Вира помалу: Стройка

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.

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.

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.