(1752г, 1791г)
Человечество уже давно мечтало создать подобие самоходных колясок, которые способны передвигаться без тягловых животных. Это отчетливо видно в различных былинах, сказаниях и сказках. На улице май 1752 год. В Петербурге царило праздничное настроение, воздух пронизан тонкими ароматами весны, прячущееся солнце посылало последние лучи. Летний сад был заполнен людьми. По мостовым разъезжали нарядные коляски, и вдруг среди всех экипажей появляется один странный. Он шел без лошадей, тихо и без шума, обгоняя другие кареты. Народ был сильно удивлен. Только потом стало известно, что сие диковинное изобретение это -«самобеглая коляска », построенная русским крепостным крестьянином Нижегородской губернии Леонтием Шамшуренковым.
Превью - увеличение по клику.
Так же, уже через год, Шамшуренков написал о том, что может сделать самоходные сани и счетчик до тысячь верст с колокольчиком, звенящим через каждый пройденный километр. Таким образом еще за 150 лет до появления первого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, в крепостной Руси появился прототип современного спидометра и автомобиля.
И. П. Кулибин составил проект в 1784 г., а в 1791 г. построил свою «самокатку». В ней впервые для обеспечения равномерности хода были применены подшипники качения и маховик. Используя энергию вращающегося маховика, храповый механизм, в приводе от педалей, позволял коляске двигаться свободным ходом. Самый интересный элемент кулибинской "самоходки" был механизм для смены передач, являющийся неотъемлемой частью трансмиссии всех автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
САМОКАТКА
1791 году Кулибин изобрел самокатку. Она не дошла до нас - не захотел этого сам автор. И это, как увидим, имеет свое объяснение.
Самокатка не велосипед, это экипаж, но для индивидуального пользования. В движение она приводится мускульной силой человека. Идея создания такого экипажа зародилась очень давно. Историки техники первообразом самокатки считают бесхитростную каталку римских детей. Это горизонтальная узенькая дощечка на двух маленьких колесиках. К ней приделана вертикальная палка, которая служит и опорой руке и рулем. На таких тележках ездили римские дети, одной ногой на доске и отталкиваясь от земли другой. К счастью для детей, тележки эти две тысячи лет не претерпели никаких изменений, и сейчас на них с грохотом носятся ребятишки по тротуарам. Тут-то принцип использования мускульной силы для самодвижения применен был впервые. Потом уже додумались до самокаток; после них и до велосипеда. Изобретение всякого рода экипажей, приводимых в движение мускульной силой самих людей, чрезвычайно характерно для периода, предшествующего внедрению на транспорте механического двигателя. Большинство таких самодвижущихся повозок оказалось практически непригодным из-за несоответствия между весом экипажа и относительной слабостью мускульной силы людей, но два средства передвижения, использующих эту силу, - велосипед и дрезина - вошли в практику.
«Кулибинский фонарь» с зеркальным отражателем.
Трехколесная самокатка Кулибина. Реконструкция Ростовцева.
Г. Р. Державин. С портрета работы Тончи.
Самокатки или тележки, движущей силой которых были мускулы человека, придумывались еще в эпоху Возрождения. И даже, пожалуй, раньше. Рожер Бэкон в 1257 году высказывал мнение о возможности устройства такой тележки. В XVI веке известны были механические повозки, служившие военным целям. Это, если хотите, предки современных бронемашин и танков. До нашего времени сохранились даже имена знаменитых мастеров по изготовлению таких повозок. В Англии еще в XVII веке запатентованы «автоматические экипажи», хотя конструкция их нам неизвестна. Исаак Ньютон в молодости изобрел какую-то самокатку, но она могла двигаться только дома и притом на очень гладком полу. В те времена некоторые «изобретатели» производили целые сенсации своими выдумками. Так, один немец продал шведскому принцу удивительную повозку, которая двигалась сама без применения какой бы то ни было силы, якобы за счет скрытого внутри повозки механизма. Но «механизмом» оказались запрятанные в коляску люди.
Почти во всех больших европейских странах с XV–XVI веков были свои изобретатели самокаток. В России Кулибин изобрел ее тоже не первым. Но о своем предшественнике он ничего не знал. Мало знаем о нем и мы.
Этим предшественником Кулибина был крестьянин Нижегородской губернии Шамшуренков, который еще в 1752 году построил самодвижущуюся повозку, названную им «самобеглой коляской». История покрыла мраком неизвестности судьбу этого удивительного изобретателя из народа, и никто не знает, куда девался и сам изобретатель и его «самобеглая коляска».
Приступая к своему изобретению, Кулибин думал, что осуществляет оригинальную и свежую идею.
Надо помнить, что Кулибин был и конструктором-изобретателем, и строителем и, следовательно, заносил на бумагу только то, что не надеялся удержать в памяти. Поэтому чтение его чертежей, относящихся к самокатке, очень затруднено. При этом текст, написанный карандашом, или стерся, или стал неразборчивым. На чертежах делались и посторонние записи.
Установлено, что Кулибин проектировал одновременно и четырехколесную и трехколесную самокатку. Современники упоминают только о трехколесной. Принцип устройства механизма сводился, видимо, к тому, что задние колеса вращались при помощи храповика, помещенного на оси. Такое устройство было вообще характерно для конструкций того времени. В «Некрологии», составленной сыном Кулибина, сказано: «Слуга становился на запятки в приделанные туфли, подымал и опускал ноги попеременно, без всякого почти усилия и одноколка катилась довольно быстро». Описывает движение самокатки и Свиньин. Чертежи не дают специалистам возможности вполне разгадать устройство этих «туфель» (педалей) и выяснить их роль. В общем предполагается, что две тяги, которые были соединены с педалями, вращали вертикальную ось с большим маховым колесом на ней. При нажиме ног на «туфлю» собачки зацеплялись за зубья, поворачивали среднюю шестерню и давали ход маховому колесу. Инерция обеспечивала равномерность хода. Торможение достигалось растяжением пружин, стремящихся сжиматься. При большой скорости торможение было невозможно, грозило поломкой зубцов барабана. Для остановки требовался более медленный ход. Свиньин имеет в виду торможение, когда говорит о том, что «механизм самокатки сей был так остроумно устроен, что в гору она катилась скоро, а под гору тихо». Устройство тормозов представляет для специалистов большой интерес по новизне идей и своеобразию ее выполнения. И тут сказался типичный для той поры в основу торможения положенный принцип натяжения часовых пружин.
Как мы уже отмечали, для механиков XVIII века весьма характерно устройство приборов, основанных на действии часовых пружин. И Кулибиным в основе торможения был положен этот типичный для той поры принцип. Рулевое управление плохо представлено чертежами, и о нем приходится только догадываться. Уменьшение трения достигалось применением системы, аналогичной современным цилиндрическим подшипникам. Таково же устройство подшипников было у кулибинского подъемника, изобретенного для перенесения царицы в верхние этажи дворца.
На оборотной стороне одного чертежа, относящегося к самокатке, имеется надпись Кулибина, указывающая на способ крепления колес к оси: «У колес ступицы толстые и тонкие, концы отрезать гладко, надеть на палку и сыскать, повертев, настоящий центр, потом очертить во всех местах. У ступиц верно по чертам прорезать для круглого и квадратного конца оси дыры, сделать на круглом конце оси круглые, а на квадратном квадратные из толстой меди трубки, а к широкому концу трубки напаять для прикладки к ступице круга».
Длина самокатки предполагалась около 3 метров, скорость передвижения - около 30 километров в час. Для самокатки такая скорость была бы поистине огромна, так что наши ученые даже высказывают серьезные сомнения в правильности кулибинской формулы. Советский специалист А. И. Ростовцев совместно с художником сделали аксонометрическую реконструкцию самокатки. Судя по рисунку, это очень красивое и затейливое изобретение. Некоторые детали его очень любопытны и оригинальны. В самом деле, ни в одном из дошедших до нас от XVIII века описании самокаток нет и намеков на такие детали, как маховое колесо, облегчавшее работу стоящего на запятках человека и устранявшее неравномерность хода, как коробка скоростей, позволяющая по желанию менять скорость хода и служащая в то же время частью тормоза; как дисковые подшипники. Интересно отметить, что по типу наиболее близкой кулибинской повозке была «самобеглая коляска» Шамшуренкова.
В Европе, где в свое время было изобретено множество всяких самокаток, только одна, принадлежащая Ришару (1693 г.), сходна была с кулибинской. Самокатка Ришара тоже приводилась в движение лакеем, стоящим на запятках повозки и нажимавшим на педали. Педали соединялись при помощи рычагов с двумя храповыми колесами. Колеса были насажены на заднюю ось, ведущую экипаж. Таким образом, педали, рычаги, храповые колеса были у этих изобретателей, не знавших друг друга, однородными.
Следует отметить, что по сравнению с европейскими колясками подобного типа кулибинская отличалась усовершенствованием, о котором говорено было выше.
Кулибин в этом своем выполнении социального заказа волей-неволей становится в ряд со всеми прочими изобретателями, старавшимися угодить вкусам правящего класса. Он не мог выйти из шкуры «придворного механика» и преодолеть предрассудки своего века. Но и то примечательно, что он уничтожил свое изобретение. Остались только десять чертежей, относящихся к 1784–1786 годам. Чувствовал ли он в этом своем изобретении укор себе, видел ли в нем факт своего унижения или объект несерьезных забав и предмет, съедающий его время, - трудно сказать. Показательно, что даже чертежи он не сохранил полностью для своих потомков. А про потомков он думал, и очень серьезно.
Заслуживает внимания очень любопытный в социальном аспекте факт, что тотчас же после Французской революции появился демократический вид самокаток, так называемые «бегунки». Они приводились в движение не слугою на запятках, а самим ездоком, отталкивающимся ногами от земли. Бегунки эти считаются предшественниками современного велосипеда.
«Парень, который изобрел первое колесо, был идиотом, но парень, который изобрел остальные три, был гением» Сид Сизар
Одно из первых изображений повозки
Идеи многих машин и механизмов принадлежат гению Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci). Не обошлось без его участия и на этот раз. Среди чертежей Леонардо нашелся проект самоходной повозки. Она имела три колеса и приводилась в движение заводным пружинным механизмом. Два задних колеса были независимы друг от друга. Их вращение производилось системой шестеренок. Для управления было предусмотрено четвертое маленькое колесо, к которому крепился руль.
Предполагается, что свою самоходную повозку Леонардо разработал в конце XV века, а применять ее планировалось в театре и на карнавальных шествиях. Однако история распорядилась иначе. Потомков конструкции Леонардо можно увидеть где угодно, но только не на театральной сцене.
Реконструкция автомобиля Леонардо да Винчи
Следующим шагом к появлению автомобиля стало изобретение иезуитского миссионера Фердинанда Вербста (Ferdinand Verbiest). Около 1672 года он спроектировал первую машину на паровом ходу. Это была игрушка для китайского императора, не имеющая никакого практического применения. Автомобиль Вербста был 65 см в длину, не управлялся водителем и не мог перевозить пассажиров.
Изобретение миссионера имеет мало общего с паровыми телегами конца XVIII века, но идея приводимой в движение паром машины принадлежит именно ему. Достоверно неизвестно, воплотил ли Вербст свой проект в жизнь, однако описание и чертеж автомобиля есть в его книге Astronomia Europea.
Чертеж парового автомобиля Фердинанда Вербста
Конец XVIII и первая половина XIX веков стали временем паровых машин. Идею Вербста использовать пар для движения повозки переняли многие изобретатели. Первым создателем работоспособного парового автомобиля стал Николя-Жозеф Кюньо (Nicolas-Joseph Cugnot). В 1769 году он сконструировал тягач артиллерийских орудий. Машина приводилась в движение паровым двигателем мощностью 2 л.с. При максимальной нагрузке в 2,5 тонны автомобиль мог двигаться со скоростью 4 км/ч. Но у изобретения Кюньо был серьезный недостаток: каждые 15 минут воду в котле нужно было доводить до кипения, а запаса пара хватало на прохождение только 250 метров. Поэтому предложенная им конструкция не нашла практического применения.
Тягач артиллерийских орудий Кюньо, 1769 год
Однако изобретатели продолжали работать над совершенствованием паровых двигателей для автомобилей. В Великобритании их разработкой занимались Уильям Мэрдок (William Murdoch) и Ричард Тревитик (Richard Trevithick). В 1784 и 1801 годах соответственно они представили свои паровые кареты.
Многие английские конструкторы преуспели в строительстве самоходных многоместных экипажей. Но эра паровых повозок в Великобритании была недолгой. Железнодорожники испугались конкуренции и поспособствовали принятию парламентом закона, значительно усложнявшего жизнь производителей и владельцев первых автомобилей. Ситуация изменилась только в 1896 году, когда мир покорили возможности двигателей внутреннего сгорания.
Английский паровой автобус, 1829 год
Не остались в стороне и русские изобретатели. В 1791 году Иван Кулибин закончил работу над «самокатной повозкой». Она имела три колеса и приводилась в движение нажатием на специальные педали. Конструкция Кулибина имеет больше общего с веломобилями, нежели с автомобилями. Однако русский изобретатель использовал в своей «самокатной повозке» конструкторские решения, без которых невозможно представить современный автомобиль: маховик, тормоз, коробку передач и подшипники.
Автомобиль Кулибина не нашел применения, так как государственные деятели не увидели в нем потенциала для дальнейших разработок и массового производства. А паровые автомобили появились в России гораздо позже, чем в Европе и США. В 1830 году в Петербурге К. Янкевич с двумя механиками разработал проект парового самохода - «быстроката», но он так и не был построен. И только 30 лет спустя Амос Черепанов изобрел паровой самоход-тягач.
«Самокатная повозка» Ивана Кулибина, 1791 год
Паровые двигатели плохо прижились на автомобилях. Они были не надежны и опасны, имели большие размеры. Поэтому конструкторы искали другие источники энергии. Удивительно, но идея использовать электричество для движения автомобилей принадлежала тоже служителю Бога. В 1828 году бенедиктинец Аньош Иштван Йедлик (Ányos István Jedlik) изобрел первый электромотор и поставил его на миниатюрную модель автомобиля.
Идею подхватили другие конструкторы. Первые работоспособные электромобили были собраны в 30-40-х годах XIX века. Первопроходцами можно считать британца Роберта Андерсона (Robert Anderson), шотландца Роберта Дэвидсона (Robert Davidson) и американца Томаса Девенпорта (Thomas Davenport). Их изобретения не могли похвастаться надежностью и высокой скоростью передвижения. Но со временем конструкция электромобилей совершенствовалась, а их производство увеличивалось. В 1899 году был поставлен рекорд – автомобиль с электродвигателем развил скорость 100 км/ч.
Электромобиль Томаса Паркера (Thomas Parker), 1884 год
В начале XX века электромобили составили серьезную конкуренцию новичкам с двигателями внутреннего сгорания. В этот период в США их выпускали в несколько раз больше, чем автомобилей с бензиновыми двигателями. Особенно отличилась компания Detroit Electric, которая с 1907 по 1942 год производила электромобили, пользующиеся большой популярностью у американцев. В военный период разработка и производство автомобилей с электродвигателями практически прекратились. Конструкторы и предположить не могли, что быстро набирающие популярность автомобили с двигателями внутреннего сгорания через сто лет снова будут бороться за место под солнцем с электромобилями.
Электромобиль Detroit Electric, 1916 год
Во второй половине XIX века произошло самое важное событие для автомобилестроения: был изобретен двигатель внутреннего сгорания. Первую попытку его создания предпринял французский конструктор Филипп Лебон (Philippe Lebon). В 1801 году он изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе. К сожалению, работе над ним не было суждено продолжиться, так как через 3 года после создания опытного образца Лебон погиб.
Вслед за ним разработкой двигателей внутреннего сгорания занимались бельгийский механик Жан Этьен Ленуар (Jean Étienne Lenoir) и немецкий изобретатель Август Отто (August Otto). Особого успеха добился последний. Его двигатели хоть и не имели электрической свечи зажигания, как у Ленуара, но были производительнее и в пять раз экономичнее. Поэтому изобретение француза уступило первенство конструкции Отто. Эти первые серийные двигатели внутреннего сгорания в качестве топлива использовали газ. Конструкторы сразу оценили преимущества размеров и стали устанавливать их на автомобили. Первая машина с двигателем Ленуара была испытана в 1860 году.
Автомобиль Ленуара, 1860 год
Изобретатели не останавливались на достигнутом и продолжали поиски лучшего горючего для своих двигателей. Около 1870 года австрийский изобретатель Зигфрид Маркус (Siegfried Marcus) поместил жидкостный двигатель на телегу, которая получила название «первая машина Маркуса». Позже изобретатель создал свой второй прототип. «Вторая машина Маркуса» имела более сложную конструкцию. В 1872 году американский инженер-механик Джордж Брайтон (George Brayton) создал прототип двигателя, который работал на керосине. Позже он решил использовать в качестве топлива бензин. Но конструктор столкнулся с проблемами, решение которых опередило изобретение немецких инженеров.
«Вторая машина Маркуса»
Считается, что первый работоспособный бензиновый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1885 году немецким инженером Готлибом Даймлером (Gottlieb Daimler). Он был испытан на первом в мире мотоцикле , а позже установлен на экипаж. Создателем первого серийного автомобиля с бензиновым двигателем признан Карл Бенц (Karl Benz). Но это уже совсем другая история…
2 марта (19 февраля по старому стилю) 1779 года «Санкт-Петербургские ведомости» сообщили о том, что Иван Кулибин изобрел прожектор — первый прообраз современного прожектора. Талантливый изобретатель, неутомимый механик-самоучка, Кулибин придумал множество приборов и механизмов. Только чертежей он оставил 2 тыс. штук: от чертежей оптических, навигационных, механических и других приборов до грандиозных проектов мостов, машин, кораблей и зданий. Имя Кулибина давно стало нарицательным: так часто называют предприимчивых и изобретательных людей.
ПРОЖЕКТОР
В 1779 году Кулибин сконструировал свой знаменитый фонарь с отражателем, дававшим мощный свет от простой свечи. Параболический отражатель состоял из мельчайших зеркал и перераспределял свет, обеспечивая угловую концентрацию светового потока. Около отражателя ставилась свеча, и отражавшийся свет мог с легкостью направляться в нужное место при поворачивании корпуса прожектора. Изобретенный прожектор позволял видеть в темноте человека на расстоянии более 500 шагов. В дневное время и в ясную погоду свет прожектора Кулибина был различим на расстоянии 10 км. Кулибинский прожектор очень удивил петербуржцев, когда в темную ночь на Васильевском острове вдруг появился яркий шар, осветивший всю улицу. Шар приняли за знамение, но оказалось, что это светил фонарь, вывешенный Кулибиным из окна своей квартиры. Прожекторный фонарь не нашел применения во времена Кулибина, через столетие на его основе были изобретены прожекторы и прожекторные светофоры.
КРЕСЛО-ПОДЪЕМНИК
В 1793 году Кулибин создал кресло-подъемник, прообраз современного лифта. Подъемный механизм кресла действовал при помощи одного или двух человек, которые поднимали кабину специальными гайками, двигающимся по двум вертикально установленным ходовым винтам. Такое кресло было смонтировано в Зимнем дворце, где использовалось три года, в основном, для развлечений придворных. После смерти императрицы Екатерины II о лифте забыли, а подъемное устройство заложили кирпичом. Только в начале XXI века во время реставрации были обнаружены фрагменты подъемного устройства.
ОПТИЧЕСКИЙ ТЕЛЕГРАФ
В 1794 году Кулибин изобрел и построил «дальнеизвещающую машину» — оптический семафор с изобретенным ранее фонарем с отражающим зеркалом. Благодаря фонарю, машина могла использоваться ночью и в небольшой туман для передачи информации на приличном расстоянии. Для составления комбинаций телеграфных знаков Кулибин использовал конструкцию из трех досок, позаимствованную у французов: одной длинной и двух коротких. Однако приводную конструкцию для перемещения частей аппарата и код изобретатель придумал сам: код состоял из одной таблицы, а слова разбивались на однозначные и двухзначные слоги и передавались по частям. «Дальнеизвещающая машина» произвела впечатление на Академию наук, однако денег на постройку не нашлось, и машина была сдана на хранение в Кунсткамеру.
НОЖНОЙ ПРОТЕЗ
Медицинский протез обязан своим появлением Кулибину: в 1791 году изобретатель разработал конструкцию «механических ног» для офицера С. В. Непейцина, который потерял ногу в сражении под Очаковым и был вынужден ходить на деревяшке, опираясь на трость. Кулибинский протез практически заменял утраченную ногу: с протезом Непейцин ходил с тростью, садился и вставал, а впоследствии стал свободно передвигаться без трости. Металлический протез состоял из отдельных блоков, соединявшихся шарнирами, шинами и колесиками, давал возможность производить сгибание в коленном шарнире и имитировал ногу человека. Кроме Непейцина, к Кулибину стали обращаться и другие ветераны сражений, среди них был и Валериан Зубов, брат последнего фаворита Екатерины II Платона Зубова. Позже Кулибин придумал протез и для замены ноги, ампутированной выше колена. Он состоял из ступни, голени, бедра и приспособления для укрепления с поясами. При этом механизм движения позволял воспроизводить движения бедра и голени, близкие к естественным. Кроме того, когда число инвалидов в начале XIX века в России резко увеличилось в связи с наполеоновскими войнами, Кулибин решил совершенствовать свои модели протезов: он хотел сделать протез легче, заменив металл деревом.
ЭКИПАЖ-САМОКАТКА
Самоходный экипаж Кулибин разработал в 1791 году. Сначала он задумывал сделать коляску четырехколесной, затем, стремясь сделать экипаж легким и простым в управлении, он создал трехколесную самокатку. Трехколесный механизм мог развивать скорость до 16,2 км/ч и содержал основу ходовой части автомобиля: коробку скоростей, тормоз, маховое колесо, подшипники качения. Коляска была рассчитана на одного-двух пассажиров и приводилась в движение педалями, на которых стоял человек, попеременно нажимая на них ногами. Педали приводили в движение маховик, который делал движение более ровным и обеспечивал непрерывное движение колес. Ведущее колесо могло вращаться с различной скоростью. Изменение скорости обеспечивалось барабаном с тремя венцами — большим, средним и малым. Рулевое управление состояло из двух рычагов, тяги и поворотного круга, крепившегося к переднему колесу. Разогнавшись, человек, нажимающий на педали, мог позволить себе немного отдохнуть: дальше самокатка какое-то время катилась по инерции. Также без участия человека она хорошо шла под уклон. Самокатка шла медленнее под гору, чем в гору, за счет действия тормозного устройства.
Используя опыт предыдущих поколений, поднимая их достижения на новый качественный уровень, развитие научно-технической мысли движется вверх по спирали. Не случайно изобретатели, создавая все более и более совершенные машины, нередко возвращаются к опыту предшественников - опираются в своих поисках на конструкции давно минувших лет.
Характерный пример такой преемственности - история экипажей, движимых мускульной силой человека. Об одной из современных ветвей их потомков - веломобилях - мы уже неоднократно рассказывали («М-К», 1976, № 7; 1979, № 11, 12). Не менее интересно оглянуться назад и проследить, как зарождалась и развивалась идея «мускульного» транспорта в далеком и недалеком прошлом.
Уходя в глубь истории техники, мы увидим некий парадокс, живущий в веках и сохранившийся до наших дней. Он стал заметен во времена, когда по мощеным и немощеным дорогам древности уже сновали кареты и телеги, запряженные четвероногими помощниками человека. Не один век лошади, волы, мулы отслужили в качестве живого привода к повозке. Но росли транспортные потребности, и человек начал мечтать о том, чтобы создать экипажи, способные брать больше груза и развивать большие скорости. Появился автомобиль, которому предшествовало изобретение двигателя: сначала парового, потом внутреннего сгорания, электромотора. Но это было потом. К этому еще нужно было прийти. Через времена, когда забавы с «огненными машинами» могли закончиться на костре инквизиции. И еще раньше, когда для движения повозки придумывали наивные, но хитроумные способы, кажущиеся сегодня примитивными, а подчас и курьезными. Однако не станем слишком строго судить предков. Ведь почти в каждом из тех древних сооружений уже угадывался прообраз какой-нибудь детали современных машин: трансмиссии, рулевого управления, тормозов. Многие находки, претерпев всевозможные улучшения, прочно утвердились в современном транспорте.
Принцип привода тележки мускульной силой сидящего в ней человека оказался живучим. Он стал особенно заманчивым во времена, когда виделся уже в применении к асфальтовым дорогам. Стремительно проносились не просто «безлошадные экипажи», а быстрые и мощные авто, в небо взлетели аэропланы, вот уже и космические корабли уходят к далеким планетам. Но живы в человеке две извечные мечты: летать как птица и толкать какой-нибудь легонький экипаж силой собственных мышц. Когда она зародилась, в какие стародавние времена? Появлялись часовые механизмы, вода вращала колеса мельниц и насосов, люди уже неплохо управлялись с парусами. Но… энергию падающей воды к движущейся повозке не приспособишь, пружины слабы и ненадежны, а паруса годятся только при добром ветре, да и то в основном на воде. А так хотелось ни от чего не зависеть…
Одна из первых, наверное, попыток воплотить идею использования собственной силы для приведения легкой повозки в движение принадлежит аугсбургскому плотнику Вальтеру Голтану. Это он в начале XV века выехал на узкие улочки своего городка на необычном четырехколесном сооружении, оказавшемся самодвижущимся мускульным экипажем. Перетягивая бесконечный канат, ездок приводил во вращение два барабана. Нижний, с продольными рейками, заставлял вращаться зубчатое колесо, жестко насаженное на заднюю ось. Стоит ли говорить, что скорость коляски была не выше, чем у пешехода. А как же руль? Ну, в те времена проблема поворота еще не смущала изобретателей. Если требовалось изменить направление движения, ездок вылезал из повозки и, приподняв передок, нацеливал возок в нужную сторону.
Экипаж Голтана был одноместный. А вот некто Огюст из Меммингена в 1447 году соорудил гигантскую (даже го сегодняшним понятиям) самоходную машину на четырех огромных колесах. Она могла везти сразу несколько десятков человек. Конечно, о скорости история умалчивает, но не это было главным в те времена. Важнее, что машина двигалась! Посредством хитроумных приспособлений, рычагов, валиков, воротов, находящихся внутри экипажа, люди вращали все четыре колеса повозки. Конструктор позаботился таким образом о том, чтобы в случае застревания в колдобине одного из колес другие смогли вытянуть машину на ровную дорогу. Вот он, прообраз современных полноприводных машин-вездеходов!
На принципе использования мускульной силы создавались и другие самоходные экипажи средневековья. В 1459 году в триумфальном шествии немецкого императора Максимилиана I принял участие необычный экипаж. Он представлял собой шестиметровое колесо-обруч, внутри которого располагались царствующие особы. Экипаж-колесо перемещался в результате того, что слуги переступали по его внутренней поверхности, а направление движения регулировал длинным рычагом шедший рядом слуга. Тогда же появился деревянный четырехколесный экипаж, приводимый в движение идущими рядом и сзади него слугами, которые с помощью рычагов вращали установленные на кузове валы и маховики. До нас дошли лишь зарисовки таких машин: других достоверных данных об их существовании нет. Проектированием этих повозок занимался, в частности, известный художник Альбрехт Дюрер, оставивший нам несколько рисунков своих изобретений.
В 1685 году известный нюрнбергский часовщик Стефан Фарфлер сломал ногу. Это, казалось бы, незначительное сугубо личное событие послужило толчком… к дальнейшему развитию и совершенствованию самодвижущегося экипажа - пока лишь в форме мускульной повозки. Фарфлера не очень-то радовала перспектива пользоваться костылями или сидеть дома. Он соорудил небольшой трехколесный экипаж, на котором «сам мог ездить в костел без чьей-либо помощи». Ясно, что и здесь Скорость была не ахти какая. В коляске он использовал принцип родного ему часового механизма. Только силу пружин и гирь заменяли собственные мускулы. Крутя особые ручки, Фарфлер через систему шестеренок приводил во вращение переднее колесо. С этой схемой перекликаются современные мотоколяски и автомобили с передним приводом.
Свой вклад в развитие «самобеглых машин» внесли и наши соотечественники. В 1752 году в России был построен первый подобный экипаж, приводимый в движение сложной системой рычагов и педалей, которыми управляли два лакея, стоящие на запятках. Его создатель - Леонтий Лукьянович Шамшуренков, крестьянин Нижегородской губернии, замечательный русский изобретатель-самоучка, наделенный большой фантазией и смекалкой. 21 июня 1751 года он направил в сенатскую комиссию в Москву прошение о выдаче ему разрешения и оказании финансовой помощи для «…сделания коляски самобеглой, что может бегать без лошади. Такую коляску он, Леонтий, сделать может подлинно, изобретенными им машинами, на четырех колесах, с инструментами так, что она будет бегать и без лошади, только правима будет через инструменты двумя человеками, стоящими на той же коляске, кроме сидящих в ней праздных людей, а бегать будет хотя через какие дальние расстояния и не только по ровному местоположению, но и к горе, будет где не весьма крутое место, а так же коляска может сделана быть, конечно, через три месяца со всем совершенством, и для апробации на сделание первой такой коляски потребно ему из казны денег не более 30 рублей…».
Только через год в Санкт-Петербурге Шамшуренков «со всяким поспешением» приступил к воплощению своего замысла. И вот первого ноября 1752 года коляска была полностью готова к испытаниям. До наших дней не сохранилось ни чертежей, ни рисунков, ни даже толкового описания этого самодвижущегося экипажа с мускульным приводом. По немногочисленным документам можно судить, что коляска была четырехколесной, закрытой и напоминала карету - не громоздкую, а достаточно легкую и прочную. Два человека при помощи педалей вращали задние колеса и управляли ее движением. Экипаж перевозил не менее двух пассажиров.
Через год, закончив работу, 60-летний изобретатель, еще полный сил и энергии, вновь пишет в Санкт-Петербург: «…а ныне еще могу для апробации сделать сани, которые будут ходить без лошадей зимой, а для пробы могут ходить и летом с нуждою… А хотя прежде сделанная мною коляска находится и в действии, но токмо не так в скором ходу, и ежели еще позволено будет, то могу сделать той прежней уборнее и ходу скорее и прочнее мастерством». Но на эти предложения последовал отказ, тщетными оказались все дальнейшие просьбы. Вскоре об изобретателе и его «самобеглой коляске» забыли, и их дальнейшая судьба неизвестна.
Другой талантливый русский механик - Иван Петрович Кулибин - несколько лет работал над оригинальной коляской и закончил ее в 1791 году. Вся механика внешне кажется немудреной, но глаз современного конструктора сразу различит целый ряд даже по нынешним временам гениальных решений. Кулибин выполнил экипаж трехколесным, на одного пассажира. Деревянная рама состояла из двух продольных брусьев, соединенных поперечинами. Спереди к ней крепился поворотный круг с одиночным направляющим колесом, управляемым с помощью тяг и рычажков. В задней части на раме устанавливались два других колеса увеличенного диаметра. Педали - или «туфли», по Кулибину, - поочередно нажимал стоящий на запятках человек. Он посредством тяг и храповых механизмов приводил тяжелый горизонтальный маховик, облегчавший работу человека на педалях и смягчавший ход машины. Вращение вертикального вала маховика передавалось через упрощенные зубчатые передачи на правое заднее колесо.
Интересна конструкция механизма передачи крутящего момента на ведущее колесо, ставшая прообразом современных ступенчатых коробок передач. На оси колоса был расположен барабан с тремя зубчатыми венцами различного диаметра и с неодинаковым числом зубьев. Шестерня продольного вала, передвигаясь по диаметру барабана, могла соединяться с любым венцом, изменяя передаточное число, а значит, и скорость вращения колес и прилагаемое усилие.
«Самокатка» имела и механизм свободного хода, что давало человеку возможность отдыхать, используя инерцию позозки и маховика. И еще одно замечательное техническое предвидение можно обнаружить в коляске Кулибина: оси колес перекатывались на трех особых катках. Это устройство - предшественник современного роликового подшипника! Короче говоря, механическая коробка передач и подшипники на этой тележке были сконструированы и использованы на полвека раньше, чем они появились во Франции и Англии. Ближе познакомиться с конструкцией «самокатки» можно в отделе автомобильной техники Политехнического музея в Москве, где хранится ее действующая модель.
И все-таки усовершенствования, введенные Кулибиным в конструкцию коляски, не смогли превратить ее в полноценный самоходный экипаж, слишком уж слабым и ненадежным был живой двигатель. Аналогичные попытки создать «мускульный» транспорт не раз предпринимались в XVIII веке и за рубежом. Однако все подобные машины оставались лишь оригинальной игрушкой при дворе. Известно, что в Англии одноместную повозку наподобие кулибинской, только четырехколесную, построил Джон Беверс.
Словом, «самобеглые машины» оказались ненадежными и практически неприемлемыми. И все-тали они стали первыми шагами к удовлетворению желания человека двигаться быстрее. Появлялись, конечно, на этом пути и горе-изобретатели, которые предлагали бессмысленные сооружения, вошедшие в фонд автовелокурьезов. Вот одна из таких идей: на обычной повозке поставить весла-грабли и отталкиваться ими от земли. В другом «сногсшибательном» устройстве предполагалось использовать принцип беличьего колеса, но с собаками. Для этого переднее колесо повозки должно было иметь вид барабана, внутри которого животным надлежало бежать. Был и не менее оригинальный проект: нажимать педали хотели заставить лошадь. Но… собаки и лошади отказались выполнять столь необычные для себя обязанности, и эти «перспективные экипажи» так и застряли на месте, затерявшись в анналах истории техники.
Но та же история отобрала в мускульных проектах все мало-мальски рациональные зерна. Вспомните маховик на «самокатке» Кулибина. Эту идею развил венгр Йозеф Хорти-Хорват, предложивший в 1857 году многоместный омнибус, не крыше которого был установлен огромный маховик; крутящий момент от него через коническую шестерню и вал передавался на задние колеса экипажа. В обязанности «водителя» входило лишь раскручивать его. Три года спустя русский инженер В. И. Шуберский разработал проект «маховоза», также использующего энергию вращающегося маховика. А в 1905 году англичанин Ланчестер запатентовал «маховичный автомобиль». Один или два тяжелых маховика с помощью механической передачи вращали колеса машины. Для разгона маховиков служили электродвигатели, но можно было делать это и вручную.
И вот уже в наши дни энергетический кризис и гиподинамия, засилье автомобилей в крупных городах, шум, загазованность атмосферы заставили вновь обратить внимание на некоторые «мускульные» транспортные средства, когда-то вытесненные мощными и компактными двигателями. К ним прежде всего следует отнести велосипеды, а также экипажи на их основе - веломобили, приводимые в движение мускулами человека.
От велосипеда веломобиль получил простую цепную передачу, легкие колеса; от автомобиля - трансмиссию, кузов, систему освещения, зачатки комфорта. Конструкция всех узлов направлена на выполнение главного условия - максимальное облегчение работы водителя. Так повернулся виток спирали развития мускульных транспортных средств, начавшийся еще пять веков назад.
Сегодня на улицах Токио и Амстердама, Парижа и Милана - многих городов мира нет-нет да промелькнут в густом потоке транспорта безмоторные машины на одного-двух или даже десяток-другой человек. В них каждый при деле: крутит педали или нажимает рычаги привода. Куда уж автомобилю угнаться - конечно, не в скорости, а в экономичности, маневренности, безвредности для окружающей среды: сколько сразу достоинств! Да и покрутить педали нынешнему горожанину, страдающему от малоподвижности, отнюдь небесполезно.
Безмоторные машины строятся в самых различных вариантах: от юрких одноместных веломобилей до гигантских многоместных «велобусов» - трех-четырехколесных экипажей без кузова с общей передачей на задние ведущие колеса. Пока что многие из них созданы из побуждений саморекламы или желания удивить соотечественников, привлечь внимание, вызвать сенсацию.
Один из первых проектов небольшого велобуса, на 21 человека, предложил в 1949 году француз Пьер-Альберт Фарса. А вот датчанин Таг Крогсхейв явно обогнал всех конкурентов, построив трехколесное велочудище весом более 3 т, рассчитанное на 35 (!) человек. Для него потребовалось 78 старых велосипедов, 35 седел, 70 педалей, три автомобильных колеса Только длина 70 цепных передач составила более 50 м! Единственное практическое применение для этого монстра Крогсхейв нашел пока в том, что изредка катает на нем местных ребятишек.
Мы уже рассказывали о построенных у нас в стране легких веломобилях: о харьковском экипаже «Вита» («М-К», 1976, № 7), складном веломобиле «Колибри» («М-К», 1979, № 12). Несколько веломобилей с обтекаемыми кузовами создали студенты и сотрудники Вильнюсского инженерностроительного института. Зимой 1981 года даже состоялись первые в стране соревнования мускульных машин.
Но, как бы ни были хороши веломобили, они существуют пока в единичных экземплярах и не стали заметным явлением в транспортных потоках крупных городов. Впрочем, в Японии, где проблемы перегрузки уличного движения и загрязнения воздуха выхлопными газами особенно остры, уже начат серийный выпуск нескольких видов безмоторной техники: легкий трехколесный педикар с навесом и более комфортабельный четырехколесный. Средняя скорость их невысока - 10-15 км/ч, но этого вполне достаточно для коротких поездок. Такой транспорт окажется полезным не только для личного пользования, но и для почтальонов, врачей районных поликлиник; для обучения молодежи правилам движения, применения на территории больших предприятий, хозяйств, строек.
Веломобиль делает сегодня первые и пока нетвердые шаги (это несмотря на почти пятисотлетнюю историю!), но огромные преимущества простого и доступного транспорта определяют его большое будущее. Есть еще над чем подумать и поработать изобретателям в этом древнем и, пожалуй, одновременно самом молодом виде транспорта, не нуждающемся в двигателе, служащем здоровью человека, И мы надеемся, что самодеятельные конструкторы, читатели нашего журнала, внесут в это дело свою лепту.
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.
Навигация записи