Препятствия, созданные патентом Пикара, сыграли и некоторую положительную роль, заставив мысль всячески изощряться, чтобы преодолеть их. Уатт пытался это сделать с чисто механической стороны. Болтон тоже не терял времени. Вероятно, он гораздо больше Уатта досадовал на постигшую их неудачу. Будущее машины, которой он думал снабжать весь мир, закрывалось перед ним. Голова его упорно работала: нельзя ли все-таки как-нибудь обойти Пикара. Сам он ничего не мог придумать, но он припоминал и перебирал в своем уме все, что он когда-либо слышал от Уатта. Ведь тот высказывал иногда замечательные вещи как-будто только для того, чтобы потом их забыть. И Болтон, действительно, припомнил.
Когда они хлопотали в 1775 году о продлении патента, то Уатт в своем заявлении оговаривал случай применения давления пара поочередно с каждой стороны поршня и даже составил чертеж, но затем эта идея заглохла. Вот ее то и надо было сейчас пустить в ход. Опять Болтону принадлежала инициатива практического осуществления одной из мыслей, давно уже оброненных Уаттом.
«Если сделать машину, — писал Болтон Уатту в апреле 1781 года, — по вашему проекту и чертежу, составленным вами несколько лет тому назад, т. е. работающую вниз и вверх, то, может быть, вам удалось бы таким путем совершенно повернуть кривошип вокруг оси, и тогда мы были бы спокойны, так как нельзя сделать обыкновенную машину, чтобы она работала вверх и вниз».
Мы не знаем, как отнесся тогда Уатт к этому напоминанию, но очень вероятно, что он не придал сразу большого значения ему. Лишь через несколько месяцев мы встречаем в его переписке ясно поставленную задачу и способ ее разрешения.
«Относительно машины двойного действия: если поместить на внутреннем (т. е. обращенном к цилиндру. — М. Л.) конце балансира груз, равный половине нагрузки, и заставить машину поднимать его при обратном ходе поршня, сделав вакуум над поршнем, и если вместо цепи применить зубчатую рейку, то цилиндр данных размеров может работать на ту же самую глубину с половинным количеством пара. Я думаю, что машина будет работать очень мягко».
Он запатентовал это изобретение в марте 1 782 года (спецификация написана в июле). Это один из самых замечательных его патентов.
Главная трудность при применении этого изобретения возникла в устройстве передачи. Соединение штока поршня с коромыслом посредством цепи, очевидно, не годилось при рабочем движении в обоих направлениях. Первоначально Уатт применил сцепление зубчатого штока поршня с зубчатой дугой на конце коромысла. Приспособление это было не ново и нельзя было сказать, чтобы особенно удачно. Экспериментальная машина, «машина вверх и вниз», как называл ее Уатт, чуть ли не каждый день ломала зубцы на рейке или на коромысле, но Уатт был все же очень доволен.
«31 марта 1783 года. Приехал домой (в Сохо) и пошел посмотреть, как работает «машина вверх и вниз»; она сломала несколько зубьев в рейке, но работает хорошо», — такова запись в его дневнике.
«Машина работает так мощно, — не без удовольствия писал Уатт французскому ученому Делюку, — что несколько раз выламывала все сцепления».
В том же роде писал он и Смитону.
Еще больше был доволен Болтон. По его настоянию в Сохо была установлена большая машина, уже почти промышленного масштаба, с диаметром цилиндра 18 дюймов, в которой были применены все последние усовершенствования. Машина была значительно быстроходнее всех предыдущих: она делала до 60 оборотов в минуту, зато и ход поршня был значительно короче — 18 дюймов. Она вращала мельничный жернов 4½ футов диаметром.
Наконец-то Болтон увидел первую паровую мукомольную мельницу, о которой он так мечтал!
«Машина идет лучше, чем когда-либо, но сжигает слишком много угля», — записал Уатт.
Первой машиной двойного действия, выпущенной на рынок, была ротативная машина для маслобойни Коте и Джаррет в Гулле. Она была построена в 1784 году. Она замечательна еще в одном отношении.
На одном из чертежей ее общего вида, карандашом рт руки легким штрихом, проведено несколько прямых линий, идущих от конца коромысла, с которым сцепляется конец поршня. Эти три-четыре небрежно проведенные линии, поверх аккуратно вычерченных зубчиков рейки штока и зубчатой дуги на конце коромысла, являются первым наброском приложения на практике одного из остроумнейших изобретений Уатта.
Необычайный грохот, производимый машиной, и то и дело выламывающиеся из рейки и коромысла зубья ежедневно и ежечасно убеждали Уатта, сколь далека от совершенства эта конструкция. Но довольно долго он не мог придумать, чем бы можно было ее заменить. Задача, действительно, была нелегка: надо было соединить строго прямолинейное движение конца штока поршня с дуговыми движениями конца балансира. Непосредственно соединить их было, очевидно, невозможно. Устроить двухшарнирное соединение штока с шатуном, а этого последнего с концом балансира было технически почти невыполнимо, ведь для этого нужно было установить длинные прямые направляющие, а единственно возможным в то время способом точной обработки больших плоскостей была обработка вручную зубилом и пилой. Можно себе представить, какая это была дорогая и кропотливая работа. Последняя комбинация, таким образом, отпадала сама собой. Уровень производственной техники здесь, как и во многих других случаях, тяжело подавлял размах воображения конструктора-механика.
Общая руководящая мысль, на которой в конце-концов остановился Уатт, заключалась в том, чтобы осуществить соединение при помощи системы рычагов, вращающихся вокруг осей. Из нескольких предложенных и запатентованных Уаттом комбинаций самая простая оказалась наиболее удачной.
Этот механизм требует некоторых пояснений.
Представим себе два стрежня ОА и O1B, лежащие в одной плоскости и вращающиеся вокруг осей точек О и O1. При таком вращении их концы А и В будут описывать дуги, обращенные выпуклостями друг к другу.
Если соединить их свободные концы стержнем AB, то на этом стержне будет некоторая точка С, которая при этом движении стержней будет двигаться по прямой[6]. Если считать, что ОА—плечо балансира машины, a O1B вспомогательный рычаг, «регулирующий радиус», как его называл Уатт, то можно конец штока поршня присоединить на шарнире в этой точке С, и в то время, как конец балансира будет описывать дугу, шток поршня будет двигаться прямолинейно.)
«Уклонение от прямой линии, — определял Уатт в своем патенте от 24 августа 1784 года свой механизм, — движущегося конца одного из этих стержней компенсируется подобным же уклонением, но в обратном направлении конца другого стержня».
«Так как выпуклости дуг, описываемые концами балансира и регулирующего радиуса (вспомогательный рычаг), лежат в противоположных направлениях, то на соединяющем их стержне имеется точка, которая имеет очень мало заметные уклонения от прямой линии». Так описывал Уатт свое приспособление Болтону.
Схема параллелограма Уатта.
В общих чертах эта комбинация возникла у Уатта, может быть, уже в конце 1783 года. Через несколько месяцев она выкристаллизовалась совершенно отчетливо.
«Я, кажется, убил нового зайца, «меня осенила идея о новом способе придать штоку поршня перпендикулярное движение вверх и вниз, прикрепив его только к куску железа на балансире без всяких цепей или препендикулярно направляющих, без всякого трения, без дуг на коромысле и всяких прочих неуклюжих вещей, и это приспособление полностью соответствует всем ожиданиям… Оно годится и для двойных машин и для простых. Я пока попробовал его только на небольшой модели, поэтому не могу сделать окончательных выводов, но я думаю, что весьма вероятно, что эта вещь удастся. Это одно из самых остроумных простых механических приспособлений, которые я когда-либо придумал, но я прошу вас ничего об этом не говорить, пока я не подам спецификацию».
