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在阿克莱特之后,克隆普顿综合珍妮机和水力机的长处,发明“骡机”
(又称走锭精纺机)纺出的纱又细又结实,把纺纱技术又向前推进了一步。这种机器的名字,可是远不如“珍妮机”那么温馨浪漫了。人们只是觉得这机器不仅能干还永远不知劳累,好比骡子一般有用不完的劲儿,就实事求是地给了它这么个粗笨的名字。
纺纱机的改进使棉纱生产量迅速增加,而手工织布技术就显得落后了。
1785 年,有个名叫卡特赖特的牧师,别看他身任教职,俨然庄严神圣,可脑子里琢磨的却不是那些空洞玄奥的神学问题,而是如何在今生今世造福世人,同时也造福自己的具体计划。他本人并无任何生产技能,却擅长组织管理。他让几个木工和铁匠组成技术攻关小组,在很短的时间之内就研制出“动力织布机”,提高工效约40 倍,然后,他又于1791 年建立起第一座织布工厂,在他的工厂里,一个童工一天织出的布匹就相当于手工织机一周的织布量。他本人因此而致巨富,当地工人也因他而获得就业机会和丰厚的工资收入。
在纺纱和织布实现机械化的同时,纺织业的其他工序,如净棉、弹棉、漂白、染整等行业也相继发生技术变革。随后,毛、麻、丝纺织工业也实现了机械化。
在早些时候,工厂的发展受到地域和气候条件的限制。纺织工业所需的动力除人力以外,就是水力,工厂必须建在河流沿岸,而且还必须是流水落差较大的地方,这就需要一种新式的动力机械。瓦特发明的蒸汽机满足了这种需要。
詹姆斯·瓦特(1736~1819 年)出生于造船工业中心格拉斯哥附近的格林诺克,父亲是造船木工,祖父和叔父都是机械工人,他从小受到家庭环境的熏陶,熟悉一些机械制造知识。他虽没有受过系统的学校教育,但因勤奋好学,又爱钻研,为作一个发明家打下了基础。他曾在一家钟表店当学徒,后来又到格拉斯哥大学作仪器修理工。接触过许多机器和仪表。在17 世纪,欧洲已出现好几种利用蒸汽的机械,其中就有英国人萨维利1698 年制造的蒸汽水泵和苏格兰铁匠纽康门1705 年制造的蒸汽水泵。可见,瓦特发明蒸汽机并非像某些儿童故事书上所说,是受蒸汽吹开茶壶盖的启发,而是在研究前人制造的蒸汽机基础上,又进行创造性劳动的结果。
1769 年,瓦特发明单动式蒸汽机,并取得专利。以后,瓦特与企业家博尔顿合作,继续改进他的设计,于1782 年发明复动式蒸汽机,它通过传动装置带动别的机器作旋转运动,因此可作为各种机器的动力。这种蒸汽机的耗煤量由纽康门蒸汽机每马力的25 公斤降至4.3 公斤,极大地提高了热效率。瓦特蒸汽机是科学技术史上划时代的成就。它完满地解决了各种机器的动力问题,使工厂摆脱了对水能的依赖,可以建在原料、燃料、动力资源、交通和市场条件较好的地区,特别是能产生聚集经济效益的城市地区。蒸汽机促进了机器的发明和运用及工厂制的产生,是实现工业革命必不可少的条件。1775~1800 年,瓦特和博尔顿合办的索霍工厂成批地制造蒸汽机。在几十年的时间里,蒸汽机被广泛地安装在纺织厂和其他工厂里,并作为船舶、火车、农业机械和其他机器的动力,蒸汽机成为工业革命的标志,人们称从18 世纪末以后的100 年为“蒸汽时代”。
钢铁工业的技术变革在工业革命中也有举足轻重的地位。制造机器需要大量金属,主要是钢铁。在17 世纪以前,炼铁要用木炭作燃料,由于对铁的需求量日益增大,英国的森林资源都要被砍伐光了。必须发明一种能代替木炭的新燃料,冶铁业才能继续发展。1709 年,亚伯拉罕·达比发明了用煤炼成焦炭作燃料炼铁的方法,这真是一项了不起的进步。但最初用焦炭炼出的铁含硫磺等杂质太多,质地很脆。1735 年,他的儿子采用水力鼓风机向高炉送风,提高炉温,较好地清除了硫磺和其他杂质。这样经过达比本人和他的子孙一次又一次的改进,终于完善了焦炭炼铁法,制造出了质量好的生铁。这为冶铁业的大发展开辟了广阔前景。
在熟铁和钢的生产方面也取得多项技术进步。1784 年,工程师亨利·科特发明“搅炼法”和“辗压法”。搅炼法是在炼铁时,不断搅拌熔化的铁水,以烧掉其中的部分碳素,制造成熟铁。所谓辗压法就是用辗压机代替铁锤锻压熟铁,生产出钢。1785 年,英国在谢菲尔德建成了第一座近代化炼钢厂,熔炉的产量比过去扩大了50 倍,近代钢铁工业由此快速发展起来。优质而廉价的钢铁为在机器制造中用钢铁取代木料和石料创造了条件。
工业发展要求改善交通运输条件。交通运输业的技术变革包括开凿运河、疏浚河道、改良公路、兴建铁路、实现交通工具的机械化等几个方面。运河的开凿首先是适应运输煤炭等笨重物品的需要而开始的。为了把煤炭运到曼彻斯特,煤矿主兼大地主布里奇沃特公爵于1759 年开凿了从华斯里到曼彻斯特的运河,这是英国第一条近代运河。运河通航后,曼彻斯特的煤价下降了一半,不久英国就掀起开挖运河的热潮。到1830 年,仅英格兰地区就有运河2500 英里。此外,还疏浚了许多河道,把运河、天然河流和海上运输连接起来,形成水上运输网。水运的机械化是由汽船的发明开始的。威廉·赛明顿于1788 年制造出船用蒸汽机,1802 年,他建造的第一艘汽船试航成功。说来好笑,这次试航还曾引出一段故事:当时的船只都是用木料制造的,最忌讳的就是船上着火,因为四面皆水,一旦着火,船上的人无法逃生,只能与船同归于尽。这次赛明顿的汽船刚在河上出现,人们远远看见船上冒着浓烟,浓烟里还夹着火星,不知这是船用蒸汽机在工作,还以为是船上失火了,于是争先恐后划船过去营救遇难者,连皇家水上消防队都出动了,用人力压水筒一个劲儿地往汽轮上浇水。那些正为试航成功而兴奋的工程师和水手都被浇成了落汤鸡,回家后着着实实感冒了好几天。
最初的汽船推进装置是一种明轮,明轮船缺点很多,行进时产生很大的波涛,速度也不快,后来人们发明了螺旋桨,用以代替明轮,使推进装置获得根本改进。再后来人们用铁和钢来制造船体,使造船技术日臻完善。1819年,第一艘汽船横渡大西洋成功。1840 年,英国建立轮船航运公司。
18 世纪中叶以前,英国公路状况很糟。雨天,公路变成烂泥坑;晴天,凹凸不平的泥路面又坚硬如石,颠簸不堪。无论是雨天还是晴天,车辆通行都很困难。18 世纪下半叶和19 世纪初,麦特卡夫·特尔福德和麦克达姆等人发明了新的筑路技术,他们采用石块铺路基,上面再铺以碎石和沙砾,并使路面成弧形,中间略高,避免积水,而且在路两边开沟,便于排水。这样建成的公路差不多就是全天候的,不管白天黑夜,晴天雨天都能通行。这就大大缩短了公路运输所需的时间。例如,过去从爱丁堡到伦敦,马车在路上需要走14 天,在新公路上乘快速马车仅需40 小时。
交通运输革命中影响最大的是火车的发明和铁路的兴建。在此以前,人们早就知道使用木轨,车子在轨道行驶要省劲多了。18 世纪60 年代起,由于焦炭炼铁法的推广,铁产量增加,开始用铁轨取代木轨。但是早期的铁轨是生铁铸造的,很容易断裂,而且车辆要靠人力和兽力牵引。这样的轨道还不是现代意义的铁路。那时,一些有科学头脑的人已开始琢磨用机器牵引替代人力、兽力的办法,当时已有的动力机就是蒸汽机。1804 年,曾经发明高压蒸汽机的特里维西克发明了火车头,并牵引5 节车厢行驶了10 英里。但这种火车头速度很慢,容易脱轨,爱出毛病。后来,斯蒂芬逊在总结前人成就的基础上,制造出了适用的火车。
乔治·斯蒂芬逊1781 年出生于诺森伯兰一个煤矿工人家庭,因家境贫寒,无钱上学,8 岁时就给人家当放牛娃,14 岁就跟父亲到煤矿做工。他曾担任擦洗蒸汽抽水机的工作,给机器加油,后来又当机器保管员,因此熟悉了很多机器。他是一个喜欢学习和独立思考的人,一有空就琢磨机器的构造,并用泥土做机器的模型。他还抓住一点一滴的时间自学文化,晚上去夜校上课,掌握科学知识,探讨蒸汽机的奥秘。他密切