Металлообрабатывающие станки
Различного рода машины и механизмы изготовлялись преимущественно из металла. Это требовало соответствующего развития машиностроения как особой отрасли производства. В 19 веке появились новые типы металлообрабатывающих станков.
В 1817 г. Р. Робертс создал один из первых строгальных станков для обработки деталей с плоскими поверхностями.
В 1818 г. Э. Уитни построил фрезерный станок с многорезцовым режущим инструментом (фрезой).
В 1835 г. английский инженер Джозеф Витворт запатентовал автоматический токарный винторезный станок.
Швейцарец Иоганн Георг Бодмер получил в 1839 г. патенты на карусельный станок (станок с вертикальной осью для обработки крупных машинных деталей).
В те же годы английский инженер Джемс Нэсмит построил долбежный станок (с вертикальным движением резца). Ему же принадлежит конструкция парового молота. Важным техническим фактором, способствовавшим широкому производству машин служила тенденция к стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин.
Паровая машина
Поршневая паровая машина двойного действия с расширением пара являлась основным типом двигателя в 19 в. Элементы паросиловой установки — котел, собственно паровой двигатель, передаточный механизм — подвергались непрерывным усовершенствованиям. Паровые машины с повышенным давлением строились в Америке, Англии, Германии.
Так, Дж. Перкинс в США в 1822 г. и Э. Альбан в Германии в 1828 г. создали паросиловые установки высокого давления — до 45-50 атмосфер. В России над созданием котлов высокого давления тогда же работал С. В. Литвинов. Во 2-й пол. 19 в., после исследований, проведенных в 1850-х гг. во Франции Г. А. Гирном, началось применение перегретого пара в целях дальнейшего повышения кпд паровых двигателей. Отдельные паросиловые двигатели уже имели мощность более 1000 лошадиных сил. При фабриках и шахтах устраивался особый корпус, где размещались котельная и машинное отделение. Наряду со стационарными паросиловыми установками в практику входят локомобили — передвижные несамоходные паросиловые установки, используемые в сельском хозяйстве и в строительстве.
Двигатели 19 века
Транспорт также требовал более мощных двигателей: мирная торговля и связи между отдельными районами росли так бурно, что возникла потребность в более усовершенствованных транспортных средствах. В связи с этим научно-техническая мысль направлялась на поиски нового, более легкого источника энергии. Таким источником явился двигатель внутреннего сгорания — сначала газовый, разработанный в 1860-1867 гг. Ж. Ж. Э. Ленуаром во Франции и Н. А. Отто и Э. Лангеном в Германии, а позднее — работающий на жидком топливе.
Одним из наиболее распространенных и самых эффективных двигателей внутреннего сгорания стал двигатель, предложенный немецким изобретателем Рудольфом Дизелем в 1897 г. В нем впервые сочетались ранее известные и уже осуществленные в других двигателях принципы предварительного сжатия воздуха, непосредственного впрыска топлива, самовоспламенения топлива и др. Двигатель отличался высоким КПД. После внесения в него ряда конструктивных усовершенствований, двигатель стал надежно работать на нефти, благодаря чему получил широкое распространение в промышленности и на транспорте.
Одновременно развивались и электродвигатели, превращавшие электрическую энергию в механическую. В 1834 г. практически применимый электромагнитный двигатель построил Б. С. Якоби, выдающийся русский ученый и конструктор. В 1838 г. двигатель этот был использован для приведения в движение гребных колес небольшого судна на р. Неве.
Во 2-й пол. 19 в. электроэнергия становится новой энергетической основой промышленности и транспорта. Поэтому важной проблемой было получение достаточного количества электроэнергии. В 1870-1873 гг. появились первые динамо-машины, которые стали использоваться не только как генераторы электроэнергии, но и как электродвигатели. В нач. 1890-х гг. была решена важнейшая проблема — осуществление передачи электроэнергии по проводам на значительные расстояния. Это позволило сосредоточить производство электроэнергии на особых предприятиях — электростанциях. Промышленные предприятия избавлялись таким образом от необходимости сооружения собственных энергетических станций.
Для увеличения выработки электроэнергии требовалось увеличение мощности первичных двигателей, приводивших в действие генераторы электрического тока. Нужно было также преодолеть громоздкость двигателей, сделать их более компактными и экономичными. (Например, электростанция в Нью-Йорке мощностью 30 тыс. кВт в 1898 г. занимала здание в несколько этажей, где размещались 12 паровых машин и 87 котлов.) В 1899 г. на тепловой электростанции в Германии была успешно испытана многоступенчатая паровая турбина английского инженера Ч. Парсонса, после чего началось широкое применение тепловых турбин. К этому же времени относится разработка новых конструкций гидравлических турбин. Такие турбины были установлены на Ниагарской гидроэлектростанции в 1896 г.
Металлургия
Быстрый рост машиностроения и металлообработки в 19 века требовал резкого увеличения добычи руды и каменного угля, выплавки чугуна, выделки железа и стали. Важную роль в развитии металлургии сыграло железнодорожное строительство. Огромный спрос на рельсы, скрепления, части мостов и т. п. обусловил внедрение новых технологических процессов в металлургии. Совершенствовались конструкции доменных печей, стали использоваться методы горячего дутья, использование раскаленных газов для подогрева воздуха, подаваемого в домны.
П. П. Аносов, русский металлург, впервые применил микроскопический анализ булатов (разновидность высококачественных сталей) и предложил новые технологические процессы их производства. Последователь Аносова, П. М. Обухов, разработал способ изготовления легированных сталей, т. е. сталей с одной или несколькими присадками (хром, марганец, титан и др.), заметно улучшающими их свойства.
Новый, более быстрый и эффективный способ передела чугуна на железо и сталь ввел в сер. 1850-х гг. 19 в. английский изобретатель Генри Бессемер. В 1860-х гг. французские инженеры Эмиль Мартен и его сын Пьер получили литую сталь в отражательной печи с воздухонагревательной установкой, изобретенной немецкими инженерами братьями Вильгельмом и Фридрихом Сименсами. В этой печи, получившей название мартеновской, и введенной в эксплуатацию с 1864 г., сталь получалась сплавлением чугуна со старым железным ломом. С 1865 по 1870 гг. мировое производство стали в результате распространения мартеновского и бессемеровского способов возросло на 70% и продолжало увеличиваться.
В 1878 г. английский изобретатель С. Дж. Томас ввел новый «томасовский» метод передела фосфористых сортов чугуна в сталь, позволявший освобождать выплавляемый металл от серы и фосфора. В 1898-1900 гг.
Э. Стассано в Италии и Л. Эру во Франции выполнили две практически пригодные конструкции дуговых плавильных электропечей.
Технические новшества коснулись также цветной металлургии, в частности, новый способ получения алюминия немецкого химика Ф. Велера и технологические усовершенствования, предложенные французским геологом А. Э. Сен-Клер Девилем и русским химиком Н. Н. Бекетовым (1880-е гг.), позволили впоследствии превратить алюминий из металла, приравненного по цене к драгоценным, в один из наиболее дешевых и распространенных металлов. Значительно усовершенствовались также методы электролитического производства меди, примененного впервые в 1878 г. Первый электролитический завод по производству меди в России был построен в 1890 г.
Химическая промышленность
В новых отраслях производства, достигших значительных успехов в годы промышленного переворота, видное место заняла химическая промышленность, производящая вещества, необходимые для производства стекла, взрывчатых веществ, красок, отбеливателей, искусственных удобрений, фармацевтических препаратов и т. п. Практическое значение начала приобретать химия синтетических веществ — пластмасс, изоляционных материалов, искусственного волокнаи т. д.
В 1869 г. американский химик Дж. Хайетт получил целлулоид. С 1890-х гг. на основе разработанного французским инженером Г. Шардоне метода изготовления искусственного волокна из нитроцеллюлозы началось производство т. н. нитрошелка.
В 1899-1900 гг. работы русского ученого И. Л. Кондакова открыли возможность получения синтетического каучука из углеводов (практически это было осуществлено позднее в Германии). Тогда же были предложены способы изготовления аммиака — исходного вещества для производства азотной кислоты, необходимой в производстве красителей, удобрений и взрывчатых веществ. В конце века во многих странах в связи с распространением двигателей внутреннего сгорания и возрастанием потребности в легком жидком топливе начались поиски способов переработки нефти, обеспечивающих повышенный выход бензина. Д. И. Менделеевым был предложен метод разложения нефти при высоких давлениях и температурах, т. н. крекинг-процесс, развитый затем многими учеными, в частности В. Г. Шуховым.
Полиграфическая и бумажная промышленность
С первых десятилетий 19 в. появилось много типов наборных машин, преимущественно в Англии. Были усовершенствованы типографские станки, превращавшиеся в скоропечатные машины. В 1860-х гг. в США и Европе появились ротационные машины, печатавшие одновременно на обеих сторонах бумажной ленты, разматываемой с рулона и прижимаемой к двум барабанам с надетыми на них печатными формами. В результате резко возросла производительность типографий. Развитие полиграфии стимулировало и бурный рост бумажной промышленности. Стала все шире применяться выделка бумаги из древесной массы, впервые предложенная Ф. Келлером в Германии в 1844 г. Наряду с литографией получают все большее применение химические и фотомеханические способы изготовления клише, основанные на гальванопластике и фотографии.