Механические средства передвижения

Слово «автомобиль» означает «самодвижущаяся повозка», но в современном понимании автомобилями принято называть только средства передвижения, оснащенные автономными двигателями (внутреннего сгорания, электрическими, паровыми).

Первые механические средства передвижения появились задолго до изобретения автомобиля. Имеются сведения о том, что в древнем Китае были сухопутные повозки с парусами, приводившиеся в движение силой ветра. В Европе подобные парусные повозки были построены Симоном Стевином примерно в 1600г.

Часовщик из Нюрнберга И.Хауч построил механическую повозку, источником движения которой была большая часовая пружина. Завода такой пружины хватало на три четверти часа езды.

Книга, изданная в Париже в 1793 г., автором которой был Озанам, приводила сведения о том, что уже в течение нескольких лет по улицам Парижа ездила коляска, источником движения которой был лакей, нажимавший ногами на расположенные в кузове подножки, которые, в свою очередь, передавали движение на ось ведущих колес.

В России (XVIII век) были созданы две конструкции механических экипажей. Л.Л.Шамшуренков (1687— 1758) в 1752 г. построил в Петербурге самобеглую коляску, подробного описания которой до нашего времени не дошло. Известно только, что ее испытания состоялись 2 ноября 1752 г. Самокатка И. П. Кулибина (1735—1818) была построена также в Петербурге в 1791 г. Она представляла собой трехколесную педальную коляску с маховиком и трехскоростной коробкой перемены передач. Храповой механизм между педалями и маховиком давал возможность педалям совершать холостой ход. Переднее колесо было управляемым, ведущими служили два задних колеса большого диаметра. Приводил коляску в движение слуга, находившийся на запятках, который, нажимая на педали, вращал колеса. Вес «самокатки» И. П. Кулибина с двумя пассажирами и слугой составлял 500 кг, скорость — до 10 км/ч.

Русский изобретатель Е.И.Артамонов (1776—1841) — крепостной слесарь Нижнетагильского завода — в 1801 г. построил первый двухколесный металлический велосипед.

В 1817 г. лесничий Карл фон Дрейз (Германия) создал двухколесную повозку, которую назвали по фамилии ее изобретателя дрезиной. Она была очень похожа на современный велосипед — имеется в виду наличие рамы, удобно расположенного сиденья, колеса, управляемого с помощью руля. Важно и то, что колеса были одинаковых размеров и располагались последовательно один за другим. Вместе с тем конструкция Дрейза еще не имела педалей. В современном понимании название «дрезина», применяется лишь к повозкам, передвигающимся по рельсам.

Наиболее ранним прообразом велосипеда можно считать повозку, управляемое колесо которой вращалось руками. Такая повозка была изготовлена в 1633 г. жителем Нюрнберга — Фафлером.

В 1854 г. механик из Швайнфурта (Германия) ввел в конструкцию дрезины значительное усовершенствование, а именно: приделал к переднему ведущему колесу педали, что позволило его вращать с помощью ног. Для того чтобы увеличить путь, пройденный ведущим колесом за один оборот педалей, оно имело очень большие размеры.

В конце 60-х годов XIX века велосипеды уже не имели деревянных деталей, они были заменены стальными. Затем появились цепные зубчатые передачи между педалями и передним колесом, что позволило заметно снизить его размеры. И, наконец, был изобретен велосипед, который вполне может быть назван современным. Он имел колеса одинаковых размеров и цепную передачу, связанную с задним колесом.

В 1893 г. У. Г.Либбеем, американцем из Бостона, был изобретен паровой велосипед.В полном снаряжении с топливом и водой машина весила 6 пудов. Скорость — 15—20 миль в час.

По материалам французских журналов, в 1894 г. на Сене был испытан водяной велосипед.

Француз Валер создал велосипед, в котором усилия от поступательно-возвратного движения рук передавались к ведущему колесу. В России подобный велосипед был построен конструктором Налетовым.

В конце XIX века стали широко применять самокаты (так в России тогда называли велосипеды) в армии.

Изобретение велосипеда продолжалось. Электромеханик Пиньоль приспособил к ведущему колесу самоката электрический мотор. На раме были укреплены специальные аккумуляторы, которые помещались в плоскую металлическую коробку, повторяющую форму рамы. Мотор находился под седлом. Передача движения шла к заднему колесу.

Были успешные попытки вместо цепной передачи использовать вал с коническими шестернями, или качающиеся педали с рычагами, передающими движение на втулку заднего колеса.

В 1898 г. появился самокат, предназначенный для индивидуального воздухоплавания. Приоритет в создании такого летательного аппарата, как сообщалось в литературе, принадлежит русскому ученому К.Я.Данилевскому, усовершенствовавшему его до такой степени, что он мог летать в безветренную погоду.

Паровые двигатели

Задолго до появления первых действующих самодвижущихся экипажей многие ученые древнего мира и средневековья указывали на возможность их создания. Так древнегреческий ученый Герон Александрийский использовал в своих автоматических механизмах в числе других источников движения паровую турбину. В работах Исаака Ньютона в 1663 г. был помещен рисунок тележки приводимой в движение паровым реактивным двигателем.

Первая паровая повозка пригодная для практического применения была изготовлена в 1769 г. французским военным инженером Жозефом Кюньо который предназначал ее для перевозки артиллерийских орудий. Повозка могла перевозить 2,5 тонны груза со скоростью 5 км/ч. Представляла собой трех колесный экипаж передним ведущим колесом и сферическим катком, расположенным перед автомобилем. Автомобиль Кюньо обладал существенными недостатками:

- Котел обладал недостаточной паропроизводительностью

- Топка была расположена неудобно

В 1801 г. автомобиль Кюньо поступил в музей в качестве экспоната.

В 1785 г. ассистент Джеймса Ватта изобрел хорошо действующую повозку локомотив для безрельсовых дорог. Примерно в тоже время в Великобритании появились различные конструкции паровых дорожных повозок. В частности повозка Тревитика могла передвигаться со скоростью 16 км/ч. В ней впервые в истории создания автомобилей был использован шестеренчатый привод, изготовлена она была в 1801 г. а в 1804 г. потерпела аварию и была запрещена.

К началу сороковых годов XIX в. автомобиль достиг скорости 30км/ч. В тоже время появились паровые дилижансы, они совершали около 400 дневных рейсов, расстояние которое они покрыли за это время 5680 км, было израсходовано кокса на сумму 78 фунтов стерлингов, при этом было перевезено 2670 пассажиров и выручено около 202 фунтов стерлингов.

Среди первых конструкторов паромобилей особого успеха достиг Вальтер Хэнкок, из Великобритании, который за 10 лет (1828-1838) построил 9 автомобилей, 6 из которых были предназначены для перевозки пассажиров. Все свои автомобили он собрал в городе Коннингтон и организовал регулярное движение по дорогам округа. За 6 месяцев эксплуатации пробег автомобилей составил 7654 км.

В 1843 г. в автомобиле была применена коробка переключения передач. В 1835 г. французский конструктор Шарль Дитц впервые применил эластичный бандаж, на колесах одернув вокруг обода войлок, вату, каучук и стянул это все стальной полосой. В 1869 г. Томсон выпустил автомобиль, снабженный вулканизированными резиновыми бандажами. Примерно тогда велись работы по увеличению пассажировместимости безрельсовых паровых экипажей. Был создан безрельсовый паровой поезд, локомотив такого поезда называли трактором. Вес такого поезда составлял 10 т. и он совершал регулярные поездки между Парижем и Сен-Жерменом, а с 1841 г. между Бордо и Либурном.

В России в 1830 г. был создан совершенный для своего времени проект «Быстроката» принадлежащий петербуржцу Казимиру Янкевичу, который создал тягач, предназначенный для буксировки прицепов, оборудованный трубчатым котлом. Котлы такой конструкции в то время в Европе не существовали и были наиболее безопасными. В 1863 г. А. Врадий изобрел самоход повышенной проходимости, кроме того, его самоход отличался экономичностью. В основном в России использовались паромобили зарубежного производства.

Паровой омнибус в период своего наивысшего развития стал в крупных городах мира основным видом городского транспорта. Специализированные паромобили использовались в Москве в качестве санитарных. Особенно охотно их приобретали в тех местах где нефтяное топливо было слишком дорого или недоступно, а эксплуатация парового автомобиля была в 7 раз дешевле бензинового.

Одним из наиболее слабых звеньев паромобиля считался паровой котел. Довести его конструкцию до совершенства удалось французу Леону Серполле после изобретения им генератора с мгновенным парообразованием в 1888 г. Важнейшей частью этого генератора была спираль из 1,5 дюймовой стальной трубки расплющенной настолько что внутренний канал имел форму узкой капиллярной щели. Спираль нагревалась с помощью керосиновых горелок и была окружена защитным чугунным кожухом. Такая конструкция обеспечивала практически мгновенное порообразование. В последствии данная конструкция была усовершенствована, поверхность спирали была сделана волнистой. Паропроизводительность котла достигала 40 фунтов в час, а рабочее давление 300 фунтов на квадратный дюйм. Гоночные автомобили с таким парогенератором развивали скорость до 140 км/ч. причем были совершенно бесшумными. Благодаря практически мгновенному парообразованию при нажатии на педаль акселератора пропорционально изменялись количество подаваемой в испаритель воды и керосина в горелках. Однако к началу XX в. паровые автомобили подошли к пределу технических решений. В России серийный выпуск паровых легковых автомобилей был освоен в конце XIX в. на Московском заводе «ДУКС».

Электрические автомобили.

Параллельно с развитием паровых автомобилей развивалось самостоятельное направление конструирование и производство, средств передвижения использующих в качестве источника энергии электричество, накопленное в аккумуляторных батареях. Аккумулятор был изобретен в 1850г., вскоре появился новый вид услуг называющийся абонемент аккумуляторов. С заводов, где с помощью динамомашин заряжались аккумуляторы, их развозили потребителям, и использовали для освещения приведения в действие двигателей швейных машин, станков и.т.п.

В тоже время возникла и была реализована идея создания электрических средств передвижения – электромобилей. В отличие от стационарных устройств на электромобилях ощутимо проявляется серьезный недостаток аккумуляторов – большой собственный вес, при этом значительная часть энергии расходуется для перемещение самого аккумулятора. Еще одним недостатком является невысокий КПД. В аккумуляторе Планте (изобретателя аккумулятора) он составлял 11%. К концу 19 в. он был доведен до 17%. В наше время КПД аккумулятора составляет около 40%. При этом стоимость киловатт-часа в электрической сети значительно дешевле чем в аккумуляторе, что заметно при эксплуатации ПС. Первые электромобили напоминали коляски, предназначенные для передвижения конной тягой. Электромобили предназначались для индивидуальных перевозок. По мере развития источников питания стали создаваться и многоместные экипажи.

После кислотных аккумулятор появились железно-никелевые, и все ожидали, что вскоре будет создан настолько совершенный источник тока, который сделает электромобиль самым распространенным типом автомобиля. Эти ожидания не осуществились до сих пор. Электромобиль обладает несомненным преимуществом, таким как большая легкость управления, экологичность и сравнительная простота конструкции. Существенным недостатком сдерживающим их развитие и распространение является ограниченный запас хода, связанный с необходимостью зарядки аккумулятора в специально оборудованном месте, и продолжительность зарядки до нескольких часов. По этой причине электромобиль использовали исключительно для городских перевозок, в том числе, штучных грузов. В России находились торговые представительства различных фирм производящих электромобили которые не только продавали их но и обеспечивали квалифицированный ремонт, зарядку и обслуживание аккумуляторов, а также принимали электромобили на полное содержание, включая хранение. В России наиболее известным конструктором электромобилей был Ипполит Владимирович Романов, который имел собственную фабрику электромобилей. Им были созданы модели 2-х и 4-х местных электроповозок, а также 17 и 24 местных омнибусов. В 1899г. электромобили Романова могли изменять скорость от 1,5 до 35 км/ч. Тогда же появились троллейбусы.