Краны. 19 век.
Промышленная революция началась в XVIII в. и очень скоро вызвала самую настоящую лавину нового мышления. Однако на конструкции строительных кранов это стало сказываться только во второй половине XIX в., да и то лишь постепенно. В тот период возникла потребность в высокопроизводительных и эффективных строительных кранах, которые были бы способны работать с большими металлическими конструкциями при строительстве транспортных систем, т. е. железных дорог, каналов и портов.
Развитие технических наук, особенно совершенствование расчетов строительных конструкций и изучение свойств материалов, применяемых в строительной индустрии, в сочетании с появлением множества технических университетов и школ существенно расширили знания инженеров и технических специалистов того времени. Появлялись подробные описания деталей отдельных машин и технических методов, а это означало, что полученные знания можно было распространять и применять в других областях техники.
До этого архитекторам и инженерам приходилось пользоваться кранами и подъемными приспособлениями, устройство которых просто менялось вслед за формами и стилями в архитектуре - от готики к Ренессансу, барокко и неоклассицизму - без каких-либо заметных изменений в плане собственно технологии.
Внешний облик кранов пережил в неизменном виде многие века, и в начале XIX в. краны мало чем отличались от того, что показан на рисунке.
До начала XIX в. они все делались исключительно из дерева, но наконец, впервые за три тысячелетия, настало время перемен. Стал использоваться литой чугун. В 1776 году был построен первый чугунный мост пролетом в 31 м - через реку Северн неподалеку от Уолбрукдейла в Великобритании, однако лишь 58 лет спустя, в 1834 году, фирмой Hick & Rothwell в Болтоне, что близ Манчестера, был изготовлен первый чугунный портовый кран. Машина имела грузоподъемность 2 т.
В 1838-м был сделан еще один чугунный кран - в Нойберге на Рейне, в Германии.
Растущие потребности судоверфей значительно ускорили техническое развитие кранов. Примерно с 1830 года металл стал использоваться в качестве одного из основных материалов для кораблестроения, параллельно с этим увеличивались размеры судов, и традиционные подъемные приспособления перестали соответствовать объективным требованиям. Конструкторам пришлось разрабатывать более мощные, высокие и мобильные краны.
При этом инженеры были еще не готовы обойтись без дерева, которое оставалось испытанным материалом на протяжении нескольких тысячелетий, и многие краны того периода строились из «промежуточного» сочетания дерева и свинцовых деталей. В тех районах Соединенных Штатов, где дерева было много, краны предпочитали строить из него еще долгие годы и в XX в. При такой конструкции един ственной металлической частью было основание крана, на котором надстраивались деревянные элементы, - прямо на месте, там, где кран предстояло использовать. Только когда технически возможным стало изготовление многослойных стальных плит, краны приобрели формы и вид, которые позволили приспосабливать их к выполнению практически любой задачи.
В 1834 году появилось изобретение, которому суждено было внести решающий поворот в конструкцию кранов: герр Альберт, один из руководителей Высшей комиссии по горному делу в Германии, изобрел металлический трос. Общепризнанно, что тросы упоминал еще Леонардо да Винчи, их находили при раскопках в Помпеях, но при этом не было однозначности с их определением. К концу XVIII - началу XIX в. «тросом» называли либо сварную или плетеную цепь, либо пучок параллельных проволок, схваченных через равное расстояние зажимами или обвязанных также проволокой. Однако трос, полученный переплетением отдельных проволок, который Альберт разработал для горного дела в ходе интенсивных исследований, представлял собой нечто совершенно новое. Вскоре тросы, сочетавшие прочность и превосходную гибкость, стали использоваться повсеместно.
Быстрый процесс индустриализации вдохновил конструкторов на развитие ряда восхитительных идей. Уже в 1843 году можно встретить портальный кран с подвижными грузовыми тележками. Хотя они тогда еще перемещались вручную, это все равно замечательно для своего времени. Это одна из самых ранних попыток реализовать удобную и эффективную систему взаимодействия различных видов транспорта.
Не следует забывать и о человеке, которому во многом может быть благодарна вся индустрия изготовления строительных элементов и который, пусть и косвенно, оказал существенное влияние на развитие кранов, заставив их стать гораздо эффективнее. Жозеф Монье служил садовником у французского императора Наполеона III и ухаживал за экзотическими деревьями и кактусами, которые росли в больших каменных и деревянных горшках. Монье заметил, что корни растений раскалывают отлитые им большие горшки из бетона, поскольку бетон хорошо выдерживает сжатие, но не растяжение. В конце концов, прово- лочный забор в огороде натолкнул его на мысль залить бетоном форму из проволочной сетки - для укрепления и повышения прочности, чтобы проволочный каркас противодействовал силам растяжения. Пятьдесят пробных горшков прослужили многие годы, побудив Монье экспериментировать дальше. Он изготавливал трубы, балки, водяные емкости, железнодорожные шпалы и даже мосты - полностью из материала, который назвали железобетоном, а начиная с 1867 года Монье получил множество патентов.
Поворотный момент в изготовлении кранов наступил в 1850 году, когда была запатентована оригинальная конструкция стрелы Брайтона Уильяма Фэйрбейма. Ему пришла в голову идея склепать вместе две дугообразные чугунные плиты, чтобы получилась дугообразная стрела. Стрелы новой конструкции были гораздо устойчивее прежних прямых стрел из дерева или чугуна, а благодаря дугообразной форме они также лучше подходили для погрузочно-разгрузочных работ. Таким образом, краны Фэйрбейма стали одной из разновидностей подъемных механизмов в портах. Фэйрбейм построил на собственном заводе в Манчестере шесть кранов с ручным приводом - для порта около Девенпорта. Позднее множество британских и немецких фирм стали делать краны такого типа, но уже с приводом от паровой машины.
В 1874 году на севере Германии было сделано еще одно изобретение, последствия появления которого сначала не были столь очевидными. Решетчатая балка, разработанная для применения в строительстве мостов, в конструкции крана впервые была использована в Германии. Первой скромной попыткой был, похоже, козловой кран, построенный в том же году на товарной железнодорожной станции в Ганновере. Кроме того, впервые опоры крана данного типа были сделаны из чугуна. Решетчатые балки, сконструированные с большой точностью, соединяли опоры и успешно выдерживали переменные динамические нагрузки.
Даже многие христианские прелаты, не исключая и пап, восхищались великолепными египетскими обелисками. Например, 25 октября 1836 года был установлен еще один из этих каменных гигантов, на сей раз в Париже. Обелиск высотой 15,4 м и весом 236 т, изготовленный в Египте около 1400 года до н.э., был привезен в Париж и установлен в вертикальное положение с помощью мачт деррикового типа. Иначе говоря, подъемное приспособление кардинально отличалось от примененного за 250 лет до этого в Риме. Для натяжения всех канатов потребовалось всего 480 рабочих в ступальных колесах - для того времени еще было характерно использование мускульной силы, хотя паровая машина уже существовала.
Паровая машина повышает мобильность
Кажется, будто совершенно невозможно представить себе самоходный кран туманным английским утром в лондонском пригороде Айлингтоне в 1802 году, хотя именно в этом году и именно в такой день по его улицам ездил «древнейший предок» современных автокранов. Это был паромобиль, изобретенный Ричардом Тревитиком, первое в истории самоходное транспортное средство. «Тест-драйв», однако, прошел неудачно: машина завершила свой путь в цветочной клумбе. Мечты о самоходном кране на тот момент откладывались до отдаленного будущего.
Люди еще не готовы были по-настоящему доверять этим чудищам на паровом ходу, по крайней мере на том этапе их развития, когда они в форме тракторов едва покинули рельсы (известных также как локомобили, паровые тракторы), застилая привычный облик улиц клубами дыма и пара. В 1831 году в Великобритании все больше грузов стало перевозиться по дорогам, однако здесь не обошлось без казусов.
Был принят «Закон о локомотивах», согласно которому перед каждым транспортным средством с паровой машиной должен был идти человек с красным флагом - на расстоянии не менее 55 м, - предупреждающий пешеходов о приближении «монстра». Первая поправка в этот закон была внесена только в 1878 году, когда расстояние сократили до 18 м, а максимальную скорость установили в 3,2 км/ч для районов плотной застройки и, соответ ственно, в 6,4 км/ч для сельской местности.
Однако вне городской черты неумолимо приближался век паровой машины с его облаками пара и дыма. К 1837 году на фабриках и фермах в Великобритании использовалось около пяти тысяч автомобильных и стационарных паровых машин - по сравнению всего с парой сотен во Франции и не более чем сотней в Германии.
Несмотря на законодательные ограничения, локомотивы в скором времени получили широкую поддержку. В 1856 году британская фирма Clayton & Shuttleworth выпустила уже 2200 паровых автомобилей, на британском рынке было 15 производителей. Производство этих машин началось в Германии с сере- дины века - им занялись такие фирмы, как Alban, Borsig, Buckau/Wolf, Hanomag, Hoppe, Lanz и Wohlert.
В 1868 году идея использовать паровые машины от локомотивов с кранами пришла к конструкторам фирмы Aveling & Porter, всемирно известного производителя тракторов, паровых катков и другой строительной техники. Фирма быстро сделала первый самоходный автокран, который ездил на колесах! Преемник «Малыша Тома», как назывался этот кран, появился уже в 1874 году и был способен перемещаться с грузом (!) в 2 т. Кран быстро получил золотую медаль Королевского сельскохозяйственного общества в 1876 году и еще одну, двумя годами позже, - на Всемирной выставке в Париже.
Первые паровые краны даже не были собственно кранами
Хотя, если оглянуться в прошлое, идея заменить паровой машиной ступальное колесо и все сопутствующие механизмы была крайне привлекательной, первый кран с паровым приводом вообще не был краном, это был экскаватор. Первый настоящий кран с паровым приводом был построен в порту Дувра в 1851 году. Пар подавался из стационарной бойлерной по подземной трубе, которая далее шла внутри полой основной мачты. Впрочем, самый первый паровой кран был построен еще в 1839 году - это был экскаватор, сконструированный американцем Уильямом Смитом Отисом.
В американском патенте Отиса за № 1089 от 24 февраля 1839 года сказано про «скрепер обычной конструкции, который должен приводиться в действие краном и извлекать грунт непосредственно в том месте, где ведутся земляные работы. Настоящим заявляю, что далее приведено полное и точное описание указанной машины.
На чертеже, прилагающемся к данной спецификации, представлен кран, который используется в земляных работах. Этот кран устанавливается на подвижной тележке, которая, в свою очередь, находится на временных рельсовых путях, причем ее конструкция должна быть рассчитана на вес грунта, поднятого скрепером. При этом поворотом крана к месту разгрузки (в вагоны, ящики на дороге или в другое место) управляют с большой аккуратностью». Если взглянуть на чертеж к патенту, то будет ясно, что Отис не только построил первый «настоящий» ковшовый экскаватор, но также первый механизированный и, естественно, первый паровой кран.
Патент был выдан на «кран-экскаватор», и именно такое название молодой строительный подрядчик Отис со своим другом Чарльзом Хоу Френчем дали этой машине. Одновременно с этим «краны-экскаваторы», пусть и в небольшом количестве, распространились от Британии до России.
Так называемые краны-землечерпалки использовались в Великобритании на строительстве каналов и железных дорог. Около 1884 года компания Whitaker, строительный подрядчик из Лидса, изготовила, вероятно, первый полноповоротный ковшовый экскаватор - экскаваторный ковш был установлен на железнодорожном паровом кране производства британской фирмы Smith из Родли.
Эта фирма выпускала краны с ручным приводом с 1840 года и весьма технически совершенные паровые краны - с 1860 года. Позднее Whitaker даже выкупила производство и сбыт «кранов-землечерпалок Jubilee» фирмы Smith. Аналогичные машины с экскаваторной оснасткой делали компании John H Wilson из Ливерпуля, Priestman Brothers из Гулля и Ruston-Dunbar, которая позднее стала знаменитым производителем экскаваторов.
(с) Тыц
Предыдущие серии.
1. Роль крана в истории...
2. Краны 2. Возрождение...
3. Краны 3. Века 17 и 18...