Прошло более 200 лет, но за это время инженеры и яркие умы человечества не придумали ничего лучше, 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 учёного приступить к разработке своего изобретения, без которого сейчас невозможно представить профессиональную инженерную сантехнику. В ходе изучения обширных исторических и научно-технических материалов из архива компании были подняты любопытные исторические документы — сантехнические каталоги конца XIX — начала ХХ веков, 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.

Руки и машины

Многие историки считают, что машиностроение, как новая отрасль промышленности, появилось в начале XIX века. До этого растущий во всём мире спрос на паровые машины, ткацкие станки, прессы и другое оборудование не мог быть удовлетворён, так как их изготавливали только ручным способом, а 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 дорого. Мало кто из владельцев производственных предприятий в Старой Европе мог позволить себе такую роскошь.


Машины с заводов Портсмутской верфи (XVIII век), спроектированные и построенные британским инженером-механиком и изобретателем Генри Модсли, в лондонском Музее науки

«Ручное изготовление деталей машин исключало их взаимозаменяемость, в результате каждая машина становилась уникальной, а её 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.


Британский инженер-механик и изобретатель Генри Модсли (1771–1831) — один из созидателей мировой промышленной революции

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 изобрёл первый промышленный металлорежущий станок, а в 1800-м открыл большую мастерскую по токарно-винторезным работам, где установил и запустил несколько своих станков по обработке металла.

«С их помощью стало возможным изготовление крепёжных изделий, имевших точные и одинаковые размеры. 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 десять лет Модсли основал собственный машиностроительный завод. Его фирма быстро стала одной из крупнейших в Англии и просуществовала до начала XX века. В мастерской Модсли начинали 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 как «американка»), которую назвали Verschraubung (в переводе с немецкого языка «винт» или «привинчивание»).


Оригинальные модели токарно-винторезных станков Генри Модсли (вверху) и разработанный им микрометр, за исключительную точность прозванный «Лорд-канцлер» (Lord Chancellor)

С чего же начинал будущий гениальный инженер-механик?

Как сын плотника создал машины

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 своим 18-ти годам Генри Модсли стал не только лучшим кузнецом арсенала, но и слесарем-механиком, именно тогда он начал конструировать свои первые измерительные инструменты.

Из Вулвичского арсенала Модсли попал в секретную мастерскую Джозефа Брама, известного механика и изобретателя, пионера в области гидравлики и слесарных работ. Именно Брам разработал и установил в Лондоне, утопающем в нечистотах, множество ватерклозетов, отличающихся совершенно новым устройством, практически не изменившимся до наших дней. За своё изобретение Брам получил патент, а на заказах сколотил солидный капитал. Деньги, как известно, не пахнут!

«Сохранились некоторые машины и приспособления из секретной мастерской Джозефа Брама, 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 колёс. Иными словами, наборы всех тех устройств, которые легли в основу будущих токарных станков, были разработаны Модсли ещё в период его работы на Брама», — 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 Великобритании не забывают своего гениального механика, изобретателя и новатора Генри Модсли, внёсшего большой вклад в Великую индустриальную революцию XVIII–XIX веков, колыбелью которой была Англия — бла-годаря именно таким людям, как Модсли

«В 1798 году Модсли построил станок с крестовым суппортом для установки на нём резца, движение которого в продольном и поперечном направлениях происходило с помощью двух ходовых винтов. Подвинув резец с помощью суппорта вплотную к заготовке, жёстко 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 колёса, 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 колёс, Модсли добивался разного эффекта, например, нарезал левую резьбу вместо правой.

А. Механик пишет: «На своём станке Модсли выполнял нарезку резьбы 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 непревзойдённым шедевром точности. Винт имел пять футов длины и два дюйма в диаметре с 50-ю витками на каждый дюйм. Резьба была такой мелкой, что её невозможно было рассмотреть невооружённым глазом».

Аналитики Profactor Armaturen GmbH, в ходе исследования профессиональной деятельности Генри Модсли, уделили внимание трудам технического эксперта Научно-промышленной ассоциации арматуростроителей (НПАА), инженера-механика, к.т.н. Олега Николаевича Шпакова — 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 привёл к замене мануфактурного и ремесленного производства крупной машинной промышленностью».

Благодаря появившейся возможности изготавливать резьбовые пары определённых 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 этому арматуростроители внедрили клапаны — тип арматуры небольших размеров и с достаточным быстродействием.

Метчики — первые стандартизированные инструменты

«Генри 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, выпущенным в дореволюционной Москве Торгово-промышленным товариществом «Василий Осипович Красавин с Братьями» (1899 год). Этот уникальный документ сохранился в архиве компании Profactor Armaturen GmbH и является интеллектуальной собственностью предприятия.


Фото 1. Метчики для «газовой» резьбы и резьбы Уитворта

Так, на чёрно-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» (фото 1).

В каталоге 1912 года «Оригинальные швейцарские соединения марки +GF+», экземпляр которого также находится в нашем архиве, представлены черно-белые иллюстрации двойных ниппелей с конусообразной резьбой (фото 2), а также длинных резьб с муфтой и контргайкой и без них (фото 3), последние хорошо известны в России и бывших советских республиках в качестве «сгонов». Эти изделия изначально изготавливались на станках Модсли.


Фото 2. Двойные ниппели с конусообразной резьбой

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.


Фото 3. Длинные резьбы без муфты и контргайки («сгоны»)

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 (фото 4).


Фото 4. «Тройники» — серия изделий с накидной гайкой

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 включён раздел с разнообразными муфтами (с правой и левой резьбой) — длинные, бочкообразные, ключевые и другие. Все они производились на станках, изобретённых Модсли, и абсолютно не изменились за два века (фото 5–7).


Фото 5. Прямые муфты (обычные и ключевые) с резьбой


Фото 6. Длинные муфты с левой и правой резьбой


Фото 7. Прямые муфты (ключевые и бочкообразные) с резьбой

Сын плотника, ставший гениальным инженером-механиком, значительно опередил своё время. С момента появления и внедрения его изобретений прошло более 200 лет, а технические разработки Модсли всё ещё 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 неопределённое время.