第八十章 工程力学

刘云龙问薄钰：“材质方面你是怎么考虑的？”

“气缸有进气口、出气口，液压缸也类似，没法用钢管，我想用铸铁来铸造。气缸的活塞也用铸铁来铸造，这样缸套、活塞的热胀冷缩系数是一样的。液压机活塞，由于要用来受压，特别是大活塞，工作时将承受巨大压力，而铸铁比较脆，所以我想只能用钢来铸造。”

“嗯。你这个考虑还是比较周到的。缸套内壁怎么处理？”

“铸好缸套后，用镗床镗孔，把气缸内壁镗得圆整、光滑。同样，活塞做好后，活塞外侧也要加工得一样圆整、光滑。活塞与缸套的间隙必须严格控制，否则会漏气。”

刘云龙听后心想，历史上，镗床的发明就是为了加工瓦特的蒸气机气缸而发明的，而自己已让薄钰提前制造了，且薄钰也想道了用镗床来镗孔，看来他在机械方面还确实是一把刷子，于是提醒道：“缸套、活塞的配合间隙要尽量小，加上缸封后就不易漏气、漏油，否则会影响工作效率。”

“润滑油、液压油、密封材料，什么时候能解决？”

刘云龙想了一下，说道：“这个要看许三祝的化工研究所什么时候把工艺弄出来，估计要3个月。”

“你说过，气体、液体受压后，温度会升高，1.5倍大气压时，蒸气温度有多少？”

“1.5倍大气压下水蒸气的温度是125℃。”

“你的润滑油的闪点是多少？”

“用蓖麻油来制备润滑油的话，它的闪点是230℃、沸点是310℃，燃点是450℃。”

“这样的话，即使活塞与气缸**时，我也不用担心润滑油在气缸内会燃烧了。煤焦油可以做液压介质吗？”

“煤焦油中的杂质太多，还有腐蚀性，还是先用水吧。”

“用水的话，要不要加一些抗磨剂、**？”

刘云龙心想，后世的润滑油、液压油、机油中，绝大部分抗磨剂使用的是二烷基二硫代磷酸锌，可目前化工厂还没法制备二烷基二硫代磷酸锌，但是已可以生产亚磷酸二甲酯，于是说道：“水里放点甘油，就有润滑性了，抗磨剂的话可以用亚磷酸二甲酯。”

“化工厂什么时候能生产亚磷酸二甲酯？”

“应该也是三个月内吧。”

“安全阀就使用你锅炉上的那种？”

“纺织厂锅炉的那种安全阀完全可以用在蒸汽机，将来生产的液压机也必须有安全阀，这样才能在发生机械故障时，保证设备和人员的安全。”

“那天洗澡时听你说那么小的压强能产生那么大的压力，今后所有的压力设备，我们都会考虑安全阀的。”

“你们考虑得很好。”刘云龙又问薄钰：“将来蒸汽机、电动机的转速都很高，但很多设备的转速并不需要很高，比如纺机转轴的转速就不需要很高，你如何把速度降到需要的工作速度。”

薄珏说道：“我研究过你的纺机，降速的话，主动轮用小齿轮，从动轮用大齿轮；加速的话，主动轮用大齿轮，从动轮用小齿轮。”

边上的顾明荣问道：“这个齿轮就用车床加工，可以吗？”

刘云龙说道：“齿轮可以用车床加工，也可以用镗床来加工。今后要提高齿轮精度的话，应该用磨床、铣床，比如各类轧机及今后的涡轮、蜗杆，就必须有很高的精度。”

顾明荣说道：“这么说我们还要研制磨床、铣床来提高齿轮精度？”

刘云龙说道：“是的。机械制造的精度越高，机械工作越平稳，产品的质量就越好。”

顾明荣问道：“有这方面的图纸吗？”

刘云龙说道：“过一段时间，我把磨床、铣床的原理和你们说一下，然后由你们自己研制。”

薄钰说道：“你只讲原理，我们造不出来呀。”

刘云龙看着薄钰，对他说道：“我想凭你的聪明才智，你完全能研制出来。”

薄钰说道：“那可能要用很长时间才行。”

刘云龙说道：“化多长时间都是值得的。等我们研制出磨床、铣床，我们的产品质量会更好，别的掌柜更没法仿制。”

薄钰、顾明荣、沈阿毛、马建忠等人听后，连连点头。

接下来，刘云龙让沈阿毛、马建忠说说对制造发电机、电动机的看法。

马建忠说道：“我正想问你呢，究竟是先研制直流发电机，还是直接研制交流发电机？”

刘云龙问道：“你先说说你们的研究成果。”

马建忠说道：“还谈什么研究成果？你给我的书上都写得明明白白了，我照搬就是了。”

刘云龙说道：“那也毕竟是纯理论的，把它转化为应用技术，还得靠你们研究。”

马建忠就说道：“发电机磁场的产生有三种方案，一种是用南爪山的磁铁矿石，一种是利用你书上写的铅酸蓄电池来励磁，第三种是利用发电机自身发的电来励磁。”

“用磁石产生磁场的优缺点呢？”

“用天然磁石产生的磁场来发电的话，磁石装在发电机的定子中，形状大，制作起来困难，一旦定子两边的重量有较大差异，发电时发电机就会因动平衡问题产生振动影响发电机的稳定，而且天然磁铁矿石比较脆，振动过大的话，天然磁石会振裂。”

刘云龙心想，历史上第一台发电机确实是用磁铁矿石做的，就说道：“嗯，天然磁石加工成发电机需要的形状时，确实存在这些问题。知道怎么解决动平衡问题？”

“把加工好的磁石装在对称的轮缘两侧，转动轮子，如两块磁石的重量或尺寸有偏差的话，轮子转动时就会有明显的振动，通过修正来让两块磁石的尺寸和质量达到一致。”

“嗯，不错，已懂得怎么利用动平衡了。利用铅酸蓄电池产生磁场的原理呢？”

“你的书上写了，磁场可以产生电场，电场也可以产生磁场，也就是说电场、磁场是可以互相转换的。”

“用铅酸电池产生磁场的优缺点呢？”

“用铅酸电池产生磁场的话，发电机用不着像用天然磁石那样笨重，制作起来很方便，只是铅酸电池中的电流强度不是稳定的，是慢慢变小的，导致磁场强度也慢慢变小，影响发电，而且铅酸电池中的电用完了后，要停机换电池。”

“用发电机的发的电来励磁的优缺点呢？”

马建忠说道：“用发电机自身发出来的电来励磁的方式有三种。一种是并励，定子线圈与励磁线圈并联后由同一个独立电源供电；一种是串励，定子线圈和励磁线圈串联后由同一个独立电源供电；还有一种是复励，即一个是并励绕组线圈，一个是串励绕组线圈，并励绕组和定子线圈并联，再与串励绕组串联后，由同一个独立的直流电源供电。”

“好。说说直流电与交流电的优缺点吧。”

“直流电的电流方向一直是同一个方向的，可以用来产生磁场。直流发电机及电动机都需要转向器，制作起来比较烦。因为使用了转向器，电刷存在冒火花的缺陷。直流发电机也可以当做直流电动机来使用。直流发电机的励磁机与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大。直流电可以用来电解，可以拖动直流电动机，也可以用来焊接。但直流电因没法升压，因此没法远距离输送电流。”

“交流电呢？”

“交流电的电流方向是不断变换的，发电时不需要转向器，运行时也就不会产生火化，制作起来比直流发电机容易，但不能产生磁场，还是需要直流电励磁。交流电不能用于电解。交流电可以通过变压器对电压升压后，实现远距离输送。交流电需要通过整流才能转换为直流电。交流电可以拖动交流电动机，也可以用来焊接。”

“交流电、直流电在仪表上的应用呢？”

“因交流电不能让磁针产生偏转，因此，测量电压、电流、电阻、电容时，电表中都必须将交流电转换为直流电。”

“嗯。不错。供电线路的电压损失会计算吗？比如把发出来的直流电从这里送到光复硫铁矿，你算过电压损失吗？”

马建忠听后，拿出笔和纸算了一下，说道：“你的书上有电压降计算公式。假如电压是220v，电线的直径是20平方毫米的铜线，光福硫铁矿有800W的用电设备，从这里到硫铁矿的距离是80里，线路电压损失是128V，占输出电压的58%。等把电送到硫铁矿，因工作电压太低，没法使用了。”

“也就是说发直流电的话，电的输送距离不能太远。”

“嗯。”

“目前条件下，即使发了交流电，还没有电子管，怎么整流？怎么滤波？”

马建忠听后摇摇头，说道：“做不到。”然后问道：“我们什么时候能生产电子管？”

“目前的工艺条件下，我们还没法生产电子管。”

“你的意思是目前只能发直流电？”

刘云龙说道：“嗯。目前具备发电条件的只有歙县的柳塘大坝、金川大坝，就利用这二个大坝的水头来发直流电。由于不能把直流电输送太远的距离，今后生产电解铝、电解镁、电石的基地也不能离电站太远。”

“那就把基地建在电站附近。”

“只能如此。”

“刘总，发电机、电动机中线圈的绝缘漆，供配电线路上的绝缘件，制作线圈钢芯的硅铁什么时候能解决？”

“秦银华已在试制硅钢了，不出意外的话，这几个月就能成功。孔尚泽的化工厂应该也很快能生产绝缘漆。供配电线路上的绝缘件，我们有了高岭土、砖窑，随时可以烧制。”刘云龙说完，转过头对薄珏说道：“做线圈钢芯的硅钢片，需要你研制的液压机来压制，今后有了电，可以用冲床来冲制。”

薄珏说道：“我尽快把液压机造出来。”

马建忠又问道：“发电机、电动机转轴的润滑油，化工厂啥时候能生产？”

刘云龙对马建忠说道：“三个月左右能生产了。”

“刘总，外国人有发电机吗？”

“没有。你们造出的蒸气机、液压机、发电机、电动机，都将是这个世界上的第一台。”

马建忠说道：“就是说我们将创造世界第一？”

刘云龙说道：“是的。如果我们研制成功了，你们就是这个世界的第一流专家。”

马建忠问道：“刘总，你既然写出了书，自然懂怎么制造，这次怎么只给我们概念图？”

刘云龙笑了笑，说道：“这样你们才会动脑经，发挥你们的聪明才智。”

沈阿毛问道：“发电机的转子和叶轮，它的转速很高，根据你的离心力理论，转子、叶轮内会产生很大的离心力，可你的书上没有强度计算呀，只怕造出来后，还没转几圈就散了架。”

刘云龙说道：“这个转子、叶轮、转轴的强度问题，包括蒸汽机汽包、气缸的强度，液压机缸套的强度，物理学书上是没有说怎么计算，它属于工程力学范畴。”

沈阿毛问道：“那你得教我们怎么计算呀。”

刘云龙说道：“明天起，我就教你们怎么计算结构的强度。”

刘云龙离开教室后心想，历史上的第一台蒸气机是1698年由英国工程师托马斯·塞维利制造的。第一台液压机是1795年由英国工程师J.布拉默制造的。第一台直流发电机是1800年由意大利科学家伏特发明的。第一台交流发电机是1832年由法国工程师毕克西制造的。第一台直流电动机是由英国科学家法拉第于1834年制造的。第一台交流电动机是由美国工程师特斯拉于1888年制造的。

次日起，刘云龙花了5天时间给机械研究所、机电研究所的管理人员、技术人员灌输《工程力学》的内容，从机构到结构，从静定结构到超静定结构，从支座反力到截面内力，从正应力、弯曲应力、剪应力到主应力，最后讲了薄壁环形结构的内力、应力计算。今后很多的压力设备以及枪管、炮管都要用到薄壁环形结构的内力计算。

讲完后，刘云龙顺便给他们讲了喷雾器、空压机、螺旋桨、水泵、鼓风机、电炉、电流计、电压计、电阻计、电容计的原理。

听完课后，沈阿毛、马建忠带着设备和人员赶往歙县。