Изобретение колеса. Сила тяги, необходимая для перемещения груза при скольжении и качении. Предыстория экипажей, приводимых в движение мускульной силой животных и человека.

 

В погоне за дикими животными первобытный охотник уходил довольно далеко от стоянки своего племени, и в случае удачи ему приходилось нести убитого зверя на своих плечах, что было достаточно тяжело. Пришлось находить другие, более легкие способы переноса добычи. Волочь по земле? Бесспорно легче, но при этом груз цеплялся за ветки растений, камни и корни деревьев. Попробовали подложить под добычу кусок шкуры животного - стало несколько легче.

Прошли годы, столетия, века... Древний человек приобрел навыки обработки почвы и приручения диких животных. Теперь уже вместо охоты, человек начал их разводить около своей стоянки. Одни животные шли в пищу, других - оленей, лошадей, быков - использовали для переноски и волочения грузов. Кроме того, использование животных в верховой езде используется и до настоящего времени.

Например, карфагенский полководец Ганнибал в войнах с римлянами применял боевых слонов, которые также являлись своеобразными "боевыми повозками".

Боевые слоны древности

Следующим шагом в совершенствовании способов переноса предметов стало изобретение полозьев. Это случилось после того, как однажды древний человек обратил внимание на то, что груз проще тащить не на всей плоскости, а только на ее части. Тогда и площадь соприкосновения с землей становилась меньше, и груз не так цеплялся за всевозможные препятствия. Так много тысяч лет назад появились сани на одном, а после для придания устойчивости, на двух полозьях.

Изобретение деревянного (каменного) колеса, сначала сплошного вместе с осью, относится примерно к середине 4 тыс. лет до н.э. (Месопотамия). Возможно, что конструкцию колеса подсказали людям покатившийся моток шерсти, или веретено, но вернее всего - бревна-катки, по кото­рым перемещали тяжелые грузы (значение коэффициента трения качения составляет меньшую величину, чем коэффициент трения скольжения).

Но колесо, каким его иногда изображают, вряд ли отпиливали от бревна. Для этого потребовались бы инструменты, которых еще не существовало. Кроме того, даже отпилив диск, убедились бы в его непрочности, поскольку распил шел поперек волокон древесины. Все древнейшие колеса составные, из двух-трех сегментов, соединенных планками.

В то время, когда между различными группами людей, живущими на больших расстояниях друг от друга, начался товарообмен, возникла необходимость постройки дорог, по которым можно было бы, используя колесную телегу, перевозить грузы.

Археологам удалось установить, что первые дороги появились в Древнем Египте 5 тыс. лет назад - через тысячу лет после изобретения колеса. Именно такой срок понадобился древнему человеку для того, чтобы осознать их необходимость и полезность.

Первые дороги не имели покрытия и представляли собой обыкновенные тропинки, очищенные от камней и растений, с хорошо утрамбованным грунтом. Человеку понадобилось еще тысячу лет, прежде чем он начал защищать проложенные дороги различными видами покрытия. На территории Швейцарии можно обнаружить древние дороги, вымощенные деревянными брусьями (1700 год до н.э). Подобные, мощенные деревом дороги, были обнаружены и в Голландии. Более прочные и благоустроенные дороги (с покрытием из предварительно обтесанного камня) появились в 312 году до н.э. в Великой Римской империи.

Во многих городах мира автобусам и такси теперь выделена особая полоса движения, и они беспрепятственно катят мимо завидующих автомобилистов, томящихся в уличных заторах. Готовится еще один логичный шаг: оградить автобусную полосу бордюром, превратить ее в некий желоб, который давал бы направление движению даже без участия водителя.

Потребовались годы дискуссий о достоинствах и недостатках «независимости» автомобиля, пока не стало ясно, что общественному транспорту в городах должны быть предоставлены привилегии. И вот теперь, вкусив от этой победы разума, пассажиры туристского автобуса быстро выбираются, например, к окраине Неаполя и прибывают в Помпеи.

Первое, что попадает в поле их зрения, это улицы мертвого города. Имеются довольно высокие тротуары. Они образуют направляющие, предвосхитившие на два тысячелетия автоматизированную трассу автобусов! Движение уже тогда было односторонним, иначе не разъехаться двум повозкам. Но самое примечательное - перекрестки. Там, где мы привыкли видеть переходы типа «зебра», из плит мостовой выступают камни-островки, образующие три-четыре промежутка - крайние для колес, средние для коней. В размерах островков и промежутков между ними соблюден стандарт, из чего можно заключить, что и колея, и дорожный просвет колесниц были унифицированы и что многоконные коляски на улицы города не допускались.

Помпейские возницы волей-неволей замедляли ход перед перекрестками, а пешеходы ступали по островкам, не сходя на мостовую и сохраняя чистыми сандалии. Такой переход, пожалуй, безопаснее нынешней «зебры» и как две капли воды схож с новейшим экспериментальным в Голландии, где тоже применены «островки», но теперь уже резиновые.

 

Ручные и гужевые повозки древнего мира: арба, назначение и приспособленность ее конструкции к условиям эксплуатации. Римские колесницы: многообразие устройства и назначения. Возникновение дорожной сети. Начало организации дорожного движения.

 

Колесницам предшествовали влекомые быками одноосные арбы, иногда их сцепляли по две. Получалась двухосная повозка, обладавшая, однако, худшей проходимостью, чем одноосная. Поэтому пользовались ею редко. Арбы представляли собой огромную, тяжелую конструкцию, состоящую из двух массивных деревянных или каменных колес насаженных на одну общую ось. Чтобы сдвинуть такую повозку требовалось усилие одного, а иногда даже нескольких быков. После открытия способов плавки металла, колеса начали лить из него, что значительно увеличило их прочность, но веса конструкции не снизило.

Чтобы увеличить количество перевозимого груза к повозке приделывали еще одну ось с насаженными на нее колесами. Четырехколесный экипаж от этого становился еще более тяжелым и неповоротливым. Получался замкнутый круг - чем больше груза хотел перевезти человек, тем больше по размеру он создавал повозку. А чем больше увеличивались ее размеры, тем больше становилась ее масса. Естественно животным становилось все труднее сдвинуть ее с места, поэтому груза они могли везти меньше.

Основная масса экипажа приходится на массивные колеса, поэтому впоследствии сплошные колеса насадили на ось, благодаря чему появилась ступица- центральная часть колеса. Позднее появились составные колеса из двух-трех сегментов, соединенных планками.

Для снижения массы колеса (без снижения прочности) в сегментах стали делать вырезы или составляли диск в виде решетки из брусьев, располагая их лучеообразно или крест-накрест. Так пришли к спицами ободу, либо составному из брусьев, либо гнутому из дерева в распа­ренном состоянии.

Умение делать колеса со спицами быстро распространилось в начале (на юге Европы, в Причерноморье и в Индии) и середине (в Западной Европе и в Китае) первого тысячелетия до н.э.

Новый вид колеса позволил существенноснизить вес повозки, и через некоторое время неторопливых быков заменили лошадьми.Так родилисько­лесницыпервоначально для торжественных выездов, прогулок и соревнований, а затем, ввиду легкости и маневренности,для вывоза урожаяземледельцами, в качествепоходных жилищ кочев­никовибоевых колесниц[13].

Появились колесницы более чем за 2000 лет до н.э. в Месопотамии, а в скором времени стали использоваться и в Египте. Колесницы были двух- и много­местные, двух- и четырехколесные, открытые и с балдахи­ном, простые и роскошно отделанные. Приведем описание колесниц Гомером в «Илиаде»:

Колесница …С боков колесницы набросила гнутые круги Медных колес осьмиспичных, на оси железной ходящих, Ободы их золотые, нетленные, сверху которых Медные шины положены плотные, диво для взора! Ступицы их серебром, округленные, окрест сияли; Кузов блестящими пышно сребром и златом ремнями Был прикреплен, и на нем возвышались дугою две скобы; Дышло серебряное из него выходило

Техническая терминология Гомера и его переводчика Гнедича вполне была бы уместна в описательном курсе автомобиля!

Мощный, внушительный вид, массивность кузова колесниц оправданы функционально. Кузов должен был выдерживать езду без рессор и эластичных шин (много столетий пройдет до их изобретения), по грубым дорогам и без дорог, а при боевом использовании колесниц - служить броней.

Нужная скорость колесниц, если ее ограничивала большая их масса, достигалась просто: добавляли в упряжку лошадей. Так, квадрига (с четырьмя конями) была весьма распространенной.

Корпус, хоть и открытый сверху и сзади, получался достаточно жестким, чтобы воспринимать и тянущие усилия коней, и толкающие - от колес.

Затем увеличили диаметр колес до 1,5…2 м, справедливо предполагая, что большой диаметр смягчит толчки колеса при движении по дорожным неровностям и позволит ему не застревать в рытвинах и ямах.

Общая деталь колесниц - колеса, свободно насажен­ные на концы невращающейся оси, поэтому они враща­лись независимо одно от другого, не проскальзывали, не скрежетали, не изнашивали обода. Принцип независимого вращения колес[14] на одной оси стал обязатель­ным и для конных повозок, и для автомобилей, за исключе­нием случаев, когда колея очень узкая и разница в скорости вращения колес невелика.

У древнегреческих колесниц были очень легкие и гибкие колеса, обычно с четырьмя спицами, сделанные из тонкого изогнутого дерева - ивы, вяза или кипариса. Эластичные колеса позволяли мчаться по пересеченным склонам, где экипажи с более тяжелыми и жесткими колесами были бы бесполезны. Обод колеса под действием веса колесницы изгибался подобно луку, но, так же как и лук не следует хранить с надетой на него тетивой, так и колеса древних колесниц не следовало оставлять под нагрузкой. Поэтому по вечерам колесницы либо запрокидывали и прислоняли к стене, либо совсем снимали с них колеса.

Древнегреческая колесница Римская повозка

Колесницы в Китае (XIV - XIII вв. до н.э.) имели большие (диаметром 1,22…1,56 м) колеса с 18…26 спицами, вставленными в длинную (22…36 см) ступицу, на которой колесо вертелось вокруг неподвижной оси. Обод колеса был двойным. Ось была длиной 2,98…3,1 м, что в сочетании с большой ступицей, предохранявшей колесо от западания, придавала колеснице устойчивость. Для сохранности на концы оси надевались бронзовые наосники. Кузов располагался на месте перекрестия дышла и оси, еще не смещенной назад для облегчения поворота колесницы.

Большинство конструкций колесниц не предусматривало сидений, экипаж помещался стоя и, в движении, балансировал на полусогнутых ногах, поэтому стрельба из лука явно превышала человеческие возможности. Долгое время колесница двигалась быстрее, чем всадник, сидящий без стремян. Напротив, проходимость колесницы была неудовлетворительной (попавший под колесо камень мог выбросить экипаж или развалить коляску), а всадник в движении имел лучшие возможности для ведения боя.

История военной техники от древних веков содержит многочисленные данные о самых разнообразных проектах боевых повозок. Приведем лишь не которые из них. Персидский царь Кир 2,5 тыс. лет назад широко использовал боевые повозки против неприятельских фаланг.

Ассирийская боевая повозка. Бронзовый барельеф на воротах царя Шалмансара II (865-860 гг. до н.э.) Персидская серпоносная боевая колесница

В средние века колесницы использовались редко, но часто проектировались. Например, византийцы пытались поставить на колесницу огнемет (ствол проходил между лошадями). Во всех образцах средневековых боевых колесниц возница располагался верхом на одной из лошадей: после изобретения стремян ему было удобнее и безопаснее, чем в коляске. В 1456 г. в шотландской армии появились деревянные боевые колесницы, приводимые в движение парой лошадей.

Шотландская боевая повозка (1456 г.)

 

Великий итальянский художник и ученый Леонардо-да-Винчи (1500 г.) разрабатывал проекты деревянных повозок, вооруженных вращающимися серпами. "Также устрою я, - пишет он, - крытые повозки, безопасные и неприступные, для которых, когда врежутся со своей артиллерией в ряды неприятеля, нет такого множества войска, коего они не сломили бы. А за ними невредимо и беспрепятственно сможет следовать пехота".

Проект боевой повозки Леонардо-да-Винчи, вооруженной вращающимися серпами (с оригинального рисунка Леонардо-да-Винчи, 1500 г.)

 

 

Грузовые колымаги Средних веков: введение поворотной (на шкворне) передней оси. Применение подвески кузова в XY веке и превращение колымаги в карету. Совершенствование конструкции кареты в XYI-XYII веках: развитие экипажной части (берлины, дормезы); появление стальных рессор; применение тормозов. Появление экипажей общего пользования (московские «волчки», парижские «кукушки», берлинские «реброломы», дилижансы). Особенности устройства экипажей начала XIX века. Применение каретником Георгом Лангеншпенглером рулевой трапеции.

 

В течение многих столетий совершенствовались конно-тяговые повозки. Их строители словно бы подготовляли создание автомобиля. Следы его экипажного прошлого и сейчас можно найти в устройстве колес, тормозов, подвески, в названиях кузовов

 

С упадком Римской империи и распадом Европы на мел­кие феодальные княжества развитие тран­спорта затормозилось на целое тысячелетие. Езда в средне­вековых колымагах была мучением, и на них глав­ным образом возили грузы. Путешествовали же большей частью верхом, иногда на ручных или конных носилках (седанах, паланкинах, портшезах). Долгий период упадка отмечен лишь одним важным усовершенствованием повозок - введе­нием поворотной, на шкворне, передней оси.

В XV веке был сделан решающий шаг в развитии повозки: кузов, как люльку, подвесили на четырех ремнях к загнутым концам рамы. Растягиваясь, ремни смягчали толч­ки колес, поэтому при движении кузов не раскачивался (гамачная конструкция). Колымага превратилась в более удобный, но укачивающий экипаж – карету, ставших достоянием лишь коронованных и титулованных особ, поскольку число их было невелико.

Карета с подвеской на ремнях

В XVI веке появились кузова с кожаными бокови­нами тента, затем с жесткой крышей и окнами, однако с открытым облучком для кучера.Застекленную карету называли берлиной, поддерживающие ремни которой прикреплялись к лебедке с зубчатым колесом и подтягивающихся по мере необходимости.

Когда сиденья, снабженные спинками на шарнирах, превратились в складные постели, кареты получили название дормезы[15]. Устройство постели стало необхо­димостью, так как путешествие даже в 400…500 верст длилось неделями. Дотянуть до постоялого двора без сна мог только очень выносливый пассажир.

В XVII веке экипажу был дан поворотный ход, позднее - «лебединая шейка» - изгиб дрог, под который проходит колесо при резком повороте. К концу XVII века введен новый тип упряжи, при котором лошадь тянула повозку не шеей, а грудью, - хомут, позволяющий запрягать одну лошадь вместо двух

Развитие дорог послужило дальнейшему совершенствованию колесных механизмов, что привело к появлению конных повозок на мягком (с рессорами) и жестком ходу, предназначенных как для перевозки людей - экипаж, бричка, карета, так и для перевозки грузов - телега, арба, причем наличие подвески вносит едва ли не самый большой вклад в создание комфорта и безопасности движения

Несущий кузов то сдавал, то вновь завоевывал позиции: рама[16] стала необходимой лишь с появлением ременной или цепной подвески осей у экипажей и не обязательной - с введением рессорной подвески[17].

Применение вместо ремней вертикальных С-образных металлических рессор[18] (с конца XVII века) позволяла поднять кузов несколько выше, что имело большое значение при качестве дорог того времени. В Лондоне, центре экипажного производства с конца XVIII века, были изобретены «патентованные оси Collinge»со специальной камерой для смазки.

В 1804 году английский каретный мастер О.Эллиот изобрел горизонтальные эллиптические «лежачие» рессоры. Это позволило избавить экипаж от резких толчков, убрать громоздкую конструкцию, на которой крепились ремни и С-образные рессоры. В результате экипажи приобрели легкость и изящество, что способствовало появлению разнообразных колясок (фаэтон, кабриолет, шарабан, дрожки, ландо, пролетки, линейки).

Во избежание опрокидывания на поворотах потребовалось приспо­собление, при помощи которого можно замедлить или вовсе остановить движение - тормоза. Сначала они представляли собой всего лишь клинья, которые перед спуском под­кладывали под колеса, благодаря чему карета сползала под гору «на тормо­зах». Позднее на карете появился рычаг с закрепленной на его конце кожаной подушкой. Нажимая на рычаг, возница с силой прижимал подушку к ободу колеса и замедлял этим его вра­щение.

Много было опасностей и трудностей в пути - поборы за пользование дорогой на территории иных землевладельцев, а то и учиняемые феодалами ограбления, не говоря уже о разбойниках.

И все же главную опасность таили сами дороги, в расчлененной на мелкие княжества Европе, «у семи нянек», пришедшие в полное запустение. Вплоть до XVII века никто не следил за состоянием дорог и не ограничивал (как делали в Риме и делают теперь применительно к автомобилям) массу повозок для сохранения дороги, не возлагал на землевладельцев ответственность за поломки повозок на «их» дорогах.

Обширную сеть мощеных римских дорог начали восстанавливать с появлением рессорных карет, особенно в Англии и Франции, прокладывая дороги с каменным покрытием - шоссе[19]. Особенно бурное строительство развернулось в Англии, где в 1818 - 1829 годах были проложены шоссейные дороги общей протяженностью 1600 км. В России же дороги пришлось не восстанавливать, а прокладывать, вырубая леса, выравнивая грунт, осушая болота, что было весьма трудоемко.

Развивались ремесленное производство и торговля, росли города. Назрела необходимость в создании общедоступного транспорта.

Начиная с XVII века, в городах появились и мно­жились экипажи общего пользования. Для уменьшения количества повозок, экипаж­ные компании пустили в обиход тесные и неудобные повоз­ки: в России - «волчки»[20], во Франции - «кукушки»[21], в Германии - «реброломы», на междугородных дорогах - дилижансы[22].

В ХVIII веке Петр I учредил «регулярную почту»- сеть станций, управляемых смотрителями, в распоряжении которых были ямщики, кибитки и лошади[23].

В ХIХ веке гужевой транспорт все еще играл важную роль, где не было железных дорог. Весь городской транспорт был конным. Существовали и наемные экипажи, кэбы в Англии, фиакры во Франции. Между городами регулярно курсировали почтовые и пассажирские кареты.

Приведем некоторые штрихи конструкции экипажей и методов их производства.Рама и кузов экипажей покоились на трех опорах: двух задних рессорах и поворотном шкворне. Для прохода по­воротных колес передняя часть кузова (облучок) была под­нята. Но, кузов на трех опорах неустойчив, высокий облучок неудобен, при пово­ротах лошадь затрачивает дополнительное усилие на перекаты­вание передних колес.

Поэтому, на экипажах с парной упряжкой применяли предложенную в 1818 г. мюнхенским каретником Георгом Лангеншпенглером «трапе­цию». Передняя ось перестала быть цельной: состояла из средней неподвижной части и двух цапф, связанных с ней шарнирами. Левую и правую петли шарнирно соединяли тягой с поворотными рычагами, а также с дышлом.

Когда лошади отклонялись вправо или влево, конец дышла передвигал тягу в противопо­ложную сторону, а тяга поворачивала колеса. Тяга, балка и рычаги образовывали «трапецию», при которой экипаж имеет четыре опоры, облучок можно опустить, работа лошади облегчается (колесо поворачивается на месте). Сложная для экипажей, «трапеция» оказалась необходимой автомобилю, у которого усилия на поворачивание колес затра­чивает не лошадь, а водитель.

Современные схемы рулевых трапеций: а – задняя, б – передняя, в. е - задние трапеции независимых подве­сок с разным числом шарниров





Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 4688; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.033 сек.