世界近代后期科技史-第19章
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在一个平面上切削。1825年，他们制造出一台原始的刨床，刨刀是通过链条
借助人力做切削运动的。1839年，英国一位叫霍特玛的技师对刨床作了重要
改进，他以蒸汽机为动力推动刨刀往复运动，这一发明使刨床与车床都成为
当时的主要工作母机。
在刨床的基础上，又发展出使刀具上下运动的插床和专打异形孔的拉
床。
在金属上打孔的钻床也在这一时期发明了。
1864年，为了加工经淬火后变得极硬的工件，有人将砂轮装在小车床的
刀架上，加上纵向给进和返回装置，便研制成一种外圆磨床。1867年，布朗
发明了研磨内孔的万能磨床。这种磨床是将工件固定在转盘和尾座之间的工
作台上，工作台做左右移动，砂轮轴与工作台作垂直移动并完成研磨。工作
台的导轨面结构还注意到防止砂粒和切削物落入。一般认为这是第一台真正
的磨床。
自动车床的诞生是和六角车床的研制分不开的。所谓6角车床是在车床
上装有8把切削刀具的的转台，依靠转台的转动使车刀轮流进入切削位置工
作的。
1845年，史蒂芬·费奇（美国）同时制成垂直式和水平式6角车床各一
台。此后，六角机床不断得到改进，转台的动作逐步实现了自动换刀的进给
运动，终于发展成自动机床。50年代，美国的机床设计师斯潘塞设计了一种
生产螺丝的自动车床，这台车床上有一个带有凸体的圆筒，刀具和转塔的运
动靠凸体调节，将工件加工成螺丝，人们称之为“智能滚筒”。1861年，他
又设计了一种可以自动装卸工件的机床。在90年代，自动车床取得了更大进
展。
（3）农业机械
19世纪后，资本主义方式开始改变了农业长期缓慢发展的局面，在欧美
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兴起的农业资本主义从各个方面改造了传统的小农经济，新兴的资本主义的
农场主们为了在商品市场的竞争中取胜，他们以前所未有的热情改良农业机
械，实行先进的耕作方法。从而大大促进了农业机械的发展。
镰刀是全世界农民长期使用过的收割工具，但工效不高。19世纪初，有
人提出用一种类似剪刀的工具去剪断作物的杆茎。1828年，英国人贝尔发明
了一种收割机，收割机上的剪切装置可以连续不断地剪割庄稼。在当时，美
国的小麦产区因地广人稀急需各种高效率的农业机械。这一发明便引起了两
位美国人的注意，其中的一人叫麦考米克 （1809—1884年，美国）。1833
年，他在黑人安达逊的协助下发明了一种新型的收割机，这种收割机在马的
牵引下，一面收割，一面能够整理割好的麦子并堆放在后面的工作台上。由
跟在后面的工人捆好。它的收割速度比用镰刀快6倍。另一位叫霍生的美国
人也在同时期制造出性能相近的收割机。二人同时建厂生产各自发明的收割
机，双方竞争激烈。1858年，麦考米克改进了他的收割机，使它能够自动把
麦子收拢起来。后来，经其它人不断改进终于创造了打捆机。马拉收割机在
美国极受欢迎，到南北战争结束时，麦考米克已成了最大的收割机制造商。
脱粒机原是在 18世纪由英国人发明的。英国人用水力带动它工作。后
来，有人在这种脱粒机上装上风车，以便把麦粒和麦壳分开。当这种脱粒要
传入美国后，美国发明家就考虑如何把已有的收割机、打捆机与脱粒机组合
在一起工作，构成联合收割机，即“康拜因”收割机。第一台联合收割机是
由一位叫恰奇的美国人发明的，但其缺点很多，达不到实用的要求。后来几
经改进终于成功，由20多匹马牵引进行收割和脱粒、袋装等工作。到1860
年发明了由蒸汽机带动的“康拜因”。
在18世纪，英国已有了马拉播种机的设想，但没有研制成功。1841年，
美国人吉本斯和诺贝林兄弟终于分别研制成播种机。1864年，德国人萨克解
决了播种不均匀的问题，他发明了通过人手控制播种的机械，使播种机达到
实用阶段。
拖拉机的出现要稍晚于上述农业机械。1854年，英国的法拉斯和史密斯
考虑使用蒸汽动力牵引犁耕作，因为蒸汽机太重，会压实土壤，他们把蒸汽
机放在田边，牵引很长的钢缆去犁地。1858年，美国人福克斯发明了用于耕
作的蒸汽拖拉机，这台拖拉机能拖带8个铧犁以每小时约5公里的速度开垦
荒地。1873年，美国的帕尔文为了减小蒸汽机对地面的压力，首创了履带式
蒸汽拖拉机。
蒸汽拖拉机很快就暴露了固有的缺点，主要是自身笨重，速度缓慢，因
此不能完全取代牲畜。1889年，美国开始把单缸汽油机放在一台拖拉机的底
盘上制成了首台内燃机驱动的拖拉机。到本世纪初内燃机驱动的拖拉机已基
本取代了蒸汽拖拉机。
（4）轻纺机械
18世纪，纺织机械已取得了很大的进展。进入19世纪，当时先进的爱
子纺纱机已具有900个锭子。1828年，有人发明了环式纺纱机。使转速达到
每分钟1万转，从此逐渐代替了爱子纺纱机。
19世纪初，美国在南方大量植棉，不久其产量便超过印度，占世界总产
棉量的90％，堆积如山的棉花急待加工，这样促使轧棉机的诞生。机械工程
师惠特尼发明了一种带齿的圆筒可以把棉籽从棉桃上剥下，然后用其它装置
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把棉花纤维收集起来，这台轧棉机用水车驱动，可以代替100个黑人奴隶的
劳动，因此很快便推广开来。
1822年，杰出的发明家罗伯特（英国）发明了以蒸汽机为动力的织布机。
这台机器采用了当时先进的齿轮传动系统，在投梭机构中采用由偏心轮、操
纵杆等构成的系统，使织布机可以连续生产。1825年，罗伯特织布机经法国
传到欧洲大陆，经拉姆斯保托姆和霍尔特改进，增加了伸幅器，使织布机可
以拉紧布幅宽度。后来，肯沃兹和布劳夫发明了自动停机机构，使机械织布
机更加完善。
当时的织机只能织平纹布，如果织斜纹布和其它带花纹的布还要靠手工
提纱。1820年包曼在动力织机上实现了机械提纱。
1838年，乌德克雷福特使机械织机可以用两个或多个梭子，他在织机上
增加了可以升降的梭座，梭座上装有2至4个梭箱，从此织机可以织出多种
颜色的格子布。
针织机在 1849年经美国人达鸟森德改进，使之达到能模仿人手进行编
织。1864年，美国人威廉·高顿对针织机作了进一步改进，使当时织袜机可
以同时织24双袜子。
缝纫机直到30年代才由法国人契莫涅研制成功，其速度比手工缝纫快
10倍。1834年，发明家汉特发明了针尖带孔，用二条线进行缝纫的机器。到
19世纪后半期，经多次改善才出现了工业用的较完善的缝纫机。
纺织机械的不断进步，使英国的棉纺工业飞速发展，到1850年，英国的
棉纺织业生产量已占全世界的50％，这一优势一直保持到本世纪初。
19世纪的印刷机械也有了长足的进步。1800年，英国的斯坦霍普发明了
印刷机，印刷机用铁制成，印刷的压力大，速度快，此后，印刷机不断得到
改进，但是这些印刷机都是平压式的，即压板把纸张平压在活字版上，使印
刷速度受到限制。还在1790年就有人提出另一种印刷机的设计思想，即让压
版做转动，使活字板不断受压同时又不断得到解脱，但这一设计并没有实现。
英国发明家尼尔森借鉴滚筒式印花机的技术，试图完成旋转印刷机的研制，
但他后来陷于穷困，最后死在狱中。德国人凯尼希承继了这一事业，终于在
1812年制成了一台旋转印刷机。这项发明立即为泰晤士报采用，在蒸汽机带
动下，旋转印刷机达到每小时印刷1500张报纸的速度，在当时这是空前的纪
录。不久，美国人把单旋转式印刷机改造成双旋转式，每小时可印报纸2400
张，但是这仍然没有满足市场对印刷速度的要求，为了进一步提高印刷速度，
有人想到应当把活字板也改造成圆筒形。但是把铅字排在圆简上并随之旋转
是很难办到的。1860年，终于有人想到在活版上先做纸型，然后在纸型上浇
注熔化的铅，这样就能做成圆筒形的铅字版。8年后，圆筒铅版印刷机得到
巨大成功，欧、美各报社都订购了这种新式印刷机，它能每小时印刷报纸1
万至1万2千张。
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十二、近代建筑和冶金工程
1。建筑材料的革命
还在古希腊和古罗马时代，就发现火山灰磨细后与石灰、砂子混合可以
作为建筑上的粘合材料，这其实就是一种不经人工烧结的水泥。罗马人用这
种水泥建造了许多水下工程。
18世纪中，工程师斯密顿（英国）在建筑灯塔的工程中，发现凡是质量
较好的砂浆和石灰石中都含有一定成分的粘土。这一发现引起法国土木工程
师的关注，1813年，法国技师毕加把粘土与石灰按3∶1混合，经过煅烧就
能制成一种水硬性石灰，是很好的建筑粘合剂。
1824年，英国工匠阿斯普丁（1779—1885年）在毕加的基础上继续研究，
他把石灰石与粘土按3∶1混合，加水研成的浆料，再把这种干结的混合物研
成细粉并置于立窑中煅烧，煅烧后再经研磨成细粉。他把这种新式粘合剂定
名为“硅酸盐水泥”，水泥发明后，它的优良性能立即引起土木工程师和工
匠们的高度重视，一些国家相继设立工厂，成批量的生产水泥，后来又制定
了水泥产品的质量标准。
1877年，英国人克兰普顿发明了回转炉。1885年，英国第一座用大型转
窑生产水泥的工厂建成，从此为水泥连续化生产奠定了基础。
水泥的出现使得混凝土构筑建筑的方法得到进一步的发展。19世纪60
年代，巴黎花匠蒙涅 （法国）研究用水泥浇制花盆的方法，但是水泥砂子的
混合物干后怕震易裂，他便事先用铁丝做成架子，然后再浇上水泥和砂浆的
混合物，就做成了一个不错的花盆。1867年，他取得了发明专利。蒙涅想推
广他的专利方法，便想到是否可以在混凝土的建筑中加入铁丝网，以增加混
凝土的强度。于是他建成了一堵内有钢丝网的水泥墙，这是最早的钢筋混凝
土建筑。由于这种建筑物具有混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能，同时还
有抗火、抗腐蚀的性能，因而倍受建筑业的青睐。不久就用它制成了台阶、
桥梁及各种建筑物，逐渐发展成钢筋混凝土建筑技术。
德国工程师怀特是最先系统研究混凝土特性的学者。他作了各种试验，
测量了钢筋混凝土的材料特性，还做过相应的材料力学计算，最后形成了钢
筋混凝土的理论。怀特购买了蒙涅的专利，并继续研究出一种更好的钢筋混
凝土工艺。
1888年，在美国产生了预应力钢筋混凝土技术，这种技术能抵消混凝土
在负载时所产主的部分抗应力，因而进一步提高了抗拉能力。到90年代，出
现了钢筋混凝土的住宅楼。
水泥、钢筋混凝土以及钢材在建筑工程中的广泛应用，彻底改变了建筑
工程使用木材、砖石、石灰的长期停滞局面。它使19世纪末的建筑向着高层、
大跨度、复杂结构的方向发展。
2。建筑结构的发展趋势
19世纪，由于钢材用于建筑业，使工程师能把钢铁构件与玻璃相结合，
产生了一批高大敞亮的建筑。1833年，巴黎建成了一座完全用铁架和玻璃构
成的植物温室。1851年，在伦敦海德公园内为世界博览会建成一座展览厅，
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该厅是一座长1851英尺，宽456英尺，高66英尺的钢铁、玻璃结构的建筑，
仅玻璃就用去了30万块。整个大厅通体透明，它的各个面只显示出钢架和玻
璃而没有任何其余的装饰，因而命名叫“水晶宫”。“水晶宫”的施工采用
了预制构件和现场装配的建筑方法，连同它的新颖的构思，开创了建筑形式
的新纪元。
美国在19世纪发展了框架结构，从1850年到1880年是美国的“生铁时
代”，用生铁框架代替了承重墙，一些公共建筑、仓库、办公楼多用生铁构
架做门面或框架。到90年代，法国首先建成了钢筋混凝土框架结构的教堂。
钢铁和混凝土材料使高层建筑成为可能，19世纪高层建筑的代表是法国
的埃菲尔铁塔，铁塔高328米，建成于1889年。限制高层建筑的另一个因素
是垂直交通不方便。1854年，美国人奥蒂斯发明了带安全装置的升降机，使
用蒸汽做动力。1878年，又出现了高速水压动力升降机，速度为每分钟180
—240米。到1889年，纽约才出现了电动升降机。升降机的发明为90年代
出现10层以上高楼创造了条件。
3。桥梁与隧道工程
由于铁路建设的发展需要和钢铁工业的发展，在19世纪40年代后出现
了以钢桥代替石桥的趋势。
1847年，美国的惠普尔发明了桁架结构的桥梁构架方法。桁架结构原是
古代木匠建筑房屋时广泛采用的结构方法。惠普尔为了将这一古老的方法移
植到桥梁建筑中，发展了一种关于力的承受方式和材料强度计算的科学方
法，使钢桥的设计和施工更加合理。
钢桥代替石桥后，由于钢材的优良性能，使桥的跨距越来越大，这样桥
墩相对减少，使桥的造价不断下降。为了充分发挥钢桥跨距大的优点，有人
发明了钢制吊桥。1850年，美国工程师特尔福特在梅奈海峡建成一座钢吊
桥，跨距达到200米。同年，罗伯特·斯蒂芬也在梅奈海峡建成一座布里塔
尼亚桥，他把钢材交叉成箱形，连接成长长的涵管形状。1869年，基弗在著
名的尼亚加拉瀑布上架设吊桥，跨距达到400米。
隧道工程也随着铁路建设而兴起。
1818年，英国的布鲁纳发明了挖掘隧道的盾构方法。这是一种全新的创
造，它是在挖掘过程中把坚固的圆铁筒沉在地下，利用水力使之旋转，并在
挖掘中水平前进。圆筒的前端有开口，工人在这里操纵挖掘机进行挖掘工作。
由于圆筒支撑着隧道的顶部，可以保护工人不受塌方伤害。这一方法据说是
从蛀虫打洞得到的启示。盾构法是一种安全有效的掘进方法，它在隧道工程
中发挥了巨大的作用。
1830年，乔治·斯蒂芬逊在利物浦打算修铁路的意图受阻，便决定在该
市的地下挖铁路隧道。他的这一创意使�
