Краны 2. Возрождение...
Каковы главные отличительные особенности индустриального общества? Одна из них - серийное производство. Его не было в древности, в Средние века, в эпоху Возрождения. Также не было подробных чертежей, которыми можно было бы воспользоваться для справки, поэтому отдельным архитекторам, плотникам и инженерам приходилось находить собственные решения с теми инструментами, которые были в их распоряжении. Но появились чуть позже, в ту эпоху, речь о которой пойдет ниже.
Период, известный как эпоха Возрождения, зародился в начале XV в. в Италии. Это было время чрезвычайно продуктивного и быстрого развития науки, искусства и других видов человеческой деятельности. Однако в Центральной Европе по-прежнему преобладала средневековая готическая архитектура. И в результате получилось не четкое разделение двух исторических эпох, а их наложение друг на друга. Таким образом, технический прогресс был связан не только с чисто историческими факторами, но и с географией.
Когда начался Ренессанс, архитектура пошла в новом направлении. Города, замки, церкви, дома, порты и каналы строились в соответствии с новым стилем. Этим было непосредственно обусловлено развитие новых методов строительства, в которых также применялись краны и подъемные приспособления. В XV - начале XVI в. было окончательно освоено изготовление зубчатых колес, что сильно ускорило развитие крановой техники.
Методы строительства эпохи Возрождения сохраняли популярность до середины XVIII в., а иногда и дольше, несмотря на перемены в архитектуре, привнесенные барокко и классицизмом. Мало что менялось со временем, поскольку технические аспекты работы подъемных приспособлений оставались практически неизменными.
В эпоху Возрождения появилось гораздо больше информации о кранах и подъемных приспособлениях, чем в Средние века, и эти сведения, как правило, более полные. Теперь о машинах и проектах писали не художники, а специалисты, и за время Ренессанса появилось бесчисленное множество работ по строительству, архитектуре, технике и кранам. Теперь отчеты о строительных проектах были написаны ясно и изобиловали деталями.
Поскольку они выдержаны в ренессансном стиле, в них, естественно, уделяется внимание и художественной ценности работы, поэтому такие документы сильно отличаются от технических описаний, привычных для XII в. Как писал Доменико Фонтана (1543-1607), инженер и архитектор из Ватикана, который еще будет упоминаться далее, тогдашние методы и приспособления позволяли поднимать и устанавливать конструкции максимальным весом до 350 т! Для таких операций требовалось до 1000 человек - чтобы работа была выполнена аккуратно и безопасно. В этот период осуществлялось множество разнообразных архитектурных проектов, например перемещение обелиска на расстояние 250 м. Согласно документам, при этом использовались канаты диаметром 80 мм и длиной 300-400 м.
Самой важной деталью подъемных приспособлений на кранах был пеньковый канат и цепи. хотя большинство материалов для изготовления пеньковых канатов в Европу приходилось ввозить, они в то время были все равно дешевле цепей. Это было связано с тем, что металл не удавалось ковать достаточно равномерно для получения надежной подъемной цепи. Кроме того, цепи сами по себе были очень тяжелыми, что снижало грузоподъемность. Выбор между пеньковыми канатами и цепями в первую очередь и главным образом зависел от мастерства местных кузнецов, от их способности изготовить цепи требуемой прочности.
Конструкции и краны Витрувия
Витрувиевские «Десять книг об архитектуре» оказали громадное влияние на инженеров и архитекторов Возрождения, хотя этому произведению к тому времени было уже более 1500 лет!
Документ, найденный в 1414 году в монастыре в местности Монтекассино, очень широко изучался, а печатную версию Иоганн Гуттенберг издал в 1486 году. Переиздания продолжались до 1575 года, и в каждом из них был не только исходный латинский текст Витрувия с переводом, но также комментарии, объяснения и советы. Вальтер Рюфф, врач и математик из Страсбурга, опубликовал первое немецкое издание в 1547 году в Нюрнберге. хотя это был настоящий технический учебник, в нем не было оригинальных чертежей. Вместо этого издатели вставили в книгу репродукции различного качества, которые, по их мнению, туда подходили.
Питер Брейгель Старший использовал средневековые изображения кранов и лебедок в работе над своим знаменитым полотном «Вавилонская башня», написанным в 1563 году. Детальность, с которой показаны эти механизмы, говорит о том, что мастер вполне мог видеть аналогичные машины во время работы на настоящих стройках того времени. На картине есть подъемный кран с лебедкой, приводимой в действие двумя ступальными колесами. Стрела крана, предположительно поворотная, прикрыта, тогда как трое рабочих в колесе находятся под открытым небом. Большой барабан ступального колеса, на который наматывается канат, выглядит не до конца реалистично: судя по рисунку, веревка могла легко соскользнуть с барабана.
Тем временем художник флорентийской школы Пьетро ди Козимо изобразил на одной из своих картин мачтовый кран с лебедкой. Такие краны использовались при строительстве дворцов около 1510-1515 годов и напоминали средневековые краны. Последние были адаптированы и модернизированы в соответствии с методами строительства эпохи Возрождения. Большинство их можно было перевозить с места на место и устанавливать на разных площадках. Стрелы этих кранов поворачивались вокруг вертикальной мачты, а лебедка приводилась в действие ступальным колесом, которое даже имело крышу для защиты от дождя.
В 1564 году испанский инженер Хуанело Турриано спроектировал козловой кран со стрелой. Барабан ступального колеса был сконструирован и размещен таким образом, что канат можно было наматывать или отпускать даже в процессе поворота вертикальной мачты и стрелы. Около десятка таких кранов использовалось при строительстве дворца Сан-Лоренсо-дель-Эскориал в Мадриде, т. е. эта стройка была чуть ли не первым «лесом кранов» в истории.
Как строился собор Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции
В 1420 году архитектор Филиппо Брунеллески получил заказ на строительство знаменитого собора Санта-Мария-дель-Фьоре. Было множество проблем, связанных с проектированием подходящей крыши для центральной восьмигранной ротонды диаметром 60 м. Изготовление первоначально предложенной конструкции с деревянными фермами потребовало бы слишком много времени, что делало проект чересчур дорогостоящим.
Брунеллески создал модель восьмигранной крыши с отдельными внутренними и внешними элементами, которые можно было изготовить без специальной фермы. Это стало возможно благодаря использованию самонесущих соединений между уровнями крыши и каждым этажом здания. Внешняя конструкция составляла крышу и придавала куполу форму восьмиугольника, а внутренняя сторона стала сводом в центре собора. Это было настоящим испытанием для мастерства Брунеллески, однако данная конструкция стала прототипом для многих других купольных построек эпохи Возрождения.
Когда строительные работы были завершены, Буоноккорсо Гильберти подготовил чертежи использованных приспособлений. Основной подъемной машиной был большой подъемник, возведенный в центре здания под куполом, где он оставался до окончания работ. Зубчатые колеса вращала лошадь, впряженная в 4,5-метровую оглоблю, а винтовой домкрат, установленный на платформе, служил для подъема стройматериалов на крышу. Винтовой механизм позволял удерживать вес груза столько, сколько необходимо - без применения тормозов и специальных удерживающих приспособлений.
Для подъема стеклянного фонаря, который венчал купол, Брунеллески разработал еще один винтовой кран с поворотной стрелой и таким образом полностью механизировал строительство купола. Каждая из машин Брунеллески была большим техническим достижением. Была даже введена практика использования запчастей, которые время от времени заменялись. Это позволяло увеличить срок службы механизмов по меньшей мере на 50 лет. Детали машин изготавливались по чертежам архитектора и привозились из других городов, так что действительная методика строительства оставалась в тайне до самого последнего момента. Огромное значение конструкторских разработок Брунеллески подчеркивает тот факт, что Леонардо да Винчи (1452-1519) скопировал чертежи Гильберти только несколько лет спустя.
Башенный кран Леонардо да Винчи
Наиболее распространенным типом крана в XV-XVI вв. был мобильный мачтовый кран с небольшой стрелой. Возможно, первое изображение подобного крана выполнил Леонардо да Винчи. Очевидно, что мачта, которая, казалось бы, стоит сама по себе, на самом деле крепилась четырьмя поперечными растяжками, привязанными к верхней ее части. Балка в основании мачты ускоряла поворот машины, которую можно, пожалуй, назвать первым башенным краном. При необходимости всю кон струкцию можно было установить на низкую деревянную телегу, и таким образом получался мобильный кран для работы с высокими постройками.
Для перемещения каменных блоков при строительстве фундаментов использовался большой кран с поворотной стрелой. Он устанавливался на подвижной конструкции, и не без сходства с деррик-краном имел две поворотные стрелы. Они не могли отклоняться, однако имели разную длину и устанавливались либо выше, либо ниже. Еще один интересный кран имел две стрелы прямо друг напротив друга. Этот кран использовался для погрузки каменных блоков. На самом деле, Леонардо описал первый настоящий поворотный кран, который позволял существенно ускорить темп работы.
От Мартини и Агрикола до Рамелли, Бессони и Цонка
Огромное количество информации можно найти в трудах итальянского инженера Франческо ди Джорджио Мартини, который написал их во второй половине XV в. Он описывал транспортные и подъемные устройства, водяные насосы и множество других механизмов. Мартини описывает подъемники, приводимые в действие тягловыми животными, а также различные подъемные системы с червячной или винтовой передачей. Он даже упоминает канатные барабаны, сделанные под небольшим углом, чтобы облегчить навивку каната.
Один сложного вида кран, разработанный Мартини, мог выполнять большую часть задач, с которыми приходилось сталкиваться на обычной стройке того времени, например с подъемом, перемещением и переносом груза, а также с перемещением самой машины по площадке - в полной оснастке. аналогичные машины были примерно в то же время описаны Джулиано де Сан Гало.
Техническая ценность чертежей и описаний итальянского инжене- ра Агостино Рамелли (1531-1608) подвергается сомнению. Однако те из них, что представлены в его книге «Разнообразные и оригинальные машины капитана Агостино Рамелли», напечатанной в 1588 году на итальянском и французском языках, прекрасно передают подход архитекторов эпохи Возрождения. Его в целом художественный изобразительный стиль не чужд технических деталей, и многие из его иллюстраций позднее использовались другими авторами.
Последний стремился увеличить грузоподъемность подъемников, которая ограничивалась в то время тем, что эти механизмы приводились в действие преимущественно мускульной силой человека. Рамелли всячески пропагандировал использование сочетания канатов, зубчатых и червячных передач с приводом от навивочной машины, топчака или ступального колеса. Однако он также предлагал и странные хитроумные изобретения, где крутящий момент рычага управления не мог справиться даже с силой трения!
Через несколько сот лет Якоб Леопольд (1674-1727), с чьими работами мы еще встретимся далее, писал: «Это просто воздушные замки, и тот, кто изобрел эти машины, понятия не имел, для чего они нужны. Сегодня вокруг тоже много людей, которые верят тому, например, что они видят в театре, а потом они начинают думать, что все знают и могут тягаться с самим Архимедом».
На одной из иллюстраций Рамелли изображен подъемник с зубчатой передачей, которую вращает топчак. Совершенно другой навивочный механизм приводится в действие ступальным колесом. Особенно интересна подъемная конструкция с двумя барабанами, которая была способна поднимать фрагменты зданий и другие грузы. Эта ускоряющая работу система с двойным подъемником была грамотно оборудована шестернями, парами червячных колес и рабочей рукояткой.
Рамелли не только разрабатывал навивочные механизмы и подъемные приспособления на основе этих образцов, но также придумал специальный, строительный кран. На короткой, но поворотной грузовой стреле и стреле противовеса было установлено устройство для навивки каната с парами червячных колес. Канаты наматывались на два барабана, и стрелу можно было легко и точно поворачивать с помощью топчака и большого канатного барабана. Кран был выполнен целиком из дерева, и только ось поворота стрелы была обшита металлом.
Итальянский инженер Якоби Бессони опсывает в своей книге «Театр инструментов и машин» краны более привычной конструкции. У этих машин были длинные поворотные подъемники, которые лучше подходили для погрузочных и судоремонтных работ. Однако сомнительно, применялись ли эти краны на практике вообще: у них слишком легкая конструкция и длинные стрелы. Была и еще одна необычная машина, большой кран, приводимый в действие топчаком, с набором вертикальных винтов (около пяти) над конструкцией - для поднятия и опускания каната.
Витторио Цонка (1568-1612), архитектор и градостроитель из итальянской Падуи, изобразил в своей работе «Новый театр» 1607 года очень большой поворотный кран. Он сильно отличался от обычных кранов, поскольку его стрела и два навивочных колеса, служивших противовесом, поворачивались вместе на одной оси. На рисунке все выглядит так, будто два больших навивочных колеса поворачиваются, подобно огромным рукояткам, усилием всего нескольких рабочих. Кроме того, следует отметить, что этот кран был, фактически, прямым предшественником машин, которые были столь популярны на земляных работах в XVIII-XIX вв.
В 1550 году Георгиус Агрикола описал новейшие виды горного оборудования в своем десятитомнике «О металлах». Среди этих машин был поворотный кран с кривошипным приводом, связанный с балкой наверху для повышения устойчивости. Удивительные новинки появляются неожиданно: разгрузка выполнялась с помощью тележки, которую можно было фиксировать в требуемом положении.
Возведение обелисков
Мы уже упоминали Доменико Фонтана, инженера и архитектора из Ватикана. Он получил от папы Сикста V заказ на возведение гигантского обелиска в качестве главного архитектурного элемента базилики. Для этого конструкцию требовалось переместить на 256,5 м. Обелиск, высеченный из скалы на карьере в египетском Асуане (эта область в древности называлась Верхним Египтом), был перевезен около 1300 года до н.э. через Нил в Гелиополь (ныне Каир). В правление императора Калигулы обелиск был в 41 году н.э. переправлен в Рим. Он оставался на новом месте до 28 апреля 1586 года, когда его перевезли в третий раз, и это наконец было впервые запечатлено для грядущих поколений.
Фонтана описал этот проект в 1589 году в своем объемном труде «Перевозка ватиканского обелиска». Измерен точный вес глыбы - 344,4 т. Вокруг обелиска было выстроено нечто вроде козлового крана высотой 27,3 м, к которому обелиск был подвешен на канатах. Для опускания глыбы использовалось сорок лебедок с приводом от топчаков, а также канаты длиной 223 м и толщиной 7,4 см. Каждый из этих подъемников был способен брать груз в 20 000 либеров (либер - древняя мера веса, приблизительно 6,6 т).
Было точно подсчитано число людей и лошадей, которые приводили в действие 40 топчаков. На одной лебедке мы видим шестерых человек и две лошади, на другой - 22 человека и две лошади. Еще 53 рабочих тянули вспомогательные лебедки, еще был резерв в 20 лошадей и 40 человек. Каждый из двенадцати плотников, работавших под обелиском, был в защитной каске! Всего на площадке было занято 907 человек и 75 лошадей.
Сигнал к началу подъема подавался трубой, сигнал к окончанию - колоколом. Разговоры и крики на площадке строго запрещены, туда не допускались посторонние. Позднее Фонтана писал, что сначала был оглушительный шум, подобный грохоту при землетрясении, вызванный натяжением канатов и движением деревянных подмостей. Проект был выполнен успешно, работы заняли один день.
Пока обелиск перевозился на катках на новое место в 256 м от старого, необходимо было подготовить подъемные приспособления для установки глыбы на новом месте. Примерно полгода спустя, 10 сентября 1586 года, прозвучал сигнал к началу установки, и на этот раз в деле были задействованы 800 человек и 140 лошадей. Нагрузка на 40 канатов непрерывно изменялась в процессе подъема обелиска из горизонтального положения в вертикальное. Фонтана почти интуитивно сумел определить действующие силы. Операция проходила снова в полной тишине. Прозвучал единственный крик «На помощь!», когда один из рабочих заметил дым: канаты едва не загорелись, но их успели полить водой. После этого рабочего даже наградили.
В результате успеха этого предприятия в Риме стали перемещать и другие обелиски, на них появилась даже настоящая мода. Вслед за первой успешной перевозкой обелиска всего через два года перевезли еще один, 510-тонный, а еще годом позже - 263-тонный, оба в Риме. Работа Фонтана легла в основу множества других книг, и, как утверждает Цабалья.
(с) Тыц
Предыдущие серии.
1. Роль крана в истории...