Из истории создания первых паровозов

Исторические, экономические, технические предпосылки создания железнодорожного транспорта.

История строительства первых железных дорог мира.

Создание железной дороги С.-Петербург - Царское Село

Развитие железнодорожной сети мира во второй половине XIX-XX в.

Международные железнодорожные организации, транспортные органы ООН

Высокоскоростной железнодорожный транспорт — современное направление в развитии железных дорог

Создание трансконтинентальных и межконтинентальных магистралей.

Железные дороги Европы. Прошлое и настоящее.

Железные дороги Америки. Прошлое и настоящее.

Железные дороги Азии. Прошлое и настоящее.

Реформирование железных дорог мира в конце XX в.

История создания и развитие паровозов в XIX—XX вв.

Паровоз – автономный локомотив с паросиловой установкой, обеспечивающей за счет энергии сжатого пара необходимую силу тяги для движения по рельсовой колее.

Устройство и принцип действия паровоза

Паровозы имеют три основные взаимосвязанные части: паровой котел, паровая машина и экипаж. Паровой котел и паровая машина составляют паросиловую установку.

Паровой котел является первичным источником энергии, служит для получения пара. Нагретый пар из котла поступает в цилиндры паровой машины, где тепловая энергия преобразуется в механическую энергию прямолинейного движения поршня, через кривошипно-шатунный механизм – в энергию вращения колес.

Это оборудование установлено на раме экипажной части паровоза, к которой относятся поддерживающие раму тележки с рессорным подвешиванием, буксами, колесными парами и упряжными приборами. Экипаж паровоза является передвижным основанием (остовом) паровоза, служит для несения оборудования и передвижения паровоза по рельсам.

В прицепляемом к локомотиву вагоне – тендере или на самом паровозе размещают запасы воды, топлива и смазки.

Из истории создания первых паровозов

Первый в мире паровоз был изобретен Ричардом Тревитиком в 1803 г. в Великобритании.

Краткая история строительства первых паровых локомотивов рассмотрена в первой теме, подробнее остановимся на деятельности Дж. Стефенсона, построившего первый практически пригодный паровоз.

Английский инженер Джордж Стефенсон внес решающий вклад в создание паровозов, построив несколько паровозов.

Первый паровоз Стефенсона «Блюхер» (1814 г.) мог передвигать 8 повозок массой 30 т со скоростью 6 км/ч. Паровая машина паровоза имела 2 цилиндра, действовавших на зубчатые колеса, последние передавали движения колесам с гладкими ободами. Для усиления силы тяги впервые был применен «выпуск мятого пара» из цилиндров в дымовую трубу через конус, что дало возможность увеличить производительность котла.

В устройство паровоза «Эксперимент» (1815 г.) Стефенсон внес ряд усовершенствований, в т.ч. заменил зубчатую передачу непосредственным соединением поршней цилиндра с ведущими колесами через систему шатуна и кривошипа.

В 1816 г. в паровозе для устранения тряски экипажа впервые были применены «паровые» рессоры, которые позднее были заменены пружинными.

Паровоз «Локомоушн № 1», построенный для дороги Стоктон-Дарлингтон в 1825 г., был аналогичным предыдущим, перевозил грузы со скоростью 18-25 км/час.

В 1829 г. Дж. Стефенсон вместе с сыном Ричардом для железной дороги Ливерпуль – Манчестер построил паровоз «Ракета» (Rocket). В этом паровозе была успешно использована идея многотрубного котла английского инженера Г. Бута. В 25 трубах котла циркулировала не вода, как в предыдущих конструкциях, а горячие газы. Таким образом, Стефенсон впервые применил жаротрубный котел. После перемены конуса скорость паровоза удалось увеличить до 45 км/час.

Паровоз «Ракета» доказал целесообразность применения паровой тяги, обусловил дальнейшее развитие железнодорожного транспорта и локомотивостроения.

В России первые паровозы были построены в 1834 и 1835 гг. механиками и изобретателями Е.А. и М.Е.Черепановыми, крепостными заводчиков Демидовых. Паровозы развивали скорость до 15 км/час, работали на шахте как вывозные локомотивы. Выпуск отечественных паровозов начался в 1845 г. для строившейся магистрали С.-Петербург – Москва.

Бурный рост промышленности и торговли в XIX веке требовали увеличения провозной способности железных дорог, соответственно повышения мощности, силы тяги, топливной экономичности паровоза. Труды многих инженеров и изобретателей в разных странах сделали паровоз совершенным тяговым средством на уровне науки и техники того времени.

Основные направления совершенствования паровозов:

1) Формирование конструкции паровоза

В течение всего периода производства и эксплуатации паровозов сохранялась их первоначальная компоновка. К началу XX века окончательно сложилась устоявшаяся конструкция паровоза.

В 1930-е гг. во многих странах начали эксплуатироваться паровозы с обтекаемым кожухом, позволявшие экономить энергию и увеличить скорость движения. Среди них: паровоз «Атлантик» для знаменитого поезда «Гайавата» (США), паровоз ИС (Иосиф Сталин) для экспресса «Красная стрела» (СССР).

Английский паровоз «Маллард» в 1938 г. во главе поезда массой 240 т достиг скорости 202 км/ч, что занесено в книгу рекордов Гиннеса как рекорд скорости при паровой тяге.

2) Повышение мощности и тяговой силы паровоза

Для повышения мощности паровоза был изобретен пароперегреватель, позволивший перейти к использованию высоко перегретому пару с температурой более 350 градусов С;-повышалось давление пара в котле (с 1,7-1,8 до 6,0 МПа и более). Были введены новые типы паровых машин (например, компаунд-машины).

Повышение силы тяги локомотива достигалось увеличением числа движущих (ведущих) осей, нагрузки от осей движущих колесных пар на рельсы.

На рубеже XIX – XX веков основным типом грузовых паровозов в Европе были 3-осные машины с осевой формулой 0-3-0, в Америке – 4-осные 1-4-1 (типа «Микадо»). В России массовыми стали 4-осные паровозы серий Ов, С; 5-осный паровоз серии Э.

Осевая формула выражает назначение колесных пар локомотива: I цифра – число передних поддерживающих (бегунковых) осей; II – число движущих (сцепных), III – число задних поддерживающих осей.

В 1920-е – 30-е гг. преобладающими типами грузовых паровозов в странах Европы стали паровозы типа 1-4-0, 1-5-0 при нагрузке на ось 20 т, германские железные дороги имели танк-паровоз типа 1-5-1 с нагрузкой на ось 25 т для вождения тяжелых грузовых поездов. В США и Канаде были распространены грузовые 5-осные паровозы с нагрузкой 27 т. В дальнейшем число спаренных осей увеличивалось.

В СССР с 1930-х гг. выпускались 5-осные паровозы: серии ФД (Феликс Дзержинский) типа 1-5-1 с расчетной силой тяги 233 кН (3,3 тыс. л.с.) – самый мощный в Европе паровоз массового выпуска того времени; серии СО (Серго Орджоникидзе) В 1935 г. был построен опытный грузовой паровоз типа 2-7-2 – единственный в мире с 7 спаренными осями в жесткой раме (мощность 2940 кВт – 4000 л.с). Этот паровоз практически не был использован в поездной работе из-за разрушительных воздействий экипажа на верхнее строение пути.

Самым мощным американским паровозом считается построенный в 1941 г. паровоз Big Boy («Большой Мальчик»). Паровоз имел длину 40 м, весил (вместе с тендером) 541 т и мог тянуть поезд массой 4000 т со скоростью 40 км/ч по пути с уклоном 11 о/оо, на равнине – более 120 км/ч.

Для снижения боковых воздействий движущих осей на путь создавались сочлененные экипажи. Наибольшее распространение получил сочлененный грузовой паровоз типа «Маллет» с осевой формулой 1-5+5-1, впервые построенный в США в 1894 г. В 1915 г. в США был построен тройной сочлененный грузовой паровоз (триплекс) с 12-ю сцепными осями типа 1-4+4+4-1. Это был паровоз гигант-рекордсмен. В России Брянский и Путиловский заводы в 1898 г. создали сочлененные 6-осные паровозы типа 0-3+3-0.

3) Повышение топливной экономичности паровоза

Увеличение энергетической мощности локомотива требовало совершенствования экономических показателей котла и паровой машины, т.е. коэффициента полезного действия преобразования химической энергии топлива в механическую работу (КПД).

Для повышения экономичности паровоза увеличивалась поверхность нагрева в котлах, площадь колосниковых решеток (с 7,7 до 16,9 кв. м), применялись паровые машины с большим числом цилиндров (2-3-4-х цилиндровых).

В результате КПД паровозов увеличился с 1,5% до 8 – 10%. Однако эта низкая энергетическая эффективность не соответствовала уровню развития техники еще в середине 1920-х гг.