Книги для учителя

Очерки истории науки и техники 1870-1917

Машиностроение. Если исходным пунктом промышленного переворота XVIII—XIX вв. явилось введение новых рабочих машин в текстильной промышленности, то теперь исходные, решающие технические сдвиги происходят в сфере машиностроения.

Благоприятные предпосылки для быстрого развития машиностроения создавал непрерывно, возраставший спрос основных отраслей производства на различные машины и механизмы. Однако для удовлетворения запросов бурно развивавшихся промышленности, транспорта, сельского хозяйства и военного дела машиностроение должно было измениться качественно и количественно.

К началу XX в. самая большая часть машиностроительных предприятий была сконцентрирована в Англии, Германии, США и Бельгии. Общая стоимость машин, изготовленных в этих странах с 1888 по 1898 г., увеличилась в Англии со 123,2 млн. руб. золотом до 171,6 млн. руб., в Германии с 26,9 млн. руб. до 64,7 млн. руб., в США и Бельгии эти цифры возросли более чем вдвое и составляли в 1898 г. соответственно 56,9 млн. руб. и 24,8 млн. руб. золотом.

По характеру выпускаемой продукции машиностроительные предприятия этого периода следует разделять на две группы. К первой относились предприятия, выпускавшие паровые машины и котлы, текстильные и металлообрабатывающие станки. Это были заводы, специализировавшиеся на производстве машин и механизмов одного назначения.

Во вторую группу входили предприятия, изготовлявшие машины и механизмы разнообразного назначения. Эти заводы производили наряду с паровыми машинами, текстильными и металлорежущими станками другое оборудование и приборы для промышленности, транспорта, сельского хозяйства и военного дела. Это были универсальные машиностроительные предприятия.

Развитие машиностроения сопровождалось все большей специализацией производства. На машиностроительных предприятиях специализация перекинулась на участки и цехи. Все это сказалось на увеличении количества, улучшении качества машин и оборудования, на повышении производительности труда.

«Для того, чтобы повысилась производительность человеческого труда, направленного, например, на изготовление какой-нибудь частички всего продукта, необходимо,— отмечал В. И. Ленин,— чтобы производство этой частички специализировалось, стало особым производством, имеющим дело с массовым продуктом и потому допускающим (и вызывающим) применение машин и т. п.» .

Развитие машиностроения в этот период характеризовалось постепенным переходом от индивидуального к мелкосерийному, а несколько позже к серийному, крупносерийному, а затем и массовому производству.

Логическим завершением процесса специализации заводов, цехов и участков была специализация самого металлообрабатывающего оборудования. Узкая направленность оборудования способствовала не только повышению его производительности, но создавала предпосылки для массового выпуска продукции с последующей автоматизацией самого технологического процесса.

Таким образом, характерной чертой развития машиностроения в последней трети XIX— начала XX в. явился переход от универсальных к специализированным металлообрабатывающим станкам.

Машинный парк предприятий превратился в систему разнообразных высокопроизводительных машин. Сложнейшее оборудование, приборы, различные изделия и аппараты производились с помощью машин. Основой промышленного производства стало машиностроение.

Наряду со специализацией производства и оборудования шел процесс специализации самого машиностроения. Он выразился в выделении его различных отраслей (металлургическая, транспортная, сельскохозяйственная и др.), в которых наблюдались наиболее зримые результаты перехода предприятий к выпуску массовой продукции.

Переход к стандартизированному, высокопроизводительному, массовому, непрерывному производству в машиностроении стал возможен на базе специализации металообрабатывающих станков, расширения разновидностей оборудования с широким использованием индивидуального электрического двигателя.

Станкостроение. Бурное развитие машиностроения было связано, прежде всего, с быстрым ростом станкостроения — основой производства машин машинами. Здесь важную роль сыграли модернизация механического суппорта токарного станка и использование его в усовершенствованном виде на других станках.

В 70—90-е гг. XIX в. пальма первенства в выпуске новых типов станков переходит к американским предприятиям, которые освоили производство не только всех основных типов металлорежущих станков: токарных, сверлильных, фрезерных, строгальных и шлифовальных, но и наладили выпуск специализированных типов станков, которые предназначались для выполнения одной или нескольких операций: токарно-револьверных, токарно-лобовых, токарно-карусельных, радиально-сверлильных, горизонтально-расточных, продольно-строгальных, продольно- и карусельно-фрезерных, кругло-шлифовальных, зубофрезерных, зубодолбежных, зубострогальных и т. д.

Дифференциация типов станков по характеру технологических операций создала необходимые условия для появления автоматизации.

В 1873 г. в США на базе револьверного станка X. Спенсер создал первый токарный автомат. В 70—90-х гг. получают широкое применение полуавтомат для прутковых работ Джонсона, автоматы системы «Кливленд», имевшие устройства для нарезания резьбы, сверления отверстий и фрезерования четырех плоскостей. Появляются первые многошпиндельные станки-автоматы, позволявшие значительно ускорить процесс изготовления и повысить точность обработки деталей.

Широкое использование инструментов из быстрорежущей стали и твердых сплавов обеспечило возможность создания быстродействующих станков.

Стандартизированное, массовое, непрерывное производство машин потребовало повышения точности изготовления изделий и механизмов. В 1851 г. английский инженер и предприниматель Джозеф Уитворт (1803—1887) сконструировал первую измерительную машину большой точности, позволившей измерять обрабатываемые детали с точностью до сотых и тысячных долей миллиметра. Ему же принадлежит разработка системы стандартных калибров, допускавших высокую точность подгонки деталей. К 1880—1890 гг. измерительные инструменты Уитворта получили широкое распространение на машиностроительных заводах Европы и Америки. У себя на заводе Уитворт впервые использовал стандартизацию и взаимозаменяемость винтовой резьбы. Это положило начало широкому применению унифицированных деталей, механизмов и машин.

В России массового производства металлорежущих станков не было. В основном станки производились на отдельных заводах для собственных нужд или изготовлялись небольшими партиями по заказам. В 1875 г. станочный парк России был на 90% иностранного происхождения. Такое положение сохранилось вплоть до начала первой мировой войны. Даже такие крупнейшие предприятия, как заводы братьев Бромлей и «Феникс», изготовляли станки в объеме 35—40% от общего объема продукции предприятия.

Причины недостаточного развития станкостроения в стране крылись в слабой металлургической базе России, отсутствии поощрительных мер по развитию станкостроения, беспошлинном ввозе станков из-за границы, а также дефиците опытных рабочих-станкостроителей.

Однако такие крупные заводы, как Невский, Мотовилихинский (Пермь), Нобеля, братьев Бромлей и др., производили станки собственной конструкции: токарные, сверлильные, расточные и строгальные.

В 1874 г. завод Нобеля в Петербурге изготовил фрезерный станок для обработки криволинейных поверхностей и нарезки зубьев колес. В 80-х гг. конструктор С. С. Степанов изготовил оригинальный комбинированный металлорежущий станок, предназначенный для передвижных железнодорожных мастерских. На нем можно было вытачивать, строгать, фрезеровать и сверлить детали. Станки Степанова даже экспортировались в США, Германию и Францию.

В конце XIX— начале XX в. на Харьковском паровозостроительном заводе были созданы универсальные радиально-сверлиль-ный и долбежно-сверлильно-фрезерный станки оригинальной конструкции.

Ограниченные возможности механических передач. Унаследованный со времен промышленного переворота способ передачи энергии заключался в соединении трансмиссиями большого количества рабочих машин с паровым двигателем. Сколь громоздкую и усложненную форму приобрел этот способ к концу XIX в. ярко показано в уже известной нам повести А. И. Куприна «Молох»:

«Кожаные приводы спускались там с потолка от толстого стального стержня, проходившего через весь сарай, и приводили в движение сотни две или три станков самых различных величин и фасонов. Этих приводов было так много, и они перекрещивались во стольких направлениях, что производили впечатление одной сплошной, запутанной и дрожащей ременной сети. Колеса некоторых станков вращались с быстротой двадцати оборотов в секунду, движение же других было так медленно, что почти не замечалось глазом».

Процесс концентрации и централизации производства сопровождался укрупнением промышленных предприятий, в частности машиностроительных, а также ускорением работы применявшейся на них системы машин. Все более возрастал расход энергии, доставляемой теплосиловыми установками заводов, причем увеличение затрат на получение энергии давало все меньший прирост в выработке продукции. Это вызывалось прежде всего растущими потерями энергии при ее передаче от паровых двигателей к рабочим (в данном случае металлообрабатывающим) машинам при наличии механических трансмиссий.

Со второй половины XIX в. конструкторы в разных странах пытались рационализировать и усовершенствовать отдельные узлы механических трансмиссий. Однако в целом потери энергии все равно возрастали по мере увеличения предприятий и парка рабочих машин, особенно после того, как стали переходить к массовому, непрерывному производству. Проблема была решена после перехода к электрическому способу передачи и распределения механической энергии.

Металлургия. Быстро растущая фабрично-заводская система машин предъявляла все увеличивающийся спрос на металлы. Предыдущий период называли «эпохой пара, железа и угля». Новый этап технического развития становится все в большей мере «эпохой электричества, стали и нефти». Система машин в отраслях промышленного производства изготовлялась в основном из стали и отчасти из чугуна. Промышленность повысила спрос также на цветные металлы, играющие особую роль в электротехнике. Вторым ненасытным потребителем черных металлов был железнодорожный транспорт. Третьим, особенно щедрым заказчиком, на которого, в отличие от двух первых, почти не влияли экономические кризисы, была военная промышленность.

Отсюда быстрое развитие металлургии и горного дела на протяжении рассматриваемого периода.

Металлургическая техника сделала огромные успехи как в области доменного процесса, так и в области переработки чугуна на сталь. Мартеновский процесс был усовершенствован.

Наряду с мартеновским и бессемеровским способами производства стали, в 1878 г. английскими изобретателями С. Дж. Томасом (1850—1885) и П. Джилкристом (1851—1935) был введен новый метод получения литой стали путем передела фосфористых сортов чугуна в конверторе с огнеупорной футеровкой, так называемый тома-совский способ. «Замечательно изобретение Томасом (1878) вместо бессемеровского способа добычи железа — базического или тома-совского способа1. Этот способ дал перевес Германии, ибо он состоит в освобождении руды от фосфора, а в Германии как раз железная руда богата фосфором  (NB)»,— писал В. И. Ленин.

В первую очередь речь шла об использовании германскими металлургами лотарингских руд с фосфорическими примесями.

Все это обеспечило быстрый рост производства стали: с 70-х гг. XIX в. по 1900 г. выпуск стали в мире увеличился почти в 17 раз, причем непрерывно обгонял выплавку чугуна. Значительная часть стали получалась не из чугуна, а из металлического скрапа (лома), в огромных количествах накоплявшегося в промышленно развитых странах.

Запросы военной промышленности, машиностроения, инструментального дела заставили производить упорные исследования над свойствами и способами получения высококачественной и легированной: углеродистой, кремнистой, никелевой, марганцевой, хромистой, вольфрамовой и других сталей, а также различных ферросплавов (сплавов железа с другими элементами).

В 1898 г. американцами Тейлором и Уайтом была изобретена сталь, сохранявшая режущие свойства при повышенных скоростях резания. Применение резцов из быстрорежущей стали дало возможность увеличить скорость резания в 5 раз. Повышению твердости и износостойкости режущих инструментов способствовало изобретение твердых сплавов, в состав которых входили молибден, хром, вольфрам, кремний, марганец.

В 1907 г. Хейнсом (Англия) был запатентован твердый сплав из литых карбидов — «сталлит».

Необходимость выработки новых сортов высококачественной и легированной стали и ферросплавов — с одной стороны, и успехи электротехники — с другой, привели к созданию электрометаллургии.

В 70-х гг. XIX в. немецкий химик Вернер Сименс (1823—1883) сконструировал дуговую печь, которую можно было использовать для варки стали. Дальнейшее совершенствование дуговых печей (1890) связано с именами Н. Г. Славянова и французского химика А. Муассана (1852—1907): Последний в 1892 г. создал дуговую электропечь, получившую широкое распространение в химической и металлургической технологии. Затем (в конце 90-х гг.) были введены дуговые печи П. Эру (Франция), Э. Стассано (Италия) и других изобретателей. В 1902—1906 гг. появились электропечи другой конструкции — индукционные.

В начале XX в. инженер В. П. Ижевский (1863—1926) в мастерских Киевского политехнического института построил небольшую электроплавильную печь. Однако широкого распространения она не получила. Промышленное производство электростали в России началось с 1909 г. на Обуховском заводе, где применялись дуговые электропечи П. Эру.

В 1886—1888 гг. Ч. М. Холл (США) и П. Эру разработали электролитический способ получения алюминия, что явилось предпосылкой все более широкого использования этого металла.

В заявках изобретателей на получение патентов не содержалось точного описания этого способа. Поэтому поиски способов получения алюминия продолжались. В 1892 г. канадец Вильсон, обойдя все патенты, пытался разработать неэлектролитический процесс, используя кальций вместо натрия. Сплавляя в электрической печи известняк и уголь, Вильсон открыл карбид кальция, который при взаимодействии с водой образует ацетилен. Это открытие имело огромное значение. В 1883 г. электролиз расплавленной среды был применен и для получения магния. Значительно усовершенствовались и способы производства меди.

Русский инженер Н. А. Иосса (1845—1916) в начале 80-х гг. предложил применять обработку медных слитков в бессемеровском конвертере. Работы по получению меди из штейнов в конвертерах продолжил А. А. Ауэрбах, предложивший помещать фурмы сбоку конвертера.

Еще в предыдущий период, в 1826 г. П. Г. Соболевский (1782— 1841) и В. В. Любарский (1795—1854) разработали метод прессования и спекания платинового порошка. Это было рождением порошковой металлургии. Новое развитие она получила в конце XIX— начале XX в., когда был разработан способ изготовления нитей накала из металлического порошка вольфрама для осветительных ламп. Этот способ широко применяется во всем мире и сейчас.

В 1909 г. была высказана мысль о возможности применения пористых металлокерамических материалов и изделий, однако в промышленности использование фильтров и пористых подшипников началось лишь в конце 20-х гг. нашего века.

Техника литейного производства. Развитие литейного производства в 1870—1917 гг. стимулировалось увеличением выплавки чугуна и стали и массовым производством изделий машиностроения. С увеличением потребности в литье расширилось применение шахтных чугунолитейных печей с дутьем — вагранок, что позволяло обеспечить непрерывный, в течение нескольких дней, процесс производства чугуна.

Развитие машиностроения, всеувеличивающаяся потребность в массовом производстве однотипных изделий повлекли изменения в технологии формовки. Взамен медленной формовки, при которой глиняная неразборная модель или форма готовилась на каждую отливку, стали применять быструю формовку с помощью разъемных опок и моделей. Этот способ оказался более производительным, хотя и осуществлялся вручную.

В конце XIX— начале XX в. на смену ручной формовке пришли формовочные машины (прессы, пескоструйные приборы и т. д.), позволившие не только механизировать литейные цеха, но и создавать механизированные литейные заводы (Вестингауза в США и др.).

По объему литейного производства главенствующее положение занимали США, Германия и Англия. Россия находилась на четвертом месте в мире.

В целом техника литейного производства России значительно отставала от западной. Оборудование было примитивным и маломощным. Имевшиеся механизмы работали от паровой машины, а перевозка изделий производилась вручную.

Вместе с тем в России имелись отдельные литейные цехи по производству крупносерийных и массовых партий изделий. К ним относились литейные цехи Люберецкого завода сельскохозяйственного машиностроения и Подольского завода швейных машин («Зингер») . На этих предприятиях организация технологического процесса не уступала западноевропейским и американским заводам.

На литейных заводах и в цехах трудились высококвалифицированные рабочие и мастера. Русские ученые-литейщики внесли большой вклад в развитие мирового литейного производства.

Формовщик Путиловского завода Н. В. Мельников в 1899 г. впервые отлил стальной прокатный валок весом около 30 т.

В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже получил высокую награду ажурный литой чугунный павильон производства Каслинского завода художественного литья.

Техника кузнечного производства. Развитие транспорта, различных отраслей машиностроения, военного дела стимулировало рост кузнечного производства, совершенствование и развитие кузнечной техники. В этот период основное место среди орудий кузнечного производства стали занимать паровые молоты и гидравлические прессы.

Заготовки для изготовления поковок нагревались в специальных горнах. Долгое время применялся каменный горн с боковым дутьем. В конце XIX в. появились чугунные горны с нижним дутьем усовершенствованного типа, позволявшие регулировать силу огня в зависимости от размеров заготовок. Это имело большое значение при крупносерийном и массовом производстве.

Нагретые в горнах заготовки поступали в кузницу. Самыми распространенными ковочными инструментами в это время были паровые молоты. Различные системы паровых молотов (Несмита, Моррисона, Конди и др.) отличались друг от друга системами парораспределения, станиной, устройством парового цилиндра и т. д. Наибольшее распространение получил паровой молот Дж. Несмита, сконструированный еще в 1839 г. и впоследствии усовершенствованный.

На Мотовилихинском (Пермском), Обуховском заводах и на заводе Круппа в Вестфалии в 1870—1873 гг. были сооружены 50-тонные паровые молоты. Особенно замечателен был Мотови-лихинский молот, построенный по проекту талантливого русского инженера Н. В. Воронцова (1833—1893). В 1873 г. был отлит шабот1 этого молота весом 650 т. Большая действующая модель молота демонстрировалась в том же году на Венской всемирной выставке. По тем временам этот молот был совершенной, высокомеханизированной конструкцией, сочетавшей в себе огромную мощь с простотой в управлении и эксплуатации2.

Позднее в Западной Европе сооружались на некоторых заводах и более мощные паровые молоты, а в 1891 г. в США был установлен даже молот весом 125 т.

Однако работа огромных тяжелых молотов вызывала сотрясение зданий, требовала больших фундаментов, громоздких шаботов, вызывала деформацию заготовок, затрудняла использование контрольно-измерительных приборов, усложняла механизацию вспомогательных работ.

С 1885—1886 гг. стали устанавливать гидравлические прессы. Преимущества прессов состояли в простоте действия, независимости давления от толщины поковки, точности обжатия, возможности изготовления изделий из чугуна. Недостаток в работе прессов заключался в их тихоходное™. Поэтому использовать их для изготовления мелких и средних поковок было нерентабельно. Гидравлические прессы применялись в основном для ковки крупных слитков. Для изготовления мелких и средних поковок использовались паровые молоты.

Для изготовления более точных изделий в крупносерийном и массовом производстве стала применяться штамповка. Штампы, состоявшие из двух частей: матрицы и пуансона, изготовлялись на сверлильных, токарных, фрезерных и расточных станках. Производительность штамповки была в 8—10 раз выше ковки.

Рост спроса на продукцию кузнечного производства привел к появлению специализированных кузнечных цехов. Машиностроительные заводы имели один или несколько кузнечных цехов, которые обеспечивали заготовками основное производство.

Производство проката. После освоения бессемеровского процесса выплавки стали, позволившего получать слитки весом в тонну и более, в технологии прокатного производства произошли значительные сдвиги. На металлургических заводах появились более производительные прокатные станы трио (трехвалковые прокатные станы) с усовершенствованными подъемными столами для подачи слитка из нижней на верхнюю пару валков. Использовались также двухвалковые (дуо) и четырехвалковые прокатные станы (последние применялись для изготовления мелкого сортового железа и проволоки). Все прокатные станы приводились в действие паровыми машинами.

С 70-х гг. XIX в. в связи с бурным развитием железнодорожного транспорта возрос спрос на стальные рельсы. В России первый сталерельсовый завод был построен Н. И. Путиловым в 1874 г. Технология производства стальных рельсов ярко описана А. И. Куприным в повести «Молох»:

«Огромный брусок раскаленного металла проходил через целый ряд станков, катясь от одного к другому по валикам, которые вращались под полом, виднеясь на его поверхности только самой верхней своей частью. Брусок втискивался в отверстие, образуемое двумя стальными вертевшимися в разные стороны цилиндрами, и пролезал между ними, заставляя их раздаваться и дрожать от напряжения. Дальше его ждал станок с еще меньшим отверстием между цилиндрами. Кусок стали делался после каждого станка все тоньше и длиннее и, несколько раз перебежав рельсопрокатку взад и вперед, принимал мало-помалу форму десятисаженного красного рельса. Сложным движением шестнадцати станков управлял всего один человек, помещавшийся над паровой машиной...»1

К концу XIX в. был налажен выпуск труб и листового железа. Совершенствовалась и технология прокатки броневого листа. Большой известностью пользовался броиепрокатный стан завода Круппа в Эссене, на котором можно было катать плиту свыше 8 м в длину и 3 м в ширину. В России броня изготовлялась на Обуховском и Колпинском заводах.

В конце XIX— начале XX в. прокатные станы, приводимые в действие паровыми машинами, были электрифицированы. В 1897 г. в Западной Европе впервые был применен электродвигатель на прокатном стане.

К этому времени относится строительство первых блюмингов — прокатных станов для обжатия стальных слитков квадратного сечения и начало использования непрерывных прокатных станов.

Сварка металлов. До 80-х гг. XIX в. господствующим способом соединения металлов была кузнечная или горновая сварка. Она заключалась в нагреве изделий в горне и проковке их в месте соединения. Однако примитивные способы соединения металлов уже не удовлетворяли возросшим потребностям крупного машинного производства и развивающегося транспорта. Необходимо было найти эффективные способы соединения металлов, позволявшие быстро и дешево не только производить новые машины, но и ремонтировать вышедшие из строя.

Такой способ соединения, а также резки металлов предложил выдающийся русский изобретатель Н. Н. Бенардос (1842—1905). В 1882 г. он разработал и практически применил для сварки металлов электрическую дугу, которая возбуждалась между угольным электродом и изделием. Бенардос разработал технологию электродуговой сварки встык, внахлест, заклепками и контактную точечную сварку. Такой способ сварки он назвал «электрогефест» (в честь Гефеста — древнегреческого бога огня и кузнечного дела).

В 1898 г. инженер Н. Г. Славянов (1854—1897) усовершенствовал способ дуговой электросварки Бенардоса. Вместо угольного электрода он применил способ горячей сварки металлическим электродом. С именем Н. Г. Славянова связано изобретение и широкое использование первых в мире электросварочных автоматов, которые нашли широкое признание не только в России, но и далеко за ее пределами.

Использование дуговой электросварки значительно повысило производительность труда, уменьшило вес изделий, позволило ремонтировать такие детали машин, которые ранее не поддавались ремонту. Существенное достоинство этого способа состояло в возможности вести ремонтные работы без разборки машин. Дуговая электросварка обеспечивала герметичность получаемого шва, необходимого при строительстве кораблей, паровых котлов, трубопроводов и т. д.

Однако способы дуговой электросварки имели и свои недостатки, состоявшие, главным образом, в низкой прочности сварных швов.

В начале XX в. французские ученые и инженеры разработали способ ацетилено-кислородной сварки. Газовая сварка в то время обеспечивала получение сварных швов более высокой прочности, чем электродуговая. Портативность и невысокая стоимость сварочной аппаратуры обеспечили этому способу широкое распространение.

В конце XIX в. для сварки стыков рельсов, концов электрических проводов стала применяться термитная сварка. В термитной сварке для нагрева использовались порошкообразные горючие смеси алюминия или магния с железной окалиной термита.

Горное дело. Горная техника рассматриваемого периода характеризовалась переходом от ручного способа добычи полезных ископаемых к машинной с использованием паровой, а затем электрической энергии. В конце XIX— начале XX в. были подготовлены условия перехода к широкой добыче нефти.

Добыча твердых полезных ископаемых. Развитие тяжелой промышленности и прежде всего металлургии предъявляло к горному делу всерастущие требования. Резко увеличилась добыча твердых полезных ископаемых — каменного угля и руд. Мировая добыча каменного угля повысилась с 213 млн. т в 1870 г. до 1342 млн. т в 1913 г. Д. И. Менделеев, посвятивший ряд исследований горно-металлургическому производству, писал в конце 80-х гг. XIX в.: «Топливо, а особенно каменный уголь в наше время составляют первейшее — после людей — условие всего промышленного развития всякой страны и всякой ее части... Каменноугольное топливо определяет всю промышленную, а от нее и всю мировую силу Великобритании». Ученый считал, что громадные запасы каменного угля в нашей стране, которые «не развиты и еще мало кому в должной мере ясны», являются важной предпосылкой грядущего промышленного развития России1.

По данным, приводимым Менделеевым в другой статье, в начале 80-х гг. в Великобритании было добыто 147 млн. т угля, в США — 70 млн. т, в Германии —59 млн. т2.

Отметив, что стоимость годовой мировой добычи золота «раз в 10 менее цены добываемого ежегодно угля», ученый с горькой иронией пишет: «Добываемого золота далеко не достанет на одни европейские ежегодные военные расходы мирного времени, потому что они доходят до 1700 млн. руб. Суммы же стоимости каменного угля могут покрыть даже расходы, подобные военным»3.

Резко увеличивалась и добыча руд. Если в 1870 г. было получено 30 млн. т, то в 1913 г.— около 177 млн. т.

В 70-х гг. XIX в. выемка полезных ископаемых производилась по-прежнему вручную.

Начиная с 1863 г., когда бурильная машина (перфоратор) была впервые применена на рудниках, было изобретено множество перфораторов самой разнообразной конструкции (ударные, вращательные). Дальнейшее совершенствование бурильных машин шло в направлении снабжения их гидравлическими и пневматическими приводами. В последнем случае сжатый воздух от компрессора подводился по трубам к забою и по шлангу подавался в отбойный инструмент.

Параллельно с созданием и совершенствованием бурильных машин с гидро- и пневмопроводами в конце 70-х гг. начали появляться бурильные машины с электроприводом.

В 70—80-е гг. создаются первые проходческие машины.

В 1897 г. Георг Лейнер разработал портативный молотковый перфоратор (отбойный молоток), который стал широко применяться в рудниках и шахтах многих стран мира.

К концу XIX— началу XX в. относятся и первые проекты горнопроходческих комбайнов.

В 1893 г. изобретатель А. К- Калери в России разработал проект машины под названием «Землерой». Она служила для проходки тоннелей диаметром 25 м и добычи каменного угля и руды.

В 1907—1908 гг. мещанин из г. Усть-Ижора Ф. А. Поляков-Ковтунов получил шесть патентов, в том числе на проходческую машину для земляных работ, «землестрогальную» машину, и на элеватор-транспортер.

Однако ни горнопромышленники, ни Горный департамент не оказали необходимой материальной помощи изобретателям. Проекты А. К- Калери и Ф. А. Полякова-Ковтунова не были реализованы.

В 1913 г. по проекту американского инженера И. С. Моргана стали выпускаться горнопроходческие комбайны «Морган-Джефри», однако практически они оказались малопригодными и были сняты с производства.

В продолжение почти двух столетий с начала применения взрывчатых веществ в рудниках черный порох был единственным взрывчатым веществом, находившим себе применение в рудничной технике.

В 1862 г. шведский ученый и инженер А. Б. Нобель предложил в качестве взрывчатого вещества нитроглицерин'. Взрывчатая сила нитроглицерина в 13 раз превышала порох. Однако использование жидкого нитроглицерина оказалось опасным.

Проблема создания относительно безопасного и удобного в обращении взрывчатого вещества волновала многих ученых.

В 1890 г. на основе исследований Д. И. Менделеева была изобретена взрывчатая желатина, ставшая основным компонентом при производстве желатиновых динамитов.

Использование в горном деле новых видов оборудования и применение взрывчатых веществ, резко повышавших производительность выемки полезных ископаемых, со всей остротой поставило вопрос о создании специальных высокоэффективных приспособлений для механической транспортировки полезных ископаемых и породы. Наряду с ленточными конвейерами (транспортерами) в начале XX в. в горном деле стали использоваться пневматические скребковые транспортеры, а позже скребковые транспортеры с электродвигателем.

На рудниках Германии, Англии и других стран получили распространение качающиеся конвейеры.

Вплотную к вопросу механизации транспортировки стояли вопросы механизации рудничного подъема. В предшествующий период основным средством подъема в неглубоких шахтах были ручные вороты, а в глубоких — конные вороты.

Дальнейшее совершенствование подъемных механизмов заключалось в замене конного ворота на паровые подъемные машины. В 60—70-х гг. XIX в. эти машины стали применяться повсеместно. Первая паровая подъемная машина в России была установлена в 1860 г. и обеспечивала подъем 30 т угля в сутки. Паровые подъемные машины позволили увеличить производительность шахтного подъема (доставки) до 300 т в сутки, что во много раз превышало производительность конного ворота.

С 90-х гг. в горной промышленности стали работать электрические подъемные машины. Первая такая машина была применена в 1891 г. в Германии.

В России электрические подъемные машины стали эксплуатироваться с конца XIX в. К 1915 г. в Криворожском бассейне работал уже 61 электрический подъем.

Электрические подъемные машины в значительной степени увеличили грузоподъемность и повысили скорость подъема.

Эксплуатация горных выработок, особенно глубокого залегания, издавна была связана с опасностью выделения рудничного газа (метана) и угольной пыли, подверженных возгоранию и взрывам1.

Множество катастроф на шахтах заставило предпринимателей обратить внимание на необходимость обеспечения безопасности рабочих, в частности на более эффективное проветривание шахт.

Первый механический центробежный вентилятор изобрел инженер А. А. Саблуков (1783—1857) в 1832 г. Однако массовое производство этих вентиляторов в России не было налажено.

Дальнейшее совершенствование вентиляции связано с использованием привода от паровой машины. Самыми распространенными в конце XIX— начале XX в. были вентиляторы системы Гибаля. Основной их недостаток — большие габариты (от 5 до 12 м в диаметре).

В 90-х гг. XIX в. наряду с паровыми стали использоваться более дешевые и менее прихотливые в эксплуатации электрические вентиляторы конструкции Сера, Рато, Женет-Гершера и др.

До начала XX в. для откачки воды из шахт применялись поршневые насосы. Двигателями для них служили вначале паровые машины.  Использовались также пневматические и  гидравлические поршневые насосы. В последнем десятилетии XIX в. поршневые насосы стали приводиться в движение электромоторами.

В 1898 г. французский академик О. Рато изобрел первый многоколесный центробежный насос, который начал вытеснять поршневые насосы. Работавшие от электрического двигателя центробежные насосы были более мощными и производительными. Центробежный насос Рато обеспечивал подачу 250 м3 воды на высоту свыше 500 м.

В 70-х гг. XIX в. для освещения шахт повсеместно применялись свечи и лампы, заправленные керосином, маслом или салом (лампы «Бог помощь», «Петушок»). С 80-х гг. для постоянного освещения стали применять электричество. В 1880 г. французский изобретатель Г. Труве продемонстрировал переносную электрическую лампу, действовавшую с помощью гальванических батарей или аккумуляторов. Однако эти лампы не получили широкого распространения из-за своей дороговизны и большого веса источников питания.

В 1896 г. в Америке была разработана головная электрическая лампа, действовавшая от портативной электробатареи Т. Эдисона. Эти лампы стали широко применяться во всем мире.

Проблема подземной газификации угля. В 1888 г. Д. И. Менделеев выдвинул идею подземной газификации угля: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там, в земле его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на дальние расстояния»1. В 1912 г. английский химик и физик Уильям Рамзай (Рэмзи) (1852— 1916) выдвинул аналогичную идею и готовился ее осуществить, но первая мировая война помешала этому.

Идея подземной газификации угля вызвала большой интерес В. И. Ленина, который посвятил ей статью «Одна из великих побед техники» (1913): «Одна из великих задач современной техники близится, таким образом, к разрешению. Переворот, который вызовет ее решение, громаден»2. Ленин связывал с этим достижением горного дела резкое удешевление электроэнергии и электрификации всех отраслей производства и быта. Но одновременно он подчеркивал, что при капитализме это техническое достижение будет иметь для трудящихся отрицательные последствия: «При капитализме «освобождение» труда миллионов горнорабочих, занятых добыванием угля, породит неизбежно массовую безработицу, громадный рост нищеты, ухудшение положения рабочих. А прибыль от великого изобретения положат себе в карман Морганы, Рокфеллеры, Рябушинские, Морозовы...»

Добыча нефти. До 70-х гг. XIX в. потребление нефти было незначительным, поэтому мировая добыча этого полезного ископаемого увеличивалась медленно. В  1870 г. мировая добыча нефти составила 700 тыс. т. Широкое применение паровых машин, двигателей внутреннего сгорания, строительство тепловых электростанций неизмеримо повысило потребление нефти и нефтепродуктов. К 1901 г. мировая добыча нефти достигла 22,5 млн. т, а к 1913 г. возросла до 52,3 млн. т в год.

Увеличение спроса на нефть и нефтепродукты вызвало к жизни новую технику нефтедобычи. Колодезный способ добычи уже не удовлетворял. Нужен был новый способ. Им стало бурение скважин, разработанное еще в предшествующий период.

Важнейшую задачу механизации буровых работ успешно решил в России горный инженер Г. Д. Романовский. В 1859 г. он впервые применил паровую машину в бурении, которая к концу 70-х гг. получила широкое распространение.

С наибольшим эффектом паровая машина стала применяться для роторного бурения. В 1889 г. в США Чепмен создал первую такую установку.

Наряду с роторными установками, в которых вращалась вся колонка труб, начались разработки забойных двигателей, помещавшихся непосредственно у долота.

В 1878 г. Альфред Бранли в Бельгии и в 1883 г. Джордж Вестингауз в США попытались создать такой двигатель. Однако их изобретения не имели успеха.

Эту проблему удалось решить в России инженерам К- Г. Симченко и П. В. Валицкому. В 1890 и в 1898 гг. они создали забойные двигатели — турбобуры.

К концу 70-х гг. XIX в. относятся и первые попытки создания электробуров. В 1879 г. Вернер Сименс' попытался применить электрический ток для приведения в действие бурильной машины. В 1885 г. Дж. Вестингауз повторил эту попытку. В 1891 г. голландец Ван-Депель и американец Марвин сконструировали электрические перфораторы. Патент на изобретение первого электрического бура принадлежит русскому инженеру В. Н. Делову, который в 1899 г. создал такой станок. В 1912 г. румынский инженер Кантили применил электробур собственной конструкции для бурения скважин.

К концу XIX в. относятся первые попытки добычи нефти со дна моря. В 1897 г. в США (Калифорния) было начато бурение неглубоких подводных скважин.

В 1896 г. горный инженер Згленицкий, а в 1898 г. Лебедев предложили способ бурения на море с буровых вышек на сваях.

Наряду с совершенствованием бурения скважин развивались и способы подъема нефти. В предшествующий период использовали желонку (узкий металлический сосуд длиной до 6 м). Желонка спускалась в скважину, наполнялась нефтью и вручную или с помощью конной тяги поднималась на поверхность. Это был малопроизводительный, тяжелый и пожароопасный способ извлечения нефти.

В 1865 г. инженер Иваницкий предложил применять глубинный поршневой насос, который приводился в движение вручную, конной тягой или паровой машиной.

В 70-х гг. XIX в. выдающийся русский изобретатель В. Г. Шухов (1853—1939) предложил использовать сжатый воздух для подъема нефти (эрлифт). Однако нежелание предпринимателей вводить усовершенствования в нефтяную промышленность тормозило внедрение этого изобретения. В 1886 г. предложение В. Г. Шухова поддержал Д. И. Менделеев. В 1897 г. изобретение В. Г. Шухова наконец было испытано в Баку.

В 1914 г. М. М. Тихвинский изобрел газлифт — способ извлечения нефти из скважин при помощи сжатого газа.

К началу XX в. нефтяная и нефтеперерабатывающая промышленность приобрела большое хозяйственное и военное значение и стала объектом борьбы крупнейших национальных и транснациональных монополистических объединений.

В. И. Ленин в работе «Империализм, как высшая стадия капитализма» подробно прослеживает борьбу, «...которую в экономической литературе так и называют борьбой за «дележ мира», между американским нефтяным («керосиновым») трестом Рокфеллера «Стандард ойл компани» и «хозяевами русской бакинской нефти, Ротшильдом и Нобелем». Ленин отмечает, что монопольному положению обеих, тесно связанных между собой компаний угрожали компания Шелла и поддерживавшие ее Немецкий банк и другие немецкие финансовые группировки, стремившиеся взять под свой контроль нефтяные промыслы в Румынии и в России. Дело кончилось победой компании Рокфеллера. Ее противники должны были отступить