ПРЕДШЕСТВЕННИКИ АВТОМОБИЛЯ
Без двигателя
Все началось с колеса. Оно известно примерно с середины 4 тыс. до н. э. (Месопотамия). До этого человек знал, кроме пешего хождения и хождения по морю, еще два вида передвижения — верховую езду и перемещение тяжестей на волокушах из шестов, веток или шкур. Возможно, что конструкцию колеса подсказали людям покатившийся моток шерсти, или веретено, но вернее всего — бревна-катки, с помощью которых перемещали каменные блоки пирамид и прочие тяжелые грузы. 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. Позднее для облегчения колеса в сегментах стали делать вырезы или составляли диск в виде решетки из брусьев, располагая их лучеообразно или крест-накрест. Так пришли к спицам, ступице (центральной части колеса) и ободу, либо также составному из брусьев, либо гнутому из дерева в распаренном состоянии.
Что общего между автомобильными колесами и найденным археологами? Оказывается, многое. Достаточно сказать, что на автомобиле дисковые колеса (конечно, не бревенчатые, а стальные) появились гораздо позже спицованных (экипажных). Колеса же со спицами крест-накрест — это прямо-таки самое архисовременное колесо, «находка» дизайнеров 80-х годов XX века! Не подскажет ли нам еще что-нибудь древний транспорт?
Есть такие подсказки! 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. И впрямь, все уже было!
Повозки всех видов дали автомобилю колеса с осями, рессорами и тормозами. На паровых дилижансах, самокатках и велосипедах были испробованы поворачивающиеся по отдельности передние колеса. Там же были применены:
· дифференциал — механизм, допускавший вращение колес, смонтированных на одной оси, с разными скоростями;
· цепная передача;
· сплошные резиновые и даже наполненные воздухом — шины
Шарнирная система управления, задуманная еще для конных и паровых повозок, была также
приспособлена к автомобилю. От металлорежущих станков автомобиль получил коробку передач.
Предшественники автомобиля
Число карет было невелико, они были достоянием коронованных и титулованных особ.
В XVII веке появились застекленные кареты, которые назвали «берлинами». Когда же сиденья их снабдили спинками на шарнирах (при откидывании спинки сиденье превращалось в постель), «берлины» превратились в «дормезы».
Устройство постели в карете было скорей необходимостью, чем роскошью, так как даже очень недалекое путешествие длилось в те времена неделями. Поездка, например, из Москвы в Новгород занимала 10 дней и была настолько утомительной, что дотянуть до постоялого двора без сна мог только очень выносливый и терпеливый пассажир.
Путешествие в тяжелых и высоких каретах было довольно опасным. На поворотах они кренились, готовые упасть набок; на крутых спусках возницы теряли власть над лошадьми, подталкиваемыми каретой.
Примерно в XVII веке появились и первые экипажи для общего пользования.
Это было время, когда бурно развивались ремесленное производство и торговля, росли города. Занятым горожанам становилось все труднее шагать из одного конца города в другой. Назревала необходимость в дешевом, общедоступном транспорте.
Первые части будущего автомобиля
Окиньте экипаж внимательным взглядом и вы увидите в нем много общего с ходовой частью и кузовом автомобиля. Вот изогнутая рама — она служит остовом всей конструкции. На раме установлен кузов, снизу к ней прикреплены рессоры, а к рессорам — оси. Упругие рессоры защищают раму и кузов от тряски на неровной дороге. Иногда рессоры крепили не к раме, а непосредственно к кузову, и кузов становился не только помещением для пассажиров, но и как бы рамой экипажа.
У большей части карет переднюю ось делали поворотной, на шкворне. Таким образом, рама и кузов покоились на трех опорах: двух задних рессорах и шкворне. При повороте одно колесо выкатывалось несколько вперед, а другое подавалось назад. Для свободного перекатывания колес приходилось поднимать переднюю часть экипажа — раму и облучок — высоко над колесами. Когда лошадь в упряжке проходила поворот, она затрачивала усилие на перекатывание колес, нагруженных весом экипажа. Это устройство имеет ряд недостатков: неустойчивость кузова на трех опорах; высокое, неудобное расположение облучка; трудность осуществления поворота. Уже тогда было придумано и применялось на некоторых быстроходных экипажах и большегрузных телегах более совершенное поворотное устройство: ось делали неподвижной, а колеса крепили к оси на поворотных цапфах, напоминающих дверные петли; левая и правая поворотные цапфы были связаны между собой рычагами и поперечной тягой с шарнирами, а тяга — с задним концом дышла. При повороте дышла вокруг шкворня задний конец дышла передвигал поперечную тягу влево или вправо, а тяга поворачивала колеса. Такая конструкция обеспечивала крепление рамы и кузова на четырех опорах, не требовала большого пространства под рамой для колес и облегчала работу лошади, так как при повороте каждое колесо поворачивалось на месте. Шарнирная ось все же представлялась слишком сложной для экипажей, но в дальнейшем оказалась необходимой на быстроходном автомобиле, у которого усилия на поворачивание колес затрачивает не лошадь, а водитель.
Чтобы закончить осмотр экипажа, нужно упомянуть о тормозе. Как уже отмечено, тормоз состоял из рычага и подушки, которая прижималась к ободу или к шине колеса. Всякий велосипедист, да и не только велосипедист, знает, что для замедления хода и остановки велосипеда достаточно нажать подошвой башмака на шину переднего колеса. Так поступают, когда тормоз велосипеда неисправен. Между подошвой и поверхностью шины возникает трение. И если оно достаточно велико, колесо перестает катиться. Тормоза экипажей действовали именно по этому принципу. Отсюда и пошло название «башмак», или «колодка», сохранившееся посейчас для обозначения невращающейся детали тормоза, которая служит для нажима на вращающуюся часть.
Все было продумано и предусмотрено в конструкции экипажа! Но без двигателя, без лошади экипаж был неподвижен.
Не раз возникала у людей мысль: как было бы замечательно, если бы повозка была самодвижущейся, безлошадной!
Самобеглые коляски
С давних пор люди ломали голову над тем, как создать такую повозку.
Казалось, что нужно добавить к существовавшему экипажу что-то совсем несложное, чтобы он покатился без помощи лошади. Это «что-то» — двигатель. Его долгое время не могли найти и приспособить для экипажей.
…Вертелись жернова мельниц и колеса насосов, приводимые в движение ветром и водой, постукивали в мастерских ремесленников примитивные станки, тикали в комнатах и звонили на башнях хитроумные часы, на полях сражений грохотали орудия и щелкали первые ружья. Короче говоря, люди умели создавать различные механизмы.
Какую же силу, какой механизм применить к повозке?
В распоряжении человека было шесть видов энергии: сила мускулов самого человека, сила мускулов животных, сила падающей воды, сила ветра, сила пороха и сила пружины, могущей накапливать механическую энергию.
Применять к повозке энергию падающей воды было, естественно, невозможно; порох оказался слишком дорогим и слабым средством для приведения в действие тяжелых повозок; пружины также были слабы и действовали недолго; а от использования лошадей и других животных конструкторы экипажей как раз и стремились отказаться.
Оставались две силы: в первую очередь мускулы человека и непослушный ветер.
Их проекты, правда, остаются неосуществленными, но разработаны тщательно, продуманы во всех деталях и красиво оформлены.
Среди множества эскизов гениального итальянского художника, архитектора, инженера, поэта, музыканта Леонардо да Винчи (тут и приводные цепи, и пушки, и измерительные приборы, и даже летательные аппараты) — два эскиза самодвижущихся экипажей. На одном эскизе экипаж приводится в движение слугами, которые вращают коленчатый вал — ворот. Вращение ворота передается задним колесам червячным винтом. В другом проекте движущей силой служит скрытая в ящике пружина, которая вращает не только колеса повозки, но и большую крестовину, установленную на крышке ящика. На концах крестовины подвешены булавы с острыми шипами. По замыслу Леонардо да Винчи, повозка предназначалась для военных целей. Перед тем как привести эту машину в действие, ее нужно возить в обратную сторону, для того чтобы имеющаяся в ней пружина закрутилась, как в заводных игрушках. Затем повозку устанавливают на исходной позиции и пускают навстречу врагам. Повозка должна давить их колесами и крошить булавами. Чтобы колеса не скользили по земле (как теперь говорят, не буксовали), ободья их снабжены выступами, совсем как на автомобильных шинах XX века.
Механический экипаж Дюрера
Мысль о постройке механического экипажа появилась у Дюрера не случайно. Узкие улочки средневекового Нюрнберга кишели крохотными мастерскими часовщиков, золотых дел мастеров, механиков и других ремесленников. Город стоял на перевальной дороге с Майна на Дунай, из Германии в Италию. Кипучая торговая и ремесленная жизнь города, естественно, заставляла людей всерьез призадуматься над усовершенствованием способов передвижения, а развитие механики предоставило в их распоряжение различные средства — зубчатые колеса, пружины, сложные передаточные устройства.
В первых двух проектах Дюрера слуги должны были идти рядом с колесницей и вращать при помощи рычагов установленные на кузове валы и маховики. В третьем проекте слуги осуществляли ту же работу, стоя на площадке колесницы.
Дюрер позаботился о том, чтобы усилия людей не пропадали напрасно. Все четыре колеса были приводными — ведущими. Если бы одно колесо попало в грязь или в песок и начало скользить, другие продолжали бы катиться по дороге и двигать колесницу. Эта же идея лежит в основе современных автомобилей повышенной проходимости.
В XVII—XVIII веках самокатка сошла со страниц альбомов на крупный булыжник тогдашних мостовых. Повсюду то и дело объявлялись конструкторы повозок с мускульным, а иногда с пружинным двигателем. Эти повозки были крайне тихоходны и в лучшем случае напоминали коляски для инвалидов. Из самокаток этого периода заслуживают описания мускульно-силовые повозки русского крестьянина Шамшуренкова и особенно механика Кулибина. Их повозки были действительно работоспособными и включали механизмы, устранявшие некоторые недостатки, органически присущие всем ранним самокатам.
Конструктор Шамшуренков
21 июня 1751 года Шамшуренков написал в губернскую канцелярию письмо, где просил разрешения отправиться в Петербург для «…сделания коляски самобеглой, что может бегать без лошади.
Нелегко, видно, далось Шамшуренкову изобретение коляски. Не легче оказалось и ее осуществление.
Письмо Шамшуренкова путешествовало в Москву, а затем в Петербург, в сенат. Только в феврале 1752 года было опубликовано определение сената, по которому Шамшуренкова вызывали в Петербург.
В июне, через год после «доношения», приступил Шамшуренков к постройке коляски «со всяким поспешанием».
1 ноября коляска была готова и испытана. Приводилась она в движение двумя людьми, была четырехколесной, закрытой и достаточно легкой. В общем она оправдала возлагавшиеся на нее изобретателем надежды.
Иван Петрович Кулибин
Иван Петрович Кулибии — один из виднейших русских механиков и изобретателей. Перечень его работ обширен и многообразен: проект арочного моста через Неву, осуществленный в виде уменьшенной копии и установленный в Таврическом саду в Петербурге, оптический телеграф, водоходное судно, машина для соляных заводов, сеялка.
Помыслы Кулибина были направлены к тому, чтобы облегчить каторжный труд волжских бурлаков, крестьян, рабочих на соляных заводах. Великий механик мечтал прославить родину своими сооружениями.
Но в царской России судьба Кулибина сложилась так, что ни одно из его важных изобретений не было доведено до широкого практического использования. Только потомки смогли вполне оценить огромное значение кулибинского творчества. При жизни Кулибина величие его дерзаний понимали лишь передовые люди и ученые; при царском же дворе Кулибин пользовался почетом не за эти изобретения, а как придворный механик — за всякие «кунстштюки», служившие для развлечения императрицы Екатерины и ее приближенных, а позднее императоров Павла и Александра I. Таковы хитроумные, изящные часы, волшебный фонарь, различные фейерверки и тому подобное.
Очень много и упорно работал Кулибин над «самобеглой коляской». По одному из своих проектов он построил хорошо действовавшую самокатку.
Самокатка была трехколесной. Два задних колеса были ведущими, а переднее — направляющим.
Кулибин поставил перед собой почти те же задачи, которые стоят и в наше время перед конструкторами автомобилей. Только нынешний конструктор знает, как решить их, в его распоряжении — образцы уже осуществленных машин, справочники.
Кулибин применил для самокытки одно-единственное поворотное колесо. Зато самокатка имела маховик, подшипники качения, коробку передач.
Усилие можно умножить, замедлив движение. Попытки двигать повозку силой пружины, ветра или реакцией струи пара не дали хорошего результата. Легкий велосипед оказался единственным работоспособным самокатом.
Все, что было в его распоряжении, — это «самобеглая коляска» Шамшуренкова, отрывочные сведения о заграничных проектах подобных экипажей да законы механики, в те времена изученные и изложенные далеко не так полно и ясно, как теперь.
Рассматривая самокатку Кулибина и оставляя в стороне все то, что нам уже известно из экипажного дела — колесо, кузов и другое, можно представить себе новые задачи, которые решал Кулибин. Вот они: сделать работу механизмов коляски более плавной, обеспечить движение коляски не только по ровным, но и по тяжелым дорогам, на подъемах; дать «двигателю», то есть слуге, который приводил коляску в действие, возможность отдыхать после разгона коляски до определенной скорости; уменьшить трение в механизмах самокатки.
Люди давно заметили, что если приложить силу к какому-нибудь тяжелому, способному катиться или вращаться предмету, дать ему толчок, то он будет продолжать катиться или вращаться некоторое время и после того, как действие силы прекращено. Предмет как бы накапливает энергию, а затем расходует ее; вращается или движется, как говорят, по инерции. Оказалось, что можно двигать тяжелый предмет толчками, и его однажды возникшее движение будет плавным, непрерывным. Этот принцип хорошо наблюдать на работе колодца с колесом: толчками вращают огромное колесо; несмотря на то, что полное ведро тянет колесо в обратном направлении, можно даже на короткое время отнять руку от колеса — накопленная в нем энергия будет все так же плавно поднимать ведро.
Приблизительно такое же колесо, так называемый маховик, включил Кулибин в систему силовой передачи своей самокатки. Слуга, который приводил механизм коляски в действие, находился сзади, на запятках. Становясь на педали, попеременно поднимая и опуская ноги, он толкал то одну, то другую тяги, передававшие эти толчки на звездочку (зубчатое колесо) храпового механизма, который был насажен па вертикальной оси маховика. Вращение маховика сглаживало толчки и обеспечивало плавный ход самокатки.
В работе того же колодезного колеса можно увидеть и другой принцип, который был использован Кулибиным для устройства коробки передач, обеспечившей движение самокатки с разными скоростями в зависимости от дорожных условий.
Действительно, возникает вопрос: как удается придать легкими толчками ладони вращение колодезному колесу, когда его удерживает ведро весом около трех четвертей пуда? Дело в том, что колесо имеет гораздо больший диаметр, чем ворот, на который намотана веревка с ведром на конце. Сила тяжести ведра, скажем, равная 10 килограммам, приложена на плече не более чем 0,2 метра, а сила человека — на плече длиной не менее 1 метра. Значит, человек должен приложить к колесу силу в пять раз меньшую — всего 2 килограмма. При этом рука человека проходит вместе с ободом колеса путь, скажем, около 0,5 метра, а ведро поднимается только на 0,1 метра. Происходит увеличение силы за счет скорости.
Увеличение силы требовалось и для того, чтобы заставить самокатку Кулибина двигаться на подъем или по плохой дороге. Если на горизонтальной утрамбованной парковой дорожке движение коляски обеспечивалось силой примерно в 20 килограммов, то на подъеме в 5—6° или на булыжной мостовой при той же скорости требовалась втрое большая сила. Это увеличение можно было получить двумя способами: заставить слугу напрягаться или уменьшить скорость. Кулибин выбрал последнее.
От оси уже упомянутого маховика усилие передавалось через пару шестерен па продольный горизонтальный вал. На заднем конце вала находилась еще одна шестерня, зацеплявшая при вращении зубцы большого барабана, смонтированного на оси задних колес. Так вращение передавалось от маховика к колесам. Чтобы быть вполне точным, нужно заметить, что зубцы в шестернях самокатки были выполнены в виде простых выступов — штифтов; это было так называемое «цевочное зацепление», несколько упрощенное по сравнению с ныне известным всем зубчатым.
На донышке барабана было три круга штифтов. Самый малый имел 10 штифтов и был вдвое меньше второго и втрое меньше третьего. Ведущую шестерню на горизонтальном валу, также имевшую 10 штифтов, можно было передвигать вдоль вала, вводя ее в зацепление со штифтами одного из кругов. При зацеплении со штифтами малого круга скорости вращения вала и оси колес были равны; при зацеплении со штифтами второго или третьего круга колеса вращались вдвое или втрое медленнее, но с удвоенным или утроенным усилием. А слуга нажимал на педали равномерно, не напрягаясь.
Таким образом, в силовой передаче кулибинской самокатки были составные части трансмиссии теперешнего автомобиля.
Механизм привода давал самокатке свободный ход. Когда она катилась под уклон или шла после разгона по ровной дороге, тяги привода скользили по зубцам шестерни, и слуга мог не работать педалями и отдыхать.
Оси колес самокатки покоились не в гнездах, как оси карет того времени, а на гладких цилиндрах, установленных на раме. Цилиндры образовывали подобие теперешнего роликового подшипника. Оси не соприкасались со всей поверхностью опоры, а перекатывались по поверхности цилиндра. Трение, естественно, значительно уменьшалось.
Для рулевого управления Кулибин выбрал схему, отличную от распространенной экипажной и более близкую к еще не применявшейся тогда шарнирной. Единственное переднее колесо самокатки не нужно было перекатывать, как колеса экипажной оси, насаженной на шкворень; его нужно было лишь поворачивать вокруг его собственной вертикальной оси. Рулевой привод состоял из двух рычагов, тяг и поворотного круга, в котором было установлено переднее колесо. При поворачивании одного из рычагов назад тяга, связывавшая этот рычаг с кругом, поворачивала круг, а вместе с ним и колесо, в соответствующую сторону. Забегая вперед, отметим, что привод от рулевого вала к одному из передних колес автомобиля устроен -почти так же, а на второе колесо поворот передается от первого поперечной тягой, как у экипажей с шарнирной передней осью.
Но все усовершенствования, введенные Кулибиным в конструкцию самокатки, все же не могли превратить ее в полноценный самодвижущийся экипаж. Мускулы человека были недостаточно мощным и недостаточно надежным двигателем.
Расчет показывает, что для передвижения повозки (вместе с тремя-четырьмя людьми) весом до полутонны хотя бы со скоростью 10 километров в час по булыжной дороге требуется мощность около половины лошадиной силы. Ясно, что один или два человека могут развивать такую мощность только в течение очень короткого отрезка времени.
Поэтому мускульно-силовые самокаты не получили распространения.
Артамановский металлический велосипед
Но задача создания легкого самоката, настолько легкого, чтобы один человек мог передвигаться на нем достаточно быстро, не была снята с повестки дня.
Правильное решение этой задачи было найдено русским крестьянином Артамоновым. Артамонов заменил самокатом не карету, а верхового коня. Он построил первый велосипед, образец которого хранится в Политехническом музее в Москве.
Использовав свойство вращающегося колеса (присущее вообще всем вращающимся телам) сохранять занятое им положение, Артамонов создал новый, совершенный тип самоката.
Он установил два колеса на ажурной раме и снабдил одно из них педалями, с помощью которых седок приводил колесо во вращение. Двухколесный самокат — велосипед — был легким и надежным, катился по одной колее и не испытывал, как карета или самокатка, перекосов на неровной дороге. Его детали могли быть менее массивными и менее прочными.
На своем велосипеде Артамонов приезжал в 1801 году с далекого Урала в Москву. Первый «велопробег» был совершен успешно.
Своим изобретением Артамонов опередил создателя «беговой машины» Карла Драйза на 13 лет.
Деревянная беговая машина Драйза
Деревянная беговая машина Драйза была значительно менее совершенной, чем артамановский металлический велосипед, и, в отличие от него, не имела знакомых нам частей велосипеда: металлической рамы, появившейся на Западе только в середине XIX века, педалей. Ездок отталкивался от земли ногами, бежал по земле. Для сохранения ботинок на них надевали металлические носки. Локтями ездок опирался на продолговатую подушку, а в руках держал длинную штангу, направлявшую переднее колесо. Поэтому-то самокатки и называли «беговыми машинами», или, по имени Драйза, дрезинами. Беговые машины передвигались со скоростью 12—15 километров в час и получили распространение для доставки почты.
Велосипед — легкий, компактный и простой — отвечал целям использования мускульной энергии человека для быстрого передвижения. С момента появления велосипеда попытки постройки трех- или четырехколесных мускульно-силовых колясок наблюдались все реже.
Во второй половине XIX века беговую машину Драйза дополнили педалями и сплошными резиновыми шинами, облегчили ее, заменив деревянные колеса стальными с проволочными спицами, а сплошные железные рамы — полыми трубками, ввели шарикоподшипники; позже появилась цепная передача, пневматические шины и, наконец, механизм свободного хода.
Все эти усовершенствования имели в дальнейшем большое значение и для автомобиля. Особенно же важным было применение шарикоподшипников и пневматических шин. Шарикоподшипники во много раз облегчали вращение колеса, уменьшая трение между вращающимися и неподвижными частями его. Пневматические шины смягчали преодоление колесами неровностей дороги, ослабляли толчки. Такая особенность пневматических шин имела два важных последствия:
· во-первых, она позволяла делать все части машины не такими массивными и тяжелыми (ведь вся машина теперь меньше тряслась и расшатывалась);
· во-вторых, и сама езда становилась менее утомительной.
Сухопутные корабли и непослушный ветер
Внимание создателей самодвижущихся экипажей, наряду с физической силой человека, привлекала энергия ветра. Ветряные мельницы успешно соревновались с водяными. Парусные корабли бороздили моря и океаны, заполняли гавани лесом мачт…
Заставить корабли не только скользить по воде, но и катиться по суше, запрячь ветер в карету — вот что представлялось заманчивым там, где сила человеческих мускулов и сила пружины оказались недостаточными.
Русские издавна использовали силу ветра на пути «из варяг в греки». Вместо того чтобы передвигать корабли волоком из одного речного бассейна в другой, корабли (если ветер был попутный) устанавливали на катки и поднимали паруса. Однако пересеченный профиль местности и непостоянство ветра не способствовали развитию этого вида транспорта.
Лучшие природные условия — исключительно равнинная поверхность и сильные ветры, дующие с моря, — были в Голландии; поэтому именно здесь ветросиловые повозки получили распространение. Так появилась в 1599 году двухмачтовая повозка физика и изобретателя Симона Стевина, совершавшая вдоль берега рейсы из Шевенингена в Реттен. Повозка вмещала 28 человек и развивала скорость до 34 километров в час — необычайно высокую для тех времен. Недаром голландские обыватели называли повозку Стевина «гаагским чудом», а лубочная гравюра говорила, что это «не произведение искусства, а работа диавола». Кстати сказать, 300 лет спустя 30-километровую скорость считали «безумной» и для бензиновых автомобилей.
Изменение направления движения достигалось поворотом задних колес и осуществлялось точно так же, как и на судне: рулевой переводил влево или вправо длинный рычаг, а рычаг поворачивал шкворень, на котором крепилась ось задних колес.
Некоторые изобретатели применяли для повозок ветряки мельничного типа с передачей к колесам. Существовали повозки, у которых помимо колес были еще и «ноги» — рычаги, для отталкивания от земли. В других повозках в качестве двигателя применялась ветряная мельница. Она накапливала энергию, закручивая пружину, а затем этой энергией можно было пользоваться для передвижения во время безветрия. Наконец существовали и такие парусные повозки, в которых зубчатая система передавала колесам движение от рычагов — как бы своеобразных «весел»; такие повозки могли передвигаться и с помощью мускульной силы пассажиров.
Этими приемами конструкторы пытались устранить основной недостаток ветросиловых повозок — невозможность передвижения при слабом ветре или безветрии.
Однако никакие ухищрения не помогали: повозки двигались лишь по ровной местности и только тогда, когда дул сильный попутный ветер. Существенным недостатком ветросиловых повозок была также и трудность управления.
Ветросиловые повозки себя не оправдали и сошли со сцены как средство транспорта. Только современные спортивные парусные сани — буера — напоминают нам об этом коротком отрезке пути, по которому шло человечество, развивая свои средства передвижения.
«Огнедействующая машина»
В технике наблюдаются две характерные черты: взаимное влияние машин различных видов и назначений, с одной стороны, и обособление, специализация каждой машины по мере ее развития и совершенствования — с другой. Уже из нашего короткого рассказа читатель может сделать вывод о связи между деталями и механизмами экипажей, самокаток, парусных кораблей, часов, велосипедов. Но он может сделать и другое заключение: достигнув известной степени совершенства, велосипед, например, стал развиваться самостоятельно.
Подобные явления имели место и на дальнейших этапах развития средств сообщения. Во второй половине XVIII века, когда паровая машина стала реальным двигателем, ее одновременно попытались установить на повозку и применить на рельсовом и водном транспорте. Некоторое время паровые автомобили развивались параллельно с локомотивами, конкурируя друг с другом и вместе с тем помогая друг другу. По ряду причин, о которых мы еще будем говорить, паровой двигатель оказался малопригодным для массового легкого безрельсового жипажа. Но все-таки это был механический двигатель, и, приспосабливая его к повозке, изобретатели создали основные части будущего автомобильного двигателя, механизмы передачи усилия, рулевое управление и другое.
На этом важнейшем этапе истории автомобиля роль русских техников была значительной.
Первая паровая повозка появилась на свет после того, как русский механик Иван Иванович Ползунов создал универсальную паровую машину непрерывного действия. Машина Ползунова была задумана в 1763 году и осуществлена изобретателем в конце 1765 года. В 1766 году она уже действовала. Именно такую, но уменьшенную машину установил французский инженер Николай Кюньо на разработанную им в 1769 году первую паровую повозку.
В XIX веке паровые повозки распространились в Англии. На некоторых из них поворот осуществлялся с помощью тележки — «гайда», а для отталкивания от дороги служили «ноги» (нижний рисунок). По тогдашним канонам, перед каждой паровой повозкой должен был идти человек с флажком.
Построенные до Ползунова пароатмосферные машины были простыми насосами — они могли применяться только для подъема воды. Русский же механик создал двигатель, универсального применения.
«Огнедействующая машина» приводила в действие воздуходувные мехи, обслуживавшие плавильные печи Барнаульского завода. Машина была огромным, в особенности для того времени, сооружением; для нее было построено специальное здание высотой в 18,6 метра, разделенное перекрытиями на четыре этажа.
Нижний этаж занимал замурованный в кирпичную печь котел. Крышка котла была расположена уже во втором этаже, и от нее отходили трубки к двум вертикальным цилиндрам, подвешенным на перекрытии между вторым и третьим этажами. Над следующим перекрытием были свободно установлены па горизонтальной оси два 8,5-метровых коромысла.
В цилиндрах перемещались поршни. Стержни поршней, выходившие вверх, были связаны тягами и цепями с ближними к ним плечами коромысел. Противоположные плечи коромысел воздействовали также через тяги и цепи па верхние доски воздуходувных мехов.
Когда поршень одного из цилиндров под давлением пара из котла поднимался вверх, доска соответственного меха опускалась. Подача пара в другой цилиндр в это время прекращалась. Через боковую трубку в цилиндр впрыскивалась вода, пар конденсировался, в цилиндре образовывалось пониженное давление, атмосферное давление сверху заставляло второй поршень опускаться вниз, тянуть цепь и коромысло, противоположный конец которого поднимал доску второго меха.
Таким образом, мехи непрерывно нагнетали воздух к печам.
Открывание и закрывание кранов для впуска пара и воды в тот или иной цилиндр, а также приведение в действие насосов для подкачивания воды были полностью автоматизированы.
Паро-водораспределительная система, общая для двух цилиндров, состояла из ряда простых и остроумных деталей.
На одном из коромысел была подвешена тяга с прорезыо на нижнем конце. В прорезь входили два рычага, насаженные на горизонтальный вал. На этом же валу был жестко укреплен стальной молоток и свободно насажена шестерня, зацепленная с горизонтальной зубчатой рейкой. На шестерне были смонтированы два штыря, упираясь в которые, молоток поворачивал шестерню. Движения молотка были ограничены свинцовыми подушками.
Опускание или подъем тяги с прорезью заставляли рычаги переводить молоток через вертикальное уравновешенное положение влево или вправо, после чего молоток падал на подушку, задевая на своем пути штырь шестерни и быстро поворачивая ее на некоторый угол. Поворот шестерни вызывал перемещение рейки (и укрепленной на ее конце задвижки пароподающих труб) также влево или вправо. Одновременно рейка заставляла поворачиваться еще одну шестерню, которая открывала и закрывала в нужные моменты краны для впуска воды в цилиндры.
Машина Ползунова была цельнометаллической, что в технике тех времен также было шагом вперед. Действовала она полностью автоматически: части ее «сами себя в движении без помощи рук содержали», — как писал ее создатель. Машина развивала 40 лошадиных сил.
Нетрудно понять, каково было значение машины Ползунова для развития различных отраслей промышленности и транспорта.
Машина проработала около года без каких-либо серьезных поломок и приносила заводу несомненный доход. Но изобретателю не пришлось быть свидетелем ее действия: тяжелая болезнь сразила его за неделю до пуска машины. Царские чиновники и некоторые академики — выходцы из-за границы — с преступным равнодушием отнеслись к творению Ползунова. Отправленную в Петербург модель машины поставили в кунсткамеру, а самую машину приказали разобрать.
Только через 20 лет после постройки машины Ползунова появились за границей машины, сходные с ней, а спустя три года после ее создания на самодвижущейся телеге было установлено ее уменьшенное подобие.
Появление паровой машины означало, по существу, новый этап в развитии техники, в первую очередь в развитии транспорта.
Попытки применить пар в качестве движущей силы для экипажа имеют не меньшую давность, чем попытки создания паровой машины.
Знаменитый физик Исаак Ньютон писал, что «человеческое познание дает нам средство для передвижения со скоростью 80 километров в час», но спроектированная им самим повозка была пригодна для езды… только на бумаге. По словам Ньютона, на тележке устанавливался водяной котел, подогреваемый снизу. Сзади из котла выходила длинная трубка. Образующийся в котле пар должен был мощной струей вырываться через трубу, а тележка — двигаться вперед, отталкиваемая обратным движением пара. Тележка не была построена, а принцип реактивного двигателя был практически применен к самодвижущемуся экипажу только через 250 лет после Ньютона.
Священник Вербист, иезуитский миссионер в Китае, в 1665 году построил модель повозки «длиной в два фута, на четырех колесах, в середине которой помещен котел, а под ним — топка с углем. На оси передних колес было бронзовое кольцо с зубцами, приводимое в движение от другого кольца с четырьмя лопастями, на которые действовала струя пара, выходившая из котла».
Для того чтобы паровая турбина могла стронуть с места тяжелую повозку, требовался огромный запас пара. Котлы Ньютона и Вербиста не имели этого запаса. Нужно было нечто иное.
Первым наиболее подходящим двигателем для повозки оказалась машина, подобная описанной выше «огнедействующей». Именно такой паровой двигатель был установлен на «паровой телеге» француза Кюньо.
«Паровая телега» Кюньо представляла собой громоздкое сооружение. По размерам и весу она не уступала теперешним трехтонным грузовым автомобилям. Только