История колеса. От гончарного круга до шасси авиалайнера

В России начало строительства рельсовых дорог относится к XVII веку, когда первые лежневые пути были использованы в горно-металлургическом производстве. По лежням перемещались вагонетки, называемые «собаками» за громкий лязгающий звук, издаваемый ими при движении.

Примерно в 1738 году быстро изнашивавшиеся деревянные рудничные дороги были заменены металлическими. Вначале они состояли из чугунных плит с желобами для колёс, что было непрактично и дорого.

В 1763 году на Алтае гениальный русский изобретатель Козьма Дмитриевич Фролов построил на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов чугунную дорогу на опорах. И впервые в мире по металлическим рельсам перемещались вагонетки, гружённые рудой. На этой же дороге К. Д. Фролов сделал первую попытку использовать для перемещения вагонеток механическую силу, применив колесо, вращаемое водой, систему лебедок и канатов.

В 1767 году Ричард Рейнольдс уложил на подъездных путях к шахтам и рудникам Колбрукдэйла стальные рельсы. Конечно, они отличались от современных: в сечении они имели форму латинской буквы U, ширина рельса была 11 см, длина 150 см. Рельсы пришивались к деревянному брусу жёлобом кверху. С переходом на чугунные рельсы стали делать и колёса у телег чугунными. Для передвижения вагонеток по рельсам использовалась мускульная сила человека или лошади.

В 1776 году английский изобретатель Джессон предложил делать колёса вагонеток с ребордой, которая предотвращала соскальзывание колёс с гладкой поверхности рельсов.

На Александровском (позже Онежском) чугуноплавильном и пушечном заводе в Петрозаводске под руководством инженера-строителя Аникиты Сергеевича Ярцева в 1788 году была сооружена чугунная дорога с канатной тягой длиной 175 м, рельсы которой имели уголковый профиль поперечного сечения. По их горизонтальным полкам катились колеса тележек, а вертикальные направляли их движение и не позволяли тележкам соскакивать в стороны. Ширина колеи этой дороги составляла 0,8 м, а сопротивление движению повозки уменьшилось в 12 раз по сравнению с ездой по обычной гужевой дороге.

Подобные «чугунки», так называли в то время первые рельсовые дороги, существовали и на других металлургических заводах. Таким образом, задолго до изобретения паровоза появился первый железнодорожный поезд, а развитие экономически выгодного и технически более совершенного рельсового транспорта в России продолжалось.

В 1789 году в Великобритании вместо плоских железных рельсов стали отливать рельсы с круглой головкой под углубление в ободе колёс длиной 1 м с утолщением посередине в виде «рыбьего брюха». В 1794 году там же была построена первая конно-железная дорога (конка), а в 1803 году в графстве Суррей близ Лондона началось движение пассажирских экипажей с конной тягой по первой в мире железной дороге общественного пользования.

Английский изобретатель Ричард Тревитик в 1803 году построил и испытал повозку с паровым двигателем — первый паровоз, приспособленный для движения по рельсовому пути. Он развивал скорость до 7 км/ч и мог везти состав весом в 7 т. В Лондоне в 1804 году была построена небольшая рельсовая дорога — первое «испытательное кольцо», на котором Р. Тревитик показывал свой паровоз, названный очевидцами «Лови меня, кто сможет».

В 1806–1809 годах горный инженер Петр Козьмич Фролов (сын К. Д. Фролова) на Змеино-горском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае построил чугунную рельсовую дорогу с конной тягой. Это уникальное инженерное сооружение длиной 1867 м с шириной колеи 1067 мм располагалось на местности со сложным рельефом. Предельный уклон железной дороги был принят 15 ‰, а при пересечении реки Карболиха был сооружен оригинальный мост-виадук на 20 каменных опорах, соединённых между собой заранее испытанными деревянными арками. Общее протяжение моста составляло 292 м, высота 11 м. Верхняя часть рельсов железнодорожного пути в поперечном сечении имела форму эллипса, а окружность поверхности катания колеса — аналогичную вогнутость, что способствовало более плавному движению вагонеток и удержанию колёс на рельсах.

П. К. Фролов применил элементы механизации трудоемких работ по погрузке и выгрузке руды. В начале дороги в выемке было устроено четыре бункера, объём каждого из них соответствовал объёму дорожной вагонетки, называвшейся в то время «таратайкой». Доставка руды к бункерам производилась по чугунной дороге в ящиках по 110 пудов каждый. Их дно открывалось механически, и груз пересыпался в вагонетки. Выгрузка руды также не представляла затруднений, поскольку путь был расположен над уровнем земли. Каждый поезд состоял из трёх-четырёх вагонеток, соединённых железными кольцами. Так появились первые прообразы конструкции вагонов, позволяющих механизировать трудоемкие погрузочно-разгрузочные операции, что актуально до настоящего времени.