Александр Прасол – Железнодорожный транспорт. Первые локомотивы и современные поезда (страница 3)

Он возвратился домой и тут вспомнил о своих паровозах. Перспективное дело вдохновило Ричарда и он послал несколько собственных проектов устройства железных дорог в парламент, но все было тщетно. В новый вид транспорта никто не верил до тех пор, пока Джордж Стефенсон не провел свой первый поезд, ведомый «Локомотивом»…

Эти примеры наглядно показывают характер эпохи, когда зарождались первые железные дороги, и объективные, и субъективные причины, по которым новое детище инженерно-конструкторской мысли отодвигалось на задний план… Годы, когда создавалось железнодорожное движение, были наполнены смелыми экспериментами десятков энтузиастов, которые на свой страх и риск, часто без должных научных знаний и инженерного образования, брались за конструирование новых механизмов. Это была, как сейчас модно говорить, сборка «на коленках», хотя учитывая массогабаритные показатели паровозов и вагонов, невозможно представить изготовление локомотивов где-то в полуподвальном помещении, без обрабатывающих станков, кузницы и слесарных инструментов. Сотни и тысячи пытливых людей в начале девятнадцатого века повторяли невидимый подвиг одержимых средневековых алхимиков, в результате бесчисленных экспериментов которых были открыты десятки новых металлов и соединений, солей и кислот.

Первые паровозы

В итоге сложился устоявшийся тип паровоза, основные составляющие которого почти в неизменном виде дошли до наших дней. Конструктивно каждый локомотив состоит из топки и парового котла, в котором происходит нагревание воды и выработка пара. В отличие от кастрюли или чайника, локомотивный котел представляет собой сложную конструкцию из водяных и дымогарных трубок. Тонкие трубки способствуют более быстрому нагреву воды, что дает большую экономию топлива. Второй важный механизм – паровая машина. Она устроена таким образом, что в нее пар подается поочередно то с одной стороны поршня, то с другой. Тем самым поршень может совершать возвратно-поступательные движения, которые и передаются на кривошипно-шатунный механизм. Распределяет направление движения пара золотниковый механизм, который подобно челноку движется туда-обратно. А тяги кривошипа жестко связаны с паровозными колесами.

На заре паровозостроения вращалась только одна колесная пара. Но затем механики придумали сложную систему с противовесами, и теперь рычаги могли вращать все ведущие колеса. Такие устройства можно увидеть на действующих паровозах, которые на День железнодорожника выходят в демонстрационные поездки. Чтобы сделать движение колес более равномерным, на противоположной стороне от шатуна устанавливали массивный противовес. Он сглаживал рваный ход поршня, гася собственной инерцией резкие движения. Выработка пара и доведение его до рабочей кондиции – очень сложная и ответственная задача. Поэтому в будке машиниста было очень много вспомогательных устройств. Манометры и термометры указывали на температуру и давление пара, предохранительные клапаны предотвращали возможность разрыва котла. Иногда в топке монтировали особые воздушные компрессоры, которые усиливали горение, подавая подогретый воздух к горящему углю.

Паровоз нуждается в топливе и воде. Для этого на нем предусмотрены тендер для угля, цистерна для нефти или мазута, а также баки для воды. И топливо, и вода – расходный материал для локомотива, в отличие, скажем, от электровозов, снабженных системой рекуперации электроэнергии. Такие машины могут переключать тяговые электродвигатели из режима двигателя в режим генератора. И за счет высокой кинетической энергии электровоз вместо потребления возвращает электричество в контактную сеть. Современные электровозы иногда применяют рекуперативное торможение, когда вместо обычного тормоза ТЭДы останавливаются сильным электромагнитным полем, в результате чего локомотив также останавливается, но при этом еще и вырабатывает энергию.

Однако, не будем забегать вперед – до использования других видов тяги еще остается немногим больше сотни лет…

Глава 2

Паровозная лихорадка: рекорды скорости и грузоподъемности

Как мы увидели в предыдущей главе, идея использования силы пара возникла за два тысячелетия до изобретения паровоза. Но лишь с развитием фундаментальной науки, исследовавшей агрегатное состояние жидкостей и газов, совершенствования механики и применения передовых и точных способов металлообработки, удалось сконструировать рабочую модель паровой машины.

Впервые использовать силу пара для движения повозки предложил знаменитый английский ученый Исаак Ньютон в 1680 году. Тележка Ньютона была реактивной. Это была, по сути, та же самая вертушка Герона, только с жестко закрепленным шаром (сосудом для воды) и паровыводящими трубками. Ехать верхом на кипящем чайнике никто не соглашался, несмотря на огромный научный авторитет Ньютона. И проект благополучно остался на бумаге. Почти столетие спустя за конструирование паровой тяги взялся французский инженер Николя Кюньо. Он в 1769 году построил трехколесную безрельсовую повозку с паровым двигателем, который приводил в действие одно колесо при помощи храпового механизма. Изобретатель мечтал создать артиллерийский тягач для передвижения тяжелых орудий. Однако, его задумка на десятилетия опередила свое время. Самоходная артиллерия стала массово выпускаться только с изобретением двигателей внутреннего сгорания… Машина Кюньо двигалась самостоятельно, но оказалась весьма неудачной. Подлинная телега Кюньо до сих пор хранится в политехническом музее Парижа.

А идея будоражила умы предприимчивых инженеров и механиков. Американец Эванс и помощник Уатта Уильям Мердок также не дошли до практического применения своих разработок. Новшество было слишком экзотичным, чтобы в него поверили те толстосумы, кто мог бы профинансировать работы над усовершенствованием паровой машины и ее приводов.

Первым, кто сумел сделать катящуюся по рельсам паровую повозку, стал, как мы знаем, талантливый английский инженер Ричард Тревитик. На его счету несколько моделей паровозов, самый первый из которых, «Puffing Devil» («Пыхтящий Дьявол»), был создан в 1801 году. Его безаварийная работа позволила Тревитику поверить в собственные силы, и годом спустя для угольной компании «Coalbrookdale» он построил одноименный паровоз.

Надо отметить, что редкое новшество, каким являлись первые локомотивы, получало имена собственные. Ведь еще не было серийного производства однотипных моделей, каждый паровоз был штучным товаром и, по сути, результатом многочисленных проб и ошибок. Так, например, «Пыхтящий Дьявол» взорвался, когда Тревитик зашел в паб пропустить кружечку пенного эля, забыв приглушить топку и открыть предохранительный клапан…

Однако, Ричард не унывал. Он продолжал свои опасные эксперименты. Самая известная модель паровоза, которая получила имя «Pen-y-Darren», была создана Тревитиком в конце 1803 года. Официальным же годом ее рождения считается 1804, когда Тревитик получил патент на свое изобретение. Паровоз сильно отличался от его многочисленных «потомков». Так, на нем один цилиндр раскручивал большое колесо-маховик, от которого через зубчатую передачу приводились обе колесные пары. Такая передача была не совсем удобной, ведь в результате слишком резкой подачи пара в цилиндр зубчатая передача могла сломаться. И все же это был уверенный шаг вперед. Испытания данного паровоза проходили близ города Мертир-Тидвил (Уэльс, Великобритания), где паровоз впервые проехал с вагонетками, тем самым проведя первый в мире поезд. В 1808 году Тревитик создает новый паровоз, который начал использовать на кольцевой железной дороге-аттракционе «Поймай меня, кто сможет».

Джордж Стефенсон, у которого к тому времени было несколько удачных моделей паровозов, среди которых был и первенец «Блюхер», названный в честь немецкого фельдмаршала, участвовавшего в разгроме армии Наполеона. К тому времени на крупных предприятиях активно использовалась конная тяга, применение которой существенно ограничивало вес составов с грузом, да и скорость транспортировки была невелика. Это вскоре привело многих владельцев крупных предприятий к мыслям о начале применения в транспортировке грузов паровых машин, в том числе и движущихся по рельсам. И Стефенсон активно предлагал свои локомотивы для использования в промышленности. Он доказывал их неоспоримое преимущество и экономическую выгоду от применения паровозов.

Была еще одна причина, способствовавшая появлению паровой тяги. Из-за наполеоновских войн резко уменьшилось поголовье лошадей, самых сильных из которых отбирали для действующей армии. К тому же разоренное сельское хозяйство не давало нужного количества фуражного зерна, и цены на него взлетели до небес.

Эти проблемы подстегнули интерес к паровозам, работавшим на шахтах и рудниках, на крупных заводах и фабриках. В 1811 году предпринимается попытка применения паровоза для вождения вагонеток с углем, но легкий паровоз не смог потянуть тяжелый состав, а стал боксовать на месте. В результате родилось ошибочное мнение о невозможности езды паровоза с гладкими колесами по гладким рельсам. Поэтому в 1812 году для Мидльтонских копей был создан паровоз «Бленкинсоп», в котором сила тяги реализовывалась за счет зубчатого колеса, катящегося по зубчатой рейке (надо заметить, что подобную конструкцию мне довелось увидеть в Испании, где на гору Монсеррат ходит небольшой экскурсионный поезд, между рельсами которого проложен зубчатый рельс. Скорость движения такого поезда невысокая, но туристам это даже интереснее, поскольку медленный подъем позволяет вдоволь полюбоваться живописными видами на горы и знаменитый монастырь Монсеррат).