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.
