Текст книги "Путешествие к истокам машиностроения"

– Кажется, там какие-то воины штурмуют крепость. Можем мы остановиться и посмотреть, что там происходит?

Магик мгновенно среагировал и посадил шар у самой стены крепости. Вокруг слышался шум и грохот. Трудно было сориентироваться в творившейся неразберихе, да и боязно, – вдруг летящие камни разобьют тонкую стеклянную оболочку.

– Дима, нам нечего бояться, ведь ты не пугаешься, когда видишь в кино мчащийся на тебя поезд. Реально мы существуем в разных мирах, и этим людям нет до нас никакого дела. А вот нам интересно, какую технику они применяют при штурме крепости, ведь мы оказались уже в XV веке.

Дима увидел, что штурмующие быстро подбегают к стене, неся в руках компактные складные лестницы, затем они также быстро их растягивают, приставляют к стене и взбираются по ним, невзирая на град камней, сыпавшихся на них (рис. 62). Диму удивила конструкция лестницы:

– Да это же ножницы какие-то, только шарниров и рычагов в них очень много!

– Первое впечатление тебя не обмануло. Действительно, шарнирное соединение рычагов такое же, как в ножницах. И называются такие лестницы нюрнбергскими ножницами, в них многократно повторяются механизмы в виде ромбов. Подобные механизмы были известны еще в IV веке, но мы так быстро проскочили десяток веков и нашли более поздний и более наглядный вариант.

Рис. 62. Механизмы на основе нюрнбергских ножниц

Внимание Димы привлекла установка, которую воины, видимо, готовили к действию. Это были две параллельно соединенные лестницы, регулируемые приводным винтом. Робик, мельком взглянув на Диму и не дожидаясь его указаний, выскочил из шара, подбежал к установке и стал крутить винт. О чудо, высота лестниц стала плавно увеличиваться. Магик только успевал пояснять:

– Воинам в тяжелых доспехах трудно подниматься вверх, поэтому им помогала данная установка. С подобными устройствами мы встретимся еще не раз: их применяют и в наши дни. Принцип действия нюрнбергских ножниц использовали при создании многих механизмов. Например, в станке для шлифования камней в XVI веке. Его создал великий французский изобретатель Жак Бессон, с которым мы обязательно встретимся. Этот механизм предназначен для увеличения хода при поступательном перемещении ведомого звена, к которому прикреплен инструмент, например шлифовальный камень. Не будем терять времени, нам еще предстоит побывать в гостях у Леонардо да Винчи.

Идеи Леонардо да Винчи

Шар, уносивший друзей в XV век, не успел взлететь, как внизу среди зелени показался красивый дворец. Магик заметил:

– Это французский замок короля Франциска I, и великий Леонардо да Винчи служит у него королевским математиком и инженером. Сейчас мы найдем его мастерскую.

Приземлившись, шар незаметно растворился в воздухе, так что нашим друзьям даже не пришлось проникать сквозь его стеклянную стенку. Они вошли в светлое просторное помещение, заставленное подрамниками с натянутыми холстами для живописи, столами, на которых в беспорядке стояли баночки с красками и лежали кисти. В стороне стояли верстаки с замысловатыми устройствами. Но Димин взгляд остановился на подъемнике, который был очень похож на тот, что они видели у крепостной стены.

– Это подмости Леонардо. Стоя на них, удобно расписывать стены и большие полотна, – неожиданно за их спинами послышался звонкий голос. К ним подошел красивый молодой человек, почти мальчик, и без лишних вопросов представился: – Я ученик Леонардо, можете называть меня сеньор Франческо Мельци. Если вам нужен мой учитель, то он в парке у короля, где сейчас начнется великолепное представление, задуманное самим Леонардо. Кстати, я могу проводить вас к нему.

Рис. 63. Механический лев Леонардо да Винчи

Магик скромно заметил, что для него не составит труда мгновенно перенести всех присутствующих в парк.

Дима не успевал приспособиться к смене событий. Вот и сейчас, оказавшись на поляне парка, он растерялся. Да было отчего, прямо на них из кустов выскочил громадный лев. Это был какой-то странный зверь, он весь сверкал на солнце металлическим блеском (рис. 63). Робик бесстрашно выступил вперед, загородив собой Диму. Лев внезапно остановился, с его боков, подобно крыльям, открылись дверцы, и на землю посыпались белые цветы. Со всех сторон послышались аплодисменты. Дима только теперь понял, что они оказались на представлении в кульминационный момент. К льву подошел король и заглянул внутрь. При этом он совершенно не замечал наших друзей, а может быть, считал их такими же творениями, как лев, но менее интересными. Дима не решился последовать примеру короля, хотя ему хотелось понять, что за механизм помогал льву так быстро передвигаться. Зато Робик, видимо, чтобы привлечь к себе внимание, потрогал клык в раскрытой пасти льва и радостно воскликнул:

– Он тоже механический, как и мы с Магиком.

– Ему до нас далеко, – парировал в ответ Магик. – Мы можем думать, а он действует только по программе, заложенной изобретателем в его механизм. Но надо отдать должное: у этого льва довольно совершенное шагающее устройство. В наши дни изобретатели и ученые продолжают придумывать различные варианты таких механизмов. Но пора, наконец, познакомиться с самим Леонардо.

Дима наконец-то обратил внимание на старца, внешний вид которого отличался от напыщенных и разодетых вельмож. Седая борода и длинные седые волосы обрамляли его бледное лицо. Высокий лоб и нахмуренные брови дополняли образ волевого и сильного человека. Когда друзья приблизились к нему, он что-то зарисовывал и записывал.

– Да он же вас зарисовывает! – воскликнул Дима.

– Пусть зарисовывает. Когда мы расстанемся с ним, он забудет о нашем посещении, а рисунки и записи, касающиеся нас, исчезнут навсегда, – спокойно сказал Магик.

Дима, осмелев, заглянул через плечо Леонардо и, увидев рисунок, удивленно заметил:

– Да он рисует совсем не то, что мы видим. Похоже, это зеркальное изображение. А пишет он еще более странно: мало того что буквы непонятные, они еще и располагаются справа налево.

Леонардо так же внезапно перестал рисовать, как и начал, и обратился к Диме:

– Юный сеньор! Твои механические человечки явно совершеннее любых устройств, которые я когда-нибудь встречал; думаю, что и мои лев не идет с ними ни в какое сравнение. Кто же их создал?

Тут Магик, как обычно, взял инициативу в свои руки:

– Вы еще более удивитесь, когда узнаете, что этот молодой человек родился спустя пять с половиной веков позднее вас, а мы созданы специально для того, чтобы помочь ему изучать историю развития машин. Нам очень хотелось побеседовать с вами, так как информация о вашем творчестве слишком противоречива.

Леонардо удивился лишь тому, что о нем помнят спустя более пяти веков:

– Возможно, все дело в изобретенном мною лаке, которым я покрывал свои картины, чтобы надолго их сохранить.

Магик продолжил:

– Вы вошли в историю не только как великий живописец, но и как талантливый инженер. Изобретенный лак, думаю, не так уж важен.

Леонардо все более оживлялся, и чувствовалось, что предстоящая беседа ему интересна не менее, чем нашим друзьям:

– Я чувствую, что моя жизнь подходит к концу, и часто возвращаюсь в мыслях к завершенному, – глаза Леонардо вдруг стали грустными и излучающими необычную для его сурового вида доброту. Собеседники вызывали у него симпатию, и он предложил: – Похоже, что представление завершается и мы можем продолжить нашу беседу в более спокойной обстановке.

С помощью Магика они опять оказались в мастерской художника почти мгновенно. Леонардо удобно устроился в своем любимом кресле, Дима уселся на маленькую скамеечку, а Магик и Робик продолжали стоять – отдых им не требовался. Дима приготовился задавать Леонардо вопросы, но Магик решительно направил беседу в требуемое русло, чтобы успеть узнать главное:

– Бытует мнение, что ни одно из ваших начинаний в области техники так и не было завершено. В чем тут дело, ведь вами написано не так много картин? Почему же вы так медленно работали?

Леонардо улыбнулся и быстро отреагировал:

– Я отвечу так, как когда-то сказал одному надсмотрщику, которому показалось, что я пишу свои картины намного медленнее, чем рабочие в саду красят забор: «Возвышенные дарования (а я себя отношу к ним) тем больших достигают успехов, чем больше думают, прежде чем взяться за какое-нибудь дело». Мои мысли настолько опережают мои физические возможности, что, не успев закончить начатое, приходится браться за новые дела. Много времени уходит на то, чтобы все сделать своими руками, а появившиеся мысли записывать и откладывать на будущее. Но начатых дел скопилось так много, а времени осталось так мало, что пора привести в порядок хотя бы записи. Если не удастся самому, то попрошу своего ученика и наследника Франческо Мельци закончить и издать «Трактат о живописи».

– Что же вы ничего не говорите о своих тетрадях с многочисленными зарисовками и изобретениями? Почему все записи вы старались зашифровывать? – спросил Магик. – Поэтому даже теперь в них сложно разобраться и оценить их значимость!

– Во-первых, это рабочие тетради для личного пользования. Во-вторых, мне не хотелось, чтобы кто-то без моего позволения воспользовался моими идеями, – ответил Леонардо.

– Можно считать это своеобразным способом защитить свои авторские права, но ваше наследие столь богато, что не мешало бы подумать и о потомках, – с некоторой иронией заметил Магик. – Жаль, что ваши записи длительное время оставались неопубликованными. Многочисленные разработки, рассмотренные вами, могли бы в большей степени способствовать развитию техники. Кстати, как объяснить ваше знаменитое высказывание: «Те, кто влюбляется в практику без теории, уподобляются мореплавателю, садящемуся на корабль без руля и компаса и потому никогда не знающему, куда он плывет»?

– Возможно, повторюсь, но главным в моей жизни была живопись, и именно к живописи относится приведенная вами фраза. Ведь зачастую художники, не зная основ перспективы, теории теней, да той же анатомии, сразу же берутся писать картины.

Создавать машины без соответствующих знаний также невозможно, но систематизацией таких знаний я не занимался. Давайте все же вернемся к цели вашего путешествия. Насколько я понял, живопись вас не очень-то интересует, поэтому готов поговорить о технике.

Магик утвердительно кивнул:

– Да, нас очень интересуют грузоподъемные машины, и мы успели познакомиться с вашими подмостями, а чтобы сделать наш разговор интереснее, я буду показывать, как развивалась техника в течение последующих столетий.

Магик высветил на стене рядом с подмостями подъемник для человека, выполняющего работы на большой высоте (рис. 64).

Леонардо настолько оживился, что нашим друзьям показалось даже, что он помолодел и стал более сильным. Во всяком случае, он легко поднялся с кресла и подбежал к «чудесной картине» на стене. Оказалось, что его заинтересовало устройство подъемника, а не факт получения изображения на стене:

– Позвольте, но это же очень большая рука, которая способна переставлять человека в нужное ему место. Всю жизнь я мечтал создавать машины, функционально схожие с действиями человека или животных. Только неясно, кто же двигает это удивительное устройство, – не видно никаких вспомогательных приводных устройств.

Магик уверенно стал излагать суть представленных решений:

– Привод осуществляется от электрического источника энергии. Чтобы понять, как он работает, нужно изучить целую область науки, которая зародилась несколько столетий позднее. Передача энергии здесь осуществляется от насоса к гидроцилиндрам, имеющим много общего с устройствами Ктесибия и Герона Александрийского. Думаю, вам известен принцип их действия: увеличивая давление жидкости в цилиндре, можно двигать в нем поршень. В таких подъемниках можно устанавливать и винтовые передачи. По сути, гидроцилиндры или винтовые передачи играют роль мышц в руке человека.

Рис. 64. Современный подъемник-манипулятор и подмости Леонардо да Винчи

Леонардо высказал сожаление, что он не додумался до такого решения, но Магик успокоил его, сказав, что без легких и прочных материалов такую конструкцию вряд ли можно воплотить в жизнь. Технологические возможности XV–XVI веков недостаточны для этого. Он попросил Леонардо показать сделанные им зарисовки или проекты грузоподъемных механизмов.

– Для начала я хочу показать вам не весь кран в целом, а всего лишь одно устройство, придуманное мною (рис. 65). Оно интересно тем, что не только предохраняет груз от падения, но и одновременно позволяет передавать движение толчками, покачиванием рычага грузоподъемной лебедки, то есть более естественными движениями. Известные ранее механизмы не позволяли этого делать одновременно.

Магик подтвердил важность изобретения Леонардо (речь шла о клиновом или храповом механизме свободного хода), обеспечивающего безопасность работы при вращении барабана лебедки, и решил показать для сравнения одно из известных устройств, о которых упоминал Леонардо, – грузоподъемное устройство Мариана Якоба (рис. 66).

Рис. 65. Механизм свободного хода Леонардо да Винчи (кон. XV в.)

Рис. 66. Грузоподъемное устройство Мариана Якоба – изобретателя, прозванного Сиенским Архимедом (30-е гг. XV в.)

После того как Магик убедился, что Диме понятен принцип действия представленных устройств, он предложил перейти к рассмотрению конструкции грузоподъемного крана. Леонардо отыскал рисунки с изображением грузоподъемных машин (рис. 67), которыми он давно уже не занимался:

– Когда впервые поднялись мы с нашим учителем Андреа Вероккио на недостроенный купол Флорентийского собора, все машины и приспособления для его строительства были в плачевном состоянии. Ветер и дождь за 25 лет сделали свое дело: многие деревянные конструкции прогнили, и использовать их было опасно. Поэтому пришлось ремонтировать их, а многие устройства создавать заново. Сейчас я не берусь вспомнить. Поскольку я всегда старался внести в любое известное исполнение новые решения, теперь уже трудно сказать, в какой мере конструкция кранов была изменена. Для сравнения рассмотрим конструкцию двух кранов. Большой кран с длинной консольной стрелой мы использовали для поднятия грузов на верхнюю строительную площадку, а небольшой, шатрового типа кран (рис. 68) сделали специально для монтажа фонаря, венчающего купол собора, – пояснял Леонардо.

Рис. 67. Строительный башенный поворотный кран (XV в.)

Рис. 68. Козловой монтажный кран (XV в.)

Магик опять решил вмешаться:

– Ваш большой кран, хотя изготовлен из дерева, очень похож на краны, созданные в наше время. Он также имеет и стрелу с перемещаемой грузовой кареткой, и опорно-поворотное устройство, и противовес с изменяемым вылетом стрелы. Правда, все механизмы приводятся вручную, а для облегчения труда использована лишь винтовая передача.

Затем Магик показал два крана, конструкция которых была очень похожа на стреловой кран на рисунке Леонардо:

– Такие краны появились в середине XVI века. На рисунке 69 достаточно отчетливо виден механизм подъема крана с зубчатой передачей. Консольная стрела крана шарнирно соединена с колонной, прикрепленной к полу и потолку сооружения. Стрела крана с винтовым механизмом управления ее наклоном (рис. 70) позволяет изменять вылет поднимаемого груза. Данная схема положена в основу многих шарнирных подъемных механизмов. Ее даже используют в приводе управления самолетом. – Но на схеме механизма XX века Магик решил не задерживать внимания, а перейти к другим машинам их великого собеседника.

Рис. 69. Подъемный поворотный кран с грузовой тележкой, перемещаемой вдоль стрелы (XVI в.)

Рис. 70. Винтовой механизм в грузоподъемном кране XVI в. и в современной системе управления самолетом

Леонардо на этот раз показал не просто эскиз, а тщательно проработанную конструкцию громадного экскаватора. К деревянному каркасу (рис. 71) шарнирно присоединены две поворотные консольные стрелы. Видимо, этот экскаватор предназначался для рытья канала. На дне канала были уложены деревянные балки, по которым можно тянуть экскаватор с помощью винтового механизма. Дима увидел и лебедку, с помощью которой поднимали ковши, но долго не мог понять, как же ковши загружаются. Тут на помощь пришел Магик и пояснил, что загрузка ковша осуществляется землекопами, а экскаватор только переносит ковшами землю из котлована в отвал. Леонардо дополнил пояснения Магика, сказав, что у него было разработано предложение по расчистке дна канала под водой. В этом случае ковш волокут по мягкому дну, пока он не наполнится илом. В данной конструкции это не предусмотрено, так как грунт здесь твердый, да и деревянные ящики-ковши могут быстро разломаться. Для сравнения с увиденным Магик показал один из самых больших экскаваторов, выпускаемых в XX веке, и пояснил его устройство:

– В этом экскаваторе ковш можно довольно далеко отвести от корпуса, а затем, подтягивая его, наполнить грунтом. Затем ковш поднимают, перемещают при повороте корпуса вместе со стрелой и разгружают, опрокидывая ковш при ослаблении тягового каната. Экскаватор может перемещаться самостоятельно, хотя и очень медленно, так называемым шагающим ходом. Экскаватор опирается на две ноги-лыжи. Гидроцилиндры слегка приподнимают край его корпуса и перемещают корпус на один шаг. Теперь, когда корпус опирается на грунт, лыжи делают второй шаг. Затем процесс повторяется.

Рис. 71. Экскаваторы с подвеской ковша на канатах

Рис. 72. Современный портальный кран грузоподъемностью до 60 т с шарнирно-сочлененной стрелой

Леонардо только качал головой и, естественно, не мог представить возможным создание такого гиганта на основе имеющихся в его время материалов и технологий. Особенно его поразила конструкция стрелы, когда Магик сказал, что канаты здесь металлические. Такой канат не порвется, даже если на нем подвесить каркас экскаватора. Тем временем Магик продолжил:

– Позвольте продолжить рассказ по истории развития техники для выполнения перегрузочных и других тяжелых работ.

На экране появилось изображение большого перегрузочного крана (рис. 72). По размерам он не намного уступал шагающему экскаватору. На конце каната был подвешен ковш с двумя раскрывающимися и закрывающимися челюстями.

– Такой ковш появился на рубеже XVI–XVII веков и предназначался для вычерпывания грунта с морского дна в порту. Но его стали активно применять для разгрузки барж с сыпучими материалами или зерном. Вместо ковша к основному канату можно подвешивать контейнеры с разнообразными грузами. Главное, для чего я показал этот кран, – его шарнирная стрела. Здесь нет каретки, перемещаемой вдоль стрелы, а вот конец стрелы движется по прямой линии. Таких кранов в портах всего мира тысячи. Многие из них имеют портал – подвижное основание в виде буквы П, и такие краны называют портальными. Под порталом могут проезжать железнодорожные вагоны или грузовые автомобили. Путь для портального крана прокладывают рядом с причалом, чтобы можно было перемещать грузы с сухопутного транспорта на водный и наоборот, – Магик, не дожидаясь вопросов, высветил на экране изображение следующей, весьма необычной для Леонардо машины (рис. 73).

Рис. 73. Современная базовая машина и сменное навесное оборудование с гидроприводом

– Так это снова механическая рука, а вокруг много разнообразных устройств: крюк и грейфер я еще узнаю, а вот назначение других устройств мне не совсем понятно.

– Основная задача многих устройств – сделать работу на этой машине удобной, – пояснил Магик, но тут же сказал: – Посмотрите на кабину, в которой находится человек, управляющий работой навесного оборудования: она тоже находится на механической руке, и ее можно выдвигать и поднимать, чтобы легче было следить за процессом манипулирования и работой инструмента на конце рабочей руки.

Леонардо с интересом слушал о том, как далеко человечество ушло в этой, казалось бы, простой области. Ему не терпелось поинтересоваться судьбой своих идей и решений и в других областях техники, но от обилия впечатлений он чувствовал себя неважно. Временами ему казалось, что это был сон, действительно, его голова склонилась к груди, и Леонардо задремал. Наши друзья осторожно вышли из мастерской и остановились в раздумье.

– В какой век мы теперь отправимся? – поинтересовался Дима.

На что Магик спокойно ответил:

– На этот раз нам не потребуется волшебный шар, так как придется преодолеть всего лет сорок. Да и в пространстве нам не придется далеко перемещаться, так как мы должны посетить преемника Леонардо да Винчи на посту «королевского инженера и математика» Жака Бессона, но сейчас он занимает должность профессора математики в Орлеанском университете (во Франции).