Файл: Первые проекты отечественных самодвижущихся экипажей.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 38
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Первые проекты отечественных самодвижущихся экипажей.
14 июля 1896 года, 115 лет назад, на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде состоялась первая публичная демонстрация "самодвижущегося экипажа" Евгения Яковлева и Петра Фрезе. Первого российского автомобиля.
Началась эта история со знакомства двух жителей Санкт-Петербурга, которое случилось в американском городе Чикаго. В том же 1896 году, когда российские инженеры собрали свой первый автомобиль, в нашей стране появились первые правила дорожного движения.
И Фрезе, и Яковлев внимательно наблюдали за экспериментами по созданию самодвижущихся экипажей во Франции, Германии, США… И первый русский автомобиль по конструкции следовал общим тенденциям. Например, конструкция кузова повторяла, по сути, конструкцию легких конных колясок. Колеса с деревянными ободьями и литыми резиновыми шинами вращались не на шариковых подшипниках, а на бронзовых втулках.
Двигатель и трансмиссия были изготовлены на заводе Яковлева, а корпус, ходовая часть и колеса — на фабрике Фрезе. "Журнал новейших открытий и изобретений", который в 1896 году посвятил этому автомобилю большую статью, отмечал ряд существенных улучшений в конструкции ходовой части, трансмиссии и кузова автомобиля.
Это была усиленная пролетка с четырехтактным одноцилиндровым двигателем внутреннего сгорания, который размещался в задней части кузова. Для охлаждения цилиндра использовалась вода, а теплообменниками работали два латунных бака (по 30 л каждый), размещенные вдоль бортов в задней части машины. Зажигание было электрическим (батарея сухих элементов и патентованная свеча), что в то время было передовым решением. Вроде бы все похоже на конструкцию автомобиля Бенца, но двигатель Яковлева был проще, легче и мощнее — он разгонял двухместную коляску весом 300 кг до 20 км/ч.
Испарительная система охлаждения была собственной разработки. Во время работы мотора вода постоянно закипала. Пар шел в конденсатор (он располагался за спинкой дивана), частично испарялся, а частично охлаждался и снова превращался в воду. Водитель должен был постоянно следить за уровнем воды, так как большая часть ее выкипала. Для того чтобы проехать 100 км пути, мотор потреблял 150 л воды и 21 л топлива.
Для подачи топлива использовался простейший карбюратор испарительного типа. Коробка передач была похожа по конструкции на ту, что использовалась в машинах Бенца, но кожаные ремни были заменены на более надежные, из многослойной прорезиненной ткани. У коробки было две передачи: вперед и режим холостого хода
Конструкция шасси была полноценной разработкой Фрезе. Русский автомобиль имел более широкую колею, и комплектовался складным верхом из кожи. В машине было два тормоза. Основной — ножной — действовал на ведущий вал коробки передач. Ручной тормоз прижимал резиновые бруски к покрышкам задних колес. Задние колеса были больше передних, с цельными резиновыми шинами.
Первый русский автомобиль с двигателем внутреннего сгорания прошел испытания в мае 1896 года. 14 июля он был выставлен на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Нижнем Новгороде и совершал там демонстрационные поездки.
Инженеры Фрезе и Яковлев продемонстрировали первый российский автомобиль, и публике он, похоже, понравился.
Однако в 1898 году внезапно в возрасте 41 года умирает Евгений Яковлев. Петр Фрезе, страстный поклонник технического прогресса, продолжил экспериментировать и строить автомобили. Правда, уже с моторами импортного производства. В 1899 году на его предприятии собирали первые российские электрические экипажи и электрические омнибусы (предтеча автобусов) конструкции инженера Ипполита Романова. В августе 1902 года под Курском состоялись большие военные маневры, на которых армия впервые в своей истории применила автомобили.
На Первой Международной автомобильной выставке в Петербурге в 1907 году компания "Фрезе" получила Большую золотую медаль "за производство автомобильных кузовов и инициативу в распространении автомобилей в России".
Экипажи, приводимые в движение силой пара
Первыми настоящими “самодвижущимися” средствами транспорта стали экипажи, приводимые в движение силой пара. Они прошли долгий путь своего развития, обусловленного изобретением устройств, способных преобразовывать энергию пара в механическое движение. Приблизительно в I в. до н. э. древнегреческий инженер и ученый Герон Александрийский предложил устройство, представляющее собой полый шар, свободно вращающийся на оси. В этот шар наливалась вода и нагревалась пламенем до кипения. Выходящий через Г-образные трубочки пар приводил шар во вращение. Идею применения силы пара для движения экипажа изобразил на рисунке, относящемся к 1663 г., великий английский ученый Исаак Ньютон (1642—1727). На тележке установлена реторта с водой. При ее нагреве образуется пар, который,
выходя через отверстие в узком конце реторты, создает реактивную силу, толкающую тележку. Здесь мы имеем дело с прямоточным реактивным паровым двигателем. В 1672 г. фламандский иезуит Иоганн Вербист, миссионер в Пекине, построил для сына китайского императора небольшую тележку, которая была снабжена примитивным котлом и могла двигаться с помощью того, что можно было бы “окрестить” турбиной. Все описанные здесь изобретения не нашли практического применения, поскольку в то время в них не было общественной потребности. С технической точки зрения упомянутые изобретения реализовали простейшие идеи тепловых двигателей, которые можно охарактеризовать как “однотактные”.
К началу XVII в. в Европе уже имелись некоторые теоретические предпосылки для создания работоспособных паровых машин: были доказаны весомость воздуха и факт производимого им давления. Зная этот факт, итальянец Джованни делла Порта предложил в 1601 г. способ получения разрежения (вакуума) посредством конденсации пара в замкнутом сосуде. Впервые практически эту идею реализовал в 1698 г. англичанин Томас Севери в своей машине, предназначенной для откачки воды из шахт.
Машина Севери помещалась в шахте. Она имела резервуар с четырьмя трубами. Одна труба была опущена ниже уровня находящейся в шахте воды, а другая выходила на поверхность шахты. Обе трубы были снабжены клапанами.
Работала машина в два такта (что важно учесть для понимания последующей эволюции тепловых машин). Во время первого такта через третью трубу в резервуар из котла впускался пар. При этом клапан нижней трубы закрывался и открывался клапан трубы, выведенной на поверхность. По этой второй трубе вытесненная паром вода поднималась на поверхность, а резервуар заполнялся паром. Во время второго такта доступ пара в резервуар прекращали и по четвертой тонкой трубе в него впускали небольшое количество холодной воды. В результате конденсации пара в резервуаре создавалось разрежение и под действием атмосферного давления вода из шахты заполняла резервуар. Далее весь цикл работы машины повторялся.
Эту машину можно охарактеризовать как двухтактную, атмосферную, беспоршневую. При этом следует отметить, что впуск пара и холодной воды в резервуар машины осуществлялся вручную; машина не обладала способностью к самоуправлению и саморегулированию. Подобная машина имелась и в Петербурге. Испытывавший ее там англичанин Кларк пришел к выводу, что 91% пара конденсировался в резервуаре бесполезно.
Возникла необходимость повысить коэффициент полезного действия паровой машины, сделать ее более экономичной. Одно из решений этой задачи было реализовано французом Дени Па-пеном, который в 1690 г. построил поршневую паровую машину.
В закрытом снизу и открытом сверху вертикальном цилиндре машины Папена был помещен поршень. На дно цилиндра наливали немного воды, которая закипала в результате подогрева цилиндра огнем. Образовывавшийся в цилиндре пар поднимал поршень вверх до “мертвой” точки. Поршень закрепляли штырем в этом положении вручную. Затем в цилиндр впускали немного холодной воды, что вело к конденсации пара и созданию вакуума. Затем штырь вынимали, и поршень под действием атмосферного давления и собственной массы двигался вниз, производя механическую работу. Эту работу можно было использовать, соединив, например, поршень канатом, переброшенным через блок с поднимаемым грузом. Машина Папена явилась прототипом для целого класса поршневых “атмосферных” паровых машин.
Революционным шагом в развитии тепловых двигателей было создание Уаттом универсальной паровой машины в 1784 г. Машина имела вертикальный цилиндр, в котором пар попеременно оказывал давление на поршень то с одной, то с другой его стороны (’’двойное действие”). Шток передавал усилие от поршня через “параллелограмм Уатта” на плечо расположенного сверху балансира (коромысла). От другого плеча балансира усилие при помощи шатуна передавалось на кривошип ведущего вала. Таким образом возвратно-поступательное движение поршня превращалось во вращательное движение вала машины. Парораспределение (впуск и выпуск пара из цилиндра) осуществлялось при помощи скользящего золотника, приводимого в движение от эксцентрика, расположенного на коленчатом валу. Частота вращения этого вала поддерживалась в заданных пределах центробежным регулятором Уатта, работавшим по принципу отрицательной обработки связи.
Созданная Уаттом универсальная паровая машина освободила промышленные предприятия от зависимости их от физико-географических условий местности (наличия или отсутствия рек и постоянных ветров). Наряду с другими крупными изобретениями она стала одним из важнейших факторов становления Первого промышленного переворота последней трети XVIII — начала XIX вв. в Англии, а затем и в других странах северного полушария.
В 1802 г. англичанин Ричард Тревитик построил машину высокого давления и в том же году установил ее на дорожный экипаж, а в 1804 г. им был создан первый паровоз, предназначенный для передвижения вагонеток с углем по железным рельсам (с подобной целью металлические рельсы изготовлялись в Англии уже с 1767 г.).
У этого паровоза усилие от поршня машины передавалось при помощи зубчатой рейки на зубчатое колесо, а оттуда — посредством шестерен на ведущие колеса. В такой сложной системе передачи не было никакой необходимости: паровая машина имеет большой крутящий момент, в результате чего усилие от поршня может быть передано на колеса без лишних опосредующих звеньев. Этим и занялся английский изобретатель Джордж Стивенсон, построивший в период с 1813 по 1825 г. несколько паровозов, из которых последний — “Роккет” оказался наиболее удачным. У паровоза Стивенсона, первого из работоспособных, шатуны паровых машин действовали непосредственно на кривошипы колес.
В 1825 г. в Англии была открыта первая в мире железная дорога Стоктон—Дарлингтон, по которой курсировали паровозы Стивенсона, а в 1831 г. было впервые организовано регулярное движение паровых омнибусов (дилижансов) по обычным дорогам на линии Лондон—Стратфорд. В результате последующей конкуренции между этими видами транспорта в Англии победили железные дороги.
Прежде всего двигатель внутреннего сгорания автомобиля от паровой машины получил следующие системы: цилиндр—поршень, кривошипно-шатунный механизм и центробежный регулятор оборотов (в будущем родственный ему механизм опережения зажигания).
Заимствовал будущий автомобиль многое и от ходовой части и трансмиссии паровых экипажей. Стоит перечислить лишь некоторые конструкции, соблюдая хронологическую их последовательность. В 1825 г. англичанин Джеймс предложил конструкцию 4-ко-лесного парового тягача со всеми ведущими колесами, привод к которым осуществлялся валами с универсальными шарнирами. Эти шарниры были ранее изобретены итальянским математиком Дж. Кардано и предназначались для подвешивания компаса корабля. Вал с такими шарнирами впоследствии стал называться карданным валом. В 1828 г. француз Пеке построил грузовик с паровым двигателем (рутьер) и механизмом дифференциала. Англичане Гиббс и Чаплин взяли патент на паровой экипаж с независимой подвеской всех четырех колес и всеми управляемыми колесами.
Мотоцикл тоже имел своих “паровых предков” . В 1818 г. в ряде западноевропейских журналов было помещено шутливое изображение парового велосипеда “Велосипедрейзивапориана” , а в 1869 г. француз Перро впервые установил небольшую паровую машину с котлом на велосипед своего соотечественника Мишо. Гибриду было присвоено имя “Мишо-Перро” .