Что такое водочерпальное колесо и где применялось

Технологические уклады

1. Знаете ли вы, что такое катапульта, праща, водочерпальное колесо? Где они применялись?

2. Попытайтесь начертить схему работы ветряной мельницы.

3. Какие открытия и изобретения принадлежат Архимеду, Ньютону, Копернику?

Технологические уклады и их основные технические достижения

На уроках истории и технологии вы многое узнали о ранних технологических укладах — I-IV (см. схему). Каждому технологическому укладу соответствует свой уровень развития цивилизации — уровень технологий, экономики и культуры. Технологический уклад определяется уровнем развития науки и зависит от суммы знаний, которыми владеет общество. Смена укладов происходит вследствие научных открытий, внедряемых в производство и другие сферы жизни.

Роль техники и технологий в развитии человечества невозможно переоценить. Вокруг достижений техники и технологий во все времена фокусировалось внимание общества. Технологический уклад — это совокупность освоенных обществом технологий на определенном этапе исторического развития.

Первый технологический уклад характеризовался применением исключительно мышечной силы человека, первых орудий (скребка, рубила, каменного топора и т. д.) и самых примитивных приспособлений (см. рис. 1 и 2).

На самом раннем этапе для обработки материалов использовались каменные инструменты, удерживаемые в руке и приводимые в движение мышечной силой человека. Затем люди начали применять простейшие приспособления для закрепления инструмента, для обеспечения движения заготовки и инструмента. Появились изделия из бронзы, в том числе и бронзовые инструменты.

Определяющим для второго технологического уклада было применение ручного труда в сочетании с мускульной силой животных. Появились первые станки с ручным приводом, оснащенные простейшим приспособлением для закрепления инструмента и обеспечения движения заготовки и инструмента. Позднее появился станок с лучковым приводом (рис. 3).

Рис. 3. Станок с лучковым приводом: 1 — упругое звено (лучковый привод); 2 — инструмент, с помощью которого отслеживали форму шаблона и обрабатывали заготовку; 3 — шаблон (прорезь в стенке станины); 4 — заготовка

Огромным достижением па этой технологической ступени было освоение силы ветра и воды, примером которого, прежде всего, могут служить ветряные и водяные мельницы (рис. 4).

Рис. 4. Дробильная мельница с приводом от водяного колеса

Третий технологический уклад связан с появлением машин и механизмов, изготовленных из металла. Использование энергии пара в сочетании с применением стальных инструментов позволило значительно повысить скорость обработки и улучшить качество изготовляемых деталей.

Проблема достижения высокой точности деталей (в частности, деталей для паровой машины) была решена английским механиком Генри Модели. Он изобрел механический суппорт для закрепления резцов на токарных станках. В дальнейшем суппорт был применен на строгальном, фрезерном, карусельном и других металлообрабатывающих станках. Новые станки «породили» как новые инструменты (фрезы, строгальные резцы), так и новые технологии. Вскоре паровые машины стали использоваться для приведения в движение станков, что еще более повысило производительность обработки (рис. 5).

Рис. 5. Токарно-винторезный станок Модели с приводом от паровой машины, оснащенный механическим суппортом (≈ 1800 г.): 1 — привод; 2 — задняя бабка; 3 — крестовой суппорт (имел два ходовых винта, причем поперечный винт приводился в движение вручную); 4 — направляющая; 5 — станина; 6 — сменные зубчатые колеса (позволяли изменять передаточное отношение между заготовкой и ходовым винтом)

Отличительной чертой четвертого технологического уклада было изобретение и применение в станках электрического двигателя, благодаря которому удалось в десятки раз повысить скорость обработки и мощность станков (рис. 6.). Появление электродвигателя дало толчок разработке новых видов инструментальных материалов — быстрорежущей стали, твердых сплавов, минералокерамики и др.

Рис. 6. Токарный станок с револьверной головкой первой половины XX века: 1 — подвод смазочно-охлаждающей жидкости; 2 — зажимной патрон; 3 — поперечная каретка; 4 — револьверная головка; 5 — ручной привод перемещения головки; 6 — станина; 7 — суппорт; 8 — зубчатая рейка механизма продольной подачи; 9 — поддон

В настоящее время развитые страны осваивают технологии пятого технологического уклада, главной особенностью которого является участие в производственных процессах электронной техники и автоматики. Современные станки оснащаются системами числового программного управления (ЧПУ), манипуляторами для загрузки-выгрузки деталей, устройствами для автоматической замены инструментов (рис. 7).

Рис. 7. Современный токарный станок с числовым программным управлением

Основной технологической задачей на современном этапе является преобразование информации с помощью так называемых информационных технологий, которые внедряют во все производственные процессы с целью их автоматизации. В перспективе любая технология реализуется в сочетании или под управлением информационной технологии.

Сегодня можно говорить уже и о новейшем, шестом, технологическом укладе (на примере Японии), когда всеми производственными процессами управляют компьютеры. В быстрых, подвижных саморегу лирующихся технологических системах завтрашнего дня машины имеют дело с различными физическими материалами, выполняют трудоемкие рутинные задачи, люди же работают с потоком информации, решают сложные интеллектуальные задачи, используя почти мгновенную связь.

Источник

Водяная мельница

Наша главная пища — хлеб. Он готовится из муки, а её получают, измельчая зерно. Перемалывание муки — тяжёлый труд, и, когда с развитием сельского хозяйства стали производить много зерна, проблема с его переработкой встала особенно остро. Неудивительно, что именно в мукомольном деле возникла одна из первых в истории машин — водяная мельница, вращаемая энергией течения рек.

Чем молоть муку

В древнейшие времена зерно толкли пестиком в ступке, потом выяснили, что легче растирать зерно между двумя камнями, в зернотёрке. Идея использовать вращательные движения при растирании зерна пришла с изобретением колеса. Так появился ручной жёрнов — два дисковидных камня, скользящих один по другому, между которыми перетиралось зерно. В Древней Греции и Риме уже были жернова всех размеров.

Маленькие жернова, наподобие кофемолок, одной рукой держали, а другой вращали. Большие жернова ставили на колоду и вращали двумя руками. Были и огромные жернова, которые крутили рабы, быки или ослы. Монотонность этой работы натолкнула на мысль придумать двигатель, заменив им мускульную силу человека и животных.

Колесо и река

Прототип мельничного колеса — водочерпальное колесо, чадуфон, который появился ещё в V в. до н. э. в Египте, Китае и Индии. Чадуфоны поднимали из реки воду для орошения полей. По периметру большого обода, нижней частью погружённого в реку, насаживались черпаки. Обод вращался, черпаки по очереди опускались воду, зачерпывали её, поднимались наверх и опрокидывались в жёлоб, ведущий к оросительному каналу.

Первые чадуфоны вращались вручную, но там, где течение быстрое, обод стали снабжать лопатками — появилось водяное колесо. Течение напирало на лопатки и проворачивало колесо — так появилась поливальная машина, первый механизм, работающий без участия человека, за счёт природной энергии. Там, где течение было недостаточно сильным для вращения колеса, реку перегораживали плотиной, создавая искусственный водопад, а колесо ставили под ним так, чтобы вода вращала его, падая на лопатки сверху. Изобретение такого природного двигателя породило идею его использования и для других целей — например, для вращения жерновов.

Колёсная передача

Водяное колесо вращается в вертикальном положении, а жернова вращаются в горизонтальном положении. Как передать движение от водяного колеса к жерновам? Древние изобретатели, например Ктесибий, уже использовали для аналогичных устройств колёсную (зубчатую) передачу.

Если 2 колеса плотно соприкасаются, то, как только одно начинает вращаться, другое из-за возникающей между ними силы трения тоже будет вращаться. Но гладкие колёса проскальзывали, и «связку» меж ними усилили с помощью зубцов. Зубчатое колесо также называют шестерёнкой. Вращающееся колесо называется ведущим, а колесо, которому передаётся вращение, — ведомым.

Устройство мельницы

Водяная мельница появилась во II в. до н. э. и состояла из трёх основных частей: двигательного механизма (водяного колеса), передаточного механизма (системы зубчатых передач) и исполнительного механизма (жерновов).

Рядом с рекой, на которой установлено водяное колесо (1), строилось здание (2), в котором помещался мельничный механизм. На одной оси (3) с водяным колесом крепилась вертикальная шестерёнка (4). Она вращала горизонтальную шестерёнку (5), образуя первую зубчатую передачу. Шестерёнка (5) через общую ось передавала вращение шестерёнке (6), а та второй зубчатой передачей заставляла вращаться горизонтальную шестерёнку (7). Шестерёнка (7) и насаженный на её ось нижний жёрнов (8) вращались вместе. Нижний жёрнов на полу второго этажа скользил в полозе неподвижного верхнего жёрнова (9), прикреплённого к потолку. На третьем этаже находилась воронка (10) для подачи зерна в жернова. Мешки с зерном (11) наверх поднимались с помощью полиспаста (12). Смолотая мука из отверстия нижнего жёрнова по деревянной трубе (13) ссыпалась в мешки на первом этаже (14). Для отключения мельницы перегородкой (15) перекрывали поток, текущий к водяному колесу.

Развитие идеи

Водяные мельницы в мукомольном производстве использовались до начала XX в. В качестве гидравлических двигателей водяные колёса применялись для насосов в шахтах и рудниках, для размола бумаги на бумажных фабриках, для вздувания кузнечных мехов, для лесопилок и разных станков. С XII в. наряду с водяными стали появляться ветряные мельницы. Они были устроены так же, как и водяные, но приводились в движение энергией ветра, а не воды. В наше время устройства, подобные водяным и ветряным мельницам, вырабатывают электроэнергию — водяные колёса применяются в гидростанциях, а ветряные вертушки — в ветрогенераторах.

Источник

Что такое водочерпальное колесо и где применялось

Наше время — эпоха господства человека над природой. Паровозы влекут за собой десятки тяжело нагруженных вагонов. Морские суда перевозят на далекие расстояния сотни тысяч тонн товаров. Самолеты с огромной скоростью «перебрасывают» пассажиров.

Так, пользуясь знанием законов природы, удается преодолевать с большой быстротой расстояния и перемещать огромные тяжести.

Но и в далеком прошлом, за тысячи лет до наших дней, техника культурных народов уже достигла больших успехов. Древние вавилоняне и египтяне возводили дворцы, храмы и грандиозные царские усыпальницы-пирамиды, которые сделали бы честь и современной технике.

В огромном храме бога Амона в древних Фивах потолок главного зала поддерживался 134 массивными колоннами, высотой от 14 до 24 метров.

Колонны древнего египетского храма в Фивах.

На границе песчаной пустыни в Египте высится ступенчатая пирамида Хеопса высотой 146 метров. Она построена из плит весом по 2,5 тонны каждая. У входа в эту усыпальницу возведено сооружение из отесанных глыб длиной до 5,5 метра и весом до 42 тонн.

Очевидно, что рабочие, возводившие подобные сооружения, не могли поднимать на высоту такие плиты и глыбы без механических приспособлений.

Живший значительно позднее греческий историк Геродот (около середины V века до н. э.) так описал сооружение пирамиды Хеопса: «Эта пирамида была сделана уступами, которые шли вверх наподобие ступеней; одни называли эти уступы „лестницей“, другие — „столиками“. Сделав первые уступы, подымали потом на них камни вверх помощью некоторых машин, сделанных из коротких брусьев. Потом на другую ступень подымался камень другой машиной и так далее».

Легко догадаться, что эти машины были просто рычагами с точкой опоры на крепком станке. С конца короткого плеча рычага свешивалась цепь, обвивавшая плиту. При помощи двух таких устройств можно было поднять плиту на высоту ступени пирамиды.

Более удивительно, каким образом могли древние египтяне доставлять и устанавливать у входа в храмы массивные колонны-обелиски, высотой 30–40 метров и весом до 300–400 тонн. Решить эту инженерную задачу было возможно, только пользуясь блоками.

Что древним египтянам они были знакомы, доказывает находка деревянного блока, хранящегося теперь в Лондонском музее.

Значит, нет сомнения в том, что египетские и вавилонские строители хорошо знали, как применять рычаги, блоки и наклонную плоскость. Но были ли известны им механические принципы равновесия простых машин?

На этот вопрос еще не найден ответ ни в покрытых иероглифами египетских папирусах, ни на глиняных дощечках, заменявших в древнем Вавилоне книги и найденных в развалинах древних городов.

Никакие расчеты употреблявшихся египтянами простых машин, конечно, не были возможны без знания геометрии и арифметики. Но в этих науках вавилоняне и египтяне сделали значительные успехи еще за две тысячи лет до н. э.

Строительство больших зданий, орошение полей, выделение земельных участков требовали математического решения различных практических задач.

Клинообразные вавилонские письмена и египетские иероглифы дали возможность современным ученым познакомиться с тем, как справлялись с этими задачами древние математики.

Найдены даже руководства по арифметике и геометрии. Одно из них составлено писцом фараона Ахмесом в начале второго тысячелетия до н. э. Другое такое руководство — «Математический папирус» — хранится в Москве.

Египетские математики уже употребляли для указания арифметических действий вместо слов особые знаки: шагающие ноги в зависимости от направления шага указывали на сложение и вычитание; имелись знаки равенства и корня. Особыми знаками обозначались 1, 10, 100, 1000, 10 000 и 100 000. Имелось представление даже о миллионе, который обозначался фигуркой человека, поднявшего руки в знак удивления.

В руководстве Ахмеса даны решения различных вопросов, возникавших в практике земледельца, строителя, торговца.

Например, предлагалось разделить 700 хлебов между 4 лицами так, чтобы полученные ими количества относились как 2∕3, 1∕2, 1∕3 и 1∕4 (ее легко решить, составив уравнение 2/3∙х + 1∕2∙х + 1∕3∙х + 1∕4∙х = 700, которому удовлетворяет корень х = 400).

Там же решались вопросы, требовавшие и геометрических знаний. Например, вычислялась площадь полей, имевших форму многоугольника.

У древних египтян математикой занимались писцы. Они старались придать своим знаниям таинственный, магический характер, чтобы сделать их понятными только посвященным.

Папирус Ахмеса носил заголовок: «Руководство к достижению познания всех темных вещей и тайн, содержащихся в предметах».

Однако благодаря торговле, которую вели вавилонские, египетские и индийские купцы, математические, астрономические и механические познания распространялись. Они были усвоены и древними греками, игравшими видную роль среди культурных народов древности уже в VIII–VI веках до н. э.

Родовой общинный быт греческих племен сменялся тогда рабовладельческим. По сравнению с прежним, это было прогрессом в жизни греческого общества. Появилось много промышленных предприятий, на которых работали рабы. Возникла оживленная торговля, началось строение морских судов, бороздивших Средиземное море во всех направлениях.

В греческих городах сооружались прекрасные каменные храмы и общественные здания. Для постройки их были необходимы подъемные машины.

Греческие строители знакомились с техникой народов Востока и применяли ее у себя на родине. Постройка греческих храмов и театров не представляла таких затруднений, как сооружение пирамид или установка обелисков. Поэтому древние греки могли довольствоваться строительной техникой египтян.

Но в судостроении и военном деле скоро возникли новые задачи.

Древние греки были смелыми мореплавателями.

Поэма древнегреческого поэта Гомера «Одиссея» повествует о морском путешествии ее героя, длившемся двадцать лет. Греки заплывали через нынешние Дарданелльский и Босфорский проливы в Черное море. Оттуда через Маныч, соединявший тогда Азовское и Каспийское моря, их суда проплывали в «Пруд Солнца», как греки называли Каспий.

Морские суда греков ходили под парусами, а в тихую погоду — на веслах. На них устанавливалось по одной, по две и даже по три мачты, которыми служили длинные, тяжелые бревна.

Кроме торговых судов, у греков были и военные корабли. Особенно больших размеров они достигли в эпоху развития военного флота, после смерти Александра Македонского (356–323 до н. э.).

С IV века до н. э. в греческих и позднее — в римских войсках появились военные метательные машины. Самой простой из них был онагр, метавший на сотни метров тяжелые каменные ядра. Ядро бросалось подобно тому, как древний пращник швырял камень. Только вместо руки взмах производил деревянный рычаг с веревочной петлей на конце, в которую закладывалось ядро. А силу мышц руки заменяла упругость закручиваемой тетивы.

Камнеметами разбивали деревянные прикрытия, сооружавшиеся для защиты воинов, осаждавших города, и причиняли повреждения кораблям. Известен даже случай, когда восьмидневным обстрелом из камнеметов была разрушена наскоро построенная стена.

Источник

Что такое водочерпальное колесо и где применялось

Для подъёма воды в оросительные каналы служили водяные колёса (первые простейшие гидравлические двигатели), использующие ее энергию. Первые водяные колеса начали применяться более чем за 3000 лет до н.э. в Египте, Китае, Индии и других странах. Наиболее древняя конструкция водяного колеса приводилась в движение давлением текущей воды на лопатки (ковши) в нижней его части.

Китайское водочерпальное колесо

Постепенно конструкция водяного колеса совершенствуется, и оно становится основным двигателем в промышленности, превращаясь в гидравлический двигатель, преобразующий энергию воды в механическую энергию, например, вращающегося вала. Не только размеры колес увеличиваются, сами колеса принципиально изменяются. Они уже не просто плавучие, использующие энергию течения реки. Строятся специальные плотины, увеличивающие напор воды; вода с помощью каналов подается на колесо таким образом, чтобы полнее использовать ее энергию.

Переливное колесо, использовавшееся для привода механизмов

Водяные колеса с корытообразными лопастями слева – подливное; справа – переливное

Различаются три типа водяных колес, располагаемых на горизонтальном валу: нижнебойные (подливные), среднебойные и верхнебойные (переливные или наливные). Применяемые колеса были тихоходны (до 4–10 оборотов в минуту) и в основном малой (до 20 л.с.) мощности.

Водяные колеса: а – нижнебойное; б – среднебойное; в – верхнебойное

Постепенно осуществляется переход к более производительным верхнебойным колесам, начали применять металл для валов и других деталей, увеличивался диаметр колеса для повышения мощности гидравлического двигателя.

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Статьи

Патенты

Основные разделы

Портал знаний о водных ресурсах и экологии Центральной Азии

Источник

Водочерпальное+колесо

501 рабочее колесо ступени турбины

рабочее колесо ступени турбины
рабочее колесо турбины
Вращающийся лопаточный венец, в котором от газа отводится энергия.
[ ГОСТ 23851-79]

Тематики

Синонимы

111. Рабочее колесо ступени турбины

Рабочее колесо турбины

D. Laufrad der Turbinenstufe

Е. Axial turbine wheel

F. Roue de l’étage de turbine

Вращающийся лопаточный венец, в котором от газа отводится энергия

502 рабочее колесо турбокомпрессора

рабочее колесо турбокомпрессора
колесо
Вращающийся элемент ступени турбокомпрессора, включающий решетку лопаток, передающий энергию потоку газа.
[ ГОСТ 28567-90]

Тематики

Синонимы

Вращающийся элемент ступени турбокомпрессора, включающий решетку лопаток, передающий энергию потоку газа

503 турбинное колесо гидродинамической передачи

турбинное колесо гидродинамической передачи
Лопастное колесо ГДП, в котором происходит уменьшение момента количества движения рабочей жидкости и преобразование ее энергии в механическую энергию вращения выходного звена.
[ ГОСТ 19587-74]

Тематики

504 центробежное колесо гидродинамической передачи

центробежное колесо гидродинамической передачи
Лопастное колесо ГДП, в котором рабочая жидкость перемещается от центра к периферии.
[ ГОСТ 19587-74]

Тематики

505 центростремительное колесо гидродинамической передачи

центростремительное колесо гидродинамической передачи
Лопастное колес ГДП, в котором рабочая жидкость перемещается от периферии
к центру.
[ ГОСТ 19587-74]

Тематики

506 аэродинамическое рабочее колесо вентилятора

Тематики

507 ведомое колесо гидромуфты

Тематики

508 ведущее зубчатое колесо пары

Тематики

509 ведущее колесо

Тематики

Синонимы

510 ведущее колесо кресла-коляски

ведущее колесо кресла-коляски
Колесо, соединенное с системой привода, обеспечивающее возможность преобразования усилия в движение кресла-коляски.
[ ГОСТ Р 50653-94 ИСО 6440-85]

Тематики

Обобщающие термины

511 вспомогательное рабочее колесо

вспомогательное рабочее колесо
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

512 зубчатая рейка, по которой вращается зубчатое колесо

Тематики

513 зубчатое колесо каротажной лебедки

Тематики

514 зубчатое колесо с внутренним зацеплением

Тематики

Синонимы

515 импульсно-реактивное рабочее колесо гидротурбины

импульсно-реактивное рабочее колесо гидротурбины
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

516 ключевое колесо (шифровальной машины)

Тематики

517 колесо (компрессора, насоса)

колесо (компрессора, насоса)
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

518 колесо вентилятора

колесо вентилятора
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

519 колесо ветротурбины

колесо ветротурбины
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

520 колесо для раскрепления и развинчивания (насосных штанг)

Тематики

См. также в других словарях:

Водочерпальное колесо — Согласно лит. и археологич. источникам, В. к. появилось в сельском хозяйстве и горном деле во времена эллинизма, однако возможно, что оно имеет и более др. происхождение. Так, уже при первых рим. императорах были известны самые различные… … Словарь античности

Водочерпальное колесо — согл. лит. и археологич. источникам, В. к. появ. в с. х ве и горном деле во времена эллинизма, однако возможно, что оно имеет и более древ. происхожд. Так, уже при первых рим. императорах были известны самые различ. конструкции В. к.… … Древний мир. Энциклопедический словарь

Источник