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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Machine à filer. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Les XVIIIe et XIXe siècles sont marqués par un essor technologique sans précédent. Au cours de cent cinquante ans, de nombreuses inventions brillantes ont été faites, de nouveaux types de moteurs ont été créés, de nouveaux moyens de communication et de transport ont été maîtrisés, une grande variété de machines-outils et de machines ont été inventées. Dans la plupart des branches de production, le travail manuel a été presque entièrement remplacé par le travail mécanique. La vitesse, la qualité du traitement et la productivité du travail ont augmenté plusieurs dizaines de fois. Des milliers de grandes entreprises industrielles sont apparues dans les pays européens développés, de nouvelles classes sociales se sont formées - la bourgeoisie et le prolétariat.
L'essor industriel s'accompagne de changements sociaux majeurs. En conséquence, l'Europe, et en fait le monde entier, avait changé au point d'être méconnaissable à la fin du XNUMXème siècle ; la vie des gens n'était plus du tout comme celle du début du XVIIIe siècle. Peut-être pour la première fois dans l'histoire, une révolution technologique a si visiblement et clairement affecté tous les aspects de la vie humaine. Pendant ce temps, le début de cette grande révolution de la machine est associé à la création d'une machine à filer automatique - la toute première machine largement utilisée dans la production. On peut dire que la machine à filer s'est avérée être le prototype de toutes les machines-outils et mécanismes ultérieurs, et donc son invention, dans sa signification, est allée bien au-delà du cadre étroit du textile et de la filature. En un sens, son apparence symbolisait la naissance du monde moderne.
La filature sous la forme dans laquelle elle a été décrite ci-dessus - à l'aide d'une broche à main et d'un rouet - a existé pendant plusieurs millénaires et est restée pendant tout ce temps une tâche assez compliquée et chronophage. La main du fileur, lorsqu'elle effectuait des mouvements monotones de traction, de torsion et d'enroulement du fil, se fatiguait rapidement, la productivité du travail était faible. Par conséquent, une étape importante dans le développement de la filature s'est produite avec l'invention d'un rouet à main, qui est apparu pour la première fois dans la Rome antique. Dans ce dispositif peu compliqué, la roue a, lors de sa rotation, faisait tourner à l'aide d'une corde sans fin une roue de plus petites dimensions d, sur l'axe de laquelle un axe b était posé. Le processus de filage sur un rouet à main était le suivant: la main droite, à l'aide d'une poignée, faisait tourner la grande roue a, tandis que la main gauche, tirant un brin d'un faisceau de fibres, dirigeait le fil soit obliquement par rapport au fuseau (puis il se tordit et se tordit) ou sous une ligne droite angle (puis lui-même, étant prêt, enroulé sur un fuseau).
L'événement majeur suivant dans l'histoire de la filature fut l'apparition de la roue auto-tournante (vers 1530), dont l'inventeur s'appelle le tailleur de pierre Jurgens de Braunschweig. Son rouet était mis en mouvement par les jambes et libérait les deux mains de l'ouvrier pour le travail. Le travail sur une roue auto-tournante était le suivant. La broche 1 était étroitement reliée au flyer 2 et recevait le mouvement de la grande roue inférieure 4. Cette dernière était reliée à un bloc monté de manière fixe sur la broche. La bobine 3, à une extrémité de laquelle un bloc de plus petit diamètre était fixé, était librement posée sur la broche. Les deux blocs étaient entraînés par la même roue 4, mais la broche et le dépliant reliés au plus grand bloc tournaient plus lentement que la bobine reliée au plus petit bloc. En raison du fait que la bobine tournait plus vite, le fil était enroulé dessus et la vitesse du fil enroulé était égale à la différence entre les vitesses de la broche et de la bobine. La fileuse a retiré les fibres de la spirale avec sa main et les a partiellement tordues avec ses doigts. Le fil avant d'entrer dans le dépliant se déplaçait le long de l'axe de la broche. En même temps, il tournait, c'est-à-dire se tordait et faisait complètement le même nombre de tours que la broche. Après avoir traversé le dépliant 2, le fil a changé de direction et est allé à la bobine déjà à angle droit par rapport à l'axe de la broche. Ainsi, par rapport à un rouet classique, un rouet auto-tournant permettait au fil d'être tiré, tordu et bobiné en même temps.
Dès le filage, deux opérations étaient déjà mécanisées ici : torsader le fil et l'enrouler sur une bobine, mais le tirage des fibres de la spire et leur retordage partiel se faisaient manuellement. Cela a considérablement ralenti l'ensemble du travail. Entre-temps, dans le premier tiers du XVIIIe siècle, un métier à tisser Kay amélioré a été créé, ce qui a permis d'augmenter considérablement la vitesse de tissage. Sur le nouveau métier à tisser, l'agile tisserand a pu tisser autant de fil que six fileuses expérimentées lui ont fourni. Il en résulta une disproportion entre la filature et le tissage. Les tisserands ont commencé à ressentir une pénurie de fil, car les filateurs n'avaient pas le temps de le préparer en quantité suffisante. Non seulement le fil devenait très cher, mais il était souvent impossible de s'en procurer à n'importe quel prix. Et les marchés demandaient de plus en plus de tissus. Plusieurs générations de mécaniciens se sont demandé en vain comment améliorer le rouet. Au cours du XVIIe et de la première moitié du XVIIIe siècle, plusieurs tentatives ont été faites pour équiper la roue auto-tournante de deux broches afin d'augmenter son efficacité. Mais il était trop difficile de travailler sur un tel rouet, alors cette idée ne s'est pas répandue. Il était clair que le filage sur plusieurs fuseaux à la fois ne serait possible que lorsque l'opération même d'étirage des fibres serait mécanisée. Cette tâche difficile a été en partie résolue par le mécanicien anglais John White, qui a inventé un dispositif d'échappement spécial en 1735. Selon Marx, c'est cette partie de la machine qui a déterminé le début de la révolution industrielle. Manquant de fonds, White vendit les droits de sa remarquable invention à l'entrepreneur Lewis Paul, qui en fit breveter en 1738. Dans la machine de Paul et White, les doigts humains ont d'abord été remplacés par une paire de rouleaux "de traction" tournant à des vitesses différentes. Un rouleau avait une surface lisse, tandis que l'autre était rugueux avec une surface ondulée ou recouvert d'étoupe. Cependant, avant d'entrer dans les rouleaux de la machine, les fibres de coton devaient être prétraitées - elles devaient être posées parallèlement les unes aux autres et retirées. (Cela s'appelait "peigner" le coton, ou carder.)
Paul et White ont essayé de mécaniser ce processus et ont créé une carde spéciale. Le principe de son fonctionnement était le suivant. Le cylindre, équipé de crochets sur toute sa surface, tournait dans une rainure, qui était équipée de dents sur sa face interne. Les fibres de coton étaient passées entre le cylindre et l'auge et ainsi peignées.
Après cela, le fil sous la forme d'un mince ruban a été introduit dans la machine à filer et ici, il a d'abord été étiré dans les rouleaux de tirage, puis est entré dans la broche, qui a tourné plus vite que les rouleaux, et s'est tordu en un fil. Le premier rouet de ce type a été construit par Paul en 1741. C'était la première machine à filer de l'histoire. Améliorant leur machine, Paul et White ont commencé à faire passer le fil à travers plusieurs rouleaux. Tournant à différentes vitesses, ils l'ont tiré dans un fil plus fin. À partir de la dernière paire de rouleaux, le fil est entré dans la broche. En 1742, White a construit une machine qui tournait sur 50 broches à la fois et était conduite par deux ânes. Comme les événements ultérieurs l'ont montré, les rouleaux de traction qu'il a inventés se sont avérés être une innovation extrêmement réussie. Mais en général, sa voiture n'était pas très utilisée. C'était trop cher et encombrant pour un artisan seul. Une grave pénurie de fil a continué à se faire sentir au cours des années suivantes. Ce problème n'a été en partie résolu qu'après la création de la machine à filer Hargreaves. Hargreaves était un tisserand. Sa femme lui fabriquait de la laine, et ce qu'elle réussissait à filer en une journée ne lui suffisait pas. Par conséquent, il a beaucoup réfléchi à la manière d'accélérer le travail des filateurs. Le hasard est venu à son aide. Un jour, la fille de Hargreaves, Jenny, a accidentellement renversé un rouet, mais son rouet a continué à tourner et la broche a continué à faire tourner le fil, bien qu'elle soit en position verticale plutôt qu'horizontale. Hargreaves exploita immédiatement cette observation et construisit en 1764 une machine à huit broches verticales et une roue. Il a nommé la voiture "Jenny" d'après le nom de sa fille. Elle n'a apporté à son créateur ni argent ni bonheur. Au contraire, l'invention de Hargreaves a provoqué un tollé parmi les filateurs - ils ont prévu que la machine les mettrait au chômage. Un jour, un gang de personnes excitées est entré par effraction dans la maison de Hargreaves et a détruit la voiture. L'inventeur lui-même et sa femme échappent de justesse aux représailles. Mais cela, bien sûr, n'a pas pu arrêter la propagation de la filature à la machine - quelques années plus tard, "Jenny" était utilisée par des milliers d'artisans.
Comme la machine de White, "Jenny" nécessitait un prétraitement des fibres de coton. L'habillage du fil s'effectuait ici à partir d'un ruban de coton peigné. Les épis avec le roving étaient placés sur un châssis incliné (la pente servait à faciliter l'enroulement du roving). Au lieu des rouleaux de tirage de White, Hargreaves a utilisé une presse spéciale composée de deux blocs de bois. Les fils de la mèche des épis passaient dans une presse à tirage et étaient attachés aux broches. Les broches, sur lesquelles le fil fini était enroulé, se trouvaient sur un cadre fixe sur le côté gauche de la machine. Au bas de chaque broche, il y avait un bloc, autour duquel il y avait un cordon d'entraînement jeté sur le tambour. Ce tambour était situé devant tous les blocs et broches et était entraîné par une grande roue tournée à la main. Ainsi, la grande roue faisait tourner tous les fuseaux. Le fileur déplaçait d'une main le chariot de la presse à tirer et de l'autre tournait la roue qui mettait les fuseaux en mouvement. Le fonctionnement de la machine comprenait les processus suivants: la presse était fermée et retirée des broches - en conséquence, le fil était retiré. En même temps, le fileur tournait la roue, il mettait les fuseaux en mouvement et ils tordaient le fil. À la fin du retrait, le chariot s'est arrêté et les broches ont continué à tourner, faisant une torsion supplémentaire. Après cela, le chariot a été ramené aux broches, tous les fils ont été légèrement pliés avec un fil spécial afin qu'ils se mettent en position d'enroulement. Lors de la course de retour du chariot avec une presse ouverte, les fils étaient enroulés autour des broches en raison de la rotation de ces dernières. La presse à tirer Hargreaves a essentiellement remplacé le bras du travailleur. L'ensemble du travail se résumait essentiellement à trois mouvements : faire tourner la roue motrice, déplacer le chariot en ligne droite d'avant en arrière et plier le fil. En d'autres termes, l'homme n'a joué qu'un rôle de moteur, et donc, à l'avenir, il est devenu possible de remplacer le travailleur par d'autres sources d'énergie plus permanentes et plus puissantes. La signification remarquable de l'invention de Hargreaves était qu'elle rendait possible l'entretien de plusieurs broches par un seul ouvrier. Sa toute première machine n'avait que huit broches. Puis il a augmenté leur nombre à 16. Mais même du vivant de Hargreaves, des machines "Jenny" sont apparues avec 80 broches. Ces machines ne pouvaient plus être actionnées par un ouvrier, et elles ont commencé à être reliées à un moteur à eau. En raison de la simplicité de conception et du faible coût, ainsi que de la possibilité d'utiliser un entraînement manuel, "Jenny" s'est généralisé. Dans les années 90 du 20ème siècle, il y avait déjà plus de XNUMX XNUMX rouets "Jenny" en Angleterre. La plupart d'entre eux appartenaient à des tisserands célibataires. Les plus petits d'entre eux faisaient le travail de six ou huit ouvriers. C'était la première machine de l'histoire à être produite en série. La machine Hargreaves a aidé dans une certaine mesure à surmonter la famine tournante et a contribué à une forte augmentation de la production en Angleterre, mais ce n'était toujours pas tout à fait ce qui était nécessaire. Le dispositif d'échappement "Jenny" s'est avéré imparfait. En raison d'un tirage insuffisant, le fil s'est avéré fin, mais faible. Pour une plus grande résistance du tissu, les tisserands devaient ajouter du fil de lin au fil. Une machine plus performante fut bientôt créée par Arkwright. C'était une combinaison du mécanisme d'échappement de White avec l'appareil de torsion et d'enroulement de la roue auto-tournante de Jurgens. De profession, Arkwright était barbier à Bolton, en Angleterre. La plupart de ses clients étaient de petits filateurs et tisserands. Un jour, Arkwright a vu les tisserands parler du fait que le lin était tissé à partir de fils de lin entrecoupés de fils de coton, car la machine Hargreaves n'était pas en mesure de fournir beaucoup de fil et ses fils n'avaient pas une résistance suffisante. Peu de temps après, Arkwright s'est procuré une machine Jenny, l'a étudiée et est devenu convaincu qu'il pouvait en construire une autre qui tournerait plus vite et plus finement. Il s'est mis au travail et, en effet, il a réussi à construire un rouet qui exécutait de manière entièrement automatique tous les processus. Le fileur n'avait qu'à s'assurer que suffisamment de matériau était introduit dans la machine et à relier les fils cassés.
Le travail sur la machine Arkwright s'est déroulé comme suit: la roue motrice faisait tourner les broches avec des dépliants. La mèche, pré-fabriquée à partir de coton, était placée sur des épis, qui étaient placés sur un arbre horizontal au sommet du métier à tisser. Le ruban itinérant de fibres de coton pénétrait dans les rouleaux de tirage situés devant les épis. Dans chaque paire, le rouleau inférieur était en bois, ondulé et le supérieur était recouvert de cuir. Chaque paire de rouleaux suivante tournait plus vite que la précédente. Les rouleaux supérieurs étaient pressés contre les inférieurs par des poids. Le fil allongé est sorti de la dernière paire de rouleaux, est passé à travers les crochets du dépliant et s'est enroulé autour de la broche. Afin d'obtenir le décalage des bobines reposant sur les broches des dépliants, les bobines étaient quelque peu retardées par un cordon passant à travers les rainures des poulies au bas de chaque bobine. En conséquence, des fils d'une telle résistance ont été obtenus qu'il était désormais possible de fabriquer des tissus à partir de pur coton, sans aucun mélange de lin. Dans la machine décrite, le principe de continuité du travail a été pleinement mis en œuvre, on l'a donc appelée une machine à eau. Arkwright s'est avéré être non seulement un inventeur à succès, mais aussi un homme d'affaires intelligent. Dans une communauté de deux marchands, il construisit sa propre filature et, en 1771, il ouvrit une deuxième usine à Cromford, où toutes les machines étaient entraînées par une roue hydraulique. Bientôt, l'usine a atteint la taille d'une grande entreprise. En 1779, elle compte plusieurs milliers de broches et emploie 300 ouvriers. Sans s'arrêter là, Arkwright a fondé plusieurs autres usines dans différentes parties de l'Angleterre. En 1782, il employait déjà 5000 200 ouvriers et son capital était estimé à XNUMX XNUMX livres sterling. Arkwright a continué à travailler sur de nouvelles machines qui mécaniseraient l'ensemble du processus de traitement du fil. En 1775, il obtient un brevet pour plusieurs mécanismes auxiliaires à la fois. Les principaux étaient : une carde, un peigne mobile, une mèche et un dispositif d'alimentation. La carde se composait de trois tambours et servait à peigner le coton. (C'était une amélioration par rapport à la machine de White.) Un peigne mobile a été utilisé en complément de la machine à carder - ils ont retiré le coton peigné des tambours. La machine à mèches transformait le coton peigné en une mèche cylindrique prête à être traitée sur la machine à filer. Le chargeur était une bande mobile qui livrait le coton à la machine à carder pour le traitement. Au cours des années suivantes, la renommée d'Arkwright a été éclipsée par des accusations de vol des inventions d'autres personnes. Un certain nombre de procès ont montré que toutes les machines qu'il a brevetées n'ont pas été inventées par lui. Ainsi, il s'est avéré que la machine à eau tournante a été inventée par l'horloger John Kay, la machine à carder a été inventée par Daniel Born, le dispositif d'alimentation a été inventé par John Lees. En 1785, tous les brevets d'Arkwright ont été révoqués, mais à cette époque, il était déjà devenu l'un des fabricants anglais les plus riches. En 1772, le mécanicien Wood créa une machine dans laquelle le dispositif d'échappement était stationnaire et les broches bougeaient, c'est-à-dire que le processus inverse se produisait par rapport à celui qui se déroulait dans la machine de Hargreaves. Ici, la bande, qui fait l'objet du travail, prend une position passive et la broche (outil de travail) est activée de manière significative. La presse à traction, restant immobile, se ferme et s'ouvre, et les broches non seulement tournent, mais bougent également.
Le dernier point dans la création d'une machine à filer universelle a été posé par le tisserand Samuel Crompton, qui a créé les soi-disant mules. Il combinait les principes de la "Jenny" et de la machine à eau d'Arkwright.
Au lieu de la presse Hargreaves, Crompton a utilisé des rouleaux de tirage. De plus, un chariot a été introduit qui se déplaçait d'avant en arrière. Des broches ont été placées sur le chariot. Lorsque le chariot avec les broches s'est éloigné des rouleaux, les broches se sont encore plus retirées et ont tordu le fil. Lorsque le chariot s'est approché des rouleaux, le fil s'est tordu et s'est enroulé autour de la broche. Alors que la machine à eau produisait du fil solide mais grossier et que la Jenny produisait du fil fin mais faible, les mules de Crompton produisaient du fil solide mais fin. Auteur : Ryzhov K.V.
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