Инженерные основы современных технологий Смирнов Виталий Васильевич Ауд

Инженерные основы современных технологий Смирнов Виталий Васильевич Ауд. 102 Б

Лекция 1. История инженерного дела Источники информации: 1. Глазычев В. Л. Проф. РАНХи. ГС. Введение в историю инженерии. http: //www. youtube. com/watch? v=HEca. Tr 8 Tfs. Y&list =PLj. OKv. M 4 MLGqt 2 OBumsp. AOCNOu. JR 3 Cixj. C 2. Перля З. Н. История техники и технологии 3. Данилевский В. В. История техники 4. Лебедев В. И. Занимательная техника в прошлом И др.

Инженерное дело • инженерия (фр. ), инжиниринг (англ. ) от лат. ingenium — изобретательность; выдумка, искусный • Область деятельности, дисциплина, профессия, задачей которой является применение достижений науки, техники, использование законов и природных ресурсов для решения конкретных проблем, целей и задач человечества.

Инженер — специалист, осуществляющий инженерную деятельность В прежние времена – руководители строительства городов, укреплений, мостов, плотин, производства оружия и др. : • у англичан – капитан, • у французов – мэтры, • у немцев – мейстер, • у русских – розмысл (от др. рус. розмыслить) Древнегреческий инженер Архимед (картина Д. Фетти, 1620)

Современная инженерная наука возникла в XIX веке с распространением машинного производства • Инженер, машина • Решение технических проблем • Безопасность труда

Инженеры • Специализация: конструктор, технолог, расчётчик, испытатель, изобретатель, дизайнер, механик, электрик и др. • Главный инженер, гл. конструктор. Гл. технолог • Отделы, цеха

Градостроительство Реставрация типичного интерьера жилой комнаты • Древнейшим городом планеты признается поселение 8 тысячелетия до н. э. : Чатал-Хююк (территория Турции)

• Сарское городище — укреплённое поселение VII-XI веков в Ярославской области

Свияжск – в 1551 город-крепость собран при осаде Казани за 4 недели из деталей, заготовленных в районе Углича и сплавленных по Волге

Сложнейшие сооружения древности • Египетские пирамиды (2, 5 тыс. лет до н. э. ) • Галикарнасский мавзолей (IV в. до н. э. ), • Александрийский маяк (III в. до н. э. )

• Мульвиев мост — через реку Тибр в Римe (I в. до н. э. )

Важнейшие достижения прошлого • создание лука, колеса, плуга и др. (каменный век – нач. ок. 2, 5 млн. лет назад) • обработка дерева, камня • гончарное производство • металлургия • развитие строительства • судостроение • военное дело • разделение труда • применение масштабных чертежей (XVII в. ) • развитие механики и физических теорий • возникновение понятия «проект»

Зверинные ловушки

Колесо и гончарный круг

Сложная обработка камня, сверление, шлифовка Сверлильный станок эпохи неолита

Ткацкий станок, прядильное колесо

Бронзовый век • Междуречье, Египет • Металлургия • Первые следы выплавки меди VII-VI тыс. лет. до н. э. • Серебро, олово, свинец • Бронза традиционная – сплав меди с оловом (35 век до н. э. ) твёрже и прочнее меди • Технологии литья, ковки

• Колосс Родосский, 292 -280 гг. до н. э. – 36 метров, 12, 5 тонн – первая наиболее известная бронзовая скульптура

Технология металлов • • Способы получения металлов из руд Литьё Ковка Обработка резанием – Строгание – Сверление – Точение – Шлифование – Фрезерование

Железный век • Первые изделия из железа – ок. 3 тыс. лет до н. э. • Чёрная металлургия, сталь (булатная)

• Желе зная коло нна в Де ли (Кутубова колонна, столб Индры) — железная колонна высотой 7 метров и весом 6, 5 тонн, за 1600 лет практически избежала коррозии.

Царь-пушка, царь-колокол А. Чохова (1545 — 1629)

до 17 века – сыродутный процесс получения стали • процесс получение тестообразного железа непосредственно из руды в сыродутных горнах или небольших печах шахтного типа.

Шлак отделяли, выдавливая его из губчатого железа, ударами молота Кузнец

Середина 16 века – двухступенчатый способ 1. домница (доменная печь) – получение чугуна 2. сталеплавильный передел – уменьшение в металле количества углерода и других примесей

Сталь и чугун • Сталь – сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не менее 45% железа и не более 2, 14% углерода. При большем количестве углерода образуется чугун. • Углерод придаёт сплавам железа прочность, снижая пластичность. • В сталь могут быть добавлены примеси – т. н. легирующие элементы (легированная, высоколегированная сталь).

Развитие производства металлов • Новая энергетическая база, применение водяного колеса • мануфактурное производство, стократное увеличение производительности • третий этап (кон. 18 века) – использование минерального топлива в доменном и пудлинговом процессе, применение рабочих машин (паровой молот, прокатный стан – Пятов, Браун) • четвёртый этап (с конца 19 в. ) – новые процессы массового получения стали – мартеновский, бессемеровский, томасовский • пятый этап ( с середины 20 в. ) – кислородное дутьё, установки непрерывной разливки стали, автоматика, компьютеры

Военные машины и оборонительные сооружения древности • Осадные орудия древнего Китая, Греции, Рима, Византии, Золотой Орды

• Катапульты • Арбалеты

• Огнеметательная осадная машина

• Гуляй-город. • Двадцатиметровая осадная башня, применявшаяся при штурме Казани в 1552 году войсками Ивана Грозного

Фортификационные сооружения • Великая китайская стена (с III до н. э. ) – 10 -20 тыс. км

Язык науки и техники • Чертёж, схема, формула, алгоритм • Основы конструирования – научная дисциплина • Связь технологии с конструированием • Техника расчёта • Оформление чертежей

Чертёж прообраза Вавилонской башни (604562 год до нашей эры)

Чертеж весельного шлюпа, выполненный в 1719 г. Петром I

Корабль викингов и русская ладья (VI — XIII век)

Пётр на Воронежской верфи

К первым инженерам причисляют • Древнеегипетского зодчего Имхотепа, • Древнекитайского гидростроителя Великого Юя, • Древнегреческого скульптора и архитектора Фидия.

• Первой попыткой рассмотреть инженерное дело как особый род деятельности можно считать труд Витрувия «Десять книг об архитектуре» Марк Витру вий Поллио н (I век до н. э. ) — римский архитектор и механик, учёный-энциклопедист.

Три этапа развития машиностроения • Изобретение рабочих машин, на которые были переложены различные исполнительные функции • Изобретение двигательных машин • Автоматизация – применение автоматических устройств, приводящих к освобождению человека от непосредственного участия в технологических процессах

• Театр автоматов (Герон Александрийский) Deus ex machina - механизированное явление богов в древнегреческом театре «Театрум махинарум» – первая в России книга по машиностроению (А. К. Нартов, 1755 г. )

Первые рабочие машины – водяные мельницы Водяное колесо в городе Хама (Сирия) - конец VII-го века

Использование силы людей, животных. Устройства для подъёма и перемещения тяжестей, водоподъёмные машины, водяные часы Конный привод саксонского типа (XVII век)

Грузоподъёмная установка (колесо–топчак)

Ветряные мельницы – Афганистан, 9 век

Механик Ктесибий (285 -222 до н. э. ) – изобретатель «гидравлоса» (пара цилиндр-поршень)

Архимед, винт, зубчатое колесо Архимедов винт и он же в современном шведском посёлке

Часы • Механические часы – 13 век, приводились в движение грузом, подвешенным на канате к барабану • 15 век – пружинные часы • Гюйгенс, Галилей

Часовой механизм собора в Солсбери, Англия, 1386 год

• Часы павлин – Англия 18 век • (Эрмитаж)

• Часы Кулибина (1764 – 1767). Эрмитаж, 4278 деталей. Корпус в форме яйца кроме самого часового механизма, содержит механический театр и музыкальную шкатулку.

Проекты Леонардо да Винчи (1452 -1519) Боевая машина Леонардо да Винчи

Машины игумена Филиппа (Фёдор Степанович Колычев) – середина 16 века Фёдор у стен Соловецкого монастыря Из к/ф «Царь» П. Лунгина

Мануфактурный период развития • Конец 14 века, Италия • Мануфактура – новая форма производственного объединения, основанная на ремесленном труде • Энергетическая база – физическая сила человека, животных, вода, ветер • Основная машинная структура – мельница • Прообразы технологических машин

Первые водяные (насосные) установки • Лондонская – конец 16 века • В Марли (Франция) – конец 17 века • Змеиногорская (Козьма Дмитриевич Фролов) – 18 век

Технологические машины ткачества, 18 век • 1735 г. – прядильная машина Джон Уайетт (двигатель – осёл) • 1765 г. – прядильная машина Джеймса Харгвиса (ручная) • 1767 г. – ватерная прядильнгая машина Ричарда Аркрайта • 1785 – механический ткацкий станок с ножным приводом, Эдмунт Картрайт

Россия 18 век • образование всероссийского рынка • Разведка транспортных путей (землепроходцы, мореходы - Москвитин, Дежнев, Поярков, Хабаров, Ребров, Атласов, Беринг) • 1767 г. – семь хлопчатобумажных мануфактур • 1760 г. – Родион Глинков, Серпейск, Калужская губерния – 30 -веретенная прядильная машина с приводом от водяного колеса и др. • Металлообрабатывающие станки Тульского оружейного завода, Яков Батищев

Возникновение инженерства • Указ Петра: «Зело нужно, дабы офицеры знали инженерство, буде не всё, то хотя часть оного» • Регулярный русский военно-морской флот, судоверфи, железоделательные заводы, новые города • Фортификационные сооружения. Редуты Петра под Полтавой. Начало строительства Волго-Донского канала • Учебные заведения – военно-морские школы, навигацкая школа механиков и машинистов (А. К. Нартов). Отправка на учёбу заграницу • Школа «цифири и землемерия» при Пушкарском приказе в Москве • Три курса школы Пушкарского приказа – словесная, цифирная и верхняя (инженерная) • Академия наук – братья Бернулли, Л. Эйлер, М. В. Ломоносов – «Первые основания металлургии и рудных дел» (1763), производство цветных стёкол и мозаик – Усть Рудицкая фабрика при Елизавете • Г. Г. Скорняков-Писарев – первая русская книга по механике (1722) • Иван Зерцалов – учитель в самой первой школе • Первый русский экономист Иван Посошков

Потаенное судно «Гангаут» Ефима Никонова, 1720 г.

1754 г. Ломоносов. Модель вертолёта

«Самоучки» • А. Л. Витберг – архитектор • И. П. Кулибин – первый в мире мост из решетчатых ферм через Неву, водоходное судно. Самодвижущийся экипаж, оптический телеграф, зеркальные прожекторы, механические ноги • И. И. Ползунов – пароатмосферная машина, идея первого универсального двигателя (Барнаул) • Кузьма Дмитриевич Фролов – змеиногорские машины для промывки руды. Толчейные мельницы. Самые большие в мире водяные колёса • Ушков – черноисточенская вододействующая система (1741) • Урал – центр горнозаводского дела в 18 веке • Самопрялка Глинкова (1771) • Терентий Волосков – краски

Александровская колонна в Петербурге, 1832 (самый высокий в мире монумент из гранитного монолита 400 тонн, точная установка)

Паровоз братьев Черепановых 1834 г. Выйское механическое заведение

Общественные движения против машин • Восстания рабочих • Сопротивление ремесленников • Изобретатель ленточной машины для текстильного производстве – пожизненное заключение, запрещающие законы в Голландии, Германии Луддиты, Англия, нач. 19 века

19 век • Права. Привелегии, патенты • Увеличение числа изобретений • Развитие металлообработки, производство инструмента и приспособлений

Гидравлический пресс — простейшая гидравлическая машина, предназначенная для создания больших сжимающих усилий. Силы, действующие на поршни, пропорциональны площадям этих поршней. Так что выигрыш в силе, создаваемый идеальным гидравлическим прессом, равен отношению площадей поршней.

Паровая машина • • • Пушка + поршневой насос = паровая машина? Герон, Архимед. Леонардо Отто фон Герике – магдебурские полушария Дени Папен – паровой котёл и предохранительный клапан Парвой насос Т. Сэвэри – «Друг рудокопов» Томас Ньюкомен (8 л. с. , 25 кг угля/1 л. с. ), инженер Смитон Первые универсальные тепловые двигатели Иван Ползунов (1767 г. ) Джеймс Уатт (1769), 1772 – контракт с заводом в Сохо на изготовление, капиталист Болтон http: //www. youtube. com/watch? v =8 L-zf 3 Un. AIY

Металлообрабатывающие станки • Андрей Константинович Нартов (начало 18 века) – механик Петра • Генри Модсли (конец 18 века) – в мастерской Брама по изготовлению замков • Обаботка орудийных и ружейных стволов – технологии механической обработки • К 30 -м годам 19 века – основные виды станков в Англии • Повышение точности производства машин • Иосиф Витворт – английский стакостоитель (1803 -1887)

Обработка металлов давлением • ОМД – придание материалу требуемой формы, размеров и свойств без нарушения его сплошности путём пластической деформации. • Свободная ковка, горячая и холодная штамповка • 16 в. – первые механические молоты с приводом от водяного колеса, падающие молоты • 1812 г. – горячая штамповка, Василий Пастухов • 19 век – паровые молоты

Машинострое ние — отрасль обрабатывающей промышленности по производству всевозможных машин и оборудования, изготовляющая средства производства. Условные переделы в технологии машиностроительного производства: • заготовительный, • обрабатывающий, • сборочный (сварочный)

Основные требования к машинам Высокая производительность и надёжность Удобство и безопасность обслуживания Экономичность в изготовлении и эксплуатации Небольшие габариты Низкие материалоемкость и энергоёмкость Технологичность Максимальная взаимозаменяемость и унификация узлов и деталей • Транспортабельность • Эстетичность • •

Крупнейшие машиностроительные предприятия России • http: //expert. ru/ratings/table_25594/