RSS

Интересные факты

История тракторостроения, предвестники трактора


Как известно, трактор отличается от автомобиля тем, что, не развивая высокую скорость, обладает большой силой тяги. Он может тянуть за собой плуг или тяжело груженный прицеп, копать и разравни­вать землю, сгребать снег и чистить тротуар. Сегодня трактор выполняет все эти и многие другие тяжелые работы. Но путь человечества к современным мощным и функционально разнообразным машинам был непрост.

Пахота.jpg

Н. Н. Каразин. Пахота. 1899 г.


Изобрести такую машину, чтобы она двигалась самостоятельно, без лошади, быка или силы еще какого-то живого суще­ства, пытался еще Леонардо да Винчи. Трудно сказать, о чем думали крестьяне, из года в год и из века в век тащась за своим плугом и нахлестывая несчастную лошаденку. Мечтали они заменить ее (и себя) «железным конем»? Все, видимо, нет. Но были единицы, которые не только мечтали, но и кое-что сде­лали для появления такой нужной машины. Начать следует с изобретений, которые мож­но назвать предвестниками трактора.


Самокатка Кулибина

Самокатка.jpg

кулибин.jpg

           Русский изобретатель Иван Петрович Кулибин, живший в XVIII веке, сын нижегородского купца, ставший заведующим механической мастерской при Академии наук, известен больше всего тем, что, при­думав множество полезных вещей, не только не разбогател, но и не увидел своих изобретений, воплощенных в жизнь. Имея у себя такого талантливого инженера, русские власти предпочитали хранить его чер­тежи и описания в архиве и покупать аналогичные механизмы за границей. Одним из таких изобретений, сохранившихся только на бумаге, стала так называемая трехколесная самокатка, которую Кулибин придумал в 1791 году. Она состояла из рамы с тремя колесами, переднего сиденья, рассчитанного на двух пассажиров и расположенного сзади места, где стоял человек, обеспечивавший (подобно велосипедисту) движение экипажа. Конечно эта машина предназначалась вовсе не для облегчения труда крестьян, а для транспортировки и катания «праздных людей». Но в этой коляске изобретатель применил механизмы и устройства, которые встречаются в современном тракторе: коробку передач, рулевое управление, роликовые подшипники, тормоза, маховик и др. Человек-двигатель вставлял ноги в специальные «туфли», которые при помощи цепи механизмов соединялись с колесами. Усилие от ног слуги через рычаги и тяги передавалось на храповой механизм закрепленный на вертикальной оси маховика. Маховик двигал колеса, выравнивая толчки от храпового механизма.
         
Хотя слуга нажимал на педали довольно равномерно, переднее ведущее колесо могло вращаться с различной скоростью. Ее изменение обеспечивал барабан с тремя венцами: большим, средним и малым. Движение на барабан передавалось через зубчатую передачу, в которой шестерня могла цепляться за какой-либо из венцов. По сути это прототип коробки передач. Во всех трущихся частях использовались подшипники скольжения. Такой экипаж, с двумя пассажирами и слугой, развивал скорость 10–15 км/ч. Для того времени совсем не маленькую! Если дорога шла под yклон слуга мог отдохнуть и даже притормаживал ход. Разогнавшись, самокатка тоже какое-то время двигалась по инерции. Благодаря применению маховика она и в гору поднималась за счет усилий одного человека. Рулевое управление представляло собой два рычага, тяги и поворотный круг, крепившийся к переднему колесу. Усовершенствовать свое изобретение, заме­нив слугу двигателем, Кулибин уже не успел. Построенная им самокатка пропала, но вос­становленная по его чертежам действующая модель хранится в Политехническом музее.


Гусеница Загряжского

 Если прообразом колесного трактора можно считать самокатку Кулибина, то появление гусеничного трактора в России связывают изобретением штабс-капитана русской армии Дмитрия Андреевича Загряжского, 12 марта 1837 он обратился в Министерство финансов с ходатайством о выдаче ему патента на экипаж с плоскозвенчатой металлической гусеницей. При всех несовершенствах, которые сегодня находят в этом механизме специалисты, фактически это был первый в России гусеничный движитель. Заплатив положенную пошлину, Загряжский получил патент. О том, почему он не стал разрабатывать проект дальше, существуют разные мнения. Одни считают, что ему просто не хватило средств, другие - что изобретатель не смог преодолеть противоречия самой конструкции. Так или иначе, «экипаж с подвижными колеями» остался в проекте. Через два года Василий Тертер, другой изобретатель, запатентовал «переносную и подвижную железную дорогу с грузовым снарядом, катящимся по настилающейся всюду подвижной дороге».


Безымянный.jpg

В протоколе комиссии, которая рассматривала предложение русского изобретателя гусе­ничного хода, говорится: «Из представленных Загряжским описания и чертежей сего изобретения видно, что около каждого обыкновенного колеса, на которых катится экипаж, обводится железная цепь, натягиваемая шестиугольными колесами, находящимися впереди обыкновенного. Бока шестиугольных колес равняются звеньям цепи; цепи сии заменяют до некоторой степени железную дорогу, представляя колесу всегда гладкую и твердую поверх­ность. Каждая цепь получает свое движение от обыкновенного колеса, которое, вертясь на своей оси, передает вперед освобождающиеся из-под него звенья, и, таким образом цепь, переходя через шестиугольное колесо, ложится опять под обыкновенное колесо экипажа. Шестиугольные колеса в случае ослабления цепей натягиваются особыми винтами».



Параллельные изобретения

Подобные изобретения возникали параллельно и в других странах. Над машиной гусеничным ходом думали инженеры Англии и Франции. Англичанин Джон Гиткот в 1832 году получил патент на машину «для сушки и разработки болотистых земель, слишком вязких для возделывания при помощи лошадей и рогатого скота». Это был гусеничный движитель, внутри которого располагалась паровая машина. Впереди и позади паровой машины были установ­лены два больших колеса, которые перематывали гусеницу из деревянных рам, обтя­нутых полотном. Этот паровой трактор даже нашел практическое применение: он два года работал на осушении Красного болота у города Болтон в графстве Ланкашир. Французского изобретателя Доминика Кабарюса больше волновала проблема переме­щения грузов по слабым грунтам и пересе­ченной местности. В 1836 году он специально выбрал чрезвычайно песчаную территорию близ Бордо и проводил там опыты с двух­колесной тачкой, оборудованной дере­вянными «подвижными рельсами». Ему удалось просто вручную, даже без лошади, перевезти груз массой 300 кг. Кабарюс был уверен, что если заменить деревянные гусе­ницы металлическими, грузоподъемность и проходимость тачки станут значительно выше. Он надеялся, что «экипаж, несущий на самом себе рельсовый путь и движимый силой пара», пригодится для передвиже­ния по пескам и снегу, а значит, исследова­ния пустынь и Севера. Как видим, сельское хозяйство не входило в сферу его интересов.


История тракторостроения, трактор на пару


019.jpg


Конструкция «вагона с бесконечными рельсами для перевозки грузов по шоссейным и проселочным дорогам», которую изобрел и в 1879 году запатентовал Ф.А. Блинов, после движителя Загряжского, была следующим шагом к созданию трактора. Собственно, это уже и был настоящий трактор с паровым двигателем, только использовать его никто не стал. Конструкция гусеничного трактора Блинова намного опередила время. Она требовала другого уровня изготовления деталей. Например, звенья гусеничной цепи выстругивали из целого квадратного куска металла и затем сверлили. Обработка получалась недостаточно точной. Чтобы подогнать детали, приходилось долго гонять трактор с поднятыми и включенными гусеницами.




Федор Абрамович Блинов родился в 1832 году в селе Никольском Вольского уезда Саратовской губернии в семье крепостного крестьянина - кузнеца. Он быстро освоил все тонкости слесарной, столярной, кузнечной, токарной, шорной работы, а кроме того, выучился и полюбил читать. Случившаяся засуха и голод помогли ему получить вольную, и в 18 лет он оказался кочегаром на пароходе «Геркулес», ходившем по Волге, а через пять лет уже был машинистом. Здесь он и сделал первое изобретение, которое потом использовал и в конструкции своего «вагона». Однажды на «Геркулесе» лопнул вал, кото-рый передавал движение на два ведущих колеса парохода. Восстановить его было невозможно, и Блинов предложил ори-гинальное решение. Поскольку на судне работали две паровые машины, вал также разделили на две части, и теперь каждая машина приводила в движение свой вал и свое колесо. Колеса, работающие независимо друг от друга, повысили маневренность судна: пароход мог сделать крутой поворот и даже повернуться на месте. Управлять им стало гораздо удобнее.

 

Гусеницы на конной тяге

 

Однако не речное дело занимало Блинова, с юности не давала покоя мысль, как облегчить труд крестьянина. И в 45 лет изобретатель вернулся в родное село, чтобы построить задуманный «вагон с бесконечными рельсами». Это была обыкновенная повозка, которую тащили лошади, но не на колесах, а на гусеничном ходу. Она легко шла по бездорожью и позволяла везти в пять раз больший груз. Чтобы сделать чертежи и получить патент (как тогда называли, «привилегию»), нужны были большие деньги. Блинову удалось заинтересовать купца Канунникова, и он оплатил издержки. В «привилегии» изобретение было описано так: «...особого устройства вагон с бесконечными рельсами, для перевозки по шоссейным и проселочным дорогам, состоит из обыкновенного кузова и рамы  установленных на двух поперечных рам покоящихся непосредственно на подвесных рессорах, так что оси с поперечными рамами могут вращаться; вагонные колеса делаются без гребней и катятся по желобчатым бесконечным рельсам. Рельсы эти составляются из двух рядов железных звеньев, из коих нижний ряд заменяет шпалы. Каждый бесконечный рельс идет сначала по грунту, обоими колесами, затем обходит спицевые блоки, помещаемые на переднем и заднем конце вагона, и затем опирается на вагонные колеса…». Чтобы построить саму повозку, Блинов поступил механиком на цементный завод Плигина в городе Вольске. 30 декабря 1880 года состоялись испытания. Повозка с грузом в 2 тыс. кирпичей и более чем 30 пассажирами (всего о 9000 кг), запряженная только парой лошадей, легко проехала по улицам города.

 

Как пар не помог селу

traktor-blinov.jpg
      Блинов приступил к постройке самохода с паровым двигателем. Посередине прямоугольной рамы, состоящей из двух особо прочных продольных пятиметровых балок и поперечных соединительных, находился котел (высота - 1,5 м, диаметр - 1,2-1,3 м). Горючим служила нефть. На боковых балках рамы располагались две паровые машины мощностью 10-12 л. с. каждая. Каждая машина приводила в движение свою гусеницу (здесь и пригодилось самое первое изобретение Блинова для парохода «Геркулес»). Чтобы повернуть, достаточно было выключить одну из паровых машин. Передача на ведущие колеса гусеничной цепи шла через чугунные цилиндрические литые шестерни. Ленты гусениц состояли из пластин размером 200 х 200 х 10 мм. Они были соединены между собой с помощью гибкого шарнира с металлическим пальцем. Гусеничная лента имела зацепы для зубьев двойных ведущих колес гусеницы. Тяговое усилие, которое развивал самоход, составляло 1100-1200 кг, то есть он мог бы тянуть несколько плугов. Изобретатель понимал, что система управления и двигатель несовершенны, но и в таком виде машина могла бы перевернуть жизнь деревни. Однако как ни пропагандировал Блинов свое изобретение, помещикам не было выгоды тратить деньги на новшества, пока под рукой была дешевая крестьянская сила. Тем не менее изобретатель надеялся на будущее и стал работать над двигателем внутреннего сгорания. Закончить он не успел. Не смог, как ни пытался, успешно продолжить дело отца и его сын Порфирий. Но был тот самый ученик, которому Блинов говорил: «Ты не поймешь...» Он сделал по-своему.


История тракторостроения, паровая машина Ползунова

Ползунов.jpg


Двигатель - необходимая часть любой машины, в том числе и трактора. Первые тепловые двигатели использовали энергию пара. Но прошло немало времени, пока паровая машина встала на колеса.

В истории техники создание и совер­шенствование двигателя - одна из самых важных глав, и многие ее стра­ницы написаны русскими изобрета­телями и конструкторами. Их жизнь и деятельность опровергает распростра­ненное представление о России как от­сталой стране, всегда только заимствовав­шей достижения западной науки, культуры и техники. Один из таких людей - Иван Иванович Ползунов, первым в мире соз­давший в 1766 году универсальную про­мышленную паровую машину и открыв­ший новый этап в развитии техники.

 

Карьера: медная и серебряная

Безымянный.jpg

Иван Ползунов родился в 1728 году в Екатеринбурге, в семье солдата государственных строительных работ. В десять лет его отдали на обучение в горнозаводскую школу при Екатеринбургском металлурги­ческом заводе, где он освоил арифметику и словесность. Став через четыре года «механическим учеником» с жалованьем 16 копеек в месяц, Ползунов под руководством главного механика уральских заводов Н. Бахарева знакомился с работой заводских машин и металлургическим производством, учился делать расчеты и чертежи.


В 1747 году начальник Колывано-Воскресенских медных и серебряных заводов на Алтае, перешедших в это время в собствен­ность царской семьи, набирал в Екатерин­бурге специалистов. Среди них оказался и 17-летний Ползунов. Его назначили смо­трителем и учетчиком при плавильных печах на Барнаульском медеплавильном заводе. Он изучал дело не только на прак­тике, но и, пользуясь возможностью, читал в заводской библиотеке специальную лите­ратуру. В 1750 году Ползунов имел младший шихтмейстерский чин и получал 36 рублей. Видя сообразительность и добросовест­ность Ползунова, ему стали давать самые разнообразные поручения: выбор места для пристани для отправки руды, прием и отправка руды по рекам, контроль за работой плавильщиков и постройкой лесо­пилки... Ему поручают даже выяснить при­чину брака стекла, выпускаемого на одном из барнаульских заводов.


Неполное признание

Императрица через Кабинет мини­стров пожаловала изобретателя в «механикусы» с чином и званием инженерного капитан- поручика (теперь Ползунову было обеспечено жалование в 240 рублей годовых) и пообещала награду в 400 рублей. Екатерина II еще раз подтвердила свою славу покровительницы наук и искусств, но истинного значения изо­бретения не поняла и никакого реше­ния по существу вопроса не приняла.


Устройство машины Ползунова

Паровая машина Ползунова представляла собой следующее устройство: в склепанном из медных листов котле разогревалась вода, и через специальные распределительные устройства пар поступал в два вертикальных трехметровых цилиндра, приводя в движение поршни. Они действовали на коромысла, а те в свою очередь на меха для поддува рудо­плавильных печей, а также на водяные насосы-распределители и другое дополнительное оборудование, необходимое для питания котла. Поршни в цилиндрах двигались одновременно, но в противоположных направлениях, мехи работали попеременно, так что поток воздуха шел в печь равномерно. Подачу в цилиндры воды и пара для конденсации Ползунов сделал автоматической, сконструировав первый в мире экономайзер - установку для использования тепла отработанного пара.

Не вода, а пар

Проработав более 15 лет на заводах, хорошо зная горнозаводскую технику и хозяйство, Ползунов не хотел примириться с зависимостью горного производства от воды: тогда во всем мире применяли водяные колеса, которые приводили в действие воздуходувные меха при плавильных печах. Русский механик решил заменить силу воды машиной, «способной по воле нашей, что будет потребно, исправлять». На это потребовалось немало месяцев напряженной работы, с бессонными ночами, наполненными опытами, расчетами, чертежами.

В апреле 1763 года Иван Ползунов подал начальнику Колывано-Воскресенских заводов А. И. Порошину проект паровой машины. В отличие от английских паровых насосов (для откачки воды), которые тогда были последним словом техники, машину Ползунова можно было использовать для любых работ. Проект отправили в Петербург, на утверждение Кабинета и хозяйки заводов - Екатерины II. Ответ получили только через год. К тому времени Ползунов уже сделал модель и убедился на практике в правильности своих расчетов, а Порошин взял на себя ответственность и сам распорядился строить машину, на которую требовалось средств не меньше, чем на новый завод.

Алтайское огненное чудо

На Алтае в то время не было ни литейной, кузнечной и металлообрабатывающей техники, необходимой для качественного изготовления машины, ни квалифицированных специалистов. По подсчетам Ползунова, требовалось 76 человек, в том числе 19 опытных мастеров, которых следовало выписать с Урала. Однако заводское начальство выделило Ползунову четверых учеников и двух отставных мастеровых. Остальных мастеровых (свыше 60 человек) назначали в распоряжение Ползунова по мере надобности, «сколько, когда у него работы случится». Строили первый в мире тепловой двигатель на правом берегу пруда, недалеко от Барнаульского сереброплавильного завода, в большом сарае высотой с трехэтажный дом. Огромное перенапряжение сил и работа в неотапливаемом помещении подорвали здоровье Ползунова, он заболел чахоткой. Всего за несколько дней до пуска машины он умер, прожив всего 38 лет. Запускали машину его ученики и помощник. Машина проработала полтора месяца и вышла из строя из-за того, что применены были не того качества материалы. Сам конструктор предупреждал о том, что они годятся только для пробного запуска. Сам факт, что в тех производственных условиях огромная и сложная машина была построена и даже заработала, уже был невероятным.

 

Не пущать в действо

Хотя общее время полезной работы машины составило 1023 часа (менее 43 суток) и обслуживала она всего три печи, а могла десять, она дала 11 016 рублей 10,25 копейки чистой прибыли. Тем не менее после поломки ее решили не ремонтировать - «пущать ее в действо, по изобилию в здешнем заводе воды, за нужно не признавается». Детище Ползунова простояло 15 лет и затем было разобрано. Через сто лет та же участь постигла паровой трактор И. Блинова  России не нужны были машины, ей хватало дешевых рабочих рук. Первый официальный патент на универсальный паровой двигатель через 20 лет был выдан англичанину Джеймсу Уатту, а русский изобретатель так и не получил всемирного признания.



История тракторостроения, универсальный паровой двигатель УТТА

Джеймс Уатт.jpg

Если в России в 1760-1780 годы в обществе не было настоящей заинтересованности в развитии техники - надеялись на дешевую силу крепостных, то в Англии остро чувствовалась нужда в двигателе, который бы приводил в действие любые рабочие механизмы. Такую универсальную паровую машину создал Джеймс Уатт.

Задолго до Уатта паровые машины разрабатывали Д. Папен, Т. Севери, Т. Ньюкомен. Конструктивно они различались, но общим было то, что попеременное нагревание и охлаждение рабочего цилиндра вызывало движение поршня. Эти машины были медленными, потребляли очень много топлива и работали только на откачке воды из шахт.  Шотландский изобретатель Джеймс Уатт так усовершенствовал эти первые механизмы, что создал универсальный двигатель, который мог приводить в движение не только насосы, но и любую технику, и был гораздо эффективнее.

 Наследство Джеймса-старшего

Уатт родился 19 января 1736 года в городе-порте Гринок, расположенном в Западной Шотландии, на берегу реки Клайд. Его отец, тоже Джеймс, строил корабли, держал склад корабельных принадлежностей, создавал и чинил различные приборы и механизмы. Вместе с именем он передал сыну и свои способности. Однако здоровье у мальчика было очень слабое, и потому он долго учился дома, под руководством родителей. Вскоре он уже делал модели механизмов, которыми занимался отец. Поступив в гимназию, Джеймс проявил большие способности в математике.

В 1755 году Уатт уехал в Лондон учиться на механика и мастера по изготовлению математических и астрономических инструментов. Освоив за год семилетнюю программу обучения, но не получив соответствующего документа, он возвратился в Шотландию. Ему не разрешили держать свою мастерскую в городе, но университет Глазго поручил молодому конструктору привести в порядок партию астрономических инструментов, и Уатт стал постоянным механиком при этом учебном заведении.

Лошадиная сила или …

Считается, что именно Уатт предложил такую единицу мощности, как «лошадиная сила», и ее используют до сих пор. Однако параллельно существует и другая - Ватт, названная в честь самого изобретателя. Такое решение приняла в 1882 году Британская ассоциация инженеров. В первый раз (но не последний) в истории техники имя собственное присвоили единице измерения. 1 л. с. примерно равна 735,5 Вт.

Двигатель двойного действия

Паровой двигатель Уатта.jpg

Уатт продолжал совершенствовать паровую машину и в поисках средств чуть было не уехал по приглашению правительства в Россию. Его перехватил Мэтью Боултон, владелец  металлообрабатывающего завода в Сохо под Бирмингемом. Заключив с ним соглашение, Уатт до конца жизни оставался главным механиком завода. Даже когда уже сам стал состоятельным человеком и спонсировал талантливых студентов и преподавателей университета. В 1781 году изобретатель получил патент на паровой двигатель с расширением, или двигатель  двойного действия, а через год он был построен. Через два года Уатт запатентовал еще несколько новшеств. Главными новыми решениями  второй модели были:

-цилиндр  двойного действия, в котором пар подавался попеременно с разных сторон от поршня с помощью золотника, а отработанный  пар поступал в конденсатор;

-тепловая рубашка, окружавшая рабочий цилиндр для снижения тепловых потерь;

-планетарный  механизм для преобразования возвратно-поступательного движения а поршня во вращательное движение;

-центробежный регулятор для поддержания постоянства  числа оборотов вала и маховик для уменьшения неравномерности вращения;

-дисковый  клапан и манометр для измерения давления пара.

Универсальный паровой двигатель Уатта широко  применяли не только в горной промышленности, но и на прядильных и ткацких фабриках, а позже и на других предприятиях. С ней  связывают резкое повышение производительности труда и начало большой промышленной  революции.

Паровой машиной Уатта не замедлили воспользоваться  и изобретатели самодвижущихся повозок – так, двигатель пришел на транспорт. Нашлись и энтузиасты, которые решили силу пара поставить на службу сельского хозяйства.

Паровой двигатель Уатта1.jpg

В 1782 году Уатт так описывал свою вторую машину: «Мое второе улучшение паровых, или огневых, машин состоит в использовании упругой силы пара для того, чтобы двигать поршень вверх, а также прижимать его вниз попеременно, создавая вакуум над или под поршнем и одновременно используя действие пара на поршень в том конце или части цилиндра, из которой не происходит выхлопа пара; машина, сконструированная таким образом, может дать двойное количество работы или развить двойную мощность в одно и то же время (с цилиндром равных размеров) по сравнению с машиной, в которой активная сила пара действует на поршень только в одном направлении - либо вверх, либо вниз».