阿瑞氏轮毂小课堂:从蛮荒到火星 载动人类文明的轮子史

轮子作为六大经典简单机械之一(斜面、杠杆、滑轮、螺旋、楔、轮轴),虽然看似只是简简单单一个圆,但这个圆的每一次革新,都带来了人类文明的巨大进步。

什么是圆?早在公元前400多年前的春秋战国时期,先贤墨子就曾经给出了精准的对于“圆”的定义:一中同长也。从一个中心点到边的每一个位置都是同等长度,这样的形态保证了运动的时候重心不变,不会因重心起伏而消耗动力。同时由于滚动摩擦力远远小于滑动摩擦力,这样的特性用于搬运重物,比起肩扛手提或者拖行等传统的人力方式而言,无论效率还是省力程度都大大增加。

远古人类在明白这些理论知识以前就已实际利用圆的这一特性来搬运猎物或者其他重物。滚动的树干加上一个平面,虽然跟今天相比极为粗糙不便,但在人类文明史上却有着举足轻重的意义。据说公元前2500年的古埃及人就是使用这种方式移动重达百万吨的巨石,修建起如此宏伟的金字塔。

但是不断把一根根圆木反复移动到前面,本身就是一件非常费力的事情,有没有可能让圆木固定在要搬运的物体上,不用搬来搬去呢?6000年前,美索不达米亚的苏美尔人已经知道把一根完整的圆木截短成一截截短木桩,中间挖个洞用树干相连,上面架设木板造成了早期的车。这个粗糙却伟大的发明不但具备了今天轮子的雏形,更开启了轮子历史上一个极为经典而永恒的课题:轻量化。在实际使用中,人们不难发现更轻的轮子更省力,运动起来也更灵活。从完整的圆木到短木桩,堪称轮子轻量化道路上的第一座里程碑。今天我们可以在苏美尔人的壁画甚至文字记载上看到对这种带有轮子的车辆的记录,但至于这是不是最早的带轮子的车,其实考古正在不断刷新我们对此的认知。

苏美尔人的车历史意义重大,但是在使用过程中不难发现有一些非常致命的问题,比如短木桩本身强度不足,载重量有限;再比如树干并不见得会生长成一个完美的正圆,要找一棵适合做轮子的树本身就不大容易;还比如早期轮轴相对固定的连接方式既不结实也不方便。所以公元前2600年,同样是在人类文明起源的两河流域,我们可以看到在当时的战车上启用了木板拼接而成的轮子,板与板之间有梁相连,最重要的是实现了轮轴分离,使用的时候轮动轴不动,在往后的数千年之间,车的形态基本都来自于这一雏形。

车的发明再次给人类文明带来巨大的改变,有了车,让人类得以远行,并且携带较重的物品远行,不同地区的人得以相互交流,人的迁徙带来了文明的交汇融合。今天的地球村有飞机轮船火车网络相连接,而这一连接最早的起源就是粗糙的木轮车。

但是木板轮还是太重了,尝到了轮子轻量化好处的人们不难想到,如果在木板轮上掏几个洞,那不就更轻了吗?这一思路最终形成了辐条,至此今天轮子的基本部件:轮辋、轮毂、轮辐、轮轴全部齐备。

谁发明了最早的辐条,其实并不可考,也并无定论。一般倾向于各个文明分别发明出了辐条。据中国传说,发明辐条的是大禹治水时期的奚仲,他将黄帝时代流传下来的车进行了全方位的改进,并且发明了连接轮毂与轮辋的轮辐,使车在行进过程中更加灵活,也更加舒适。大禹因此封他为车服大夫,历史也留下了奚仲造车的记载。

木头毕竟不是一种经受得住长期磨损的材质,人们很快发现轮毂与车轴相连接的位置非常容易损坏。于是随着冶金技术的发展,人们又发明了更加耐磨的金属轴承。我们不知道轴承发明的具体时间,但是早在春秋时期就已经有了对轴承的记载,称之为“车軎(音未)”。车軎的出现避免了轮毂与轮轴的直接摩擦,大大增加其使用寿命。同时支撑起车轮减少晃动,而且进一步增加了轮子转向时的灵活性。

随着人需要运输的货物越来越重,路程越来越远,木质不够结实的局限再次显露出来。于是人们把木轮的边缘包上铜箍或者铁箍,以增加其强度。当然,不是没有人尝试过使用铁质的轮子,然而由于铁轮太重,行动远比木轮费力,而且对传统土路的破坏极大,所以未能流行开来,很快被废弃了。

直到大规模采矿日渐发达,人们需要一种比把矿石背出来更好的传输方式,而矿场路面崎岖,碎石磷峋,普通的车也难以行进,于是人们不得不铺上平整的石板,可是往矿洞里铺石板难度何其之大?就有聪明的人铺设木质轨道,包以铁皮,终于让矿石源源不断地运了出来。木轨最终进化成了更耐腐蚀,更能承重的铁轨,而有了铁轨之后,更能承重的铁轮也终于有了用武之地,火车的雏形由此诞生。

说回民用车,木质车轮发明数千年以来一直面临一个问题,那就是古代的路面实在不够平整,车又没有减震,一天的车坐下来说人被颠散架了还真不是夸张。于是有个叫固特异的人想到,能不能用柔软有弹性的橡胶包裹车轮来减震呢?但是当时的天然橡胶有一个无法回避的问题,那就是遇热会变黏,碰上低温又会变硬失去弹性。为了解决这一缺陷,毫无科研基础的固特异开始往橡胶中掺杂各种材料来做实验,这种神农尝百草式的研究方式不可避免的花费巨大且进展缓慢,也让固特异债台高筑,甚至一度因此锒铛入狱。但他毫不气馁,出狱后继续研究,直至1839年,才偶然发现掺入硫磺的天然橡胶能够有效解决这些弊病。但是掺入多少?什么时候掺?要不要其他添加剂?从初步发现到最终确定正确的温度和配方又耗费了5年的时间。1844年,固特异终于为他的硫化橡胶轮胎申请了专利。这种新型橡胶比天然橡胶弹性更高,耐热耐磨损,经久耐用。高温下不会变黏,低温下也依旧能够保持弹性,遇到有机溶剂也不会溶解。可是固特异最终并没有在这一发明上获得什么好处,直到他潦倒去世,还欠了20万美元的债务。

固特异发明的实心橡胶轮胎被使用了近40年,由于实心橡胶过于沉重,弹性又太强,甚至能把人从车上颠飞,很不安全。有一个叫邓禄普的人因为儿子骑车摔伤,从浇水的橡胶软管得到启发,在1888年发明了充气轮胎。充气轮胎保留了橡胶的弹性,又有空气来进一步减震缓冲,同时大大减轻了重量。轮子的安全性和轻量化这两大指标再一次得到了增强。

可是充气轮胎发明之后一直只运用在自行车等轻型车辆上,没人相信充气轮胎可以承载起沉重的汽车。为了打破这一偏见,米其林兄弟将充气轮胎安装在汽车上,并于1895年6月亲自驾驶安装充气轮胎的汽车参加法国巴黎汽车比赛,出色的发挥终于让人们相信了充气轮胎的安全性。之后为了更好地防滑,人们给充气橡胶轮胎表面加上花纹,又发明了更加耐磨的子午线轮胎,轮胎终于发展成了我们如今所看到的样子。

今天,固特异、邓禄普和米其林都是非常著名的轮胎品牌,这些为轮胎发展做出杰出贡献的伟人的名字,正在以另一种方式被人所牢牢记住。

说回轮子本身,随着车辆的动力从人力、畜力转变为机械动力,也随着更加坚硬的路面的出现,钢铁材质的轮子终于再次从铁轨上下来,跟充气轮胎一起组成了我们今天所看到的汽车。但是人类没有放弃过对于轻量化和高强度这两个轮子的终极课题的追求,而随着科技的发展和商业化大生产的实现,很多原本只能使用在航空航天等高精尖领域的高端材料也成功实现了民用化、普及化。今天更轻、强度更高、散热性更好的铝合金车轮已经大幅度代替了传统的钢铁车轮,而镁合金、碳纤维、稀土合金等材质的价格也在越来越亲民。让人振奋的是,中国正在轮毂制造领域迎头赶上,某些方面甚至还隐隐领先。比如上海阿瑞氏(aruis)汽车轮毂独有的DPT铝合金纳米净化成型技术,通过稀土材料的添加和控制精准的热处理,让轮毂无论在轻量化还是强度上都能够远超同类产品,辅以经过改进的最新旋压技术和复合锻造技术,让国产铝车轮摆脱代工和低端的刻板印象,成功打出了高端、尖端的品牌形象。

人类会就此满足吗?我想不会。因为材质与工艺的进步永不停息。今天中国玉兔二号月球车所使用的筛网轮,单个重量仅有几百克(NASA火星车所使用的轮子也是类似结构)。还有彻底抛弃轮毂与轮辐,只保留轮圈的空心轮;可以随意转向,让停车从此再也不是难题的万向轮和球形轮;可以在轮子和履带之间切换形态的变形轮;让人再也无需担心爆胎的免充气轮。人类文明的发展不会止步,轮子的进化也永远充满无限可能。

#旅行玩家[超话]#可可托海是2021年新兴的新疆旅游网红打卡地,真正玩透需要好好做攻略

可可托海的景区有哪些❓
来可可托海,主要就是看可可托海稀有金属国家矿山公园和可可托海风景区
可可托海矿山公园攻略之前已写过,可翻阅哦
而可可托海风景区,主要分为【两条线】,一是宝石沟+可可托海滑雪场,上一篇写了详细攻略
另外一条就是主风景区,额尔齐斯大峡谷,这一篇就介绍下

位置:新疆北部阿勒泰地区富蕴县境内#阿勒泰·可可托海风景区-额尔齐斯大峡谷[地点]#
祖国版图是一只雄鸡,可可托海就是鸡尾巴的右上角,靠近祖国的边境线

主要景点:
可可托海不是海,是一片超级大的地质公园。由卡拉先格尔地震断裂带、可可苏里、伊雷木湖、额尔齐斯大峡谷组成。但,游览的风景区主要就是沿着额尔齐斯河一路观赏,所以景区又叫额尔齐斯大峡谷

游览方式:
区间车+徒步
景区很大,进景区只能乘坐观光车。现在行车路线已经改成单行道,右侧路进,左侧路出,在峡谷底傍河而行
区间车行驶半小时后到神钟山停车场,往后就必须步行游览啦。有神钟山、瀑布沟、小钟山、象鼻峰、骆驼峰、温泉等景点,单程七公里,必须原路返回神钟山。
体力充足、时间充足的玩家可以再徒步走回景区门口,当然也可以选择区间车返回

️游览路线:
建议先乘区间车坐到神钟山,中间不下车,因为一路会看到所有景点,可以坐车回程的时候选择性下车游览。两旁风光很好,有岩石、草场、树木、河流,还有牛羊马, 行程过半的时候,注意看下网红“夫妻树”
徒步走过神钟山和瀑布沟后,景色相似,山形有点变化,水流姿态有异,草木有绿有黄也偶有淡红,再无奇景。所以也就没继续往前走。
返回的时候在白桦林下车,看看有名的白桦林,哈萨克村子离白桦林也不远

⛰️神钟山
一块花岗岩石头即为一座山,神奇之处是形状如倒扣的巨大石钟,相对高度365米,孤峰傲立,为阿尔泰山之最,山峰的高度正契合了我们一年的365天,钟声代表着平安,游客来到神钟山都会拍照祈福

米尔萨拉桥
神钟山下,桥上写满了祈福的牌子,又叫爱情之桥。牧民就是绕得再远,也要赶着牛羊从此桥过,希望能带来好运和爱情
但相对这座桥,我反而觉得在回程路过的一座无名的黄色的桥更好拍,干净朴素,视野更开阔

#小众宝藏旅行地#

06 省上千万新元的大制作

托尔斯泰说幸福家庭都是相似的,不幸的家庭各有各的不幸。但对结构而言,我却认为,不好的设计都是相似的(平淡无趣,又不省材料),好的设计却各有各的好处。

在建筑,文明和文化发展过程中,材料扮演着一个非常重要的角色。从土,石,木,水泥,铁到近代的钢材及钢筋混凝土。各个时代的人们,都尽量把材料的潜质发挥到淋漓尽致,从而创造出属于那个时代的独特的建筑风格。

2019年3月21日新加坡《联合早报》公布了2019年至三月份登场的新加坡可用的四大工业建筑空间,其中三家都是由政府旗下的JTC(新加坡裕廊城有限公司)开发的,但是其中第三大工业建筑空间(面积5.24万平方米)则是由Syscon私人企业开发的。

在被戏称为"小红点"的新加坡,因为寸土寸金的关系,不少混凝土预制构件的生产工厂都设在柔佛海峡对岸的马来西亚的柔佛洲,但是也有几家例外。

Syscon是几家在新加坡拥有大型预制混凝土基地的预制混凝土产品公司之一。在2009年它就拥有了7.4万平方米的预制厂房,加入这次报道的5.2万平方米的厂房,它就拥有约13万平方米的室内不受气候变化影响的大型预制生产基地。这在新加坡是非常难得的。

无意插柳柳成荫。鼎为顾问公司恰好是这个预制生产基地的2009年和2019年前后两期的结构设计顾问公司。同时也是2019年这一期的建筑设计顾问。这个预制生基地的厂房的特点是,全部结构都是预制的,而梁和板则是先张拉钢筋混凝土预制构件。

英国,日本,美国,法国,德国等发达国家的装配式建筑技术已经有几十年至上百年的历史,相当成熟,新加坡从八十年代开始从新建政府组屋着手全方位推动预制混凝土构件的使用,近十年来建设局要求专业人士必须满足的"易建指标"愈来愈高,以此不惜余力来推广装配式预制建筑。

如果用"女人中的女人"来形容女人味特别浓的女子例如《红楼梦》中的林黛玉,或者用"男人中的男人"来形容男子汉气概特強的男子汉例如《天龙八部中》的乔峰。那么在土木结构界,用"专业中的专业"来形容预制先张拉混凝土构件的设计也许也不为过。

对今天的专业工程师而言,应用各种建筑材料尤其是钢材,及钢筋混凝土作出结构设计是必备的知识,基本上属于少林长拳那种不会不行的基本功。但是对钢筋混凝土的预备张拉应力构件的结构设计则属于非常专门的一个领域,并不是每个工程师在其专业生涯里都有机会进行这类设计。

所谓预备张拉力应力构件设计,就是把浇好的已经坚硬如铁的混凝土通过张拉锚结高强钢索的方式进行压缩,用此来部分抵消大跨度或者大负荷产生的张拉应力。

近年来新加坡市场对预制混凝土产品需求在不断的升级,即从传统的预制件电梯墙、楼板,梁,柱,楼梯,垃圾槽等,升级到更大更重的预制浴室单元(PBU)和厢式预制装配系统(PPVC) 。政府甚至強制规定了新建建筑中必须要用PBU和PPVC的建筑比例。

形势逼人进步,传统的预制生产车间必须升级才能满足新形势的要求,Syscon与时俱进,于2017年中邀请鼎为顾问为建筑及结构顾问设计打造全新的预制厂,新增建筑面积5.24万平方米。

新的预制生产车间由于政府地形限制高度要求分为1/2/3/4层的台阶形,车间层高达13米。再加上一个12层楼用作停车和办公空间。因为从2014年起,新加坡放弃了釆用多年的英国建筑规范,开始使用欧洲规范,所以鼎为顾问按照欧洲规范设计了新的预制厂生产基地。

时至今日,在新加坡建筑和结构设计的政府承包必须使用BIM(三维立体建筑信息模型),满足各种易建指标(预制件的足够比例)绿色环保指标,欧洲规范下的地震抗震设计等等。

这个项目的柱,墙,梁板全都用预制混凝土设计,或者是先张法钢线的大跨度梁板的设计,屋盖则是钢屋架的设计。

客户要求的车间的标准楼面承载能力是每平方米2公吨,长排柱子之间的距离是16米,所以无论怎样设计都将是非常重型的工业厂房结构。总建筑面积又多达几万平方米,因此结构设计的概念将大幅度地左右整个工程的造价。

当柱子的标准布置是18米乘10米时,工程师往往以短边10米为跨度设置多条次梁,让次梁坐在长边18米的两根主梁上。然后次梁间设置楼板来形成整个楼面。

考虑到预制张拉件的力学特色,鼎为顾问反客为主,选长边为跨度来设计这个楼面。为了充分发挥高強度的张拉钢线的经济效益,鼎为顾问选用0.8米厚的标准宽度T字型预制先张板梁来形成楼面,并且选16米长边为跨度,这样要覆盖这个18x10平方米的面积只要10片18米长x0.8米厚的先张拉丅型板梁就行了。用的混凝土和钢材都相对很少。

鼎为顾问在设计的各个环节各个结构构件都有实用经济安全为目标,扎扎实实地完成了整个建筑及结构的整体及详细设计。一般来说,预制混凝土比现浇混凝土的建筑成本要来的高,但是这个项目比起原来预算达到了高达32%的总造价节省。在新加坡建设这种16米大跨度厂房层高13米的大型厂房,每平方米700新元的单位造价应该也算是破记录性的工业建筑成本节省案例吧。

2019年3月该项目获得临时入伙证,客户从此就可以使用厂房了。2020年6月该项目取得了CSC,彻底完成了法律上的一切承报手继。 https://t.cn/EZufoGA


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