждая шероховатость, каждая мельчайшая царапинка электрода!
Якоби подвесил вместо электрода медную монету. Через некоторое время она покрылась слоем меди. Сняв этот слой, Якоби увидел на нем отпечаток монеты. Только отпечаток был обратным. А что, если сделать таким способом новую монету?
Якоби подвесил вместо электрода этот отпечаток и включил элемент. Прошло несколько часов... Пора! Вынув нагретый током электрод, Якоби осторожно разделил его па две части. В одной руке остался отпечаток монеты, в другой — новенькая медная монета, в точности подобная первой! Она была как бы вылеплена током гальванического элемента. Поэтому Яко-бп назвал свое открытие гальванопластикой.
Но можно ли приспособить гальванопластику к какому-нибудь делу? Конечно, изготовлять таким способом медные монеты невыгодно, они обойдутся дороже серебряных. Якоби стал пробовать получать копии с самых разнообразных предметов. Однажды гравер принес новую медную дощечку для входной двери. На ней была вырезана надпись: «Профессор Б. С. Якоби». Разумеется, дощечку немедленно постигла участь всех металлических предметов в доме: она стала электродом. И вскоре
Якоби уже держал в руках отпечаток дощечки. Врезанные буквы надписи на отпечатке стали выпуклыми. Ученый смазал их краской и прижал к бумаге. Надпись отпечаталась прекрасно!
Теперь Якоби нашел, наконец, применение своему открытию. Можно делать точные формы для печати. В России уже печатались бумажные деньги. Медные гравированные доски быстро стирались. Приходилось заказывать новые. Но даже самые искусные граверы не могли точно повторить прежний рисунок. Деньги получались разными. Теперь этому пришел конец!
Открытие гальванопластики получило признание во всем мире. В Петербурге было создано предприятие, которое с успехом изготовляло путем гальванопластики барельефы и статуи для украшения Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца, золотило листы кровли для шпилей и куполов, размножало медные копии с форм для печатания не только денег, но и географических карт, почтовых марок, художественных гравюр.
Еще много лет работал Якоби на благо русской науки и промышленности. Он усовершенствовал электрический телеграф, годом раньше С. Морзе создал пишущий телеграфный аппарат, впервые использовал землю в качестве обратного провода, изобрел подземный кабель в свинцовой оболочке. Якоби усовершенствовал мины с электрическим взрывателем, создал реостаты и эталоны сопротивлений, придумал новый способ изготовления эталонов мер и весов.
Изобретения Якоби не только помогали развитию техники и просвещению парода. Они обогащали предприимчивых заводчиков и фабрикантов, выпускавших новые изделия. Но сам изобретатель, признанный всем миром, избранный членом Академии наук, удостоенный золотых медалей разных ученых обществ, не разбогател. На могиле Б. С. Якоби стоит бюст, изготовленный при помощи гальванопластики.
Д. К. ЧЕРНОВ (1839- 1921)
р одился Дмитрий Константинович Чернов в Петербурге в семье мелкого чиновника. Он прекрасно учился в гимназии и после ее окончания поступил в технологический институт. В 19 лет юноша блестяще окончил его, получив диплом инженера-технолога. За выдающиеся успехи по математике его оставили в
институте преподавателем. В эти годы он бы i так же вольнослушателем физико-математического факультета Петербургского университета. Окончив его, Чс рвов по-прежнему стал преподавать математику в Технологическом институте. Одновременно он — помощник заведующего большой научно-технической библиотеки. Но чистая математика влекла его меньше, чем мир техники. Поэтому, когда молодого преподавателя пригласили работать инженером на вновь построенном близ Петербурга сталелитейном заводе Обухова, он сразу же согласился.
Это произошло в 1866 г. В то время во всем мире сталь лишь начала входить в производство. И завод Обухова приступил к производству новых пушек — не из бронзы, как их еще недавно делали, а из стали.
Первая русская стальная пушка была изготовлена в 1860 г. на Урале. Это было выдающимся событием в сталелитейной промышленности России. На Всемирной выставке 1862 г. в Лондоне эта пушка превзошла орудия, представленные здесь, западноевропейскими странами и Америкой, и получила высшую оценку и премию.
Однако пушечное производство в России все же нельзя было еще назвать налаженным. Изготовленные на Обуховском заводе пушки большого калибра нередко разрывались при первом же выстреле. Причину этого установить не могли. Химический состав стали считался безукоризненным; литье, казалось, обрабатывалось одинаково. Уже шла речь о том, что производство стальных орудий в России будет прекращено и заказы переданы на иностранные заводы.
И вот тут-то дело спасло открытие Д. К. Чернова. Он установил критические точки нагрева металла, известные теперь всему миру под названием «точек Чернова».
Ученый неутомимо искал причину разрушения пушек. Тщательно изучая места разрывов орудий, он обнаружил, что здесь сталь имеет крупнозернистую структуру. Структура же металла тех пушек, которые не разрывались, была мелкозернистой. Следовательно, причина брака крылась не в химическом составе стали, а в разной обработке литья.
Наблюдая за изготовлением стальных болванок, Чернов видел, как, нагреваясь, они последовательно проходили все цвета каления— от темно-красного до ослепительно-белого. А когда металл медленно остывал на воздухе, то так же последовательно терял эти цвета; но вдруг темнеющая масса остывающего метал-
ла как бы вспыхивала, а затем снова спокойно остывала. Чернов без конца повторял опыт, и всякий раз это явление повторялось.
Учены и понял, что обнаружил какой-то очень важный закон, позволяющий познать таинственную жизнь металла. Он начал сравнивать закалку болванок, нагретых и не нагретых до этой критической точки. Выяснилось, что болванки, нагретые ниже критической температуры, совсем не закалялись, оставались «мягкими». Эту критическую точку нагрева (около 700°), при которой металл приобретает темно-вишневый цвет, Чернов назвал точкой /1, или точкой закалки.
Тем временем исследователь настойчиво продолжал искать условия, при которых образуется крупнозерннстость пли мелкозернистость стали. Целыми днями он не выходил из кузницы, пристально следя за тем, как куются болванки. II он обнаружил в поведении металла еще одну критическую точку, которую назвал точкой В.
Чернов выяснил, что когда металл нагревается до красного каления, его поверхность становится морщинистой, как бы шелушится. В этот момент поковка и переходит в точку В (800 850 для обычной стали). Затем, оставаясь все того же красного цвета, поверхность металла опять меняет вид. Из блестящей, маслянистой, как бы мраморной, она превращается в матовую, похожую на гипс. Оказалось, что за время всех этих едва уловимых глазом превращении металла и происходит изменение его структуры — она становится мелкозернистой.
Открытия Чернова произвели подлинную революцию в металлургии. Стало возможным получать сталь с превосходными механическими качествами, обрабатывая ее с помощью нагрева, по открытому им способу.
Дмитрии Константинович настойчиво продолжал свои работы, открывая новые тайны стали. Ученый хотел понять явления, которые происходят в остывающем металле. Много лет он тщательно изучал кристаллизацию различных веществ, терпеливо выращивал кристаллы поваренной соли и квасцов, следил за различными условиями замерзания воды, рассматривая эти явления как процесс кристаллизации. Долгие годы исследования позволили Чернову проникнуть в тайпы слитков. Он первым в мире понял, что стальные слитки — это результат кристаллизации расплавленного металла. Он объяснил, почему в центре слитка металл более рыхлый, чем на его поверхности, как образуются в литье пузыри, усадочные рако-
вины, пустоты, что происходит во время закалки стали.
Найти законы, чтобы сознательно управлять процессом обработки стали, было в то время крайне необходимо. Без этого не могла больше совершенствоваться металлургия. Поэтому открытия Д. К. Чернова были особенно ценны.
Но вдруг неожиданно его деятельные исследования прервались. Из-за разногласий с новым директором Обуховского завода прямому и принципиальному Чернову пришлось уйти в отставку.
Отстранение от любимого дела не сломило его душевных сил. Он уехал на юг России, в Бахмутский уезд, Екатеринославской губернии, чтобы заняться разведкой залежей каменной соли. К на этом новом поприще проявился его необычайный дар наблюдательности, его обобщающий ум. По едва уловимым признакам он научился судить о залежах земных недр н сумел открыть богатейшие залежи каменной соли близ Брянцевки. Сейчас это район крупнейших соляных разработок.
Когда улеглась горечь незасл уженной обиды, Чернов возвратился в Петербург к инженерной работе. В 1886 г. он поступил на должность главною инспектора в минпстер-
ство путей сообщения, а в 1889 г. получил приглашение руководить кафедрой металлургии в Петербургской артиллерийской академии. Тридцать лет жизни отдал Дмитрий Константинович работе в этой академии, воспитав несколько поколений военных металлургов.
Одновременно с занятиями в академии он не прерывал и своих исследований, находя новые способы обработки стали. Он разработал такие смелые проекты, которые и сегодня еще лишь начинают осуществляться. Так, Чернов нашел способ получения стали непосредственно из руд и создал проект плавильной печи для этого.
Творчество Чернова удивительно многогранно. Всю жизнь занимаясь проблемой обработки стали, он вместе с тем еще в 1893 г. создал модель летательного аппарата. Занимался он также ботаникой и астрономией.
Д. К. Чернов как ученый-металлург был признан всем миром. Его открытия превратили металлургию из ремесла и «искусства», опирающихся лишь на опыт, в точную науку, основанную на определенных законах природы. Его труды во многом способствовали тому, что именно сталь сделалась основой современной техники и заняла главенствующее место в металлургии.
Мировая наука называла его «отцом современной металлографии». В некрологе, написанном за рубежом в год смерти ученого, говорилось: «Столь прекрасная жизнь, получившая мировую оценку, делает великую честь России».
П. Н. ЯБЛОЧКОВ
(1847—1894)
JJaneji Николаевич Яблочков с детства любил технику. В 12 лет он сконструировал землемерный прибор, которым долго пользовались крестьяне Сердобского уезда.
Отец Яблочкова — небогатый помещик Саратовской губернии — отдал мальчика в Петербургское военное училище. Там Яблочков особенно увлекся физикой и ее еще мало изученной областью—электричеством. С большой радостью посвятил бы он свою жизнь науке, но после окончания курса пришлось служить саперным офицером в Киевской крепости.
Молодой человек тосковал. Повседневная служебная рутина тяготила его. И только когда его послали учиться в «Офицерские гальванические классы», он почувствовал себя по-настоящему счастливым. Снова Петербург, лекции видных ученых, в том числе и акад. Якоби
(см. ст. «Б. С. Якоби»). После выпуска Яблочков твердо решил порвать с военной службой и при первой возможности ушел в отставку.
Началась новая жизнь. Яблочков поселился в Москве и занял должность начальника телеграфа недавно построенной Московско-Курской железной дороги. Он встречался с изобретателями, бывал на собраниях ученых обществ, оборудовал мастерскую, где мог ставить опыты и строить нужные ему приборы.
После опытов изобретателя А. II. Лодыгина (см. ст. «А. II. Лодыгин»), разработавшего несколько типов ламп накаливания, Яблочков заинтересовался электричеством как источником света. Но, в отличие от Лодыгина, он пошел другим путем. Он занялся дуговыми лампами.
Явление дуги, т. е. электрического разряда, возникающего между двумя сближенными угольными стержнями — электродами, было открыто в 1802 г. профессором Петербургской медико-хирургической академии Василием Петровым. Однако расположенные друг против друга угольки быстро сгорали, расстояние между ними увеличивалось, и дуга угасала. Изобретатели разных стран придумали несколько регуляторов расстояния между углями, но все это были сложные, громоздкие, часто ломающиеся приборы.
Яблочков тщательно испытывал все известные системы регуляторов. Он работал очень увлеченно и даже оставил службу, отнимавшую много времени. Но для опытов нужны были деньги, и вместе со своилт другом он открыл механическую мастерскую и магазин физических приборов. Однако у молодого изобретателя не было коммерческих способностей и дела шли плохо.
Яблочков бедствовал, но держался стойко. Он проделывал сотни опытов в поисках подходящего изолирующего вещества. Решал он и еще одну серьезную задачу — «дробления света», добиваясь, чтобы в одну цепь можно было включать несколько ламп.
Исследования были уже близки к завершению, когда Яблочкову внезапно пришлось все броспть и уехать в Париж: он запутался в долгах, кроме того, им, как политически неблагонадежным, заинтересовалась полиция. Нужно было скрыться, чтобы избежать ареста.
Парижская жизнь изобретателя мало отличалась от московской: работа в мастерской и опыты, опыты без конца...
Рассказывают, что, сидя однажды в кафе, Павел Николаевич случайно положил перед
собой на столик два карандаша — параллельно один другому, и, когда взглянул на них, у него перехватило дыхание: ведь именно так, параллельно друг другу, можно расположить угли дуги Петрова!
Яблочков немедленно приступил к новым опытам. Два угля, поставленные вертикально, были разделены изолирующим слоем каолина. Между углями загоралась дуга. Не нужно было никаком регулировки. Угли сгорали равномерно, они были укреплены на простой подставке, типа подсвечника, и расстояние между ними оставалось неизменным. Каолин испарялся по мере сгорания углей. Эта «свеча» была проста в изготовлении и очень дешева.
Разрешил Яблочков и трудную задачу «дробления света». Дело в том, что свечи Яблочкова горели при небольшом напряжении. Их включали по нескольку штук последовательно, подобно тому как мы сейчас включаем маленькие лампочки в гирляндах для освещения новогодних елок. Но при последовательном соединении стоило одной свече отключиться или погаснуть из-за какой-нибудь неисправности — цепь тока разрывалась и все остальные свечп гасли, как по команде.
Чтобы обойти это затруднение, Яблочков применил систему индукционных катушек. Каждая свеча или группа свечей снаб/калась катушкой с двумя обмотками. Первичные обмотки всех катушек были постоянно включены в цепь. Протекающий по ним переменный ток наводпл электродвижущую енлу во вторичных обмотках. Стоило в любой из вторичных обмоток замкнуть выключатель — свеча загоралась. А при размыкании выключателя свеча гасла, но остальные могли гореть: ведь первичная обмотка оставалась включенной и ток во всей цепи не прерывался.
В 1876 г. изобретение Яблочкова было запатентовано. Его свечи осветили улицы и площади Парижа, Лондона, Берлина.
Все свои деньги, полученные за изобретение, Яблочков отдал французской фирме, чтобы выкупить право производить свечи у себя па Родине...
Павел Николаевич вернулся в Россию. Столица встретила его восторженно. В 1879 г. многие улицы Петербурга были освещены свечами Яблочкова. Павел Николаевич с большим успехом читал лекции об электрическом освещении. Было создано «Товарищество Яблочков — изобретатель и К0».
Однако все то же отсутствие коммерческих способностей не дало Яблочкову закрепить
успех. Многие изобретатели стали видоизменять свечу, появились другие лампы, соперничавшие с лампой Яблочкова. Товарищество потерпело крах. Павел Николаевич опять принужден был уехать в Париж. Там он занялся вопросом о получении электричества непосредственно из химической энергии угля.
Однажды во время опытов в квартире Яблочкова произошел сильный взрыв. Он губительно повлиял на здоровье Павла Николаевича.
Тяжелобольной Яблочков приехал в Россию п поселился в Саратове. Там он и умер. До последних дней перед диваном, па котором он лежал, стоял стол с приборами и Яблочков делал свои исследования. Когда он очень слабел, жена и сын помогали ему.
Заслуги изобретателя в развитии науки высоко оценены в нашей стране. У нас изданы все его труды. На его могиле воздвигнут памятник.
А. Н. ЛОДЫГИН (1847—1923)
Лодыгин родился в Тамбовской губернии. Все мужчины в его семье были военными, и
Александра Николаевича тоже отдали сначала в Воронежский кадетскпй корпус, а потом в
Московское юнкерское училище. Но он был равнодушен к строевой муштре и призванию армейского офицера. Еще в училище он начал изобретать летательную машину и отдавал ей все свободные часы.
Летательная машина Лодыгина была геликоптером, или, как мы теперь говорим, вертолетом. Сам изобретатель называл се «электролетом». Разработал Лодыгин и другой «электролет»— с машущими крыльями, но ни та, нн другая его машина не была построена.
Проектируя свои летательные машины, Лодыгин задумался над их освещением во время ночных полетов. Надо было создать светильники, которые не нуждались бы в постоянном присмотре и регулировке. У дуговых ламп были в то время сложные и несовершенные регуляторы, и каждой лампе для питания нужна была особая динамо-машина. Кроме того, свет ламп был очень силен, а от их жара мог вспыхнуть электролет. Лампа накаливания представлялась Лодыгину более подходящей. Однако, хотя немало изобретателей в разных странах трудилось над лампами накаливания, ни одна еще не была применена па практике.
Постепенно Лодыгин целиком отдался поискам простой и недорогой лампы накаливания.
Он знал, что многие изобретатели пробовали накаливать током проволоку из различных металлов, стержни из угля и графита. Но все эти материалы горели на воздухе или в стеклянном баллоне очень недолго.
Не полагаясь па все, что было сделано до него, Александр Николаевич снова начал испытывать все эти материалы. Помогал ему талантливый электротехник В. Ф. Дидрихсон.
Лодыгин скоро убедился, что лучшее «тело накала» — уголь, и предпринял новые опыты но накаливанию кусочков кокса. Однако они быстро сгорали на открытом воздухе. Изобретатель стал накаливать их в закрытых сосудах, думая, что кислород, находящийся в сосуде, быстро выгорит и накаливаемое тело, оставшись в азотной среде, будет сгорать медленнее.
Первая лампа Лодыгина представляла собой герметически закупоренный стеклянный цилиндр. Сквозь его крышки были пропущены металлические проводники. К одному проводнику ток шел от гальванической батар’еи или от динамо-машины по изолированному проводу. Пройдя через угольный стержень, ток через другой проводник выходил из лампы и возвращался к источнику. Чтобы выключить какую-нибудь лампу в цепи, достаточно было повернуть стерженек, который замыкал накоротко обе металлические крышки. Тогда ток не достигал угольного стержня. Горела лампа Лодыгина всего 30—40 мин.Потом угли сгорали, и нужно было их менять. Непрестанно работая над совершенствованием лампы, Лодыгин стал вводить в баллон по два и даже по четыре угольных стержня. Когда первый сгорал, следующий начинал накаляться уже при выгоревшем кислороде и горел дольше. Самый лучшим результат дало выкачивание воздуха из цилиндра. После этой операции лампа горела уже несколько часов. Правда, сильного разрежения воздуха Лодыгин не смог добиться. Насос, которым он и его помощники выкачивали воздух, был несовершенным.
Однако, несмотря па все недостатки ламны, это была победа.
В 1873 г. Лодыгин осветил своими лампами одну из улиц Петербурга. Успех был большой, но средств не прибавилось. Лодыгин работал то монтером в обществе газового освещения «Сириус», то слесарем-инструментальщиком в Петербургском арсенале. Только раз изобретателю помогла Академия паук, присудив ему Ломоносовскую премию в 1000 руб. Конечно, эти деньги >шлп па опыты по улучшению качества лампы.
Чтобы добыть нужные для работы средства, Лодыгин основал «Товарищество электрического освещения». Акции раскупались на первых норах довольно бойко и приносили кое-какой доход. Изобретатель вздохнул свободнее. Иов начале 1875 г. «товарищество» разорилось. Без всякой поддержки Лодыгин все же продолжал работу. Осенью 1875 г. его лампами освещалось места подводных работ на Неве при постройке нового моста.
В 1878 г. в Россию приехал из Франции изобретатель П. Н, Яблочков (см. ст. «П. Н. Яблочков»), и всеобщее внимание было обращено на его дуговые лампы.
Интерес к лодыгпнской лампе упал. А между тем о пси узнал американский изобретатель Эдпсон (см. ст. «Томас Алва Эдисон»). Человек быстрого п практического ума, он сразу понял огромное значение электрического света и начал разрабатывать свою лампу накаливания, что ему блестяще удалось.
Итак, лампа Лодыгина ушла за границу, а вскоре за ней последовал изобретатель. Он служил в фирме Вестингауз, в Нью-Порке. Заинтересовавшись электрометаллургией, оп конструировал электропечи. Работа была интересной, но Лодыгин тосковал по родине. В 1905 г. он вернулся в Россию, надеясь, что после пронесшейся революционной бури страна начнет быстрее развиваться и его способности найдут применение. Но в России свирепствовала реакция. Почти все электротехнические предприятия принадлежали немецким фирмам, ара-боту Лодыгину предложило только Управление петербургским трамваем, которому нужен был заведующий подстанциями.Лодыгин снова уехал в Америку.
Работая там, он радостно встретил известие об Октябрьской революции. Но он был уже слишком стар, чтобы вернуться па родину. Когда в 1923 г. Русское техническое общество, отмечая пятидесятилетие опытов Лодыгина, избрало его своим почетным членом, то посланное ему приветственное письмо уже не застало Александра Николаевича в живых.
ТОМАС АЛВА ЭДИСОН (1847—1931)
ДГальчика звали Томас Алва, во в семье называли его Аль. Это был худощавый, болезненный па вид, но очень подвижной и любознательный ребенок.
П 36 Детская энциклопедия т. 5
В школе учплсяон неважно, зато много читал и стремился проверить на опыте все, что узнавал. Особенно интересовала его химия. Но, чтобы покупать различные химикалии, нужны были деньги, и молодой Эдпсон решил, что должен зарабатывать их сам. Оп стал продавцом газет в поездах.
Школу пришлось оставить, по учиться Эдисон не перестал. Оп по-нрежпему много читал, увлекался историей, физикой и химией, а для своих опытов оборудовал себе лабораторию в багажном вагоне того поезда, с которым ездил.
Через некоторое время Эдисон обучился телеграфному делу и слал телеграфистом. /Кил ин скудно, кое-как питаясь и тратя все спои деньги на книги и приборы. Работы Фарадея по электричеству натолкнули Эдисона на его первое изобретение; он сконструировал прибор для подсчета голосов в конгрессе и приехал с ним в Вашингтон. Но там Эдисону сказали, что его изобретение меньше всего нужно Америке. Долгие и неточные подсчеты, ужасавшие Эдисона, были очень удобны для многих политических деятелей.
Вскоре Эдисон отправился в Нью-Йорк. 1ам в это время шла крупная пгра на бирже. Один из железнодорожных магнатов искусственно вздувал цены на золото. На бирже началась паника. Этот день был назван «Черной пятницей». Вдруг в разгар биржевой лихорадки перестал работать телеграф, извещавший дельцов о падениях и повышениях курса. Толпа
волновалась, полагая, что телеграф испорчен нарочно, слышались угрозы, злобные выкрики; администрация не знала, что делать.
Эдисон, узнав, что случилось,вызвался исправить аппарат — и телеграф снова заработал. А затем и юбретатель предложил усовершенствовать телеграф и сделал это превосходно. Когда его спросили, во что он ценит свой «тиккер», как назывался указатель биржевых курсов, Эдисон не мог выговорить, что хочет получить 5 тыс. долларов. Сумма показалась ему огромной. Дрожа от волнения, молодой изобретатель предложил покупателям самим назвать цену. Ему был предложен чек на 40 тыс. долларов, и Эдисон впоследствии рассказывал, что это был единственный раз в его жизни, когда он чуть нс потерял сознание.
На эти деньги он приобрел нужное оборудование и открыл собственную мастерскую. Скоро таких мастерских у пего было пять.
Но Эдисон довольно быстро понял, что руководство мастерскими все же мешает ему изобретать. Он купил участок земли в Менло-Парке, недалеко от Нью-Йорка, и устроил там свою лабораторию. С этих пор он целиком отдался изобретательству.
Таково было начало удивительной жизни неутомимого труженика и талантливого изобретателя. Ои умер восьмидесяти четырех летним стариком и почти до самой смерти работал с огромным напряжением. Часто его рабочий день длился 18—20 часов.
Одним пз самых важных его изобретений было создание системы электрического освещения, которая демонстрировалась па Международной электротехнической выставке 1881 г. в Париже.
Узнав об электрической лампе русского изобретателя Лодыгина, Эдисон заинтересовался ею и начал ее совершенствовать. Он отдал этой работе годы.
Вскоре Эдисон понял, что у его предшественника не было достаточно совершенного насоса для откачки воздуха из ламп. Именно поэтому лампы перегорали так быстро. Эдисону удалось усовершенствовать насос и получить в лампе давление воздуха всего в одну миллионную долю атмосферы. Теперь нужно было найти подходящее вещество для нптп лампы. Эдисон знал, что это вещество должно быть дешевым, тугоплавким, прочным. Где взять такое вещество?
Эдисон испытывал все, что находил вокруг себя. Вместе со своими помощниками он проделал 6 тыс. опытов и заполнил записями
200 записных книжек. Наконец, выяснилось, что обугленные бамбуковые волокна светят долго и ровно.
Не просто было решить и вопрос о том, как вводить ток в лампочку. Оказалось, что лучше всего применять платиновую проволоку. QT нагревания она расширяется одинаково со стеклом и не оставляет щели на месте ввода.
Эдисон придумал патрон к лампочке п выключатель к вей. Этими приспособлениями мы пользуемся до сих пор, а сама лампочка изменилась. Теперь в ней горит не бамбуковое волокно, а металлическая вольфрамовая нить. Это усовершенствование внеси Эдисоиову лампу Лодыгин. Так дважды скрещивались творческие замыслы двух изобретателей.
Создав лампочку, Эдисон этим не ограничился. Он разработал всю систему электросети, счетчик, прокладку подземных кабелей, динамо-машины для электростанций и электродвигатели для фабрик и заводов.
Первая в мире центральная электрическая станция была создана Эдисоном в Нью-Йорке.
Телеграф был известен до Эдисона, ио прокладка воздушных и подземных телеграфных линnil стоила очень дорого, а по одному проводу можно было передавать только одну телеграмму.
Эдисон изобрел способы передачи, позволяющие посылать по одному проводу сразу две и даже четыре телеграммы.
Телефон, изобретенный Беллом, Эдисон усовершенствовал так, что звук стал громким и ясным, а посторонние шумы перестали мешать разговаривающим. Это позволило вести телефонные линии па большие расстояния.
Эдисон придумал фонограф — прибор, записывающий и воспроизводящий звук. Электрическая железная дорога — всем нам известная «электричка»— была построена впервые Эдисоном в Менло-Парке. Электромагнитная обработка железной руды также введена Эдисоном.
Эдисон обнаружил, что между накаленной нитью в электролампе п электродом, который введен в лампу и изолирован от нити, возникает ток, хотя никакого свеченпя не видно. Это явление, названное «эффектом Эдпсона», помогло разгадать природу электричества п оказалось основой для создания радиоламп.
Эдисон несколько лет работал над созданием щелочного аккумулятора. Очень близко подходил ои и к открытию радио.
Пожалуй, во всей истории человечества не было изобретателя более плодовитого, чем Эди-
сон. За спою жизнь он только в США получил 1098 патентов на свои изобретения.
В чем же секрет необычайного успеха Эдисона? Прежде всего он умел улавливать все новые, потребности развивающейся техники. Эдисон почти никогда нс работал над ненужными вещами. Поэтому все его изобретения приходились как нельзя кстати. Эдисон был невероятно трудоспособен. Но он не сделал бы и десятой доли всего, если бы работал один.
Лаборатории Эдисона были целым научно-исследовательским институтом, где работали десятки ученых, инженеров, механиков. Многие нз них потом стали самп выдающимися изобретателями. II всех этих людей Эдисон заставлял работать так же много и упорно, как работал он сам. Для реализации своих изобретений Эдисон создавал целые заводы.
Он был изобретателем-капиталистом, но его труды и изобретения стали достоянием всего человечества. Не щадя других, он не щадил и себя. Жизнь его была настоящим подвигом мысли и труда. Именно поэтому Академия наук СССР избрала Эдисона своим почетным членом.
Н. Е. ЖУКОВСКИЙ (1847—1921)
ТТпколай Егорович Жуковский родился под Гг. Владимиром. Его отец был инженером путей сообщения. Окончив гимназию с медалью и показав блестящее знание математики, ои поступил на фи шко-математйческип факультет Московского университета. Жизнь студента была нелегкой. Чтобы как-то просуществовать, ему приходилось самому давать уроки. Но учился он с увлечением ив 21 год уже закончил университет. В это время Жуков-скип начал изучать законы движения жидкости. Вопрос этот был в то время неясен. Определить поведение каждой частицы в потоке жидкости казалось невозможной задачей. Но Жуковский решил ес. Эта работа принесла молодому ученому степень магистра.
Молодой магистр поехал за границу. < )п посещал лекции в университетах Берлина и Парижа, слушал знаменитых профессоров, знакомился с инженерами и нзооретателямп. Здесь он впервые встретился с авиационными исследователями, наблюдал полеты их моделей. С этого времени мечта о покорении воздушной стихии не покидала его.
Одни за другим следовали научные доклады Жуковского: «К теории летания», «О летательных приборах», «О парении птпц». В последней работе, кстати, он доказал возможность мертвой петли на аэроплане, впервые осуществленной почти четверть века спустя русским летчиком П. Н. Нестеровым.
Изучая парение птиц, исследователи познавали законы авиации. Но в конструкциях летательных аппаратов они слепо подражали птицам. Жуковский думал иначе. Он считал, что «человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума».
В 1902 г. Н. Е. Жуковский построил в Московском университете аэродинамическую трубу. В нее помещали модели и мощным вентилятором гнали ветер. Так можно было изучать величину сопротивления тел различной формы воздуху, величину подъемной силы и т. д. А в 1904 г. в Кучи но, под Москвой, был создан первый в мире институт для аэродинамических исследовании. Жуковский нашел источник поддерживающей силы самолета, дал формулу для расчета этой силы. Гак стал возможен расчет самолета. До сих нор во всем мире в учебниках по аэродинамике излагается теория Жуковского о подъемной силе.
В 1910 г. Жуковский создал аэродинамическую лабораторию Московского высшего технического училища. В ней начинали свою работу члены научного студенческого воздухо-
плавательного кружка. Этот кружок стал русской школой аэродинамики.
С помощью своих учеников — членов этого кружка—Жуковский создал замечательные работы. Особенно важной была теория и метод расчета воздушных виптов. Эта работа не утратила своего значения и сегодня. Труд Жуковского «Вихревая теория гребного винта» вышел за пределы авиации и послужил основой построения теории вентиляторов и компрессоров.
Вместе со своим учеником — впоследствии академиком — С. А. Чаплыгиным Жуковский разработал теорию крыла самолета. Построенные па основании этой теории крылья на всех языках мира называются «крыльями Жуковского».
С другим своим учеником — ныне знаменитым авиаконструктором—А. Н. Туполевым оп разработал аэродинамический расчет самолета. В расчете были применены основные современные нам методы аэродинамического расчета.
Жуковский был не только аэродинамиком. Он с одинаковым мастерством и глубиной рассматривал вопросы математики, теоретической, прикладной, строительной механики, астрономии, баллистики, гидродинамики и т. д.
Будучи теоретиком, Жуковский в то же время любил практические задачи. Они питали его творческую мысль, давали ему почву для создания новых теорий.
Полвека назад с московским водопроводом стали происходить странные вещи. Прочные магистральные водопроводные трубы лопались в разных местах без всяких видимых причин. Кто-то обратился к Жуковскому. После тщательного исследования он установил, что трубы лопаются от ударной волны, образующейся при быстром закрывании кранов. По его совету краны переделали, и аварии прекратились.
На опыте этих аварий великий ученый создал свою знаменитую теорию гидравлического удара в трубах. По диаграмме Жуковского можно точно определить место разрыва трубы.
.Жуковский пользовался большой популярностью среди студенчества. Его лекции всегда вызывали огромный интерес. Когда он излагал новую идею или говорил о будущем пауки, аудитория замирала.
Жуковский выступал с докладами и сообщениями, печатал свои статьи в журналах, организовывал воздухоплавательные съезды, выпускал «Бюллетени Московского общества воздухоплавания», возглавлял Научно-технический комитет Московского общества воз-
духоплавапия. Оп консультировал любого изобретателя или конструктора самолета, руководил техыиВеской экспертизой, участвовал в конкурсных комиссиях, появлялся на аэродроме при всевозможных состязаниях. Это был не кабинетный ученый, а творец русской авиации, ее отец, как назвал его В. И. Ленин.
Октябрьскую революцию 1917 г. Жуков-скин встретил семидесяти летним стариком. Он понял, что именно теперь его идеи претворятся в жизнь. Великий ученый перестал замечать свою старость. Оп предложил проект создания Института аэродинамики и гидродинамики д возглавил этот институт — ныне Центральный аэрогидродинамический институт его имени. По его идее и при его участии было создано крупнейшее авиационное учебное заведение—Военно-воздушная академия, тоже теперь носящая его имя. До конца своих дней он неустанно заботился о воспитании строителей советской авиации.
В. Г. ШУХОВ (1853—1939)
Q троитсль и механик, нефтяник и теплотехник, гидротехник и судостроитель, ученый и изобретатель — вот кем был одновременно Владимир Григорьевич Шухов. Никогда не работал он в научных учреждениях, но Академия паук СССР избрала его как крупнейшего ученого-новатора своим почетным членом. Никогда не раздавался его голос с кафедры учебного заведения, но целые поколения русских инженеров с гордостью считают себя его учениками и последователями.И хотя с невероятной быстротой развивается техническая мысль в наши дни, изобретения Шухова долго еще не потеряют своего практического значения.
Владимир Григорьевич закончил курс Московского высшего технического училища в 1876 г. Высоко оценивая его блестящие способности и обширные знания, ему предложили остаться работать в училище. К этому же склоняли Шухова его учитель— отец * русской авиации — II Е. Жуковский и великим русский математик П. Л. Чебышев. Но В. Г. Шухов хотел сам увидеть плоды своего труда. Оч не удовлетворялся тем, что его открытия пли математические формулы будут кем-нибудь когда-то использованы. Нет, то, что он изобрел и придумал, то, что сегодня легло в виде четких липин на гладким лист ватмана, только при его непосредственном участии должно прпоб-
рести завтра вполне ощутимые формы новой машины или конструкции.
II Шухов принял должность главного инженера в небольшой частной фирме.
Начало его работы совпало с периодом бурного развития русской промышленности. В Петербурге, в Москве, в разных районах России строились железные дороги, новые заводы, увеличивалась добыча руды, угля, нефти.
По проектам, выполненным под непосредственным руководством В. Г. Шухова, на железных дорогах России было построено более пятисот стальных мостов.
Работы В. Г. Шухова дали гениальное по своей простоте решение металлических конструкций мостов и зданий, которое лежит в основе современного строительства.
Трудно представить себе, как много сил уходило раньше на выделку узлов и сопряжений стальных профилей. Вместо сложных шарниров Шухов предложил простое соединение па заклепках.
Точная разметка отверстий для заклепок и сейчас ведется по шуховским шаблонам из тонких железных листов. На них в натуральную величину переносится схематический чертеж будущего соединения.
Чрезвычайно интересны работы В. Г. Шухова по сооружению металлических сетчатых оболочек, возможности которых до сих пор полностью не использованы. По этим проектам Шухова построен павильон на Всероссийской промышленной выставке 1896 г., возведена в Москве радиобашня, где сейчас установлены передающие антенны Центральной студии телевидения.
Что общего имеет со строительством технология переработки нефти? Как будто бы ничего. Однако Шухов — не только строитель Московской радиобашни, но и изобретатель замечательного способа переработки нефти — крекинг-процесса. Почти во всех странах мира нефть перерабатывается на бензин и другие продукты по его способу.
Все нефтепроводы, по которым она перекачивается на дальние расстояния, рассчитываются по формулам В. Г. Шухова. Стальные резервуары для хранения бензина и нефти возводятся по образцам, впервые построенным В. Г. Шуховым. А если вы увидите на Волге целые вереницы нефтеналивных барж, почти до самой палубы погруженных в воду, то знайте, что и они построены по расчетам этого замечательного русского инженера.
А вот еще одна обширная область его дея-тельпости. На некоторых заводах и сейчас
еще работают шуховские водотрубные паровые котлы. Впервые они появились в 1890 г. Они были и лучше п проще существовавших в ту пору заграничных образцов.
Их изобретатель позаботился не только о том, чтобы котлы расходовали поменьше угля. Он добился того, что внутренние их частп стали легко доступны для сборки и ремонта. А благодаря его остроумной идее расположить ряды трубок с водой в виде экрана по всей внутренней поверхности топки намного увелпчплся к. п. д. котлов.
В. Г. Шухов был чутким, душевным п простым человеком. Он любовно п терпеливо передавал свой опыт ученикам, старался развпть у них инициативу и творческую мысль.
Когда фирма, в которой работал В. Г. Шухов, стала собственностью Советского государства, рабочие, высоко ценившие п любившие ппжеиера-учеиого, избрали его руководителем своего предприятия, выдвинули его в члены верховного органа Советской властп — В ЦИКа.
Умер Владимир Григорьевич Шухов от несчастного случая 86 лет, но еще полный сил п энергии, с неисчерпаемым запасом новых творческих замыслов.
РУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ (1858—1913)
0тец Рудольфа Дизеля, немец но происхождению, был переплетчиком. У него была собственная маленькая мастерская в Париже, и он считался там хорошим мастером. В большой и дружной семье Дизелей каждый имел свои обязанности и помогал в работе отцу.
Особенной исполнительностью отличался маленький Рудольф. Мальчик был очень упрям и настойчив в деле и все всегда доводил до конца. Ой любил музыку и сам неплохо играл, знал немецкий, английский и французский языки. А частые прогулки по залам Парижского музея искусств и ремесел на всю жизнь заронили в нем любовь к живописи п ваянию.
Жизнь Дпзелен текла мирно и благополучно до 1871 г., когда началась франко-прусская война. Н шавпсть к немцам во Франции достигла предела, п отец решил уехать с семьей в Англию.
Благополучие кончилось. Жизнь эмигрантов в Англии была тяжелой, с работой было трудно. Па семейном совете постановили отправить Рудольфа в Германию. Там оставались
родственники, онп могли помочь мальчику найти свои путь в жизни.
Тринадцатилетний Рудольф без денег, надеясь только на себя и свою смекалку, переправился на корабле в Германию. Это путешествие многому научило мальчика. Оно дало ему уверенность в своих силах, самостоятельность. В Германии он окончил школу н поступил в Политехнический институт.
Мысль о разработке двигателя высокой экономичности впервые возникла у Дизеля, когда он был еще студентом и слушал лекции профессора Линде. Вскоре это стало основной программой его действии.
Став инженером, Дизель все свободное время отдавал своему изобретению. Но свободного времени оставалось мало: нужно было зарабатывать деньги, чтобы помогать семье, вернувшейся из Англии па родину. Однако Дизель не сдавался. II, наконец, долгие и мучительные поиски увенчались успехом. В 1892 г. он получил патент на изобретенный пм двигатель внутреннего сгорания. Геперь впереди было главное — построить двигатель.
В 1893 г. Дизель выпустил книгу «Теория п конструкция теплового двигателя взамен паровой машины и ныне известных тепловых двигателей». В ней Дизель изложил принципы работы своего двигателя. Впоследствии он многое изменил и усовершенствовал. Двигатель, известный нам теперь п названный именем его изобретателя, был построен впервые на Аугсбургском заводе в 1897 г.
Двигатель Дпзеля был четырехтактным. Изобретатель установил, что к. п. д. двигателя внутреннего сгорания повышается от увеличения степени сжатия горючей смеси. Но сильно сжимать горючую смесь нельзя, потому что тогда повышаются давление и температура и она самовоспламеняется раньше времени. II Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух. К концу сжатия воздуха в цплпндр постепенно под сильным давлением впрыскивалось жидкое топливо. Так как температура сжатого воздуха достигала 600— 650 , топливо самовоспламенялось, и газы, расширяясь, двигали поршень. Таким образом Дизелю удалось значительно повысить к. и. д. двигателя. К тому же здесь по нужна была система зажигания, а вместо карбюратора имелся топливный насос.
Первые образцы двигателей не всегда были удачны. Их автору7 приходилось выслушивать немало упреков. Но, несмотря на все эти неприятности, он от дела по отступал.
В 1898 г. двигатели Дизели начали строить в России, на петербургском заводе Нобели. Они работали успешно.
В 1903 г. на воду была спущена нефтеналивная баржа «Вандал», а в 1904 г. по Волге пошел первый в мире теплоход «Сармат». Двигали их дизель-моторы. К Дизелю пришла слава. Его двигатель пнут реннего сгорании находил все новые применении. Многие страны приглашали к себе изобретатели.
В 1910 г. Дизели восторженно встречала России, несколько позже — Америка.
Но на родине изобретателя по-прежнему осы-па. ли грязными оскорблениями. Нашлись люди, которые доказывали, что его изобретение не ново, что он пользуется незаслуженной славой. Дизель тяжело переживал эти нападки. Он стал мрачен, много болел. Друзья волновались, видя перемены в его характере.
Обстоятельства гибели Дизеля трагичны. Сентябрьским днем 1913 г. он сел на пароход, отправлявшийся в Лондон. На утро его не нашли в каюте. Дизель бесследно исчез.
Говорят, что через несколько дней рыбаки нашли в море во время шторма труп человека. По одежде определили, что он был богат. Но ветер так трепал их ветхое суденышко, что они не рискнули обременять его лишним грузом п сбросили труп в бушующие волны.
Гак кончил жизнь талантливый изобретатель, отдавший все свои силы и знания продвижению вперед техники и затравленный дельцами п завистниками пз капиталистического мира, жаждущего только наживы. Но двигатель Дизеля живет и до сих пор приводит в движение автомобили и теплоходы, тепловозы и тракторы, электрогенераторы и подводные лодки.
А. С. ПОПОВ
(1859—1906)
Александр Степанович Попов родился па
Урале, в захолустном поселке Турьпнские рудники, в семье священника. С детства мальчик часами пропадал на руднике. Родственник отца научил его плотничьему и столярному делу, и Саша принялся мастерить. Отец мечтал дать Саше хорошее образование. Но учение в гимназии стоило дорого, а у священника Попова было шестеро детей. Пришлось отдать мальчика в духовное училище, а потом в семинарию. Там детей духовенства учили бесплатно.
Окончив семинарию, восемнадцатилетний Александр приехал в Петербург п блестяще сдал приемные экзамены в университет па физико-математический факультет. Чтобы как-то прожить, юноше пришлось давать уроки, сотрудничать в журналах, работать электромонтером па одной из первых петербургских электростанций.
II товарищи по учебе и профессора считали Попова самым тающим студентом. После окончания курса наук его оставили при университете для подготовки к профессорскому званию.
Но Попов принял другое предложение.. Его пригласили преподавать в Минном офицерском классе в Кронштадте. Там готовили минных офицеров, которые в то время ведали всем электрооборудованием на кораблях.
В Кронштадте Понов все свободное время посвящал физическим опытам. Он сам мастерил новые физические приборы.
В 1888 г. в одном научном журнале Александр Степанович прочел статью немецкого физика Генриха Герца «О лучах электрической силы» (теперь такие лучи называют радиоволнами).
В статье Герц писал, что ему удалось создать особый прибор — вибратор, испускающий эти волны, и другой прибор — резонатор, с помощью которого их можно обнаруживать.
Герц впервые получил радиоволны. Но о практическом применении своего открытия он и не помышлял. Ведь связь между вибратором п резонатором действовала только .на очень близком расстоянии.
Через два юда после смерти 1 ерца, 12 (24) марта 1896 г., в Русском физико-химическом обществе выступил А. С. Попов. Он продемонстрировал свое новое изобретение — беспро-, полочный телеграф.
Аппаратура, с которой Попову удалось впервые осуществить радиосвязь, очень мало походила на современную. Радиоприемник состоял из стеклянной трубки с металлическими опилками — так называемого кохерера, электрического звонка и чувствительного электромагнитного реле. Единственными частями, сохранившимися в радиоприемниках до наших дней, были антенна и заземление. Их изобретение — одна из величайших заслуг Попова.
Когда электромагнитные волны попадали на антенну, металлические опилки в кохерере слипались и сопротивление их резко уменьшалось. От этого ток, протекающий от батарей через обмотку реле, возрастал. Реле срабатывало и включало звонок. Молоточек звонка ударял по чашке, и получался хорошо слышимый сигнал. Отскакивая, молоточек ударялся о трубку кохерера и встряхивал опилки. Если волны продолжали поступать в антенну, то опилки снова слипались, и все повторялось сначала. Когда же радиоволны исчезали, опилки переставали слипаться и звонок умолкал.
Такой приемник Попов демонстрировал на заседании того же Русского физико-химического общества еще 7 мая 1895 г. Эта дата считается днем рождения радио. Но тогда передатчика еще не было. Приемник время от времени принимался звонить сам. Этот звон вызывали атмосферные помехи — единственные сигналы, которые тогда можно было «принять».
Приемник Попова обнаруживал грозу на расстоянии до 30 км. Поэтому изобретатель скромно назвал свой прибор «грозоотметчиком».
Только в 1896 г., создав передатчик, Попов смог осуществить радиосвязь на значительном расстоянии.
Опытами Попова заинтересовались военные моряки. Ведь корабли, уходящие в море, не могут связаться с берегом п друг с другом по проводам. Поэтому для флота беспроволочный телеграф особенно необходим. Но морской министр царского правительства на прошении об отпуске одной тысячи рублей написал: «На такую химеру отпускать денег не разрешаю».
А тем временем передачу сигналов без проводов осуществил еще один человек — молодой итальянец Маркони. Знал ли он об опытах Попова — неизвестно, но его приемник не отличался от грозоотметчика Попова, описанного в научных журналах годом раньше.
Маркони был предприимчивым дельцом. Он заинтересовал своим изобретением крупных капиталистов и вскоре располагал уже миллионами для проведения своих опытов. Только тогда царские чиновники зашевелились. На опыты Попова было отпущено... девятьсот рублей! Попов и его помощники принялись' за работу, не щадя сил. Они быстро добилпсь дальнейших успехов. В 1898 г. была осуществлена радиосвязь между двумя кораблями на расстоянии в 8 км, еще через год — уже более чем на 40 км.
Но помощи от царского правительства ’ не было. Вскоре заказы на радиоаппаратуру для русского военного флота были переданы немецкой фирме «Телсфункен». Обучение радистов не было организовано. И в результате, когда начались морские сражения русско-японской войны, оказалось, что радиосвязь на японских кораблях работает лучше, * чем на кораблях России — родины радио. Слабость связи явилась одной из причин поражения царского флота. <
Попов тяжело переживал разгром Тихоокеанского флота. На кораблях погибло много его друзей и учеников. Вскоре к этим переживаниям прибавились новые. В разгар революции 1905 г. Попов стал директором Петербургского электротехнического института. Пытаясь защитить революционное студенчество от преследований полиции, он навлек на себя гнев министра просвещения. 13 января 1906 г. после тяжелого объяснения с царским министром Александр Степанович Попов скончался от кровоизлияния в мозг.
Изобретателя радио оплакивала вся передовая Россия. Многие газеты поместили некрологи, в которых, несмотря на гнет царской цензуры, довольно прозрачно намекали на причины смерти ученого. Попов умер на 47-м году жизни, истощив свои силы в борьбе с невыносимо тяжелыми условиями царской России.
Но его великое изобретение живет и развивается. В нашей стране сотни тысяч радпоспе-циалистов, миллионы радиолюбителей с благодарностью и уважением вспоминают скромного и неутомимого труженика науки — Александра Степановича Попова.
НИКОЛА ТЕСЛА
(1856—1943)
Дикола Тесла — один из крупнейших мировых ученых и инженеров, создатель ряда новых отраслей электротехники, автор более <800 важных изобретений.
Родился он в горной сербской деревушке Смпляны (нынешняя Югославия) в семье сельского священника — умного и образованного человека, отдававшего свое время не столько богословию, сколько естественным наукам. Мать Николы хотя и была неграмотной, но обладала большим природным умом и прославилась на всю округу изобретением нескольких машин и приспособлений для хозяйства.
>От своих родителей будущий выдающийся ученый унаследовал любовь к науке и знаниям, склонность к техническому творчеству. Уже в реальном училище Никола поражал учителей и товарище и страстью к чтению, необыкновенной памятью, исключительными способностями к математике и физике, большим трудолюбием.
В 1875 г. он поступил в Высшую техническую школу в Граце. Здесь-то и начал он свои первые опыты с электричеством и электрическими машинами, сразу же проявив совершенно самостоятельный подход к изучаемым проблемам.
В те годы в электротехнике безраздельно царил постоянный ток. Применяемое при передаче по проводам низкое напряжение вызывало огромные потери электроэнергии. Передача на большие расстояния выгодна лишь при напряжении в десятки тысяч вольт, а получить такое напряжение в машинах постоянного тока было невозможно. Только что изобретенные трансформаторы тоже были здесь бесполезны, так как трансформация напряжения возможна лишь при переменном токе. А бурное развитие промышленности и техники требовало столь же стремительного увеличения выработки электроэнергии. Гак возникла проблема перехода на переменный ток. Но задача эта считалась почти неразрешимой — тогда еще не существовало электродвигателей, которые могли бы рабоаать на переменном токе. Некоторые ученые даже считали, что постройка такого электродвигателя— дело столь же маловероятное, как и сооружение вечного двигателя.
И вот Никола Тесла, еще будучи студентом, поставил перед собой смелую, но заманчивую задачу — создать электродвигатель переменного тока. Работая инженером-электриком на машинах постоянного тока, оп неутомимо эк-
спериментировал, пытаясь воплотить в жизнь свою идею. Наконец, ему удалось создать схему электродвигателя переменного тока, основанного па использовании вращающегося магнитного поля. Это было поистине великое открытие, которое легло в основу современной электротехники.
Тесла пришел в выводу, что можно осуществить питание обмоток магнитных полюсов электродвигателя двумя различными переменными токами, отличающимися лишь сдвигом по фазе. Такое чередование, по его мысли, должно вызвать переменное образование северного и южного полюсов; полученное при этом вращающееся магнитное поле увлечет за собой и обмотку ротора машины. Так была создана система многофазного переменного тока. Но в своих машинах сам Тесла применял двухфазный ток (сдвиг по фазе 90 ). Впоследствии русский электротехник М. О. Д оливо-Добровольский создал систему трехфазного переменного тока (сдвиг по фазе 120 ), которая совершила настоящую революцию в промышленности.
Благодаря гениальному открытию сербского инженера переменный ток почти полностью вытеснил постоянный. Электроэнергетика и электротехника в несколько десятилетии достигли небывалого расцвета.
В 1884 г. Никола Тесла из-за крайне стесненного материального положения и невозможности осуществить своп грандиозные планы в Европе был вынужден переехать в Америку. Там он стал сотрудником знаменитого американского изобретателя Томаса Алвы Эдисона.
Но Эдпсон работал только над совершенствованием машин постоянного тока, и Тесла вскоре порвал с ним. Почти годов вел полуголодную жизнь американского безработного.
К этому времени Тесла уже получил патенты на два важных изобретения: дуговую лампу особой конструкции и коммутатор для динамо-машин постоянного тока с третьей щеткой. Ими заинтересовался известный американский инженер и делец Д. Вестингауз и пригласил его на работу в свою фирму.
Поправив своп материальные - дела, Тесла вскоре создал собственную лабораторию и мастерские, снискавшие такую же мировую славу, как и лаборатория Эдисона.
Ученый в первую очередь занимался дальнейшим усовершенствованием двигателей переменного многофазного тока. Но затем он начал разрабатывать новую идею — передачп электроэнергии без проводов. В результате опытов великий инженер изобрел несколько приборов, создающих чрезвычайно большое напряжение при очень высоких частотах. Построенный нм так называемый резонанс-трансформатор 1еслы позволил получать переменные токп с частотами в несколько миллионов герц..
Так было положено начало новой отрасли электротехники — технике токов высокой частоты.
Тесла детально исследовал искровой разряд батареи лейденских банок, который носит колебательный характер.
С помощью своего трансформатора он изучил поле токов высокой частоты п их физиологическое действие-на организм. Это привело к их использованию в медицине.
Особенно важную роль сыграли проведенные в 1893 г. замечательные опыты Теслы по передаче сигналов на расстояние с помощью электромагнитных колебаний большой частоты. В 1896 г. выдающийся русский ученый А. С. Попов продемонстрировал устройства для приема и передачп воли и завершил открытие радио — одного пз величайших завоеваний человечества.
В последующие годы открытия и пзобретения сыпались пз лаборатории Теслы, как пз рога изобилия. В 1898 г. он спустил на воду небольшую лодочку, управляемую с берега при
помощи радиоаппаратуры. Так впервые было осуществлено радиоуправление на расстоянии. Затем оп нашел способ получать с помощью токов высокой частоты свет без нагрева проводников и без электродов.
Увлеченный наукой, Тесла не стремился даже создать свою семью, дом. Всю жизнь он прожил в гостиницах, одиноким, без родных, окруженный лишь несколькими близкими друзьями, в числе которых был и великий американский писатель Марк Твен.
1есла обладал необычайным мужеством и силой воли. В 1895 г. до основания сгорела его лаборатория. Погибли все приборы, оборудование, записи. В короткий срок ученый построил новую лабораторию, восстановил по памяти все свои тетради и записные книжки и приступил к новым исследованиям.
Его привлекала идея создать всемирную энергетическую систему, которая., по его мысли, могла бы избавить человечество от нужды и горя. Но в условиях капитализма эти планы были утопией. Финансовые воротилы сразу потеряли интерес к творчеству Теслы и лишили его всякой материальной поддержки. Тесла остался почти без средств для работы и существования. С величайшим трудом оп продолжает некоторые теоретические труды. Отдельные его предвидения этого периода, особенно о возможности расщепления атомного ядра (1934), заслуживают большого интереса. Изобретения выдающегося инженера — большой вклад в развптпе науки и техники.
К. Э. ЦИОЛКОВСКИЙ (1857—1935)
J’JepBbie советские искусственные спутники
Земли и космические ракеты открыли эпоху межпланетных путешествий. Полеты па Луну и другие планеты — реальная техническая задача, которая будет решена в сравнительно недалеком будущем. «Стать на почву астероидов, поднять рукой камень с Луны, наблюдать Марс с расстояния нескольких десятков километров, высадиться па его спутник пли даже па самую ого поверхность,—что может быть фантастичнее? С момента применения ракетных приборов начнется новая великая эра в астрономии: эпоха более пристального изучения неба». Эти слова принадлежат Константину Эдуардовичу Циолковскому, великому русскому ученому. Его труды открыли эру космических полетов.
Жизнь Циолковского — пример самоотверженного служения пауке. Он родился в семье лесничего. Еще в детстве болезнь лишила его слуха. Общение с людьми затруднилось, и любимым занятием мальчика стало чтение. Когда ему исполнилось 16 лет, отец отправил его в Москву для завершения образования. Циолковский упорно учился, отказывая себе во всем. Он самостоятельно изучал математику, физику, химию, строил модели, проводил опыты
Уже в юношеские годы Константин Эдуардович размышлял, как можно преодолеть силу земного тяготения и отправиться путешествовать в мировое пространство. Решению этого вопроса он посвятил всю свою жизнь.
В 1903 г. вышел первый его труд — «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где ученый изложил теоретические основы межпланетных путешествий и предложил в качество космического корабля использовать ракету.
Ракета была известна уже давно, по Циолковский впервые научно обосновал применение реактивного принципа движения для полетов в безвоздушном мировом пространстве. В передней части межпланетного корабля ученый помещает каюту для пассажиров. В основной части корпуса — запас жидкого топлива, которое накачивается насосами в камеру сгораипя. Нагретые газы вытекают наружу через длинную расширяющуюся к концу трубу. В струе газов поставлены рули из тугоплавкого материала. Реактивная сила вытекающей струп двпжет ракету, а при отклонении рулен изменяется направление полета.
Циолковский в своих работах подробно рассмотрел, как будет происходить межпланетный полет, п выдвинул целый ряд важных и интересных пдеп. Он установил, что для вылета с Земли ракете необходимо иметь такое огромное количество топлива, какое она не в состоянии вместить. Поэтому он предложил составить ракетный корабль из нескольких ступеней-ракет. Такой ракетный ноезд постепенно сможет набрать нужную космическую скорость. Искусственные снутнпкп Земли были запущены с помощью таких составных многоступенчатых ракет, развивающих скорость до 8 км сек.
Для полета на Лупу и планеты необходимо развить скорость 11—16 км сек. Ее может приобрести многоступенчатая ракета. Но можно также использовать внеземную станцию — обитаемый спутник Земли — как базу для межпланетных путешествий. Идея подобной станции тоже принадлежит Циолковскому.
Из частей, доставленных ракетами с Земли, будет собран большой спутник. В нем разместятся жилые помещения, различные лаборатории, обсерватория, склады топлива. Ракета, отправляющаяся в межпланетный перелет, сможет пополнить здесь свой топливный запас, чтобы продолжать путь. ‘Можно и саму ракету собрать на станции. Циолковским внимательно изучал условия жизни будущих обитателей посолеппй в мировом пространстве. Он считал, что за пределами атмосферы люди смогут использовать в широких масштабах солнечную энергию.
Идеи Циолковского об изучении и освоении космоса нашли всеобщее признание. Он заложил основы новой науки о полетах в мировое пространство — астронавтики. Еще прн жизни ученого были построены и испытаны первые жидкостные ракеты. Циолковский предвидел, что такие ракеты будут применяться и для подъемов па большие высоты, в верхние слои атмосферы п прилегающую к Земле часть мирового пространства.
Одновременно Циолковский занимался проблемами авиации и воздухоплавания. Он
исследовал сопротивление, которое оказывает воздух движущимся в нем телам, и построил для опытов первую в России аэродинамическую трубу. Еще в юности у него возникла мысль о дирижабле, сделанном целиком из металла, который мог бы, не пользуясь балластом, без потери газа подниматься или опускаться. Подогревая газ, находящийся в металлической оболочке, можно было бы менять объем, а значит, и подъемную силу управляемого аэростата.
Циолковский не только разработал теорию такого дирижабля, но и изготовил его модели. Ученый был уверен, что вскоре гигантские цельнометаллические воздушные корабли станут важнейшим видом транспорта.
Он мечтал о том времени, когда огромные дирижабли, поднимающие сотни тонн груза и тысячи пассажиров, свяжут отдельные уголки Земли.
Быстрый прогресс авиации, совершенствование скоростных самолетов и пассажирских машин большой грузоподъемности ограничили развитие дирижаблестроения.
За несколько лет до появления первых самолетов Циолковский подробно описал конструкцию летательного аппарата тяжелее воздуха. Его проект во многом напоминает конструкции современных самолетов.
Циолковский, считая самолет переходной ступенью к космическому кораблю, создал теорию полета ракетного аэроплана и высказал идеи относительно его устройства. Постепенное увеличение скорости и высоты полета должно привести к самолету-ракете — обитаемому спутнику Земли.
Циолковский был разносторонним ученым и изобретателем. Авиация, воздухоплавание, ракетная техника и межпланетные сообщения главные области его деятельности. Ему принадлежат многие изобретения и открытия. Он изобрел, например, реактивный вагон без колес, который мог передвигаться с большой скоростью силой отдачи вытекающей воздушной струи.
Он занимался вопросами биологии, механики, астрономии, философии, писал научно-фантастические повести и очерки. В повести «На Луне» Циолковский изобразил то, что увидят на пей прилетевшие с Земли астронавты; в «Грезах о Земле п небе» он рассказал о «стране чудес»—поясе астероидов. Повесть Константина Эдуардовича «Вне Земли» образно рисует покорение человеком Вселенной, путешествие на космической ракете, посещение Луны.
Жизнь Циолковского не примечательна событиями. Большую часть ее он провел в Калуге.
Десятки лет отдал Константин Эдуардович педагогической работе, одновременно продолжая научную деятельность, печатая много брошюр и статей.
До Великой Октябрьской революции открытия ученого оставались неизвестными. Его деятельность не встречала никакой поддержки. Официальная наука царской России не признавала трудов самоучки.
Только в советское время ученый смог широко развернуть свою работу. Правительство подарило ему дом. Заслуги Константина Эдуардовича были высоко оценены: в день семидесятипятилетия он был награжден орденом Трудового Красного Знамени.
Циолковский не дожил до тех дней, когда начали осуществляться его идеи и мечты. Он умер в 1935 г., завещав все свои труды Коммунистической партии и Советской власти.
А. Н. КРЫЛОВ
(1863—1945)
р^огда Алексею Николаевичу Крылову было 5 лет, его отец, старый артиллерийский офицер, к ужасу матери подарил ребенку маленький, но настоящий топор. Он стал любимой игрушкой мальчика. В его комнате всегда было несколько поленьев дров, и маленький Крылов торжествовал, когда ему удавалось перерубить пополам толстое березовое полено.
Мальчик рос живым и подвижным. Его богатое воображение жаждало подвигов. Родственники шутили, что из него «вырастет разбойник».
В 1878 г. Алексей Николаевич блестяще сдал экзамены в Морское училище. Преподаватели поражались глубине его знаний, умению по-новому освещать трудные и порой даже нм сампм непонятные вопросы.
На выпускных экзаменах он получил наивысшие оценки по всем предметам. Его пмя было занесено золотыми буквами на мраморную Доску почета.
Молодого инженера зачислили на работу в компасную мастерскую Главного адмиралтейства. Здесь он наппсал своп первый труд по девиации компаса. Уже в этом труде был виден будущий большой ученый.
Проработав год па судостроительном заводе, Крылов в 1888 г. поступил в Морскую акадс-
мию. После окончания се Алексея Николаевича оставили при академии. Здесь он начал читать свой знаменитый курс «Теории мореходных качеств корабля», в котором проявил себя уже зрелым, самостоятельным ученым.
Но сам он все еще считал себя учеником. Он ходил в Петербургский университет на лекции известного математика П. Л. Чебышева и других ученых, изучал работы иностранных математиков и физиков.
В академии Крылов создал свою знаменитую теорию качки корабля, названную теорией Крылова. За эту работу оп получил от английского общества морских инженеров золотую медаль. Теория Крылова помогла установить правильные размеры корабля, улучшить его мореходные качества, определить минимальную глубину, над которой корабль может пройти при качке, и т. д.
Одновременно с преподаванием Крылов руководил важнейшими исследовательскими работами как заведующий «опытовым» бассейном, где испытывались модели судов и изучались различные гидродинамические явления.
Преподавательская работа не мешала исследованиям ученого. 1ак, он создал теорию непотопляемости судна, т. е. особенности корабля сохранять мореходные качества при затоплении части помещений.
До Крылова этим вопросом занимался прославленный русский флотоводец С. О. Макаров. Он, в частности, предложил для спасения корабля, получившего повреждения, не выкачивать воду из затопленных отсеков, как это делалось прежде, а, наоборот, затоплять неповрежденные отсеки так, чтобы ликвидировать крен. Крылов дал математическую теорию, на основании которой для каждого корабля можно было составить таблицу непотопляемости.
Царские чиновники не спешили ввести в практику таблицы Крылова. Из-за этого Россия понесла в русско-японской войне много лишних жертв. Одной из наиболее тяжелых была гибель броненосца «Петропавловск», на борту которого находился командующий Тихоокеанским флотом вице-адмпрал С. О. Макаров.
Сейчас таблицы непотопляемости применяются па кораблях всех стран мира.
Крылов создал ряд других очень важных разделов теории корабля. Кроме того, он был выдающимся инженером. Он ввел множество интересных новшеств в конструкцию кораблей, в проектировании которых принимал участие. Он был создателем многих приборов, вычислитель-
ных машин, автором различных изобретений. Это был прекрасный педагог, талантливый организатор, крупный общественник.
Крылов опубликовал свыше 500 трудов по теории корабля, строительной механике, судовому машиностроению, судоподъему, математике, механике, физике, астрономии, артиллерии, аэродинамике, истории техники и др. Даже в преклонном возрасте Алексеи Николаевич до последних дней жизни вел большую научную работу.
Его постоянно можно было встретить в цехах завода, у досок конструкторов, в лабораториях научно-исследовательских инстнг} гов. Нс было ни одного принципиального вопроса, касающегося развития отечественного судостроения, в решении которого не принимал бы участия Крылов.
Труды А. Н. Крылова были высоко оценены в нашей стране. Его цвбрали академиком, правительство наградило его тремя орденами Ленива, он был Героем Социалистического Труда, лауреатом Сталинской премии.
Его дело продолжают многочисленные ученики — выдающиеся инженеры и знаменитые ученые.
С. В. ЛЕБЕДЕВ (1874—1934)
Qepreii Васильевич Лебедев был знаменитым советским химиком, создателем промышленного способа получения синтетического каучука.
В первой четверти XX в. каучук приобрел исключительную ценность. Он служил главным сырьем для изготовления резины, без которой не могли развиваться автомобильная промышленность, электротехника и другие отрасли промышленности. Но природного каучука в мире мало, к тому же его производство находится в руках крупнейших империалистических государств.
В годы первой пятилетки перед молодой советской индустрией встала задача — во что бы то пи стало найти способ п iro-товлеипя синтетического каучука (СК). Природный каучук образуется в результате сложных превращений углеводорода изопрена в живом растении. Но изготовить полноценный и дешевый каучук искусственным путем долго не удавалось никому.
В годы первой мировой войны немцы искусственным путем получали СК из дпметил-бутадиена — так называемые мстил-каучуки. Но они были дороги, непрочны, нестойки на воздухе, очень чувствительны к температурным изменениям, обладали клейкостью и плохой эластичностью.
Сложнейшую задачу получения искусственного каучука удалось разрешить академику С. В. Лебедеву.
В 1908 г. С. В. Лебедев, за несколько лет до этого окончивший Петербургский университет, приступил к своим классическим исследованиям процессов полимеризации двуэтиленовых углеводородов.
Чрезвычайно трудно п важно было отыскать метод получения исходного соединения для изготовления СК. После длительных опытов Сергей Васильевич пришел к выводу, что для этих целей более всего подходит углеводород бутадпен, называемый также дивинилом. В 1910 г. ему впервые в мире удалось полимеризовать дивинил в синтетический каучук высокого качества.
Но в царской России это замечательное достижение не получило должной поддержки и развития. Лишь после победы Великой Октябрьской революции Советское правительство создало выдающемуся химику все условия для плодотворной научной работы. В J928 г. С. В. Лебе-
дев вместе со своими сотрудниками разработал надежный и экономичный промышленный способ получения СК полимеризацией дивинила. Кроме того, ои создал промышленные способы получения дивинила и резиновых изделий из СК.
В рекордно короткие сроки было построено несколько заводов СК. Уже в 1933 г. они дали стране 2 тыс. Т, а в 1934 г.— более 11 тыс. Т драгоценного продукта.
Открытия С. В. Лебедева и возглавлявшегося нм коллектива исследователей позволили нашей стране создать свою мощную промышленность СК и полностью отказаться от ввоза из-за границы дорогого природного каучука. За выдающиеся заслуги Советское правительство одним из первых наградило С. В. Лебедева орденом Ленина.
До последнего дня своей жизни выдающийся химик, уже одолеваемый тяжелым недугом, упорно работал над усовершенствованием производства СК, принимал активное участие в создании предприятий резиновой промышленности. Денежные премии за своп открытия ои завещал вложить в строительство отечественной химической индустрии.
нас любители
техники
|Дожалуи, среди читателем нашей энциклопедии не окажется ни одного, кто ни pa iy нс видел бы моделей машин, механизмов, технических установок, не пользовался ими хотя бы для игры. Водь игрушечные автомобили, паровозы, кораблики, самолеты — это те же модели. г‘ни воспроизводят в значительно уменьшенной виде внешность настоящих машин, выполняют те же денствпя — движутся по земле, по миниатюрным рельсам пли поводе, летают по воздуху. Только двигатели у них другие — пружинные, резиновые.
Играя, ваши младшие братья и сестры подражают занятиям взрослых. Вот почему детп особенно часто и охотно играют в шоферов, трактористов, машинистов, летчиков, строителен. Но им хочется, чтобы игра как можно больше походила па правду. II если на первых порах положенная на бок табуретка вполне заменяет вашему младшему братишко паровоз пли автомобиль, то позднее ему нужен уже пусть очень маленький, игрушечный, но «совсем как настоящий) юко-мотпв или грузовик. А затем, когда он начнет ходить в школу, у пего появится желание сделать самому локомотив — сначала пз картона, потом из фанеры. Семиклассник уже кое-что знает о двигателях, ему захочется поставить «настоящий» двигатель па маленькой машине, также сделанной своими руками. Так игра перерастает в ручной труд, а труд — в практическое овладейте техникой. Ведь для того чтобы построить действующую модель какой-нибудь машины, а гем более настоящую небольшую машину, недостаточно знать, как выглядит эта машина снаружи. Нужно ясно представлять себе, как эта машина устроена гг действует, па каких законах физики основано это действие; нужно научиться читать и даже выполнять чертежи, производить несложные расчеты, решать конструктивные задачи.
Таким образом, модель становится «букварем», по которому будущим производственник овладевает азбукой техники.
Можно ли п $учать технику без моделей? Очень трудно. Вредно гожим, что вы нп разу не видели настоящую паровую турбину, а прочли
ее описание в какой-либо книге (хотя бы в учебнике физики для VII класса). Почти на каждой строке вы должны мысленно представить себе, в каком положении находится та пли иная часть турбины, что с нои происходит в каждым отдельный момент работы. А это совсем не так просто.
Допустим, что вы после чтения побывали с экскурсией па тепловой электростанции. Конечно, там было интересно, но ведь многого вы так и нс увидели. Внутреннее устройство паровой турбины вам показать не могли, а показали — п то, на
верное, только издали — огромный кожух и при этом сказали, что внутри пего вращаются колеса с лопатками, прпводимые в движение паром. Рядом с турбиной вы видели ко-
Этот « чашинист» еще сам везет игрушечный паровоз...
Модель поможет понять устройство настоящего локомотива.
А потом можно стать настоящим машинистом на настоящем локомотиве детской железной дороги.
жух генератора переменного тока. Все это ненамного дополнило те сведения, которые вы почерпнули пз книги.
Совсем другое дело, если вы построите действующую модель паровой турбины. Здесь каждая деталь будет сделана вашими руками; собирая модель, вы хорошо разберетесь в назначении и взаимодействии всех ее частей; полученные вами знания станут еще более прочными и глубокими после того, как вы испытаете модель, научитесь регулировать ее, находить и устранять неполадки.
Итак, модели строят прежде всего с учебной целью. Но вам, наверно, приходилось слышать о том, что модели строят и в конструкторских бюро, и в научно-исследовательских институтах, и на заводах. Для чего же они там нужны?
Назначение моделей, создаваемых в таких учреждениях н на предприятиях, совсем иное. Прежде чем строить настоящую, большую новую машину, конструкторы испытывают ее модель. Но почему же не построить сразу настоящую машину? А дело в том, что первый опытный образец новой машины часто обходится в сотни тысяч, а то и в миллионы рублей — в десятки раз дороже, чем будет стоить та же машина при массовом ее производство.
Нельзя пе считаться и с тем, что конструкторы могут допустить какие-лпбо неточности в своих расчетах. Модель, стоящая значительно дешевле настоящей машины, позволит обнаружить и устранить недочеты.
Итак, в промышленной технике модели служат прежде всего для опытной проверки новых конструкций. Но этим пе ограничивается их применение. Модели нужны и в литейном деле: с их помощью получают формы для отливки. Модели-макеты незаменимы и в научных исследованиях: они помогают понять строение кристаллов, расположение атомов и входящих в них частиц, представить взаимодействие их и даже исследовать физические свойства этих мельчайших частиц материи.
И, кроме всего этого, модели служат еще одной цели — разумному досугу. Ведь у каждого человека, независимо от его возраста и основной профессии, есть какое-либо особенно любимое, интересное для него занятие. Одни увлекаются музыкой или рисованием, другие— туризмом, охотой или рыбной ловлей, третьи— цветоводством или садоводством, четвертые коллекционируют почтовые марки, открытки, собирают книги и т. п. Все это — любители. И огромный отряд — вернее, целую армию — составляют любители техники.
Можно ли считать, что любительские занятия приносят пользу только тем, кто ими увлекается? Конечно, нет! Известно множество случаев, когда любители пауки и техники совершали немаловажные открытия и изобретения.
Путь многих ученых и конструкторов в науку и технику начинался именно с любительских занятий. Изобретатель радио А. С. Попов еще в детстве и юности строил различные модели и физические приборы. Знаменитый деятель науки К. Э. Циолковский, еще будучи подростком, построил парусные санки, токарный станок и многое другое. Став известным ученым, он собственными руками делал модели летательных аппаратов, приборы для опытов. Через научное любительство прошли М. Фарадей, И. Ньютон, П. Н. Лебедев, А. Н. Бутлеров и другие великие ученые.
Прославленный авиаконструктор Герой Социалистического Труда А. С. Яковлев с детских лет строил летающие модели, а позже, в юношеские годы,— настоящие планеры собственной конструкции. Дважды Герой Советского Союза Е. М. Кунгурцев — бывший авиамоделист Удмуртской республиканской станции юных техников. Изобретатель радиоинженер И. В. Матикашвили в школьные годы занимался в радиокружке Центральной станции юных техников Грузии. Подобных примеров можно привести очень много.
На ежегодных радиолюбительских выставках, организуемых ДОСААФом, можно увидеть десяткп оригинальных и интересных радиоаппаратов различного назначения,сконструированных не специалистами, а любителями. Многие пз этих конструкций даже выпускаются промышленностью.
Одним словом, техническое любительство приносит пользу и тому, кто им занимается, и всему советскому народу. Вот почему Коммунистическая партия и Советское правительство поддерживают юных и взрослых любителей техники, всемерно помогают им.
Любители техники объединены в кружки при общеобразовательных школах и других учебных заведениях, дворцах и домах пионеров, профсоюзных п сельских клубах и домах культуры, клубах ДОСААФ (в системе этого общества есть аэроклубы, автомотоклубы, морские клубы, радиоклубы). Для них издаются специальные журналы, серии книг и брошюр, сборники, плакаты и листовки.
Работу по технике организуют и все пионерские дружины. Ведь примерный перечень умений и навыков для пионеров (ступени юного пионера) включает в себя и трудовые технические дела: изготовление полезных вещей для школы, для семьи, для дошкольных учреждений, учебно-наглядные пособия, оборудование школьных мастерских, игротеки, инвентарь для спорта п туризма, предметы домашнего обихода, игрушки для малышей и т. п.
Для оказания помощи техническим кружкам школ п внешкольных учреждений, пионерским дружинам и отрядам (в организации технического творчества п работы по ступеням), а также отдельным школьникам — любителям техники существуют городские, областные,
Модель гидроканала нужна и судостроителям и стро-и телям гидроэлектростан ц и й.
краевые и республиканские станции юных техников. Они разрабатывают п проверяют на практике типовые конструкции приборов, моделей, малогабаритных машин, рекомендуемых затем школьным кружкам и отдельным любителям техники; дают устные и письменные консультации по вопросам технического любительства и кружковой работы; изучают и распространяют лучший опыт работы школьных кружков — любителей науки и техники; готовят руководителей кружков и пионеров-пнетру кторов; издают листовки, брошюры, плакаты в помощь любителям техники; проводят научно-технические вечера, лекцпи, выставки, конкурсы, смотры, соревнования движущихся моделей и многое другое.
Большое значение для развития технического любительства имеют выставки работ юных техников п различные соревнования. Они позволяют взаимно обмениваться лучшим опытом работы, сопоставлять, сравнивать ее результаты. О том, как проводятся выставки, все знают. А о соревнованиях нужно рассказать.
Соревнования движущихся моделей проводятся по определенной, строго установленной системе. Прежде всего, чтобы модели можно было сравнивать между собой, они должны быть сделаны с соблюдением общих для всех технических требований, плп, как говорят, норм. По каждому из основных видов движущихся моделей (как правило, транспортных) — наземных, летающих, плавающих — разработана определенная классификация. Так, модели cjдов делятся на тринадцать классов — в зависимости от типа.
Всесоюзная классификация морских моделей предусматривает определенный масштаб, наибольшую п наименьшую длину, тип двигателя п наименьшую дальность плавания, при которых модели допускаются к соревнованиям.
Подобные же классификации существуют для летающих, автомобильных п железнодорожных моделей. В дальнейшем, по мере развития технического любительства, они будут вводиться и для других впдов моделей, а также для малогабаритных транспортных машин (мотороллеров, автомобилей и др.).
Положения о соревнованиях движущихся моделей определяют и общие, обязательные для всех правила их запуска.
Соревнования любых движущихся моделей могут проводиться внутри кружка (т. е. индивидуально), между двумя и ли несколькими кружками (междушкольные, междулагерные),
городские, районные, областные, республиканские и всесоюзные. На всех соревнованиях начиная с городских и районных команды внешкольных учреждений должны выступать, как правило, отдельно от школьных команд; таким образом, первенство среди школьных команд и команд внешкольных учреждений разыгрывается и определяется раздельно.
Юные любители техники не ограничиваются постройкой интересующих их моделей, аппаратов, технических установок, участием в соревнованиях и выставках. Опи активно участвуют в созидательном труде советского народа, применяют своп умения и навыки в общественно полезных делах, предпринимаемых школьными комсомольскими организациями и пионерскими дружинами.
У юных техников есть два основных правила:
1. Научился сам — научи товарища!
2. Все, что полезно и нужно твоей школе, пионерскому отряду, семье и что посильно тебе и твоим товарищам,— делайте сами!
Следуя этим правилам, кружки юных любителей техники ремонтируют и изготовляют новые приборы для учебных кабинетов физики и хпмип, оборудование для школьных мастер-
чВнимание! Говорит школьный радиоузел!»
Юные кинооператоры.
ских; сооружают и обслуживают школьные радиостанции, радиоузлы, телефонные станции, тепловые, ветро-и гидроэлектростанции, геофизические площадки, астрономические обсерватории; строят здания для мастерских; изготовляют кирпич для строек; конструируют и строят малогабаритные транспортные и сельскохозяйственные машины; обеспечивают радиосвязь между соседними школами, полевыми бригадами; сами снимают и монтируют хрони
кальные кинофильмы о жизни школы и пионерской организации и делают многое другое, полезное и нужное любимой Родине.
Юные любители пауки и техники помогают школе и комсомолу в распространении технических знаний среди всех школьников. Они устраивают утренники п вечера занимательной науки и техники, проводят под руководством учителей физические, химические и технические олимпиады. Более подготовленные из них выполняют обязанности лаборантов па уроках физики и химии, руководят кружками «Умелые руки» и начальными техническими.
г1ак еще на школьной скамье юные любители техники готовятся стать в ряды передовиков производства. Они прпдут туда, владея но только знаниями основ наук и практическими навыками. Активные юные техники приобретают техническую смекалку, умение рассчитать конструкцию, внести в нее какие-то усовершенствования. Это — будущие новаторы производства, рационализаторы и даже будущие конструкторы и изобретатели.
КАК СТРОЯТ МОДЕЛИ
^озможно, что многие юные читатели пашей энциклопедии или совсем не строили моделей, или пытались сделать это, но неудачно. А теперь они заинтересовались моделями и хотят их сделать. Для этих читателей — начп-
нающих юных техников — и предназначены наши советы. Впрочем, онп окажутся не бесполезными и для более подготовленных любителей техники.
Нередко рассуждают так: «Не так уж трудно
построить модель. Прочел описание, подобрал нужные материалы, инструменты — и пили, режь, пани...» Но чуточку внимания!
Мы нс случайно начинаем наш разговор с этого. Ведь терпение и настойчивость в достижении поставленной цели и есть одно из главных и обязательных условии при конструировании п постройке моделей.
Приступая к работе, многие стараются во что бы то пи стало слепо копировать модель по описанию. Но это чаще всего приводит к неудачам. Если, скажем, в каком-нибудь чертеже не указан даже второстепенный размер, вы сразу станете в туппк, даже не пытаясь самостоятельно сообразить, каким должен быть этот размер. Пли, например, под руками не оказывается рекомендованного в описании материала.
Какими же правилами руководствоваться при конструировании и постройке моделей? Точного рецепта, как поступать в каждом отдельном случае, дать, конечно, невозможно. Поэтому мы расскажем здесь только о главных правилах, об основах моделирования.
РАБОТАЙТЕ КОЛЛЕКТИВНО
Построить одному хорошую, да еще к тому же сложную, модель трудно. Гораздо интереснее работать сообща, лучше всего — в техническом кружке.
Только не ждите, пока кто-то организует за вас кружок, все приготовит, все достанет, а вам останется лишь приходить па занятия и работать. Прежде всего постарайтесь
заинтересовать моделизмом своих товарищей. Если наберется пять-шесть человек, желающих строить модели, уже можно организовать кружок. Посоветуйтесь об этом со старшим пионервожатым, с классным руководителем. Кружок любителей техники вполне может работать самостоятельно. Хорошо найти для такого кружка консультанта — мастера, техника, инженера — и попросить его приходить иногда па занятия, чтобы помочь разобраться
в трудных вопросах, проверить, правильно ли вы работаете. Это не отнимет у него много времени.
Если кружок создать нс удастся, постарайтесь привлечь к работе над моделью (или над несколькими одинаковыми моделями, если они несложны) одного-двух своих товарищей. Тогда дело пойдет быстрее и лучше!
ЗНАКОМСТВО С ОПИСАНИЕМ
Прежде чем приступить к работе над моделью, нужно внимательно прочесть описание п ознакомиться с чертежами так, чтобы все стало вам ясно п попятно. Если вам попадутся непонятные моста, не пропускайте их, надеясь разобраться потом, в процессе работы. В таких случаях необходимо посмотреть другие книги и статьи по этому же вопросу. Не поленитесь сходить в библиотеку. Постарайтесь достать библиографический указатель или рекомендательный список литературы по интересующему вас вопросу.
При всех затруднениях обращайтесь к знающим людям, к старшим товарищам, к преподавателю физики, машиноведения, электротехники, к специалпстам. Советы и разъяснения вы всегда можете получить в доме пионеров, па станции юных техников, в клубе ДОСААФ. Областные станции и клубы ДОСААФ дают и письменную консультацию.
Только достаточно уяснив от начала до конца устройство н действие модели, приступайте к следующему этапу работы.
ПОДБОР ДЕТАЛЕЙ И МАТЕРИАЛОВ
Подробно ознакомившись с описанием, приступайте к подбору нужных материалов.
Часто под руками нет нужного материала. Скажем, у вас не оказалось алюминия для шасси радиоприемника. Но зато есть стальной лист. Заменит ли он алюминий? Радиолюбители ответят утвердительно. Но вы можете этого не знать. Ведь пе все материалы взаимозаменяемы. Так, прп изготовлении корпуса фотоувеличителя нельзя фанеру заменять жестью. Жестяной корпус будет слишком сильно нагреваться, пользоваться таким увеличителем неудобно. Здесь мы еще раз рекомендуем посоветоваться с более опытными товарищами.
Для постройки некоторых моделей — летающих, плавающих—есть готовые наборы матери
алов, а также специальные двигатели, которые выпускает промышленность. Их можно приобрести в магазине культтоваров или выписать по почте через Посылторг.
Если вы задумалп построить модель или другую самоделку, для которой нужны специальные материалы (например, обмоточный провод, трансформаторное железо, линза и т. п.), то прежде всего выясните возможность разыскать все необходимое на месте и только после этого беритесь за работу.
Иначе может получиться так, что сделанная вами самоходная модель останется неподвижной, так как двигатель для нес вам приобрести нс удалось; пли что сделанным вамп увеличителем либо оптическим прибором пользоваться не придется, так как у вас нет необходимых для него линз. Лучше отказаться от изготовления самоделки, для которой нет нужных материалов и деталей, а выбрать какую-либо иную, доступную вам.
ВАШИ ИНСТРУМЕНТЕ!
С особым вниманием отнеситесь к подбору необходимого инструмента. Тот, кто пользуется неподходящим инструментом, никогда не усвоит правильных приемов работы, не станет хорошим мастером.
Никогда не завинчивайте и не отвинчивайте шурупы ножом. Делайте это только отверткой. А если понадобится острогать дощечку, нож тоже нс годится. Тут нужен рубанок. Помните, что хороший инструмент и правильное его использование — половина успеха
в строительстве любых моделей и конструкции.
Ну а как быль, если рубанка все же нет? Тогда его можно попросить у кого-нибудь из товарищей или воспользоваться инструментом школьной мастерской и т. д. Лучше потратить время на поиски нужного инструмента, чем поспешить и сделать брак.
Самые первые важные и необходимые инструменты — это карандаш и чертежная бумага! Без них — ни шагу. Именно с них и начи
нается работа над любо 1 моделью.
Затем идут мерительные инструменты: метал л и ч е ск а я лине и к а длиной в 200 или 300 мм, угольник, циркуль и метр или рулетка.
Мерительный и разметочный инструмент имеет большое значение. От правильной разметки и нанесения размеров на деталь зависит в дальнейшем не только успешная сборка модели, но и ее работа.
Как бывает досадно, когда вдруг выясняется, что отверстия не совпадают пли рамка с негативом не входит в пазы увеличителя. И всему причиной какой-то миллиметр, а то и доли его, которые были «упущены» из-за того, что применялась старая деревянная линейка с полу-стсршимися делениями. При разметке будьте внимательны и не жалейте времени на перепроверку.
Далее следуют собственно обрабатывающие инструменты и приспособления. Очень необходимое приспособление — настольные тиски. Без них нет мастерской. Обрабатывать детали в руках пли на краю стола — это значит’ испортить п деталь, и стол. Другое нужное приспособление — ручная дрель. Имея набор разных сверл, можно смело браться за многие работы.
Кроме обычного своего применения, дрель
может служить п намоточным станочком. Д 1я этого ее укрепляют в тисках, а в патрон зажимают болванку, на которой устанавливают каркас катушки.
Очень интересное приспособление — всем знакомый лобзик. Возможностей его многие просто даже не знают. С помощью лобзика п разных пилок можно не только пилить фанеру, ио и выпиливать сложные фигуры из двух миллиметровой стали, легко отпиливать стержни нужного раз-
мера от металлических прутков до 10 мм в диаметре. При умелом обращении лобзик с набором пилок для дерева и металла может во многих случаях заменить слесарную ножовку и ножницы по металлу.
Еще обязательно надо иметь слесарный молоток, ручную ножовку по дереву (лобзиком толстые доскп не перепилишь), рашпиль для зачистки деревянных изделии, ножницы для картона и бумагп, плоские напильники (дра-чёвый и личной), отверт
ки (большую и малую), плоскогубцы, перочинный нож, стамеску, брусок для точки инстру-
ментов, рубанок, электрический паяльник, са
модельную клеянку, наждачную п стеклянную бумагу и, наконец, несколько кисточек (для клея, краски и лака).
Как впдите, список инструментов небольшой. Но, еще раз повторяем, это только для начала. Прп всякой возможности вы должны пополнять свой запас. Здесь тоже необходим определенный порядок. Если, например, вы увлекаетесь столярными самоделками, прежде всего надо стремиться приобрести столярные инструменты: несколько стамесок, киянку (деревянный молоток), струбцинки и т. д. А если вы увлеклись радиолюбительством, то вам понадобятся кусачки, пинцет, круглогубцы.
Единственное, что мы настоятельно советуем всем, независимо от рода работы, — это как можно скорее достать метчики и плашки для нарезания метрической резьбы, хотя бы нескольких ходовых размеров — 3, 4 и 6 мм. Имея их в своей мастерской, вы сможете не только браться за наиболее сложные самоделки, во и приступить к созданию собственных конструкций. А это, в конечном счете, самое интересное в техническом моделировании.
Берегите инструмент, не сваливайте его как попало, а подберите или сделайте для его хранения плоские ящички — готовальни и подставки. Для раздельного хранения мелких материалов п деталей используйте металлические коробки (например, из-под зубного порошка или конфет) и чисто вымытые консервные банки. Отведите для всего имущества вашей домашней
мастерской отдельную полку в шкафу, а еще лучше — небольшой шкафчик.
Помните, что ваша мастерская нс должна причинять неудобства окружающим.
После работы тщательно убирайте стружки, опилкп, ненужные обрезки дерева и металла. Еслп работаете с красками, подстилайте на пол п на стол старые газеты. Все масляные и эмалевые краски храните в плотно закрывающихся банках, иначе они быстро высохнут.
«ИГРА В КУБИКИ»
Когда все материалы и детали подобраны, а необходимый инструмент ждет только ваших рук, наступает самая интересная часть работы — «игра в кубики». Гак инженеры и конструкторы называют поиски наилучшего варианта размещения всех узлов и деталей будущей конструкции.
Опыт технического моделирования говорит, что скопировать и изготовить модель точно по описанию удается только в исключительных случаях. И в самом деле, представьте себе, что в описании рекомендовано использовать готовый трансформатор. Вы нашли подходящий по электрическим показателям, а вот размеры или
способ крепления к панелп у него не те, которые приводятся в описании. Что делать3 Отказываться от этого трансформатора и искать другой? Конечно же, нет! Придется самому разметить отверстия и придумать свои способ крепления трансформатора. Значит, то размеры, которые указаны в описании, уже нс будут выдержаны. И хорошо, если такая замена ограничится только иным расположением впн-
тов. А если размеры трансформатора настолько велики, что он будет мешать другим деталям? Отказаться от постройки модели?! Вот тут-то и помогает «игра в кубики».
Вычертив на бумаге в натуральную величину план модели (панель, часть судна п т.п.), установите все детали и узлы так, чтобы их расположение хотя бы приблизительно напоминало рекомендованное в описании.
Пробуйте изменять взаиморасположение отдельных деталей, все время думая о том. как и чем вы будете их прикреплять, удобно ли вам будет завертывать винты и гайки, припаивать провода, удобный ли будет доступ к ручкам управления и т. и.
И только обсудив со всех сторон окончательный вариант расположения деталей, приступайте к изготовлению модели. Нс удивляйтесь, если в результате такой «игры» внешние размеры всей конструкции окажутся уже не такими, как в описании.
Так поступают в том случае, когда модель делается по готовому описанию. Если же вы хотите создать свою оригинальную конструкцию, то «игра» начинается еще раньше — на
бумаге. Сначала эскизно, от руки, а потом боле з точно подберите внешние размеры модели, а также внутреннее расположение деталей. При этом всегда надо руководствоваться размер а ми уже имеющихся у вас деталей и узлов.
Для такого бумажного «конструктора» необходима миллиметровая бумага. На одной ос стороне нанесена цветная сетка с расстоянием между соседнимг! линиями в один миллиметр. На этой бумаге очень легко и быстро можно изобразить в натуральную величину или в масштабе любой узел.
При работе над моделью, прибором или аппаратом вам придется часто обращаться к принципиальной схеме, сборочному чертежу, помещенным в книге.
Чтобы сберечь книгу, лучше снять копии со всех схем и чертежей, которые вам понадобятся во время работы, или хотя бы составить эскизы. Правда, на это уйдет некоторое время, но зато и книга останется чистой и целой, п вы лучше овладеете «языком техники».
ИСПЫТАЙТЕ МОДЕЛИ
Никогда не ограничивайтесь тем, что построенная вами модель движется, действует. Постарайтесь определить ее качества: скорость, мощность двигателя и другие технические показатели. Для этого модель должна пройти некоторые испытания. О том, как их проводить, рассказывается в пособиях для моделистов.
Этим, конечно, пе ограничивается все многообразие моделирования. Мы рассказали только о главном. Более подробные советы вы найдете в книгах по техническому творчеству, указанных в справочном отделе.
ш а m
no тeж н ицо
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
Воротников И. А. Занимательное черчение. М., Детгиз, 1956. 128 стр. (Школьная б-ка).
Книга в занимательной форме знакомит с основами технического черчения. Содержит много разнообразных задач.
Гонок II. и II в и и М. Рассказы об автоматике. Л., Детгиз, 1957. 175 стр. Для старшего возраста.
Книга о современной автоматике и телемеханике. В ней описана работа ряда автоматических устройств, применяемых в промышленности, энергетике и быту, рассказано о перспективах развития автоматики в различных отраслях техники, о применении полупроводников и быстродействующих электронных машин для целей автоматизации. Захарченко В. Станция назначения — завтра! М., Детгиз, 1959. 32 стр. (Беседы с пионерами и школьниками о семилетием плане).
Задачи семилетнего плана развития народного хозяйства СССР.
Ильин М. Избранное. М., Детгиз, 1958. 592 стр. (Школьная б-ка). Для средней школы.
Очерки об истории вещей (Сто тысяч почему), электрического освещения (Солнце на столе), часов (Который час?), книги (Черным по белому), микроскопа и телескопа (Искусственный глаз), автоматики (Завод-самоход), изучения атома (Путешествие в атом).
К о р о б к о С т е ф а и о в А. Звук за работой. М., Детгиз, 1957. 96 стр. Школьная б-ка. Для средней школы.
Книга рассказывает о физике звука и его использовании в технике.
Ляпунов Б. О большом и малом. М., Детгиз, 1955. 168 стр.
В книге рассказано о применении высоких параметров—больших и малых температур, давлении, высокочастотных колебаний в науке и технике.
Макса ре в Ю. Е. Новая техника—новые победы М., «Молодая гвардия», 1959. 64 стр.
Брошюра знакомит с перспективами развития электрификации, автоматики и химической промышленности в семилетке.
ПисаржевскийО. Навстречу великой мечте. М., Детгиз, 1959. 32 стр. (Беседы с пионерами и школьниками о семилетием плане).
Брошюра о развитии науки в семилетке.
МАШИНА —ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
Беркович Д. Рассказы о заводе. М , Детгиз 1956. 280 стр. (Школьная б-ка).
На примере работы автомобил иного завода книга знакомит с основными цехами современного машиностроительного производства.
В а л ь г а р д С. Л. Что надо знать о машинах. М , Детгиз, 1958. 168 стр. (Школьная б-ка). Для средней школы.
Основы машиноведения: назначение машин, передача движении, машины автоматы, роль электричества в машинах.
Воротников И. А Конструкторская смекалка. М., Детгиз, 1957. 96 стр. (В помощь самодеятельности пионеров и школьников. Школьная б-ка). Для средней школы
Сборник занимательных вопросов технике конструкторского характера с ответами на них.
Дорохов А. Сто послушных рук. М., Детгиз, 1955. 160 стр. (Школьная б-ка).
Содержание книги: работа различных машин, применяемых при добыче полезных ископаемых, па строительных работах, в сельском хозяйстве, энергетике. Рассказано о работе турбостроительного и автомобильного заводов, заводов-автоматов, строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений.
Ляпунов Б. Борьба за скорость. Изд. 2-е, переработанное, М., «Молодая гвардия», 1955. 208 стр.
Книга об основных путях и достижениях технического прогресса. В пей рассказано о создании высокоскоростных машин, повой технологии машиностроения, о роли автоматики, телемеханики, электроники в современной технике.
Машина. Ее прошлое, настоящее и будущее. Круг чтения по технике для молодежи. М., «Молодая гвардия», 1959. 474 стр.
Сборник, посвященный основам машиноведения, машиностроению п роли пауки в его развитии. Большое внимание уделено прогрессивным методам машиностроительной техники и рассказам о машинах будущего. Сборник составлен коллективом писателей и ученых.
П е р л я 3. Человек режет металл. Рассказы о станках. М., Детгиз, 1958. 350 стр.
Книга знакомит с историей развития станков, режущих инструментов, техники резания металлов. В пей рассказано о создании автоматическихстанков и применении управляющих машин, о новых способах обработки металлов с помощью ультразвука и электрической искры, о завтрашнем дне металлорежущей техники.
Тысяча работников. Рассказы о машинах. Сборник. М., Детгиз, 1958. 400 стр. Для начальной и семнлетпей школы.
Роль машин в жизни человека. Двигатели, приводящие в действие машины.
ЭНЕРГИЯ—ДВИЖУЩАЯ СИЛА ТЕХНИКИ
Б а б а т Г. И. Токи высокой частоты. М., изд-во «Знание», 1956. 46 стр.
В брошюре рассказывается об основных свойствах ТВЧ, методах их получения и основных промышленных применениях.
Б а б а т Г. И. Ускорители. М., «Молодая гвардия», 1957, 79 стр.
Популярный рассказ о принципах ускорения атомных заряженных частиц, о различных типах ускорителен, осамой большой установке -советском синхрофазотроне.
Васильев М. Энергия и человек. М., «Советская Россия», 1958. 320 стр.
Книга об энергетике и ее развитии. В пей освещаются вопросы использования различных совре
менных источников энергии — угля, нефти, волы а также новых видов энергии.
В в е д е п с к и й А. А. Электричество в пашей жизни Изд. 2-е, М., Гостехпздат, 1958. 64 стр. (Науч,-попул. б-ка).
В брошюре рассказывается об электрификации и применении электричества в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте.
Гладков К. Атомная энергия. М., Детгиз, 1958. 400 стр. (Школьная б-ка).
Книга рассказывает о том, как человек идет по пути раскрытия законов строения вещества и овладения внутриядерной энергией.
Левин М. Машина-двигатель (От водяного колеса до атомного двигателя). Л., Детгиз, 1957. 223 стр. Для старшего возраста.
История развития, принципы устройства и применение тепловых двигателей — паровой машины, паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания, газовой турбины п реактивных двигателей. Последняя глава посвящена возможностям использования атомной энергии в тепловых двигателях. Захарченко В. Д. Мотор. Изд. 2-е. Ч., Гостехиз-дат, 1954. 56 стр. (Пауч.-попул. б-ка).
История развития тепловых двшателей, устройство и работа двигателя внутреннего сгорания, дизеля, автомобильного мотора, газовой турбины, реактивною двигателя.
Ларионов Л. Решающие годы. М., Детгиз, 1959. 32 стр. (Беседы с пионерами и школьниками о семилетием плане).
Брошюра об электрификации страны в семилетке.
Ляпунов Б. Огненный вихрь. М., «Молодая гвардия», 1957. 80 стр.
Брошюра о новом тепловом двигателе — газовой турбине
См аги п Б. Атом работает. М., Детгиз, 1957. 96 стр. (Школьная б-ка).
Кинга об энергии атома, о первых шагах атомной энергетики, об использовании неисчерпаемых запасов внутриатомной энергии в будд щем.
СВЯЗЬ. РАДИОТЕХНИКА II ПОЛУПРОВОДНИКИ
А и ф и л о в Г. Что такое полупроводник. М., Дет-гпз, 1957. 144 стр. Для средней школы.
Книга знакомит со свойствами и способами получения полупроводниковых материалов. Большое внимание уделено их практическому применению в современной технике и перспективам дальнейшего развития полупроводниковой техники. Б р о н и с р Б. В. и К о к о с о в Л. В. Путь телеграммы. М., Детгиз, 1955. 136 стр. Для старшего возраста.
В книге рассказано об истории создания телеграфа, о технике современной телеграфной связи, передаче изображений по телеграфу, а также о работе Центрального телеграфа в Москве.
Гладков К. Телевидение. М., Детгиз, 1955. 271 стр. (Школьная б-ка). Для старшего во фаста.
В книге подробно рассказано об истории, физических основах телевидения, о путях его дальнейшего развития и возможностях применения в науке и технике будущего.
Клементьев С. Телефон. М.- Л., Детгиз, 1953. 72 стр. Для старшего возраста.
Книга об устройстве и работе телефонного аппарата и телефонных станций, в том числе автоматических станций специальной службы (междугородных, проверки времени, телефонов-автоматов, «авторапорта'> и т. д.).
П л о и с к и и А. Заглянем в будущее. (Радиоэлектроника сегодня и завтра). М.» Госполнтпздат, 1957. 72 стр.
В книге рассказывается о применении радиоэлектроники в ядерпон физике, автоматике, счетно-решающих устройствах для навигации, в печатном деле, медицине, сельском хозяйстве.
Савченко В. Полупроводники на старте. М., Детгиз, 1958. 123 стр. (Школьная б-ка). Для среднего и старшего возраста.
Свойства полупроводников и их применение. Честнов Ф. II. Радиолокация. Изд. 2-е. М., Гос-техпздат, 1955. 64 стр. (Науч.-попул. б-ка).
Брошюра об основах радиолокационной тех-hhkiu устройстве радиолокационных установок и применении радиолокации для навигации, в метеорологии и астрономии.
КАК ДОБЫВАЮТ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ И ПОЛУЧАЮТ МЕТАЛЛЫ
Боксерман 10. Невидимое топливо. М.» Детгиз, 1958. 144 стр.
Книга о добыче и использовании природного горючего газа.
Болдырев С. А. Книга о металле. М., «Молодая гвардия»), 1956. 350 стр.
Книга об основах металлургического производства. В ней рассказано о работе доменной печи, мартеновских цехов, прокатных станов и блюмингов, процессах выплавки чугуна и стали, автоматизации металлургического производства и о применении радиоактивных изотопов в металлургии.
Жемчужников 10. и Г о р Г. Каменный уголь. Л., Детгиз, 1956. 80 стр. (Школьная б-ка).
Книга о происхождении каменного угля, о значении его в современной промышленности. Рас
сказано об использовании энергии каменного угля, подземной газификации, получении искусственного бензина, кокса, химических продуктов.
К р у п и и В. Невидимые сокровища. М., «Молодая гвардия», 1959. 224 стр.
Использование природного газа в народном хозяйстве.
Линн и ц к и й А., Кадников В. Как из руды делают металл, Л., Детгиз, 1959. 32 стр.
Очерк о добыче руды и превращении ее в металл.
М а р Е. О простом железе. М., Детгиз, 1957. 72 стр (Школьная б-ка). Для среднего возраста.
Книга посвящена роли железа в жизни человека, его добыче и использованию. В пей рассказано о выплавке чугуна, получении стали, производстве специальных сортов стали, прокатке металла, борьбе с коррозией.
П а р ф е и о в В. А. Редкие металлы. М., Гостехиздат.
1954. 48 стр (Науч.-попул. б-ка).
Брошюра о свойствах и применении редких металлов, их роли в получении различных сплавов. Пешкин И. Как рождается сталь. М., Детгиз, 1955. 168 стр.
Кинга о металлургическом производстве. Подробно рассказано о доменном процессе выплавки чугуна, о получении стали в мартеновских печах, о работе блюминга и прокатных станов. Автор рисует картины металлургии будущего — выплавку стали в домне, непосредственное получение чистых металлов из руд, развитие порошковой металлургии.
Пешкин И. Стальной поток. М., «Молодая гвардия», 1957. 54 стр.
Брошюра знакомит с непрерывной разливкой стали и работой советских ученых и инженеров над созданием установок для такой разливки.
Тихонравов Н. Рассказы о нефти. М., Детгиз, 1954. 240 стр. (Школьная б-ка).
В книге рассказано о свойствах, применении и добыче нефти. Читатель узнает о применении нефти в древности, об использовании нефтяных запасов в пашей стране до революции и в годы Советской власти, о том, как ведется разведка нефтяных месторождений, как добывается п перерабатывается нефть.
ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
А п д р е е в а Е. и А п д р е е в Ю. Огнем рожденное. Л-, Детгиз, 1957. 208 стр. Для среднего и старшего возраста.
Книга знакомит с производством стекла и разнообразными применениями его в быту, науке и технике.
Б у я н о в А. Властелины атомов. М., «Молодая гвардия», 1959. 240 стр.
Стр. 141 —143 — об искусственном минерале микролите, применяемом в металлообработке; стр. 183—210 — о пластмассах; стр. 222—233 — о кремнийорганических соединениях.
М оралевпч 10 Мир пластмасс. М., изд-во «Детский мир», 1959. 72 стр.
Парменов 11. Я., Сморгонский Л. М., Ц в е т к о в Л. Л. Кинга для чтения по химии. Часть II. Изд. 2-е, переработ. М., Учпедгиз, 1956. 523 стр.
В книге напечатан ряд статей, посвященных защите от коррозии, применению кальция, алюмп ния, кислорода и других элементов в технике. Книга знакомит с химическими основами черной метал лургии.
Реутов О. А. Органический синтез. Изд. 2-е. М., Г осте х изд ат, 1953. 64 стр. (Науч.-попул. б-ка).
В брошюре рассказано о получении ряда продуктов путем органического синтеза—каучука, пластмасс, искусственных волокон, красителей ит. д. Описана технология химической переработки угля, нефти, древесины, природных газов.
Степанов Б. Химия — на первом рубеже. М., Детгиз, 1959. 32 стр. (Беседы с пионерами и школьниками о семилетием плане).
Брошюра о развитии химической промышленности в семилетке.
КАК ДЕЛАЮТ ОДЕЖДУ И ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ
Борисов Е. и Пят нова И. О самом обыкног венном. М., «Молодая гвардия», 1955. 182 стр.
Книга знакомит с рядом отраслей пищевой промышленности — производством сахара, хлебопечением, переработкой молока, работой мясокомбината. Рассказано о новой технике, применяемой при производстве пищевых продуктов.
Буянов А. Ф. Новые волокна. Изд. 2-е. М., Гос-техиздат, 1953. 48 стр. (Науч.-попул. б-ка).
Брошюра посвящена различным видам искусственных волокон — их свойствам и получению. М и х е й к и н II. Холод служит человеку. М., изд-вс «Московский рабочий», 1958. 80 стр.
МАШИНЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Казанцев А. Богатыри полей. М., «Молодая гвардия», 1955. 222 стр.
Очерки о создании новейших сельскохозяйственных машин, о применении авиации и электричества, о будущем нашего сельского хозяйства.
К и р ю хи н А. Боевые друзья трактора. М , «Молодая гвардия», 1958. 272 стр.
В книге рассказывается об истории трактора, развитии советского тракторостроения, тракторных
двигателях, конструкциях различных тракторов и проблемах, над которыми работают тракторостроители.
КАК ЛЮДИ СТРОЯТ
К о з а к о в А. Труд на века. М., Детгиз, 1959. 156 стр. Для среднего и старшего возраста.
Рассказ о строительстве, его истории и современных методах.
Ж и г а р е в Л. Начало века. М., «Молодая гвардия», 1956. 191 стр.
Книга о новых методах строительства, о строительных материалах — кирпиче и бетоне, о зарождении строительной индустрии.
Зубарев Г. Дом сделан па заводе. М., Детгиз, 1958. 128 стр. (Школьная б-ка). Для средней школы.
Книга рассказывает о сборном железобетоне — о том, что он собой представляет, как делается и какую роль играет в жизни человека.
Топи и 10. Как камень стал железным. Л., Детгиз, 1956. 159 стр. Для среднего и старшего возраста.
Книга о свойствах, получении и применении бетона и железобетона. Приведено много примеров из истории строительства в разных странах.
ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА
Авиация сегодня и завтра. Сборник материалов журнала «Крылья Родины». М., изд-во ДОСААФ, 1958. 144 стр.
Сборник стате-й, посвященных реактивной авиации, вертолетам настоящего и будущего, проблеме «теплового барьера», искусственным спутникам Земли, атомным самолетам и космическим ракетам.
Баев Л. К. Вертолет. Изд. 2-е, доп. М., Гостехмздат, 1956. 56 стр. (Науч.-попул. б-ка).
Брошюра знакомит с принципами устройства вертолетов и их управления, объясняет, как происходит их полет. Рассказано о роли вертолетной авиации в народном хозяйстве и перспективах ее развития. Баев Л. Реактивные самолеты. М., изд-во ДОСААФ, 1958. 224 стр.
Книга о различных типах реактивных двигателей, конструкциях и оборудовании реактивных самолетов и вертолетов. Затрагиваются перспективы дальнейшего развития реактивной авиации.
Болгаров II. Пароход. Л., Детгиз, 1954. 158 стр. Для среднего возраста.
Книга посвящена истории и современному состоянию кораблестроения. В ней рассказывается об устройстве парохода, теплохода и электрохода, о принципах кораблевождения.
Г у м и л евск и и Л. Тепловозы. М., «Молодая гвардия*, 1957. 80 стр.
Брошюра знакомит с историей тепловозостроения, конструкциями советских тепловозов и возможностями применения газовых турбин и атомных двигателей на железнодорожном транспорте. Д о л м а т о в с к и й 10. Повесть об автомобиле. Изд. переработ. и доп. М., «Молодая гвардия», 1958. 264 стр.
Книга посвящена автомобилю — его прошлому, настоящему и будущему. Она знакомит с устройством и путями совершенствования автомобиля.
Ж а б р о в А. А. Почему и как летает самолет. М., Гостехиздат, 1956. 56 стр. (Науч, попул. б-ка).
В книге подробно рассказано, как устроен самолет, почему возникает подъемная сила крыльев, как работает воздушный винт, какие силы действуют на самолет при взлете, наборе высоты, горизонтальном полете, планировании, фигурных полетах.
Заяц А. Винтокрылы. М., «Молодая гвардия», 1957. 56 стр.
Очерк о современных вертолетах, устройстве различных типов винтокрылых летательных аппаратов и перспективах их развития.
Зюзин Д. и М а р к у ш а А. В небе ТУ-104. М., «Молодая гвардия», 1957. 64 стр.
Очерк о постройке и испытаниях пассажирского реактивного самолета ТУ-104.
Куликовская Г. Локомотивы больших дорог. М., «Молодая гвардия», 1957. 64 стр.
Очерк о современных советских электровозах. М о р а л е в и ч Ю. Покорители пространства. М., Госполитпздат, 1956. 100 стр.
Книга о повой технике на железнодорожном, водном, воздушном и автомобильном транспорте. М о р а л е в и ч 10. Транспорт будущего. М., Проф-издат, 1956. 125 стр.
В книге рассказано о завтрашнем дне транспорта и описаны различные виды транспортных машин будущего-
М о р а л е в и ч 10. Первый в мире. Рассказ об атомном ледоколе «Ленин». М., изд-во «Детский мир», 1958. 72 стр.
ОТ РАКЕТЫ ДО КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ
Артемьев П. Искусственный спутник Земли. М., Детгиз, 1958. 135 стр. (Школьная б-ка). Для средней школы.
Книга посвящена проблеме создания искусственных спутников Земли. В пей рассказано о работах Циолковского, устройстве исследовательских и межконтинентальных ракет, запуске спутников, устройстве первых советских искусственных лун, дальнейших проблемах астронавтики.
Артемьев И. Первый искусственный спутник Солнца М., Детгиз, 1959. 64 стр. (Путешествие в семилетку).
Крыл о в 10. и Р а з у м е е в В. Вторая Лупа. М., «Молодая гвардия», 1957. 48 стр.
Брошюра посвящена различным проектам искусственных спутников Земли, проблеме запуска их па орбиту и исследованиям, которые можно проводить с их помощью.
Крючков 10. Корабли межпланетных пространств. М., изд-во ДОСААФ, 1958. 72 стр.
Брошюра посвящена вопросам полета в межпланетное пространство.
Брошюра знакомит с историей ракетостроения, современными исследовательскими ракетами и предполагаемыми конструкциями космических ракет, а также с программой проникновения человека в космос.
М е р к у л о в И. А. Полет ракет в мировое пространство. М., изд-во ДОСААФ, 1958. 88 стр.
Книга посвящена проблеме межпланетных полетов. В пей рассказано о трудностях, которые стоят па пути вылета в космос, о первых советских искусственных спутниках, о возможных конструкциях космических ракет.
Н и к и т и и П. И. Искусственные спутники Земли М., изд-во ДОСААФ, 1958. 88 стр.
ТЕХНИКА ПА СЛУЖБЕ НАУКИ И ИСКУССТВА
Домбровский К Внимание... съемка! М., Детгиз, 1959. 176 стр.
Па примере съемки научно-популярного фильма «Глазами кино» в книге рассказывается о скоро стной киносъемке и ее применении для научных исследовании (стр. 132—157).
И г л и ц к и й А М. и С о м о р о в Б. А. Как печатают книги. Изд. 2-е. М., Гостехиздат, 1956. 64 стр.(Науч.-попул. б-ка).
В брошюре рассказано об истории изобретения бумаги и книгопечатания, о современном полиграфическом производстве.
Кобринский II., П е к е л и с В. Быстрее мысли. М., «Молодая гвардия», 1959. 390 стр.
Книга по истории математики и вычислительной техники. Большое внимание уделено в пен кибернетическим машинам.
Морозов С. Фотография в пауке. М., Гостехиздат, 1955. 62 стр. (Науч.-попул. б-ка).
Брошюра знакомит с методами исследовательской фотографии, съемками в невидимых лучах, применением фотографии в разных областях пауки, стереофотографией, замедленной и ускоренной киносъемкой.
Немировский Е. и Горбачевский Б. Рождение книги. М., изд-во «Советская Россия», 1957. 232 стр.
Книга об истории книгопечатания, о современной полиграфической технике и будущем полиграфии. Реи ибер г М. Г. Думающие машины. М., Детгиз, 1957. 128 стр. (Школьная б-ка).
Книга знакомит с принципами устройства быстродействующих вычислительных и управляющих машин, с применением их в пауке и технике.
Тукачпнс к и й М. С. Машины-математики. М., Гос. изд. физ.-математ. литературы, 1958. 130 стр.
Популярная книга, знакомящая с принципами устройства различных вычислительных автоматов, сложных счетно-решающих устройств и их применением.
ВЫДАЮЩИЕСЯ ИНЖЕНЕРЫ И ИЗОБРЕТАТЕЛИ
Арлазоров М. С. Жуковский. М., «Молодая гвардия >,1959. 304 стр. (Жизнь замечательных людей). Арлазоров М. С. Константин Эдуардович Циолковский. Его жизнь и деятельность. М., Гостсх-издат, 1952. 128 стр. (Люди русской пауки).
Болховитинов В., Буянов Л., Захарченко В., Остроумов Г. Рассказы из истории русской пауки и техники. М., «Молодая гвардия», 1957. 592 стр.
Очерки о работах русских ученых в области химии (стр. 69—108), электротехники (стр. 109— 151), металлургии (стр. 152—185), механики, сельскохозяйственного машиностроения и строитель* ства (стр. 186—228), двпгателестроенпя (стр. 229—251), транспорта (стр. 252 — 316), оборонной техники (стр. 317—360).
Гумилевский Л. Рудольф Дизель. М., Журп.-газ. объединение, 1935. 294 стр.
Космодемьянский А. А. Знаменитый деятель пауки К. Э. Циолковский. Изд. 2-е. М., Воен-пздат, 1954. 136 стр. (Науч -попул. б-ка).
К рылов В. Александр Федорович Можайский. 1825—1890. Л., «Молодая гвардия», 1951. 272 стр. (Жизнь замечательных людей).
Рахманов Л. Яблочков. М.—Л., Детгиз, 1949. 84 стр. (В помощь школьнику). Для среднего и старшего возраста.
Яновская Ж. Академик корабельной пауки Л., Детгиз, 1955. 168 стр.
Книга о жизни и деятельности выдающегося ученого акад. А. Н. Крылова.
Я и о в с к а я Ж. Кулибин. М. — Л., Детгиз, 1951. 112 стр. (В помощь школьнику). Для среднего возраста.
Г а р ш с н и н В. Г. Модели сельскохозяйственных машин. М., «Молодая гвардия», 1957. 72стр. (Школьная б-ка).
Киселев Л., М п к и р т у м о в Э., X л е б и и-к о в П., Ч е с т п о в Ф. Книга юного техника. М.—Л., Детгиз, 1948. 232 стр.
Книга содержит различные справочные сведения и советы по изготовлению моделей и приборов по энергетике, электротехнике, авиации, радиотехнике.
К п и г а вожатого. Сборник. М., «Молодая гвардия», 1955. 544 стр.
Глава XI «Умелые руки» (стр. 303—404) — пособие для кружков «Умелые руки». Здесь приведено описание изготовления моделей разнообразных машин и приборов.
Леонтьев П. Работы по металлу. Л., Детгиз, 1956. 152 стр. (Школьпая б-ка).
Книга знакомит с литейными, кузнечными, токарными, слесарными и другими видами работ по дереву, которые могут быть произведены в мастерской юного техника, и с необходимым для этого оборудованием.
Леонтьев П. Работы по дереву. Л., Детгиз, 1955. 249 стр. (Школьпая б-ка).
Книга знакомит с основными видами работ по дереву, инструментами, оборудованием деревообделочной мастерской. Приведено описание изготовления самодельного токарного станка.
Павлович С. Модели сельскохозяйственных машин. Л., Детгиз, 1956. 144 стр. (Школьпая б-ка).
В книге рассказано, как построить модели комбайна, уборочных машин, плуга, сеялки п других сельскохозяйственных машин. Книга рассчитана па начинающих моделистов.
Павлович С. Приборы и модели по нежпвой природе. М.—Л., Детгиз, 1953.80 стр. (В помощь самодеятельности пионеров и школьников).
В книге дано описание моделей водяной и ветряной мельниц, водяной турбины, паровой машины, в етродвп гател я.
Стрелков П. Юному электротехнику. М., Детгиз, 1955. 216 стр. (Школьная б-ка).
В книге приведено описание моделей телеграфного аппарата, электродвигателей, трансформаторов и других моделей.
Умелые руки. Сборник. Изд. 2-е М., «Молодая гвардия», 1954. 408 стр.
В сборнике приведены советы по работе с различными материалами, изготовлению самодельных учебных пособий и приборов, а также моделей судов, самолетов, автомобиля, аэросаней, телефона.
Пособия но модел и рова и и ю систематически выпускаются в виде приложении к журналу «Юный техник». Кроме того, издательство ДОСААФ выпускает «Библиотечку юного конструктора», содержащую описание различных самоделок и моделей машин.
НАУЧНАЯ ФАНТАСТИКА
Адамов Г. Тайпа двух океанов. Роман М., Детгиз, 1955. 480 стр. (Б-ка приключений и научной фантастики).
Глубоководная подводная лодка с ракетными двигателями. Техника освоения больших глубин (скафандры и др.).
Б е л я е в А. Звезда «КЭЦ». Роман. В книге: Беляев А. Избранные научно-фантастические произведения. Т. 2. М.» «Молодая гвардия», 1956, стр. 161—328.
Обитаемый спутник Земли — внеземная станция. Полет па Луну. Скоростной наземный и воздушный транспорт будущего.
Беляев А. Подводные земледельцы. Роман. В книге: Беляев А. Остров погибших кораблей. Л., Детгиз, 1958, стр. 225—373.
Использование богатств моря. Подводпос земледелие и его техника.
Беляев А. Чудесное око. Роман. В книге: Беля ев А. Избранные научно-фантастические произведения, Т. 1. М., «Молодая гвардия», 1956, стр. 203-382.
Подводное телевидение.
Васильев М. и Г у щ е в С. Репортаж из XXI века М., пзд-во «Советская Россия», 1959. 248 стр.
Беседы с учеными о будущем различных областей техники.
Верн Ж. 20 000 лье под водой. Роман. В книге: Верн Ж-Собрание сочинений Т. 4. М , ГПХЛ, 1957.
Верн Ж. Робур-завоеватель. Роман. В книге: Верп Ж Собрание сочинении. Т. 9, М. ГПХЛ, 1957. стр. 183—386.
Гигантский воздушный корабль с электродвигателями.
Верн Ж. Властелин мира. Роман. В книге: Верн Ж. Собрание сочинений. Т. 11, М., ГПХЛ, 1957, стр. 7 —153.
Вездеход — комбинация самолета, автомобиля, подводной лодки.
Вер п Ж’- Плавучий остров. Роман, В книге: Верн Ж. Собрание сочинений. Т. 10, М., ГПХЛ, 1953,
стр. 163—328.
Гигантское океанское судно — плавающий город.
В о р н ‘Ж. В 2889 году. Рассказ. В книге: Верн Ж. Романы, повести, рассказы. Т. 2, Л., 1956, стр 5-23.
Техника будущего.
Волков К. Звезда утренняя. Повесть. М., Детгиз, 1957. 366 стр.
Ракетный корабль для полета на Венеру.
Гамильтон Э. Джонс Первый. Рассказ. В жури.
«Юный техник», 1957, № 4, стр. 23—28.
Робот.
Гамильтон Э. Сокровища Громовой Луны. Повесть. В жури. «Техника — молодежи», 1956, № 1—4.
Фантастическое путешествие па спутник Урана—Оберон.
Гребнев Г. Тапиа подводной скалы. Южное сияние. Повести. Вологда, Областное кп. изд-во, 1955. 237 стр.
Достижения пауки и техники будущего в области изучения и освоения Арктики («Тайпа подводной скалы»). Использование лучистой энергии («Южное сияние»).
Гуревич Г. Подземная непогода. Повесть. М., Детгиз, 1956 224 стр. (Б-ка приключении и научной фантастики).
Использование тепла вулканов.
Гуревич Г. Лунные будни. Рассказ. В журн. «Техника— молодежи», 1955, № 10, стр. 33—35.
Освоение Луны.
Гуревич Г. Вокруг света в один час. Отрывок из романа. В жури. «Знание — сила», 1957, № 12, стр. 27—29.
Полет двух ракет вокруг Земли.
Д и е п р о в А. Кораблекрушение. Рассказ. В журн. «Знание — сила», 1958, № 5, стр. 41 — 45.
Скафандр для межпланетных путешественников. Полет к Луне.
Д п е п р о в А. Крабы идут по острову. Рассказ.
В журн. «Знание — сила», 1958, № И, стр 26—30.
Кибернетические машины, воспроизводящие себе подобных.
Долгуш и и IO. ГЧ (Генератор чудес). М., Труд резервиздат, 1959. 424 стр.
Проблемы использования биотоков.
Ефремов II. Сердце змеи. Рассказ. В сборнике П. Ефремова «Юрта Ворона». «Молодая гвардия», 1960, стр. 214—284.
Межзвездные перелеты.
Ефремов II. Туманность Андромеды. Роман. М., «Молодая гвардия» 1958. 368 стр.
Межзвездные перелеты. Паука и техника отдаленного будущего.
Ж и г а р е в Л. Кто там? Рассказ. В журн. «Знание — сила», 1956, № 7, стр. 2—6.
К п б( ф нети чес кие машины.
Казанцев А. Арктический мост. Роман. Изд. 2-е. М., Трудрсзервпздат, 1958. 776 стр. (Фантастика и приключения).
Строительство подводного моста-туннеля через Ледовитый океан.
К а з а н ц е в А. Полярная мечта (Мол Северный). Роман. М., «Молодая гвардия», 1956. 480 стр. (Б-ка научной фантастики и приключений).
Строительство гигантской ледяной плотины вдоль Северного морского пути.
К а л ь н и ц к и й Я. Конец подземного города. Роман. Изд. 2-е. Харьковское областное изд-во, 1955. 214 стр.
Вездеход, способный передвигаться по суше, воздуху, воде и под водой.
Кандыба Ф. Горячая земля. Роман. М., «Молодая гвардия» 1950. 365 стр.
Использование внутреннего тепла Земли в энергетике.
Кларк А. Острова в небе. Очерк. В сборнике «Ночь у Мазара». Л., Детгиз, 1959, стр. 344—375. Очерк о будущем астронавтики.
Лем С. Астронавты. Роман. М., «Молодая гвардия», 1957. 344 стр. (Б-ка научной фантастики и приключений).
Ракетный корабль для путешествия па Венеру. Применение кибернетики в технике межпланетных сообщений.
Ляпунов Б. Мечте навстречу. М., Трудрезервиздат. 1957. 168 стр. (Фантастика и приключения).
Очерки о межпланетных путешествиях и внеземной станции — спутнике Земли.
Мартынов Г. Каллисто. Роман. Л., Детгиз, 1957.
256 стр. (Б-ка приключений и научной фантастики). Межзвездный корабль.
Мартынов Г. Сестра Земли. Повесть. В альманахе «Мир приключений». Вып. 5, Л., 1959, стр. 119—281.
Путешествие на Венеру.
Маслов Э. Под светом двух Солнц. Рассказ. В журн. «Техника — молодежи», 1955, № 3, стр. 31—36.
Сверхчувствительный телевизор, позволяющий принимать передачи с планеты ближайшей к нам звездной системы.
Мате юн ас А. Экран жизни. Рассказ. В жури. «Вокруг света», 1955, № 1, стр. 54—59.
Автоматическая ракета с телевизионной установкой.
Немцов В. Огненный шар. Повести и рассказы. М., Детгиз, 1958 (Школьная б-ка); «Тень под землей» — стр. 371—475; «Аппарат СЛ - 1» — стр. 476 —595.
Прибор для поиска металлических руд(«Тень под землей»). Аппарат, улавливающий запахи, борьба с коррозией металлов, применение пластмасс («Аппарат С Л 1»).
Немцов В. Избранное. М., «Советский писатель», 1958. Счастливая звезда — стр. 3—422; Осколок Солнца — стр. 423—616.
Охотников В. Дорога вглубь. Роман. М., «Молодая гвардия», 1950. 216 стр.
Подземная лодка для путешествия в недрах Земли.
С а п а р и н В. Последний извозчик. Рассказ. В журн. «Знание — сила», 1958, № 12, стр. 34—36.
Летательный аппарат будущего.
Сафроновы 10. и С. Внуки наших внуков. Роман. М., «Молодая гвардия», 1959. 254 стр.
Жизнь и техника будущего коммунистического общества.
Стругацкий А., С т р у г а ц к и й Б. Страна багровых туч. Повесть. М., Детгиз, 1959.296 стр. (Б-ка приключений и научной фантастики).
Экспедиция на Венеру.
Сытин В. Покорители вечных бурь. Повесть. М. Детгиз, 1955. 125 стр.
Использование атмосферного электричества. Циолковский К. Э. Вне Земли. Повесть. Изд. 2-е. М., изд-во Академии наук СССР, 1958. 144 стр.
Ракетные корабли для космических путешествий.
Абсолютная температура — температура, отсчитываемая от абсолютного пуля (—273°,16С). Абсолютный нуль — предел охлаждения вещества, при котором отсутствует тепловое движение молекул — 360
Абсорбция — поглощение вещества пз раствора или газовой смеси какими-либо твердыми телами или жидкостями. Абсорбционная холодильная машина работает на принципе поглощения паров аммиака — 361
Авиагоризонт — прибор, показывающий положение продольной п поперечной осей самолета по отношению к горизонту — 486
Авианосец — морское судно, предназначенное для перевозки, взлета и посадки самолетов — 456
Авпасекстант — угломерный инструмент для определения местонахождения самолета —488
Автогенная резка, сварка — см. Газовая резка, сварка. Автогрейдер — см. Грейдер.
Автоклав — плотно закрывающийся сосуд для нагревания под повышенным давлением —275
Автомат — машина, выполняющая все необходимые для данной работы действия без участия человека—94,127
Автоматическая блокировка (на железной дороге) — устройство, предназначенное для автоматического регулирования следования поездов — 439, 441
/Хвтоматическая линия — совокупность машин, автоматически выполняющих весь цикл операций по производству изделий — 96, 134, 532
Автопилот — устройство для автоматического управления самолетом, ракетой —486
Автостоп — устройство для автоматической остановки поезда — 440, 441
Агломерация — спекание в куски (в агломерат) мелкой руды с топливом (коксом, древесным углем) при подготовке к доменной плавке — 258
Агрегатный станок — металлорежущий станок, составленный из стандартных агрегатов (узлов) и деталей — 93
Акватория - водное пространство в границах порта — 458
Аккумулятор — прибор для накопления энергии 185, 467
Акселерометр — прибор для измерения ускорений —488
Аксонометрия — способ изображения предметов на чертеже — 57
Активная паровая турбина — турбина, в которой расширение пара происходит только в соплах или направляющих аппаратах до поступления его на лопатки рабочих колес. В активной паровой тур бине используется энергия скорости пара или скоростной напор. Струя пара, вытекающая из сопла или из направляющих лопаток, ударяется в лопатки рабочего колеса и приводит это колесо во вращение— 156
Алиханов, Абрам Исаакович (р. 1904)—советский физик, академик; исследовал радиоактивные излучения; в последние годы ведет разработку ядерных реакторов — 181
Алюминии — химический элемент, легкий, пластичный металл — 273
Алюминотермия — способ получения некоторых металле в из окислов путем восстановления их алюминием—274
Аммофос — сложное удобрение, в которое входят азот и фосфор — 322, 325
Амортизатор — устройство для смягчения ударов или гашения колебаний — 469
Аносов, Павел Петрович (1797—1851) — русский металлург — 263,545
Антенна — устройство для излучения или улавливания электромагнитных воли — 194
Антонов, Олег Константинович — советский авиаконструктор; под его руководством построен самолет АП-10, применяемый в гражданской авиации — 478
Аристотель (384—322 до п. э.) — великий древнегреческий философ — 257
Арифмометр — счетная машина, производящая четыре арифметических действия — 498
Арматура — 1) металлические стержни, образующие скелет частей сооружения, заполняемых бетоном; 2) мелкие приборы и приспособления, устанавливаемые па каком-либо оборудовании — 406, 425
Архимед (ок. 287—212 до и. э.) — математик и механик Древней Греции — 22, 450
Асинхронный двигатель — электродвигатель, использующим вращающее магнитное иоле, созданное переменными токами, текущими в обмотках статора и ротора, причем ротор отстает от ноля, т. е. вращается асинхронно с ним — 164
Атомная энергия (ядерная энергия) — энергия, выделяемая или поглощаемая при различных превращениях атомных ядер — 175
Ацетилен — простейший представитель ненасыщенных углеводородов — бесцветный ядовитый газ —100, 299 Атомный реактор —устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов — 27, 175
Аэродинамика — наука, изучающая движение газов и твердых тел в газах — 485, 555
Баба — падающая тяжелая деталь машин, работающих ударом — 76
Бабка — часть станка, служащая опорой для шпинделя или поддерживающая обрабатываемое изделие—91
Бак (па кораблях) — передняя повышенная часть верхней палубы судна — 449
Балансир (в часовых механизмах) — маятник в виде связанного с тонкой спиральной пружинкой качающегося махового колесика — 195
Балансы — круглый лесоматериал —520
Балласт железнодорожный — слой щебня, гравия или песка, насыпанный поверх земляного полотна — 432, 433
Балластная цистерна (на морском судне) — резервуар для воды, вес которой служит для улучшения его мореходных качеств —450
Бар — рабочий орган врубовой машины, имеющий вид стержня, диска с режущими зубьями пли рамы с режущей цепью —239
Баржа — речное грозовое судно— 455, 459
Батарея—соединение однотипных сооружений, устройств или приборов для получения увеличенной мощности, емкости пли производительности —185
Белл, Александр Грейам (1847 — 1922) — один из изобретателей телефона —214, 554
Бенардос, Николай Николаевич (1842—1905) — один из изобретателен дуговой сварки металлов — 97
Бензин — смесь жидких легкокппящих углеводородов — 296, 299, 302
Бордо — деталь ткацкою станка в виде гребпя из стальных пластинок —333
Бескомпрессорные воздушно-реактивные двигатели — двигатели, в которых сжатый воздух для сжигания топлива подается без компрессора — 489, 491
Бессемер, Генри (1813—1898) — английский изобретатель. Разработал способ передела жидкого чугуна в сталь продувкой воздухом в специальном агрегате — конверторе — 260
Бетатрон — вихревой ускоритель электронов —119
Бетон — строительный материал из смеси вяжущих веществ, заполнителей (песка, гравия, щебня и воды) — 403
Бизань-мачта — задняя мачта на судне — 448
Бимс — поперечная балка набора судна — 444, 446
Битумы — смеси твердых или жидких углеводородов — 297, 426
Блюмы — заготовки квадратного сечения, полученные после прокатки па блюминге — 265, 266
Блюминг — крупный обжимный стан для прокатки тяжелых стальных слитков (6—10Т) — 264
Бодо, Жан Морис Эмиль (1845—1903) французский изобретатель. Создал буквопечатающий телеграфный аппарат —217
Боксит — алюминиевая руда, гидрат окиси алюминия (глинозема) — 274
Болометр — прибор для измерения энергии излучения — 236
Бонч-Бруевич, Михаил Александрович (1888—1940) — советский радиоинженер. Впервые организовал отечественное производство электронных ламп— 227
Бронза — сплав меди с оловом —268
Буксир — 1) судно, предназначенное для тяги несамоходных или временно лишенных самоходности судов; 2) трос, с помощью которого буксируют судно — 455
Бульдозер — гусеничный трактор, оборудованный отвалом для грунта — 382, 423
Бункер — хранилище сыпучих материалов — 98, 166, 241, 260, 371
Бур — инструмент для бурения горных пород — 250
Бут — грубо околотые камни, получаемые при разработке залежей известняков, доломитов и песчаников—395
Бутлеров, Александр Михайлович (1828—1886) — русский химик, создатель теории химического строения, лежащей в основе современной органической химии — 284
Бушприт — горизонтальный пли наклонный брус, выставленный вперед с носа корабля — 449
Бык — промежуточная опора моста —430
Вагранка — шахтная ночь для переплавки чугуна—83 Вакуум-аппараты — химические аппараты, в которых все процессы осуществляются при давлении ниже атмосферного, т. е. под вакуумом — 354
Вал — деталь машины, предназначенная для передачи вращения — 46
Ванты — оттяжки из стального пли пенькового троса для укрепления мачт — 449
Вариометр — прибор для измерения вертикальной скорости самолета — 486
Ватерлиния — линия пересечения корпуса судна с поверхностью воды. Ватерлиния при полной нагрузке судна называется грузовой ватерлинией — 446
Венец лопаточный — ряд лопаток паровой пли газовой турбины — 156
Вентиль — приспособление для включения пли выключения, а также для регулирования движения пара, газа, воды в трубопроводе пли тока в электрической цепи — 196, 225, 501
Веретено — быстровращающаяся деталь прядильных, мотальных и крутильных машин — 331
Верстатка — металлическая коробочка для укладки строк ручного набора — 523
Вертолет — летательный аппарат без крыльев, поднимающийся п летающий с помощью одного или нескольких воздушных несущих винтов — 484
Взаимозаменяемость — свойство однотипных детален механизмов п машин, дающее возможность заменять их другими при сборке пли ремонте без последующей ручной обработки —112
Вибратор — механизм для создания необходимой при некоторых процессах вибрации — 404
Видеотелефон — телефонный аппарат, дающий возможность разговаривающим видеть друг Друга на экране —224
Винт — цилиндрический стержень, снабженный резьбой — 46, 51
Вираж — движение по кривой — 486
Водоизмещение— объем воды, вытесняемой судном—450 Возбудитель — источник постоянного тока для питания обмоток возбуждения электрических машин — 174
Воздушно-реактивные двигатели — реактивные двигатели, использующие для сгорания топлива кислород атмосферы — 160, 489
Волнолом — сооружение, служащее для защиты рейда от волнения, течений и заносов — 417, 458
Ворсовые ткани—ткани, имеющие па поверхности пушистый слой — ворс — 336
Врубовая машина — горная м шиша, производящая врубовую щель у основания пласта — 239
Всасывающая труба (в гидротурбине) — труба, через которую отработавшая вода выходит в реку ниже плотины — 173
Втулка — деталь машины в виде полого небольшого цилиндра — 84
В ул, Беицион Моисеевич (р. 1903) — советский физик.
Известен трудами по физике диэлектриков — 103 Вулканизация — процесс взаимодействия каучука с се-рон пли другими химическими агентами, при водящий к превращению его в резину — 311
Выпор — вертикальный капал для отвода из литейной формы газов и контроля заполнения ее металлом-85
Выпрямитель электрический — устройство, предназначенное для выпрямления переменного тока в постоянный — 227, 234
Вытягивание (в прядильном производстве) — процесс утончения пряжи — 331
Вытяжной аппарат—одна из частей прядильных машин-332
Газгольдер — хранилище для газа — 254
Газификация — превращение твердого топлива в газообразное — 254, 305
Газовая резка — метод резки, основанный па способности железа гореть в кислороде — 100
Газовая сварка — сплавление металлических частей металла, при котором нагрев до нужной температуры получается от сжигания смеси горючего газа (ацетилена, водорода и др.) с кислородом или воздухом — 100
Газовая турбина — турбина, работающая па продук тах сгорания топлива или на горючих газах — 158 188, 490
Газогенератор — аппарат для превращения твердого топлива в горючий генераторный газ — 255 305
Газойль — продукт перегонки нефти; служит сырьем при крекинг-процессе и пиролизе; применяется как топливо в дизелях — 296
Газотурбовоз — локомотиве газотурбинной установкой— 435, 535
Гайка — крепежная деталь, навинчиваемая па резьбу болта пли винта — 46, 51
Гальванический элемент — источник электрического тока, получаемого за счет превращения энергии хи
мия ской окислительно-восстановительной реакции в электрическую — 162, 225
Гальванотехника — отдел прикладной электрохимии, занимающийся вопросами элект политического осаждения металлов из растворов их солей — 185
Геликоптер — см. Вертолет
Генератор — устройство для превращения одного вида энергии в другой — 162
Германий — химический элемент; хрупкий металл серовато-белого цвета, полупроводник — 225
Герои Александрийский (I в. и. э.) — греческий инженер и ученый, работавший в Александрии — 125
Герц, Генрих Рудольф (1857—1894) — немецкий физик. Доказал существование электромагнитных волн и исследовал их свойства —192, 559
Гидравлическая турбина — двигатель, преобразующий энергию падающей воды в энергию вращающегося вала — 161, 172
Гидравлический ковочный пресс — машина для создания значительных давлений, приводимая в движение жидкостью — 79
Гидравлический таран — водоподъемник, действие которого основано па использовании резкого торможения водяной струи — 379
Гидрогенератор — электрический генератор, преобразующий энергию движения воды, получаемую от гидротурбины, в электрическую — 164, 173
Гидрогенизация — присоединение водорода к различным веществам — 304
Гидролокация — метод обнаружения предмета под водой с помощью посылки ультразвукового сигнала и улавливания его отражения от предмета — 102 Гидрометаллургия — способ извлечения металлов из руд водными растворами кислот и некоторых других веществ — 272, 273
Гидромеханизация — способ производства земляных и горных работ, при котором грунт разрабатывается и транспортируется при помощи воды —242, 424
Гидромонитор — водобойный снаряд, дающий сильную струю воды —242, 420, 424
Гидроэлектростанция (ГЭС) — совокупность устройств, предназначенных для превращения энергии водных источников в электрическую энергию — 171
Гирокомпас — механический компас, основанный на принципе гироскопа — 459
Гироскоп — волчок, тяжелое тело, быстро вращающееся вокруг своей осп симметрии: обладает устойчивостью при разных положениях — 459, 486
Гладьевыс ткани — ткани с гладкой поверхностью —336 Глинозем — окись алюминия (А12О3) — 274
Голубицкий, Павел Михайлович (1845—1911) — русский изобретатель в области телефонии — 214
Горн — 1) кузнечный очаг для накаливания металла; 2) нижняя часть шахтной печи, где сжигается топливо и собираются расплавленные материалы — 77. 259
ГОСТ—Государственный общесоюзный стандарт — 52 Градирня— промышленный башенный охладитель воды — 169
Грамм, Зеноб Теофиль (1826—1901) — изобретатель и конструктор электрических машин — 25
Гребнечесальные машины — машины, применяемые для распределения и отделения длинных волокон от коротких —331
Гребное колосс — судовой движитель, состоящий из частично погруженного в воду колеса с лопатками — плицами —445
Гребной вал — задняя часть коронного вала судовой машины, на которую насаживается гребной винт —451
Гребной впнг — судовой движитель, имеющий винтовые рабочие поверхности — 445, 451
Грейдер — прицепная машина для профилирования дорог, устройства кюветов и канав — 423
Грейдер-элеватор — грейдер, снабженный дисковым плугом и транспортером — 423
Грейфер — грузозахватное устройство грузоподъемной машины — 427
Грот-мачта — вторая мачта на судне — 448
Грохочение — просеивание разного рода сыпучих материалов па ситах-грохотах — 371, 425
Гудрон — неочищенные остатки перегонки нефти — 297
Гюйгенс, Христиан (1629—1695) — выдающийся голландский механик, физик и математик. Изобрел маятниковые часы и впервые применил к объяснению оптических явлений волновую теорию света — 126
Гусарики — вид детской обуви от 17 до 21 размера—339
Дальтон, Джои (1766—1844) — английский химик и физик. Широко развил атомистические воззрения в применении к химии, вывел один пз основных законов химии — закон кратных отношении и дал его первое опытное доказательство —284
Дамба — гидротехническое пли дорожное сооружение в виде вала —417
Датчик — устройство, воспринимающее изменение какой-либо величины о дающее об этом сигнал —116
Двигатель — преобразователь какого-либо вида энергии в механическую работу — 38, 153, 444, 452
Двигатель внутреннего сгорания — тепловой поршневой двигатель, в котором топливо сжигается внутри рабочего цилиндра — 154, 466, 558
Движитель — устройство, преобразующее работу двигателя в силу тяги, необходимую для движения машины—40, 444, 451
Двухтактный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, у которого рабочий процесс совершается за два хода поршня — 154
Деаэратор — прибор для удаления из питательной воды паровых котлов растворенных в пой газов — кислорода, углекислоты — 168
Демодуляция — выделение из модулированных колебаний токов низкой (звуковой) частоты —223
Депре, Марсель (1843—1918) — французский физик и электротехник. Известен опытами по передаче электроэнергии — 26
Детандер — машина для охлаждения газа — 366 Дефектоскопия — методы, применяемые для обнаружения внутренних и поверхностных пороков в изделиях — 118, 138
Дефибрер — машина для измельчения дерева в волокнистую массу — 520
Джут — лубяное волокно, получаемое из стеблей рас тения джута — 328
Диаметральная плоскость — вертикальная плоскость, делящая судно вдоль на две равные частп — 445 Диафрагмы паровой турбины — перегородки, разделяющие цилиндр турбины на отдельные камеры — различные ступени давления — 157
Дизель, Рудольф (1858—1913) — немецкий изобретатель.
Создал двигатель внутреннего сгорания, у которого
топливо воспламеняется от высокой температуры сжатия — 24, 558
Диод — электронный, ионный или полупроводниковый прибор с двумя электродами — 227
Дифферент — разность осадок носа и кормы судна —450
Дифференциал автомобиля — механизм, позволяющий ведущим колесам автомобиля вращаться с разной скоростью — 465, 468
Диффузор — 1) в насосе участок канала постепенно возрастающего сечения; 2) аппарат для экстракции; 3) коническая мембрана громкоговорителя — 361
Днище — нижняя почти горизонтальная часть обшивки судна от киля до скулы — 445
Док — сооружение для постройки или ремонта судна — 417, 459
Долнво-Добровольский, Михаил Осипович (1862— 1919) — русский электротехник, создатель техники трехфазного тока —26, 164, 182, 561
Долото — 1) столярный инструмент; 2) буровой инструмент для ударного и вращательного бурения скважин — 248 э
Доменная печь, или домна,— шахтная печь для выплавки чугуна из железной руды — 259
Допуск — допускаемые при изготовлении детали отклонения от заданного размера (номинального)— 112
Дрель — инструмент для сверления небольших отверстий — 572
Дренаж — осушка болотистой почвы посредством открытых канав или труб, прокладываемых под землей — 383
Дрифтер — рыболовное деревянное парусно-моторное судно — 455
Дробилка — машина для дробления кусковых материалов — 425
Дроссель — катушка из медной проволоки, обладающая большим индуктивным сопротивлением для токов той частоты, на которую она рассчитана - 208
Дроссельная заслонка — деталь карбюратора или газового смесителя, служащая для регулирования количества горючей смеси — 467
Дубинины, братья Василии, Герасим и Макар (первая половина XIX в.) — один пз первых изобретателен процесса перегонки нефти — 295
Дьюара сосуд — сосуд с двойными стенками, между которыми выкачан воздух; обладает малой теплопроводностью; используется для храпения жидких газов, горячей пищи и т. п. — 366
Дюралюминий, или дюраль,— сплав алюминия с медью и небольшими количествами марганца, магния, кремния и железа — 273
Жаккардова машина — приспособление к ткацкому станку, служащее для выработки тканей с узорами. Названа но имени французского изобретателя Ж. М. Жаккара —333
Железобетон — конструктивное соединение бетона и стальной арматуры — 403, 405
Жидкостные реактивные двигатели — ракетно-реактивные двигатели, работающие па жидком тс пл иве (горючее и окислитель) — 160, 492
Жиклер — деталь карбюратора: тонкая трубка для дозировки топлива —467
Жмыхи — остатки от масличных семян после извлечения из них масла прессованием; ценный корм для скота —380
Жуковский, Николаи Егорович (1847—1921) — русский ученый, основоположник современной гидро- и аэромеханики — 555
Испаритель — аппарат, применяемый в котельных установках для приготовления дистиллированной воды для питания котлов— 168
Ионный двигатель — электрический ракетный двигатель, у которого ноток вещества выбрасывается под действием электрических сил — 493
Иоффе, Абрам Федорович (р. 1880) — советский физик — 232
Забой — 1) место, где производятся горные работы — отбойка полезного ископаемого или пустой породы; 2) дно буровой скважины — 238
Закалка—процесс нагрева металла до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением. Закалка резко повышает твердость металла—106,257 Заклепка — цилиндрический стержень с двумя головками, служащий для неразъемного соединения деталей — 46
Запальная свеча — прибор для зажигания горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания — 466, 467
Запарник — машина для запаривания и пропаривания корма — 380
Звездочка—стальное или чугунное колесо с гнездами для звеньев цепи на поверхности обода. Применяется в цепной передаче и подъемпо-трапспорт-пых машинах — 50
Зев — отверстие, образуемое нитями основы в ткацком станке при подъеме одной группы нитей и опускании другой — 333
Землесосный снаряд — установка для разрыхления, подъема и перемещения разжиженного грунта — 382, 420, 424
Землечерпалка — установка для углубления речного или морского дна —420
Зинин, Николаи Николаевич (1812—1880) — русский химик-органик. Его работы заложили основы получения искусственных красителей. Нашел реакцию превращения нитробензола в анилин—286
Золотник — механизм для изменения и распределения потока жидкости, пара или газа —79, 153
Зубчатая передача — механизм для передачи движения посредством зубчатых колес — 48
Зубчатые колеса — колеса для передачи вращательного движения от одного вала к другому зацеплением зубьев — 48
Иванов, Семен Павлович (р. 1906) —советский изобретатель стереоскопического (объемного) кино —517 Игнитрон — электрический выпрямитель, имеющий добавочный электрод — зажигатель, постоянно опу-гценнын в жидкий ртутный катод — 227
Ильюшин, Сергеи Владимирович (р. 1894) — советский авиаконструктор. Под его руководством построен самолет IIJF-18, широко применяемый в гражданской авиации — 478
Каландр — машина, состоящая из системы валов, между которыми пропускают материал для придания ему гладкости — 335
Калоризатор — калильная головка, запальный шар; деталь камеры сгорания некоторых двигателей; служит для воспламенения жидкого топлива — 155
Кантователь — механизм для поворота проката вокруг его продольной оси — 265
Капелюшников, Матвей Алкупович (1886—1959) — советский специалист в области добычи и переработки нефти. Предложил турбинный способ бурения нефтяных скважин — 249
Капрон — синтетический материал, обладающий высокими физнко-мехапическпми свойствами — 308, 318, 330
Карбюратор — прибор для приготовления из горючего и воздуха горючей смеси —465
Карбюраторный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, у которого горючая смесь, поступающая в цилппдры, приготавливается в карбюраторе и зажигается от искры —155, 466
Карданная передача — механизм, передающий вращение между валами, оси которых нс лежат па одной прямой п могут иметь относительное перемещение— 50, 467
Каргер — металлический корпус, в котором расположены работающие механизмы двигателя — 465, 466
Картушка — подвижная круговая шкала компаса с нанесенными па пей градусными делениями, указывающая страны света — 459
Карьер — горная выработка для добывания полезных ископаемых открытым способом, непосредственно с земной поверхности — 245
Катер — небольшое судно для коротких поездок — 530 Катушка зажигания — индукционная катушка в системе батарейного зажигания двигателей внутреннего сгорания, преобразующая ток низкого напряжения в ток высокого напряжения — 467
Каупер, или воздухоподогреватель,— аппарат для подогрева воздуха, вдуваемого в доменную печь —258
Квершлаг— горизонтальная подземная выработка, проведенная по пустым породам под углом к пласту полезного ископаемого — 238
Керамзит — пористый материал ячеистого строения, получаемый из глины после ее специального обжига — 401
Кератин — белковое вещество, главная составная часть шерстяного волокна — 308, 328
Керосин — один из продуктов перегонки нефти — 296, 299
Киль — 1) основная часть судового набора — продольный брус, проходящий по всей длине судна в середине его днища; 2) часть хвостового оперения самолета — 444, 475
Кильблоки — ряд коротких брусьев, наложенных друг на друга и скрепленных; на них утверждается киль судна на стапеле — во время постройки и в доке — во время ремонта — 459
Кингстон — запорное приспособление в подводной части судна для сообщения помещения корпуса с забортной водой — 450
Кинетическая энергия — энергия движущегося тела, т. е. способность движущегося тела совершать работу — 150
Клапан — устройство для полного или частичного закрытия отверстия, соединяющего две полости —466 Клистрон — электронная лампа с группированным электрическим потоком — 197
Клише — печатная форма с рельефным изображением иллюстраций — 525
Коаксиальный кабель — кабель, состоящий из двух проводников, один из которых заключен внутри другого, выполненного в виде трубки — 204, 223
Кобальтовая пушка — прибор для облучения радиоактивным кобальтом — 516
Коваленков, Валентин Иванович (р. 1884) — советский ученый в области электросвязи —221
Ковка — способ обработки металла Щри помощи ударов молота или нажимов пресса — 76
Ковшовая турбина — гидравлическая турбина, на рабочем колесе которой насажены лопатки, имеющие форму сдвоенных ковшей — 161
Код — система условных обозначений — 216
Кокиль — разборная металлическая литейная форма — 86
Кокс — твердая пористая углеродистая масса; остаток, полученный в результате коксования — сухой перегонки каменного угля, торфа или нефтепродуктов — 258, 286, 304
Коксование — метод переработки топлива путем его нагревания без доступа воздуха до 900—1000 , при которой образуется сложная цепь паров и газов и твердый остаток — кокс — 304
Коксовая печь, или коксовая батарея,— устройство для выжигания кокса из каменного угля —258, 304
Коксовый пирог — сплошной массив кокса, образовавшийся в коксовой печи —258
Колебательный контур — электрическая цепь, состоящая из емкости и индуктивности и обладающая малым активным сопротивлением — 195, 197
Коленчатый вал — вал, имеющий одну пли несколько пар кривошипов — 78, 466
Коллектор — часть якоря электрических машин, состоящая из изолированных друг от друга медных пластин, соединенных с отдельными частями обмотки якоря — 163
Колошник — верхняя часть шахтных печей, а также засыпное отверстие, куда загружают все сырые материалы — 259
Комбайн — сложная машина, объединяющая несколько механизмов — 371
Компас — прибор для ориентировки па земной поверхности — 459, 486
Компрессионная холодильная машина — холодильная машина, работающая на принципе отсасывания ларов испаряемого холодильною агента — 361
Компрессор — машина для сжатия 1 азов — 360, 490
Конвейер — машина непрерывного действия для перемещения массовых грузов — 241, 428
Конвертер — грушевидная печь, в которую заливается жидкий чугун при переделе чугуна в сталь бессемеровским способом — 260
Конденсация — процесс перехода газа или пара в жидкость вследствие его охлаждения или уменьшения занимаемого им объема — 168, 295
Кондиционер — прибор для обеспечения определенных значении температуры, влажности и состава воздуха в помещениях — 364
Контактор — аппарат для дистанционного включения цепей постоянного и переменного тока — 131
Контейнер — большой ящик для перевозки партий грузов на автомашинах и железнодорожных платформах — 411, 439
Концентрат — продукт, получаемый при обогащении полезных ископаемых и отличающийся их повышенным процентным содержанием — 258
Копер — 1) устанавливаемая над устьем шахты конструкция для подъема и спуска; 2) механический станок для забивки свай или шпунта в грунт — 427
Корнеклубпсмойка — машина для очистки клубней картофеля и корней свеклы, моркови и пр. от прилипшей к ним грязи перед измельчением и запариванием — 380
Коробка подач — узел в металлорежущих станках для изменения скорости подачи — 91
Коробка скоростей — механизм для изменения скорости ведомых звеньев — 91, 468
Корчеватель — машина, извлекающая из земли пни и деревья — 384, 422
Кран подъемный — машина для захватывания, подъема и перемещения грузов — 402, 427
Краска противопригарная — особая смесь, которой покрывают поверхности лптейпых форм п стержней для предотвращения пригара земли п улучшения ее поверхности — 84
Крейсер — быстроходный военный корабль, предназначенный для разведывательной и дозорной службы и для активных боевых действий — 456
Крекинг-процесс — разложение нефтепродуктов, часто с применением высокого давления и катализатора — 297, 298
Креп — наклон судна или самолета около продольной оси — 450
Кривошипно-шатунный механизм — механизм для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот —51
Критические точки — температуры, при которых происходит переход вещества из одного агрегатного состояния в другое, а также температуры, при которых вещество, находящееся в твердом состоянии, претерпевает различные внутренние превращения— 76, 548
Кронциркуль — инструмент для измерения наружных и внутренних размеров — 109
Крылов, Алексей Николаевич (1863 — 1945)—советский математик, механик и кораблестроитель — 451, 564
Кулачковая муфта — муфта сцепления, которое осуществляется посредством кулачков — 468
Кулачковый, или распределительный, вал — вал с кулачками, управляющими перемещением клапанов, инструментов и т. д. — 51, 466
Кулачок — деталь, сообщающая соприкасающейся с ней другой детали—толкателю—заданные перемещения — 466
Кулибин. Иван Петрович (1735 — 1818) — русский механик, конструктор и изобретатель — 126, 538
Культиватор — сельскохозяйственная машина для рыхления почвы и борьбы с сорняками — 370
Лаваль, Карл Густав Патрик (1845—1913) — шведский инженер и изобретатель — 24
Лавсан — полимер — 309, 330
Лазаренко, Борис Романович (р. 1910) и Наталья Иосифовна (р. 1911) — советские ученые, изобретатели электроискрового способа обработки металлов — 101
Ланжевеп, Камиль Пьер (1872—1940) — французским физик. Принимал активное участие в разработке теории квантов и теории относительности’. Разработал метод получения ультракоротких (ультразвуковых) волн с помощью пьезокварца — 102
Латунь — сплав меди с цинком — 268
Лачипов, Дмитрии Александрович (1842 — 1902) — русский физик и электротехник. Исследовал работу электрических машин и математически доказал возможность передачи любых количеств электроэнергии на значительные расстояния без больших потерь — 26
Лебедев, Петр Николаевич (1866—1912) — русским физик. Открыл явление давления света — 568
Лебедев, Сергеи Васильевич (1874—1934) — советский химик. Па основе его работ в Советском Союзе впервые в мире в 1931 — 1932 гг. была создана промышленность синтетического каучука—566
Лебедка — грузоподъемная машина — 427
Леблан, Никола (1742 или 1755 — 1806) — французский химик и инженер. Разработал первый промышленный способ получения соды из поваренной соли (способ Леблана) — 285
Ледокол — судно, предназначенное для плавания и проводки других судов во льдах — 453, 455
Ленточные машины — прядильные машины, служащие для получения параллельного расположения волокон прядильных материалов — 331
Ленуар, 7Как Этьен (1822—1900) — один из изобретателен двигателя внутреннего сгорания (во Франции) — 24
Ленц, Эмилий Хрпстиапович (1804—1865) — русским физик. Установил правило, определяющее направление индуцированных токов (правило Ленца), экспериментально обосновал закон теплового действия тока (закон Джоуля—Ленца)—25, 231, 547
Лесорама — машина для распиловки бревен на доски или брусья — 397
Летки — отверстия в плавильных, доменных и других печах для выпуска металла и шлака — 259, 260
Лигроин — продукт перегонки нефти — 298
Линейно перспектива — способ изображения пространственных фигур на плоскости с помощью центрального проектирования, при котором через заданную точку (центр проекции) и все точки фигуры проводятся прямые до пересечения с плоскостью проекций — 53
Линкор (линейный корабль) - - военный корабль крупного водоизмещения с преимущественно артиллерийским вооруженном п мощной броней — 452, 456
Литейная форма — форма, заливаемая жидким металлом для получения отливки — 69, 83
Липотип — наборная машина, дающая набор целыми строками — 523
Литера — металлический брусочек, на верхнем торце которого находится рельефное изображение буквы или знака — 523
Литниковый ход — канал, подводящий расплавленный металл в литейную форму — 84
Лодьпин, Александр, Николаевич (1847—1923)—русский электротехник. Изобрел несколько типов ламп накаливания, имевших практическое применение—551
Локомотив — силовая самоходная машина для тяги железнодорожных составов — 431
Локсодромия — кривая, пересекающая все земные меридианы под одним углом — 487
Ломоносов, Михаил Васильевич (1711 — 1765)— русский ученый энциклопедист, один из основоположников современного естествошаппя —284, 360, 482
Лонжерон — продольная балка в крыло или фюзеляже самолета — 475
Лоцман — специалист по проведению судов в пределах определенного участка — 460
Лубяные волокна — волокна, добываемые из стеблей в листьев растений — 328
Лущильник — сельскохозяйственное орудие, предназначенное для лущения жнивья и культивации паров — 370
Люминофоры — вещества, которые светятся при их возбуждении различными < пособамп — 120, 205
Магнетрон — электронная лампа, в которой поток электронов управляется магнитным полем — 197
Магнитострикция — изменение формы и размеров тела при намагничивании — 102
Мазут — остаток после отгона от нефти, бензина п керосина — 296
Макаров, Степан Осипович (1848—1904) — русский флотоводец, адмирал, ученый, полярный исследователь и изобретатель —451, 565
Манипулятор — 1) машина для перемещения больших поковок под молотом нлн прессом; 2) механизм прокатных станов — 81
Марс — площадка на верху мачты — 448
Мартен, Пьер (1824—1915) — французски)! металлург.
Предложил новый способ получения стали — 261 Мартеновская печь — печь, в которой получаются различные сорта лигой стали путем переработки чугуна, стального, железного и чугунного лома —261 Маховик — деталь, связанная с вращающимся валом двигателя и обеспечивающая равномерность хода — 153, 466
Мачта — вертикальное деревянное, металлическое или железобетонное сооружение — 448
Машина — совокупность механизмов, выполняющих полезную работу в процессе производства, трапспор-тировапия или преобразования энергии — 21, 38 Машинный агрегат электростанции — конструктивно соединенные турбина п электрический генератор — 172
Маяк — устронство, указывающее путь или опасные места судам или самолетам— 459, 460
Мелиорация — улучшение земель путем осушения болот, искусственного орошения земель и нр. — 383 Мельхиор — сплав меди с никелем — 269
Мембрана — тонкая пластинка для преобразования электрических пли механических колебании в звуковые и наоборот — 222
Менделеев, Дмитрии Иванович (1834 —1907) — русский ученый Открыл периодический закон химических элементов — 254, 268, 284
Металлокерамика — способ порошковой металлургии, заключающийся в изготовлении деталей и изделии из металлических порошков путем их прессования и спекания — 278
Металло-мннералокерампка — способ порошковой металлургии делать детали из приготовленных на основе металлов и минералов порошков — 280
Металлорежущий станок — машина для обработки резанием — 88
Метрополитен (метро) — городская подземная (в туннелях) или надземная электрическая железная дорога — 428, 431
Механизм — совокупность соединенных между собой деталей, движение каждой из которых определено относительно других, причем одна из деталей неподвижна — 38
Миделынпангоут — средний шпангоут набора судна — 445
Микрометр — измерительный инструмент— 110, 118 Микроудобренпя — удобрения, в состав которых входят элементы, необходимые в малом количестве для нормального развития растения — 319, 324
Микрофон — прибор, превращающий звуковые колебания в электрические — 222, 513
Миксе]) — сосуд для накопления жидкого чугуна, его смешения и частичного удаления вредных примесей — 262
Минеральные удобрения — удобрения, содержащие необходимые для питания растений минеральные вещества — 319
Миниметр — рычажный стрелочный прибор для измерения линейных размеров калибров, деталей машин и др. — 114
Модель — 1) образец соответствующего промышленного изделия, аппарата или сооружения; 2) металлическая, деревянная пли изготовленная из другого материала копия отливки — 84, 337, 567, 570
Модели, Генри (1771—1831) — английский конструктор и предприниматель в области станкостроения — 90
Модуляция — изменение электрических колебаний высокой частоты по закону низкой частоты — 222
Мол — портовое сооружение в виде выдающейся в море стенки — 458
Молот — машина для обработки металлов давлением, создаваемым ударами—79
Мопель металл — сплав никеля, меди, железа и марганца — 269
Морзе, Самюэл (1791—1872) — американский изобретатель. Создал самозаписывающий электромагнитный телеграфный аппарат и телеграфную азбуку —
Мульда — металлическая коробка для загрузки сырья в мартеновскую печь — 262
Муфта — устройство для соединения валов между собой — 48
Набивные ткани — ткани с печатным узором — 335
Навигация — паука, позволяющая определять место и курс корабля, самолета — 459, 485, 486
Навой — катушка больших размеров для нитей основы — 332
Надстройки — части корпуса судна, находящиеся выше верхней непрерывной палубы — 449
Наковальня — металлическая опора, на которую кладут заготовку при ковке — 77
Нартов, Андреи Константинович (1680 или 1694 — 1756) — русский механик, изобретатель суппорта токарного станка (1712—1725) — 90, 126
Начертательная геометрия — паука, изучающая способы изображения пространственных тел на плоскости — 55
Нейлон — синтетический материал, полимер — 306 308, 330
Нервюра — поперечный элемент каркаса крыла самолета — 475
Нефелин — минерал светло-серого пли зеленоватого цвета — 274
Нефтепровод — сооружение для перекачки нефти и нефтепродуктов — 252
Нефтяной двигатель—двигатель внутреннего сгорания, работающий на тяжелом жидком топливе (нефть' газойль)— 155
Никелированно — покрытие детали никелем —106, 269
Нитрон — полимер — 309, 330
Нихром — сплав никеля с большим, чем у хромеля, содержанием хрома — 269
Нониус — вспомогательное отсчетное деление, повышающее точность измерения основной шкалы — ПО Нормализация—установление производственными предприятиями определенных типов вырабатываемых деталей — 52, 112
Ньюкомен, Томас (1663—1729) — английский изобретатель. Создал паровую установку для откачки воды из рудника — 23, 127, 539
Обдувка детали дробью — обработка поверхности металлических деталей и заготовок с помощью струи чугунной пли стальной дроби — 105
Обсадные трубы — трубы, опускаемые в буровые скважины для крепления их стенок 250
Объектив — часть оптического прибора — 510, 511, 516
Опалубка—система деревянных щитов, составляющих форму, заполняемую бетонной смесью—407
Опока — ящик без дна и верха для изготовления литейной формы — 84
Оптиметр — оптический прибор для измерения размеров — 114
Органические удобрения — вещества, содержащие, помимо минеральных питательных веществ, органическое вещество животного пли растительного происхождения — 319
Ортогональная, пли прямоугольная, проекция — проекция, получающаяся в результате проведения через все точки фигуры параллельных линий под прямым углом к плоскости проекций до ее пересечения — 53
Ортодромия — линия кратчайшего пути — 487
Осадка судна — расстояние о г поверхности воды до самой нижней точки подводной части судна — 450
Основа — система нитон на ткацком станке, идущая вдоль пего и составляющая продольные нити в готовой ткани — 329, 332
Остойчивость судна — способность судна после крена вновь принимать вертикальное положение — 450 Ость — мал о извитое толстое, довольно грубое шерстяное волокно — 328
Осци ллограф — прибор для записи и наблюдения форм электрических процессов и характера их протекания во времени — 507
Ось — деталь, поддерживающая вращающиеся части — 465
Отвал — часть плуга для отваливания и оборачивания пласта — 370
Отливка — изделие, полученное литьем — 83
Отсек — па судне замкнутое пространство, отделенное водонепроницаемыми переборками — 44G
Охлаждающая рубашка — полость, окружающая рабочий цилиндр тепловых машин для создания нужного температурного режима — 467
Папка—соединение металлических частей посредствохМ расплавленного металла или сплава (припоя)— 70
Палуба — горизонтальное перекрытие корпуса судна, служащее соответственно полом пли потолком для судовых помещений — 446
Панель — крупный элемент степы пли перекрытия ща-ппя сборной конструкции — 401, 411, 413
Панорамный радиолокатор — локатор, дающий круговой обзор, панораму — 487
Пантограф (у электровоза) — устройство для съемки тока с провода — 434
Папен, Деци (1647 — 1714) — французский физик, один из изобретателей парового двигателя — 23
Параметр (в технике) — величина, характеризующая то или иное свойство какого-либо явления, устройства, установки (например, электропроводность, коэффициент расширения и т. д.)—167
Парафин — добываемое из нефти органическое соединение, представляющее собой смесь углеводородов — 87
Паровая машина — тепловой двигатель, преобразующий энергию пара в механическую — 22, 153
Паровоз — локомотив, снабженный паровой машиной— 24, 435
Паровой котел — устройство для получения пара — 167
Паром — судно, предназначенное для перевозки но воде экипажей — 454
Пароперегреватель — часть котельной установки, служащая для превращения насыщенного водяного пара в перегретый пар — 166, 167
Пароход — самоходное судно, приводимое в движение паровой машиной или паровой турбиной — 445
Парсонс, Чарлз Алджернон (1854—1931) — английский инженер и предприниматель. Сконструировал многоступенчатую паровую реактивную турбину — 24
Парус мягкая пластина, непосредственно воспринимающая давление ветра при его использовании для движения судов — 444, 448, 449
Растеризация — нагревание органических жидкостей до температуры, при которой гибнут микроорганизмы, но сохраняются витамины, а также вкусовые п другие полезные свойства — 352
Патрон — приспособление к металлорежущему станку для укрепления инструмента или обрабатываемого предмета —91
Пелеш — угол между направлением компасной стрелки и направлением, по которому виден данный предмет или слышен звук — 460
Пельтье, Жан Шарль Лтаназ (1785—1845) — французский физик и метеоролог. Основные работы относятся к исследованию термоэлектричества, электромагнетизма, атмосферного электричества и к конструированию электроизмерительных приборов — 231
Пентод — электронный, ионный или полупроводниковый прибор с пятью электродами — 227
Пенька — волокно, добываемое из луба конопли —328 Перегонка — метод очистки жидкостей от примесей нагреванием их до кипения it последующим конденсированием образующихся паров — 295
Передаточное число — отношение числа оборотов ведущего вала к числу оборотов ведомого вала — 48
Переплетение нитей — взаимное переплетение нитей основы с нитями утка для образования ткани — 333
Перкин, Уильям Генри (1838—1907) — английский химик-органик. Получил один из первых синтетических органических красителей — пурпурную краску мовеин — 286
Перфорированная карта в счетных устройствах — управляющий элемент и носитель числовых данных в этих устройствах — 498
Перфорированная лепта — бумажная лепта, па которой сигналы записывают в виде специальных отверстий в соответствии с кодом —94, 218
Пестротканые ткани — ткани из разноцветных нитей (пряжи) — 336
Петров, Василии Владимирович (1761 —1834) — русский физик и электротехник. Создал крупнейшую в мире гальваническую батарею, поставил опыты, приведшие к открытию электрической дуги и электрического разряда в разреженном газе — 97
Пипетки — детская обувь от 10 до 16 размера — 339 Пиролиз — распад вещества при высокой температуре с одновременным образованием из продуктов распада новых сложных соединений — 298
Пластификаторы — нелетучие органические раствори; тел и, образующие с пластифицируемым материалом студенистые системы — 312
Пластмассы — синтетические вещества органического происхождения, обладающие пластическими свойствами — 28, 306, 393, 530
Плексиглас — органическое стекло, полимер — 308, 312 Плиты измерительные, или «концевые меры длины»,— стальные бруски с плоскопараллельными отшлифованными сторонами. Каждая плитка имеет определенный размер и может служить эталоном длины — 109
Плавучесть — способность судна плавать па воде в требуемом положении, неся на себе грузы и имея при этом заданную осадку — 450
Плоскость проекции — плоскость, на которой тем или иным способом изображается пространственное тело — 53
Пневматический транспорт — оборудование и способ перемещения сыпучих и пылевидных материалов в струе воздуха — 428
Поворотполопастная турбина — пропеллерная турбина с автоматически поворачивающимися лопат ками рабочего колеса — 162, 172
Погрузчик — машина, предназначенная для погрузки, разгрузки и штабелирования различных грузов — 427
Под — дно печи для плавления или накаливания металла — 77, 261
Подвеска автомобиля — система соединения рамы автомобиля с осями — 462 , 465
Подшипник — опора валив и вращающихся осей — 46 Поковка — обработанное ковкой пли штамповкой изделие — 77
Ползунов, Иван Иванович (1728—1766) —русский изобретатель, создатель универсального теплового двигателя, строитель первой в России паросиловой установки —23, 537
Полимеры — вещества с гигантскими молекулами, которые образуются соединением нескольких меньших молекул — 28, 299, 305, 328, 330
Полукоксование — сухая перегонка пли прокаливание без доступа воздуха угля, торфа, сланцев прп температуре нс выше 700 — 302
Полуоси — валы, служащие для передачп вращающего момента непосредственно к ведущим колесам автомобиля или трактора — 386, 465
Полупроводник — вещество, обладающее малой электрической проводимостью — 28, 225, 228, 362
Попов, Александр Степанович (1859—1906) — русский ученым, изобретатель радио — 195, 559, 562, 568
Пороховой реактивный двигатель — ракетно-реактивный двигатель, работающий па твердом топливе, для сгорания которого окислитель заранее берется в полет — 160, 492
Порт — 1) совокупность сооружений и устройств для стоянки, погрузки и выгрузки судов; 2) прямоугольное отверстие в борте судна — 458
Поршень — деталь машины, разделяющая полость цилиндра на две части и совершающая в нем возвратно-поступательное движение — 466
Поршневой двигатель — машина, преобразующая какой-нибудь вид энергии в механическую работу возвратно-поступательно движущегося поршня — 153
Потенциальная энергия—энергия, или способность тела или системы тел, произвести работу, обусловленная взаимным расположением их в кространстве — 156
Поточное производство — тип производства, характеризуемый параллельным выполнением всех операций данного производственного процесса и непрерывным последовательным движением предмета труда через рабочие места — 337
Прерыватель — 1) элемент прибора зажигания двигателя внутреннего сгорания; 2) устройство для частого замыкания и размыкания электрической цепи — 467
Пресс — машина для создания усилии сжатия в прессуемых телах —- 76
Пресс-форма — металлическая форма для литья под давлением —86, 317
Преципитат — искусственное фосфорнокислое удобрение — 322
Присадка — добавка специальных элементов к стали, улучшающих се качества — 263
Проборка основ — процесс продевания нитей основы в глазки ремиза и зубья берда — 333
Проекция — способ изображения пространственных тел на плоскости — 53
Прокатка — пластическая деформация металла между вращающимися валками — 264, 266
Прокатный стан — машина для обработки металлов давлением с помощью ращающихся валков — 264, 266
Пропеллерная турбина — реактивная гидравлическая турбина, имеющая рабочее колесо (ротор) в виде самолетного или судового винта — 162
Прядение — процесс получения из волокон непрерывной нити (пряжи) определенных толщины и фи-зико-механпческих свойств — 331 7
Прядильная машина — машина для переработки ровницы в пряжу — 332 1
Пряжа — нить, состоящая пз равномерно и параллельно расположенных и совместно скрученных волокон — 330, 331
Прямоточные воздушно-реактивные двигатели ____ бес-
комнрессорные двигатели, которые для повышения давления воздуха в камере сгорания используют только скоростной напор встречного возду ха — 492
Прямоточный паровой котел — паровой котел с циркуляцией воды в одном направлении — 167
Пульпа — смесь измельченного грунта с водой _____
383, 424
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели — бсс-компрсссорные двигатели, в которых воздух поступает в камеру сгорания пе непрерывно, а периодически — импульсами — 491
Пульт управления — устройство, в котором сосредоточены аппараты управления и контроля — 174 265, 289
Путевой угол — угол между направлением пути самолета или корабля п меридианом — 487
Пьезоэлектричество — возникновение электрических зарядов на гранях некоторых кристаллов при сжатии или растяжения их в определенном направлении; при действии электрического поля те же кристаллы испытывают сжатие или растяжение—102
Рабочий процесс двигателя — последовательность явлений, происходящих за один цикл внутри цилиндра двигателя — 466
Рабочий ход — ход поршня во время расширения сгоревших газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания — 155, 466
Радиально-осевая гидравлическая турбина — турбина, в которой вода движется сначала к центру (по радиусу), а потом вдоль осп — 161
Радиатор — теплообменник — 467
Радиолампа — см. Электронная лампа
Радиолокация — метод обнаружения и установления местонахождения объектов с помощью радиоволн 207, 488
Радиомаяк — радиопередающая наземная станция с известными географическими координатами — 460 Радиопеленг — определение прп помощи радио курса корабля пли самолета, ориентирующегося иг излучающую сигналы радиостанцию — 460, 487
Радиопеленгатор — прибор для определения прп немощи электромагнитных волк местонахождещя радиостанции, передающей определенные cjt-налы — 487
Разметка — одна из операций технологического процесса — нанесение на обрабатываемый предмет точек и линии для обозначения мест и размеров последующей обработки — 572
Ракетно-реактивные двигатели — реактивные двигатели, у которых необходимый для сгорания топлива окислитель борется в полет в заранее заготовленном виде — 160, 489
Рама — несущая часть машины или установки — 38, 4(52 Рамзай, Уильям (1852—1916) — английский химик и физик — 255
Рами, или китайская крапива,— многолетнее южное прядильное растение — 328
Рангоут — совокупность частей судна, предназначенных для постановки парусов, сигнализации — 448 Растр — применяемый в полиграфической технике оптический прибор из двух склеенных стекол с вытравленными и зачерненными параллельными линиями, образующими мелкую сетку — 524
Реактивное движение — движение, при котором па движущееся тело действует реакция вытекающей из него струп вещества — 159
Реверс — механизм, позволяющий менять направление машины — 39
Регенератор — восстановитель, в частности прибор для пбдргрева воздуха отработавшими в турбине горячими газами — 261
Редуктор — механизм, изменяющий скорость вращения при передаче движения от одного вала к другому — 48, 156
Резак (в обувном производстве) — стальной инструмент, с помощью которого па специальных прессах вырубаются детали низа обуви — 340
Резец — металлорежущий инструмент с одним лезвием — 90
Резонансный ускоритель — прибор для преобразования энергии колебании радиочастот в энергию квантов, значительно более крупных, чем кванты обычного рентгеновского излучения — 213
Резонатор — контур, в котором колебания возбуждаются благодаря резонансу другим контуром —197
Резьба — винтовая канавка постоянного сечения — 46 Реи (рея) — поперечное бревно на мачте, па которое подвешивается прямой парус — 448
Ронд — внешняя часть водного пространства порта, удобная для якорной стоянки судов — 458
Ректификационная колонна — аппарат для разделения смеси жидкостей — 296
Реле—устройство для включения какого-нибудь электрического прибора или машины в цепь сильного тока при помощи слабого тока — 130
Ременная передача — устройство, передающее вращательное движение при помощи ремня — 48
Ремиз — прибор, служащий для разделения па ткацком станке основы па части и для прокидки челнока через образующийся зев — 333
Рентгеновская трубка — прибор для получения рентгеновских лучей — 118, 507
Рентгенограмма фотографический снимок, полученный при помощи рентгеновских лучей — 507
Рессора—приспособление для смягчения толчков—465 Рефрижераторное судно — судно, снабженное холодильной установкой для охлаждения трюмов 363, 454
Ржавчина - бурый рыхлый слой, образующийся па поверхности железа при его окислении 107,430 Ровница — пушистая слабо скрученная нить, промежуточная форма продукта между лентой и пряжей — 332
Ровинг, Борис Львович (1869—1933) — советский физик, изобретатель первой электронной системы воспроизведения телевизионного изображения с помощью электронно-лучевой трубки — 204
Ролл — машина для размола целлюлозы па тонкие волокна — 520
Рольганг— устройство ну вращающихся роликов для перемещения штучных грузов —264
Ротор — вращающаяся часть машины — 173
Рубашка — полость, окружающая рабочий цилиндр тепловых машин — 467
Рубка — 1) судовая надстройка, не соприкасающаяся с бортами судна; 2) закрытое помещение, находящееся в такой надстройке — 449
Руль высоты — поворачивающаяся на оси горизонтальная пластина, расположенная в хвостовой части самолета — 475
Руно — сплошной пласт шерсти, остриженной с овцы — 329
Самопрялка — машина, одновременно скручивающая и наматывающая пряжу — 331
Самосвал — автомобиль с опрокидывающейся грузовой платформой — 42, 463
Сборный железобетон — изготовленные на заводах железобетонные детали сооружений — 408, 425
Сварка — процесс неразъемного соединения твердых тел путем их местного сплавления — 46. 97
Сверление — операция обработки резанием для получения отверстий в материале — 90
Сверло — режущий вращающийся инструмент для получения круглых отверстий — 90, 572
Светофильтр — пэозрачвая среда, изменяющая спектр проходящих через нее световых лучей — 526
Светофор — светосигнальный прибор для регулирования железнодорожного или уличного движения — 439, 472
Севери, Томас (1650—1715) — английский инженер. Изобрел паровой насос, который применялся для откачивания воды из шахт — 23
Сейнер — мореходное, парусно-моторное судно, оборудованное для рыбной ловли кошельковым неводом — 455
Секстант — астрономический инструмент для определения местонахождения судна — 460
Сепаратор — машина для разделения механических смесей — 355
Силиконы — соединения кремния с углеродом — 530
Силумин — сплав алюминия и кремния с незначительными добавками железа, марганца п магния — 273
Синхрофазотрон — резонансный, кольцевой ускоритель заряженных частиц — 213
Скрепер — землеройно-транспортная машина — 423
Скруббер — аппарат для очистки газа от примесей — 256
Скула линия, образуемая пересечением борта и днища судна — 445
Славяпов, Николай Гаврилович (1854—1897) —русский изобретатель, одни из создателей электрической дуговой сварки металлов — 97
Слябинг — мощный обжимный стан для получения плоских стальных заготовок — слябов, идущих на прокатку листов — 264, 265
Спасть — всякий трос на судне, имеющий какое-либо специальное назначение — 449
Снование — подготовительная операция в ткацком производстве: перематывание нитей с отдельных катушек на общий вал, называемый навоем — 332
Соляр — продукт перегонки нефти — 296
Сопло — полая коническая насадка (трубка), служащая для направления вытекающей струп газа, пара или жидкости из пространства большего давления в пространство меньшего давления — 156
Спецификация — список узлов, деталей па чертеже —59 Спиральная камера — в гидротурбине — труба для подвода воды — 173
Сплав — однородная смесь двух или нескольких металлов — 268, 269, 270
Стабилизатор — неподвижная горизонтальная часть хвостового оперения самолета — 475
Сталь — сплав железа с углеродом и другими элементами, в котором содержание углерода составляет от 0,01 до 2% — 257, 263
Стандартизация — при массовом производстве сведение различных типов изделий к небольшому числу образцов — стандартов — 52, 112, 394
Станина — основание, несущее отдельные узлы и час ти машины — 38, 91
Стапель — сооружение, на котором строят суда —458 Стартер — электрический двигатель постоянного тока для пуска в ход двигателя внутреннего сгорания — 462
Стартстопный буквопечатающий аппарат — современный телеграфный аппарат типа пишущей машинки — 217
Статор — неподвижный корпус машины — 173
Стеньга — продолжение основной мачты — 448
Стереокино — кино, в котором зрители видят изображения объемными — 517
Стержень литейный — часть литейной формы, образующая в отливке внутренние полости, сквозные отверстия и т. д. — 84
Стержневая смесь — смесь, предназначенная для изготовления литейных стержней — 84
Стержневой ящик — ящик, в котором формуются литейные стержни — 84
Стетоскоп — трубка для выслушивания больных — 505
Стефенсон, Джордж (1781—1848) — английский изобретатель, способствовавший развитию парового железнодорожного транспорта — 24, 543
Стрингер — продольная связь набора судна— 444,446, 475
Струбцинка — зажимное приспособление — 573
Судовой набор — основной каркас судового корпуса — 444
Суконная ткань, пли сукно,— шерстяная или полушерстяная ткань с войлочным настилом — 329
Су перфосфа! —искусственное удобрение, в состав которого входит фосфор — 322
Суппорт — подвижной узел металлорежущих станков для закрепления режущего инструмента или изделия — 90
Суровая ткань, пли суровьё, ткань, получаемая па ткацком стайке и подлежащая отделке — 335
Табулятор — счетно-записывающая машина — 498
Тагер, Павел Григорьевич (р. 1903) — советский изобретатель в области звукового кино — 513
Такелаж — совокупность снастей на судне для подкрепления рангоута и обслуживания парусов _______
Таль — подвесное или подъемное устройство с ручным или моторным приводом — 427
Танкер — самоходное наливное судно — 253, 453
Телевидение — передача движущихся изображений на расстояние с помощью радио или по проводам_______
204
Телеграф — аппарат для передачи и приема текста с помощью электротока — 216, 217
Телемеханика — наука и техника управления механизмами па расстоянии — 207
Телефон — прибор, превращающий электрические колебания в звуковые — 214
Тепловоз — локомотив с двигателем внутреннего сгорания — 435
Теплоход — судно, приводимое в движение двигателем внутреннего сгорания — 452
Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — электрическая станция, снабжающая потребителей электроэнергией, паром и горячей водой — 150, 170, 188
Термистор — полупроводниковое электрическое сопротивление, обладающее резко выраженной зависимостью от температуры — 235
Термостат— прибор для выдерживания различных предметов при постоянной температуре — 353, 363
Термоэлектрогеператор — термоэлемент, полупроводниковое устройство, преобразующее тепло в электрический ток — 230
Терриконпк — отвал пустой породы в виде огромного конуса — 237
Тесла, Никола (1856—1943) — изобретатель в области электротехники и радиотехники — 163, 207, 561
Тетрод — электронный или проводниковый прибор с четырьмя электродами —227
Технология машиностроения — паука и техника изготовления деталей машин, а также сборки их в узлы и готовые машины — 67
Типография — предприятие, где печатаются книги, газеты, журналы — 523
Тиратрон — газоразрядная лампа с накаленным катодом, анодом и с одной или несколькими сетками — 227, 228
Титан — химический элемент, металл — 531
Ткацкий станок — машина для производства тканей путем переплетения основных и уточных нитей — 333, 334
Токарный станок — металлорежущий станок для обработки детален точением — 88
Толкатель — стержень, передающий движение какой-либо системе от кулачков — 51
Томасшлак — вид фосфорного удобрения— 322
Топ — верхний конец мачты — 448
Топливо — горючее вещество — 258
Торий — химический элемент; радиоактивный металл — 178
Торпеда самодвижущаяся мина сигарообразного вида — 456
Точение металла—операция обработки резанием тел вращения — винтовых и спиральных поверхностей — 90
Точечная сварка — вид контактной электросварки, при которой детали свариваются в отдельных точках — 98
Трактор — тяговая машина на колесном или гусеничном ходу — 385
Трал — снаряд для ловли рыбы имеющий форму мешка — 454
Трансмиссия — совокупность деталей и механизмов для передачи вращения от двигателя к рабочим машинам — 38
Транспортер — машина непрерывного действия для пе ремсщепия грузов в горизонтальной плоскости или под небольшим углом —425, 426
Трансформатор — преобразователь, в частности прибор для повышения пли понижения напряжения переменного электрического тока — 174
Траулер — рыболовное судно для ловли рыбы тралом — 454
Трелёвочный трактор —гусеничный трактор для вывозки (трелёвки) древесины — 387
Трепальные машины — машины для разрыхления и очищения волокна перед прядением — 331
Треста — очищенные от семян и подвергшиеся обработке льняные стебли — 328
Трехтактная доильная машина — машина для доения коров в три такта — 381
Трехфазный ток — переменный ток, получающийся от сочетания трех однофазных токов, сдвинутых по фазе один относительно другого па 1/3 периода — 182
Триод — электронный или полупроводниковый прибор с тремя электродами — 227
Трубчатая установка — непрерывно действующая установка для перегонки пефти —296
Туннель — искусственно прорытый подземный ход — 430
Туполев, Андрей Николаевич (р. 1888) — советский авиаконструктор. Под ею руководством построены самолеты ТУ-104 и ТУ-114, применяемые в гражданской авиации—476, 556
Турбина — двигатель с вращательным движением, в котором энергия пара, газа или движущейся воды преобразуется в механическую работу —153 Турбобур — машина для бурения скважины с приводом долота от гидравлическон турбины — 249 Турбовинтовые двигатели — авиационные газовые турбины, снабженные винтом па валу редуктора — 491
Турбовоздуходувка — центробежная воздуходувная машина для подачи воздуха под небольшим давлением — 158
Турбогенератор — электрический генератор и паровая пли газовая турбина, соединенные между собой в одни а 1 регат — 164, 188
Турбодетандер— машина для охлаждения г аза путем его расширения с отдачей внешней работы — 366 Турбокомпрессор — машина для сжатия газов и воздуха, приводимая в движение турбиной — 158.490 Турбопрямоточные двигатели — воздушно-реактив ные двигатели, в которых два двигателя — турбореактивный и прямоточный — поставлены друг за другом — 492
Турбореактивные двигатели — воздушно-реактивные двигатели, имеющие центробежный или осевой компрессор, приводимый в действие газовой турбиной — 490
Уатг, Джемс (1736—1819) —английский изобретатель. Построил универсальный паровой двигатель — 23, 539
Угольный комбайн — горная машина, производящая основные операции по выемке и погрузке учля — 239
Ультразвук — механические колебания упругой среды с частотами свыше 20 тыс. гц — 1и1, 119
Уран — химический элемент, радиоактивный металл — 176
Усадка литья — уменьшение объема или линейных размеров остывшей отливки ио сравнению с объемом в размерами модели — 83
Усилитель — устройство, предназначенное для усиления подводимых к нему сигналов за счет энергии источников питания — 131, 227
Уток — поперечная нить, идущая по ширине ткани и вводимая в нее на ткацком станке с помощью челнока — 32j, 332
Утфель — кристаллическая масса, получающаяся при уварке сахарного сиропа в вакуум-аппаратах — 358
Фал — веревка, при помощи которой поднимают паруса, реи, сигнальные флаги и пр. —449
Фальцовка — сгибание печатных листов так, чтобы страницы их были расположены в соответствии с нумерацией — 526
Фальшборт — легкая обшивка борта судна выше верхней палубы — 450
Фарадей, Майкл (1791 — 1867) — английский физик, создатель учения об электромагнитном поле—24, 286
Ферма — несущая нагрузку часть инженерного сооружения — 398
Ферми, Энрико (1901—1954) — великий итальянский физик, внесший большой вклад в развитие современного учения об атомном ядре — 27
Феррарпс, Галилео (1847—1897) — итальянский физик и электротехник. Открыл явление вращающегося магнитного поля — 163
Ферромагниты — металлы, обладающие способностью сильно намагничиваться — 131
Фиброин — белковое вещество, важнейшая составная часть шелковых питон — 308. 328
Фильеры — приспособления для протяжки проволок, трубок, нитей искусственного волокна — 330
Флюс — вещество, загружаемое в доменную печь и образующее с различными примесями руды легкоплавкие шлаки, хорошо отделяющиеся от расплавленного металла — 98, 259
Фок-мачта — передняя, носовая, мачта на судне — 148
Фольга — листы, полосы и лепты металлов толщиной менее 0,1 лл — 353, 476
Фонограф — прибор для записи и воспроизведения звука механическим способом —554
Формовочная смесь — материал для изготовления литейных форм — 84
Форсунка — аппарат для распиливания жидкостей — 155
Фосфорные удобрения — удобрения, главным образом минеральные, с которыми в почву вносится фосфор — 322
Фотонный двигатель — реактивный двигатель, у которого тягу создают фотоны — кванты света; еще не создан —493
Фототелеграфирование — передача на расстояние неподвижных изображений при помощи проводной или радиосвязи — 216, 224
Фотоэлемент — прибор, преобразующий световую энергию в электрическую — 205, 233, 513
Фракции — части, на которые разделяется смесь жидкостей, кипящих при разной температуре — 251, 295
Фракционирующая колонна — см. Ректификационная колонна
Фреза — режущий инструмент со многими лезвиями п с вращательным движением резания — 90
Фрезерный станок — металлорежущий станок для обработки поверхностей фрезерованием — 90
Фрезерование металла — способ обработки резанием плоскостей, поверхностей тел вращения, различных фасонных, винтовых и спиральных поверхностей посредством многолезвийных инструментов— фрез — 90
Фрикционная муфта — устройство, применяемое для передачи вращения от одной части передачи к другой при посредстве сил трения, развивающихся в самом устройстве — 386
Фрикционная передача — передача вращательного движения между двумя валами посредством сил трения, возникающих между прижимаемыми друг к другу насаженными па них дисками — 48, 386
Фролов, Козьма Дмитриевич (1726—1800) —русский гидротехник и изобретатель в области горнозаводского дела — 22
Фрумкин, Александр Наумович (р. 1895) — советский физико-химик. Создал большую школу советских электрохимиков — 534
Фультон, Роберт (1765—1815) — американский изобретатель, создатель первого практически пригодного парохода — 24
Фурмы трубки для вдувания в плавильные печи сжатого воздуха — 259
Фюзеляж — корпус самолета — 475
Хвостовое оперение — система вертикальных и горизонтальных поверхностей, находящихся в задней, хвостовой, части самолета, предназначенных для придания ему устойчивости и управляемости — 475
Химическая технология — паука и техника процессов, которые ведут к изменению состава, строения и свойств вещества в результате химических реакций — 67, 284, 318, 330
Химические волокна — группа волокнистых материалов, преимущественно текстильного назначения, получаемых из природных и синтетических полимеров — 328, 329
Ходовой винт — валик с винтовой резьбой для сообщения прямолинейного движения различным узлам металлорежущих станков — 91
Холодильные машины — машины для производства искусственного холода — 361
Холодильный агент — рабочее вещество, которое при своем кипении отводит в испарителе холодильной машины тепло от окружающей среды — 361
Хромель — сплав никеля с хромом и алюминием — 269
Целлюлоза, или клетчатка,— основная часть оболочек клеток растений — 328, 520
Цемент — минеральное гидравлическое вяжущее порошкообразное вещество — 403
Центрифуга — аппарат для механического разделения смесей и обезвоживания твердых материалов — 358 Центробежный насос — насос, в котором жидкости перемещаются под действием центробежных сил — 250
Центроплан — центральная часть крыла, составляющая одно целое с фюзеляжем — 475
Цепная передача — устройство для передачи вращения между параллельными валами при помощи замкнутой цепи, надетой на снабженные зубьями звездочки — 48
Циклон — аппарат для выделения твердых взвесей из потока газа — 166
Цинкография — фотомеханический способ изготовления клише — 524
Циолковский, Константин Эдуардович (1857—1935) — русский ученый и изобретатель, создатель теории реактивной техники — 489, 562, 568
Чаплыгин, Сергей Алексеевич (1869—1942) — советский ученый. Занимался аэро- и гидродинамикой; дал расчет сил, с которыми воздух действует на крыло самолета; решил ряд вопросов устойчивости крыла при полете и др. — 556
Челнок — 1) маленькая лодка, выдолбленная из одного куска дерева; 2) приспособление для прокпдки утка между нитями основы при выработке ткани па ткацком станке — 333 , 443
Червячная передача — передача вращения между пересекающимися под прямым углом валами посредством особого впита — червяка — и зубчатого колеса — 48
Черепановы, Ефим Алексеевич (1774—1842) и Мирон Ефимович (1803—1849), отец и сын, — русские механики-изобретатели. Изготовили около 20 паровых машин и создали первый в России паровоз •— 24, 540
Чернов, Дмитрий Константинович (1839—1921) — русский металлург, основоположник металловедения и теории термической обработки стали — 268, 548
Чесальные машины — в прядильном производстве машины для отделения волокон друг от друга и распрямления их — 331
Четырехтактный двигатель — двигатель, осуществляющий рабочий процесс за четыре хода поршня (такта) — 154, 466
Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,5 до 4°/о — 257
Чушки — продолговатые слитки металла — 260
Шабот — тяжелая наковальня — 79
Шагающий экскаватор — экскаватор, передвижение которого осуществляется поочередной перестановкой его опорных частей — 422
Шасси—рама автомобиля с укрепленными на ней двигателем и всеми механизмами и деталями, кроме кузова — 463
Шасси самолета — конструкция из деревянных или металлических стержней, к которой прикреплены колеса самолета — 476
Шатун — часть кривошипно-шатунного механизма, соединяющая поршень с коленчатым валом двигателя пли с кривошипом—51,466
Шахта — горное предприятие, ведущее подземную добычу полезного ископаемого. Шахтой называют также вертикальную или наклонную подземную выработку, имеющую выход на земную поверхность (шахтный ствол) — 237
Шахтная печь — печь, в которой высота рабочего пространства значительно больше его ширины — 272
Швеллер — прокатанная железная пли стальная балка коробчатого сечения—401
Шелк искусственный — волокно, получаемое искусственным путем из растворов химически обработанной целлюлозы — 330
Шелк натуральный — продукт выделения желез гусеницы шелкопряда в форме питой, образующих ко коп — 329
Шелк-сырец — нить, полученная путем размотки коконов и соединения нескольких коконных нитей в одну — 329
Шестерня — зубчатое колесо — 48
Шиллинг, Павел Львович (1786 — 1837) — русский ученый, физик и востоковед. Изобрел электромагнитный телеграфный аппарат—214
Шихта — смесь материалов, а во многих случаях и топлива, подлежащая переработке в металлургических, химических и других агрегатах —259
Шкив — колесо, передающее пли принимающее движение с помощью ремня — 46
Шлак — каменистые вещества, побочный продукт при выплавке металлов из руды — 259
Шлам — осадок из мелких твердых частиц, выделяющихся при отстое или фильтрации жидкости — 276
Шлифовальный круг — режущий инструмент, состоящий из множества твердых кристаллических зернистых пли порошкообразных материалов —91
Шлифовальный станок — металлорежущий станок для обработки поверхностей шлифовальным кругом—90
Шлихта (в ткацком производстве) — клей для проклейки основы — 332
Шлицевое соединение — подвижное или неподвижное соединение при помощи продольных выступов (шлицов) и выемок — 46, 468
Шлюзы — сооружения для перевода судов с одного уровня воды па другой — 415
Шнек — тип винтового конвейера — 345, 371, 428
Шорин, Александр Федорович (1890—1941) — советский изобретатель в области радиотехники, телеграфии и звуковой кинематографии. Создал методы и аппаратуру для записи звука на кинопленку — 513
Шпала — деревянный, металлический пли железобетонный брус (балка), подкладываемый под рельсы — 432
Шпангоуты — поперечные ребра в судовом наборе — 444, 446
Шпация — металлический брусок для образования пробелов между словами или буквами при наборе — 523
Шпилька — крепежная деталь в виде стержня, снабженного с двух концов резьбой—465
Шпиндель — вал станка, связанный с приводом и несущий приспособление для зажима обрабатываемого предмета или инструмента —91
Шпонка — деталь, предотвращающая взаимное перемещение соединяемых ею отдельных частей механизмов путем плотного закрепления се в гнездах или углубления этих частей! —46
Шпуля — деревянная насадка веретена для намотки пряжн —333
Шпунт —ряд забитых в грунт и плотно прилегающих друг к другу деревянных, стальных пли железобетонных элементов, предотвращающих доступ грунтовых вод в котлован пли другое ограждаемое ими место — 426
Штамп — металлическая форма или инструмент для изготовления изделий путем штамповки —78
Штамповка — способ обработки металла давлением — 76, 77
Штанга ударная — тяжелая штанга, падающая вместе с долотом во время бурения скважин — 248
Штангенциркуль — прибор для наружных и внутренних измерений — 109
Штапельное волокно — искусственное короткое волокно, предназначенное для получения пз него в процессе прядения непрерывной нити — 330
Штпх — единица измерения, принятая в обувном производстве — 338
Шток — цилиндрически и стержень, жестко соединяющий поршень двигателя с ползуном — 153, 466
Штрек — горизонтальная подземная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и проведенная но простиранию месторождения полезного ископаемого — 238
Штурвал — рулевое колесо — 465
Штурман — специалист по вождению кораблей и самолетов — 459, 486
Штыб — угольная мелочь, размером до 3 мм в поперечнике — 239
Шухов. Владимир Григорьевич (1853—1939)—советский инженер и ученый. Особую известность получили башня Шухова и водотрубные котлы Шухова — 556
Щебень—небольшие угловатые куски камня, получаемые дроблением горных пород, кирпича, шлака—432 Щетки (электрических машин) — угольные или медно-угольные колодки, прижатые к вращающемуся коллектору или контактным кольцам — 163
Щит проходческий — подвижная металлическая временная крепь, применяемая при проведении горных выработок в слабых, неустойчивых и плывучих породах — 430
Эдисон, Томас Алва (1847—1931) — американский изобретатель — 182, 553, 562
Эжектор — насос, действие которого основано на использовании скорости паровой струи — 361
Экономайзер — водо- пли воздухоподогреватель в котел ь ио ii установке — 166
Эксгаустер — отсасывающий вентилятор — 166
Экскаватор — машина, производящая выемку грунта и его перемещение в отвал —245, 382, 422
Элеватор — машина с ковшами для перемещения сыпучих грузов — 428
Электрификация — перевод хозяйства страны па техническую базу современного крупного производства, связанный с широким внедрением электричества во все отрасли хозяйства — 26, 147
Электробур — машина для бурения скважин, снабженная электродвигателем —250
Электровоз — локомотив с электрическими двигателями — 434
Электрод — 1) проводник (обычно твердый), проводящий или отводящий ток в электролите или газе; 2) деталь, подводящая ток к обрабатываемым частям при электрической сварке или резке —97, 107, 185
Электродвигатель — машина для преобразования электрической энергии в механическую —24, 153, 183. 561
Электроискровая обработка детали — разрушение металла обрабатываемых деталей посредством ряда последовательных искровых электрических разрядов в жидкой среде — 104, 107
Электрокар — тележка с электродвигателем, питаемым от аккумулятора — 186, 264
Электрокардиограф — аппарат, регистрирующий электрические явления, возникающие в сердечной мышце при ее работе — 505
Электролиз — выделение составных частей химических соединении (электролитов) при прохождении через их растворы электрического тока — 185. 276
Электроника — область электротехники, основанная па использовании явлений прохождения электричества через вакуум, газы, твердые тела — 224
Электронная лампа (радиолампа) — вакуумный прибор, применяемый для генерирования, усиления и преобразования электрических колебаний в радиотехнике и проводной связи, в котором используется поток электронов в вакууме, излучаемых накаленным катодом— 131
Электронно-лучевая трубка — вакуумный прибор для преобразования электрических колебаний в световые — 205
Электропривод — применение электродвигателя для подвода энергии к производственному механизму — 25, 164
Электросварка — способ неразъемного соединения металлов с использованием для нагрева электроэнергии — 97
Электроэрозия — местное разрушение металлов под действием электрических разрядов —70, 103
Энергетическая система — объединение отдельных электростанций между собой линиями высокого напряжения — 151
Эскадренный миноносец — военный корабль, главное оружие которого — мины и торпеды — 456
Эскалатор — механическая движущаяся лестница, применяемая для перемещения больших людских потоков — 50, 428
Эстакада — помост с рельсами для движения вагонеток — 242
Ют — возвышение в кормовой части судна — 449
Яблочков, Павел Николаевич (1847 —1894) — русский изобретатель в области электротехники — 26, 550
Якоби, Корне Семенович (1801 —1874) — русский физик и электротехник — 24, 214, 546
Яковлев, Александр Сергеевич (р. 1906) —советский авиаконструктор — 568
%
с ||l< >'
а — ампер акад.— академик атм — атмосфера в.,вв.— век, века в — вольт ет — ват г г.— год, город г — грамм массы Г — грамм силы (вес) га — гектар гц — герц гг.— годы, города Г/см-— граммов па квадратным сантиметр
Г/см3 — граммов на кубический сантиметр до п. э. — до нашей эры ДР-— другие кв — киловольт ква — киловольтампер кет — киловатт квт-ч — киловатт-час кг — килограмм массы кГ — килограмм силы (вес' к Гм — килограммометр кец — килогерц км — километр ым2 _ квадратный километр к.и3 __ кубический километр км/час — километров в час км/сек — километров в секунду к п. д.— коэффициент полезного действия
Л. — Ленинград (в библиографическом указателе) л — литр л с.— лошадиная сила
М.— Москва (в библиографическом указателе) м — метр м2 —квадратный метр м3 — кубический метр мг — миллиграмм массы мГ — миллиграмм силы (вес) Мгц — мегагерц млн.— миллион млрд.— миллиард мм — миллиметр 3t.it2 — квадратный миллиметр ллР — кубический миллиметр н. э. — нашей эры о-в — остров об/мин — оборотов в минуту оз.— озеро пер/сек — периодов в секунду пр.— прочее п-ов — полуостров проф.— профессор рис.— рисунок р.— река; родился (в указателе, см — сантиметр с.и2 — квадратный сантиметр см3 — кубический сантиметр см.— смогри ст.— статья т — тонна массы Т — тонна силы (вес) табл.— таблица тыс.— тысяча // — центнер массы Ц — центнер силы (вес) ив. табл.— цветная таблица цв. рис.— цветной рисунок э. д. с. — электродвижущая сила
X Множественное оформление С, М- II ожа рского
Заставки и рисунки к содержанию II. К. Вечканова Главный художник А. И, Гангалюк
Иллюстрации и схемы в тексте выполнили художники:
Лвотип Р. Ж., Алимов Б. А., Бедаров Г. К., Белкин В. Г., Борисов Ф. С., Бирюков А. П., Вепдров Л. С., Вечканов II. К., Верлоц-кий Е. А., Волков С. II., Гришин Н. И., Добровольский В. Н., Долматов В. А., Зальцман 10. И., Катковский А. А., Кольчицкий II. М., Киселевич М. Д., Кобылинский В. С., Малышев Б. А., Молчанов 3. Р., Некрасов Е Н., Нестеренко Б. II., Плещеева М II., Раннов В. Р., Рашков С. Е., Руссовский Б. А , Самыгин В. Д , Соколов К. К., Скалова Н. К., Яиицкий О II.
*
* *
Старший редактор тома
Е. В. Дубровский
Редактор
И. Б. Шустова
Художественный редактор
С. И. Мартемьянова
Художественно-технический редактор
II. II, Самохвалова
Технический редактор
С. IT Еремеева
Ответственные корректоры
И. С. Квиль, Т. Ф. Юдичева, Р. Д. Рыжова
Контрольные редакторы
В. А, Галъминас и А. Б. Дмитриев
£?2п°йп na6opcV^Y-ln 1959 ’ Подписано в печать 5/IV 19G0 г. Формат SiXlOS'/ie — (400 ОМ- 500 000) й 7 ycjL по V (78'64 У'Е'ИЗД' л)- ТиРаж 100 000
(1UJ ui bUOWO) экз. Т. 040 72 Издательство Академии педагогических наук РСФСР редакция Детской энциклопедии. Адрес редакции: Москва, Чистые пруды 6
Цена 2 руб. 80 кон.
Цветные вклей к и_ отпечатанном картографической фабрике имени Дунаева Московская типография № 2 Московского городского совнархоза Москва, проспект Мира, 105.
Заказ 1382