Сайт о женском здоровье
Весьма советуем с ним познакомиться. Там Вы найдете много новых друзей. Кроме того, это наиболее быстрый и действенный способ связаться с администраторами проекта. Продолжает работать раздел Обновления антивирусов - всегда актуальные бесплатные обновления для Dr Web и NOD. Не успели что-то прочитать? Полное содержание бегущей строки можно найти по этой ссылке .
Ликбез: Как устроена мельница
Вы никогда не думали как из зерна получается мука? Мне вот всегда было интересно как работали древние мельницы. В Суздале нам подробно все разъяснили.
Понятно, что ветер вращает эти лопасти. Каркас у них деревянный, а обтянуты они были материей, парусиной.
А знаете для чего вот эти палки сзаду мельницы? Думаете, чтобы она не попадала? ;)
А вот и фигушки. С их помощью всю мельницу ПОВОРАЧИВАЛИ, чтобы ловчей поймать ветер, ну не прикол? :-))
Механику работы мельницы нам объяснили на вот этой модели, которая находилась внутри мельницы настоящей и, в отличие от последней, была в рабочем состоянии;-))
Ну, в общем ветер вращает лопасти, лопасти вращают вот это горизонтальное полено:
Горизонтальное полено, с помощью древних шестерёнок вращает уже полено вертикальное:
Вертикальное полено, в свою очередь, с помощью таких же шестеренок вращает эдакие каменные блины – жернова, вон там внизу, видите?:
А сверху в дырки жерновов сыпалось зерно из вот этих ящичков, похожих на перевёрнутые пирамидки. Готовая мука через дырки в деревяхе передней стенки валилась в специальный ящик, обзываемый «сусеком».
Помните сказку про колобка? ;) «Бабка по амбару помела, по сусекам поскребла…» Я в детстве все время недоумевала, что за сусеки такие в которых можно муки намести на целый колобок? В нашей-то квартире мука по ящикам просто так не валялась. ;-)) Ну и вот, не прошло и сорока лет, как загадка была разгадана! 8-)))
Мельница - ветряная и водяная
Самые древние приспособления для перемалывания зерна в муку и обдирания его в крупу сохранялись как семейные мельницы до начала ХХ в. и представляли собой ручные жернова из двух круглых в сечении камней из твердого кварцевого песчаника диаметром 40-60 см. Древнейшим типом мельниц считаются сооружения, где жернова вращались с помощью домашних животных. Последняя мельница такого типа прекратила свое существование в России в середине ХIХ в.
Энергию падающей на колесо с лопастями воды россияне научились использовать в начале второго тысячелетия. Водяные мельницы всегда были окружены ореолом таинственности, овеяны поэтическими легендами, сказаниями и суевериями. Мельницы-колесухи с омутом и водоворотом сами по себе небезопасные конструкции, что отражено в русской пословице: «Со всякой новой мельницы водяной подать возьмет».
Письменные и графические источники свидетельствуют о широком распространении в средней полосе и на Севере ветряных мельниц. Нередко крупные села были окружены кольцом в 20-30 мельниц, стоявших на высоких, открытых ветрам местах. Ветряные мельницы за сутки размалывали на жерновах от 100 до 400 пудов зерна. В них имелись также ступы (крупорушки) для получения крупы. Для того чтобы мельницы работали, их крылья надо было поворачивать под менявший направление ветер - это обусловило сочетание в каждой мельнице неподвижной и подвижной частей.
Русскими плотниками создано много разнообразных и остроумных вариантов мельниц. Уже в наше время зафиксировано более двадцати разновидностей их конструктивных решений.
Из них можно выделить два принципиальных типа мельниц: «столбовки»
Мельницы столбовки:
а - на столбах; б - на клети; в - на раме.
и «шатровки ».
Первые были распространены на Севере, вторые - в средней полосе и Поволжье. Оба названия отражают также принцип их устройства.
В первом типе мельничный амбар вращался на врытом в землю столбе. Опорой служили либо дополнительные столбы, либо пирамидальная бревенчатая клеть, рубленная «в реж», либо рама.
Принцип мельниц-шатровок был иной
Мельницы шатровки:
а - на усечённом восьмирике; б - на прямом восьмерике; в - восьмерик на амбаре.
- нижняя их часть в виде усеченного восьмигранного сруба была неподвижной, а меньшая по размеру верхняя часть вращалась под ветер. И этот тип в разных районах имел немало вариантов, в том числе мельницы-башни - четвериковые, шестериковые и восьмериковые.
Все типы и варианты мельниц поражают точным конструктивным расчетом и логикой врубок, выдерживавших ветры большой силы. Народные зодчие уделяли также внимание внешнему облику этих единственных вертикальных хозяйственных сооружений, силуэт которых играл немалую роль в ансамбле селений. Это выражалось и в совершенстве пропорций, и в изяществе плотницких работ, и в резьбе на столбах и балконах.
Водяные мельницы
Схема ветряной мельницы
Мельница на ослиной тяге
Мельничный постав
Самая существенная часть мукомольной мельницы -мельничный постав или снасть - состоит из двух жерновов: верхнего, или бегуна, А и - нижнего, или нижняка, В .
Жернова представляют каменные круги значительной толщины, имеющие в средине сквозное отверстие, называемое очком, а на мелющей поверхности т. н. насечку (см. ниже). Нижний жернов лежит неподвижно; его очко плотно закрыто деревянною втулкою, кружловиною g , сквозь отверстие в центре которой проходитъ веретено С ; на вершине последнего насажен бегун посредством железного стержня CC , укрепленного концами в горизонтальном положении в очке бегуна и называемаго параплицею, или порхлицею.
В средине параплицы (и, следовательно, в центре жернова) с нижней ее стороны проделано пирамидальное или коническое углубление, в которое и входитъ соответственно заостренный верхний конец веретена С .
При таком соединении бегуна с веретеном, первый вращается при вращении последнего и, в случае надобности, легко снимается с веретена. Нижний конец веретена вставлен шипом в подшипник, укрепленный на балке D . Последнюю можно поднимать и опускать и таким образом увеличивать и уменьшать раcстояние между жерновами. Веретено С вращается помощью т. н. цевочной шестерни Е ; это - два диска, надетые на веретено в небольшом расстоянии друг от друга и скрепленные между собою, по окружности, вертикальными палочками.
Цевочная шестерня вращается помощью лобового колеса F , имеющего на правой стороне своего обода зубья, захватывающие за палочки цевочной шестерни и таким образом вращающие ее вместе с веретеном.
На ось Z надето крыло, которое и приводится в движение ветром; или, в водяной мельнице, - водяное колесо, приводимое в движение водою. Зерно вводится через ковш а и очко бегуна в промежуток между жерновами. Ковш состоит из воронки а и корытца b , подвешенного под очком бегуна.
Размол зерна происходит в промежутке между верхнею поверхностью нижняка и нижнею бегуна. Оба жернова одеты кожухомъ N , который препятствует разбрасыванию зерен. По мере размола, зерна подвигаются действием центробежной силы и напором вновь прибывающихъ зерен) от центра нижняка к окружности, падают с нижняка и идут по наклонному желобу, в пеклевальный рукав R - для просеивания. Рукав Е сделан из шерстяной или шелковой ситяной ткани и помещен в закрытом ящике Q , из которого выставляется его нижележащий конец.
Сначала просеивается тонкая мука и падает в задней части ящика; более грубая высевается в конце рукава; отруби задерживаются на ситке S , а самая грубая мука собирается в ящик T .
Жернова
Поверхность жёрнова разделена глубокими желобами, называемыми бороздами , на отдельные плоские участки, называемые мелющими поверхностями . От борозд, расширяясь, отходят более мелкие желобки, называемые оперением . Борозды и плоские поверхности распределяются в виде повторяющегося рисунка, называемого гармошкой .
У типичного мукомольного жёрнова имеется шесть, восемь или десять таких гармошек. Система желобов и желобков, во-первых, образует режущую кромку, а во-вторых, обеспечивает постепенное ссыпание готовой муки из-под жерновов. При постоянном использовании жернова? требуют своевременного подтачивания , то есть подравнивание краев всех желобов для поддерживания остроты режущей кромки.
Жернова используются парно. Нижний жёрнов устанавливается стационарно. Верхний жёрнов, он же бегун, - подвижный, и именно он производит непосредственное перемалывание. Подвижный жернов приводится в движение крестообразным металлическим «штифтом», установленным на головке главного стержня или ведущего вала, вращающегося под действием основного механизма мельницы (использующего энергию ветра или воды). Рельефный рисунок повторяется на каждом из двух жерновов, таким образом обеспечивая эффект «ножниц» при размалывании зерен.
Жернова должны быть одинаково сбалансированными. Правильное взаимное расположение камней критически важно для обеспечения помола муки высокого качества.
Лучшим материалом для жерновов служит особенная каменная порода - вязкий, твердый и неспособный полироваться песчаник, называемый жерновым камнем. Так как каменные породы, в которых все эти свойства развиты достаточно и при том равномерно, встречаются редко, то хорошие жернова весьма дороги.
На трущихся поверхностяхъ жернов делают насечку, т. е. пробивают ряд углубленных бороздок, и промежутки между этими бороздками приводят в грубо-шероховатое состояние. Зерно попадает во время размола между бороздками верхнего и нижнего жернов и разрывается и разрезывается острыми режущими краями бороздок насечки на более или менее крупные частицы, которые размалываются окончательно по выходе из бороздок.
Бороздки насечки служат также какъ бы путями, по которым размалываемое зерно подвигается от очка к окружности и сходить с жернова. Так как жернова, даже из лучшего материала, стираются, то насечка должна быть возобновляема время от времени.
Описание конструкций и принципа действия мельниц
Столбовками мельницы названы за то, что их амбар покоится на столбе, вкопанном в землю и обложенном снаружи срубом-ряжем. В нем заделаны балки, удерживающие столб от смещения по вертикали. Конечно, амбар покоится не только на столбе, но на срубе-ряже (от слова режь, бревна, врубленные не плотно, а с прозорами). Поверх такого ряжа делается ровное круглое кольцо из пластин или досок. На него и опирается нижняя рама собственно мельницы.
Ряжи у столбовок могут быть разной формы и высоты, но не выше 4 метров. Они с земли могут подниматься сразу в виде четырехгранной пирамиды или сначала вертикально, а с какой-то высоты переходить в усеченную пирамиду. Встречались, правда очень редко, мельницы на невысокой раме.
Основание шатровок тоже может быть по форме и конструкциям различным. Например, пирамида может начаться с уровня земли, а конструкция быть не срубной, а каркасной. Пирамида может опираться на срубный четверик, а к нему могут быть пристроены подсобные помещения, тамбур, помещение для мельника и т.д.
Главное в мельницах их механизмы.
В шатровках внутреннее пространство разделено перекрытиями на несколько ярусов. Сообщение с ними идет по крутым лестницам чердачного типа через люки, оставленные в перекрытиях. Части механизма могут располагаться на всех ярусах. А их может быть от четырех до пяти. Стержнем шатровки служит могучий вертикальный вал, пронизывающий мельницу насквозь до "шапки". Он опирается через металлический подпятник, закрепленный в балке, которая лежит на брусчатой раме. Балка с помощью клиньев может перемещаться в разные стороны. Это позволяет придать валу строго вертикальное положение. Тоже самое можно проделать и при помощи верхнего бруса, где штырь вала заделан в металлическую петлю.
В нижнем ярусе на вал надета большая шестерня с кулачками-зубьями, закрепленными по наружному контуру круглой основы шестерни. При работе движение большой шестерни, умноженное в несколько раз, передается на малую шестерню или цевку другого вертикального, уже металлического обычно вала. Этот вал прошивает неподвижный нижний жернов и упирается в металлическую планку, на которой через вал подвешен верхний подвижный (вращающийся) жернов. Оба жернова одеты деревянным кожухом с боков и сверху. Жернова устанавливаются на втором ярусе мельницы. Балка в первом ярусе, на которую опирается малый вертикальный вал с малой шестерней, подвешена на металлическом нарезном штыре и с помощью нарезной же шайбы с рукоятками может быть слегка поднята или опущена. С нею поднимается или опускается верхний жернов. Так регулируется тонкость помола зерна.
От кожуха жерновов вниз наклонно пропущен глухой дощатый желоб с доской задвижкой на конце и двумя металлическими крючками, на которые подвешивается мешок, наполняемый мукой.
Рядом с блоком жерновов устанавливается кран-укосина с металлическими дугами-захватами. С его помощью жернова могут сниматься со своих мест для отковки.
Над кожухом жерновов с третьего яруса спускается жестко закрепленный к перекрытию подающий зерно бункер. Он имеет задвижку, с помощью которой можно перекрыть подачу зерна. Он имеет форму опрокинутой усеченной пирамиды. Снизу к нему подвешен качающийся лоток. Он для пружинистости имеет можжевеловую планку и штырь, опущенный в отверстие верхнего жернова. В отверстии эксцентрично устанавливается металлическое кольцо. Кольцо может быть и с двумя-тремя косыми перьями. Тогда устанавливается симметрично. Штырь с кольцом называются обечайкой. Пробегая по внутренней поверхности кольца, штырь все время меняет положение и раскачивает косо подвешенный лоток. Это движение ссыпает зерно в зевло жернова. Оттуда оно попадает в зазор между камнями, размалывается в муку, та поступает в кожух, из него в закрытый лоток и мешок.
Зерно засыпается в бункер, врезанный в пол третьего яруса. Мешки с зерном подаются сюда с помощью во"рота и веревки с крюком. Ворот может подключаться и отключаться от шкива, насаженного на вертикальный вал. Делается это снизу с помощью веревки и рычага. В досках перекрытия прорезан люк, перекрытый наклонно поставленными двухпольными створками. Мешки, проходя через люк, открывают створки, которые потом произвольно захлопываются. Мельник отключает ворот, и мешок оказывается на крышках люка. Операция повторяется.
В последнем ярусе, находящемся в "шапке", на вертикальном валу установлена и закреплена другая, малая шестерня со скошенными кулачками-зубьями. Она заставляет вращаться вертикальный вал и запускает весь механизм. Но ее заставляет работать большая шестерня на "горизонтальном" валу. Слово в кавычки заключено потому, что фактически вал лежит с некоторым уклоном внутреннего конца вниз. Штырем этого конца он заключен в металлическом башмаке деревянной рамы, основы шапки. Приподнятый конец вала, выходящий наружу, спокойно лежит на камне-"подшипнике", слегка скругленном сверху. На валу в этом месте врезаны металлические пластины, предохраняющие вал от быстрого стирания.
В наружную головку вала врезаются два взаимно перпендикулярных бруса-кронштейна, к которым крепятся хомутами и болтами другие балки - основа решетчатых крыльев. Крылья могут принимать ветер и вращать вал лишь тогда, когда на них будет расправлена парусина, обычно свернутая в жгуты в покойное, не рабочее время. Поверхность крыльев будет зависеть от силы и скорости ветра.
Шестерня "горизонтального" вала снабжена зубьями, врезанными в боковую сторону круга. Сверху ее обнимает тормозная деревянная колодка, которая с помощью рычага может быть освобождена или сильно затянута. Резкое торможение при сильном и порывистом ветре вызовет высокую температуру при трении дерева о дерево, и даже тление. Этого лучше избегать.
До работы крылья мельницы следует повернуть навстречу ветру. Для этого имеется рычаг с подкосами - "водило".
Вокруг мельницы вкапывали небольшие столбики количеством не менее 8 штук. К ним "водило" и крепилось цепью или толстой веревкой. Силою 4-5 человек, даже если верхнее кольцо шатра и части рамы хорошо смазаны солидолом или чем-то подобным (ранее смазывали свиным салом), провернуть "шапку" мельницы очень трудно, почти невозможно. "Лошадиная сила" тут тоже не годится. Поэтому пользовались небольшим переносным воротом, который попеременно одевали на столбики его трапециевидной рамой, служившей основанием всей конструкции.
Блок жерновов с кожухом со всеми частями и деталями, расположенными выше и ниже его, назывался одним словом - постав. Обычно небольшой и средней величины ветряки делались "об одном поставе". Большие ветряки могли строиться с двумя поставами. Были ветряные мельницы и с "толчеями", на которых отжималось льняное или конопляное семя для получения соответственного масла. Отходы - жмых, - тоже использовали в домашнем хозяйстве. "Пильные" ветряки как будто не встречались.
Жернова - это одно из самых древних изобретений человечества. Вполне возможно, что оно появилось даже раньше, чем колесо. Как выглядят жернова? Какие функции они выполняют? И каков принцип работы этого старинного механизма? Давайте разбираться!
Жернова - это что такое?
Как утверждают ученые, это нехитрое приспособление наши предки начали использовать в каменном веке (10-3 тысячелетие до нашей эры). Что же представляют собой жернова? Это примитивное механическое устройство, состоящее из двух округлых блоков. Его основная функция - перемалывание зерна и прочих растительных продуктов.
Слово произошло от старославянского «жърнъве». Это можно перевести как «тяжелый». Агрегат и вправду мог иметь достаточно солидный вес. Жернова упоминаются в «Повести временных лет». В частности, в летописях можно встретить следующую фразу:
«Крупяще жито и своима руками измълъ».
Слово нередко употребляется и в переносном значении. Достаточно вспомнить такие словосочетания, как «жернова войны» или «жернова истории». В данном контексте - это жестокие и фатальные события, в которых может оказаться человек или целый народ.
Изображение жерновов можно встретить в геральдике. Например, на гербе небольшого городка Хьойор (Höör), что на юге Швеции.
Немного истории
В древности люди перемалывали в жерновах зерна, орехи, побеги, корневища, а также перетирали железо и красители. Когда-то их можно было увидеть практически в каждом сельском доме. Со временем мукомольные технологии совершенствовались, появились водяные, а еще позже - ветряные мельницы. Сложную и изнурительную работу переложили на плечи сил природы - ветра и воды. Хотя в основе работы любой мельницы оставался все тот же жерновой принцип.
Раньше в деревнях существовала особая каста ремесленников, которые занимались изготовлением жерновых камней, а также ремонтом отдельных деталей. Во время постоянной работы жернова стирались, их поверхности становились гладкими и неэффективными. Поэтому периодически их необходимо было точить.
Сегодня жернова - это уже история. Разумеется, мало кто сегодня использует эти громоздкие агрегаты в быту. Поэтому они пылятся в музеях и на разнообразных выставках, где на них могут поглазеть любопытные туристы и любители старины.
Конструкция и принцип работы жерновов
Конструкция этого механизма предельно проста. Он состоит из двух круглых блоков одинакового размера, положенных друг на друга. При этом нижний круг обездвижен, а верхний - вращается. Поверхности обоих блоков покрыты рельефным рисунком, благодаря чему осуществляется процесс помола зерна.
Каменные жернова приводятся в движение при помощи специального штифта крестовидной формы, установленного на вертикальном деревянном стержне. Очень важно, чтобы оба блока были правильно выставлены и отрегулированы. Плохо сбалансированные жернова будут давать низкое качество помола.
Чаще всего жернова изготовлялись из известняка или мелкозернистого песчаника (или же из того, что было «под рукой»). Главное, чтобы материал был достаточно твердым и прочным.
Первыми инструментами для измельчения зерна в муку были каменная ступка и пестик. Некоторым шагом вперед по сравнению с ними явился метод перетирания зерна вместо толчения. Люди очень скоро убедились, что при перетирании мука получается гораздо лучше.
Каменные ступки и пестики
Однако это также была крайне утомительная работа. Большим усовершенствованием стал переход от движения терки вперед и назад к вращению. Пестик сменился плоским камнем, который двигался по плоскому каменному блюду. От камня, который перетирает зерно, было уже легко перейти к жернову, то есть заставить один камень скользить при вращении по другому. Зерно понемногу подсыпалось в отверстие в середине верхнего камня жернова, попадало в пространство между верхним и нижним камнем и растиралось в муку.
Ручная мельница
Эта ручная мельница получила самое широкое распространение в Древней Греции и Риме. Конструкция ее очень проста. Основанием мельницы служил камень, выпуклый посередине. На его вершине располагался железный штифт. Второй, вращающийся камень имел два колоколообразных углубления, соединенных между собой отверстием. Внешне он напоминал песочные часы и был внутри пустой. Этот камень насаживали на основание. В отверстие вставлялась железная полоса. При вращении мельницы зерно, попадая между камнями, перетиралось. Мука собирались у основания нижнего камня. Подобные мельницы были самых разных размеров: от маленьких, вроде современных кофемолок, до больших, которые приводили во вращение два раба или осел.
С изобретением ручной мельницы процесс размалывания зерна облегчился, но по-прежнему оставался трудоемким и тяжелым делом. Не случайно, именно в мукомольном деле возникла первая в истории машина, работавшая без использования мускульной силы человека или животного. Речь идет о водяной мельнице. Но сначала древние мастера должны были изобрести водяной двигатель.
Древние водяные машины-двигатели развились, по-видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду для орошения берегов. Чадуфон представлял собой ряд черпаков, которые насаживались на обод большого колеса с горизонтальной осью. При повороте колеса нижние черпаки погружались в воду реки, затем поднимались к верхней точке колеса и опрокидывались в желоб. Сначала такие колеса вращались вручную, но там, где воды мало, а бежит она по крутому руслу быстро, колесо стали снабжать специальными лопатками. Под напором течения колесо вращалось и само черпало воду. Получился простейший насос-автомат, не требующий для своей работы присутствия человека.
Реконструкция водяной мельницы (I в.)
Изобретение водяного колеса имело огромное значение для истории техники. Впервые человек получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой в своем изготовлении двигатель. Вскоре стало очевидным, что движение, создаваемое водяным колесом, можно использовать не только для качания воды, но и для других надобностей, например, для перемалывания зерна. В равнинных местностях скорость течения рек мала для того, чтобы вращать колесо силой удара струи. Для создания нужного напора стали запруживать реку, искусственно поднимать уровень воды и направлять струю по желобу на лопатки колеса.
Водяная мельница
Однако изобретение двигателя сразу породило другую задачу: каким образом передать движение от водяного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную для человека работу? Для этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение. Разрешая эту проблему, древние механики опять обратились к идее колеса. Простейшая колесная передача работает следующим образом. Представим себе два колеса с параллельными осями вращения, которые плотно соприкасаются своими ободьями. Если теперь одно из колес начинает вращаться (его называют ведущим), то благодаря трению между ободьями начнет вращаться и другое (ведомое). Причем пути, проходимые точками, лежащими на их ободьях, равны. Это справедливо при всех диаметрах колес.
Стало быть, большее колесо будет делать по сравнению со связанным с ним меньшим во столько же раз меньше оборотов, во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. Если мы разделим диаметр одного колеса на диаметр другого, то получим число, которое называется передаточным отношением данной колесной передачи. Представим себе передачу из двух колес, в которой диаметр одного колеса в два раза больше, чем диаметр второго. Если ведомым будет большее колесо, мы можем с помощью этой передачи в два раза увеличить скорость движения, но при этом в два раза уменьшится крутящий момент.
Такое сочетание колес будет удобно в том случае, когда важно получить на выходе большую скорость, чем на входе. Если, напротив, ведомым будет меньшее колесо, мы потеряем на выходе в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится в два раза. Эта передача удобна там, где требуется "усилить движение" (например, при подъеме тяжестей). Таким образом, применяя систему из двух колес разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. В реальной практике передаточные колеса с гладким ободом почти не используются, так как сцепления между ними недостаточно жесткие, и колеса проскальзывают. Этот недостаток можно устранить, если вместо гладких колес использовать зубчатые.
Первые колесные зубчатые передачи появились около двух тысяч лет назад, однако широкое распространение они получили значительно позже. Дело в том, что нарезка зубьев требует большой точности. Для того чтобы при равномерном вращении одного колеса второе вращалось тоже равномерно, без рывков и остановок, зубцам необходимо придавать особое очертание, при котором взаимное движение колес совершалось бы так, как будто они перемещаются друг по другу без скольжения, тогда зубцы одного колеса будут попадать во впадины другого. Если зазор между зубьями колес будет слишком велик, они станут ударяться друг о друга и быстро обломаются. Если же зазор слишком мал - зубья врезаются друг в друга и крошатся.
Расчет и изготовление зубчатых передач представляли собой сложную задачу для древних механиков, но уже они оценили их удобство. Ведь различные комбинации зубчатых колес, а также их соединение с некоторыми другими передачами давали огромные возможности для преобразования движения.
Червячная передача
Например, после соединения зубчатого колеса с винтом, получалась червячная передача, передающая вращение из одной плоскости в другую. Применяя конические колеса, можно передать вращение под любым углом к плоскости ведущего колеса. Соединив колесо с зубчатой линейкой, можно преобразовать вращательное движение в поступательное, и наоборот, а присоединив к колесу шатун, получают возвратно-поступательное движение. Для расчета зубчатых передач обычно берут отношение не диаметров колес, а отношение числа зубьев ведущего и ведомого колес. Часто в передаче используется несколько колес. В таком случае передаточное отношение всей передачи будет равно произведению передаточных отношений отдельных пар.
Реконструкция водяной мельницы Витрувия
Когда все затруднения, связанные с получением и преобразованием движения, были благополучно преодолены, появилась водяная мельница. Впервые ее детальное устройство описано древнеримским механиком и архитектором Витрувием. Мельница в античную эпоху имела три основные составные части, соединенные между собой в единое устройство: 1) двигательный механизм в виде вертикального колеса с лопатками, вращаемого водой; 2) передаточный механизм или трансмиссию в виде второго вертикального зубчатого колеса; второе зубчатое колесо вращало третье горизонтальное зубчатое колесо - шестерню; 3) исполнительный механизм в виде жерновов, верхнего и нижнего, причем верхний жернов был насажен на вертикальный вал шестерни, при помощи которого и приводился в движение. Зерно сыпалось из воронкообразного ковша над верхним жерновом.
Конические зубчатые колеса
Цилиндрические зубчатые колеса с косыми зубьями. Зубчатое зубчатая линейка
Создание водяной мельницы считается важной вехой в истории техники. Она стала первой машиной, получившей применение в производстве, своего рода вершиной, которую достигла античная механика, и исходной точкой для технических поисков механики Возрождения. Ее изобретение было первым робким шагом на пути к машинному производству.
Смотрите другие статьи раздела .
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)
В глубь веков уходит история появления современных видов зерновых культур, в том числе пшеницы, по праву считающейся великодушным даром природы человеку.
Техника переработки зерна в муку и выпечки из нее хлеба отражала уровень развития производительных сил общества и господствовавших в нем производственных отношений. Первыми орудиями размола зерна были зернотерки, представлявшие собой плоский или вогнутый камень. Зерно измельчали, растирая его между двумя камнями, которым придавали возвратно-поступательное движение. Следующим этапом развития техники явился переход к жернову, в котором сохранился принцип скалывания и истирания, но движение возвратно-прямолинейное заменено круговым вращательным. Привод вначале осуществляли вручную, а затем - прирученными животными.
В начале первого века нашей эры стали, использовать энергию воды в качестве двигателя жерновых поставов. Водяная мельница-первая простейшая машина - была изобретена греками и усовершенствована римлянами. Использование энергии ветра способствовало появлению в Европе ветряных мельниц (примерно в VII веке).
Водяные и ветряные мельницы были характерны для периода рабовладельческого общества и в известной мере - феодального.
История мельниц прекрасно иллюстрирует развитие машинной техники и видов двигательной энергии, давших толчок теоретическим исследованиям в области механики. Все математические исследования велись на основе опыта работы водяной мельницы.
Известны высказывания К. Маркса о той роли, какую она сыграла в истории машинной индустрии.
На мельницах указанных типов до середины XVI века зерно измельчали в муку без отбора отрубей. В то же время продолжалась борьба за улучшение качества источника питания. Большие усилия были направлены на отделение внутренней ценной части (эндосперма) хлебных злаков от грубых и безвкусных наружных оболочек. Это привело, к созданию так называемого пеклеванного рукава, проходом через сито которого получали муку, а сходом - отруби.
В первой половине XVII века во Франции изобрели бурат. В результате трех- четырехкратного пропуска зерна и промежуточных продуктов через жернова и бураты сходом с последней системы просеивания получали отруби, а проходом - муку. Собственно, такие технологические приемы, применявшиеся на мельницах Европы и Америки, положили начало построению повторительных помолов. Практиковали различные помолы пшеницы с выработкой темной муки (100%) без отбора отрубей, серой муки с отбором 10-15% отрубей; вырабатывали даже, несколько сортов муки: белую, темную, белую с красноватым оттенком, Отбирая при этом до 25% отрубей.
Многосортные помолы осуществляли путем повторительного измельчения зерна и его промежуточных продуктов в жерновах, оставляя достаточное расстояние между верхним и нижним камнями. Продукт после жернова просеивали в цилиндрическом бурате.
Появление бурата, триера, нории, шнека, наряду с применением нового вида двигательной энергии-пара, явилось новым этапом в истории развития мельничной техники. На некоторых мельницах введением сортового помола было положено начало поточности производства. Изобретение мельницы Оливера Эванса (1783 г.) явилось отражением всех новшеств и сыграло неоценимую роль в истории мельничной техники.
Развитие городов и появившаяся потребность в муке лучшего качества вызывала необходимость в дальнейшем совершенствовании мукомольного производства. Вехами на этом пути стало изобретение Пауром круповейки (1807 г.), Гельфенбургом (1812 г.) и Мюллером (1830 г.)-вальцового станка, Вашоном-триера (1845 г.), Гагенмахером - рассева (1887 г.).
В конце XIX века появились новые конструкции машин - сепараторов, аспираторов, дисковых триеров, обоечных и щеточных машин, машины для обработки зерна водой и теплом. Впервые в истории технологии мукомольного производства в середине XIX в. А. Курбатов предложил обработку зерна паром при подготовке его к помолу.
Внедрение парового двигателя вскоре сыграло выдающуюся роль в развитии мельниц на новой технической основе. Многоэтажные мельницы с паровым двигателем сооружались в 1736-1819 гг. в Англии (Лондон), в 1796 г. в США (Филадельфия), в России (Воротынцево Нижегородской губернии-1818 г.), в Бессарабии (1841 г.), Саратове (1858 г.). В 1892 г. в 56 губерниях европейской части России насчитывалось более 800 паровых мельниц.
Все шире распространялись прогрессивные способы очистки, шелушения, принципы постепенного измельчения зерна с целью получения максимума промежуточных продуктов. Вместо примитивных «горбуш» для очистки крупок начали применять вейки, затем ситовейки. В 80-90-х годах бураты все больше вытеснялись рассевами. Сортовые помолы пшеницы стали более совершенные; вырабатывалось девять и больше сортов муки. Однако на большинстве мельниц применялись еще жерновые поставы; мало насчитывалось мельниц с механизированным поточным процессом.
Во всех странах, в том числе и в России, промышленное развитие мукомольного производства в начале XX века тесно связано с общей технической эволюцией машинной индустрии.
В России паровой мельницы и парового ткацкого станка, где коренным образом ломались феодальные порядки,-уступавшие место бурно развивавшимся капиталистическим отношениям, безостановочно происходило преобразование техники. Это коснулось и техники мукомольной промышленности. На смену примитивным и малопроизводительным машинам для очистки и размола зерна стали приходить более прогрессивные и эффективные машины. Паровая мельница, оснащенная жерновами, образно говоря, «добивала» ветряную и водяную мельницу феодального периода, и теперь период развития капиталистического производства ознаменовался победоносным шествием вальцовой мельницы. Необычайно высокая для того времени производительность вальцовой мельницы и вырабатываемая на ней белая мука прекрасного товарного вида постепенно делали ее популярной.
Без большого преувеличения можно сказать, что вальцовый станок явился основным стержнем обновления и развития способов измельчения и означал поворотный пункт в технологии производства муки.
Вслед за впервые построенной в 1858 г. в России (г. Казань) вальцовой мельницей 1 подобные предприятия, возникли в Приволжье, в центральных районах, на Украине, Северном Кавказе, в Оренбургской губернии, на Урале и в Западной Сибири.
К тому времени начали также выпускать малогабаритные очистительные машины и вальцовые станки специально для строящихся сельских мельниц.
Из общего числа 144 055 мукомольных предприятий, учтенных- в 1908 г. по 64 губерниям европейской части России, мельниц, оснащенных вальцовыми станками, насчитывалось 2936, или 2%, а на остальных по-прежнему сохранялись жернова. Примерно такое же положение имело место почти во всех странах Европы и США. Технологический процесс получил дальнейшее развитие. И как бы ни различались между собой применявшиеся помолы, основные признаки, (кратность измельчения, а также степень развитости помола) были общими для каждой группы мельниц.
Ассортимент муки на вальцовых, особенно крупных, мельницах был довольно широк.
На юге России вырабатывали 8-9 сортов, в Самаре - до 26 сортов, а одна из сибирских мельниц производила 42 сорта муки. Однако по своей пищевой ценности и химическому составу такой внешне разнообразный ассортимент был несостоятельным. В лучшем случае удавалось различать только 3-5 сортов.
Если в большинстве стран Европы и США в период 1914- 1918 гг. мукомолье не пострадало, то в России последствия империалистической войны сказались очень тяжело. К 1917 г. из 4427 крупных и средних мельниц общей годовой производительностью 15 млн. т (не считая Украины) половина оказалась сильно изношенной, многие вышли из строя.