Распространением ткацких и прядильных машин
С распространением ткацких и прядильных машин возник вопрос о приведении их в движение. Ручной привод очень скоро уступил свое место конному, а позднее — и энергии неорганической природы. В 1769 г. Аркрайтом была запатентована в Англии прядильная машина с большим количеством веретен и приводом от водяного колеса, сохранившая и поныне в названии отзвук своего происхождения: «ватер-машина» («ватер» — вода). Позднее было обнаружено, что Аркрайт (по профессии парикмахер) Никогда не изобретал «ватер-машины», а присвоил чужое Изобретение. Это привело в 1785 г. в результате судебного Разбирательства к лишению Аркрайта права на английский патент. Маркс, описывая историю возникновения машинного производства, справедливо назвал Аркрайта самым низким субъектом и вором чужих изобретений- Однако усилиями этого ловкого дельца, оставившего после себя громадный капитал, прядильные машины с водяным приводом получили самое широкое распространение. Так, например, в южной части графства Ланкастер, где реки еще с давних пор использовались для приведения в движение мельниц, к 1788 г. уже насчитывалось свыше 40 прядилен с машинной технологией и приводом от водяных колес.
Повышение производительности труда с внедрением машинного прядения и ткачества, особенно после того, как стали применяться более совершенные прядильные (Кромптон) и ткацкие (Картрайт) машины, ставило вопрос о соответственном повышении производительности труда в смежных процессах текстильного производства. Поэтому в течение последней четверти XVIII в. в Англии были созданы технологические машины для замены ручного труда при очистке хлопка, его чесании, при изготовлении пряжи.
Необходимость сооружения большого числа машин, строившихся уже не для каждого конкретного промышленного объекта, а на рынок и ставших товаром, привело к возникновению машиностроения как новой отрасли промышленного производства; зарождалось производство средств производства. В связи с этим понадобились машины для постройки машин. Возможность удовлетворения этой потребности уже имелась в результате длительного процесса развития методов обработки металлов.
Естественно, что технологические машины 2-й группы, на долю которых была возложена задача во все большем количестве готовить полуфабрикаты промышленного производства, также не остались вне сферы промышленного переворота. Следовательно, первая фаза промышленного переворота коснулась всех групп технологических машин, являясь по своей сущности заменой рабочего машинами в выполнении им технологических функций производства. Промышленный переворот захватывал одну область производства за другой, сфера промышленного производства расширялась, возникало крупное машинное производство с большим количеством наемных рабочих. Тонкая нить, ?вышедшая из механического прядильного станка, потянула за собой бесконечную цепь глубочайших технических, экономических и социальных преобразований.
Уже на примере одной из первых прядильных машин «Дженни» было видно, что рабочее движение частично передавалось машине от двигателя во вращательной форме. Применение водяного колеса в «ватер-машине» закрепило вращательную форму движения привода настолько, что Ко многим технологическим машинам с поступательным рабочим движением (как, например, строгальные станки) рабочее движение поступало тоже на вращающийся вал.
Далее, если старые машины (песты, молоты и т. п.), Получавшие движение от вращающихся валов водяных ко-лес, были тихоходными и обладали неравномерным ходом, то новые машины, особенно прядильные и ткацкие, потребовали от приводящего двигателя вращательного движения с большим числом оборотов. Только это могло обесЯ печить достаточную производительность станков и повысить степень равномерности, чтобы не допускать разрыва ^ такого непрочного материала прядильного и ткацкого производства, как хлопчатобумажная, шерстяная или льняная нить.
Таким образом, характеристика «универсальности по техническому применению» в процессе развития первой фазы промышленного переворота приобрела новые конкретные черты: универсальный двигатель должен был отдавать работу в форме однонаправленного, непрерывного и равномерного вращательного движения. Требование к двигателю такого типа было настолько острым, что один из первых заводчиков по производству паровых двигателей Болтон писал своему компаньону—изобретателю Уат-Ту, что «... в Лондоне, Манчестере, Бирмингаме все без ума от машин с вращательным движением».
В этих условиях неизбежно должны были разрабатываться конструкции двигателей, способных удовлетворить назревшим требованиям производства. Десятки конструкторов и изобретателей, рассчитывая на громадные барыши от изобретения универсального двигателя, стремились прежде, всего приспособить освоенный многолетней практикой двигатель Ньюкомена для равномерного вращения шкивов прядильных и ткацких станков. Был использован весь арсенал техники, особенно техники передаточных механизмов, хорошо разработанных в практике привода от водяных колес. Были испытаны все методы, дававшие возможность преобразовать работу поступательного движения поршня в работу вращательного движения вала. Самыми ранними и наименее целесообразными были многочисленные попытки применения потенциального механического аккумулирования при помощи груза. Очевидные недостатки этого способа — тихоходность и неравномерность ограничили попытки постройки подобного рода двигателей единичными случаями. Гораздо целесообразнее были двигатели с применением кинетического аккумулирования как в «чистом» виде, так и в комбинации с потенциальным аккумулированием или суммированием работы нескольких полостей двигателя.
Комбинированное (потенциальное с кинетическим) аккумулирование было успешно использовано в Англии в 70-х годах XVIII в. для привода шахтных вентиляторов. В этом двигателе только половина работы, развиваемой опускающимся поршнем, передавалась Коренному валу, несущему маховик; вторая половина расходовалась на подъем тяжелого литого шатуна. Опускаясь вниз, шатун отдавал аккумулированную в нем половину работы рабочего хода валу двигателя и одновременно поднимал вверх -поршень, обеспечивая поступление пара в полость цилиндра. Таким образом, первый из двух аккумуляторов работы — потенциальный аккумулятор (тяжелый шатун) — позволял передавать работу вала двигателя непрерывно как во время опускания, так и во время подъема поршня Двигателя. Неравномерность вращающего момента на валу Двигателя выравнивалась вторым, кинетическим аккумулятором— маховиком, насаженным на вал двигателя. Первое решение задачи об универсальном двигателе, когда налицо имелись потребность в нем и возможность ее удовлетворения, было найдено так просто, что описанный двигатель не был даже запатентован.
Суммирование работы двух цилиндров пароатмосферного двигателя с кинетическим аккумулированием ском бинировал в сбоем универсальном двигателе Томеон. Здесь поршни цилиндров Е и F закреплены на общем вертикальном штоке, и поэтому рабочее движение штока непрерывно: работа передается балансиру L — L двигателя как при движении штока вверх (работает верхний цилиндр), так и при движении штока вниз (работает нижний цилиндр). Непрерывная, но неравномерная работа, передаваемая валу шатуном М, преобразующим кача-тельное движение во вращательное, выравнивается маховиком Q. Так как выравнивающее действие маховика при неизменных массе и радиусе зависит от квадрата числа оборотов, Томсон в 9 раз увеличил эффективность маховика, втрое увеличив число оборотов маховичного вала введением зубчатой передачи (шестерни N и О втрое увеличивают число оборотов маховика Q).
В «чистом» виде кинетическое аккумулирование было применено в двигателе Картрайта. Рабочий цилиндр Е находится на одной оси с цилиндром насоса Н, откачивающего воздух из конденсатора. Шатуны М н К через кривошипы приводят шестерни N—N, а шестерня О втрое увеличивает число оборотов маховика Q. Его одно-цилиндровый двигатель простого действия был объединен с вакуумным насосом конденсатора общим штоком. Пар избыточного давления двигал поршень вниз, осуществляя рабочий ход. При холостом ходе вверх, осуществлявшемся за счет инерции маховика, пар через клапан в поршне перепускался в нижнюю полость цилиндра, откуда он отсасывался насосом. Равномерное движение обеспечивалось маховиком, для увеличения эффективности которого Картрайт втрое увеличил число оборотов маховичного вала введением зубчатой передачи.