На главнуюНаписать намenglish version
Кто придумал колесо?
Николай Шпаковский

10 октября 2002
Колесо величайшее изобретение человечества. Попробуем реставрировать процесс его изобретения и усовершенствования.

Мы не знаем и, похоже, никогда не узнаем, кто придумал первое колесо. Но можно с большой долей вероятности реставрировать процесс его «придумывания». Когда древние люди тащили что-то тяжелое, например, тушу мамонта или каменную глыбу, под нее случайно попало что-то круглое, камень, гладкое бревно. И вдруг тащить стало совсем легко. Это подметили и начали подкладывать такие кругляши по пути движения груза и тянуть по ним. Хорошо легко тащить. Вот только хлопотно возиться с такими катками.

 

По сути дела был удовлетворен первый закон развития ТС в ТРИЗ он называется «закон полноты частей системы». Но ведь этого мало. Вот бы сделать так, чтобы каток все время вертелся под грузом. Сказано сделано. Среднюю часть катка сделали тонкой и через примитивный подшипник присоединили к платформе, на которую можно уже положить груз. Появилась повозка техническая система, между элементами которой уже есть связь удовлетворяется «закон сквозного прохождения энергии».

 

Но такая повозка могла ехать только по прямой, повернуть ее было трудно. Условия работы частей такой повозки были плохо согласованы с условиями ее эксплуатации. Недостаточно полно выполнялся третий закон существования ТС.
Проще обстояло дело, если ось была одна. Но здесь тоже возникла проблема при повороте наружное колесо проходит больший путь, чем внутреннее.
Колеса повозки пришлось динамизировать. Их изготавливали отдельно от оси и насаживали на нее с двух сторон. В этом случае ничто не мешало колесам на повороте проходить разный путь. Двухколесная (одноосная) повозка стала хорошо управляемой.

 

Прием «Динамизация» предполагает повышение степени подвижности, изменения каких-то параметров объекта.
Так, динамизацией колеса было снабжение его тормозом, как это ни парадоксально звучит. Простая доска, прижимаемая рычагом к колесу в процессе эволюции трансформировалась в высокоточный эффективный и умный механизм. Но для нас важно пока, что колесо с тормозом имеет разную подвижность от нулевой (колесо заторможено) до полной (колесо свободно вращается).

 

А как быть с более тяжелой четырехколесной повозкой? Ведь к этому времени уже приручены лошадь, корова, верблюд, т.е., тяговой силы было в достатке. Для достижения лучшей управляемости необходимо обеспечить повышение динамизации управляемых элементов ТС. Колеса и их крепления получили еще большую подвижность. Так, ось с двумя колесами стали крепить к платформе посредством вертикального шарнира. К этой поворотной оси крепилось дышло, а к нему уже пристегивались тягловые животные. Результат был хорош! Вспомнить хотя бы пословицу: «Закон, что дышло куда повернул туда и вышло».

 

Такая конструкция, влекомая безотказной лошадкой, благополучно доехала до появления автомобиля. «Железный конь», вернее его водитель, не справился с поворотной передней осью слишком высоки были нагрузки на органы управления. Так, одна из курьезнейших конструкций паровик, впереди которого запряжена лошадь. Понятно, что она никак не могла потащить тяжелую машину. Ведущие задние колеса приводились от парового двигателя. Тогда зачем здесь лошадь? А она выполняла важную функцию поворачивала передние колеса паровика при его поворотах.

 

Конструкция дышлового поворотного устройства имела большой недостаток, выявившийся при попытке использовать его в автомобиле. Для перемещения колес при повороте требовалось место, уже занятое мотором и другими частями автомобиля. Опять вспомнили про нашу старую знакомую динамизацию. Ось разделили на две части, оставив от нее по маленькому кусочку. Каждый кусочек оси с надетым колесом прикрепили вертикальным шарниром к корпусу автомобиля и соединили их тягой. Теперь достаточно было покрутить руль, как специальный реечный механизм перемещал вправо или влево тягу и поворачивал синхронно оба передних колеса.

 

Следующий шаг по оси динамизации регулировки. Эксплуатация показала, что для оптимального износа шин и легкости управления колеса должны быть хитро установлены. Они должны чуть-чуть расходиться в их верхней части и сходиться вперед по ходу движения машины знаменитые «развал-схождение». Причем положение колес должно регулироваться в зависимости от типа резины и дорожных условий, стиля езды и т.п. Для этого крепления полуосей к корпусу сделали подвижным, динамичным. Но это как бы «ступенчатая» подвижность, когда мы можем перемещать крепление колеса только при регулировке, а в рабочем состоянии оно надежно фиксируется.

 

Такая схема установки управляемых колес вовсю работает и сейчас. Но параллельно работает и изобретательский прием «динамизация».

 

Например, почему не сделать управляемыми не только передние колеса, но и задние. Так, одна из схем такого управления вообще не предусматривает использования управляемых колес. И передняя и задняя ось жестко крепятся к корпусу, который состоит из двух частей, передней и задней, соединенных в средней части машины вертикальным шарниром. При повороте корпус как бы ломается, изгибается при помощи гидроцилиндров, и машина поворачивает. Такая схема поворота широко используется для мощных тракторов.

 

Сюда же можно отнести и бортовую схему поворота, применяемую в тракторах, танках и популярных маленьких шестиколесных вездеходах на пневматиках низкого давления. В этом случае колеса одного борта затормаживаются, а другого вращаются двигателем. Таким образом можно развернуть транспортное средство буквально на месте. Но, похоже, что это шаг назад по оси динамизации, поскольку число подвижных элементов в системе управления уменьшается. Да и движется такая машина мощно, но несколько неуклюже по прямой от поворота до поворота.

 

Что касается автомобиля, то повысить динамизацию его управляемых колес можно, если выполнить поворотными и передние, и задние колеса. Для того, чтобы выполнить поворот, они отклоняются в разные стороны. Автомобиль с такими колесами имеет очень высокую маневренность.
А повысить маневренность можно, если предусмотреть возможность отклонения задних поворотных колес как в разные стороны с передними (для поворота), так и в одну и ту же сторону. В последнем случае автомобиль получает возможность двигаться боком, что исключительно удобно при парковке.

 

Что-то сложноватыми стали наши колеса. Наверное, пришла пора их уже и упрощать, если, конечно, позволят условия эксплуатации. Например, закрепить на их месте 4 шаровых движителя, способных вращаться в любую сторону. А в идеале колес вообще не должно быть, и транспортное средство сможет двигаться в любую сторону по желанию водителя. Как вертолет или, ближе к земле, транспорт на воздушной подушке.

Это только маленькая часть преобразования крепления колес по тенденции «динамизация». Кроме управления автомобилем колеса (вместе с их крепленим) выполняют функции привода его в движение и подрессоривания при езде. Очень интересно посмотреть эволюцию колес автомобиля при выполнении этих функций.

 

Вторая формула ТРИЗ / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №2) / Семинар по обмену опытом (ТРИЗ коллоквиум №1) / Эволюция технологий обработки почвы / Нари, нари, генари... / ТРИЗ и Six Sigma – друзья или соперники?  / Использование метода ФСА+ТРИЗ для совершенствования очесывающего зерноуборочного устройства / Беда в Мексиканском заливе (продолжение) / Беда в Мексиканском заливе / Этажи ТРИЗ / Алгоритм работы с изобретательскими проектами / История Галльской жатки  / Эмоциональная Toyota  / Безразмерные кроссовки / Переход на микроуровень одна из основных тенденций развития дисплея  / Преобразование структурно подобных элементов технических систем  / «Медный Всадник»  / ТРИЗ-приемы для арт-композиции / Человек и Техническая Система (часть II)
Идеи и решения / Инструменты и методы / Решённые задачи / Старые и новые байки / Эволюция
Алгоритмы решения задач / Деревья эволюции / Идеальный конечный результат / Приемы Альтшуллера / Противоречие / Ресурсы / Физические эффекты / ...
Автомобили / Безопасность / Дисплеи / Материалы с особыми свойствами / Медицина / Приятные мелочи / Юзабилити / ...
Обзорный семинар по ТРИЗ / Семинар «Прогнозирование как метод управления бизнесом» / Семинар «Технология обхода патентов»

Copyright © 2002-2020 «Генератор»
Авторы сайта Н.Шпаковский, Е.Новицкая