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

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