Свежие комментарии

Мюльная машина

Все мы проходили историю индустриальной революции в текстильной промышленности. И что мы там узнали? Прялка Дженни ля-ля-ля, ватер-машина Аркрайта ля-ля-ля … все. Никакой информации о логике эволюции текстильных станков. Большинство популярных книг даже умудряются забыть про победителя этой гонки — мюльную машину (о ней даже нет статьи в русской википедии)… Надеюсь после прочтения статьи вам станет понятно что конкретно происходило и почему.

Итак, мы уже ознакомились с важнейшими доиндустриальными изобретениями для получения нити — веретеном и самопрялкой. Как мы помним, с первыми самопрялками с нитью работали одной рукой, и ее можно было использовать лишь в утке(горизонтальные нити на рисунке). Почему?

Возьмите кусочек ваты и потяните за волокна, ОДНОВРЕМЕННО закручивая их. Получившаяся нить будет на удивление равномерной. Дело в том что нам помогает физика. В первую очередь скручиваются тонкие места, скрутка прижимает волокна друг к другу и делает тонкие места прочнее, в результате растягиваются толстые места. При одновременном вытягивании и закрутке волокна стремятся к более равномерному распределению.

Именно благодаря этому пряха может работать с приличной скоростью даже одной рукой (long draw, видео). Но если она хочет уменьшить эластичность нити и увеличить ее прочность ей надо сначала слегка вытянуть волокна между пальцами обоих рук (short draw, видео), не допуская закрутки волокон в этом промежутке. Предварительное вытягивание «выбирает слабину», выпрямляет волокна и прижимает их друг к другу. После этого волокна закручиваются и растягиваются в промежутке между рукой и веретеном.

Нить, изготовленная первым способом, хорошо работает в утке — гибкая эластичная нить лучше укладывается между нитями основы. Но нитям основы нужна максимальная жесткость и прочность. На деле пряха комбинирует оба способа, регулируя свойства нити — иногда повышенная прочность нужна и от утка, иногда надо добавить эластичности/пушистости основе.

Пусть мы хотим увеличить производительность пряхи. Несложно добавить несколько веретен и закрутить их от одного колеса, но пряха не сможет работать с несколькими нитями. Самопрялка автоматизировала закрутку и наматывание нити, теперь настало время автоматизировать вытягивание — заменить пальцы пряхи механизмом. Очевидно, в первую очередь нам стоит попробовать имитировать более простое прядение одной рукой.

Именно это и делается в прялке Дженни — нити просто зажимаются между двумя деревянными планками, затем оператор тащит планки на себя, вытягивая нити, и одновременно закручивает их веретенами. Как мы помним, веретено умеет закручивать нить если она идет параллельно оси веретена и наматывать его если нить идет перпендипукулярно. В прялке Дженни в обычном положении нити закручиваются веретеном, потом оператор прижимает их вниз доской и они начинают наматываться. Мастер способный изготовить самопрялку без труда справится и с прялкой Дженни.

(зажатые нити обведены зеленым, обведенная красным скоба опустила нити для намотки на веретена)

(зеленым обведен открытый зажим для нитей, обведенная красным скоба поднята для закрутки нитей, оператор готов захватить нити и начать новый цикл)

Нетрудно заметить что нить в прялке Дженни не растягивается перед закруткой. Она получается пушистой и эластичной и годится лишь для утка. Пучок волокон (ровницу) надо готовить гораздо тщательней чем для работы с веретеном/самопрялкой, в хлопок желательно добавить лен, имеющий более длинные волокна.

Прялка Дженни работает циклами — захватить нить и вытянуть ее, одновременно закручивая, потом намотать результат. Но технология предпочитает непрерывные процессы. Кажется соблазнительной идея просто захватить волокна парой роликов, а затем подать их на более быструю пару роликов — волокна между роликами будут растягиваться.

Реализовать эту идеи получилось у Аркрайта. В его машине 3-4 пары роликов вытягивали и, за счет увеличения скорости вращения роликов, растягивали волокна, которые затем закручивались и наматывались на катушку. Расстояние между роликами регулировалось — чуть больше средней длины волокон, подвесные грузы позволяли точно регулировать усилие захвата. В паре один ролик покрыт кожей, поверхность второго покрыта рифлением.

Нетрудно понять что ролики ухудшают равномерность пучка волокон — если в нем есть тонкое место, то оно будет растянуто сильнее чем толстое.

При последующем закручивании и вытягивании это будет частично исправлено. Проблема в непрерывности работы машины Аркрайта. Закрутка нити в первую очередь стремится к только что вышедшим из роликов нескрученным волокнам. Это значит что эффект увеличения равномерности нити уменьшается при непрерывном процессе. Пряха могла непрерывно формировать хорошую нить благодаря высокой чувствительности и точности работы пальцев, но у грубых механизмов 18 века не было никаких шансов. Только во второй половине 19 века качество подготовки сырья удалось довести до того уровня что непрерывный процесс начал выдавать нить приличного качества (ring spinning).

Даже после тщательной настройки роликов и тщательной подготовки сырья Аркрайт мог производить лишь грубую (но крепкую!) низкокачественную пряжу. Тем не менее низкая цена обеспечила ему финансовый успех.

Нетрудно заметить что ролики позволяют имитировать предварительное растягивание пучка волокон руками пряхи при изготовлении нити для основы — как раз то чего не хватает прялке Дженни для получения жесткой нити.

Удивительно, но эта идея была реализована лишь через 10 лет после успеха Аркрайта. Нам известно множество попыток усовершенствовать имеющиеся машины в этот промежуток, но все они концентрируются на усовершенствовании либо Дженни, либо роликов. Возможно, на интуитивном уровне изобретателям казалась противоестественной идея совмещения прерывистого и непрерывного процесса.

Наконец, в 1779 Кромптону удается заставить работать свое изобретение. Волокно растягивается роликами, затем оператор откатывает тележку (каретку) с вращающимися веретенами, вытягивая и закручивая нить. Мюльная машина (ее назвали в честь мула, поскольку она использовала идеи обоих предшественников) позволяла регулировать эластичность нити и выдавала качественную равномерную нить даже на сырье 18 века. Устройство куда сложней чем у прялки Дженни, но массовое производство мюльной машины началось задолго до революции в металлообработке, произведенной Модсли.

ВИДЕО работы мюльной машины, с 37-ой секунды видна работа роликов.

Для хорошего результата работы мюльной машины надо учитывать много тонкостей. Веретена докручивают нить после остановки тележки, закрутка натягивает нить и для избежания обрыва надо ослабить натяжение работой роликов или движением тележки. При смотке нитей нельзя допускать их провисания, иначе свежезакрученная нить сразу свернется в нераспутываемый комок, и нельзя накручивать со слишком большим усилием, иначе нить порвется. При этом тяжелая тележка движется неравномерно, а веретено забирает все больше и больше нити при каждом обороте. При намотке нити закрутка нити концентрируется у роликов, этот эффект снова надо компенсировать, выдав немного незакрученной нити работой роликов.

Удовлетворительную автоматическую мюльную машину удалось создать лишь через 50 лет, в 1830, и даже после этого от оператора требовалось постоянно регулировать ее работу для получения хорошего результата. До этого механизация была частичной — привод от паровой машины отводил тележку в автоматическом режиме, растягивая и закручивая нить, после чего оператор вручную накатывал ее обратно, регулируя намотку нити и работу роликов рычагами.

Четыре хода машины в минуту на полтора метра выдавали по 6 метров качественной нити на каждом веретене (напомним что с самопрялкой пряха выдавала порядка 4 метров нити в минуту, каждое веретено заменяло пряху). И типичная мюльная машина имела полтысячи-тысячу веретен, а оператор обслуживал сразу две (с мелкой работой ему помогало несколько детей).

Улучшение обработки сырья позволило перейти к непрерывным процессам и обрекло мюльную машину на вымирание. Но для обычного попаданца этот период менее интересен из-за возросшей сложности технологии.

15 комментариев Мюльная машина

  • vashu1

    Пара уточнений:

    Часто называют что на 1 пряху приходилось 3 кардера (чесателя шерсти/хлопка). Но данные по цене и затратам не показывают такого перекоса.

    > in 1755, carding and roving had accounted for 33% of the cost of making the yarn and the final spinning for 67%.

    Для хлопка очистка от семян (cotton gin-ом, история которого началась задолго до Уитни) могла занимать больше чем прядение (в зависимости от сырья и совершенства джина), но для льна и шерсти подготовка сырья однозначно требовала меньше работы чем прядение.

    Возможно, 3х кратное число кардеров — результат частичной занятости. Типичная пряха работала примерно половину дня, возможно кардинг, требовавший еще меньше оборудования и квалификации, привлекал работников которые могли уделять еще меньше времени.

    ===

    Одно веретено потребляет порядка ватта, так что ~50, максимум 100 веретен предел для мюльной машины с ручным приводом.

    • vashu1

      анимация работы Дженни https://youtu.be/4ZA9RMDrQ9s?t=3

    • 4eshirkot

      Мне непонятен один момент. При ручном прядении пряха вытягивает волокна вручную из кудели, и сразу закручивает в нить. Прялки же типа Дженни и дальнейшие в качестве исходного материала использовали ровницу, а не просто комок расчесанного хлопка. Собственно как эту ровницу получали? Вытягивание ровницы не требует особых усилий, но механизировать его сложнее, чем собственно прядение.

      • vashu1

        Вытягивали вручную https://www.youtube.com/watch?v=VuATtpYolRU

        плюс упоминается что самопрялку как-то применяли и для вытягивания ровницы, возможно без рогульки с большой катушкой, но иллюстраций/видео я не находил.

        вот еще ручная машина https://www.youtube.com/watch?v=oaQIK5jJuYk

        в целом механизация этого дела отдельная тема, насколько я понимаю для льна и шерсти дело шло сложнее чем для хлопка. Этим. плюс зарегулированностью более старых отраслей льна и шерсти, и обьясняется более быстрый прогресс по хлопку. (ну и еще моменты, вроде того что лен труднее хранить и транспортировать)

        >> Описанные прядильные машины, представляя огромный выигрыш в производительности, лишены, однако, способности уравнивать толщину нити, что производилось при ручном П. пальцами рабочего. Материал для механического П. должен быть доставлен к машине в виде уже выровненной и утоненной ленточки — ровницы, приготовление которой составило задачу предпрядения, а равно и всего подготовительного отдела.
        >> Что касается обработки других материалов: льна и шерсти, то вследствие длины льняного волокна и особенностей его строения, задача механического П. льна долго оставалась неразрешенной. Решившим ее следует считать француза — Филиппа Жирара (1810), применившего при вытягивании льна падающие гребни (gills) и способ мокрого П. на ватере.
        >> Так как эта шерсть не выносит вытягивания, то подготовка ее к П. ограничивается повторным кардованием, причем особый аппарат образует ровничные нити прямо из слоя ватки, снимаемого с барабана кард-машины.

        • 4eshirkot

          Да, похоже так. Возможно, еще до появления прялки Дженни стали разделять вытягивание ровницы и собственно прядение.
          А когда перешли на механическое кардование, сразу с валика машины стали получать ровницу. Прпвда, ее еще несколько раз сдваивали и вытягивали на других машинах, чтобы достичь равномерности.

          Кстати, сам я пробовал шерсть прясть, нитку для носков и рукавичек — сильно скручивать ее не надо, и веретеном немного по другому работают. Правда, для прочности хб нитка добавлялась.

        • 4eshirkot

          Похоже, операцию вытягивания ровницы и само прядение разделили до появления Дженни, что и определило успех подобных прялок
          https://www.researchgate.net/figure/Carding-roving-and-spinning-cotton-by-hand-in-Lancashire-as-illustrated-in-Richard_fig2_348525782
          Только не могу понять, почему эта операция, требующая ручного труда, такой малый вклад в конечную стоимость давала.

  • Кажется что подготовка ровницы — это главный секрет промышленного прядения.

  • Хорошая книга — Цейтлин Е.А. Очерки истории текстильной техники

  • DlMFlRE

    «Нетрудно понять что ролики ухудшают равномерность пучка волокон — если в нем есть тонкое место, то оно будет растянуто сильнее чем тонкое.»

    Тонкая вытягивается сильнее толстой или толстая сильнее тонкой?

  • 4eshirkot

    //Попытки усовершенствовать самопрялку предпринимались неоднократно: в 1692, 1723 и 1729 гг. в Англии выдаются патенты на усовершенствование самопрялки, но, по сути дела они мало что меняли. Причина заключалась в том, что эти изобретения касались лишь процессов кручения и наматывания, а процесс вытягивания оставался ручным.
    Только изобретение вытяжного прибора могло освободить пальцы прядильщика, непосредственно соприкасавшиеся с волокном. Эту функцию следовало передать машине. Такой аппарат в форме вытяжных цилиндров был изобретен англичанином Джоном Уайаттом (Wyatt) (1700-1766). Как свидетельствует «Сборник искусств, мануфактур и сельского хозяйства» 1818 г., он рано проявил себя как талантливый механик, сделавший ряд усовершенствований в разных областях техники. Мысль о конструировании прядильной машины возникла у него около 1730 г. Через 3 года им была получена первая хлопчатобумажная пряжа без помощи человеческих пальцев, причем сам изобретатель стоял рядом в ожидании, волнуемый одновременно чувством радости и тревоги.

    Патент был получен в 1738 г. В нем указывалось, что конец расчесанной на карде ленты волокон помещают между двумя валиками или цилиндрами, которые вследствие своего вращательного движения увлекают подвергаемый прядению хлопок или шерсть, а последовательный ряд цилиндров, вращающихся со все большей скоростью, вытягивают его в нить какой угодно тонины. Следует признать, что основные опыты Уайатт проводил с хлопком, который гораздо лучше вытягивается, чем шерсть. Шерсть имеет цепкость, а хлопок относительно гладкое и короткое волокно.
    Как шутил Карл Маркс, машина Уайатта отобрала прядение у человека и «эта роль досталась ослу»*. Дело в том, что в качестве привода для машины автор применил колесо, которое вращал запряженный осел.
    В 1740 г. Уайатт и Пауль организовали мастерскую в Бирмингеме с одной прядильной машиной, но успеха это предприятие не принесло. В 1750 г. родственник Пауля Э. Кэв открыл в Нортгемптоне мануфактуру, оснащенную гидравлическим приводом (водяным колесом) и 5 машинами по 80 веретен каждая. Лента получалась механическим способом на кардной машине (рис. 6), изобретенной в 1748 г. Паулем при участии Уайатта. В 1764 г. мануфактура закрылась из-за плохой организации производства. Дополнительная трудность заключалась в отсутствии компактного и удобного двигателя, способного вращать тяжелые машины, которые уже не могли приводиться в движение рукой рабочего. Тем не менее, Маркс полагал, что Уайатт своим изобретением возвестил оначале промышленной революции, позволив выпрядать одновременно несколько десятков нитей и исключив человеческую руку из технологического процесса.
    К сожалению, прядильная машина Уайатта осталась практически неизвестной широкому кругу специалистов, и в прядении в середине XVIII века по-прежнему господствовала самопрялка.
    //

  • 4eshirkot

    //В описываемое время в деревне Лай около Варингтона работал механик Томас Хайе (Heys). Именно он в 1767 г. изобрел прядильное устройство на базе самопрялки, которое в чем-то было схоже с машиной Уайатта — Пауля. На машине Хайса ровница 1 (рис. 7, а) проходила через вытяжные валики 2, пропускалась через полую центральную часть рогульки 3 и направлялась через крючок 4 на катушку 5. В верхней части рогульчатого веретена происходило скручивание пряжи, а в нижней — наматывание на катушку. Об этом узнал Ричард Аркрайт (Arkwright) (1732-1792) — парикмахер из г. Престон. Переманив к себе помощника Хайса, Аркрайт в 1769 г. воспроизводит его прядильную машину (рис. 7, б), а затем при участии банка Райт открывает в Ноттингеме небольшую мастерскую и берет патент на упомянутое изобретение, где фигурирует в качестве его единственного автора.

    кипучая деятельность Аркрайта была направлена на собирание известных технических решений, которые позволили бы полностью механизировать процесс изготовления пряжи. Первой жертвой его «любознательности» стала кардочесальная машина Борна (рис. 8), изобретенная в 1748 г., и запатентованная Аркрайтом почти без изменений. Кардную машину Аркрайт дополнил в 1775 г. питающим прибором, напоминающим конвейерную ленту, который был предназначен для равномерной подачи хлопка в зону чесания. Автором этого узла был Джон Лис из Манчестера, сконструировавший его в 1772 г., но не взявший патента.

    обычно на прядильную машину подается полуфабрикат — ровница, получаемая из ленты путем вытягивания и очень незначительного скручивания. Удивительно простое и надежное устройство для получения ровницы придумал Бенджамен Бутлер. Помимо вытяжного прибора, оно содержало приемный таз, вращение которого вокруг своей оси сообщало ровнице небольшую крутку. Этим устройством Аркрайт заполнил пробел в цепочке машин, осуществляющих все технологические переходы в прядении.//
    Забавно, оказывается Аркрайт сам ничего не изобретал, а успешно компилировал другие изобретения

    • 4eshirkot

      //Тем не менее, механик Кониалл Вуд (Wood) в 1772 г. усовершенствовал «Дженни», сконструировав машину «Билли» периодического действия (рис. 13), позволявшую получить достаточно прочную пряжу. Важнейшим решением Вуда была установка легких веретен на подвижной каретке, а тяжелых катушек с ровницей — на неподвижной станине. Над катушками располагался неподвижный пресс. Каретка стала существенно легче, и возникла возможность увеличения числа веретен до 120. В то же время практически исчезло ограничение по весу катушек с обрабатываемым полуфабрикатом. За счет установки Вудом кардных цилиндров волокна полуфабриката получали дополнительную параллелизацию, и пряжу средних номеров стало можно получать даже из ленты, минуя ровничный переход.
      //

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>