Египетские пирамиды, храм фараона Хафра, Колоссы Мемнона, храм Юпитера в Баальбеке, мегалитические постройки майя и многие другие невероятные сооружения древности наглядно свидетельствуют, что для наших далеких предков, считавших Землю плоской, горизонтальное и вертикальное перемещение колоссальных грузов было обычным делом.
Вира помалу: Стройка
Пентаспастос Римский пентаспастос представлял собой А-образную деревянную раму, которая удерживалась в наклонном состоянии над грузом с помощью канатов. Грузовой канат наматывался на горизонтальный вал, приводимый двумя вертикальными воротами. Канат проходил через таль с пятью блоками.

В средневековой Европе без всякого электричества и паровых механизмов было построено более 80 кафедральных соборов и 500 больших церквей высотой до 160 м, а к концу XIX века крановая механика достигла такой степени совершенства, что позволяла управляться с 15-тонными товарными платформами одной рукой. В принципе, мускульные подъемные машины прошлого уступали современным электрическим и дизельным кранам только в одном — в скорости подъема. Зато значительно выигрывали в простоте.

По данным археологов, первые подъемные краны появились в VI—V вв.еках до н.э. в Греции, а первые блоки — ключевые элементы всех подъемных механизмов — там же, но на целых 300 лет раньше. Одинарный блок не давал выигрыша в силе, но был гораздо эргономичнее «пустой» веревки: тянуть конец вниз, используя массу тела, гораздо удобнее.

К IV веку до н.э. технология достаточно заматерела, и римляне, экспортировавшие ее из Греции, догадались соединять в одном механизме по нескольку блоков. Триспастосы, наклонные А-образные деревянные краны стройными блоками, увеличивали приложенное усилие втрое, а пентоспастосы с пятиблочной талью — в пять раз. Длина веревки при этом также увеличивалась втрое или впятеро, зато усилие, направленное на ее разрыв, снижалось, соответственно, в три или в пять раз. Наклон опорной рамы позволял совершать небольшие горизонтальные перемещения груза.

Теоретически количество блоков в тали могло быть любым, но на практике с увеличением площади контакта веревки и блоков трение в системе с примитивной смазкой росло в геометрической прогрессии и сводило выигрыш в силе к нулю или даже минусу. Таль, состоящая из шести блоков, по логике, должна была увеличивать приложенное усилие шестикратно, но в реальности значительно проигрывала пентоспастосу из-за трения. В «стандартном» же пентоспастосе трение съедало порядка 20% выигрыша в силе. Масштабное строительство библейского периода требовало повышения грузоподъемности, и римляне придумали оригинальную обходную технологию: мощные краны оснащались несколькими трех- или пятиблочными талями, каждую из которых обслуживала отдельная бригада «бурлаков».

Примерно в то же время инженеры Рима совершили великую технологическую революцию, придумав горизонтальный ворот и вертикальный кабестан.

Эти устройства еще больше увеличивали мощность подъемных механизмов за счет регулирования отношения длины рычага к радиусу вращающегося барабана. К примеру, использование ворота с трехметровыми рычагами-вымбовками и барабаном диаметром 1 м давало крану дополнительный шестикратный выигрыш в силе (и такой же проигрыш в длине веревки, а значит, и в скорости подъема). Четверо рабов, запряженных в триспастос, могли манипулировать шеститонной поклажей, прилагая на рычаги усилие по 50 кгс и наматывая на ось по 30 м веревки на метр подъема. Да, медленно. Но высокие трудозатраты в ту эпоху были обычным делом. Процветающий Рим не испытывал недостатка в рабочей силе и компенсировал медленные грузоподъемные операции ненормируемым рабочим днем.

Военные кампании в Средиземноморье приносили цезарям огромное количество рабов и трофеев. В их числе были 500-тонные египетские стелы. Погрузка гигантских монолитов на галеры и последующая установка на новом месте осуществлялась при помощи нескольких громоздких пентоспастосов. Это было весьма неудобно, и примерно в 230 году до н.э. ворот эволюционировал в большое шаговое колесо, ставшее базовым элементом всей мускульной подъемной техники вплоть до середины XIX века.

Белка в колесе

Шаговое колесо резко подняло производительность подъемных машин. Если усилие на вымбовке ворота или кабестана зависело от физических данных работников, то в случае с колесом, внутри которого могли перемещаться до десятка человек, имел значение лишь их вес. Деревянные шаговые колеса, упрочненные медными или железными полосами, имели внутренний диаметр от 4 до 6 м и мультиплицировали усилие до 14 раз. Краны с ножным приводом вошли в историю техники как «римские». Грузоподъемность обычного пентоспастоса с одноместным колесом диаметром 4,5 м и осевым барабаном диаметром 0,3 м составляла от 3,5 до 5 т. Модификации с двумя соосными двухместными колесами справлялись с грузами весом от 14 до 20 т. Даже с учетом потерь на трение такие машины не уступали современным башенным кранам, да и скорость подъема у них была вполне сносной — шесть и более метров в минуту.

Закат Рима привел к глубокому упадку Европы, и в течение восьми веков подъемная техника не только не прогрессировала, но даже не использовалась. Только в XII веке в летописях появляются первые упоминания о применении талей, а первые римские краны стали возвращаться в обиход лишь в XIII и XIV веках.

При строительстве соборов использовались компактные одноместные римские краны, которые устанавливались внутри здания на временных деревянных перекрытиях. Когда каменщики заканчивали очередной пояс кладки, перекрытия ставили выше, а кран разбирали и затаскивали наверх. Обычно на одном объекте работали сразу несколько таких машин. По окончании работ их оставляли на антресолях для текущего ремонта и росписи купола. Во многих средневековых соборах римские краны сохранились до наших дней, а в Кентерберийском соборе 40 лет назад оригинальный 500-летний механизм с двухместным колесом диаметром 4,6 м использовался во время реставрации.

С конца XV века римские краны стали оснащать механизмами поворота, заимствованными у ветряных мельниц, и постепенно заменять дерево железом. В гаванях двухколесные краны, приводимые в движение четырьмя-шестью работниками, ставили на мощных портальных столбах, служивших фундаментом и осью вращения конструкции. Реже строились башенные версии с подвижной стрелой и массивным каменным основанием.

В 1666 году французский механик Клод Перро изобрел механизм перемещения тали по стреле: железные салазки с вращающимся шпинделем и двумя закрепленными на нем канатами. Перемещение салазок производилось ручным кабестаном.

А вот стопорные устройства, предотвращающие падение грузов, начали применять лишь в XVIII веке, хотя увечья крановых работников были обычным делом. Тем более что большинство из них были слепцами — зрячие люди часто теряли в колесе ориентацию и даже падали в обморок. Вращение римских колес стало для слепых чем-то вроде цехового ремесла. Всего же в портах средневековой Европы было построено около сотни больших поворотных колесных кранов мощностью от 12 до 25 т, дюжина из которых сохранилась до наших дней.

Совершенство мускулов

В XIX веке облик грузоподъемных машин изменился радикально. Во‑первых, на смену дереву пришли металлы. В 1834 году была построена первая машина из чугуна с шестеренчатым редуктором, а чуть позднее появились мобильные краны на стальных колесах. В том же году был изобретен стальной трос, превосходивший по прочности канаты из натуральных волокон и цепи. И наконец, в 1851 году на краны начали устанавливать паровые машины, которые резко увеличили их грузоподъемность и скорость подъема.

Впрочем, быстрое распространение получили только тросы. Древесина в сочетании со сталью и чугуном, а также мускульный привод в подъемных механизмах использовались вплоть до начала XX века. К примеру, в изданном в 1904 году в Британии руководстве по эксплуатации кранов более половины страниц посвящено мускульной технике, а другая половина описывает паровые, гидравлические и электрические машины.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2012).