Мельницы.ветряные мельницы, история, типы и конструкции. История изобретения и производства
Как друг на друга повлияли три элемента древнейших технологий человечества: колесо, гончарный круг и жернова? Но совершенно однозначно, что уже в эпоху позднего неолита c этих трёх приспособлений и начиналось то, что мы называем «прогрессом». Об арбалетах, дверных замках и часах ещё никто и не задумывался, а жернова уже вертелись. Ещё в древнейшие времена растирание зерна в муку стали выполнять на вращающихся один относительно другого жерновах. Довольно долго они продолжали крутиться, благодаря усилию человеческих рук. Возможно, применение механической силы оказалось впервые востребовано в производстве муки потому, что очень уж этот труд монотонен и непроизводителен. Величайшим открытием в истории человечества, сопоставимым, пожалуй, только с умением пользоваться огнём, стало применение для работы механического устройства силы, отличной от мускульной. Вода и ветер - вот что впервые призвано на помощь. Как происходил процесс превращения зерна в муку? По лежащему горизонтально нижнему жернову двигался вращательно верхний жернов, имеющий отверстие в середине. В это отверстие засыпали зерно. Оно перетиралось в муку по мере продвижения к внешнему краю. Для облегчения процесса помола на жернова наносились радиальные прямые или спиралевидные канавки. Установить тяжеленные каменные круги вертикально тогда было невозможно, да и как к ним подводить тогда зерно для помола? Вал, который передаёт к верхнему камню усилие, располагался вертикально.
Один из самых ранних типов мельниц. Ротор (вращающаяся часть) ветряка расположен на вертекальной оси и его вал непосредственно соединенён с верхним жёрновом.
Ветроулавливающие стены направляют поток воздуха на половину ветряка, и заставляют его вращаться. Такие мельницы известны с VII века нашей эры и впервые, возможно появились в Персии. Макет из Немецкого музея (Модель в масштабе 1:20. Инв № 79235) воспроизводит персидскую мельницу XVIII в.
На больших жерновах к нему прикрепили рычаги, которые толкали работники, обходя жернов по кругу. Потом в рычаги впрягли животных. В тот момент, когда вместо рабов и животных стали использовать паруса, родился один из первых в истории человечества механический привод. Ветер вращал конструкцию из нескольких полотнищ, закреплённых на спицах гигантского колеса. И она приводила в движение верхний жернов. Никаких передач, и, следовательно, потерь мощности: прото-ротор работал при любом направлении ветра. Аналогичная схема встречалась и в Персии. Только там мягкие паруса были заменены жесткими деревянными лопастями, вся конструкция вытянулась в высоту, а сооружение было дополнено стенами для направления ветра. Такая мельница была несколько производительнее, но, к сожалению, она работала только при определенном направлении и силе ветра. И тут уместно вспомнить, что одновременно с ветровым приводом уже существовало водяное колесо, но оно вначале не использовалось для помола, а только для подъёма воды при искусственном орошении в земледелии. Для того, чтобы сила воды смогла привести в движение жернова необходимо было изобретение угловой передачи, позволявшую поворачивать рабочий вал под прямым углом. Такие сложности были неизбежны по тому, что ни поставить жернова на ребро, ни расположить колесо, приводимое силой падающей воды, горизонтально не удавалось. И как только с задачей поворота усилия справились, водяные колёса стали вращать жернова. В период поздней античности такие конструкции были довольно хорошо проработаны. Водяные мельницы широко распространилось в Европе и благополучно пережив крах Римской империи продолжали использоваться и в средневековье. Где то на юге Европы в начале второго тысячелетия нашей эры впервые «скрестили» привод водяной мельницы с ветряком, создав тот самый образец, который просуществовал с начала XII века до начала века XX.
Несмотря кажущуюся простоту конструкции и солидную давность изобретения, пирамида знаний и технологий, на вершине которой оказалась первая механическая мельница с ветровым приводом, была уже довольно велика. Здесь были и знания об обработке металлов, без которых нельзя сделать инструменты для работы с деревом, и колесо, а также его производная - ещё примитивная, но уже работающая передача из штифтовых и цевочных колёс, и керамика, аэродинамика (пока на уровне экспериментов и догадок, но…) и даже знания о погоде и преобладающих ветрах, т. е. зачатки метеорологии. Первые ветряные мельницы относились к башенным и не имели механизма поворота ветряка. Сам ветряк представлял собой мягкую конструкцию из косых парусов, натянутых на спицы колеса-реи. Позже паруса сменились лопастями. Домик-башня вместе с жерновами, механизмами, ветряком и мельником (как на картине Яна Брейгеля Старшего) стал поворачиваться на ветер. Возможно, что в народный фольклор в виде «избушки, что поворачивается к лесу задом, ко мне передом» вошла именно такая мельница. Козловую конструкцию, на которую опиралась мельница, назвать иначе, чем «куриной ногой», просто невозможно. В России такую мельницу называли столбовка, или немецкая мельница. Со временем столбовка сменилось устройством для поворота только шатра с ветряком. В этом случае поворот на ветер выполнялся намного легче. Неподвижную башню стали делать более прочной - каменной или кирпичной, что повышало срок эксплуатации и устойчивость к воздействию стихии. Мельницы, постепенно совершенствуясь, исправно мололи, пилили, толкли и перетирали до начала XX века. Только в Германии в 1910 году насчитывалось 22 000 ветряков, к 1938 году их осталось только 4500. После Второй мировой ветряные мельницы практически не использовались. Александр Иванов
Водяное колесо - первый в истории человечества механический привод. вода по специальному желобу подводится к колесу сверхи и своим весом заставляет его вращаться. Такие колёса использовались в горной промышленности в качестве привода лебёдок и подъёмниеов. При расходе воды примерно 50 л/сек. колесо развивает до 1,3 КВт мощности.
Первые колёса появились ещё в Месопотамии 3000 лет назад и использовались для орошения. Два тысячелетия назад их стали применять на на водяных мельницах.
Один из самых ранних типов мельниц. Ротор (вращающаяся часть) ветряка расположен на вертекальной оси и его вал непосредственно соединенён с верхним жёрновом.
Ветроулавливающие стены направляют поток воздуха на половину ветряка, и заставляют его вращаться.
Такие мельницы известны с VII века нашей эры и впервые, возможно появились в Персии. Макет из Немецкого музея (Модель в масштабе 1:20. Инв № 79235) воспроизводит персидскую мельницу XVIII в.
Башенная мельница. Хотя макет в немецком музее (Масштаб 1:20. Инв. №79227) повторяет мельницу с острова Крит 1850 года постройки, мельницы с ветряком, оснащённым парусами появились в средиземноморском регионе в начале первого тысячелетия нашей эры.
Сложная пространственная конструкция ветряка со спицами-реями, на которых закреплены паруса. Верёвочные растяжки воспринимают осевую ветровую нагрузку и делают всю конструкцию простой и надёжной.
Ян Брейгель Старший.
Дорога после наводнения, 1614
Однако идея приспособить к работе энергию ветра не умерла. В 2012 году ветроэлектростанции всего мира выработали 430 тераватт-часов (2,5% всей произведённой человечеством электрической энергии). Их суммарная мощность достигает 283 гигаватт, что составляет около ¾ мощности всех атомных электростанций планеты.
В Дании, например, треть всей электроэнергии вырабатывается ветряками, а Германия к 2020 году намеревается довести выработку до 20% от общего энергопотребления, а к 2030 - до половины от всего объёма.
Когда речь заходит о ветряных мельницах, сразу вспоминается знаменитый литературный герой Мигеля де Сервантеса Сааведра - Дон Кихот, в воспаленном мозгу которого они предстали в виде великанов. Первая ветряная мельница появились на берегах Нила (около трех тысячелетий назад), именно в этих краях пшеница давала щедрый урожай. Первые конструкции были довольно примитивными. Чтобы смолоть ведро зерна, требовалось не менее пяти-шести часов работы. Ручные жернова при наличии одного физически сильного мужчины позволяют перемолоть ведро пшеницы часа за полтора.
Принципы размола зерна в муку
Процесс превращения зерна в муку на современных мельницах проходит в несколько этапов. Перед размолом зерно очищается на специальных установках. Сита позволяют разделить массу по размеру, а специальные триеры удаляют из нее примеси. Это довольно хитрая машина, она распознает конфигурацию отдельных зерен и отбрасывает в сторону все, что отличается по форме. Далее масса замачивается. Эта операция нужна, чтобы поверхностный слой (его называют отрубным) легче снимался. В отрубях остается шелуха и зародышевые зоны зерна. Теперь наступает самый ответственный момент - выполняется обрубка. Она позволяет ускорить процесс размола зерна на жерновах. Современные жернова во многом напоминают те, которые использовались еще в древности. Это два круга. Один из них неподвижный, а другой вращается относительно первого. В верхнем имеется питающее отверстие, сюда поступают зерна. Зерно движется от центра к периферии, соприкасаясь с поверхностью жерновов. Те давят с определенным усилием, сдирая тонкий слой, который и превращается в муку. По мере истирания от цельных зерен не остается ничего, кроме муки, которая ссыпается с поверхности неподвижного жернова. Финишная операция - это разделение муки на ситах. Через самые тонкие проходит мука высшего сорта, далее отделяются и другие сортовые фракции. На самом грубом сите остаются сравнительно крупные частицы - это любимая многими (но кто-то ее и не любит) манная крупа.
Как поймать ветер
Природа ветра - это движение потока воздушных масс. Где-то ветер ежедневно дует с большой скоростью, но есть места, где его подолгу не могут дождаться. Первыми его сумели поймать моряки, паруса легко уловили легкое дуновение и потянули суда в направлении потока. Несколько позже научились ставить и косые паруса, появилась возможность двигаться и под углами, лавируя, опытные моряки могут плыть и навстречу ветру. Для привода вращающихся жерновов потребовалось иначе расположить несколько парусов. Их пришили к радиальным направляющим, сидящим на валу. Потом преобразовали в лопасти. Теперь давление воздушного потока заставляет двигаться каждую лопасть, здесь поступательное движение воздуха преобразуется во вращательное движение вала. Ветряная мельница упрощенного привода имела жернова, которые вращались в горизонтальной оси. Много сложностей преодолели изобретатели древности, чтобы найти способы поджимать неподвижный жернов к вращающемуся. Среди рисунков египетских пирамид есть такие, которые показывают, как ветер на мельнице перемалывает зерно в муку.
Классическая ветряная мельница
Вопрос о том, как передать вращение от горизонтальной оси к вертикальной, долго не мог разрешиться. Многократно пытались изменить направление вращения валов. Но техническое решение так и не находилось. В манускриптах есть схемы устройств для преобразования направлений вращения. Наиболее распространенная конструкция приписывается Архимеду (ветряная мельница по Архимеду изображена на фресках, вывезенных римлянами из Сиракуз). Он придумал зубчатые колеса, изготовленные из бревен, закрепленных на ободьях колес. Гениальная идея была воплощена в десятках тысяч мельниц, разбросанных по миру. В них ветер заставляет вращаться горизонтальный вал, на конце которого установлено колесо. На его ободе имеются крепко зафиксированные зубья (круглые бруски), установленные с определенным шагом. Перпендикулярно горизонтальному валу установлен вертикальный. На нем тоже имеется колесо с аналогичными зубьями. Получился аналог шестеренного механизма, передающий крутящий момент под заданным углом (в данном случае 90°). Вертикальный вал вращает подвижный жернов, в него равномерно засыпается зерно, которое превращается в муку. В результате получилась мельница для муки.
Как устроена современная мельница
В современных конструкциях вместо сложного шестеренного механизма, изготовленного из дерева, используются иные устройства для передачи вращения. Сегодня только на побережье Пиренейского полуострова работают несколько десятков мельниц. В них использованы фрикционные вариаторы - редукторы, преобразующие направление вращения, а также обеспечивающие нужную скорость вращения рабочего вала. В Норвегии и Исландии применяется несколько иной привод, там работают конические шестерни, изготовленные из бронзы. На улице XXI век, но ветряная мельница все равно находит применение и в наше время.
Какие мельницы используются сегодня
Большие объемы промышленной переработки зерна невозможно осилить только с использованием ветра. Для привода вращения жерновов применяются синхронные электродвигатели с фазовым ротором. Они могут плавно изменять частоту вращения вала. Для зерна и муки характерно проявление термопластических свойств - расплавление при нагревании. В процессе помола муки температура поверхности жерновов повышается, поэтому скорость вращения ограничивается разумными пределами. Если не ограничить, то может произойти возгорание муки, а ее наличие в воздухе, соответственно, привести к взрыву. Современные жернова внутри себя имеют довольно сложную систему охлаждения. В зоне их работы установлены термодатчики, которые контролируют ход технологического процесса. Внедрение компьютеров в технологии не обошло и мельничное производство. На современных мельницах датчики контроля разных параметров установлены по всей технологической цепи: от приема зерна на склад до упаковки муки в тару и погрузки в транспортное средство, которое доставит ее на хлебопекарный завод или в магазин.
Мельница своими руками
Мини-мельницы применяются в фермерских хозяйствах для приготовления кормов с использованием муки крупного помола. Известно, что организм животных лучше усваивает не цельное зерно, а дробленное. Для этого применяют небольшие зернодробилки или машинки для грубого помола. Мельница своими руками создается в следующей последовательности. Нужно изготовить жернова. Для этого применяют два толстостенных диска, их рабочие поверхности насекаются бородком или зубилом. В результате получаются жернова. Затем в верхнем жернове просверливается отверстие. К нему приваривают конус из тонкостенной жести (питатель, подающий зерно в зону помола). Организуют привод вращающегося жернова, здесь проще всего использовать клиноременную передачу. Поэтому болтами к верхнему диску прикручивают шкив. На валу электродвигателя также устанавливают шкив. Теперь вращение вала двигателя будет передано к жернову мельницы. Остается только заключить всю конструкцию в корпус и начать производить муку.
Сегодня энергию ветра в российских деревнях практически не используют, а еще в пору моего детства в нашем селе сохранялись развалины 3 ветряных мельниц. Одна из них, как рассказывала мне бабушка, принадлежала моему прадеду. В 50-е годы прошлого века действующей была только одна ветряная мельница в нашей местности, располагавшаяся в соседней деревне Есипово. Вот работу ее я и видел. В помещении этой мельницы все было покрыто белой мучной пылью, одежда и борода мельника тоже были в этой пыли. Время от времени он выходил наружу, и если ветер менял направление, то поворачивал голову мельницы специальным правилом крыльями к ветру. Правило было сделано из двух довольно толстых слег (жердей), верхними концами прикрепленных к "голове" мельницы. В нижней части слеги были соединены между собой, и вся конструкция была фактически остроугольным треугольником с острым углом внизу.
Скрипели жернова, скрипела, поворачиваясь, главная центральная ось, которую вращал горизонтальный вал, идущий от крыльев. Все передаточные механизмы были сделаны из дерева, и от трения они были буквально отполированные. Но главное – всюду была мучная пыль.
Зерно и муку на есиповской мельнице взвешивали на весах в виде металлического коромысла, подвешенного к потолку. К коромыслу на цепях были подвешены 2 листа железа размером 1,5х1,5 м. На один лист клали мешки с зерном, а на другой гири. Гири были с ручками – двухпудовые, пудовые, полупудовые и совсем небольшие, весом в несколько фунтов. За помол зерна мельнику платили кто чем мог – деньгами, зерном, мукой, мясом, молоком, яйцами. Тогда на трудодни в колхозе поздней осенью колхозникам выдавали по 2–3 мешка зерна, которое и мололи для себя на этой мельнице. Когда мельника не стало, мельницу в Есипове тоже быстро разрушили, и молоть зерно приходилось на ручных жерновах дома. Ох и тяжелая это работа – крутить одной рукой тяжелый каменный жернов, а другой в дыру в его центре насыпать горстями зерно! Но зато потом, благодаря этим тренировкам, я побеждал всех студентов института в соревнованиях по армрестлингу.
Позднее – в начале 60-х – зерно колхозникам на трудодни выдавать перестали, заменили деньгами, правда, деньги эти были смехотворными, и на них эквивалентное количество хлеба в магазине купить было невозможно. Но моя бабушка была очень изобретательна: она с полей, где обмолачивали зерно, приносила домой несколько мешков мякины, провеивала ее на ветру, и при этом из 10 мешков мякины получался один мешок зерна. Вот такими были потери урожая на колхозных полях. Но собирать мякину было запрещено, хотя там она сгнивала, никому не нужная. Бабушка брала большую корзину, клала в нее мешок, шла будто бы в лес по грибы. Набирала в мешок мякины, а сверху прикрывала ее грибами или лекарственными травами. Как говорят в народе: "Голь на выдумки хитра".
При обмолоте хлебов современными комбайнами потери зерна еще большие, чем при обмолоте стационарными молотилками. Почему? Да потому, что обмолачиваются колоски, которые только что срезаны. А зерно в колосках вызревает не одновременно. В одних колосках оно уже созрело и при первом встряхивании вываливается и падает на землю, а в других – еще не созрело и при обмолоте уходит в мякину. В северной России, где осенью постоянно идут дожди, потери зерна при обмолоте комбайнами составляют до 30% урожая. В "примитивном" крестьянском хозяйстве потери зерна были не более 5%, столько зерна оставалось в мякине на гумне (на току). Но и это зерно использовали куры и гуси, которые осенью кормились на нагуменниках. Не случайно один из видов дикого гуся так и называется – гусь гуменник. При перелете на юг осенью эти гуси кормились на гумнах – местах обмолота хлебов.
Да, сегодня есть мельницы с электрическим приводом, а также электрические кофемолки, мясорубки и т. д. Но какова при этом эффективность использования энергии? А ведь при выработке электроэнергии наносится немалый вред окружающей среде, древние же ветряные мельницы не наносили вреда природе. Крылья вращались довольно медленно, они не могли убить даже мух и комаров. Никакого задымления и шумового загрязнения не происходило. От мучной пыли мельника спасала респираторная повязка.
В 1921 г. бывшие монашки закрытого Павло-Обнорского женского монастыря Анна Соловьева, Анфиса Патакова, Анна Езелева, Мария Метеничева и еще четыре женщины уведомили власти, что создают коммуну, и попросили землю, прилегающую к храму в селе Захарьево, а также попросили помещение бывшей церковной сторожки. Чиновники разрешили – ведь в Поволжье тогда пришел голод, люди мерли от голода, словно мухи, поэтому властями горячо одобрялись инициативы всех, кто желал кормить себя сам. Затем Анна Соловьева продала свою единственную дорогую вещь – пальто, и на эти деньги артель купила корову. Впрягшись в хомут вместо лошади, девушки распахали поле, высадили пшеницу и арендовали дом, где устроили пошивочную мастерскую.
А вскоре артель принялась расти за счет дочерей священников, бывших монашек и просто верующих. Через год она насчитывала уже 36 женщин. Одни успешно освоили плотницкие навыки, другие выучились на каменщиков, третьи закончили шестимесячные курсы сапожников. Днем работали – а вечерами, плотно закрыв дверь, устраивали общие молитвы и изучали духовную литературу. Ее, кстати, «тайные монашки» тиражировали сами, переписывая от руки священные тексты и снабжая их рисунками.
В 1923 г. артель зарегистрировали официально, избрали Анну Соловьеву председателем. Устав артели вызвал у советских служащих ироничную улыбку, – в нем отмечалось, что предприятие организовано, дабы «доказать мужчинам, что и без их содействия женщина может строить свою жизнь», устав запрещал сотрудницам встречаться с местными парнями. Не могли же коммунарки прямо признать, что живут по законам монастыря. У самой Н.К Крупской письмом попросили разрешения назвать хозяйство ее именем. Надежда Константиновна против ничего не имела – и даже похлопотала о получении коммуной льготного кредита в Госбанке.
На всесоюзном смотре колхозов-коммун в 1927 году «монашки» из с. Захарьево получили третью премию. После этого в коммуну зачастили делегации, жаждущих перенять передовой опыт. Особенно визитеров потрясала сапожная мастерская, где коммунарки-монашки делали не только рабочую обувь, но и, как отмечалось, «туфельки на французских каблучках», купить которые приходили модницы из соседнего большого села Кукобой. Многие также обращали внимание на восемь благоустроенных жилых домов и пасеку с 21 ульем. «Об этом еще нет песни простой и прекрасной, которая бы сама рвалась с языка и дарила безудержную радость. Но знаем мы – песня будет», – так писала об успехах «бабьей коммуны» 8 марта 1929 года Ярославская партийная газета «Северный рабочий». К тому времени в хозяйстве было уже 30 голов крупного рогатого скота, 25 овец, 8 лошадей, 150 бельгийских кроликов, валенокатальный, кожевенный, дектярный и кирпичный цеха, ветряная мельница, электрический генератор и купленный в кредит трактор. Коммуна тогда насчитывавала уже 104 человека.
Но в 1931 г. были арестованы 17 самых активных работниц коммуны имени Н.К. Крупской. Обвинительное заключение гласило: «Организация сельхозартели, и, впоследствии, сельхозкоммуны была проведена контрреволюционной группой в целях маскировки от общественности и имела конечной установкой подготовку открытия монастыря после падения Советской власти. Будучи уверены в неизбежности этого падения, руководители контрреволюционной группы, соответственно, вели подготовку, организуя монашеские кадры». Через год внесудебным решением комиссии ОГПУ женщины были приговорены к заключению на срок от 3 до 5 лет. Часть коммунарок сослали в Казахстан, а еще часть – в исправительно-трудовой лагерь Ивановского управления НКВД. Именно там оказалась и бывшая руководительница коммуны Анна Соловьева, ставшая, кстати, в лагере у заключенных бригадиром. Оставшиеся на свободе рядовые «коммунарки» продолжали обитать в Захарьино, они ютились в одном «общинном» доме, вели отдельное хозяйство и ждали освобождения «сестер», но власти запретили тем возвращаться в деревню. Марию Благовещенскую после отсидки в 1936-го вновь арестовали, привезли в Ярославль и через полгода расстреляли. Анна Васильевна Шакшина была отправлена в дальневосточный лагерь у бухты Нагаево (Магадан), где в 1939 г. скончалась от сепсиса.
После Великой Отечественной войны, когда гонения на церковь со стороны власти ослабли, в Захарьево стали постепенно съезжаться сестры, отбывшие свои срока и выжившие. О воссоздании «тайного монастыря», конечно, и речи быть не могло. Но верующим женщинам просто хотелось быть вместе. Совместными усилиями они нашли и бывшую председательшу коммуны Анну Александровну Соловьеву. Лагерь ее не сломал. Освободившись, Анна с отличием закончила учительский институт при Ленинградском университете и до пенсии работала педагогом. Ее, пенсионерку, привезли обратно в Захарьево, где основательница «тайного монастыря» и дожила свой век. Последнюю «монашку-коммунарку» похоронили в 2004 г. Кстати, даже на местном погосте могилки всех сестер находятся рядом. Мария Благовещенская и Анна Шашкина были канонизированы Архиерейским Собором Русской Православной Церкви как мученицы. Историю создания, существования подпольной православной общины – Коммуны им. Н.К. Крупской в селе Захарьево изучили ученики Первомайской (Кукобойской) средней школы под руководством учительницы Ирины Деруновой. Они собрали документы, повествующие об удивительной коммуне, работницы которой днем ударно трудились, а по вечерам истово молились. (Использована информация с сайта: http://yarportal.ru/topic56368.html).
Чаще всего у мельниц было по 4 крыла, но встречались мельницы и шестикрылые – такие, как на этом рисунке. Мощность такой мельницы, разумеется, была больше. Мощность мельницы также зависит от ширины крыльев и угла наклона их к плоскости вращения. При передаче вращения с горизонтального ротора на вертикальный вал угловая скорость вращения увеличивается примерно в 5–6 раз, При передаче вращения с вертикального вала на жернова скорость вращения еще раз увеличивается в 5–6 раз. Следовательно, угловая скорость жерновов в 25–30 раз больше, чем крыльев мельницы.
У этой мельницы есть механизм, благодаря которому она сама настраивается на направление ветра. Принцип работы этого механизма – это принцип флюгера. Как только ветер меняет направление, он дует на лопасти механизма и поворачивает их в соответствии с направлением ветра. Этот сдвиг передается рычагом на звездчатое колесо, которое поворачивает ось, на другом конце которой – звездчатое колесо меньшего размера, а меньшее звездчатое колесо поворачивает очень большое колесо, на котором закреплена верхняя часть мельницы вместе с крыльями и горизонтальным ротором. Для облегчения вращения верхней поворотной части мельницы верхняя и боковая части обруча, оси роликов смазывались. (http://brunja.livejournal.com/26061.html)
Прошло немало времени, пока человек научился получать муку из выращенного им зерна. Самыми первыми приспособлениями для измельчения зерна были каменная ступка и пестик. Позже зерно стали перетирать, благодаря такому методу мука была лучше. От движения терки вперед-назад перешли к вращению. Плоский камень, перетирая зерно, вращался по плоскому блюду из камня. Заставив один камень в процессе вращения скользить по другому, человек изобрел жернов. В середине верхнего камня имелось отверстие, куда подсыпалось зерно. Попадая между верхним и нижним камнем, зерно при вращении перетиралось в муку. Так была изобретена ручная мельница , широко распространенная в Риме и Древней Греции. Мельницы были разных размеров, большие мельницы вращались с помощью рабов или ослов.
Со временем возникла необходимость в изобретении такой машины, которая бы работала без использования силы животного или человека.
Такой машиной стала водяная мельница
, но ее изобретению и использованию предшествовало изобретение водяного двигателя. Уже в глубокой древности человек изобрел машину, с помощью которой он черпал воду из реки и поливал свои земли. Такая поливальная машина (чадуфон) состояла из ряда черпаков, закрепленных на ободе большого колеса, имевшего горизонтальную ось. При вращении колеса нижние черпаки опускались в реку и, наполненные водой, поднимались вверх, где опрокидывались в желоб в самой верхней точке колеса.
В местах, где вода течет быстро, стали устанавливать колеса со специальными лопатками, которые под напором воды начинали вращать , а то, в свою очередь, черпало воду уже без усилий человека. Изобретение простого и надежного водяного двигателя имело огромное значение для дальнейшего развития техники. Люди быстро поняли, что вращение водяного колеса можно использовать не только для черпания воды, но и для других целей, например, перемалывать зерна. В местах, где скорость течения невелика, реку стали запруживать, поднимая уровень воды и направляя струю по специальному желобу на лопатки колеса.
Теперь, когда был изобретен водяной двигатель, необходим был передаточный механизм, который бы не только передавал, но и преобразовывал вращательное движение.
И здесь была использована идея колеса. Если взять два колеса, плотно соприкасающихся ободьями, с параллельными осями вращения, и одно из них (ведущее) начать вращать, то из-за трения между ободьями начнет вращаться и второе колесо (ведомое). Расстояние, которое пройдет каждая из точек, лежащих на ободьях этих колес, будет одинаковым. Из двух связанных между собой колес большое колесо будет делать во столько раз меньше оборотов, во сколько его диаметр больше, чем диаметр меньшего колеса. Это означает, что при использовании системы из двух колес разного диаметра, мы не только передаем, но и преобразовываем движение. Использование гладких колес было неудобно, так как сцепление между ними было не очень жестким и колеса проскальзывали. Со временем гладкие колеса заменили на зубчатые. Изобретение водяного двигателя, создание передаточного механизма, преобразовывающее вращательное движение, способствовали появлению водяной мельницы.
Известный механик и архитектор Древнего Рима Витрувий первым детально описал устройство водяной мельницы, состоящей из трех основных составных частей: двигательного, передаточного и исполнительного механизмов. Водяная мельница была первой машиной, которая нашла широкое применение в производстве, стала первым шагом на пути к машинному производству.
Пейзаж с ветряными мельницами нам более знаком на полотнах европейских мастеров живописи восемнадцатого-девятнадцатого века.
Сейчас множество работающих ветряных мельниц можно увидеть только в Нидерландах. Правда, они там вовсе не муку мелют, хотя есть и такие. Они откачивают воду из одних каналов в другие. Как же была устроена ветряная мельница? Увидеть это можно разве что в Прибалтике и самих Нидерландах. Первое, что нужно сделать, чтобы она хорошо работала, - поймать ветер. Для этого ее крышу разворачивали в нужном направлении с помощью специального колеса и рычага. Колесо как раз и было связано с крышей. Когда крыша достигала требуемого положения, колесо стопорили специальной цепью. Затем отпускали специальный тормоз, и крылья мельницы начинали вращаться, сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Вал, на котором крепились крылья, через деревянные передавал вращение на главную вертикальную ось.
Применение.
Далее устройство ветряной мельницы могло быть разным. С ее помощью откачивали воду, отжимали масло из семян, даже изготавливали с ее помощью бумагу и пилили лес, ну и, конечно, мололи муку. Мельница для муки делала свою работу с помощью все тех же каменных жерновов. С появлением парового и других видов двигателей она, можно сказать, утратила свое значение для промышленности. Но в наше время, когда люди учатся беречь энергию и природу, ветряная мельница возродилась в другом качестве, как дешевый и экологичный источник электроэнергии. Сотни ветряков, ее правнуков, работают в Голландии, Нидерландах и Германии. В США, Канаде и Австралии отдаленные фермерские хозяйства с успехом используют ветровые генераторы для производства электричества для нужд дома и хозяйства.
Декоративный элемент. Его строительство.
Сегодня ветряная мельница получила популярность в качестве декоративного элемента приусадебного хозяйства. Сделать ее несложно. Такая мельница, своими руками собранная возле загородного дома или дачи, украсит любой уголок сада. Начинается работа с изготовления фундамента. Роется яма на глубину 70 см, и закладывается кирпичный фундамент. Из 50х50 сваривается каркас по размерам 80х120х270. Каркас обшивается брусом 40х40. Можно конструкцию сверху обшить вагонкой. Каркас устанавливается на фундамент. Древесину сверху покрывают защитной пропиткой в несколько слоев. Изнутри корпус утепляется пенопластом и фанерой. Далее выполняется крыша. На стропила крыши стелется сплошная обрешетка, которая затем укрывается рубероидом в два слоя. На рубероид укладывается кровельный материал. Затем собирается механизм. Подбирается и устанавливается ось и два подшипника. Собираются лопасти из деревянных планок с сечением 20х40мм, которые скрепляются с помощью саморезов. Лопасти устанавливаются на ось. Верхняя часть фундамента также обшивается брусом. Внутреннее помещение можно использовать для хранения, например,