Заводные трамваи — «одним глазком в клокворкпанк»

Когда мы говорим, что трамвай в некоем городе «работает как часы», мы обычно подразумеваем, что вагоны там бегают с раннего утра до поздней ночи с большими скоростями и маленькими интервалами, надёжно и комфортно перевозя миллионы пассажиров. Но в истории остался трамвай, к которому эта фраза применима буквально, ибо в движение он приводился той же силой, что и старинные «брегеты» — силой заведённой пружины.

В середине XVII века великий нидерландский учёный Христиан Гюйгенс изобрёл часовую пружину: загнутую спиралью металлическую ленту, в которой можно было аккумулировать энергию, закрутив (заведя) её. Раскручиваясь, пружина могла приводить в движение различные механизмы, будучи эдаким компактным мотором. По тем временам, очень компактным. Она нашла применение, прежде всего, в часах, которым отныне не нужен был маятник: вставил ключ в маленькую коробочку, завёл пружинку и можешь целый день наслаждаться точным временем. Такие часы, несмотря на появление электромеханических и даже электронных аналогов, выпускались ещё лет двадцать назад. Часами пружина Гюйгенса не ограничилась. Она крутила шестерёнки заводных игрушек (приводивших в восторг в том числе и взрослых — у лесковской блохи была уйма реальных прототипов), музыкальных шкатулок, механических пианино, граммофонов и много чего ещё. Послужила она и науке — вспомним хоть «аэродинамическую машину» Ломоносова. Трудится она и сейчас. В конце XIX века часовую пружину пытались приспособить для привода и более «серьёзной» техники: мотоциклов, торпед... и трамваев!



Первым идея заводного трамвая озарила бельгийца Эдварда Генри Лево, жившего в английском местечке Брук Грин (ныне входит в состав Лондона). В мае 1875 года на Ломан-стрит, что в лондонском районе Саутвек, заработала демонстрационная линия, построенная по его проекту фирмой «Томас Мидлтон и К.» На маленьком пятитонном вагончике установили шесть спиральных пружин, собранных по три в две скручиваемых в противоположных направлениях группы, получавших и отдававших энергию посредством замысловатых зубчатых передач. Заводились они стационарной паровой машиной мощностью 5 л.с., чей вал находился под поверхностью земли сбоку от путей.



Эта машина, через несколько установленных на складной стойке шестерней, крутила оснащённый храповым механизмом заводной вал трамвая. Когда «зарядка» завершалась, стойка с шестернями складывалась и вагон отправлялся в путь. Управлялся он всего двумя рычагами: стартовым и реверсивным. Тормоза представляли собой колодки, механически прижимающиеся к ободам колёс. Запаса энергии хватало, чтобы проехать полмили (около 800 м) со скоростью 7 миль в час (около 11 км/ч). На следующий год количество пружин довели до 24, за счёт чего трамвай смог одолеть более трёх километров.



Лево работал над усовершенствованием своей идеи. В его последующих патентах храповик заменён на червячную передачу, появляется механизм регулирования мощности (путём подключения и вывода из работы групп пружин), ленточные тормоза. Он предлагал перенести пружины с пассажирских вагонов на эдакие «локомотивы», которые можно было бы подцеплять и отцеплять по мере надобности, не тратя время на заводку.



В конце концов, наработки Лево по заводным устройствам нашли своё воплощение в конструкции механического пианино, а вот трамваев по его проектам больше не строили.

В следующем десятилетии о «пружинном» трамвае задумались за океаном. Филадельфиец Джордж Джинке в 1883 г. запатентовал вагон с приводом от спиральных пружин, как и у Лево собранных группами, но не поперёк кузова, а вдоль него. На колёса мощность передавалась через конические шестерни, оснащённый ленточным тормозом промежуточный вал и двухскоростной цепной привод (механизм переключения скоростей работал, по всей видимости, как на велосипедах). Предусматривался последовательный ввод пружинных групп в действие для сохранения постоянной мощности.





Немного позднее в той же Филадельфии свою конструкцию заводного трамвая предложил Даниэль Пфатц. В его проекте довольно совершенный пружинный механизм сосуществовал с весьма странными техническими решениями: управляемыми, как на автомобилях, передними колёсами (для лучшего вписывания в кривые) и выдвижными штырями с внутренних сторон колёс, которые в скользкую погоду должны были втыкаться в грунт, улучшая сцепление.



Филадельфия ненадолго стала центром «пружинотрамваестроения», а точнее, «пружинотрамваемечтания». О создании такого транспорта заявляли как минимум две фирмы с длинными невыразительными названиями. За давностью лет уже непонятно, сотрудничали они или конкурировали. Сотрудник «American Spring Car Motor Company» Фрэнсис Бэкон (тёзка, разумеется) в феврале 1885 г. сообщал, что уже изготовлена рама и приводные пружины будущего вагона, и дело осталось за наладкой механизмов да сборкой кузова. А система, предложенная «Automatic Spring Motor Car&Carriage Company», в случае своего воплощения в металле, наверное, была бы верхом технического совершенства для заводных трамваев. Вагоны с дальностью хода не менее 8 миль (13 км) должны были нести на борту восемьдесят пружин, вводившихся в работу попеременно в зависимости от нагрузки. Утверждалось, что одна сломанная пружина практически не повлияет на работоспособность этого монстра, а замена её займёт всего пару часов и обойдётся весьма недорого. На вагонах предполагалось установить автоматические ограничители скорости (скорее всего, выполненные в виде центробежных регуляторов оборотов) и систему рекуперативного торможения, позволявшую заводить пружины на ходу. Компания заявляла, что для работы городской трамвайной системы хватит двух паровых машин мощностью 15-20 л.с., которые в перерывах между заводками можно будет использовать на городские и производственные нужды. К сожалению, эти красивые «прожекты» так и не стали реальностью.



Конечно, трамвай, работающий от часовых пружин — это технический курьёз, наверное, даже по тем временам. Если бы не опыты Лево, вряд ли вообще можно было бы поверить в работоспособность такой конструкции, ведь пружинный механизм, способный накопить достаточный для трамвая запас потенциальной энергии — это нечто из ряда вон выходящее. Но таков был романтический дух того времени — жюльверновщина пришла в реальную жизнь. Вряд ли с высот XXI века, во многом канализировавшего технический прогресс в «новые айфоны», можно по достоинству оценить энтузиазм и находчивость тогдашних изобретателей.

По материалам статьи Джона Принтица

Очень интересная статья. На возрождающейся ВДНХ можно было бы создать детский аттракцион с трамвайчиками, работающих на механическом заводе. А чтоб трамвайчики ездили - пусть папы постараются накрутить пружину.... -:)

Syberia... Сразу вспоминается механический поезд Ганса...

> в часах, которым отныне не нужен был маятник

Ну вот, инженеры, блин. Гиря не нужна стала, гиря. А маятник использовался во всех механических часах, в том числе пружинных, до изобретения кварца. Как без маятника интервалы времени посчитать?

> Такие часы, несмотря на появление электромеханических и даже электронных аналогов, выпускались ещё лет двадцать назад

А сейчас что изменилось? До сих пор швейцарцы механику делают.

А вообще прикольная статья. Наверно, если бы не появление электрического трамвая, с пружинами бы ещё поэкспериментировали. И, может быть, даже сделали надёжную трамвайную систему.

mipt_stan, согласен, косяк :) "Маятник" подразумевался в обывательском смысле - классическая "палка с грузом"

А насчёт "если бы..." - всё-таки даже в доэлектрические времена были куда более "серьёзные" трамваи на пару и пневматике, да и ДВСы были на подходе. Поэтому пружинам что-то светило разве что на шахтном или внутризаводском транспорте

> А маятник использовался во всех механических часах, в том числе пружинных, до изобретения кварца.

Более того, и кварец - суть тот же маятник. И даже в атомных часах атомы по сути работают маленькими маятниками.

Между прочим, нынче имеет место быть почти полный аналог - автобусы на т. н. суперконденсаторах (то бишь ионисторах). И тоже запас хода приблизительно такой же. Быть может, пружины даже поэффективнее будут.

Мне в связи с этим вспоминаются работы Н.В. Гулиа. Он предложил в качестве накопителя энергии использовать маховик особой конструкции ("супермаховик", как он его называет, навитый из ленты, что позволяет безопасно раскрутить его до больших оборотов, накопив больше энергии: при разрушении он не разлетится на массивные осколки с большим импульсом, а лишь отслоится лента с внешних слоёв, ещё и тормозя собой о внутреннюю поверхность корпуса устройства). Также им был предложен электромеханический планетарный "супервариатор", работающий примерно как трансмиссия Приуса, но с большим числом механических поддиапазонов, что позволяет уменьшить мощность и, соответственно, размер электрического, варьирующего звена; это ведёт к уменьшению материалоёмкостии всей трансмиссии, а также, увеличению КПД.
Сочетание "супермаховика" и "супервариатора" позволило бы создать транспортное средство, обладающее накопителем с удельной плотностью энергии, сравнимой с установками на обычном топливе, что гораздо больше, чем у современных аккумуляторов. Кроме того, становится лего реализуемой рекуперация энергии при торможении: тот же супервариатор может передавать поток мощности и в обратном направлении, раскручивая маховик за счёт отбора мощности от ведущих колёс. Ещё один плюс - маховик может выдавать максимальный момент, ограниченный лишь прочностью элементов трансмиссии при любой (даже нулевой) скорости движения транспортного средства, что сравнимо с электротранспортом.
Несмотря на то, что эта идея довольно красиво выглядит в теории, и даже имеются практические наработки, к воплощению её "в металле", в виде реально применимого транспортного средства, пока так и не пришли. Были какие-то прототипы "гиробусов", есть куча работающих "супермаховиков" и даже отработана технология их навивки, прототип "супервариатора" испытывается (или испытывался недавно), но реально ни на каком транспорте эти технологии (пока?) не применяются.