Методом проб и ошибок. О трудах русского ученого Ивана Тиме

Политолог, публицист Александр Механик – о жизни русского ученого Ивана Тиме.

Обработка различных материалов резанием на станках типа токарных, фрезерных, строгальных — одна из старейших технологий, изобретенных человечеством. Однако вплоть до второй половины XIX века она развивалась методом проб и ошибок без серьезной теоретической основы. В условиях резкого роста разнообразия станков и сфер их применения стало ясно, что дальнейшее развитие этой технологии без соответствующей научной базы — науки о резании металлов — невозможно. Выдающуюся роль в становлении этой науки сыграли труды русского ученого Ивана Тиме.

Выпускник Горного

Иван Августович Тиме родился 23 июля 1838 года в Златоусте. Его отец Август Иванович, доктор медицины, был медицинским инспектором Уральских военных и частных заводов. Проживая на Златоустовском заводе, Иван Августович уже в юные годы ознакомился с выплавкой чугуна, с получением железа и выделкой оружия.

В 1851 году он уезжает учиться в Петербург, в Институт корпуса горных инженеров (впоследствии Горный институт).
После окончания института Тиме работал на Екатеринбургской механической фабрике, строил золотопромывальную фабрику в Березовском заводе и пудлингово-сварочную — в Нижнеисетском. Был главным механиком Уральских заводов и Екатеринбургского горного округа. В 1864‒1867 годах его командировали за границу для изучения горного дела и горной механики.

А в 1867 году Иван Августович получил задание от Горного департамента составить проект парового молота для Луганского завода и спроектировать все машины и механизмы для строившегося в то время в Донецком бассейне первого чугуноплавильного завода на минеральном топливе.

Новый завод строился в Лисичанске, у самого каменноугольного рудника, на берегу Донца. Все машины для него были построены на Луганском заводе под личным руководством Тиме и при его же участии привезены, установлены и пущены в ход.

Иваном Августовичем были здесь построены также балансирная воздуходувная машина мощностью 120 л. с. для доменной печи и к ней пять паровых котлов; водопровод с тремя паровыми насосами, поднимающий воду из Донца в бассейн шахты на высоту более 100 метров, углеподъемная машина, две штанговые водоотливные машины.

Сопротивление резанию

Именно в мастерских Луганского литейного завода Иван Августович проводит свои классические исследования процесса образования стружки. Результаты исследований, впоследствии получившие всемирное признание, были опубликованы в «Горном журнале» в 1870 году под названием «Сопротивление металлов и дерева резанию». Советом Горного института этот труд Ивана Августовича был допущен как диссертация на звание профессора. Работа «Сопротивление металлов и дерева резанью. Теория резанья и приложение ее к машинам орудия» со временем была опубликована на французском (1877) и немецком (1892) языках.

Во вводной части этой работы Тиме дает классификацию сопротивления материалов разрушению (сопротивление разрыву, сопротивление скалыванию, сопротивление скручиванию).

Тиме рассматривает сопротивление резанию как особый случай сопротивления материалов деформациям и доказывает, что процесс резания является последовательным скалыванием отдельных элементов металла. Он же впервые высказал мысль о единстве законов резания при всех видах обработки металлов резанием. Впервые в науку о резании металлов Тиме ввел понятие об угле скалывания. Им же установлено распространение деформации срезаемого слоя металла, явление усадки стружки, направление схода стружки и т. д. В этой работе Тиме впервые дал классификацию стружки (скалывания и надлома) и показал влияние свойств материала и условий резания на ее форму. Он впервые ввел в научный оборот понятия «усадка стружки», «скорость резания» и отметил, что для каждого материала есть свое самое выгодное значение скорости. Он же указал на то, что скорость резца влияет на тепловые явления при резании.

Следует также отметить, что Иван Августович Тиме впервые вывел приближенное уравнение для усилия резания (без учета сил трения). Таким образом, Тиме впервые исследовал ряд важнейших вопросов и сформулировал основные законы резания металлов.

В работе «Мемуары о строгании металлов» Тиме подвергает критике работу известного французского специалиста в области теории пластичности металлов Анри Эдуарда Треска, в которой усадка стружка объяснялась не сдвигом, а пластическим течением и сжатием срезаемого слоя. Тиме же показал, что главная причина усадки стружки — относительное перемещение частиц, а не сжатие металла, а в процессе резания образуется два вида стружки: скалывания при обработке стали и надлома при обработке хрупких материалов — чугуна, бронзы, цинка.

О большом значении работ Тиме говорит тот факт, что на приведенные в них экспериментальные данные и выводы сразу же начали ссылаться его современники, ученые-резальщики из разных стран, используя их в своих теоретических построениях. Выводы, сделанные Тиме еще в 70-е годы ХІХ столетия дополняются, но остаются востребованными.

Почти все области техники

В 1874 году Тиме издает «Справочную книгу для горных инженеров и техников по горной части», ставшую настольной книгой каждого горного инженера и техника. Это сочинение представляет собой конспект курса по горнозаводской механике, который Иван Августович читал в Горном институте.

Работы Тиме, относящиеся к металлургии, как и почти все его труды по другим вопросам, были оригинальными, созданными в результате личной научной и практической деятельности. Ни в русской, ни в зарубежной технической литературе того времени подобных работ не было.

В 1885 году, тщательно изучив опыт работы машиностроительных заводов, он издает трехтомный труд «Основы машиностроения», детально рассмотрев весь комплекс вопросов по изготовлению машин: технологию и оборудование механообработки, литейное, кузнечное производство, их экономику и организацию. Это был первый в стране труд по технологии и организации машиностроения, который долгое время служил основным руководством при проектировании машиностроительных заводов

В этом же году Иван Августович выполнял работу для специальной комиссии по проектированию нефтепровода от Баку до Батума и написал статью «Бесшумное нефтяное отопление — привилегия Тентелева». В этой статье описывались результаты испытания первой русской форсунки, в которой пульверизация нефти производилась механическим способом. Значение этой работы состоит в том, что впервые в технической литературе появились расчеты форсунок. Подобных расчетов не было даже в специальных курсах по нефтяному делу и котлам.

А в 1887 году Тиме издает капитальное сочинение в двух томах «Практический курс паровых машин».

В 1896, 1898, 1902 и 1904 годах Тиме по предписанию Горного департамента выезжал на Кавказские минеральные воды для «исследования, — как об этом писал он сам, — источников пресной воды, определения расхода воды в р. Подкумке и ознакомился со всеми гидротехническими и иными механическими сооружениями на этих водах».

Гидравлике как науке Тиме придавал исключительно важное значение, так как считал гидравлические источники силы неисчерпаемыми.

Иван Августович провел тщательные и глубокие опыты над железопрокатными станами с маховыми колесами. Он предложил простой и остроумный метод определения мощности, поглощаемой станом при прокатке в железопрокатных машинах с маховым колесом, а также разработал формулу для определения этой мощности.

Завершающим этапом развития теории железопрокатных станов Тиме явилось его классическое исследование по прокатке стальных рельс, опубликованное в 1883 году в виде отдельной книги «Индикаторные опыты над прокатной стальных рельсов на Путиловском заводе».

Иван Тиме состоял почетным членом Московского политехнического общества при Московском высшем техническом училище и членом Общества штейгеров Юга России.

В 1908 году в честь 50-летнего юбилея его инженерной, научно-технической и педагогической деятельности на Монетном дворе была отчеканена золотая медаль, на лицевой стороне которой был изображен барельефный портрет Тиме, а на обороте — турбина и центробежный регулятор.

Иван Августович Тиме умер в 1920 году в глубокой старости. Он оставил после себя свыше 800 печатных листов научных трудов почти во всех областях техники.

Печать