Самокатка Кулібіна
Як було б чудово, якби екіпаж став саморушним, безкінним! Над цією проблемою люди ламали голову з давніх-давен. Яку силу, який механізм застосувати до візка?
Починаючи з XV століття з'являлися десятки саморушних (розважальних чи військових) екіпажів та їх проектів. Тут і конструкції великого італійця Леонардо да Вінчі, які наводилися в дію слугами, що крокують поруч із візком або перебувають на ній самій; і віз німецького художника Альбрехта Дюрера з усіма приводними колесами — якщо одне потрапляє в бруд і ковзає, інші продовжують котити віз (прообраз повнопривідного автомобіля підвищеної прохідності); та українська «самобігла коляска» Леонтія Шамшуренкова з лічильником пробігу, успішно випробувана в Петербурзі.
Самокатка Кулібіна
Розкажу трохи докладніше лише про триколісну «самокатку» придворного механіка Катерини II — Івана Петровича Кулібіна (1735—1818). Слуга, який наводив її в рух, перебував ззаду — «на зап'ятках». Ступаючи на педалі, він штовхав тяги, вони передавали зусилля на зубчасте колесо храпового механізму, насадженого на вісь маховика.
Хоча Кулібін створював лише чергову «диковину», призначену для прогулянок алеями парку, він поставив перед собою ті ж завдання, які стоять і в наш час перед конструкторами автомобілів: зробити роботу коляски плавною, забезпечити її рух не тільки по рівних, але і по пересічених дорогах та на підйомах.
Тут потрібен відступ. Ми зараз будемо розглядати технічні досягнення того періоду, в якому багато відкриття та винаходи заслуговують на окрему розповідь. Такі розповіді та повісті існують. У рамках нашої книги торкнуться тільки найголовніше, алевсе ж таки необхідне для знайомства з автомобілем та його історією.
На рівній дорозі для руху коляски з кінною швидкістю достатня сила в 20 кг. На підйомі ж в 5-6 ° або на бруківці при тій же швидкості знадобиться втричі більша сила. Це збільшення можна отримати, якщо слуга працюватиме з великою напругою або якщо швидкість зменшиться. Кулібін вибрав останнє. Від осі маховика зусилля передається парою шестерень на поздовжній вал, обертання маховика і валу передається одному з трьох кілець штифтів на барабані осі задніх коліс. Для цього шестірню на поздовжньому валу можна пересувати. Колеса обертаються вдвічі чи втричі повільніше, відповідно виходить і виграш у силі. Слуга натискає на педалі поступово, не напружуючись.
Храповий механізм дає самокатці «вільний хід», як у велосипеда. Коли самокатка йде під ухил або після розгону на рівній дорозі, тяги ковзають по зубцях храповика, слуга може відпочивати.
Вніс свій внесок у автомобільну техніку та велосипед — легку конструкцію, ланцюгову передачу, підшипники, пневматичні шини. Його попередники: самокатка Кулібіна (XVIII ст.) та бігова машина Драйза (початок XIX ст.), моделі яких експоновані у Політехнічному музеї у Москві
Єдине переднє колесо не потрібно котити на повороті, як колеса екіпажу, достатньо лише повертати його навколо своєї вертикальної осі. Рульовий привід складається з двох важелів, тяг та обода, в якому встановлено колесо. При натисканні на один із важелів тяга повертає обід, а з ним і колесо вправо чи вліво. Кермовий привід автомобіля влаштований майже так само. Проте всі ці хитромудрі пристрої не могли перетворити самокатку на екіпаж, що практично діє. Для його пересування по бруківці хоча б зішвидкістю 10 км/год потрібна потужність близько половини кінської сили (приблизно 0,4 кВт). Одна чи дві людини здатні розвинути таку потужність, але дуже недовго.
Збереглися докладні креслення самокатки. За ними побудовано її модель, що демонструється у Державному політехнічному музеї у Москві.
М'язово-силові самокати на два місця і більше не набули поширення. Правильне рішення легкого самокату, настільки легкого, щоб людина пересувався на ньому своїми силами досить швидко, знайдено німецьким винахідником Карлом Фрідріхом Драйзом у 1816 році. Він замінив самокатом не екіпаж, а верхового коня, збудував машину, схожу на майбутній велосипед.
Машину назвали «біговою», бо їздок відштовхувався від землі ногами, біг землею. Для збереження взуття на ноги одягали металеві «шкарпетки». Воістину ця машина служила продовженням людини! Вона була легкою та надійною, котилася зі швидкістю до 15 км/год і не відчувала, як екіпаж, перекосів на нерівній дорозі. Її деталі були легкими за достатньої міцності. У другій половині XIX століття бігову машину забезпечили педалями та гумовими бандажами (шинами), замінили дерев'яні колеса сталевими з дротяними спицями, а суцільні дерев'яні та залізні рами — трубчастими, застосували шарикопідшипники. Згодом з'явилися ланцюгова передача, пневматичні шини, механізм вільного ходу. На трьохколісних велосипедах, що випускалися для дітей і літніх людей, а також на спортивних двомісних стали монтувати винайдений в 1877 році Джемсом Старлеєм і майже одночасно французом Анрі Пекером диференціал - шестерний механізм передачі зусилля двом колесам однієї осі, що обертається при повороті з різними швидкостями.
Удосконалення велосипеда, особливо застосування у його конструкціїшарикопідшипників, пневматичних шин та диференціала мали надалі велике значення і для автомобіля. Шарикопідшипники багато разів полегшували обертання коліс та інших деталей, зменшуючи тертя між рухомими та нерухомими частинами. Пневматична шина, винайдена англійцем Вільямом Томсоном у 1845 році (була забута і знову винайдена Джоном Денлопом у 1888 році), пом'якшувала удари колеса на нерівностях дороги. З її застосуванням стало можливим робити всі деталі машини не такими міцними та важкими – адже вібрація машини помітно зменшена, менша вона і розхитувалася. Та й їзда стала не такою стомлюючою.
Що стосується ветросилових возів — їх будували аж до середини XIX століття, — то вони могли рухатися лише дуже рівною місцевістю і при попутному вітрі. Як засіб транспорту вони не виправдали себе. Тільки сучасні спортивні вітрильні сани — буєра — нагадують нам про короткий відрізок шляху, яким йшло людство, розвиваючи свої сухопутні засоби пересування. Якщо найнижче масове з них — автомобіль — отримало майже все, крім двигуна, від екіпажів, м'язових самокаток і велосипедів, то від ветросилових возів — зовсім нічого.