Читать интересную книгу Русские инженеры - Лев Гумилевский

Он много содействовал улучшению постановки учебного дела расширением механических лабораторий, введением обязательных репетиций и увеличением студенческих стипендий.

При таком директоре, как Вышнеградский, Н. П. Петров смог широко развернуть научно-исследовательскую работу в лабораториях института и в 1882 году выступил со своей «Гидродинамической теорией трения при наличии смазывающей жидкости», доставившей ему мировую славу.

До Петрова теоретическая механика установила законы для двух основных видов трения: когда одно тело скользит или когда оно катится по другому телу. При этом считалось, что при наличии смазывающей жидкости между телами существенных нарушений законов скольжения и катания не происходит.

Но в практической жизни большую роль играет трение твердых тел, между которыми имеется слой смазки, как это имеет место прежде всего во всех двигателях.

Известно, что далеко не вся работа двигателей идет на ту цель, которая имеется в виду при устройстве машины. Значительная доля мощности двигателя расходуется на трение его частей, производящее теплоту, которая пропадает бесполезно. Трение в машинах, а вместе с тем развитие бесполезной теплоты значительно уменьшается смазывающими веществами.

Техники давно уже заметили неодинаковую работу двигателя при употреблении тех или других смазочных материалов. Разница эта иногда очень значительна. Чем больше развивались промышленность и транспорт, чем больше становилось паровых машин, чем больше расходовалось топлива, тем яснее ощущалась необходимость уменьшения непроизводительных потерь мощности двигателя на трение его частей. Техники и ученые всего мира стали изучать свойства смазывающих веществ, чтобы правильным выбором их возможно более уменьшить непроизводительную часть работы машины.

Однако все исследователи, занимавшиеся этим вопросом, обращали внимание только на силу трения самих машинных частей, а потому и не приходили к удовлетворительным результатам.

Практики так и не получали от науки ответа на интересующие их вопросы: когда, где и какое смазочное вещество выгоднее всего употреблять?

Петров первым ответил на этот вопрос, посмотрев на дело с совершенно иной стороны.

«Вглядываясь во все сделанное многими инженерами и учеными для изучения законов трения, — говорит он во „Введении“ к своей теории, — и вдумываясь в причины безуспешности разъяснения того влияния, которое оказывают свойства смазывающей жидкости на силу трения смазанных ею твердых тел, нельзя было оставить без внимания совершенное отсутствие всякой попытки найти объяснение сущности или схемы явления, приняв в расчет замечания практиков-инженеров, что для смазывания машин можно употреблять только такие жидкости, которые действием сил, сжимающих твердые тела во время надлежащего движения машины, не вытесняются из промежутков, предназначенных для смазывающей жидкости. Это замечание заслуживает тем большего внимания, что оно общеизвестно и настолько признается правильным, что для обозначения качества масла не вытесняться давлением трущихся частей английские техники имеют даже особое слово. Несмотря на всю кажущуюся незначительность этого замечания, оно на самом деле чрезвычайно плодотворно и способно заставить глядеть на трения смазанных твердых тел с совершенно новой точки зрения»[18].

Николай Павлович Петров

 (1836–1920).

Замечание практиков-инженеров, которым до Петрова пренебрегали теоретики, помогло русскому ученому проникнуть в физическую сущность явления и привело его к чрезвычайно важным обобщениям.

«Если смазывающая жидкость должна обладать таким свойством, чтобы не вытесняться, — говорит он дальше, — то это нельзя понимать иначе, как так, что во время движения смазывающий слой должен совершенно отделять одну металлическую поверхность от другой, не допуская их взаимного прикосновения. Если же жидкий слой, смазывающий два твердых тела, вполне отделяет их одно от другого, то непосредственного трения твердых тел уже, очевидно, не может быть… Следовательно, сила трения твердых, хорошо смазанных тел, отделенных друг от друга жидким слоем, вызывая движение этого слоя относительно твердых тел и движения внутри самого слоя, состоит из некоторой совокупности сил трения жидкого слоя с твердыми телами и сил трения, развивающихся внутри самого жидкого слоя».

Это была тонкая догадка.

«Как только явление рассматривается с этой точки зрения, — справедливо заключает творец теории, — так тотчас же вопрос о силе трения двух хорошо смазанных твердых тел сам собой переходит в область гидродинамики и вместе с тем обнаруживаются те физические свойства смазывающих жидкостей, которые могут оказывать влияние на силу трения твердых тел, смазанных этими жидкостями. Свойства эти, очевидно, суть: внутреннее трение смазывающей жидкости и ее внешнее трение с твердыми телами».

В 1882 году в статье «О трении в машинах», помещенной в «Инженерном журнале», Петров, став на свою, как мы видим, совершенно новую точку зрения, теоретически вполне разрешил вопрос, над которым так долго и так безуспешно трудились виднейшие ученые.

Русский инженер показал прежде всего, что трение твердых тел при достаточной смазке подчиняется совершенно иным законам, чем трение несмазанных тел.

В свете новой теории представилась возможность разрешить многие вопросы, касающиеся трения и непонятные до того наблюдателям.

Разрешить эти вопросы, проверить правильность теорий можно было только экспериментальным путем. Заинтересованный в этих опытах, имеющих огромное практическое значение, съезд техников железных дорог предоставил создателю теории денежные средства. Они были невелики, но «при помощи сотрудников, беспредельно преданных науке, и безграничного желания во что бы то ни стало разыскать истину» Петрову удалось в течение последующих пяти лет довести дело до успешного конца.

Насколько велик был труд по проведению опытов, можно судить хотя бы по тому, что над одной только вагонной осью было произведено не менее пятнадцати тысяч наблюдений, тщательно и умело записанных; во время этих наблюдений вагонная ось сделала более десяти миллионов оборотов.

Практическими результатами опытов явилась, с одной стороны, неоценимая для машиностроителя возможность предсказывать величину силы трения для данной машины, а с другой стороны, возможность выбора смазочных масел для машин, работающих в тех или иных условиях. Особенно важным было установление смазывающей способности масел в зависимости от температуры.

Теоретические выводы свои Николай Павлович неизменно подкреплял практическими доводами. Изучив свойства различных смазок, он убедился, что при замене общепринятых смазочных веществ неопределенного состава рекомендуемыми им смесями трение могло быть уменьшено на сорок процентов. Взяв затем отчет Министерства путей сообщения за 1883 год, из которого было видно, что пробег всех осей пассажирских и товарных поездов перевалил за пять миллионов верст, русский теоретик подсчитал, что надлежащий выбор смазочного масла позволил бы сэкономить за этот год свыше трех миллионов пудов угля. При тогдашних ценах на уголь речь шла, стало быть, об экономии в полмиллиона рублей золотом только в железнодорожном хозяйстве.

Не меньшее значение выбор смазки имеет, конечно, и во всех других областях промышленности, где работают двигатели и механизмы, нуждающиеся в смазочных веществах.

С тех пор как русский ученый создал свою «Гидродинамическую теорию трения хорошо смазанных тел», прошло много лет, но она по-прежнему составляет основу всех работ, посвященных вопросам трения, и остается одним из основных достижений теоретической механики.

Другие научно-исследовательские работы Николая Павловича посвящены главным образом также вопросам, существенно важным для развивавшегося на его глазах и с его участием железнодорожного транспорта. Он писал «О непрерывных тормозных системах», «Об изнашивании и пробе стальных шин», о «Хранении и перегрузках хлебного зерна и каменного угля» и о многих других вещах;

В 1871 году, после основательной подготовки, Николай Павлович ввел в Технологическом институте новый курс — о подвижном составе железных дорог. Для этого курса им были выведены формулы тяговых расчетов, из которых многие, как формулы полного удельного сопротивления паровоза, формулы среднего рабочего давления пара в цилиндрах и т. п., до сих пор фигурируют во всех руководствах.

Николай Павлович принимал непосредственное участие в строительстве русского железнодорожного хозяйства в качестве председателя Правления казенных железных дорог, директора железнодорожного департамента, многолетнего председателя «Комиссии Н. П. Петрова», представлявшей собой высший орган фактического контроля над постройкой Сибирской железной дороги, и, наконец, в качестве товарища министра путей сообщения. В заслугу ему надо поставить неуклонное стремление ввести науку и научный метод в железнодорожное дело.