Двигатель технического перевооружения транспорта
Универсальный паровой двигатель явился основой технической революции в транспорте, в результате которой на смену гужевому транспорту пришли железные дороги, а на смену парусным судам — пароходы. Новый транспорт, обеспечивший неизмеримо более высокую пропускную способность, явился органическим звеном новой, машинной системы промышленного производства с ее массовым выпуском широчайшего ассортимента товаров, с ее колоссальной потребностью в перевозках сырья, горючего, фабрично-заводской продукции.
Вместе с тем сам процесс возникновения сухопутного и водного парового транспорта сыграл громадную роль в совершенствовании конструктивных форм и достижении высоких экономических показателей парового двигателя. В этих вопросах определяющее значение имел ряд специфических требований к паровому двигателю, работающему в системе транспортной установки. Главными из этих требований были: небольшой удельный вес двигателя, реверсивность и возможность запуска двигателя с любого положения частей его механизма. Первое из этих требований сразу же определило транспортный паровой двигатель как двигатель избыточного давления. Поэтому совершенно не случаен тот факт, что строители первых паровых транспортных агрегатов обратились к пару избыточного давления. Среди них был французский инженер Ж. Кюньо, который в 1769 г., задолго до возникновения острой потребности в универсальном паровом двигателе, спроектировал паровую повозку для перевозки тяжелых артиллерийских орудий. Осуществляя универсальность по техническому применению методом суммирования работы двух цилиндров простого действия (как несколько ранее Ползунов), он объединил их передаточные механизмы, действовавшие поочередно на ведущее колесо повозки. Придя к принципиально правильной конструкции двигателя, Кюньо не нашел способа снизить удельный вес котла, который, будучи самой крупной и тяжелой частью всей повозки, не обеспечивал двигатель достаточным количеством пара.
После прекращения действия патентов Уатта, в 1802 г., англичанин Р. Тревитик запатентовал двигатель избыточного давления для применения в самодвижущихся повозках. Однако Тревитик нашел менее удачное решение, чем Кюньо. Он некритически применил к своему паровому автомобилю одноцилиндровый двигатель двойного действия со всеми присущими ему элементами, не исключая и маховика. Эту же ошибку Тревитик повторил в конструкции своего паровоза, совместив в нем два аккумулятора механической работы: маховик и паровоз в целом. При изменениях скоростного режима машины динамическое равновесие системы нарушалось, вызывая поломку зубьев передаточных шестерен- Изобретая транспортный двигатель, Тревитик позаботился о скорости движения путем введения громадных ведущих колес. В последующих конструкциях ряд изобретателей, названных Марксом «кооперацией современников», вернулся к правильному решению Кюньо, но уже на более высокой ступени развития: они применяли два цилиндра двойного действия, что позволило пускать локомотив в ход при любом положении механизма. Был сделан сдвиг по сравнению с повозкой Кюньо в отношении котла: начиная с Р. Тревитика, все конструкторы паровозов первой четверти XIX в. размещали.топку внутри жаровой трубы.
Однако до применения наиболее эффективного метода увеличения удельной паропроизводительности котла — устройства в нем большого числа дымогарных труб — паровоз находился в состоянии своего младенчества- Использовав впервые дымогарные трубы в котле своего паровоза «Ракеты», английский инженер Дж. Стефенсон вышел победителем конкурса на лучший паровоз, организованного в 1829 г. Его «Ракета» (рис. 3-32) развила скорость до 21 км/ч при весе поезда 17 т; позднее «Ракета» развивала неслыханную в то время скорость 45 км/ч, считавшуюся некоторыми медиками тех дней чуть ли не смертельной для человека. Стефенсона многие называют изобретателем первого реверсивного механизма, позволявшего на ходу переключать парораспределительный золотник машины с эксцентрика переднего хода на эксцентрик заднего хода. Этот механизм сохранил за собой название «кулиса Стефенсона». В действительности кулиса эта была изобретена работавшим на заводе Стефенсона в Ньюкастле инж. Вильям-сом, который построил ее в 1842 г. Название кулисы объясняется тем, что патент на нее получил Стефенсон как владелец предприятия. Необходимость в реверсивном механизме нашла отклик в трудах многих других изобретателей этих механизмов.
В России первыми конструкторами паровозов были отец и сын Е. А. и М. Е. Черепановы. В 1834 г. они построили паровоз, перевозивший 3,5 т груза со скоростью - 15 км/ч. Затем ими был построен второй паровоз, который мог перевозить груз весом 17 т. Паровоз был реверсивным и имел котел с большим числом дымогарных труб. Таким образом, конструкторы паровозов впервые вве-Ли в паросиловые установки производительные трубчатые котлы, многоцилиндровые двигатели, пар избыточного давления, безбалансирную конструкцию механизма, устройства для реверсирования. Прогресс судовых двигателей был более медленным, ак как судовая установка предъявила к своим конструк-рам„менее жесткие требования, чем сухопутная. Соци-ьный заказ промышленного переворота привлек и к этой области применения парового двигателя значительную группу изобретателей. Здесь также необходимо было преодоление привычных представлений. Если изобретатели первых паровозов не верили в то, что сцепление ведущих колес с гладким рельсом будет достаточным для движения поезда и применяли шестеренчатые рельсы и даже своеобразные «ноги» — толкачи (локомотив Брентона, 1813), то некоторые изобретатели первых пароходов не могли откат заться от весел как движителя. Между тем замена многих слабосильных гребцов одним мощным двигателем диктовала целесообразность устройства одного движителя—колеса или винта.
Многие попытки использования грузового аккумулятора, имевшие место после предложения Дж. Хэлла, описанного ранее, оказались безуспешными из-за применения пароатмосферных двигателей или двигателей с прерывной отдачей работы. Становление универсального двигателя, работавшего с паром избыточного давления, создало все предпосылки к использованию этого двигателя на водном транспорте. Ранние паровые суда О. Эванса, В. Саймингтона, Дж. Фитча, Стевенса и многих других не получили отклика в промышленных сферах, несмотря на то, что их конструкторы нашли ряд прогрессивных решений. На своем судне с задним колесом (рис. 3-34) Саймингтон первым отказался от балансира, и общее расположение его установки вполне соответствует более поздней практике построения заднеколесных судов включительно до 20-х годов XX в. Наихудшее техническое решение—механический перенос на судно стационарного двигателя с его балансиром и маховиком — принадлежало Фульто-ну, получившему наибольшую известность в истории в силу того, что его пароход «Клермонт» явился первым коммерческим судном.
В России постройка пароходов была начата в 1815 г. Ф. Бердом; в 1820 г. между С. Петербургом и Кронштад-' том курсировали уже четыре парохода, называвшиеся тогда «пироскафами». Позднее судовые машины строились на Ижорском заводе, машины для речных судов — на По-жевском заводе (с 1817 г.), на Мальцевских заводах, а позднее—на Сормовском. Ижорскому заводу принадлежит первенство постройки и внедрения безбалансирного судового двигателя на пароходе «Геркулес» в 1832 г.