Декоративная ветряная и водяная мельница для украшения сада. Как сделать своими руками

Изготовление мельницы своими руками в саду, на дачном участке кажется довольно неудачной идеей. Кому и зачем она нужна? Действительно, зачем полноценная работающая мельница на участке в шесть соток? Кто и что будет на ней молоть? А вот декоративная модель мельницы небольших размеров может стать достойным оригинальным украшением.

Хотя и в декоративных мельницах своими руками нет ничего плохого, выглядят они очень занимательно. Романтики и сказочных событий вокруг них хоть пруд пруди. Здесь русалки, водяные, мельники-колдуны и много других сказочных персонажей. Да и дети будут знать, что это такое и для чего оно использовалось. Если привлечь их к процессу строительства, они получат определенные навыки и умения в неформальной обстановке, от любимого человека. Такое запомнится надолго.

Основные требования при устройстве водяной мельницы

Даже декоративная мельница должна иметь вращающееся под потоком воды колесо. Иначе это будет расположенное в саду сооружение непонятного назначения.

При определенной доле везения иногда оптимальным решением может быть протекающий на участке ручей. Но это очень редкий случай. Создать водяной поток можно разными способами. Основное внимание нужно уделить следующим деталям:

При использовании водопровода воду нужно куда-то отводить. Поскольку бесплатной воды не бывает, должна быть рациональная схема ее использования.
При отсутствии или невозможности использования водопровода можно устроить замкнутый оборот воды, установив емкость определенного размера в качестве аккумулятора. Оптимальным решением будет небольшой пруд около мельницы.

Для нормального вращения мельничного колеса нужен перепад высоты около метра. Техническое решение этой проблемы довольно простое. Из пруда вода поднимается насосом на необходимую высоту и сливается на водяное колесо. Дизайнерских решений может быть великое множество. Из бросовых материалов можно соорудить горку с пещерой и вытекающим оттуда ручьем, небольшой водопад, озеро на вершине горы с ручьем и много других вариантов. Можно создать имитацию вечного двигателя. На колесе укрепить небольшие поворачивающиеся емкости, которые будут черпать воду, и выливать ее в специальный желоб. По желобу вода будет возвращаться в точку подачи. Для незнающих основ физики можно представить мельницу как действующую модель «перпетуум-мобиле», не признанную наукой.

Реальное решение проблемы вращения колеса под потоком воды при отсутствии водопровода следующее: можно использовать дренажный насос любого типа с необходимой производительностью и подъемом воды на высоту около метра. Погружной насос можно расположить непосредственно в водоеме, поверхностный — где-нибудь рядом. От выходного патрубка насоса нужно провести трубу к точке водосброса и закрепить ее. К насосу подвести кабель питания. На этом сложная техническая проблема решена. Дальше всю конструкцию желательно замаскировать под натуральный природный вид и переходить к устройству колеса.

Вернуться к оглавлению

Изготовление колеса и здания мельницы

Для изготовления колеса идеально подойдут ободья от старого детского велосипеда. Внешний вид не будет соответствовать старине, но особого внимания этому никто не уделит. Ободья нужно установить на одну ось, между ними расположить деревянные лопасти, закрепив их любым возможным способом. Ось нужно закрепить на стойки необходимой высоты. Всю конструкцию надо установить на место водостока и закрепить.

Макет мельницы можно соорудить из оставшихся после ремонта или строительства различных обрезков б/у материалов. Размеры и конструкция будут зависеть от имеющихся в наличии остатков. Форма и отделка по возможности должны соответствовать дизайну старинных строений. Лучше отделку использовать из дерева. Внутренний объем можно использовать для установки насоса, обеспечив определенную надежность крыши сооружения.

Декоративная водяная мельница может служить украшением не только садового участка на даче, но и самого дачного двора. При желании можно разработать и построить систему водоотводов дождевой воды, направленную в пруд. Собранную воду можно использовать для полива.

Устройство такой системы — довольно хлопотное занятие, перед началом работ желательно нарисовать чертежи водоотводов для сбора и перемещения воды с необходимыми уклонами. Изготовленная система создаст значительную экономию водопроводной воды. Многие садоводы предпочитают для полива сада использовать дождевую воду. Кроме полива, воду можно использовать в различных хозяйственных целях. Наверное, есть смысл сделать водяную мельницу, выполняющую не только роль декоративного украшения, но и несущую определенную полезную нагрузку.

Вернуться к оглавлению

Устройство каркаса декоративной ветряной мельницы

Схема устройства мельницы: 1 – крылья, 2 – жернова, 3 – система колес-шестеренок.

Ветряная мельница является одним из неодушевленных персонажей романа «Дон Кихот Ламанчский» Мигеля Сервантеса. Современному поколению сложно объяснить, что это такое и почему рыцарь принял ветряную мельницу за великана и бросился в атаку. Изготовление небольшой модели, возможно, окажет помощь в этой проблеме и сумеет хоть немного привлечь внимание подрастающего поколения к классической литературе. Ведь кроме романа Мигеля Сервантеса существует много других произведений с мельницами, мельниками, их дочками, колдовством, прочими мистическими и романтическими сюжетами.

Для работы будут нужны:

ножовка по дереву или электролобзик;
рулетка;
шуруповерт;
наждачная бумага.

Из материалов для изготовления можно использовать остатки от ремонта или стройки, старую мебель, различные обрезки.

Все дачные поделки в основном изготавливаются из таких материалов. Вначале нужно сделать основание для строения. При небольших размерах можно использовать отрезки ДСП, для основательной конструкции высотой более метра желательно использовать брусок. Приведенные в описании размеры не критичны, их можно менять на свое усмотрение.

Нужно вырезать два квадрата с длиной сторон 300 мм и 400 мм. В вырезанных деталях определить центры, просверлить отверстия. Вырезать брусок, длина детали должна быть равна высоте между основаниями. Закрепить основания на торцах бруска саморезами через отверстия по центру. Брусок является временным креплением для упрощения сборки. Измерить расстояние между соответствующими углами квадратов. Вырезать бруски по определенному размеру, закрепить их на углах. Ветряная мельница приобрела первые очертания. Центральный брусок, использованный в качестве временного крепления, можно удалить.

Водяная мельница – прекрасный декоративный элемент в ландшафтном дизайне , который украсит любую придомовую территорию. Если раньше она применялась для практических целей (создание муки, путем измельчения зерна), то теперь это чисто эстетическое дополнение участка.

Важно! Водяные мельницы также популярны, как каскады, фонтаны и бассейны. Поэтому является равнозначным вариантов для устройства на территории.

Основные параметры мельниц

Практически всегда применяют следующие размеры колеса мельниц: в диаметре от 1,5 м и не более 10 м. Выбор изделия зависит только от величины придомовой территории. В зависимости от предназначения подбирается и сам мельничный домик. Он может выполнять роль склада для инвентаря, или игрового места для детей, или просто декоративного элемента. Для строения вполне подойдут проекты каркасных домов , каркасная технология очень просто для строительства.

Важно! Процесс изготовления изделия состоит из определения стиля, выполнения проекта и приобретения всех необходимых материалов для работы.

Основные этапы самостоятельного устройства водяной мельницы

Если выполнить все этапы, то результат будет для каждого очень приятным и ожидаемым.

Водяная мельница является оригинальным и интересным решением для дополнения любой придомовой территории. Еще хорошо смотрятся подпорные стенки , оригинально выделяющие клумбы и газоны.

Изготовление такого сооружения, как декоративная водяная мельница, своими руками под силу каждому, кто всерьез намерен превратить свой двор в изысканное и уютное место, вызывающее восхищение и эстетическое наслаждение. Водяное колесо, вращаемое игривым потоком, капли воды, сверкающие в лучах солнца, редко встретишь зрелище столь же удивительное, очаровательное и завораживающее.

Можно вечно наблюдать за тем, как течет вода. Это не только красиво, но и дарит вдохновение и умиротворение, живительную влагу и прохладу в жаркий летний день. Получить все эти приятные впечатления и ощущения, не затратив на это особых средств, можно, изготовив водяную мельницу своими руками. Для этого нужны лишь водоем и необходимые материалы и инструменты (рис. 1).

Историческое значение мельницы

Рисунок 1. Инструменты для изготовления водяной мельницы.

В давние времена водяная или ветряная мельница была важнейшим элементом хозяйственной деятельности любого поселка. Она служила для обмолота зерен в муку, была полезной во многих других видах промышленности. Работали мельницы по единому принципу: пшеничные и другие зерна размалывались массивными жерновами, которые приводились в движение ветром или водным потоком. После этого размолотый в муку готовый продукт собирали в емкости и рассыпали в мешки.

С водяной мельницей связывались многие легенды и суеверия, а сам мельник ассоциировался едва ли не с колдуном, управляющим стихиями при помощи магических сил. И хотя в наш век высоких технологий для создания водной постройки такого типа никакого колдовства не нужно, но выглядит это все действительно волшебно.

Сейчас уже нет необходимости строить мельницу для получения муки, ведь она есть в магазине. Это упрощает работу по возведению такого строения, так как не нужно проектировать и конструировать сложные жерновые механизмы. Достаточно ограничиться декоративным водным колесом. Именно оно придает ландшафту столь любимый многими дух многовековой истории и очарование деревенской классики (рис. 2).

Водяная мельница — неотъемлемая часть общемирового культурного наследия, в равной мере присущая как западной, так и восточной цивилизации. Мельница вызывает приятные и теплые ассоциации с восхитительным ароматом свежего горячего хлеба, колоритным видом уютных деревенских изб, напоминает о давно ушедшей сказочной древности. Собственной рукою прикоснуться к истории — бесценное удовольствие.

Устройство водяной мельницы

Рисунок 2. Водяная мельница отлично впишется в ландшафт дачного участка в деревенском стиле.

Основа декоративной водяной мельницы — это колесо, расположенное на берегу водотока, например, реки или ручья. Водяное колесо имеет лопасти, распределенные по периметру окружности на равных расстояниях друг от друга.

Водный поток подается на лопасти с помощью специального желоба, который располагается над колесом сверху, что приводит к его движению. Колесо свободно вращается вокруг своей оси благодаря шарнирному креплению (рис. 3).

Однако садовые участки с проточной водой встречаются крайне редко, натуральный водоток — настоящая роскошь.

Даже искусственный пруд не каждый может себе позволить. А наличие водоема для работы декоративной мельницы является необходимым условием. Поэтому прежде всего нужно позаботиться о том, чтобы на участке был постоянный источник воды. Подавать ее наверх можно при помощи погружного насоса (рис. 4).

Стилистическая концепция мельницы

Рисунок 3. Принцип работы водяной мельницы.

Водяное колесо является полноценным декоративным объектом, его можно подстроить практически под любой стиль. Опираясь на личные эстетические вкусы и предпочтения, обустройство водяной мельницы можно производить в различной манере. Например, в волшебно-сказочном славянском духе либо в стиле суровой средневековой готики. Можно даже придать ей ультрасовременный футуристический дизайн — все зависит лишь от вашей фантазии.

В любом случае продумать стиль будущего сооружения нужно заранее, не забывая учесть не только свои желания и фантазии, но и общую дизайнерскую концепцию садового участка, чтобы сооружение хорошо вписывалось в окружающий ландшафт, не вызывая эстетической дисгармонии. Например, грубая и массивная мельница в деревенском стиле будет сильно контрастировать с классическими скульптурами, роскошными фонтанчиками и утонченной архитектурой строений. А пестрая беседка в сказочной стилистике визуально затмит скромную и аккуратную восточную мельницу.

Для разных стилей ландшафтного дизайна внешнее оформление мельницы следует рассматривать отдельно. Для деревенского (кантри) стиля в качестве материала для изготовления колеса отлично подходит искусственно состаренное дерево, идеально сочетающееся с бревенчатыми срубами и прочими деревянными сооружениями. Не помешают разнообразные декоративные мелочи: окошки, ставенки, дверцы. Японский же стиль, напротив, подразумевает лаконичность и сдержанность во всем, поэтому мельница должна выглядеть аккуратно, в качестве материала постройки подойдет натуральный камень.

Сооружение модели водяной мельницы

Рисунок 4. Схема погружного насоса для водяной мельницы.

Прежде чем возводить полноразмерную мельницу, стоит подумать, соответствуют ли ее размеры площади доступного пространства. На стандартном садовом участке, не отличающемся особо внушительными просторами, огромное сооружение будет смотреться нелепо и неуместно. Вместо этого рекомендуется собрать уменьшенную модель-миниатюру, которая отлично впишется в дизайн не слишком большого двора. Чертеж с точными размерами (в сантиметрах), по которому можно безошибочно собрать постройку, приведен на схеме (рис. 5). Для сооружения модели водяной мельницы могут понадобиться следующие материалы:

тротуарные плиты с габаритами 75х50х5 см;
булыжники для мостовой (серые кубики на схеме);
битумная черепица;
латунный резьбовой стержень;
алюминиевый уголок;
втулки, гайки, шурупы, дюбели, гвозди;
монтажные рейки из дерева;
фанера;
специальный клей и защитная пропитка для древесины.

Также пригодятся такие инструменты:

Рисунок 5. Чертеж водяной мельницы.

электролобзик;
дисковая пила (болгарка);
молоток, отвертки;
влажная губка;
карандаш.

Каменные кубы (мостовые булыжники) укладываются в ряд по краям плит тротуара, сверху наносится и разглаживается увлажненной губкой раствор. Деревянные рейки при помощи электролобзика распиливаются в соответствии с размерами, затем из них формируется опорная конструкция сооружения, подобная каркасу. Места соединения сцепляются клеем по дереву, угловые элементы крепятся врубкой вполдерева. Все сборочные элементы из дерева нужно пропитать защитным раствором, чтобы постройка выдержала многолетний простой под открытым небом, омываемая дождями и снегом. Сформированный каркас, подпираемый раскосами, шурупами крепится к основанию. Затем окна каркаса заполняются кусками битумной черепицы, разрезанными болгаркой по соответствующим размерам и закрепленными силиконовым клеем. На фанерные листы карандашом наносится рисунок колесных дисков, затем электролобзиком выпиливаются нужные формы деталей.

К одному из двух колесных дисков приклеиваются куски порезанного на равные части алюминиевого уголка, имитирующие водозаборные лопасти.

Интервал их размещения должен совпадать со спицами колеса.

Далее необходимо сделать опору для получившегося водяного колеса. Она должна иметь высокую надежность, поэтому после склеивания рекомендуется упрочить конструкцию шурупами, а в осевое отверстие вбить алюминиевую втулку. Колесо тоже следует выполнять аккуратно и надежно, так как от его качества зависит долговечность всего сооружения.

Ось мельницы представляет собой латунный стержень, на который следует надеть распорную втулку вместе с алюминиевой трубкой, что усилит крепление к стене. Потом на ось садится собранное ранее колесо. Такая же втулка необходима для отделения колеса от опоры, чтобы между ними был промежуток. Затем ось прикручивается гайкой, для чего стержень должен иметь резьбу. Верхнюю половину каркаса мельницы нужно обшить деревянными рейками.

В нижней половине по углам при помощи клея крепятся деревянные уголки. Это необходимо для корректного совмещения деталей постройки. Ножом вырезаются куски черепицы для кровли, которые затем клеятся сверху домика.

Мельницы.Конструкция водяной мельницы. - ч.3.

Louis Aston Knight (1873-1948) Водяная мельница

Хлеб - всему голова, гласит народная мудрость, но хлеб не испечешь без муки, а муку не сделаешь без мельницы. Конечно, можно обойтись и без них, как обходятся люди, проживающие в пустынных районах земного шара. Они размалывают зерно ручными жерновами, но это примитивный ручной труд и в развитии своем, эти народы не далеко ушли от первобытных племен. По мере развития промышленности, водяное колесо стали применять не только для переработки зерна, но и в других сооружениях, которые так же назывались мельницами.Так именовались железоделательные, лесопильные, бумагоделательные, текстильные и ряд других предприятий. Водяная мукомольная мельница была одним из первых технических устройств, жизненно необходимых для человека. Получается, что без мельницы не может быть и прогресса в технике и развития человечества. На рисунке изображена конструкция современной мельницы с приводом от подливного колеса 6 бункером 1 для зерна и желобом 2, по которому зерно подается к жерновам 3.Мука попадает в лоток 4 и оттуда ссыпается в мешок 5. Конструкция водяных мельниц за многие века особенно не изменилась. Основные механические элементы остались неизменны. Основным материалом для постройки служила древесина. Из нее строили и амбар и колеса, и валы, и всю прочую снасть По устройству водяные мельницы разделялись на мутовчатые и колесные. Мутовчатые представляли собой прообраз современной турбины. Колесные мельницы бывают двух типов: верхнего и нижнего боя. Устройство водяных мельниц всех типов во многом одинаково. Из бревен рубили амбар. В половине амбара, на высоте плеча, настилали массивный потолок. На нем помещали жернова: нижний - лежак и верхний - бегун. В середине его - отверстие (глазок). Жернова огораживались кожухом. Жерновые камни должны были быть особого свойства. От них требовалась прочность, вязкость и пористость. Часто жернова приходилось везти издалека. В зависимости от водных запасов и силы реки мельницы бывали и с несколькими поставами, то есть при одном амбаре имелось два водяных колеса и два мукомольных агрегата. Строили мельницы без каких-либо чертежей. Вся "техническая документация" находилась у мастеров в памяти. Конечно, за образец брались уже имеющиеся в округе мельницы, но приходилось что-то менять и добавлять новое в виду особенностей местности. Запруда делалась простейшими подручными средствами. Вспахивали участок целины и из дерна выкладывали плотину. Плотные, ровные пласты, которые тянулись на несколько сажень укладывали слой за слоем. Для крепления применяли жерди, колья, связки из хвороста. Зимой в сильные морозы некоторые мельницы временно останавливались. Иногда над колесом делалось укрытие-"тепляк" в виде соломенного шатра, но помогало это мало. Весной, во время половодья плотину могло прорвать и ее возводили заново. Чтобы этого не случилось, плотины снабжали подъемным щитом-затвором, через которую уходили излишки воды. 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». Производительность мельницы зависела от размера камня и скорости его вращения. Жернова брали диаметром от 50 до 120 сантиметров. На маловодных речках ставился небольшой бегун, и вращался он в пределах 60 оборотов в минуту. Река полноводнее могла крутить камень побольше, и совершал он до 150 оборотов. В зависимости от этого один постав размалывал от одного пуда (16 кг) до четырех пудов (64 кг) в час. На некоторых водяных мельницах не только мололи зерно. Здесь работали и крупорушки. Эти машины обдирали просо, гречиху, овес и делали из них крупу. На них же можно было снимать лузгу с подсолнечных зерен, подготовляя их к выжимке масла. Кроме пшеницы, ржи, ячменя, полбы мололи и другие зерновые культуры: горох, просо, крупу гречневую, овсяную, пшено, рожь на солод. Делались и специальные приспособления для толчения кудели, сукновальню для валяния домотканого сукна, чесальный барабан для шерсти. водяная мельница - это один из ранних памятников человеческого знания. Она несет в себе и элементы техники и архитектуры, т.о. является "музеем под открытым небом" причем не в современном индустриальном пейзаже, а расположена в живописнейших уголках природы. И природу эту не загрязняет, являясь экологически чистым производством. Мельницы появились при римлянах. Они строили водяные мельницы с подливными и верхнебойными, или наливными, колесами. Первые приводились в действие импульсом падающей воды, вторые - ее весом. Самые древние приспособления для перемалывания зерна в муку и обдирания его в крупу сохранялись в России 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.

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 кожухом N , который препятствует разбрасыванию зерен. По мере размола, зерна подвигаются действием центробежной силы и напором вновь прибывающих 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 .

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 жернова́ 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.

John Constable (1776-1837). Мельница Флэтфорда. Вид со шлюза на Стуре

Древние водяные машины-двигатели развились, по-видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду для орошения берегов. За девять столетий до рождения Христа в Китае изобрели водяное колесо- деревянное колесо с лопастями, вращаемое потоком воды. Это была первая машина, работавшая без использования мускульной силы человека, и называлась она чадуфон. С помощью чадуфонов поднимали из реки воду для орошения. Чадуфон представлял собой ряд черпаков, насаженных 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 вода бежит по крутому руслу, колесо стали снабжать специальными лопатками. С изобретением водяного колеса человек впервые получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой двигатель. Оставался один шаг до водяной мельницы. Китайцы утверждают, что этот шаг они сделали первыми и изобрели сначала водяную мельницу с горизонтальным колесом, затем придумали колесную зубчатую передачу и повернули водяное колесо в вертикальную плоскость.Но первым водяную мукомольную мельницу с вертикальным колесом и зубчатой передачей описал римский архитектор и механик Витрувий, живший в 1 веке до РХ:
«… на реках ставят колеса… К их ободам прибивают лопасти, которые будучи толкаемы течением реки приводят своим движением колесо во вращение и таким образом, набирая воду черпаками и поднимая ее кверху, доставляют нужное количество воды без помощи топчака, вращаясь от самого напора реки. Таким же способом вертятся водяные мельницы, в которых все то же самое, кроме зубчатого барабана, насаженного на один конец оси. Вертикально поставленный на ребро, он вращается в одной плоскости с колесом. К этому большому барабану примыкает меньший, лежачий, тоже зубчатый с которым соединены жернова. Так зубцы барабана насаженного на ось, толкая зубцы лежачего, приводят жернова во вращение. Из висящего над этой машиной ковша на жернова сыплется зерно, из которого посредством того же вращения получается мука ».

Альбрехт Дюрер. Водяная мельница. 1489. Акварель и гуашь, бумага

Под напором течения колесо вращалось и само черпало воду. Получился простейший насос-автомат, не требующий для своей работы присутствия человека. 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.

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.

François Boucher (1703— 1770) .Старая водяная мельница.

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 ходом 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. 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. 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.

Плотина. С. Жуковский, 1909 г.

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.

***

Жди горя с моря, беды от воды. Вода и мельницу ломает.

Каждый мельник на свою мельницу воду льет.

Когда нет коня, поехать на мельницу на осле — не позор.

Без воды мельница не мелет.

Большая мельница малой водой не вертится.

Вода всю мельницу унесла, а ты спрашиваешь, где желобок.

Вода и мельницу ломает.

Водой мельница стоит, да от воды ж и погибает.

Голова без ума, что мельница без воды.

Денег много - мельницу заведи.

Не мельница, а мутовка. Молоть не мелет, а только воду мутит.

Работающей мельнице некогда замерзать.

Со всякой новой мельницы водяной подать возьмет (т. е. утопит человека).

Ум молодого, что мельница без воды.

Чем больше воды, тем лучше для мельницы.

Отрежьте длинную полосу сбоку листа плотного картона, пенокартона или фанеры. Ширина полосы должна быть 5 сантиметров, длинная сторона - 38 сантиметров. Отрезайте материал с помощью канцелярского ножа.

С помощью канцелярского ножа разделите это полосу на десять кусков по 3,8 см каждый. Из этих частей вы сделаете лопасти, приклеив их на обе стороны водяного колеса.

С помощью транспортира отметьте на листе картона или пенокартона круг диаметром 15,2 сантиметра. С помощью транспортира вы сможете не только начертить ровный круг, но и определить его центр. В этот центр вы позже прикрепите ось для скрепления двух сторон колеса, вокруг которой оно будет вращаться.

С помощью ручки или карандаша начертите эскиз стоек колеса, начертив фигуры "А"-образной формы на листе картона или пенокартона. Эти стойки должны быть высотой 10,2 см и шириной 10,2 см. На середине верхней перекладины буквы "А" сделайте небольшую отметку в форме строчной буквы "v". В эту выемку вы поместите ось вашего колеса. Начертите дополнительно 2 � 6.4 см длиной и 2 см шириной - это будут подставки для колеса.

По эскизу вырежьте начерченные диски колеса, а также стойки и подставки для него.

Положите один из дисков колеса на ровную поверхность.

С помощью транспортира измерьте и отметьте точки прикрепления лопастей к дискам. Каждая следующая лопасть должна отстоять от предыдущей на 40 градусов. Убедитесь, что каждая лопасть располагается диагонально по отношению к центру диска. Чтобы вам было легче правильно расположить лопасти, возьмите за основу расположение спиц в колесе велосипеда.

Прикрепите или приклейте лопасти той стороной, длина которой равна 3,8 см, к диску колеса вдоль сделанных отметок.

Прикрепите другой диск водяного колеса к лопастям, которые вы только что прикрепили к первой стороне диска.

Проденьте ось сквозь центры, отмеченные с обеих сторон дисков. Убедитесь, что стержень прошел через центры с обеих сторон, и части оси справа и слева равной длины. Отложите на время готовое колесо.

Скрепите кнопками или клеем "А"-образные стойки и подставки колеса. Для этого прикрепите прямоугольные подставки к левой стороне одной из стоек, прямо под горизонтальной планкой, пересекающей среднюю часть стойки. Повторите то же самое со второй подставкой на правой стороне. Для завершения поддерживающей системы, прикрепите прямоугольные подставки к "А"-образным стойкам с другой стороны.

Поместите водяное колесо на его опоры, используя деревянный стержень в качестве оси. Поместите эту ось в "v"-образные выемки, расположенные на верхних перекладинах "А"-образных стоек. Это позволит водяному колесу вращаться.