Братья Черепановы.

Всероссийский конкурс исследовательских работ школьников «Наука в лицах»

Исследовательская работа:

“Братья Черепановы”

Подготовила: ученица 9А класса

МБОУ-СОШ №9 им. А. Г. Карлова

Шоя Яна

Научный руководитель: учитель физики

Гладкова Светлана Алексеевна

2024г

Кто такие Черепановы?

Ефи́м Алексе́евич и Миро́н Ефи́мович Черепа́новы (отец Ефим (1774—1842) и сын Мирон (1803—1849), иногда ошибочно упоминаемые как «братья Черепановы») — русские промышленные инженеры-изобретатели. Известны тем, что построили первый паровоз и железную дорогу в России. Были родом из крепостных рабочих Демидовых — знаменитой династии владельцев уральских заводов.

Ефим Алексеевич Черепанов Мирон Ефимович Черепанов

Жизнь инженеров-изобретателей

Черепановы происходили из крепостных крестьян, приписанных к Выйскому заводу Демидовых. Ещё молодым человеком Ефим в 1790-х годах был принят на работу на должность «мехового мастера» (специалист по воздухозаборным устройствам, которые играли важную роль в ранней металлургии). В 1801 году Ефим женился, через два года у него родился сын Мирон. В 1807 году Ефим стал «плотинным мастером» Выйского завода (специалист по гидротехническим сооружениям и водяным двигателям). В 1798—1801 годах Ефим Черепанов в составе группы тагильских мастеров был командирован на новый Линдоловский завод в Выборге. В 1812 году на Нижне-Туринском заводе Ефим Алексеевич построил листокатальные станы, в 1815 году на Меднорудянском руднике — металлическую водоподъёмную машину на конной тяге.

В 1815 году Мирон в возрасте 10 лет «по причине высокой грамотности» был принят на работу писцом в контору Выйского завода. В 1819—1820 годы Черепановы организовали Выйское механическое заведение, оснащённое токарными, слесарными, сверлильными, винторезными и универсальными станками, где разрабатывали и создавали различные механизмы.

С 1822 года вплоть до своей смерти в 1842 году Ефим был главным механиком всех заводов в Нижнем Тагиле. Сын Мирон был его учеником и в 1819 году был назначен его заместителем по строительной части, в 1825 году — плотинным мастером, в конечном счёте заменив отца после его смерти. Сын пережил отца всего на 7 лет и умер в 1849 году.

Паровые двигатели

Черепановы являлись специалистами широкого профиля. Они отлично разбирались в самых разных отраслях горнозаводского производства. Но приоритетом в своей деятельности считали внедрение паровых машин, более удобных и прогрессивных, взамен старым заводским водяным двигателям. Свою первую паровую машину Ефим Черепанов построил в 1820 году, за год до своей поездки в Англию, где такие машины уже повсеместно использовались. Целью этой поездки было поручение Демидовых выяснить причину падения сбыта уральского железа. Ефим Черепанов пришёл к выводу, что такой причиной является техническая отсталость уральских заводов. Поэтому, вернувшись из Англии, он намечает обширную программу усовершенствований в области технического оснащения заводов и рудников Нижнетагильского округа.

В 1822 г. вскоре по возвращении из Англии Ефим Черепанов поднял вопрос о постройке парового двигателя, на этот раз мощностью в 4 л.с. Демидов долго не верил в возможность успешного осуществления этого замысла, считая, что «домашнему механику» не справиться со сложной задачей постройки паровой машины. Но всё же Демидов разрешил Черепанову составить смету и делать модели для небольшого двигателя, постройка которого обошлась бы в сумму, не превышающую 2 тыс. рублей.

Черепанов предназначал машину в первую очередь для сверления цилиндров насосов. А во вторую очередь Черепанов предлагал использовать паровую машину «и на подъёме руды или из некоторых шахт воды, разумеется, в таком случае, где она может быть полезнее и где по действию своему удобнее окажется».

Черепанов подчеркивал в том же письме ненадёжность водяных двигателей. Он сообщал, что уже изготовляет модели для новой паровой машины, а для «тончайших правил вычисления» привлёк одного из знающих старших воспитанников Выйского училища.

Машина была закончена к весне 1824 г. Она была целиком построена из местных материалов и обошлась, как сообщал Черепанов в письме от 6 февраля 1825 г., очень дёшево.

«Главноуправляющие заводской конторой» с самого начала неодобрительно относились к идее введения силы пара. Они не доверяли двигателю нового типа, предпочитая традиционные водяные колёса. По их предписанию Черепанову пришлось ограничиться применением своей паровой машины на мукомольной мельнице. В 1825 г. «господа правящие» вынуждены были сообщить хозяину, что «паровая машина действует довольно успешно и в каждые сутки на обоих поставах может перемолоть не менее 90 пудов ржи». Через некоторое время паровая машина была «отставлена» и от работы на мельнице. Лишь несколько лет спустя, в 1831 г., в результате энергичных настояний Черепанова машина была передана в Выйское механическое заведение.

В ходатайстве о награждении Черепанова осенью 1832 г. указывалось, что машина «с отменной пользой приспособлена к токарным станкам». В заведении машина оставалась до 1839 г., а затем была передана на один из платиновых приисков. Долгий срок работы машины свидетельствовал о её превосходном качестве.

В то, время как главные приказчики считали излишней затеей даже скромный опыт применения маленького парового двигателя, Черепанов рассматривал эту машину лишь в качестве предшественницы будущих мощных (по масштабам тех лет) паровых двигателей.

Универсальный характер проектируемых им паровых двигателей Черепанов ясно подчеркивал в письме от 31 июня 1824 г. В ответ на запрос Демидова: «к какому производству таковая машина может быть способна по моим заводам» — изобретатель писал: «….Оную к каждому действию можно пристроить».

Создание первого паровоза

Если вплотную подходить к вопросу создания главного детища Черепановых-первого паровоза, то можно встретить ошибочные представления и даже заблуждения. Ефим и Мирон Черепановы не изобрели паровоз, они впервые построили его в России, в 1834 году. Приоритет изобретения паровоза остаётся за англичанами. Первый в мире паровоз был построен в 1803 году английским горным инженером Ричардом Треветиком. Однако его стальное чудовище, катающееся по стальным же рельсам, больше распугивало народ, нежели приносило ему пользу. Поэтому понадобилось более двадцати лет, чтобы паровоз стал действительно той машиной, которая двигает не только вагоны, но и технический прогресс.

Мирон Черепанов, являясь первым помощником, не отставал от отца. Более того, его мысли шли дальше использования статичных паровых двигателей. Он вынашивал идею парового сухопутного транспорта, так называемого «пароходного дилижанса», способного перевозить не только грузы на расстояние, но и пассажиров. Эта идея получила визуальное подтверждение в 1833 году в Англии, когда Мирон имел счастье видеть «сухопутные пароходы» в реальном их воплощении. Надо сказать, что такая встреча была, чуть ли не случайной, потому что целью поездки Мирона Черепанова в Англию было изучение различных отраслей металлургического производства и горнодобывающей промышленности. Рельсовый транспорт с паровой тягой не был предусмотрен планом его стажировки. Да и сами англичане не спешили раскрывать секреты всех своих технических новинок. Как устроена эта машина изнутри, уральский мастер прекрасно знал и без англичан. Долгожданное свидание Мирона с паровозом состоялось, и ему было достаточно лишь видеть его образ, чтобы вдохновиться им и воплотить его в реальность на родной земле.

Если сравнить английский паровоз с паровозом Черепановым, то последний будет выигрывать по своим характеристикам. Английский паровоз не имел функции реверса, то есть, заднего хода - он разворачивался и обратно ехал передом. Черепановский паровоз мог двигаться задом!

Вес первого русского паровоза составлял 150 пудов (2,4 тонны), что также было выигрышным в сравнении с тяжёловесными английскими паровозами, передвигающимся по более узкой колее (1435 мм).

Рельсовая дорога, построенная Черепановыми для испытания своего паровоза, была шире английской (1645мм), что обеспечивало большую устойчивость на ней локомотивов и составов.

Макет первого паровоза Черепановых

Всё выше сказанное в то время являлось большим техническим достижением в развитии железнодорожного транспорта и подтверждает тот факт, что Черепановы, будучи первоклассными механиками, прекрасно разбирающимися в устройстве паровых двигателей, совершенно самостоятельно подошли к созданию своего паровоза.

Россия, благодаря Черепановым, стала первой страной в мире, построившей свой собственный национальный паровоз, без непосредственного участия английских специалистов.

В этом и заключается значимость деятельности Ефима и Мирона Черепановых, своим самоотверженным трудом и природным гением показавших высокий уровень русской технической мысли.

Рельсовая чугунная дорога Черепановых

Испытания паровоза, который в ходе постройки подвергался улучшениям, состоялись в первой половине февраля 1834 г. Вскоре, однако, произошёл взрыв паровозного котла, к счастью, не повлёкший человеческих жертв. К началу сентября 1834 г. были проложены по Выйскому полю от здания Выйского завода первые 400 сажен (854 м) черепановской дороги. Эта короткая линия имела прежде всего опытное назначение. К паровозу прицеплялся «фургон» (тендер) и «приличная повозка для всякой поклажи или для пассажиров, в числе 40 человек». Рабочие и местные жители с удовольствием катались по праздникам в повозке, прицепленной к паровозу

Сохранившийся «План чугунной дороги для парохода, устроенного при Нижне-Тагильских заводах» от 22 марта 1835 г. даёт отчетливое представление о верхнем строении пути этого первого участка дороги. На ней применялись чугунные рельсы грибовидного профиля.

Рельсы имели более 2 м в длину и укреплялись впритык в солидных чугунных подставках. Эти «подушки» (как их тогда называли) в свою очередь были укреплены на деревянных шпалах, число которых строго соответствовало количеству стыков. Рельсы отливались на Выйском заводе.

То, что Черепановым пришлось применять чугунные рельсы, было существенным недостатком их дороги. Чугунные рельсы уступали железным по прочности и долговечности.

Применение Черепановыми чугуна, а не железа, в качестве материала для рельсов было вынужденным. Заводское начальство и без того считало «затею» Черепановых слишком расточительной. А железо в России было значительно дороже чугуна, да к тому же нужно было устраивать специальные рельсопрокатные станы для одной небольшой заводской дороги.

Ширина колеи дороги — 1645 мм — была самостоятельным решением Черепановых. Она ничего общего не имела ни со «стефенсоновской» колеёй в Англии (1435 мм), ни с шириной колеи некоторых других английских и ирландских дорог.

Учитывая, что русские конные рельсовые дороги имели значительно более узкую колею (дорога Александровского завода — 0,8 м, дорога П.К. Фролова 1810 г. — приблизительно 1 м), следует считать «чугунку» Черепановых первой русской дорогой с широкой колеей.

Судьба инженерных открытий

Труд уральских мастеров был высоко оценен: Ефим Алексеевич был награжден серебряной медалью на Анненской ленте и получил вольную грамоту. Мирон Ефимович стал свободным через 3 года. Но у самого паровоза была не столь счастливая участь. Нижнетагильская железная дорога проработала менее пяти лет. Большой удар отечественному паровозостроению нанес тот факт, что по открывшейся осенью 1837 г. Царскосельской железной дороге, перевозки осуществляли английские и бельгийские паровозы. Причины этого были как субъективного, так и объективного характера. К первым можно отнести конкурентное противостояние со стороны гужевых перевозчиков, вторые же были связаны с определенными проблемами в конструкции первых отечественных паровозов. Несмотря на то, что Черепановым удалось внедрить целый ряд технических новшеств, в частности, увеличить мощность котла и разработать устройство для реверсивного движения, без кругового разворота поезда, оставалась одна очень важная проблема. Они использовали в качестве топлива огромное количество дров (на английских паровозах Стивенсона – каменный уголь), что скоро привело к проблемам с их заготовкой и подвозом. В конечном итоге, отечественное паровозостроение сдало свои позиции на несколько десятилетий и возрождаться только в 70-е годы XIX века.

Источники информации, используемые при работе:

rusdarpa.ru

ru.wikipedia.org

museum- nt.ru