V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Макет железоделательного завода 18 века из Лего в действии
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
XVIII столетие — важный этап в истории городов Урала. Образование новых и развитие старых городов в крае являлось следствием роста производительных сил и общественного разделения труда. Новым фактором городообразования стала горнозаводская мануфактурная промышленность.
Цель: на примере макета показать типичный железоделательный завод начала 18 века.
Задачи:
1. ознакомиться с историей Урала 18 века;
2. собрать макет завода с помощью деталей конструктора Lego.
Объект – производство железа на Урале.
Предмет – молот для ковки листового железа.
Гипотеза: предположим, нам удастся создать макет старинного молота для ковки листового железа 18 века с помощью конструктора Lego.
В нашей работе мы использовали аналитический метод исследования (работа с интенет-ресурсами, изучение литературы по теме).
Теоретическая часть. 1.1.История производства железа на Урале в 18 веке.
Уральские заводы с начала своего существования выполняли задачи общегосударственного значения. Они давали стране пушки, снаряды и железо. Удачное сочетание природных богатств, топлива, водных ресурсов и путей способствовало быстрому превращению Урала в крупный промышленный район. Уже в 40-х годах 18 века на Среднем Урале действовало около 30 металлургических заводов. (Приложение 1).
Горные заводы на Урале развивались очень быстро. Залежи железа и меди в этом регионе были несравненно богаче и качественнее, чем в центре страны, и вскоре промышленное производство почти полностью переместилось на Урал. На первом этапе промышленному подъему способствовали Демидовы. Позже государство направило сюда де Геннина.
Первые металлургические заводы появились на восточном склоне Среднего Урала, который можно назвать колыбелью металлургической промышленности Урала. Подавляющее большинство заводов того времени размещались на реках: Чусовой, Исети, Тагиле, Нейве.
Уже в тридцатые годы XYIII века Средний Урал стал крупнейшим металлургическим районом страны. На западном склоне Урала стали образовываться медеплавильные заводы. С пятидесятых годов XYIII века горнозаводская промышленность появилась и на Южном Урале. Заводы строились в лесистых районах, на небольших речках недалеко от месторождений руд.
В 1700-1704 годах были построены заводы Каменский, Невьянский, Уктуский и Алапаевский.
Вторая половина XVIII века – период дальнейшего развития металлургической промышленности строились новые заводы, появились новые заводовладеньцы, стремившиеся быстрее разбогатеть, ужесточалась эксплуатация заводского населения. Это вызывало постоянное недовольство мастеровых, приписных и приписных крестьян.
В XVIII веке на Среднем Урале производилась выплавка железа, которая велась сыродувным способом (то есть, в горнах с применением ручных мехов). Одним из первых кустарных заводов стал Ницинский (основан в 1630 г. на реке Нице возле современного Ирбита). В 1699 г. было начато строительство казенного Невьянского чугунноплавильного и железоделательного завода. Уже в 30-х годах XVIII века Средний Урал стал важнейшим металлургическим районом страны. Здесь выплавлялась большая часть российского металла. Много железа вывозилось даже в Англию. Заводы строились в лесистых районах на небольших речках, недалеко от месторождений руд. Горнозаводская промышленность определила особенности расселения – заводской поселок на берегу искусственного пруда. В первой половине XVIII века здесь уже добывались уральские самоцветы, было открыто рудное золото.
1.2.Молот для ковки листового железа.
Сотни городов во всём мире стоят на реках. Потому и строили их, что рядом была река, по которой можно было передвигаться людям и провозить грузы. Для все и повсюду река — это путь, а для Урала это ещё и энергия заводам, приводящая в действие практически все механизмы. (Приложения 2).
В XVIII веке царь Пётр I начал широкое строительство Российского флота. Потребовалось особенно много якорей и разных металлических деталей. Ковать их вручную было очень трудно, да и качество получалось довольно плохое. Вот и приказал Пётр I строить на несудоходных реках водяные кузницы, или, как их ещё называли, "самоковы вододействующие".
Облегчить работу кузнеца помогла вода. Она крутила колёса, которые поднимали тяжёлый молот. Такой молот заменял 20 молотобойцев. Реку перегораживали плотиной. В плотине делали "окно" и против него ставили большое колесо с лопастями. Вода колесо крутит, колесо вал с кулачками поворачивает, а кулачки тяжёлый молот поднимают и мехи качают.
Довольны кузнецы, теперь вода за них работает. А они только горячие заготовки из горна вытаскивают и под тяжёлый молот подкладывают.
"Молотовая фабрика" - так в XVIII веке назывались предприятия по выработке железа из чугуна, путем выбивания шлаков из раскаленных чугунных слитков. Для этого использовались "боевые" молоты, работавшие от водяных колес. Примерно так выглядело в XVIII веке большинство уральских железных заводов Демидовых.
Нередко металлургические заводы приходилось строить за несколько десятков вёрст от места добычи руды, только потому, что поблизости от рудников не было достаточно крупных рек. Промышленнику-предпринимателю, решившему построить новый горный завод, дешевле было купить крепостных для подвоза руды, чем «выкручиваться» без необходимой энергии для заводских механизмов. Электричества в то время еще не было.
Основным источником энергии для железоделательных фабрик являлась вода, а точнее водяные колеса, приводимые ей в движение. А для этого нужен был большой объём воды, который достигался путём обустройства пруда – возведением плотины на реке.
На реке возводилась плотина, уровень воды поднимался, и образовывался пруд. Вода, проходя через плотину, вращала колесо, которое приводило в движение молот. (Приложение 3).
Практическая часть. Молот для ковки листового железа.
Макет железоделательного завода мы построим из конструктора Лего.
Ниже представлена технологическая карта всего процесса изготовления.
Макет будет состоять из:
кузнечный молот
плотина
река
гора
лес
доменный цех
пастбище
пешеходный мост.
Технологическая карта изготовления железоделательного завода
|
Этап работы |
Графическое изображение |
|
Построили гору, внутри которой установили мотор и блок питания. |
|
|
Построили плотину, приводное колесо и соединили через зубчатую передачу с мотором и кулачком с другой стороны. |
|
|
Построили непосредственно молот. |
|
|
Макет завода, в котором выплавлялся металл. |
|
|
Лес, охотник с собакой и лесоруб. |
|
|
Молот свободного падения приводится в движение при помощи кулачка, который нажимает на рычаг молота. В момент соскальзывания кулачка с рычага происходит падение молота. |
|
|
Пастбище, овечки и пастух. |
Для того чтобы собрать действующую модель кузнечного молота мы использовали: две понижающие передачи, кулачковую передачу, рычаг, мотор, блок питания.
Данная модель молота приводится в действие при помощи кулачково-рычажного механизма. Принцип действия молота: при вращении кулачка, происходит нажатие на рычаг. В результате молот поднимается. После соскальзывания кулачка с рычага происходит падение молота (удар).
Вращение кулачка осуществляется при помощи электродвигателя путем питания от батареи. Для понижения вращения электродвигателя используются две понижающие передачи.
Заключение
Все предприятия нашего края в XVIII веке были «вододействуемые», то есть механизмы, применяемые на них, приводились в действие силой воды. Поэтому строились уральские заводы по берегам рек и от них, как правило, получали свое название: Миасский — на реке Миасс, Белорецкий — на реке Белой, Минкский — на реке Минке, на реке Кыштыме — Кыштымский, на реке Ильдианка — Ильдианский и т.д.
На примере изготовленного макета железоделательного завода с действующей моделью молота мы изучили устройство кузнечного молота с водяным приводом. А также познакомились с тем, как появились города на Урале, способами изготовления железа.
Несмотря на то, что прошло уже много времени, основные механизмы остались те же: валы зубчатые колёса, рычаги. Изменились только материамы, из которых изготавливаются эти механизмы.
Библиографический список
Нижнетагильский государственный музей-заповедник горнозаводского дела Среднего Урала, 1995.
urban3p.ru/blogs/17826
studbooks.net/597767/istoriya/promyshlennost
agsmetalgroup.ru/publ/ruchnaja_kovka/istorija_razvitija_kuznechnogo_proizvodstva/20-1-0-70
Приложение 1
История производства железа на Урале.
Приложение 2.
Молот для ковки листового железа.
Приложение 3.
Молот для ковки листового железа.