Большая энциклопедия техники
Большая энциклопедия техники
Авторский коллектив:
Алексеев В. С., Гаманюк Д. Н., Гордиенко М. Д., Жагрин С. Г., Зотов В. В., Иванова Т. В., Кагис Н. Я., Карлыганова Н. В., Лиманский С. Н., Липатова Г. А., Матвеенко Г. В., Матлахова М. С., Микульская Д. Г., Палагин Е. В., Рахно М. О., Сергеев А. В., Тихонова Е. О., Федотов А. А., Шнайдер Д. Д.
Введение
История человеческой цивилизации неразрывно связана с историей развития техники. Неслучайно особо важные моменты человеческого прогресса отмечены так называемыми научно-техническими революциями.
Еще древний прародитель современного человека отметил, что обычная работа становится гораздо проще, если в ее процессе применяются какие-либо дополнительные приспособления.
Первая научно-техническая революция, прошедшая в период примерно с XIII по IV тысячелетие до н. э., характеризуется изобретением лука и стрел и использованием их в качестве оружия для охоты и обеспечения безопасности. Появление каменного топора и каменной мотыги спровоцировало значительный скачок в развитии орудий труда и совершенствовании земледелия.
Вторая техническая революция, начавшаяся в 1000—500 лет до н. э., привела к появлению первой земледельческой техники. Несмотря на то что первые изобретения не освобождали полностью человека от тяжелого труда, они значительно облегчали жизнь первым землепашцам. Еще лишенные механизмов и дополнительных приспособлений первые плуги, бороны и сеялки, приводимые в движение мышечной силой животных, были полноправной сельскохозяйственной техникой, так как имели сложную конструкцию. Вслед за изобретениями, позволяющими с легкостью выполнить необходимые полевые работы, появились и другие сложные устройства. Их применение не было ограничено ни территорией, ни временем. Постепенно совершенствуясь и механизируясь, такие предметы, как ткацкий станок или мукомольный аппарат, используются и по сей день, только облик и конструкция механизмов подверглись тщательной доработке.
Изобретения, пришедшие из глубины веков, не пропали зря, а стали основой для создания новых механизмов и устройств.
Первые междоусобицы, вызванные нехваткой пахотных земель, породили новый вид техники – оружие. Первоначально исключительно холодное оружие с изобретением пороха стало еще мощнее и конструктивно сложнее. Развитие оружейной техники продолжается до сих пор. Со временем широко шагающий оружейный прогресс позволил расширить данную область, пополнив их совершенно новыми техническими направлениями – ракетотехникой, робототехникой, ядерной и химической техникой.
Следующим грандиозным прорывом в области техники стало изобретение самодвижущихся механизмов. Снабженные различными шестернями и пружинами, такие устройства по-прежнему нуждались в человеческом обслуживании, но в отличие от первых технических достижений требовали гораздо меньше мускульных затрат. Механизмы приводились в движение с помощью коленчатых валов, разнообразных рычагов и ременных передач. Таким машинам поручали тяжелую работу, выполнить которую человеку было не под силу – это и тягловые механизмы, и кузнечные меха, и ручные мельницы.
Третья научно-техническая революция (XI—XIX вв.) связана с открытием силы пара и стала причиной появления паровых механизмов. Именно с этого момента транспортная техника, представляемая до этого колесными повозками, приводимыми в движение мускульной силой животных, стала работать без использования животной силы. Паровой двигатель позволил снабдить платформу с четырьмя колесами достаточной скоростью и мощностью – такая повозка могла уже перевозить гораздо большее число пассажиров. Несколько таких платформ, соединенных вместе, стали прообразом появившегося вскоре паровоза, а парогенератор, присоединенный к вращающемуся колесу, позволил во много раз увеличить скорость передвижения крупного судна – так появился пароход.
Паровые двигатели и генераторы энергии значительно упростили и ускорили работу во многих отраслях. На основе таких устройств создавались первые станки, обслуживающие крупные фабрики и заводы. Такое достижение позволило значительно упростить работу обычного человека, сделав ее более легкой. К тому же некоторые станки и механизмы со временем стали заменять человека, так как делали то, что сделать обычный рабочий был не в состоянии: поднимали невероятные тяжести, работали без перерыва круглые сутки, делали точную и кропотливую работу. Характерными представителями этого периода стали парусные суда, использующие силу ветра, водяные, а впоследствии и ветряные мукомольные мельницы, прядильные машины. Первоначально медлительные и массивные механизмы становились быстрее, изящнее, точнее.
Человек издавна смотрел на небо с восторгом и живым укором, так как природа не дала человеческому организму способности летать. Но на определенном этапе технического прогресса человек задумался о создании машины, которая подняла бы его в небо. Вскоре человек совершил полет на самолете. Так была открыта новая, доселе не изученная техническая область – аэротехника, ставшая матерью великого множества открытий. Дирижабли, цепеллины, самолеты, вертолеты – механизмы, ранее просто немыслимые, стали наконец-то реальностью. Но человечеству этого стало мало. Прогресс стремится выше – из аэротехники постепенно отделилась и оформилась новая линия технических достижений – космическая техника и ракетотехника.
Четвертый этап технического развития позволил задействовать неведомую силу тока. Широко стали развиваться области, напрямую связанные с электроэнергией. В домах появился свет, заводы и фабрики полностью автоматизировались. Казалось бы, что теперь человеку нет места – где сможет работать такое хрупкое создание, не способное ни поднять огромный груз, ни производить непрерывно одну и ту же операцию, ни работать с колоссальной скоростью? Но любой механизм нуждается в уходе и присмотре – кто-то должен управлять машиной, чтобы она выполняла необходимые функции.
Пятая волна технических достижений принесла одновременно как печальные результаты, так и множество необходимых для жизни вещей. Открытие и разработка атомных технологий позволили обогреть квартиры и дома, значительно расширить возможности человека в самых различных областях техники. Но в то же время открытие деления атомов привело к появлению самого ужасного оружия – атомной бомбы.
В целом большинство крупных технических и научных шагов так или иначе связано с тем или иным военным конфликтом. Первоначально чисто военные изобретения со временем становились частью повседневной жизни.
Однако развитие техники направлено не только на создание убивающих и уничтожающих машин. Большинство современной бытовой техники, активно используемой домашними хозяйками и значительно сокращающей время, необходимое для выполнения домашней работы, возникло совершенно случайно, в качестве «побочного эффекта» при создании устройств в других областях.
Современный этап развития техники также можно считать очередным витком технического прогресса или новой научно-технической революцией. Особое внимание в современном мире уделяется информационным и кибертехнологиям. Механизмы, созданные с помощью современных достижений, во много раз превосходят по точности, исполнительности, тонкости производимой работы даже самого профессионального и ловкого человека. Микролазер со встроенной микрокамерой позволяет обследовать организм человека и произвести необходимую операцию, не задев здоровых тканей и практически не оставив после себя следа. Сеть Интернет – первоначально военная разработка – стала незаменимым спутником делового человека. Многочисленные механизмы и устройства позволяют поддерживать жизнь больного человека и даже способны заменить недееспособные органы. Робототехнология позволила создать идеальных помощников, способных трудиться в абсолютно любых областях, начиная от военной специализации (робот-сапер, робот-разведчик, робот-спасатель) и заканчивая банальной уборкой помещения. Уже используются кибермеханизмы, предназначенные для обнаружения и эвакуации жертв завалов, роботы-врачи, способные производить надрезы, не видные человеческому глазу, даже роботы-певцы и роботы-музыканты.
Современный мир не представим без применения различных технических достижений. Транспорт, строительная техника, информационные технологии – все это окружает нас изо дня в день. Более того, выйди из строя все механизмы и технические устройства разом, остановилась бы жизнь, и историю человечества пришлось бы начать с нуля.
Современному человеку, особенно напрямую не связанному с работой в области высоких технологий, трудно разобраться с достижениями прогресса последних лет. Для того чтобы облегчить эту работу и дать определенные представления о развитии современных технологий, и написана эта книга.
Данная энциклопедия, рассчитанная на широкий круг читателей, содержит в себе полную информацию о технических достижениях человечества, начиная с древнейших времен. Группа авторов, работавших над этой книгой, использовала большое количество разнообразных справочных материалов, включающих в себя специальную литературу, словари и энциклопедии, ранее написанные по этой теме, а также справочные ресурсы сети Интернет. Подобранные сведения и их описание отличаются профессионализмом. Собранные и включенные в книгу статьи не содержат ничего лишнего, не касающегося рассматриваемой тематики. Написанные доступным языком научные статьи содержат в себе краткое описание устройства, историю его возникновения, а также сферы и области жизни, в которых это устройство применяется. Информация, представленная в энциклопедии техники, доступная, понятная и будет полезна как профессионалам, так и начинающим свое знакомство с миром технических достижений.
Энциклопедия включает 20 разделов. В каждом разделе собрана информация о технике определенной области. В книге есть описания таких достижений, как робото– и кибертехнологии, космической техники, офисной техники, транспорта и авиации, бытовой техники и техники других видов. Такое разделение не случайно. Во-первых, подобная структура книги облегчает поиск необходимого термина, во-вторых, подобное устройство содержания книги позволяет систематизировать доступную информацию.
Каждый раздел включает в себя полные и интересные статьи, расположенные в алфавитном порядке. Помимо широко употребляемых устройств, использующихся человеком ежедневно, таких как пылесос, телевизор, радио, в книге имеются статьи, касающиеся достижений, известных только узким кругам профессионалов.
Уникальность данного издания заключается в том, что статьи содержат максимум полезной читателю информации. Книга позволит ответить на интересующие вопросы, касающиеся истории создания того или иного изобретения или принципов устройства редкого или необычного механизма.
Книга будет полезна как детям, так и взрослым, так как поможет не только ознакомиться с последними достижениями прогресса, но и упорядочить или дополнить уже имеющиеся знания взрослого человека. Энциклопедия техники сможет стать хорошим настольным справочным изданием, воспользоваться которым сможет человек любого возраста.
Раздел 1. Транспортная техника
Автобус
Автобус – транспортное средство для перевозки достаточно большого числа пассажиров, более 8 человек.
Автобус.
Кузов автобуса вагонного типа – это несущая конструкция. К основанию кузова прикреплен двигатель, оси, коробка передач. Двигатель расположен в передней, задней или средней части – под полом. Привод идет на заднюю ось. Но у некоторых модификаций небольшой вместимости ведущие и задние, и передние колеса. В подвеске используются резино-тканевые баллоны со сжатым воздухом – это обеспечивает хорошую плавность хода и сохраняет постоянную высоту пола и подножек независимо от нагрузки. Привод рабочего тормоза к тормозным механизмам колес – пневматический или пневмогидравлический. Первые автобусы появились в начале ХХ в. и быстро получили широкое применение в разных странах Европы, США. В России в 1924 г. в Москве появились линии автобусных перевозок. Все автобусы различаются в основном по назначению, от которого зависят их характеристики: габариты, вместимость, скорость, особенности конструкции. По назначению автобусы бывают: городские, пригородные, междугородные – туристские, местного сообщения. Городские автобусы имеют несколько дверей входа и выхода, число мест для сидения ограниченно, центральный вход шире других, около дверей «накопительные» площадки, центральный проход – широкий. Иногда автобус бывает сочлененный, т. е. он состоит из двух соединенных гибким сочленением частей, но имеет одно пассажирское помещение, или автобус двухэтажный, у него два пассажирских помещения, одно над другим. Городские автобусы имеют относительно высокую скорость, чему служит способность делать интенсивный разгон при частых остановках. Пригородные автобусы имеют большее число сидений, чем городские, за счет уменьшения центрального прохода и «накопительных» площадок. Междугородные – туристские автобусы имеют конструкцию, обеспечивающую движение с большой скоростью, оборудуются отоплением, вентиляцией, гардеробом, холодильником, туалетом. В пассажирском помещении мягкие спальные кресла, под полом размещены багажные отсеки, все сделано с учетом комфортного путешествия. Местные автобусы имеют более прочный кузов и ходовую часть, привод на 2 или 3 оси, так как они используются для перевозки пассажиров по межрайонным маршрутам в сельской местности, с не всегда хорошими дорожными условиями. Основная характеристика любых автобусов – вместимость, она зависит от габаритных размеров. Длина: 5 м – особо малые автобусы; 7,5 м – малые; 9,5 м – средние; 11 м – большие; 12 м – особо большие; 16,5 м – сочлененные. Вместимость автобусов длиной 7,5 м достигает 40 человек, длиной 12 м – до 120 человек, сочлененных – 160 человек. Нижний предел максимальной скорости городских – 70 км/ч, пригородных и местных – 80 км/ч, междугородных – 100 км/ч. Автобус – это удобный, комфортный вид транспорта. Дальнейшее развитие его использования направлено на совершенствование конструкции и систем управления для улучшения и комфорта путешествий.
Автодрезина
Автодрезина – самоходное транспортное средство, предназначается для ремонта железнодорожного пути, перевозки материалов, механизмов, инструментов, инспекторских поездок. Имеет вид железнодорожной платформы, с собственным двигателем внутреннего сгорания, ходовые части – колесные пары. Первые дрезины появились с открытием железнодорожного сообщения в начале XIX в. Это были четырехколесные тележки с ручным управлением. Само название «дрезина» произошло от имени ее изобретателя К. Ф. Дрезе. Современные автодрезины отличаются довольно мощными дизелями. Модификации их различаются по назначению, по массе. По характеру работы автодрезины бывают пассажирские и грузовые; пассажирские перевозят людей на ремонтные работы, грузовые – механизмы и материалы. Грузовые оснащены подъемными поворотными кранами, монтажными вышками, измерительными приборами. Масса дрезин различна. Автодрезины массой до 300 кг называются съемными; они имеют двигатель мощностью 7—18 кВт. Используются они для перевозки людей – 4—6 человек и до 50 кг груза.
Автодрезины массой от 300 кг до 50 т называются несъемными; они имеют двигатель мощностью 75—185 кВт; они могут перевозить людей до 30 человек или до 6 т грузов. К автодрезине могут также прицепляться обыкновенные железнодорожные вагоны или 1—2 платформы с грузами.
Автомобиль
Автомобиль – самоходное безрельсовое транспортное средство для перевозки грузов и пассажиров. Автомобиль состоит из кузова для перевозки грузов и пассажиров или кузова для грузов у грузовых автомобилей; ходовой части, механизмов управления, двигателя, электрического оборудования. Построить самоходное транспортное средство люди пытались уже в Cредние века. В Европе это стало возможным только в XVIII в. с изобретением паровой машины. Построенные тогда транспортные средства имели паровые двигатели, рулевой механизм, тормоза. Строили их и в XIX в. в Англии, Франции, Германии, России. В конце XIX в. велись работы по строительству транспортного средства с электрическим двигателем. Но все это были только отдельные образцы. И только с изобретением двигателя внутреннего сгорания началось строительство автомобилей во многих странах. В 1866 г. в Германии, в 1890 г. во Франции, в 1892 г. в США свои первые автомобили выпустил Г. Форд и с 1903 г. начал промышленное производство автомобилей. В России в 1908 г. построен первый русский автомобиль «Руссо-Балт» и первый грузовой АМО в 1924 г. В странах Европы, России и США появилась автомобильная промышленность, стали строиться специализированные машиностроительные предприятия, которые успешно работают до сих пор. В США – «Форд», «Крайслер», «Дженерал моторс»; в Германии «Опель», «Фольксваген»; во Франции «Пежо», «Рено», в Италии «Фиат», в Японии «Ниссан мотор», «Тойота мотор». В России – в Москве, на Урале, в Нижнем Новгороде, Тольятти, Ижевске в начале 1930-х гг. стали создаваться предприятия автомобильного машиностроения.
В наши дни это высокопроизводительное, специализированное производство. Самые известные марки российских автомобилей – ГАЗ, МАЗ, УРАЛ, КамАЗ. В России выпускаются легковые малолитражки, мощные грузовые автомобили, с повышенной грузоподъемностью, специализированные: автомобили-цистерны, самосвалы, тягачи, фургоны, прицепы. Автомобили различаются по назначению, по проходимости, по типу двигателя. По назначению они бывают транспортные, специальные, спортивные (гоночные). Транспортные автомобили – грузовые или легковые – используются для перевозки грузов и пассажиров. Специальные автомобили, оборудованные специальными установками, используются для различных целей – пожарные автомобили, автокраны. Гоночные автомобили используются для спортивных соревнований и для установки скоростных рекордов. Транспортные автомобили имеют разную конструкцию по своему назначению. Легковые, вместимостью до 8 человек, имеют закрытый или открытый кузов. Грузовые автомобили имеют кузов для перевозки груза (грузоподъемностью до 100 т). Бывают грузовые автомобили без кузова – это тягачи. По проходимости выделяют автомобили: дорожные, внедорожные и высокой проходимости. Дорожные автомобили используются для поездок по обычной автомобильной дороге. Внедорожные автомобили используются только на специальных дорогах (карьерах). Эти автомобили имеют большие габариты и осевые нагрузки. Высокопроходимые автомобили используются по бездорожью и в трудных дорожных условиях. Такие автомобили с высокой проходимостью бывают колесные и также гусеничные, колесно-гусеничные, полугусеничные, пневмокатки, «амфибии» – с водонепроницаемым кузовом и гребным винтом, автомобили на воздушной подушке, движущиеся тяговым воздушным винтом или струей воздуха от компрессора, автомобили, шагающие с помощью специальных лыж. Для улучшения проходимости обычных дорожных автомобилей на их колеса устанавливают арочные шины с высокими грунтозацепами.
По типу двигателя автомобили различаются на: паровые (старинные); бензиновые – двигатель внутреннего сгорания на бензине, такой двигатель имеют в основном все легковые и грузовые автомобили; дизельные – двигатель внутреннего сгорания на дизельном топливе – большегрузные автомобили; газобаллонные автомобили – двигатели внутреннего сгорания на сжиженных горючих газах; газогенераторные – двигатель внутреннего сгорания на газе; электрические – двигатель аккумуляторный, это небольшие грузовые автомобили для недалеких расстояний. Трансмиссия – силовая передача, передающая движение от двигателя к колесам или гусеницам, бывает механической, гидромеханической, электромеханической. Ходовая часть – это рама, подвеска, оси, колеса. На раме установлены кузов, кабина, двигатель, коробки передач и другие механизмы. У легковых автомобилей кузов – рама. Колеса в основном дисковые с шиной. Управление автомобиля – это рулевая и тормозная система. Рулевое управление изменяет направление движения. Тормозная система замедляет и останавливает движение. Электрооборудование – это источник тока – аккумулятор и генератор – и группы систем, использующие это электричество, – системы зажигания, освещения, сигнализации, пуска двигателя. Основные характеристики конструкции любого автомобиля – грузоподъемность, масса, вместимость, материалоемкость, динамичность, скорость, устойчивость движения, расход топлива, проходимость, эффективность управления.
Легковые автомобилиДля перевозки пассажиров до 8 человек, имеют классификацию по рабочему объему двигателя. Имеют различные габариты и массу. Двигатель может располагаться в передней или задней части автомобиля. Кузов – несущий, цельнометаллический, закрытый или открытый, с двумя или тремя рядами сидений. Бывают двухдверные, четырехдверные автомобили. Двигатель – карбюраторный, внутреннего сгорания. Некоторые легковые автомобили оборудованы устройствами для буксирования легких прицепов. Современные легковые автомобили оснащены подушками безопасности водителя и пассажиров.
Грузовые автомобилиДля перевозки различных грузов. Основные их характеристики – грузоподъемность, тип кузова, масса, конструкция. По грузоподъемности различают классы: особо малая – до 1 т, малая – до 2 т, средняя – до 5 т, большая – более 5 т, особо большая – внедоржник – до 100 т. У автомобилей общего назначения основной тип кузова – грузовая платформа с открывающимися бортами. Специализированные автомобили – самосвалы, фургоны и другие используются для перевозки однородных грузов – лесовозы, бензовозы, контейнеровозы. Некоторые грузовые автомобили оборудованы специальными устройствами, улучшающими перегрузочные работы. Конструкция автомобиля зависит от компоновочной схемы, двигателя, трансмиссии, ходовой части, механизмов управления. Двигатели в основном внутреннего сгорания.
Специализированные грузовые автомобилиАвтомобиль-вышка имеет телескопическое устройство – подъемник с приводом от двигателя автомобиля для подъема людей и инструментов, высота подъема рабочей площадки до 23 м. Управление работой подъемника осуществляется из кабины автомобиля и с самой рабочей площадки-люльки. Такое устройство используется для ремонта или монтажа линий электросвязи, контактной сети городского транспорта, строительно-отделочных работ.
Автомобильный кран – имеет на автомобильном шасси поворотную консольную стрелу, используется для перегрузочных работ в строительстве и монтаже. Разгружает подвижной состав автотранспорта, тяжелые грузы, для перегрузки навалочных грузов снабжен грейферным захватом. Привод крана от двигателя автомобиля. Грузоподъемность более 16 т, вылет стрелы до 12 м, высота подъема более 18 м. Для устойчивости во время работы устанавливаются дополнительные опоры.
Дальнейшее развитие автомобилестроения направлено на усовершенствование конструкции автомобилей, увеличение автоматизации управления и работы всех систем, повышения надежности, скорости, грузоподъемности, использование новых материалов и различных типов двигателей. С конца XIX в. проводятся автомобильные гонки – соревнования, стимулирующие совершенствование конструкции.
«Амфибия»
Самоходное транспортное средство, передвигающееся по воде и по суше. Имеет металлический герметичный кузов лодочного типа. Способно развивать скорость более 20 км/ч. Используется для перевозки людей и грузов, спасательных работ, в военно-морском флоте для высадки десанта (во время Второй мировой войны). Современные «амфибии» – это боевые машины – плавающие танки, бронетранспортеры. Их плавучесть обеспечивается водоизмещением, двигатели – гребные винты или водометы. Такие машины сделаны на базе шасси автомобиля или танка.
Аэробот (аэросани)
Аэросани – транспортное средство, способное передвигаться по снегу и льду, используя тягу воздушного винта. Кузов цельнометаллический, установленный на лыжах. Двигатель с воздушным винтом расположен в кормовой части.
Первые модели были построены в 1908 г. в России в Москве на фабрике «Дукс» конструктором А. С. Кузиным, разработавшим несколько типов.
В 1915—1916 гг. на автомобильном заводе Всероссийского земского союза была сделана небольшая серия таких саней, и они применялись в годы Первой мировой войны на фронтах. В 1919 г. была создана Комиссия по организации постройки аэросаней – КОМПАС. В эту комиссию входили известные ученые и конструкторы, и в 1919—1932 гг. они конструировали и разрабатывали различные типы. Модель АНТ – конструктор А. Н. Туполев; модель АБРЕС – конструкторы А. А. Архангельский, Б. С. Стечкин; модель НРБ – конструктор Н. Р. Бриллинг; модель БЕКА – конструкторы Н. Р. Бриллинг и А. С. Кузин. Модели проверялись в испытательных пробегах и наиболее удачные использовались до 1950 г. и в армии, и в народном хозяйстве.