«Сборник статей по истории науки и технологии (Бюллетень 240 Смитсоновского института)»

Однако интерес в деревянных фермах Латроба представляет то влияние, которое они, судя по всему, оказали на дальнейшую работу Боллмана над проектированием собственной фермы. Это влияние подтверждается заметной аналогией между основными конструктивными элементами обоих типов. Ферма Латроба у Эллисвилла (рис. 2) была лишь частично фермой, поскольку большая часть нагрузки передавалась не от панели к панели, чтобы в конечном итоге предстать у устоев в виде чистой вертикальной реакции, а переносилась от каждой панели (кроме четырех центральных) непосредственно на опорные точки у устоев с помощью тяжелых диагональных подкосов, на манер знаменитых швейцарских ферм Грубенманнов XVIII века. Это было законное конструктивное решение и простейший способ расширения пропускной способности пролетной системы. Тем не менее оно имело тот недостаток, что подкосы создавали значительный горизонтальный распор на устоях, требуя более массивной каменной кладки, чем это потребовалось бы в противном случае.

Вполне вероятно, что Латроб не обладал абсолютной уверенностью в различных чисто ферменных системах, уже запатентованных Тауном, Лонгом и другими, и предпочитал для столь ответственной службы конструкцию, в которой элементы панелей действовали более или менее независимо друг от друга. Как будет видно, аналогичным образом нагрузки отдельных панелей в ферме Боллмана переносились к концам рамы элементами, действующими независимо друг от друга.

Ферма Боллмана

Никогда не возникало сомнений по поводу многочисленных серьезных недостатков дерева как материала для мостов. Гниение и пожарная опасность, присутствующие всегда, были главными из них, предполагая постоянные расходы на замену дефектных элементов и на пожарные дозоры. Руководство и инженерный штат Б. и О. фактически понимали, что их деревянные пролетные строения, хотя и считались лучшими в стране, носили более или менее временный характер и в конечном итоге подлежали замене. В связи с этим неудивительно, что Латроб, человек дальновидный, уже на раннем этапе серьезно задумывался о возможном применении здесь железа.

Рисунок 10.— Пересечение рек Потомак Железной дорогой Балтимор — Огайо у Норт-Бранча, штат Мэриленд, построенное в 1856 г. Имеются три ездовые фермы Боллмана (фермы с ездой поверху). (Фото любезно предоставлено Железной дорогой Балтимор — Огайо.)

Рисунок 11.— Ферма Финка. (Фото Смитсоновского института 41436.)

Рисунок 12.— Реклама в издании Railroad Advocate, август 1855 г. Нажмите здесь, чтобы прочитать расшифровку.

Первый в мире крупный железный мост, знаменитая чугунная арка в Коулбрукдейле, Англия, был построен в 1779 году. За его возведением последовал довольно спорадический интерес к такому применению материала. Первое значительное использование железа в этой стране произошло в серии небольших арочных дорожных ферм, возведенных Сквайром Уипплом через канал Эри в начале 1840-х годов, более чем 60 лет спустя. В них, как и в большинстве более ранних железных конструкций, основным несущим элементом являлась чугунная арка. Распор арок компенсировался незамкнутыми звеньями из кованого железа, причем другие элементы из кованого и чугунного литья вносили свой вклад в работу фермы.

Мосты Уиппла вызвали определенный интерес к этому материалу. В годовом отчете Б. и О. за 1849 финансовый год появляется первое свидетельство интереса Латроба к этому важному вопросу. В обращении президента содержится следующее довольно мимолетное заявление:

«6 183,19 доллара были израсходованы на восстановление каменных мостов на Вашингтонской ветке, снесенных паводком 7 октября 1847 г. Сделаны заготовки и заключены контракты на реконструкцию крупных мостов у Малого Патуксента и Бладенсбурга, которые будут выполнены через несколько месяцев… Предлагается возвести пролетное строение из железа на каменных устоях в каждом месте — с увеличенным пролетом для большей безопасности от будущих паводков».

Интересно отметить, что президент железной дороги имел в виду именно фермы Боллмана. Насколько раньше этой даты Боллман разработал свою особую систему ферм, неясно. Упоминалось определенное влияние системы ферм Латроба с лучевыми подкосами. Не менее вероятным влиянием была другая базовая техника, обычно используемая для увеличения несущей способности простой деревянной балки, — шпренгельное усиление, то есть размещение под балкой железного стержня, закрепленного по концам балки и удерживаемого на определенном расстоянии ниже нее в центре вертикальной стойкой или пилоном. Таким образом, эта комбинация превращалась в ферму, поскольку деревянная часть подвергалась уже не изгибающему напряжению, а простому сжатию, причем стержень принимал на себя растягивающее напряжение комбинации. Эффект заключался в увеличении высоты балки, увеличении расстояния между ее крайними волокнами и — за счет сопутствующего уменьшения изгибающего момента — уменьшении напряжений в них (см. рис. 3).

Рисунок 13.— Четыре пролета Боллмана в Харперс-Ферри, пережившие Гражданскую войну. Пролеты были завершены в 1862–1863 гг. (Фото любезно предоставлено Железной дорогой Балтимор — Огайо.)

Боллману, по-видимому, пришло в голову, что за счет увеличения количества стержней в продольном направлении этот эффект можно практически усилить до такой степени, чтобы конструкция была способна перекрывать значительные расстояния. Почти наверняка поначалу он помышлял не о чисто железной системе, а скорее о комбинированной, подобной описанной. Весьма вероятно, что такие шпренгельные балки с множественными системами тяг использовались Боллманом в качестве мостовых конструкций на временных эстакадах вдоль линии еще в 1845 году (см. рис. 4).

Невозможно сказать, сам ли Боллман или Латроб были поражены логикой дальнейшей разработки этой системы и одновременного преобразования деревянного сжатого элемента в чугунный. Чугун естественным образом выбирался для элемента, сопротивляющегося сжимающему напряжению, поскольку он был значительно дешевле кованого железа. Но что еще важнее, в то время кованое железо было недоступно в профилях с достаточной площадью сечения, чтобы противостоять значительным напряжениям продольного изгиба, возникающим в длинных сжатых элементах. Стоимость создания элементов достаточного размера из очень ограниченного выбора мелких профилей, прокатывавшихся тогда, оказалась бы непомерно высокой.

Шпренгельные стержни, подвергавшиеся растяжению, изготавливались из кованого железа, поскольку площадь их сечения должна была быть достаточной лишь для сопротивления основному осевому напряжению.

Первая цельнометаллическая ферма Боллмана была построена через реку Малый Патуксент на фабрике Сэвидж близ Лорела, штат Мэриленд, в 1850 году. В отчете главного инженера за 1850 год Латроб смог заявить, что ферма завершена и вызывает «большое удовлетворение». Он довольно подробно расхваливал «ценные механические особенности», воплощенные в ней, и выразил твердую уверенность в том, что железо станет столь же важным материалом в области гражданского строительства, сколь оно было в машиностроении.

Рисунок 14.— Мост в Харперс-Ферри в завершенном после Гражданской войны виде. Он использовался Железной дорогой Балтимор — Огайо до 1894 года, а в качестве шоссейного моста — до 1936 года. (Фото 690, коллекция Балтимор и Огайо, Музей истории и технологии.)

Стоимость этого первого крупного моста Боллмана составила 23 825,00 долларов. Его пролет составлял 76 футов. Уверенность Латроба была вполне оправданной. Пролет в Сэвидже и еще один в Бладенсбурге можно считать успешными экспериментальными моделями, поскольку, несмотря на определенное скрытое недоверие к железным мостам в инженерной среде — вызванное главным образом рядом аварий неправильно спроектированных пролетов, — Латроб счел достаточные основания для безоговорочного принятия железа во всех последующих крупных мостовых сооружениях на Б. и О.

Почти сразу после завершения строительства моста в Сэвидже Боллман предпринял проектирование замен для крупного пролета через реку Патапско у Эллисвилла (ныне Дэниелс), штат Мэриленд, и так называемого винчестерского пролета самого крупного и важного моста Б. и О. — моста через Потомак в Харперс-Ферри. Мост в Харперс-Ферри, деревянное сооружение, был спроектирован Латробом и построен в 1836–1837 гг. известным мостостроителем Льюисом Вернвагом. Особенностью моста было наличие съезда (стрелочного перевода) у виргинского берега, по которому вспомогательная дорога ответвлялась на Винчестер (см. рис. 6). Замене подлежал лишь единственный пролет на этой линии, расположенный между стрелочным переводом посреди реки и берегом, поскольку остальные семь пролетов моста были фактически реконструированы за примерно десятилетнюю историю своего существования и на тот момент находились в исправном состоянии.

Винчестерский пролет (рис. 8), который стал первой фермой Боллмана, воплотившей достаточную проработку деталей, чтобы считаться прототипом, был завершен в 1851 году. Боллман чрезвычайно гордился этой работой, и, можно сказать, вполне обоснованно. 124-футовый пролет изготавливался на обширных заводах железной дороги в Маунт-Клэр. Он был разделен на восемь панелей семью стойками и семью парами тяг фермы. Интересным отличием этого пролета от последующих мостов Боллмана было использование им гранита, а не чугуна для башен. Пролет состоял из трех параллельных линий ферм для размещения обычной дороги в дополнение к однопутной винчестерской линии.

Отличительной чертой системы Боллмана была упомянутая ранее серия диагональных звеньев фермы в сочетании с чугунным сжатым поясом, который Боллман называл «растяжкой» («stretcher»). Расстояние между поясом и узлом соединения каждой пары звеньев поддерживалось вертикальной стойкой, также чугунной.

Рисунок 15.— Мост на Норт-стрит (ныне Гилфорд-авеню), Балтимор. В этой переходной комбинированной структуре чугун использовался только на относительно коротких участках верхнего пояса. Для длинных неподдерживаемых сжатых элементов решетчатой системы стандартные уголки и швеллеры из кованого железа собирались в крупное сечение. Декоративные чугунные торцевые стойки не несли несущей функции. (Фото в коллекции Л. Н. Эдвардса, Музей истории и технологии.)

Значительная часть привлекательности этого проекта, несомненно, заключалась в чувстве защищенности, проистекающем из того факта, что каждая из систем действовала независимо, передавая свою нагрузку на устои. Нижние пояса, фактически нефункциональные в первичном сооружении, включались лишь для поддержания правильного продольного шага между нижними концами стоек. Системе была присуща некоторая нехватка жесткости из-за самой этой дискретности, характеризовавшей ее работу; однако это компенсировалось парой легких диагональных распорок, пересекающих каждую панель. Эти стержни выполняли дополнительную функцию распределения сосредоточенных нагрузок на соседние стойки примерно по принципу бриджинга (распорок) между половыми лагами в здании.

В винчестерском пролете балочная клетка настила была деревянной из соображений экономии. Это был весьма незначительный недостаток, поскольку любой брусок можно было быстро заменить и без нарушения работы конструкции. Боллман получил патент на свою ферму в январе 1852 года, а в том же году опубликовал брошюру, описывающую его систему в целом и пролет в Харперс-Ферри в частности. В ней он впервые называет ее «подвесным и шпренгельным мостом» («suspension and trussed bridge»), что действительно является точным обозначением системы, которая не совсем является фермой, поскольку у нее нет работающего нижнего пояса. (Аналогия с висячим мостом совершенно очевидна, причем каждая пара первичных стержней сопоставима с несущим кабелем.) Впоследствии изобретение Боллмана обычно именовалось висячей фермой.

ВЛИЯНИЕ ФЕРМЫ

Публикация Боллмана 1852 года получила широкое распространение у нас и за рубежом и изучалась с уважительным интересом инженерным сообществом. Ее чертежи конструкции копировались в ряде ведущих технических журналов Англии и Германии. Хотя нет никаких записей о том, что этот тип когда-либо воспроизводился в Европе, не может быть сомнений в том, что успешное конструкционное использование железа самой выдающейся железной дорогой в Соединенных Штатах и его одобрение инженером статуса Латроба дали мощный толчок к общему принятию материала. Это влияние было, безусловно, равносильно влиянию трубчатого железного моста Стефенсона 1850 года через пролив Менай или висячего моста из железной проволоки Роблинга 1855 года через Ниагарское ущелье. Проект Боллмана имел, пожалуй, еще большее влияние, так как Б. и О. немедленно внедрила эту систему с большой энергией и в больших количествах для замены своих деревянных пролетов; с другой стороны, сооружение Роблинга никогда не дублировалось на железнодорожном транспорте, а творение Стефенсона — лишь однажды.

Рисунок 16.— Слева: предположительное сечение сегментной колонны Боллмана из кованого железа, около 1860 г., и сечение стандартной колонны Финикса; справа: колонна Финикса в применении для сжатых элементов ферменного моста.

ОЦЕНКА ФЕРМЫ

К концу 1850-х годов железо прочно утвердилось в качестве мостового материала по всему миру. Как только прежние страхи перед железом улеглись и внимание инженеров переключилось на воплощение существующих и новых методов перекрытия пролетов в металле, ферма Боллмана начала несколько проигрывать в сравнении. Хотя ее компоненты были просты в изготовлении, а анализ и расчет — прямолинейными, она была менее экономична по материалу, чем более традиционные решетчатые фермы, такие как системы Пратта и Уиппла. Кроме того, требовалось необходимое количество вторичного металла в нижних поясах и связях, нужного для устойчивости и жесткости.

Фактором, который трудно оценить, является обращение Боллмана со своим патентом, продленным в 1866 году. Имеются достаточные свидетельства, позволяющие сделать вывод, что он считал патент ценным, поскольку он основывался на надежной конструкции. Поэтому он, вероятно, установил высокую лицензионную плату, которой наряду с другими недостатками фермы было достаточно, чтобы отбить охоту к ее использованию у других железных дорог. Как заказчик, Б. и О. естественным образом обладала полными правами на ее применение.

Дополнительный недостаток, признаваемый даже самим Боллманом, проистекал из неравной длины звеньев в каждой группе, кроме центральной. Это вызывало неравномерность теплового расширения и сжатия каркаса, в результате чего мосты с трудом поддавались регулировке. На практике это фактически ограничивало применение системы промежуточными пролетами длиной примерно до 150 футов. Для более длинных пролетов Б. и О. применяла ферму другого помощника Латроба, уроженца Германии с техническим образованием Альберта Финка.

Ферма Финка была разработана одновременно с фермой Боллмана и была конструктивно весьма схожа, представляя собой висячую ферму без нижнего пояса. Основным отличием была симметрия плана Финка, которая достигалась путем переноса нагрузок отдельных панелей из узлов панели на все более длинные панельные блоки перед тем, как они появлялись на концевых опорах. Это устраняло слабое место неравных напряжений. Конструкция в своей основе была более рациональной и получила широкое распространение в пролетах длиной до 250 футов, главным образом в виде фермы с ездой поверху (см. рис. 11).

«У. Боллман и компания»

Боллман ушел из Железной дороги Балтимор — Огайо в 1858 году, чтобы основать в Балтиморе мостостроительную фирму «У. Боллман и компания» совместно с Джоном Х. Тегмейером и Джоном Кларком, двумя своими бывшими помощниками по Б. и О. По-видимому, это была первая организация в Соединенных Штатах, которая занималась проектированием, изготовлением и монтажом железных мостов и конструкций, став пионером в том, что 25 лет спустя превратилось в громадную индустрию. Фирма зародилась по крайней мере еще в 1855 году, когда реклама поставок проектов и смет для мостов Боллмана появлялась под именем Тегмейера в нескольких железнодорожных журналах (см. рис. 12).

Разрыв Боллмана с Б. и О. не был полным. Железная дорога продолжала свою программу замены деревянных мостов фермами Боллмана и заключила с «У. Боллман и компания» контракт на проектирование и определенный объем изготовления. Существует некоторая вероятность того, что в конечном итоге изготовление в Маунт-Клэр было полностью прекращено, а все детали впоследствии закупались у Боллмана.

Фирма процветала, возведя ряд крупных железнодорожных мостов в Мексике, на Кубе и в Чили. С 1861 по 1863 год деятельность прекращалась из-за тяжелых условий военного времени в приграничном городе Балтиморе. Впоследствии Боллман возобновлял бизнес как единоличный владелец компании Patapsco Bridge and Iron Works.

Рисунок 17.— Мост Железной дороги Чикаго, Берлингтон и Куинси через залив Куинси (рукав реки Миссисипи) в Куинси, штат Иллинойс. Поворотный разводной пролет был образован двумя ездовыми фермами Боллмана, поддерживаемыми на их внешних концах подвесными тягами (hog chains). Мост был построен в 1867–1868 гг. Детройтской мостостроительной компанией, лицензиатом Боллмана. (Кларк, «Описание железобетонного... [испр.: железного железнодорожного] моста... в Куинси, штат Иллинойс».)

Наиболее примечательной из работ Боллмана в этот период стала серия пролетов в Харперс-Ферри. Деревянный мост Б. и О. был уничтожен войсками конфедераторов в июне 1861 года, и переправа после этого осуществлялась по временным эстакадам. Это было постоянным источником проблем, с непрерывными перерывами связи из-за паводков, размывов и военных действий. Раздражение и расходы на это стали настолько велики, что компания решилась рискнуть построить железный мост на переправе. В июле и августе 1862 года были завершены две секции фермы Боллмана — пролеты № 4 и № 5. Поскольку это произошло в то время, когда «У. Боллман и компания» не функционировала, работы выполнялись в Маунт-Клэр по проекту Боллмана и, несомненно, возводились под его руководством. Пять недель спустя, 24 сентября, они и знаменитый винчестерский пролет Боллмана 1851 года были взорваны конфедераторами, и движение на линии снова оказалось во власти эстакад.

Дух руководства Б. и О. поистине казался непоколебимым, когда перед лицом столь душераздирающих неудач оно решило снова перекинуть железный мост через реку, даже в разгар боевых действий. В ноябре был возведен пролет № 5, а к апрелю 1863 года — также № 3, № 4 и № 6. Это были четыре прямых пролета посреди реки между «широким» (или «разветвленным», или «стрелочным») пролетом и пролетом на марилендском берегу над Чесапикским и Огайским каналом (см. рис. 13). Хотя деревянная балочная клетка настила этих пролетов была сожжена по стратегическим соображениям войсками США позже в 1863 году, сами они пережили войну.

В 1868 году оставшиеся эстакады были заменены фермами Боллмана. Это великолепное сооружение служило железной дороге до 1894 года, когда трасса в Харперс-Ферри была выпрямлена. Однако половина моста, использовавшаяся под обычную дорогу, оставалась в эксплуатации до тех пор, пока ее не унесло разрушительным паводком в 1936 году. Опоры можно увидеть и по сей день.

В предвоенные годы Боллман разработал конструктивную эволюцию важнейшего значения, которая обычно связывается с заводами Phoenix Iron Works и их основателем Сэмюэлем Дж. Ривзом. При возведении высокого эстакадного виадукта для Гаванской железной дороги Боллман, по-видимому, озаботился слабостью чугуна на растяжение при его применении в длинных неподдерживаемых колоннах. Хотя колонна обычно подвергается сжимающим напряжениям, когда коэффициент гибкости — то есть длина, деленная на радиус инерции поперечного сечения — становится большим, может возникать вторичное изгибающее напряжение. Если это напряжение становится достаточно большим, величина растягивающего напряжения с одной стороны колонны может фактически превысить основное сжимающее напряжение, в результате чего возникает результирующий эффект растяжения.

Рисунок 18.— Переход через реку Огайо железной дороги Балтимор — Огайо у Бенвуда, Западная Виргиния, завершенный в 1870 году. В подходных эстакадах с обеих сторон использовались фермы Боллмана с ездой поверху. (Фото 693, коллекция Балтимора и Огайо, Музей истории и технологии.)

Рисунок 19.— Переход через реку Патапско железной дороги Балтимор — Огайо между Тристлом и Илчестером, Мэриленд. (Фото 695, коллекция Балтимора и Огайо, Музей истории и технологии.)

Как уже упоминалось, немногие доступные профили прокатного железа имели относительно небольшую площадь поперечного сечения и совершенно не подходили для использования в качестве колонн, если только их не объединяли в сложные составные конструкции. Обычной практикой в то время было применение в железных мостах и сооружениях сжатых элементов из чугуна, площадь поперечного сечения которых соотносилась с длиной так, что растягивающие напряжения возникать не могли. В случае длинных элементов это, естественно, означало использование чрезмерного количества материала.

Рисунок 20.— Два вида построенной Боллманом «водопроводной фермы», по которой Ломбард-стрит пересекает Джонс-Фолс в Балтиморе. Построена в 1877 году.

Боллман осознавал эту проблему по опыту работы со стяжками и стойками своей фермы и не мог не понимать огромного преимущества, которое давал бы практический метод изготовления таких элементов из кованого железа, сопротивление которого растяжению равно сопротивлению сжатию. В конце концов он разработал предшественника того, что стало известным как профиль «Феникс», заказав компании Morris, Tasker and Company из Филадельфии прокатку специальных фасонных профилей из кованого железа с сегментированным сечением, которые объединялись в круглый профиль с выступающими фланцами для клепки. Круглое сечение теоретически является наиболее эффективным для восприятия сжавающих нагрузок. Колонну любого требуемого диаметра можно было получить, просто увеличивая число сегментов, индивидуальный размер которых никогда не превышал возможностей тогдашних прокатных станов (см. рис. 16).

Конструкция демонстрирует вдохновляющее сочетание функционального совершенства и простоты, которое, по-видимому, свойственно большинству великих изобретений.

Рисунок 21.— Мост в Харперс-Ферри к концу своего существования, использовавшийся как автодорожный через реку Потомак. Самая западная линия ферм и пролет № 1 были удалены задолго до этого. Вид сквозь пролет Винчестера в сторону Мэриленда в 1933 году. (Фото предоставлено Национальным историческим парком Харперс-Ферри.)

Возможно, причиной того, что Боллман сообщил свою идею Ривзу, было отсутствие у него собственных прокатных мощностей, хотя это кажется нелогичным. Во всяком случае, Ривз и его партнеры широко запатентовали эту систему, и в конечном итоге колонна «Феникс» стала применяться практически вытеснив чугунные и другие типы колонн из кованого железа. К концу XIX века она начала выходить из употребления, поскольку заводы научились выпускать более крупные профили с характеристиками, относительно благоприятными для использования в качестве колонн и более приспособленными для соединения с другими элементами.

Последнее применение фермы Боллмана

Ферма Боллмана изредка применялась и за пределами линий железной дороги Балтимор — Огайо, но обычно лишь тогда, когда ее по контракту возводила компания Patapsco Bridge and Iron Works. Однако тот факт, что Боллман мог с выгодой строить этот мост в условиях жесткой конкуренции 1870-х годов, указывает на то, что резкая критика системы со стороны столь авторитетных специалистов, как Уиппл, не обязательно была обоснованной. В рекламных проспектах Боллмана, по сути, содержатся ссылки на благоприятные рекомендации других столь известных инженеров, как Герман Хаупт и М. К. Мегс.

Рисунок 22.— Фермы Боллмана с ездой поверху в мосту через Норт-Ривер, построенном в 1873 году у Маунт-Кроуфорда, штат Виргиния, на Вэлли-Рейлрод Виргинии (дорога Балтимор — Огайо). Длина каждого концевого пролета составляет 98 футов 6 дюймов; речной пролет имеет длину 148 футов 9 дюймов. (Фото 756, коллекция Балтимора и Огайо, Музей истории и технологии.)

Интересным применением этой системы стал разводной мост из двух пролетов с фермами Боллмана с ездой поверху через рукав Миссисипи в Куинси, штат Иллинойс (см. рис. 17). Первый железный мост в Мексике был возведен Боллманом через реку Медельин около 1864 года. Другой работой этого периода, привлекшей значительное внимание, стала пара мостов, построенных Боллманом через реку Кейп-Фир в Северной Каролине в 1867–1868 годах. Эти мосты примечательны своими фундаментами на чугунных цилиндрах, погруженных пневматическим способом. Это был один из первых случаев применения данного процесса в Америке, и достигнутая одним из цилиндров глубина 80 футов ниже поверхности воды считалась выдающейся еще долгие годы.

За последнее активное десятилетие или около того своей карьеры Боллман изготовил сотни мелких мостов и других сооружений. В 1873 году он поставил отливки для великолепного железного купола мэрии Балтимора и возвел оригинальную ферму водопровода, по которой Ломбард-стрит пересекает реку Джонс-Фолс в этом городе. В данном сооружении верхний и нижний пояса центральной линии ферм представляют собой чугунные водопроводные трубы, разветвляющиеся у устоев и соединенные решетчатыми элементами из чугуна и кованого железа (см. рис. 20).

В середине 1870-х годов Боллман столкнулся с тем, что его ферма устаревает. Это было обусловлено в первую очередь растущим общим недоверием к чугуну как материалу для основных несущих элементов из-за его хрупкости, однако свой вклад внесли и достижения в строительной механике, доступность более широкого ассортимента прокатных строительных профилей, а также возрастающие нагрузки того периода.

Рисунок 23.— Единственный сохранившийся мост с фермами Боллмана в Сэвидже, штат Мэриленд. Мост был построен в другом месте в 1852 году и около 1888 года перенесен на эту ныне заброшенную промышленную ветку дороги Балтимор — Огайо.

Хотя после 1875 года ни Боллман, ни дорога Балтимор — Огайо больше не строили ферм Боллмана, находившиеся в эксплуатации мосты демонтировались только по мере перехода на более тяжелый подвижной состав. Пролет в Харперс-Ферри, как отмечалось, оставался на главных путях в полной эксплуатации до 1894 года. Фермы Боллмана на второстепенных линиях продолжали использоваться гораздо дольше; ряд из них на Вэлли-Рейлрод Виргинии (см. рис. 22) был демонтирован только в 1923 году. Однако лишь на самых изолированных тупиковых ветках фермам Боллмана разрешалось достигать действительно преклонного возраста. Единственный известный сохранившийся экземпляр (рис. 23) находится на такой ветке — по иронии судьбы, в Сэвидже, через Малый Патукент, на месте установки первого пролета Боллмана. Это не мост 1850 года, а сооружение 1852 года, перенесенное на нынешнее место 30 лет спустя. Дальнейшая судьба первого пролета неизвестна.

Рисунок 24.— Кувшин для горячей воды и шоколадник из серебряного чайного сервиза, состоящего из 10 предметов, преподнесенного Боллману его коллегами при его уходе из компании Baltimore and Ohio в 1858 году. Во всех элементах прослеживается железнодорожная тематика: каждый предмет сверху и снизу опоясан рельсовым путем с точным профилем рельса и шпалами. Носики выполнены в виде шестигранных листовых железных труб с клепаными швами, а ручки имеют форму геодезической трубы. На различных предметах выгравированы изображения наиболее важных мостов дороги Балтимор — Огайо. Изделия изобилуют удивительным количеством мелких деталей и элементов железнодорожной тематики в виде барельефов, горельефов и полнообъемных моделей. В зале заседаний Совета директоров компании Baltimore and Ohio Railroad, Балтимор, шт. Мэриленд. (Фото предоставлено Baltimore and Ohio Railroad.)

Известные работы Боллмана

(Все перечисленные объекты дороги Балтимор — Огайо были спроектированы Боллманом и построены силами железной дороги, если не указано иное.)

Dates of service Location Type No. spans / length of each Remarks

1850-? Savage, Md., Little Patuxent River Bollman through truss 1/76' First Bollman truss erected; granite towers; cost, $23,825. B. & O. RR.

1851-? Bladensburg, Md., Anacostia River Bollman through truss 1/? Second Bollman truss erected; granite towers; cost, $19,430. B. & O. RR.

1851-1862 Harpers Ferry, Va., Potomac River Bollman through truss 1/124' Winchester span; first major Bollman truss; three lines of truss; granite towers; blown up by Confederate Army on September 24, 1862. B. & O. RR.

1851-? Baltimore, Md., Carey Street Trestle — Wood trestle bents with wrought-iron diagonals. First use of iron structural members in trestlework. Total length 76 feet. B. & O. RR.

1852- Savage, Md., Little Patuxent River Bollman through truss 2/?80' Still standing. Moved to Savage in 1888; original location unknown. This and succeeding Bollman trusses use iron towers. B. & O. RR.

1852 (or 1853)-? Marriottsville, Md., Patapsco River Bollman truss 1/50' One of first Bollman trusses with iron towers. B. & O. RR.

1853-? Zanesville, Ohio, Muskingum River Bollman truss 4/124' (or 5/160') Double track, Central Ohio RR. Designed by Bollman; built by Douglas, Smith & Co., Zanesville.

1854-1870(?) Elysville (now Daniels), Md., Patapsco River Bollman through truss 3/97'9" Upper bridge, skew. Cost, $24,477.59. B. & O. RR.

1854-1862 Monocacy, Md., Monocacy River Bollman truss 3/119' Blown up September 8, 1862; rebuilt in 1864. Cost, $22,722.59. B. & O. RR.

1854-? Eastern Ohio Bollman truss(?) 1/40' C. O. RR. Section 76 adjacent to 300-ft. tunnel.

1855-? Bridgeville, Ohio, Salt Creek Bollman deck truss 1/71' C. O. RR.

Pre-1855-? Buffalo, N.Y. — — Unidentified. Mentioned by George Vose in Railroad Advocate (June 9, 1855).

1856-? Elysville, Md., about 11/4 miles east of 1854 bridge, Patapsco River Bollman through truss 3/111' Lower Bridge. B. & O. RR.

Pre-1856-? Marriottsville, Md. Bollman truss(?) 1/48'9" Referred to as “Tunnel Bridge” in B. & O. RR. annual report, 1856.

1856-? Near Ijamsville, Md., Bush Creek Iron girders 3/23'9" Possibly trussed beams; mentioned in B. & O. RR. annual report, 1856.

1856-? Near Ijamsville, Md., Bush Creek Iron girders 2/23'9" As above.

1856-c.1862 North Branch, Md., Potomac River Bollman deck truss 3/142' Partially destroyed in Civil War. B. & O. RR.

1860-1906 Chile, Angostura River Bollman truss(?) 4/115' Chilean Railways. Designed and built by Bollman. Replaced by bridge built by French firm of Schneider, Cruesot & Co.

1860-1910 Chile, Paine River Bollman truss(?) 1/? As above.

Post-1860-? Ilchester, Md., Patapsco River Bollman through truss 1/? B. & O. RR.

Pre-1861-? Cuba Bridges and station house — All bridges on Havana RR., including iron station house and bridge at Guines. Designed and built by Bollman.

Pre-1861-? Cuba Bridges — All bridges on Cienfuegos RR., Cárdenas RR., and Havana & Matanzas RR. Designed and built by Bollman.

Pre-1861-? Cuba Trestle — Trestle with wrought-iron columns (the first such ever constructed). Havana RR. Designed and built by Bollman.

1862-1862 Harpers Ferry, Va., Potomac River Bollman through truss 2/160' Span no. 3 (July 24) and span no. 4 (August 21). Blown up September 24, 1862. B. & O. RR.

1862-1936 Harpers Ferry, Va., Potomac River Bollman through truss 1/160' Span no. 5 (November). B. & O. RR.

1863-1936 Harpers Ferry, Va., Potomac River Bollman through truss 3/160' Spans nos. 3, 4, and 5. Constructed previous to April 1863. B. & O. RR.

1863-? Berwyn, Md., Paint Branch Bollman truss(?) ? Iron bridge mentioned in B. & O. RR. annual report, 1863

1863(4?)-? Clinton, Iowa, Mississippi River Pivot draw 1/360' Built by Detroit Bridge & Iron Works. It was the longest in the world at time of completion. Designed by Bollman.

1864-?

Laurel, Md., Patuxent River Bollman truss ? Replaced stone arch that had been washed out. B. & O. RR.

c. 1864-? Near Veracruz, Mexico, Medellín River Bollman hrough truss 1/115' Veracruz & Jucaro RR. First iron bridge in Mexico. Designed and built by Bollman.

1864-? Near Point of Rocks, Md., Back Creek Bollman truss(?) 1/80'(?) Iron bridge mentioned in B. & O. RR. annual report, 1864. The span length given is that of previous stone arch.

1864-? Bladensburg, Md., Anacostia River Bollman truss 1/? Span for second track, to match 1851 span. B. & O. RR.

1868-? Cape Fear, N.C., Northeast Branch, Cape Fear River Bollman truss(?) 2/146'6" 1/164' pivot draw/150' Wilmington Railway Bridge Co. This bridge was connected to that over the Northwest Branch by 21/2 miles of timber trestling. Designed and built by Bollman.

1868-? Cape Fear, N.C., Northwest Branch, Cape Fear River Bollman truss(?) 1/217'(?) pivot draw/150' See above.

1868-? Quincy, Ill., Quincy Bay (in Mississippi River) Bollman deck truss 4/85' pivot draw/190' Chicago, Burlington & Quincy RR. The pivot draw was formed of two 85-ft. simple Bollman deck spans whose outer ends hung from hog chains. Designed by Bollman; built by Detroit Bridge & Iron Works.

1869-c.1892 Baltimore, Md., over Jones Falls, B. & O. RR., and Northern Central RR. Warren truss 2/100'

2/55'6" North Avenue Bridge. Composite double intersection truss; timber top chord and posts, wrought-iron lower chord and ties. In 55-ft. spans, both chords timber. Cost, $73,588. Built by Bollman.

c.1869-1936 Harpers Ferry, Va., Potomac River Bollman through truss 4/? Canal span (no. 8), Wide span (no. 2), Winchester span, and West End span. Destroyed by flood in 1936. B. & O. RR.

1870-.1895 Baltimore, Md., Jones Falls Iron “Isometrical truss” (probably Pratt type) 1/108' Charles Street Bridge. Three lines of trussing.Cost, $20,297. Built by Bollman.

1870-1893 & 1900 Bellaire, Ohio-Benwood W. Va., Ohio River Bollman deck truss 9/107'-125' In approaches; 2 spans on Ohio side; 7 on West Virginia side. B. & O. RR.

1870-c.1895

Belpre, Ohio-Parkersburg, W. Va., Ohio River Bollman deck truss 16/? In approaches; 7 spans on Ohio side; 9 on West Virginia side. B. & O. RR.

1870-? Elysville, Md., Patapsco River Bollman through truss 4/? Skew; replacement of Upper Bridge(?). B. & O. RR.

1871-c.1895 Baltimore, Md., Jones Falls Timber and iron truss ? Decker Street (now Maryland Avenue) Bridge. Cost, $24,975. Built by Bollman.

1871-c.1892 Baltimore, Md., over Northern Central RR. at Jones Falls Warren truss 1/100' North Avenue Bridge. Composite double intersection truss; cast-iron top chord and posts; wrought-iron bottom chord and ties. West span. Built by Bollman.

1873-1923 Cave Station, Va., Middle River Bollman deck truss 1/98'7"

1/63'5" Valley Railroad of Virginia (B. & O.) Bridge no. 120. The main span was a Whipple deck truss. Replaced with plate girders. Designed by Bollman.

1873-1923 Mount Crawford, Va., North River Bollman deck truss 2/98'6"

1/148'9" Valley Railroad of Virginia (B. & O.) Bridge no. 117. Designed by Bollman.

1873-1923 Verona, Va., North River Bollman deck truss 3/98'7" Valley Railroad of Virginia (B. & O.) Bridge no. 129. The main span was a 147-ft. Whipple deck truss. Designed by Bollman.

1873-? Wadesville, Va., Opequon Creek Bollman through truss 1/147'8" Span length given is that of previous wood span that burned in 1862. B. & O. RR.

c. 1873- Baltimore, Md. Iron roof trusses ? First Presbyterian Church. Built by Bollman; possibly designed by him.

1873- Baltimore, Md. Cast-iron stairs

City Hall. Cost, $12,840. Designed by George A. Frederick, architect; built by Bollman.

1873- Baltimore, Md. Cast-iron framework

Dome of the City Hall. Cost, $70,525. Designed by George A. Frederick; built by Bollman.

1875-c.1913 Baltimore, Md., Jones Falls Iron truss 1/? Fayette Street Bridge. Cost, $9,396. Built by Bollman.

1876-c.1913 Baltimore, Md., Jones Falls Single-beam iron bridge (truss?) 1/? Canton Avenue (now Fleet Street) Bridge. Cost, $8,904. Built by Bollman.

1876-c.1913 Baltimore, Md., Jones Falls Single-beam iron bridge (truss?) 1/? Eastern Avenue Bridge. Cost, $12,382. Built by Bollman.

1877- Baltimore, Md., Jones Falls Pratt and bowstring truss 1/88'6" Lombard Street Bridge. Three lines of truss; two outer trusses, composite cast- and wrought-iron polygonal Pratt type; center composite bowstring with Pratt-system web. Both chords are cast-iron water mains, bifurcated at the end bearings; cast-iron posts and wrought-iron ties. In service. Cost, $7,632. Designed by Jas. Curran, Baltimore water department; built by Bollman.

1877-c.1913

Baltimore, Md., Jones Falls Iron truss 1/? Bath Street Bridge. Cost, $4,172. Built by Bollman.

1879-? Baltimore, Md. Drawbridge 1/? Over entrance to City Dock. Cost, $13,182. Built by Bollman.

1879-c.1930 Baltimore, Md., over Jones Falls and railroad tracks Warren truss 2/173'9" North Street (now Guilford Avenue) Bridge. Composite trusses; cast-iron top chord and end posts; wrought-iron bottom chord and web members. Cost, $38,772.45. Built by Bollman; designed by Latrobe.

1881-1960 Baltimore, Md., (Woodberry), Jones Falls Wrought-iron Pratt truss 1/? Union Avenue Bridge. Built by Bollman; possibly designed by him.

?-? Harpers Ferry, Va., Arsenal Canal Bollman through truss 1/148' Arsenal Branch, B. & O. RR. Skew type. Span length is that of previous timber span.

?-? Baltimore, Md., Gwynns Falls Bollman through truss 2/? B. & O. RR.

БИБЛИОГРАФИЯ

A history and description of the Baltimore and Ohio Railroad by a citizen of Baltimore. Baltimore, 1853.

Baltimore and Ohio Railroad Company. A list of the officers and employees of the Baltimore and Ohio Railroad for November, 1857. Baltimore, 1857.

——. Third annual report of the president and directors to the stockholders of the Baltimore and Ohio Rail Road Company. Baltimore: 1829. (Also the fourth through 38th annual reports. Baltimore, 1830-1864.)

——. Baltimore and Ohio exhibits at the Century of Progress. Chicago, 1934.

Biographical cyclopedia of representative men of Maryland and the District of Columbia. Baltimore, 1879.

Bollman, Wendel. Iron suspension and trussed bridge as constructed for the Baltimore and Ohio Rail Road Co. at Harper’s Ferry, and on the Washington branch of this road. Baltimore, 1852.

——. Letter to John W. Garrett dated June 17, 1862. In files of Division of Mechanical and Civil Engineering, United States National Museum, Washington, D.C.

——. Report of Mr. Bollman in relation to Central Ohio Rail Road. Baltimore, 1854.

Bryant, William C. Picturesque America. New York, 1874.

Clarke, Thomas Curtis. An account of the iron railway bridge across the Mississippi River at Quincy, Illinois. New York, 1869.

Colburn, Zerah. American iron bridges. Minutes of the proceedings of the Institution of Mechanical Engineers (1863), vol. 22, pp. 540-573.

Condit, Carl. American building art:—The nineteenth century. New York: Oxford Press, 1960.

Gray, George E. Notes on early practice in bridge building. Transactions of the American Society of Civil Engineers (1897), vol. 37, pp. 2-16.

Greiner, John E. The American railroad viaduct—Its origin and evolution. Transactions of the American Society of Civil Engineers (1891), vol. 25, pp. 349-372.

Lang, Philip George. Bollman trusses on Valley of Virginia Branch will soon be memories. Baltimore and Ohio Magazine (October 1923), pp. 18-19.

——. The old Baltimore and Ohio bridge crossing the Potomac River at Harpers Ferry, West [sic] Virginia. Engineering News-Record (September 17, 1931), p. 446.

Malezieux, Emile. Travaux publics des Etats-Unis d’Amerique en 1870. Paris, 1873.

McDowell, W. H. Unpublished engineer’s report to the president and directors of Wilmington Railway Bridge Company, Wilmington, North Carolina, dated March 12, 1868. Typewritten copy in files of Division of Mechanical and Civil Engineering, U.S. National Museum, Washington, D.C.

Smith, Charles Shaler. Comparative analysis of the Fink, Murphy, Bollman and triangular trusses. Baltimore, 1865.

Smith, William P. The book of the great railway celebrations of 1857. Baltimore, 1858.

Tyrrell, Henry G. History of bridge engineering. Chicago, 1911.

Whipple, Squire. Bridge building. Albany, New York, 1869.

Расшифровка рисунка 12 для программ экранного доступа.

ПАТЕНТОВАННЫЙ ЖЕЛЕЗНЫЙ ВИСЯЧИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ МОСТ ВЕНДЕЛЯ БОЛЛМАНА.

Нижеподписавшийся доводит до сведения должностных лиц железных дорог и прочих заинтересованных лиц, что он готов предоставить чертежи и сметы на мосты, кровли и т. д. по патентованной системе Боллмана.

Эксплуатационные характеристики этих мостов, некоторые из которых находятся в использовании уже в течение шести лет, показали себя с наилучшей стороны. Простота их конструкции делает ремонт легким и дешевым, а благодаря особому соединению главных и подвесных тяг в нижней части стоек полностью устраняется любая опасность от температурных деформаций, которые до сих пор являлись главным возражением против применения железных мостов.

Дж. Х. ТЕГМЕЙЕР, Балтимор, шт. Мэриленд.

Статья 36 — Примечание переписчика

Несоответствия в пунктуации исправлены без оговорок. Непоследовательное использование дефисов сохранено в соответствии с оригиналом.

Публикации Музея истории и технологии: Статья 37. Нарезание резьбы методом мастер-винта с 1480 года

Эдвин А. Баттисон

Эдвин А. Баттисон

НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБЫ МЕТОДОМ МАСТЕР-ВИНТА С 1480 ГОДА

Среди самых ранних известных примеров станков для нарезания резьбы — резьбонарезной токарный станок 1483 года, известный лишь по изображениям и чертежам, и инструмент с продольно-подвижным шпинделем для нарезания резьбы по металлу, хранящийся ныне в Смитсоновском институте и относящийся к концу XVII или началу XVIII века. Автор наглядно показывает их эволюцию от весьма узкоспециализированного оборудования до современного инструмента. Он проследил патенты на эти инструменты вплоть до начала 1930-х годов, и данное исследование позволяет увидеть роль таких устройств в развитии станкоинструментальной промышленности.

Об авторе: Эдвин А. Баттисон — младший куратор отдела механического и гражданского строительства в Музее истории и технологии Смитсоновского института.

Первобытные станки отличались прямизной и простотой, поскольку они создавались для выполнения какой-то вполне конкретной специализированной задачи и потребности в универсальности не ощущалось. История не сохранила ни ранних форм каких-либо примитивных станков, ни подробностей различных ранних этапов их эволюции к более сложным типам. В лучшем случае мы обнаружили и датировали определенные разработки, существовавшие в конкретных регионах. Были ли эти формы новыми в момент их первого обнаружения или насколько широко они были распространены, неизвестно. Сохранившиеся свидетельства представляют собой изображения или чертежи, такие как малоизвестный резьбонарезной токарный станок 1483 года (рис. 1), показанный в «Средневековой книге домашних ремесел» (Das mittelalterliche Hausbuch).

Этот станок показывает, что его создатель обладал глубоким пониманием необходимых элементов, сведенных к самым сухим сущностям, требуемым для достижения цели. Здесь присутствуют координатные суппорты, авторство которых часто приписывают Генри Модсли. Суппорты Модсли, разумеется, не связаны со шпинделем; нет и никакого закона природы, который заставлял бы их направлять инструмент строго параллельно оси вращения. В этом смысле резьбонарезной станок из «Книги домашних ремесел» превосходит станок Модсли, поскольку он находится в гармонии с законами природы и способен формировать истинный цилиндр, в то время как станок Модсли может лишь переносить на обрабатываемую деталь ту точность, которая заложена в него конструктивно.

В принципиальном отношении показанная в «Книге домашних ремесел» машина весьма продвинута, что видно при прослеживании конструкции до наших дней. Сам художник, чьи рисунки дают нам единственное представление об этой машине, очевидно, не слишком хорошо разбирался в деталях ее работы. Обратившись к рисунку 1, мы видим, что резьба на ходовом винте и на обрабатываемой детали направлена в противоположные стороны. Это должно быть ошибкой изображения, поскольку обе детали тесно связаны между собой без какого-либо промежуточного механизма, так что единственным возможным результатом на детали должна быть резьба с тем же направлением винтовой линии, что и на исходном винте. Деталь также показана с нарезкой по всей длине; этого невозможно достичь при одном положении поперечного суппорта. Мы остаемся перед вопросом: использовался ли этот суппорт в двух положениях или же художник, работая, возможно, по записям или более раннему черновому эскизу, забыл показать ненарезанный участок на том или ином конце детали.

Рисунок 1.— Самое раннее найденное изображение резьбонарезной машины типа мастер-винта. Судя по таким нестыковкам, как правая и левая резьба на мастер-винте и изделии, создается впечатление, что художник имел весьма смутное представление о ее реальной работе. Из таблицы 62 издания: Das mittelalterliche Hausbuch, nach dem Originale im Besitze des Fürsten von Waldburg-Wolfegg-Waldsee, im Auftrage des Deutschen Vereins für Kunstwissenschaft, herausgegeben von Helmuth Th. Bossert und Willy F. Storck (Leipzig: E. A. Seemann, 1912).

По меньшей мере не меньшее значение, чем ходовой винт и обрабатываемая деталь и их взаиморасположение, имеет резцедержатель с регулируемым винтом поперечным суппортом (рис. 2). То, каким именно образом он крепился к станине машины, обеспечивая расположение резца на подходящем радиусе, также остается под вопросом. Весьма развитый режущий инструмент заточен на тонкую, острую кромку, совершенно непригодную для резки металла, но идеальную для работы по более мягкому волокнистому материалу: в данном случае, несомненно, по дереву. К сожалению, угол, под которым художник предпочел показать этот резец, не позволяет судить о том, был ли инструмент подогнан под угол подъема винтовой линии нарезаемой резьбы. Данный поперечный суппорт во взаимодействии с продольно перемещающимся шпинделем изделия образует машину с двумя координатными суппортами, дающую тот же эффект, что и резцовый суппорт, обычно приписываемый Генри Модсли в конце XVIII века. На самом деле иллюстрация координатных суппортов, независимых от шпинделя, была опубликована еще в 1569 году Бессоном [1], и сведения о них широко разошлись благодаря его популярной работе по механике. Эти суппорты показаны как часть резьбонарезной машины с сомнительно надежным соединением с помощью шнуров между мастер-винтом и обрабатываемой деталью.

Автору недавно посчастливилось приобрести для Смитсоновского института и идентифицировать небольшой, изящно изготовленный латунный инструмент, который числился в двух коллекциях в этой стране и одной коллекции в Германии как неопознанный инструмент замочника (рис. 3). Он оказался инструментом с продольно-подвижным шпинделем для нарезания резьбы по металлу. К счастью, на месте оказались все существенные детали, включая резец (A на рисунке 4); инструмент был опознан по подписи «Manuel Wetschgi, Augspurg». Ветцги были известной династией оружейников и механиков из Аугсбурга на протяжении нескольких поколений. Двое носили имя Эмануэль: более ранний родился в 1678 году и умер в 1728 году. Он был весьма знаменит в своей области изготовления ружей и незадолго до смерти в возрасте 51 года стал главным артиллеристом ландграфа Гессен-Кассельского. О более позднем Эмануэле Ветцги мало что известно, кроме того, что он находился в Аугсбурге в 1740 году. Предварительная атрибуция инструмента более раннему Эмануэлю сделана главным образом на основе его признанного положения выдающегося мастера.

Рисунок 2.— Поперечный суппорт токарного станка для нарезания резьбы из «Книги домашних ремесел», показанный на рисунке 1. Он примечателен не только своей ранней датой, но и высокой степенью проработки с винтом поперечной подачи, который не получил всеобщего признания даже 300 лет спустя. Резец, показанный вынутым из гнезда, очевидно, заточен для работы по дереву.

В нескольких отношении этот маленький станок отличается от своего предшественника из «Книги домашних ремесел», что вполне ожидаемо, если сделать поправку на поколения мастеров, несомненно работавших с такими инструментами за примерно 200-летний промежуток времени между ними. Другим фактором, который следует учитывать при сравнении этих двух машин, является то, что одна использовалась по металлу, а другая, вероятно, только по дереву. Поэтому неудивительно обнаружить на более поздней машине выносную или заднюю опорную бабку для детали. Шпиндель этой опоры должен перемещаться синхронно со шпинделем, приводящим в движение деталь, поэтому вполне закономерно обнаруживается, что он подпружинен. На рисунке 5 показано, как эту пружину можно регулировать под различную длину деталей, перемещая крепежный винт в различные отверстия как в самой пружине, так и в станине. На той же иллюстрации виден прямоугольный выступ на другом конце пружины, который входит в сопряженное отверстие в шпинделе задней бабки для предотвращения его вращения.

Рисунок 3.— Небольшой резьбонарезной токарный станок, который при работе предполагалось зажимать в тисках. Он был найден в таком виде, как здесь показано, отсутствует лишь рабочая рукоятка. Общая длина составляет приблизительно 12 дюймов в зависимости от регулировки деталей. (Фото Смитсоновского института 46525B.)

На рисунке 6 показаны вынутые из станка шпиндель и гайка с продольным перемещением. Предусмотрена возможность столь легкого их извлечения, что есть все основания полагать, будто изначально в станке могли использоваться различные сменные узлы шпинделя и гайки. Дополнительным свидетельством, подтверждающим эту концепцию, служит режущий инструмент (рис. 4), который явно предназначался для серьезной работы, поскольку он тщательно подогнан в своем несимметричном гнезде. Режущая кромка этого инструмента, работающая скорее за счет скобления, а не полноценного резания, слишком широка для формирования резьбы правильного профиля при использовании с имеющимся ходовым винтом. Это вполне может указывать на то, что инструмент был изготовлен для работы с ныне утерянным ходовым винтом с большим шагом.

Рисунок 4.— Рабочая зона с рисунка 3, показывающая инструмент и подпись. (Фото Смитсоновского института 46525A.)

Пожалуй, самой поразительной особенностью этой машины по сравнению со станком из «Книги домашних ремесел» является отсутствие поперечного суппорта для регулировки положения инструмента. Возможно, это объясняется тупой скоблящей кромкой на резце. Недавнее практическое использование станка для нарезания образца резьбы с помощью инструмента, похожего на найденный в машине (рис. 7), показало преимущество отсутствия поперечного суппорта, что позволяет подавать резец в деталь «на ощупь», а не по правилам, как это делалось бы с суппортом. Таким образом, удавалось нарезать резьбу на стали без задиров, поскольку усилие резания легко ощущалось и инструмент мог сам отжиматься от слишком тяжелого съема металла. Воспроизводимость размеров на нескольких винтах достигалась настройкой инструмента на получение желаемого диаметра в момент, когда его поддерживающий рычаг останавливался, упираясь в станину машины. Винты, использовавшиеся в самой машине, по-видимому, изготавливались именно таким способом. Они нарезались не плашкой, так как резьба плавно сходит на нет в тело винта без характерных следов, оставляемых режущими кромками плашки. Резьба, нарезанная однолезвийным инструментом под управлением поперечного суппорта, обычно обрывается даже более резко, чем резьба от плашки, в то время как на станке рассматриваемого типа совсем несложно свести резьбу к плавному сбегу, как видно на рисунке 8 (другой вид винта A на рис. 3), постепенно снижая усилие, необходимое для поддержания резания инструментом по мере приближения к концу резьбы.

Рисунок 5.— Пружина для прижатия ведомого шпинделя к детали, показывающая способ и диапазон регулировки. Обратите внимание на прямоугольный выступ для зацепления с сопряженным гнездом в шпинделе с целью предотвращения его вращения. (Фото Смитсоновского института 46525.)

Рисунок 6.— Шпиндель детали и его гайка, извлеченные из станка для демонстрации того, как легко можно заменить их на другой шпиндель и гайку с другим шагом. (Фото Смитсоновского института 46525C.)

То, что станки этого общего типа с ходовым винтом на оси обрабатываемой детали в течение долгого времени успешно конкурировали с другими методами и другими типами оборудования, можно видеть на рисунках 9 и 10. Станок слева впереди на рисунке 9 (подробно показанный на рисунке 10) мало чем отличается от изображенного в «Средневековой книге домашних ремесел» 1483 года. Двойная опора детали, безусловно, является большим улучшением, в то время как опора инструмента представляет собой шаг назад, поскольку в ней отсутствует ходовой винт.

Развитие инженерной теории в сочетании с растущими потребностями промышленности, особенно с наступлением Промышленной революции, привело к ускоренному развитию резьбонарезных токарных станков за счет объединения резьбонарезных машин с простыми токарными станками, как показано на рисунке 9 и подробно на рисунке 11. Одним из важных достижений, представленных здесь, является привод станка с помощью шнура или ремня, благодаря чему мог применяться любой источник вращательного движения, а не только мускульная сила рук или ног. Больший интерес и техническую значимость для данного исследования представляет возможность, лучше заметная на рисунке 11, быстрой замены одного ведущего ходового винта на другой. Это уже было реализовано в машине Мануэля Ветцги в плане универсальности, хотя и не столь удобным способом.

Рисунок 7.— Недавно нарезанная резьба современного профиля с использованием старого винта и гайки, но с новым инструментом. Материал с нарезанной резьбой — углеродистая сталь для буровых штанг. (Фото Смитсоновского института 49276A.)

На рисунке 12, показывающем переднюю бабку другого, более совершенного токарного станка по сравнению со станками на рисунках 9 и 11, но того же типа, видны «шпонки» (D), каждая из которых представляет собой частичную гайку с определенным шагом для зацепления с резьбой ответного шага. Штриховые линии на рисунке 13 показывают рабочее и рассоединенное положения одной из таких шпонок, а на рисунке 14 показан шпиндель с различными шагами (C). В точке D находится кольцо с канавкой, с которым взаимодействует узкая шпонка, показанная в рабочем положении слева на рисунке 12, предназначенная для управления продольным перемещением шпинделя при использовании станка для обычной токарной обработки вместо нарезания резьбы. В обмен на большее удобство и избавление от расходов на множество отдельных шпинделей, характерных для машины Ветцги, пришлось пожертвовать длиной резьбы, которую можно нарезать без прерывания.

Рисунок 8.— Крепежный винт, показанный как A на рисунке 3, демонстрирующий длинный плавный сбег резьбы ниже заплечика. (Фото Смитсоновского института 49276.)

Рисунок 9.— Изготовление винтов во Франции в третьей четверти XVIII века. Из издания: L’Encyclopédie, ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers … receuil de planches sur les sciences, les arts libéraux, et les arts méchaniques, avec leur explication (Paris: 1762-1772), vol. 9, plate 1.

Рисунок 10.— Детали станка на переднем плане слева на рисунке 9, показывающие примитивный резцедержатель без винтовой регулировки. Из издания: L’Encyclopédie, vol. 9, plate 2.