|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Паровоз. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Паровоз - автономний локомотив з паросиловою установкою, що використовує як двигун парові машини.
Історія паровоза поєднує у собі дві історії: історію рейкового шляху та історію локомотива. Причому перший виник набагато раніше, ніж другий. Про застосування дерев'яних рейок у гірській справі пише ще Себастьян Мюнстер у своїй книзі, що вийшла 1541 року. У XVIII столітті рейки стали виготовляти з чавуну, а на початку XIX століття - з м'якого заліза (чавун унаслідок своєї крихкості швидко руйнувався). Довгий час залізничні колії споруджувалися тільки на рудниках, але потім набули поширення пасажирські дороги з кінною тягою. Перша така рейкова дорога була влаштована в 1801 в Англії між Уондсвортом і Кройдоном. Що стосується локомотива, то він міг з'явитися лише після великого винаходу Уатта. Як тільки парова машина набула деякого поширення, знайшлося багато винахідників, які намагалися пристосувати її для потреб транспорту - наприклад, використовувати парову машину як двигун для самовоза. Першу спробу цього роду зробив помічник Уатта Мердок. Він насамперед зрозумів, що двигун паромобіля повинен відрізнятися за конструкцією від стаціонарної парової машини. Для того щоб віз крім себе самої міг перевозити корисний вантаж, двигун повинен бути компактним, легким і потужним. Насамперед, Мердок запропонував підвищити тиск у циліндрі до 3-3, 5 атмосфер (тоді цей тиск вважався дуже високим). Він також вважав за необхідне відмовитися від конденсатора і випускати відпрацьовану пару "на вихлоп" в атмосферу. У 1786 році Мердок спорудив діючу модель парового візка. Проте Уатт поставився до дослідів свого помічника дуже холодно, і Мердоку довелося залишити свої експерименти. На щастя, при дослідах Мердока в Редреті був присутній тямущий і допитливий підліток - Річард Трівайтік. Побачене справило на нього величезне враження, і, подорослішавши, він присвятив своє життя створенню парових транспортних машин, що саморухаються. Почав Тривайтик із того, на чому зупинився Мердок. Спочатку він сконструював паровий двигун підвищеного тиску, який працював "на вихлоп" без конденсатора.
Потім у 1801-1803 роках він побудував кілька парових возів, які дуже успішно бігали поганою дорогою з Кемборна в Плімут. По суті це були перші в історії автомобілі. Але до винаходу пневматичних шин їздити такими машинами могли лише ентузіасти. Хороших доріг було мало, і жодні ресори не рятували машину та її водія від жорстокої тряски. До того ж усі ці споруди були дуже громіздкими та великоваговими для того, щоб пересуватися ґрунтовими дорогами.
У Тривайтіка виникла ідея поставити паровий автомобіль на рейки. 1804 року він створив свій перший паровоз. Цей паровоз був циліндричний паровий котел, що лежав на двох осях. Топка розташовувалась попереду під димарем, так що тендер (віз з вугіллям, де сидів кочегар) доводилося причіпляти попереду паровоза. Довгий горизонтальний циліндр 210 мм в діаметрі мав хід поршня в 1 м. Шток поршня далеко видавався попереду паровоза і підтримувався спеціальним кронштейном. З одного боку паровоза була складна зубчасто-колісна передача на обидві осі, з іншого - велике махове колесо, як у фабричної парової машини. За багатьма показниками цей перший історії паровоз мав дивовижні характеристики. Так, при власній вазі 4 т він транспортував зі швидкістю 5 км/год п'ять вагонів загальною вагою 8 т. Порожняком він рухався зі швидкістю 25 км/год.
Тривайтик не був упевнений, що тертя між колесами та рейками буде достатньо для поступального руху паровоза. Тому зовнішня частина колеса, що видавалася за рейки, була втикана головками цвяхів, які вдавлювалися в бруси, покладені паралельно до рейок. Втім, дуже скоро Тривайтик переконався, що потреби в цих додаткових пристосуваннях немає - паровоз міг чудово пересуватися гладкими рейками і тягнути за собою кілька вагонів. Незважаючи на свої добрі ходові якості, перший паровоз не викликав до себе інтересу. Справа в тому, що Тривайтіку доводилося демонструвати своє дітище на Мертир-Тідвілській кінній залізниці. Тяжкий паровоз постійно ламав чавунні рейки. Було очевидно, що йому доведеться будувати спеціальні шляхи. Проте господарі копалень, яких Тривайтик хотів зацікавити паровозом, не хотіли вкладати гроші у будівництво нової дороги та відмовилися фінансувати винахідника. У наступні роки Тривайтик сконструював та побудував ще кілька паровозів. Паровоз 1808 був подальшим кроком вперед. Тривайтик прибрав громіздку зубчасту передачу. Рух від вертикального циліндра передавався за допомогою простих шатунів із кривошипами на задню вісь. Частина відпрацьованої пари йшла на підігрів води в котлі, частина - випускалася через звужений отвір у димар для посилення тяги в топці. Цей удосконалений паровоз порожняком розвивав швидкість 30 км/год. Однак така чудова машина нікого не зацікавила. 1811 року, остаточно розорившись, Тривайтик мав припинити свої досліди. Біда його полягала в тому, що він з'явився зі своїм винаходом надто рано. Не лише залізо, а й чавун ще були надто дорогі. Тому будівництво залізниць здавалося нерентабельним. Високоточних металорізальних верстатів також було дуже мало. Усі деталі паровоза доводилося робити вручну, їхня собівартість була високою. Крім того, йшла війна з Наполеоном, Англія була обмежена континентальною блокадою, і всі проекти, що вимагали великих капіталовкладень, не могли бути реалізовані. Але, зрозуміло, ніякі труднощі було неможливо зупинити технічну думку. З'явилися нові винахідники, які взялися за створення паровоза. Довгий час серед механіків було поширене переконання, що гладке колесо не може котитися гладкою залізною рейкою. Намагаючись уникнути цієї уявної небезпеки, деякі винахідники пішли хибним шляхом. У 1812 році Бленкістон, один із власників Мідлтонських вугільних копалень у Йоркширі, проклав невелику залізницю завдовжки 6 км між Мідлтоном і Лідсом спеціально для паровоза. У тому ж році механік Муррей побудував за проектом Бленкістона паровоз, який мав досить добрі технічні показники. Він пересувався звичайними рейками і мав колеса з гладкими обідьми. Але рух здійснювався за допомогою зубчастого колеса, що котилося зубчастою рейкою, покладеною поряд з гладкими рейками. Машина мала два парові циліндри. Кривошипи двигунів було зміщено один щодо одного на 90 градусів. Коли один із них опинявся у мертвій точці, інший у цей час діяв із найбільшою силою.
Це був перший паровий двигун подвійної дії, здатний починати роботу з будь-якого положення кривошипу. Паровоз Муррея міг транспортувати 20 т корисного вантажу зі швидкістю 6 км/год. З легшим навантаженням він міг брати дуже круті підйоми. Декілька таких паровозів було побудовано для обслуговування рудників, але широкого поширення вони не отримали через те, що мали дуже незначну швидкість, високу ціну і часто простоювали через поломку шляхів. Інший винахідник, Брунтон, в 1813 році спорудив паровоз з двома механізмами, які на зразок ніг мали відштовхуватися від землі і рухати машину вперед (при першому ж випробуванні цей паровоз вибухнув, оскільки при розрахунку котла були допущені помилки).
Незабаром було доведено, що гладке колесо цілком може рухатися гладкою рейкою. Два винахідники - Блекетт і Хедлей - спорудили спеціальний візок з гладкими обідьями, який рухався за допомогою зубчастої передачі людьми, які перебувають на ньому. На візок навантажували залізо, змінюючи таким чином його вагу. У ході цих дослідів було показано, що тертя провідних коліс візка (тобто тих коліс, які отримували оберти від двигуна) в 50 разів перевищувало тертя коліс, що вільно котилися рейкою. Отже, завдяки упору своїх провідних коліс будь-який локомотив міг тягти вантаж, що у 50 разів перевищує його зчіпний вантаж (вага, що припадає на колеса паровоза, спарені з двигуном). У 1815 році Блекетт і Хедлей зібрали дуже хороший паровоз, який отримав назву "Пихкаючий Біллі". Маючи у своєму розпорядженні креслення Тривайтіка, вони змогли скористатися багатьма його напрацюваннями. Дуже довго конструктори билися над проблемою, яка стояла перед усіма винахідниками паровоза того часу, як зменшити навантаження на вісь, щоб локомотив не ламав рейок. Спочатку це відбувалося надто часто, тож перед кожною поїздкою тендер доводилося навантажувати запасом чавунних рейок. Нарешті Блекетт і Хедлей поставили котел на одну раму з тендером, забезпечивши її чотирма парами коліс, так що Біллі мав чотири провідні осі. Тільки після цього він перестав псувати шляхи. Цей паровоз експлуатувався на копальні до 1865 року, після чого був зданий до Лондонського музею.
Тим часом, остаточна перемога над Наполеоном призвела до зміни ринкової кон'юнктури. Англія вступила у період нового промислового підйому. Попит на вугілля різко підвищився, внаслідок чого власники копалень все гостріше стали усвідомлювати потребу в паровому транспорті. Тепер багато хто з них готовий був фінансувати досліди з будівництва паровозів. У той час ідея парової тяги носилася в повітрі, над нею в різних місцях Англії працювало відразу кілька десятків механіків, котрі розробляли різні конструкції паровозів. Найвдалішими виявилися локомотиви, сконструйовані і побудовані Джорджем Стефенсоном. У 1812 році, будучи головним механіком Кіллінгуортських копалень, Стефенсон запропонував своєму господареві Томасу Лідделу проект свого першого паровоза. Той погодився сплатити за його будівництво. У 1814 році робота була закінчена. Паровоз, який отримав ім'я "Блюхер", включився у роботу з обслуговування рудника. За конструкцією він нагадував паровоз Бленкінстона, але без зубчастого ведучого колеса. Він мав два вертикально поставлені парові циліндри; рух від поршня передавалося шатунами на два провідні скати. Ці скати були з'єднані зубчасто-колісною передачею. Тендер був відокремлений від паровоза і причеплений ззаду. "Блюхер" міг перевозити вантаж вагою 30, 5 т, але не міг брати крутих підйомів та розвивав із навантаженням швидкість всього 6 км/год. За багатьма параметрами він поступався "Пихкаючому Біллі" і після року експлуатації виявився лише небагато вигіднішим за коней. Причиною невдачі була слабка потяг. Відпрацьована пара випускалася прямо в повітря, а не в трубу, де вона могла б посилити тягу в топці. Цей недолік Стефенсон усунув насамперед. Після того, як відпрацьована пара стала надходити в трубу, тяга посилилася. Удосконалений паровоз вже всерйоз конкурував із кіньми, і Ліддел охоче дав гроші на продовження дослідів.
В 1815 Стефенсон побудував свій другий паровоз. У цій конструкції він відмовився від з'єднання осей зубчасто-колісною передачею. Вертикальні парові котли були поставлені над осями, і рух від поршнів передавалося безпосередньо на провідні осі, спарені між собою ланцюгом. У 1816 році було закінчено третій паровоз "Кіллінгуорт". Для нього Стефенсон вперше вигадав і застосував ресори (до цього котел встановлювався прямо на раму, внаслідок чого паровоз буквально витрушував душу з машиніста, підстрибуючи на стиках). Одночасно Стефенсон працював над удосконаленням рейкової колії. На той час широко вживалися тендітні чавунні рейки. Під час руху важкого паровоза вони раз у раз лопалися в стиках. Стефенсон вигадав косий стик і взяв на нього патент. Однак тоді йому стало остаточно ясно, що доти, поки чавунні рейки не будуть замінені залізними, кардинальних покращень чекати не доводиться. Залізо було в кілька разів дорожче за чавун, і господарі неохоче йшли на будівництво таких дорогих доріг. Але Стефенсон довів, що паровози вигідно використовувати лише тоді, коли сила їхньої тяги досить велика. Для того, щоб паровози могли возити великі склади і розвивати значні швидкості, необхідно рішуче, не шкодуючи жодних витрат, перебудувати існуючі кінні дороги, якими доводилося їздити першим паровозам, у двох відносинах: пом'якшити ухили та посилити рейки. Ці ідеї Стефенсон вдалося реалізувати через кілька років.
1821 року один із шахтовласників Дарлінгтона Едгард Піз заснував компанію з будівництва залізниці від Дарлінгтона до Стоктона і доручив її спорудження Стефенсону. Загальна довжина дороги з бічними гілками становила 56 км. Це було значне на той час підприємство, і Стефенсон із захопленням взявся за його здійснення. Насилу йому вдалося переконати Піза і його компаньйонів укласти на половині довжини дороги залізні рейки замість чавунних, хоча ті й коштували вдвічі дорожче. 19 вересня 1825 року дорогою урочисто пройшов перший поїзд із 34-х вагонів. Шість із них були навантажені вугіллям та борошном, на інших були розміщені лавки для публіки. Тягнув всі ці вагони новий паровоз "Пересування", яким керував сам Стефенсон. Під звуки музики та веселі вигуки пасажирів поїзд успішно пройшов до Стоктона.
Середня швидкість поїзда була 10 км/год. Попереду локомотива скакав верховий із прапором, просячи публіку звільнити рейки. На окремих ділянках йому доводилося мчати на весь опор, бо потяг розганявся до 24 км/год. Усього за цей рейс було перевезено понад 600 пасажирів. Разом із рештою вантажу ця публіка важила близько 90 т.
У зв'язку з успішним будівництвом Дарлінгтон-Стоктонської дороги ім'я Стефенсон стало широко відоме. У 1826 році рада директорів транспортної компанії Манчестер-Ліверпульської дороги запропонувала Стефенсону посаду головного інженера з окладом 1000 фунтів стерлінгів. Будівництво цієї дороги представляло велику складність, оскільки вона проходила сильно пересіченою місцевістю. Довелося зводити безліч різноманітних штучних споруд: насипи, виїмки, тунелі тощо. Одних мостів було збудовано 63. Під самим Ліверпулем треба було прокласти тунель завдовжки 2 км у скельному ґрунті. Потім довелося зробити виїмку у високій піщаній скелі (загалом під час цієї роботи було видалено 4 тис. куб. м каменю). Особливо великі труднощі становило спорудження полотна через торф'яні болота Чет-Мосс, шириною 480, 6 км і глибиною 5 м. Загальна вартість робіт невдовзі перевищила всі попередні кошториси, а Стефенсон наполегливо вимагав, щоб замість дешевих чавунних рейок було укладено дорогі залізні. Йому були потрібні всі його красномовство і весь його авторитет, щоб довести директорам: саме так, а не інакше слід будувати залізниці. Нарешті, всі перешкоди були успішно подолані. 1829 року, коли дорога наближалася до свого завершення і треба було вже думати про рухомий склад, компанія оголосила вільний конкурс на кращу конструкцію локомотива. Біля Рейнхілла було виділено нову ділянку завдовжки 3 км. Паровози, які брали участь у змаганнях, мали пройти цю дистанцію 20 разів. Стефенсон виставив у Рейнхілл свій новий паровоз "Ракета", побудований на його заводі за останнім словом тодішньої техніки. Ще в 1826 він розробив конструкцію локомотива з похилим циліндром (вперше вона була випробувана на паровозі "Америка"). Це дозволяло зменшити шкідливий простір у циліндрах, що за їх вертикальному розташуванні було дуже важливим. Був також значно вдосконалено паровий котел і вперше було застосовано димогарні трубки, про які треба сказати докладніше. Взагалі, паровий котел був одним із найважливіших вузлів паровоза, від якого багато в чому залежали його технічні характеристики. До нього пред'являвся цілий ряд вимог: при незначній витраті вугілля і води він повинен був давати якомога більше пружної пари. Цього ефекту можна було досягти насамперед, збільшуючи площу зіткнення між водою та гарячими газами.
На ранніх паровозах використовувався простий циліндричний казан. Тут D - ковпак, куди збирається пара, що проводиться до парових клапанів по одній із трубок B (інша з'єднувалася із запобіжним клапаном). Котел мав похилу решітку R, через яку атмосферне повітря доставлялося до вугілля, що насипалося через вирву T. Вугілля ковзало по вирві вниз у міру згоряння, причому найсильніше горіння відбувалося внизу грати; полум'я звідти піднімалося під похилим склепінням G, де був отвір b, через який гарячі гази надходили в перший димар F під котлом. Потім ці гази потрапляли в c і бічний димохід F, а через з'єднання d на передній стороні проходили F знову в задню частину котла, звідки вже вилітали в димову трубу. Таким чином, казан як би з усіх боків обтікався гарячим повітрям. Зольні дверцята K та засувка S були простими пристроями, за допомогою яких кочегар регулював доступ повітря в топку.
Найпростішим видозміною циліндричного котла став котел із жаровою трубою, в якому перший димар проходив не під котлом, а всередині нього. Наступним кроком став трубчастий котел, винайдений у 1828 році французьким інженером Сегеном. Усередині цього котла проходили металеві димогарні труби, якими з топки в димову трубу рухався гарячий газ. У трубчастому казані поверхня нагріву була значно більшою, ніж у циліндричному. При цьому набагато більша частина теплоти йшла на пароутворення і порівняно менша відлітала в трубу. На "Ракеті" загальна поверхня нагріву котла становила близько 13 квадратних метрів, з яких на трубки припадало 11. Тому за тих же габаритів продуктивність котла була значно більшою.
Рейнхільські змагання стали великою подією історія паровоза; вважається, що закінчився період його дитинства. На змаганнях було близько 10 тисяч глядачів, і це найкраще говорить про величезний інтерес простої публіки до парового транспорту. Надії, які Стефенсон покладав на свій витвір, цілком виправдалися. 10 жовтня "Ракета", йдучи порожняком, розвинула рекордну для тих часів швидкість 48 км/год. За власної ваги 4 т цей паровоз вільно тягнув поїзд загальною вагою 5 т зі швидкістю 17 км/год. Швидкість руху паровоза з одним пасажирським вагоном сягала 21 км/год. За всіма показниками "Ракета" виявилася на порядок кращою від усіх інших локомотивів, і приз у 500 фунтів стерлінгів був вручений Стефенсону. Він розділив його зі своїм помічником Бутом, який запропонував ідею трубчастого котла (ні Бут, ні сам Стефенсон тоді ще нічого не знали про винахід Сегена). "Ракету" можна вважати вже цілком досконалим паровозом, тому що вона мала всі найважливіші риси пізніших локомотивів: 1) топка була оточена водою казана; 2) котел був розташований горизонтально і мав димарні труби; 3) пара йшла в димову трубу, що посилювало тягу і збільшувало температуру топки; 4) сила пари передавалася колесам через шатуни без жодних зубчастих передач. Наступного року лінія Ліверпуль – Манчестер була урочисто відкрита. Будівництво дороги вимагало нечуваних на той час капіталовкладень. Загальні витрати на її прокладання склали 739 тисяч фунтів стерлінгів. Проте потреба у цій дорозі була настільки велика, що вона окупилася досить швидко. Це було найкращою рекомендацією нового виду транспорту. За кілька років по всьому світу розгорнулося бурхливе залізничне будівництво. Почалася ера паровоза. Значення Ліверпуль-Манчестерської дороги у цьому процесі важко переоцінити – вона була першою в історії великим, технічно правильно здійсненим проектом залізничного будівництва. Багато знахідки Стефенсона, що стосувалися влаштування насипів, будівництва дамб і тунелів, укладання рейок і шпал тощо, стали потім зразком для інших інженерів. Масштабні зміни, викликані широким поширенням паровозів, були настільки величезні, що можна сказати без перебільшення - вони змінили вигляд світу. До винаходу залізниць найважливіші промислові міста лежали біля морського узбережжя чи судноплавних річках. Головним транспортним засобом служили вітрильні судна. Усередині країни перевезення вантажів відбувалося гужовим транспортом, причому у всіх країнах дороги перебували у дуже поганому стані. За відсутності доріг не могла розвиватися промисловість. Багато території, що мали корисні копалини, були приречені на бездіяльність. Перехід до парового транспорту призвів до значного збільшення швидкості пересування та вантажообігу, за умови, що ціна перевезення помітно знизилася. Найвіддаленіші місцевості виявилися незабаром пов'язані залізницями з промисловими центрами, портами та джерелами сировини, залучені до загального ритму економічного життя. Відстань перестала бути перешкодою, і промисловість набула потужного стимулу до свого розвитку. Автор: Рижов К.В.
▪ лінотип ▪ Нейлон
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ 6-Тбайт гелієві жорсткі диски Ultrastar He від HGST ▪ Точний багатофункціональний калібратор серії 726 ▪ Цифровий чіп AmberSemi для прямого перетворення змінного струму на постійний ▪ Ноутбук Toshiba Satellite P50t із Ultra HD-дисплеєм
▪ розділ сайту Індикатори, датчики, детектори. Добірка статей ▪ стаття Схід - справа тонка. Крилатий вислів ▪ стаття Якого кольору вода? Детальна відповідь ▪ стаття Експлуатація крана-укосини. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття GSM сигналізація своїми руками Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Торгові знаки фірм-виробників мікросхем. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page