Как выглядела бы современная трубопроводная и сантехническая арматура, в том числе нынешние вентили, краны, клапаны, фитинги и другие привычные нам изделия, если бы на рубеже XVIIIXIX веков в Старой Европе не появились токарно-винторезные станки, способные изготовить резьбовые пары с заданными параметрами?
С их помощью на металлические изделия наносилась точная резьба, и миру открылся новый способ монтажа арматуры посредством резьбовых соединений. Прошло более 200 лет, но за это время ничего лучше инженеры и яркие умы человечества не придумали, они лишь расширили ассортимент и области применения соединений на резьбе. Кто же совершил столь гениальное открытие и как оно отразилось на развитии арматурной и машиностроительной отрасли?
Специалистов компании Profactor Armaturen GmbH заинтересовала история появления первых резьбовых соединений, их автор и причина, побудившая ученого приступить к разработке своего изобретения, без которого сейчас невозможно представить профессиональную инженерную сантехнику. В ходе изучения обширных исторических и научно-технических материалов из архива PROFACTOR были подняты любопытные исторические документы – сантехнические каталоги конца XIX – начала ХХ века, в которых напечатаны черно-белые иллюстрации первых образцов немецкой и английской сантехники с резьбовыми соединениями. Некоторые из них будут приведены в данной статье и послужат наглядным свидетельством того, как разные сантехнические товары с резьбой за 120 лет практически не изменились, сохранив свой внешних облик и технические характеристики.
Многие историки считают, что машиностроение как новая отрасль промышленности появилось в начале XIX века. До этого возрастающий во всем мире спрос на паровые машины, ткацкие станки, прессы и другое передовое оборудование не мог быть удовлетворен, так как его изготавливали только ручным способом. Причем чертежи и техника производства многих машин и оборудования хранились под строжайшим секретом. Инженеры-механики и ремесленники, словно члены тайного братства, никому не раскрывали свои разработки и оберегали научные знания. В XVIII веке первые паровые машины и станки были редкостью и стоили достаточно дорого. Мало кто из владельцев производственных предприятий в Старой Европе мог позволить себе такую роскошь.
«Ручное изготовление деталей машин исключало их взаимозаменяемость, в результате каждая машина становилась уникальной, а ее ремонт был невозможен либо требовал кропотливой подгонки новых деталей. Аналогичные проблемы возникали при изготовлении всех сложных устройств. Например, того же оружия», – отмечает Александр Механик в своей статье «Станок для промышленной революции», которая была опубликована в журнале об инновациях в России «Стимул» 22 августа 2019 года.
Массового производства в Старой Европе и других странах мира не существовало до тех пор, пока не появился инженер-механик Генри Модсли (Henry Maudslay). В 1797 году он изобрел первый промышленный металлорежущий станок, а в 1800 году открыл большую мастерскую по токарно-винторезным работам, где установил и запустил несколько своих станков по обработке металла.
«С их помощью стало возможным изготовление крепежных изделий, имевших точные и одинаковые размеры. Таким образом, Генри подготовил техническую базу для последующего внедрения стандартизации и взаимозаменяемости деталей, без которых немыслимо современное промышленное производство», – говорится в статье «Кто такой Генри Модсли – краткая биография», автором которой является Александра Краснова.
А. Краснова отмечает, что спустя 10 лет Модсли основал собственный машиностроительный завод. Его фирма быстро стала одной из крупнейших в Англии и просуществовала до начала XX века. В мастерской Модслиначинали свой творческий путь такие выдающиеся инженеры и изобретатели, как Джозеф Уитворт, создатель одной из первых снайперских винтовок, и Джеймс Несмит, сконструировавший паровой молот.
Компания Модсли стала важной британской инженерной мануфактурой XIX века, чей опыт и знания быстро заимствовали владельцы крупных производственных предприятий в Германии. Именно немцы усовершенствовали резьбовые соединения, производимые на станках Модсли, разработав, к примеру, арматуру с накидной гайкой (известную в России «американку»), которую назвали Verschraubung (в переводе с немецкого языка «винт» или «привинчивание»).
С чего же начинал будущий гениальный инженер-механик?
Историки считают, что Модсли – сын плотника – овладел грамотой самостоятельно и довольно поздно. Его трудовая деятельность началась в Вулвичском арсенале: парня взяли на предприятие в качестве набивальщика патронов. В Англии таких рабочих называли Powder monkey, в переводе с английского языка «пороховой мальчик или пороховая обезьянка». Затем Модсли перевели учеником в плотницкую мастерскую, а затем в подмастерья к опытному кузнецу. К 18 годам он стал не только лучшим кузнецом арсенала, но и слесарем-механиком, именно тогда Генри начал конструировать свои первые измерительные инструменты.
Из Вулвичского арсенала Модсли попал в секретную мастерскую Джозефа Брамы, известного механика и изобретателя, пионера в области гидравлики и слесарных работ. Именно Брама разработал и установил в Лондоне, утопающем в нечистотах, множество ватерклозетов, отличающихся совершенно новым устройством, практически не изменившимся до наших дней. За свое изобретение он получил патент, а на заказах сколотил солидный капитал. Деньги, как известно, не пахнут!
«Сохранились некоторые машины и приспособления из секретной мастерской Джозефа Брамы, в том числе механизированная пила, станок для навивания пружин и шаблон для разметки при сверлении. Механизированная пила имеет призматические направляющие, применение которых в конструкциях позднейших токарных станков, созданных Модсли, относят к его важнейшим усовершенствованиям. А в конструкции станка для навивания пружин кроме призматических направляющих имеются суппорт, механизированный с помощью пары «винт – гайка», и комплект сменных зубчатых колес. Иными словами, набор всех тех устройств, которые легли в основу будущих токарных станков, были разработаны Модсли еще в период его работы на Браму», – уточняет А. Механик.
В конце XVIII века основная проблема токарных станков состояла в том, что рабочим приходилось держать резец в руках. С ручным резцом невозможно было добиться идеально круглой формы обтачиваемой заготовки или нарезать на металлическом стержне точную винтовую резьбу.
«В 1798 году Модсли построил станок с крестовым суппортом для установки на нем резца, движение которого в продольном и поперечном направлениях происходило с помощью двух ходовых винтов. Подвинув резец с помощью суппорта вплотную к заготовке, жестко установив его на поперечных салазках, а затем перемещая вдоль обрабатываемой поверхности, можно было с большой точностью срезать лишний металл», – отмечает А. Механик.
Для нарезки винтов с различным шагом при станке имелся запас ходовых винтов.
Модсли усовершенствовал свой станок в 1800 году. Вместо сменных ходовых винтов он поставил зубчатые колеса, которые соединяли шпиндель и ходовой винт (их было 28 с числом зубьев от 15 до 50). Посредством разных ходовых винтов получались резьбы с разным шагом. Меняя комбинацию колес, Модсли добивался разного эффекта, например, нарезал левую резьбу вместо правой.А. Механик пишет: «На своем станке Модсли выполнял нарезку резьб с такой точностью и аккуратностью, что это казалось современникам почти чудом. Он, в частности, нарезал регулировочные винт и гайку для астрономического прибора, который в течение долгого времени считался непревзойденным шедевром точности. Винт имел пять футов длины и два дюйма в диаметре с 50 витками на каждый дюйм. Резьба была такой мелкой, что ее невозможно было рассмотреть невооруженным глазом».
Аналитики Profactor Armaturen GmbH в ходе исследования профессиональной деятельности Генри Модсли уделили внимание трудам технического эксперта Научно-промышленной ассоциации арматуростроителей, ин женера-механика Шпакова Олега Николаевича – автора множества статей, монографий и книг в области истории арматуростроения. В одной из них, «Трубопроводная арматура в истории науки и техники», автор в главе 3 «Развитие науки и техники потребовало создания и совершенствования трубопроводной арматуры» (стр. 55-56) пишет:
«Станки Модсли вошли в историю техники как самые первые машины, изготовленные с помощью других машин. И именно тогда в начале XIX века возникло машиностроение – новая отрасль промышленности. Промышленный переворот привел к замене мануфактурного и ремесленного производства крупной машинной промышленностью».
Благодаря появившейся возможности изготавливать резьбовые пары определенных параметров стало возможным появление клапанов и задвижек, в которых применялись шпиндели в сочетании с ходовыми гайками.
О. Н. Шпаков обращает внимание, что появление токарно-винторезных станков позволило применить в арматуре резьбовую пару – шпиндель и ходовую гайку – для преобразования вращательного движения маховика или рукоятки в поступательное движение запирающего или регулирующего элемента, благодаря чему арматуростроители предложили более подходящую для использования на паре арматуру клапаны – тип арматуры не больших размеров и с достаточным быстродействием.
«Модсли создал методику конструирования машин и разработки технологических процессов, внедрил в повседневную практику машиностроения точные измерительные инструменты», – пишет А. Механик.
Так, например, Модсли стандартизировал процесс изготовления резьбы посредством разработки и выпуска наборов специальных метчиков и плашек. Образцы таких метчиков представлены в сантехническом каталоге, выпущенном в дореволюционной Москве торгово-промышленным товариществом «Василий Осипович Красавин с Братьями» в 1899 году. Этот уникальный документ сохранился в архиве компании Profactor Armaturen GmbH и является интеллектуальной собственностью предприятия. Так, на черно-белых иллюстрациях можно увидеть немецкие и английские «Метчики газовой резьбы», конусные и прямые с диаметром в дюймах, а также немецкие и английские метчики резьбы «Витвортъ» (рис. 1).
В каталоге 1912 года «Оригинальные швейцарские соединения марки +GF+», экземпляр которого также находится в архиве PROFACTOR, представлены черно-белые иллюстрации ниппелей двойных с конусообразной резьбой (рис. 2), а также длинные резьбы с муфтой и контргайкой и без них (рис. 3 и рис. 4), последние хорошо известны в России и бывших советских республиках в качестве сгонов. Эти изделия изначально изготавливались на станках Модсли.
Длинные резьбы или сгоны использовались в машиностроении, а также в хозяйственных и производственных нуждах в Европе и России на рубеже XIX-XX веков. Во второй половине ХХ века усовершенствованная арматура с накидной гайкой начала вытеснять сгоны в Европе и других странах мира. Так называемая «американка» стала наследницей швейцарских соединений с накидной гайкой, которые были созданы в конце XIX века.
В начале ХХ века арматура с накидной гайкой уже была известна в России и широко использовалась под торговой маркой «Швейцарские Соединения». Их закупали и доставляли из Европы торговые дома «Братья Млынарские», «Василий Осипович Красавин с Братьями» и другие дистрибьюторские купеческие конторы. В каталоге «Оригинальные швейцарские соединения марки +GF+» есть иллюстрация тройников – серия изделий с накидной гайкой (рис. 5). Они позволяли быстро собирать, ремонтировать и заменять сантехнические узлы в самых труднодоступных, тесных и неудобных местах. Вместе с тем, изделия с накидной гайкой позволили заменить сразу несколько деталей: сгон с длинной резьбой, муфту и контргайку.
Кстати, о муфтах! В тот же швейцарский каталог 1912 года включен раздел с разнообразными муфтами (с правой и левой резьбой) – длинные, бочкообразные, ключевые и другие. Все они производились на станках, изобретенных Модсли, и абсолютно не изменились за два века (рис. 6, рис. 7, рис. 8).
Сын плотника, ставший гениальным инженером-механиком, значительно опередил свое время. С момента появления и внедрения его изобретений прошло более 200 лет, а технические разработки Модсли все еще актуальны и применяются практически во всех производственных областях – от инженерной сантехники и автомобилестроения до космической отрасли. Без ноу-хау Модсли развитие машиностроения и промышленная революция в мире могли бы не случиться или задержались бы на неопределенное время.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, № 4 (66)
