Изобретатель
: Ричард Тривайтик
Страна
: Англия
Время изобретения
: 1804 г.
История паровоза совмещает в себе две истории: историю рельсового пути и историю локомотива. Причем первый возник гораздо раньше второго. О применении деревянных рельсов в горном деле пишет еще Себастьян Мюнстер в своей книге, вышедшей в 1541 году. В XVIII веке рельсы стали изготавливать из чугуна, а в начале XIX века - из мягкого (чугун вследствие своей хрупкости, быстро разрушался).
Долгое время железнодорожные пути сооружались только на рудниках, но потом получили распространение пассажирские дороги с конной тягой. Первая такая рельсовая дорога была устроена в 1801 году в Англии между Уондсвортом и Кройдоном.
Что касается локомотива, то он мог явиться на свет лишь после великого изобретения Уатта. Как только паровая машина получила некоторое распространение, нашлось много изобретателей, старавшихся приспособить ее для нужд транспорта - например, использовать паровую машину в качестве двигателя для самодвижущейся повозки.
Первую попытку в этом роде сделал помощник Уатта Мердок. Он прежде других понял, что двигатель паромобиля должен отличаться по конструкции от стационарной паровой машины. Для того чтобы повозка кроме себя самой могла перевозить полезный груз, двигатель должен быть компактным, легким и мощным. Прежде всего, Мердок предложил повысить давление в цилиндре до 3-3, 5 атмосфер (тогда это давление считалось очень высоким).
Он также посчитал необходимым отказаться от конденсатора и выпускать отработанный пар «на выхлоп» в атмосферу. В 1786 году Мердок соорудил действующую модель паровой тележки. Однако Уатт отнесся к опытам своего помощника очень холодно, и Мердоку пришлось оставить свои эксперименты. К счастью, при опытах Мердока в Редрете присутствовал смышленый и любознательный подросток - Ричард Тривайтик. Увиденное произвело на него огромное впечатление, и, повзрослев, он посвятил свою жизнь созданию паровых самодвижущихся транспортных машин.
Начал Тривайтик с того, на чем остановился Мердок. Сначала он сконструировал паровой двигатель повышенного давления, работавший «на выхлоп» без конденсатора. Затем в 1801-1803 годах он построил несколько паровых повозок, которые весьма успешно бегали по скверной дороге из Кемборна в Плимут. По существу, это были первые в истории . Но до изобретения ездить на таких машинах могли только энтузиасты.
Хороших дорог было мало, и никакие рессоры не спасали машину и ее водителя от жестокой тряски. К тому же все эти сооружения были очень громоздкими и тяжеловесными для того, чтобы передвигаться по грунтовым дорогам. Тогда у Тривайтика возникла идея поставить паровой автомобиль на рельсы. В 1804 году он создал свой первый паровоз.
Этот паровоз представлял собой цилиндрический паровой котел, покоившийся на двух осях. Топка располагалась впереди под дымовой трубой, так что тендер (повозку с углем, где сидел кочегар) приходилось прицеплять впереди паровоза. Длинный горизонтальный цилиндр 210 мм в диаметре имел ход поршня в 1, 4 м. Шток поршня далеко выдавался впереди паровоза и поддерживался особым кронштейном.
С одной стороны паровоза имелась сложная зубчато-колесная передача на обе оси, с другой - большое маховое колесо, как у фабричной паровой машины. По многим показателям этот первый в истории паровоз имел удивительные характеристики. Так, при собственном весе в 5 т он транспортировал со скоростью 8 км/ч пять вагонов общим весом 25 т. Порожняком он двигался со скоростью 26 км/ч.
Тривайтик не был уверен, что трения между колесами и рельсами будет достаточно для поступательного движения паровоза. Поэтому наружная часть колеса, выдававшаяся за рельсы, была утыкана головками гвоздей, которые вдавливались в брусья, уложенные параллельно рельсам. Впрочем, очень скоро Тривайтик убедился, что нужды в этих дополнительных приспособлениях нет - паровоз мог прекрасно передвигаться по гладким рельсам и тащить за собой несколько вагонов.
Несмотря на свои хорошие ходовые качества, первый паровоз не вызвал к себе интереса. Дело в том, что Тривайтику приходилось демонстрировать свое детище на Мертир-Тидвилской конной железной дороге. Тяжелый паровоз постоянно ломал чугунные рельсы. Было очевидно, что для него придется строить специальные пути. Однако хозяева рудников, которых Тривайтик хотел заинтересовать паровозом, не хотели вкладывать деньги в строительство новой дороги и отказались финансировать изобретателя.
В последующие годы Тривайтик сконструировал и построил еще несколько паровозов. Паровоз 1808 года был дальнейшим шагом вперед. Тривайтик убрал громоздкую зубчатую передачу. Движение от вертикального цилиндра передавалось посредством простых шатунов с кривошипами на заднюю ось. Часть отработанного пара шла на подогрев воды в котле, часть - выпускалась через суженное отверстие в дымовую трубу для усиления тяги в топке. Этот усовершенствованный паровоз порожняком развивал скорость 30 км/ч. Однако и эта замечательная машина никого не заинтересовала.
В 1811 году, окончательно разорившись, Тривайтик должен был прекратить свои опыты. Беда его заключалась в том, что он явился со своим изобретением слишком рано. Не только железо, но и чугун еще были слишком дороги. Поэтому строительство железных дорог казалось нерентабельным. Высокоточных металлорежущих станков также было очень мало. Все детали паровоза приходилось делать вручную, их себестоимость была высокой. Кроме того, шла война с Наполеоном, Англия была стеснена континентальной блокадой, и все проекты, требовавшие больших капиталовложений, не могли быть реализованы.
Но, разумеется, никакие трудности не могли остановить техническую мысль. Появились новые изобретатели, взявшиеся за создание паровоза. Долгое время среди механиков было распространено убеждение, что гладкое колесо не может катиться по гладкому железному рельсу. Стараясь избежать этой мнимой опасности, некоторые изобретатели пошли по ложному пути. В 1812 году Бленкистон, один из владельцев Мидлтонских угольных копей в Йоркшире, проложил небольшую железную дорогу длиной 6 км между Мидлтоном и Лидсом специально для паровоза.
В том же году механик Муррей построил по проекту Бленкистона паровоз, обладавший достаточно хорошими техническими показателями. Он передвигался по обычным рельсам и имел колеса с гладкими ободьями. Но движение осуществлялось при помощи зубчатого колеса, катившегося по зубчатой рейке, положенной рядом с гладкими рельсами. Машина имела два паровых цилиндра. Кривошипы двигателей были смещены друг относительно друга на 90 градусов. Когда один из них оказывался в мертвой точке, другой в это время действовал с наибольшей силой.
Это был первый паровой двигатель двойного действия, способный начинать работу из любого положения кривошипа. Паровоз Муррея мог транспортировать 20 т полезного груза со скоростью 6 км/ч. С более легкой нагрузкой он мог брать очень крутые подъемы. Несколько таких паровозов было построено для обслуживания рудников, но широкого распространения они не получили в силу того, что имели очень незначительную скорость, высокую цену и часто простаивали из-за поломки путей.
Другой изобретатель, Брунтон, в 1813 году соорудил паровоз с двумя механизмами, которые наподобие ног должны были отталкиваться от земли и двигать машину вперед (при первом же испытании этот паровоз взорвался, так как при расчете котла были допущены ошибки).Вскоре было доказано, что гладкое колесо 
вполне может двигаться по гладкому рельсу. Два изобретателя - Блекетт и Хедлей - соорудили специальную тележку с гладкими ободьями, которая приводилась в движение при помощи зубчатой передачи людьми, находящимися на ней. На тележку нагружали железо, меняя таким образом ее вес.
В ходе этих опытов было показано, что трение ведущих колес тележки (то есть тех колес, которые получали обороты от двигателя) в 50 раз превышало трение колес, свободно катившихся по рельсу. Следовательно, благодаря упору своих ведущих колес любой локомотив мог тащить груз, в 50 раз превышающий его сцепной груз (вес, приходящийся на колеса паровоза, спаренные с двигателем).
В 1815 году Блекетт и Хедлей собрали очень хороший паровоз, получивший название «Пыхтящий Билли». Имея в своем распоряжении чертежи Тривайтика, они смогли воспользоваться многими его наработками. Очень долго конструкторы бились над проблемой, стоявшей перед всеми изобретателями паровоза того времени, - как уменьшить нагрузку на ось, чтобы локомотив не ломал рельсов.
Поначалу это происходило слишком часто, так что перед каждой поездкой тендер приходилось нагружать запасом чугунных рельс. Наконец Блекетт и Хедлей поставили котел на одну раму с тендером, снабдив ее четырьмя парами колес, так что «Билли» имел четыре ведущих оси. Только после этого он перестал портить пути. Этот паровоз эксплуатировался на руднике до 1865 года, после чего был сдан в Лондонский музей.
Между тем окончательная победа над Наполеоном привела к изменению рыночной конъюнктуры. Англия вступила в период нового промышленного подъема. Спрос на уголь резко повысился, в результате чего владельцы копей все острее стали осознавать нужду в паровом транспорте. Теперь многие из них готовы были финансировать опыты по строительству паровозов. В то время идея паровой тяги носилась в воздухе, над ней в разных местах Англии трудилось сразу несколько десятков механиков, разрабатывавших различные конструкции паровозов.
Удачнее других оказались локомотивы, сконструированные и построенные Джорджем Стефенсоном. В 1812 году, будучи главным механиком Киллингуортских копей, Стефенсон предложил своему хозяину Томасу Лидделу проект своего первого паровоза. Тот согласился оплатить его постройку. В 1814 году работа была закончена. Паровоз, получивший имя «Блюхер», включился в работу по обслуживанию рудника.
По конструкции он сильно напоминал паровоз Бленкинстона, но без зубчатого ведущего колеса. Он имел два вертикально поставленных паровых цилиндра; движение от поршня передавалось шатунами на два ведущих ската. Эти скаты были соединены зубчато-колесной передачей. Тендер был отделен от паровоза и прицеплен сзади. «Блюхер» мог перевозить груз весом 30, 5 т, но не мог брать крутых подъемов и развивал с нагрузкой скорость всего 6 км/ч. По многим параметрам он уступал «Пыхтящему Билли» и после года эксплуатации оказался лишь немногим выгоднее использовавшихся до этого лошадей.
Причиной неудачи была слабая тяга. Отработанный пар выпускался прямо в воздух, а не в трубу, где он мог бы усилить тягу в топке. Этот недостаток Стефенсон устранил в первую очередь. После того как отработанный пар стал поступать в трубу, тяга усилилась. Усовершенствованный паровоз уже всерьез конкурировал с лошадьми, и Лиддел охотно дал деньги на продолжение опытов.
В 1815 году Стефенсон построил свой второй паровоз. В этой конструкции он отказался от соединения осей зубчато-колесной передачей. Вертикальные паровые котлы были поставлены прямо над осями, и движение от поршней передавалось непосредственно на ведущие оси, спаренные между собой цепью. В 1816 году был закончен третий паровоз «Киллингуорт». Для него Стефенсон впервые придумал и применил рессоры (до этого котел устанавливался прямо на раму, вследствие чего паровоз буквально вытряхивал душу из машиниста, подпрыгивая на стыках).
Одновременно Стефенсон работал над усовершенствованием рельсового пути. В то время широко употреблялись хрупкие чугунные рельсы. При движении тяжелого паровоза они то и дело лопались в стыках. Стефенсон придумал косой стык и взял на него патент. Однако тогда же ему стало окончательно ясно, что до 
тех пор, пока чугунные рельсы не будут заменены железными, кардинальных улучшений ждать не приходится. Железо было в несколько раз дороже чугуна, и хозяева неохотно шли на строительство таких дорогих дорог. Но Стефенсон доказал, что паровозы выгодно использовать лишь тогда, когда сила их тяги достаточно велика.
Для того чтобы паровозы могли возить большие составы и развивать значительные скорости, необходимо решительно, не жалея никаких затрат, перестроить существующие конные дороги, по которым приходилось ездить первым паровозам, в двух отношениях: смягчить уклоны и усилить рельсы. Эти идеи Стефенсону удалось реализовать через несколько лет.
В 1821 году один из шахтовладельцев Дарлингтона Эдгард Пиз основал компанию по строительству железной дороги от Дарлингтона к Стоктону и поручил ее сооружение Стефенсону. Общая длина дороги с боковыми 
ветками составляла 56, 3 км. Это было значительное по тем временам предприятие, и Стефенсон с увлечением взялся за его осуществление. С большим трудом ему удалось убедить Пиза и его компаньонов уложить на половине длины дороги железные рельсы вместо чугунных, хотя те и стоили в два раза дороже. 19 сентября 1825 года по дороге торжественно прошел первый поезд из 34-х вагонов.
Шесть из них были нагружены углем и мукой, на остальных были размещены скамейки для публики. Тащил все эти вагоны новый паровоз «Передвижение», которым управлял сам Стефенсон. Под звуки музыки и веселые возгласы пассажиров поезд успешно прошел до Стоктона. Средняя скорость его была 10 км/ч. Впереди локомотива скакал верховой с флагом, прося публику освободить рельсы. 
На отдельных участках ему приходилось мчаться во весь опор, потому что поезд разгонялся до 24 км/ч. Всего за этот рейс было перевезено более 600 пассажиров. Вместе с остальным грузом эта публика весила около 90 т.
В связи с успешным строительством Дарлингтон-Стоктонской дороги имя Стефенсона стало широко известно. В 1826 году совет директоров транспортной компании Манчестер-Ливерпульской дороги предложил Стефенсону пост главного инженера с окладом в 1000 фунтов стерлингов. Строительство этой дороги представляло большую сложность, поскольку она проходила по сильнопересеченной местности. Пришлось возводить множество разнообразных искусственных сооружений: насыпи, выемки, туннели и т.п.
Одних мостов было построено 63. Под самым Ливерпулем надо было проложить туннель длиной 2, 4 км в скальном грунте. Потом пришлось сделать выемку в высокой песчаной скале (всего во время этой работы было 
удалено 480 тыс. куб. м камня). Особенно большие трудности представляло сооружение полотна через торфяные болота Чэт-Мосс, шириной 6, 5 км и глубиной 15 м. Общая стоимость работ вскоре превысила все предварительные сметы, а Стефенсон между тем настойчиво требовал, чтобы вместо дешевых чугунных рельс были уложены дорогие железные. Ему потребовались все его красноречие и весь его авторитет, чтобы доказать директорам: именно так, а не иначе следует строить железные дороги.
Наконец, все препятствия были благополучно преодолены. В 1829 году, когда дорога близилась к своему завершению, и надо было уже думать о подвижном составе, компания объявили свободный конкурс на лучшую конструкцию локомотива. Возле Рейнхилла был выделен новый участок длиной 3 км. Паровозы, участвовавшие в состязаниях, должны были пройти эту дистанцию 20 раз.
Стефенсон выставил в Рейнхилле свой новый паровоз «Ракета», построенный на его заводе по последнему слову 
тогдашней техники. Еще в 1826 году он разработал конструкцию локомотива с наклонным цилиндром (впервые она была опробована на паровозе «Америка»). Это позволяло уменьшить вредное пространство в цилиндрах, что при вертикальном их расположении являлось весьма важным. Был также значительно усовершенствован паровой котел и впервые были применены дымогарные трубки, о которых надо сказать подробнее.
Вообще, паровой котел был одним из важнейших узлов паровоза, от которого во многом зависели его технические характеристики. К нему предъявлялся целый ряд требований: при незначительном расходе угля и воды он должен был давать возможно большее количество упругого пара. Этого эффекта можно было достичь, прежде всего, увеличивая площадь соприкосновения между водой и горячими газами. Простейшим видоизменением цилиндрического котла стал котел с жаровой трубой, в котором первый дымоход проходил не под котлом, а внутри него.
Следующим шагом явился трубчатый котел, изобретенный в 1828 году французским инженером Сегеном. Внутри этого котла проходили металлические дымогарные трубы, по которым из топки в дымовую трубу двигался горячий газ. В трубчатом котле поверхность нагрева была значительно больше, чем в цилиндрическом. При этом гораздо большая часть теплоты шла на парообразование и сравнительно меньшая улетала в трубу. На «Ракете» общая поверхность нагрева котла составляла около 13 квадратных метров, из которых на трубки приходилось 11. Поэтому при тех же габаритах производительность котла была значительно больше.
Рейнхильские состязания стали крупным событием в истории паровоза; считается, что ими закончился период его детства. На состязаниях присутствовало около 10 тысяч зрителей, и это лучше всего говорит об огромном интересе простой публики к паровому транспорту. Надежды, которые Стефенсон возлагал на свое творение, полностью оправдались. 10 октября «Ракета», идя порожняком, развила рекордную для тех времен скорость 48 км/ч. При собственном весе 4, 5 т этот паровоз свободно тянул поезд общим весом 17 т со скоростью 21 км/ч. Скорость движения паровоза с одним пассажирским вагоном достигала 38 км/ч.
По всем показателям «Ракета» оказалась на порядок лучше всех других локомотивов, и приз в 500 фунтов 
стерлингов был вручен Стефенсону. Он разделил его со своим помощником Бутом, предложившим идею трубчатого котла (ни Бут, ни сам Стефенсон в то время еще ничего не знали об изобретении Сегена). «Ракету» можно считать уже вполне совершенным паровозом, так как она имела все важнейшие черты позднейших локомотивов: 1) топка была окружена водой котла; 2) котел был расположен горизонтально и имел дымогарные трубы; 3) пар уходил в дымовую трубу, что усиливало тягу и увеличивало топки; 4) сила пара передавалась колесам через шатуны без всяких зубчатых передач.
В следующем году линия Ливерпуль - Манчестер была торжественно открыта. Строительство дороги потребовало неслыханных по тем временам капиталовложений. Общие затраты на ее прокладку составили 739 
тысяч фунтов стерлингов. Однако потребность в этой дороге была настолько велика, что она окупилась достаточно быстро. Это было лучшей рекомендацией новому виду транспорта. Через несколько лет по всему миру развернулось бурное железнодорожное строительство. Началась эра паровоза.
Значение Ливерпуль-Манчестерской дороги в этом процессе трудно переоценить - она была первым в истории крупным, технически правильно осуществленным проектом железнодорожного строительства. Многие находки Стефенсона, касавшиеся устройства насыпей, строительства дамб и туннелей, укладки рельсов и шпал и пр., сделались потом образцом для других инженеров. Масштабные перемены, вызванные широким распространением паровозов, были настолько огромны, что можно сказать без преувеличения - они изменили облик мира.
До изобретения железных дорог важнейшие промышленные города лежали у морского побережья или на судоходных реках. Главным транспортным средством служили . Внутри страны перевозка грузов происходила гужевым транспортом, причем во всех странах дороги находились в очень скверном состоянии. При отсутствии дорог не могла развиваться промышленность. Многие территории, имевшие полезные ископаемые, были тем не менее обречены на бездеятельность.
Переход к паровому транспорту привел к значительному увеличению скорости передвижения и грузооборота, при том, что цена перевозки заметно снизилась. Самые отдаленные местности оказались вскоре связаны железными дорогами с промышленными центрами, портами и источниками сырья, вовлечены в общий ритм экономической жизни. Расстояние перестало быть препятствием, и промышленность получила мощный стимул к своему развитию.
Идея применить паровой локомотив на рельсах впервые возникла у шотландского инженера Ричарда Тревитика в начале 19 века. Первый паровоз для рельсовых путей он сконструировал в 1803 году, а первое испытание транспортного средства произошло лишь спустя год – в феврале 1804 года.
Скорость созданного им паровоза достигала 9 миль в час, а вес составлял шесть тонн. Однако чугунные рельсы не были рассчитаны на такой вес и часто ломались.
В 1807 году Тревитик открыл первую в мире кольцевую дорогу в Лондоне. Постоянные поломки рельсов приводили к тому, что поезд попросту падал и его приходилось то и дело чинить. Но денежные средства у Тревитика были на исходе.
Параллельно с ним на протяжении 1803-1814 годов другие изобретатели тоже пытались создать свой паровоз: Меррей, Бленкинсон, Брентон, Хедли.
В 1814 году английский инженер Джордж Стефенсон начал испытания своего первого паровоза, носившего название «Блюхер».
Вплоть до 1825 года паровозы в основном использовались для нужд рудников. В этом же году был открыт первый участок железной дороги между городами Стоктон и Дарлингтон.
В 1829 году был организован конкурс на лучший локомотив. Стефенсон представил для испытаний свой паровоз «Ракета», который и победил в соревнованиях. Его мощность составляла 13 лошадиных сил, а максимальная скорость — 38 километров в час.
Затем по всему миру началось активное строительство железнодорожных путей: в Англии (1830 г.), Франции (1832 г.), Германии и Бельгии (1835 г.), Австрии и России (1837 г.).
В 1834 году механиками Черепановыми был построен первый паровоз, который мог развить скорость до 16 км/час. Но представители царского правительства отказались от разработок российских инженеров, предпочитая заказывать английские паровозы.
Приехавший в Россию профессор из Австрии Герстнер построил первый участок железной дороги между Царским селом и Петербургом.
Двухколейная железная дорога между Москвой и Петербургом была построена лишь в 1851 году.
ИСТОРИЯ ПАРОВОЗА
Изобретение, изменившее мир
Долгое время железнодорожные пути сооружались только на рудниках,
но потом получили распространение пассажирские дороги с конной тягой.
Первая такая рельсовая дорога была устроена в 1801 году в Англии
между Уондсвортом и Кройдоном.
Первый паровоз был построен в 1804 году Ричардом Тревитиком, в молодости знакомым с Джеймсом Уаттом, изобретателем паровой машины. Однако железо в те годы было слишком дорого, а чугунные рельсы не могли выдерживать тяжелую машину.
В последующие годы многие инженеры пытались создавать паровозы, но самым удачливым из них оказался Георг Стефенсон, который в 1812-1829 гг. не только предложил несколько удачных конструкций паровозов, но и сумел убедить шахтовладельцев построить первую железную дорогу из Дарлингтона к Стоктону, способную выдержать паровоз. Позднее, паровоз Стефенсона «Ракета» выиграл специально устроенное соревнование и стал основным локомотивом первой общественной дороги Манчестер-Ливерпуль.
Создание железнодорожной сети привело к взрывному росту промышленности с середины XIX век а, особенно металлургической. Во многом, именно изобретение паровоза дало толчок к созданию того мира, в котором мы сейчас живем.
Усложнение конструкции
В основном, конструкция паровоза сформировалась к 1900 г. и сохранилась до последних лет его постройки.
Рост грузооборота железных дорог, прокладка трасс в горных условиях потребовали создания паровозов со все большим количеством тяговых осей, число которых доходило до 7. Опасаясь сильного бокового разрушения пути многоосным жёстким экипажем, паровозная техника пошла по пути создания мощных паровозов с сочленённым экипажем. Наибольшее распространение получил паровоз типа «Маллет», впервые построенный в 1894 г.
 |
Известны также другие типы сочленённых паровозов, не получившие, однако, широкого распространения из-за своей сложности и дороговизны: паровозы Ферли, Гарратта, Гольве, Дю-Буске и др. Паровоз типа «Маллет» имел, как правило, две рамы: заднюю, жёстко прикрепленную к котлу, и подвижную переднюю, соединенную с задней при помощи шарнира. Каждая рама располагалась на отдельной группе движущих осей (от двух до пяти), имевших свою паровую машину. Наиболее широко эти паровозы использовались на железных дорогах США и Канады.
В 1915-1916 гг. в Соединенных Штатах Америки был создан
тройной сочлененный грузовой паровоз (триплекс) «Маллет» с 12 сцепными
осями типа 1-4-0+0-4-0+0-4-1. Третья группа ведущих осей этого паровоза
с машиной располагалась под тендером. Для увеличения мощности американских
грузовых паровозов применяли вспомогательный паровой двигатель -
«бустер» (паровозы Лайма), который располагался на задней (поддерживающей)
тележке паровоза и включался в действие при трогании и разгоне.
Паровозы России и СССР
В России первая железная дорога протяжённостью 27 километров была открыта 12 ноября 1837 года между Петербургом и Царским Селом. Паровоз, который вёл поезд, был куплен у Георга Стефенсона в Англии.
В конце XIX века Россия по густоте железных дорог резко отставала от Европы. А потребность в интенсивных пассажирских перевозках, усугубляемая огромными расстояниями, была очень высокой и все увеличивалась. Наблюдался устойчивый рост пассажирского движения, которое только с 1893 по 1913 год возросло в 4 раза.
Раньше, чем в других странах, на российских железных дорогах появились спальные вагоны, в которых пассажиру случалось жить с неделю и больше. Раньше, чем в Европе, возникла и потребность в увеличении веса пассажирских поездов до 500 т и выше.
Первый паровоз в России был построен механиками отцом и сыном на Нижне-Тагильском заводе в 1833-1834. Паровоз Черепановых возил поезда с рудой весом более 200 пудов (3,2 т) со скоростью 12-13 вёрст в час (13-14 км/час).
 |
|
Паровоз |
В первой половине XIX века паровозы в Россию, в основном, ввозились из-за рубежа. Cерийное производство было налажено только в 1870-е годы. До этого, с 1845 года в России производилось небольшое количество паровозов иностранной разработки. И если в 1869 году было выпущено всего около 20 машин, то уже к 1880 году производство паровозов выросло почти до трех сотен и продолжало увеличиваться. Считается даже, что Россия была первой страной, разрушившей монополию Англии на их производство. Но, несмотря на это, в конце 1870-х годов отечественные паровозы составляли чуть более 1/3 общего парка, во многом благодаря чиновникам, полагавшим, что импортное заведомо лучше своего.
Во время Гражданской войны и в начале 1920-х годов собственные паровозы в России практически не производились, нужное количество заказывалось в Германии и Швеции (часть серии Э). С 1925 года выпуск паровозов был восстановлен и продолжался до 1956 г.
С 20-х годов на паровозы стали устанавливать электрическое освещение. Сначала фонари питали от генераторов вагонов (при этом ацетиленовые фонари не снимали и использовали при движении без состава), а потом стали устанавливать паровые турбогенераторы и на сам паровоз.
С 1914 по 1931 годы техническое состояние паровозов резко ухудшилось, что было связано с введением т. н. «обезличенной» езды. Если ранее каждый паровоз закреплялся за своей бригадой машинистов, которая следила за техническим состоянием «своего» паровоза, но его работа была привязана к рабочим сменам бригады, то при обезличенной езде локомотив мог работать круглые сутки. Однако такой подход имел существенный недостаток - машинистам стало невыгодно бережно относиться к паровозу и следить за его состоянием. Поэтому, из-за катастрофического технического состояния локомотивов, в 1931 году была восстановлена «прикреплённая» езда. Следует отметить, что в связи с повсеместным переходом на тепловозы и электровозы, обезличенная езда была восстановлена в 1960-е годы, что опять негативно сказалось на состоянии подвижного состава, но преимущества этого способа в современных условиях превысили его недостатки.
В СССР наиболее распространёнными типами паровозов были: Ов («овечка»), СУ, Э, ЭУ, ЭМ, ЭР, СО, ФД, ИС (ФДП), Л, ЛВ, П36. Производство паровозов в СССР было полностью прекращено в 1956 г.
Закат паровозной эры
Эра паровозов продолжалась до 1950-х годов, когда их производство было полностью свернуто. В большинстве стран оставшиеся паровозы эксплуатировались до середины 1970-х, за это время они, в основном, были уничтожены, небольшая часть - оставлена в резерве на случай энергетического кризиса, а единицы переданы в музеи или на туристические маршруты.
Начало промышленной революции в Европе связано с изобретением парового двигателя, первоначально используемого в горной и ткацкой промышленности. Гениальное изобретение сподвигло множество инженеров приспособить его для транспортных нужд. Тема статьи - первый в мире паровоз и интересные факты, связанные с его появлением.
Водяной насос известен человечеству со времён античности. Несколько веков должно было пройти, чтобы оно научилось использовать энергию пара, о практическом применении которого впервые заговорил великий Леонардо да Винчи. Единичные паровые машины, создаваемые в конце XVII века - паровой котёл француза Дени Папена (1680 г.), насос англичанина Томаса Севери (1898 г.), - были настоящей диковинкой.
Создание безопасного поршневого двигателя, в который впрыскивалась вода, связано с именем англичанина (1711 г.). Усовершенствование этих изобретений принесло механику из Глазго Джеймсу Уатту всемирную известность. Именно он получил патент на создание паровой машины (1769 г.), пригодной для широкого применения на производстве.
Первый в мире паровоз будет создан после принципиального изобретения: разделения основного цилиндра и конденсатора, что позволило не затрачивать энергию на постоянный разогрев двигателя. Изготовление паровых машин было поставлено на поток в 1776-м благодаря появлению токарных, фрезерных и строгальных станков.
К 1785 году было построено 66 двигателей. Однако, чтобы придать вращательное движение рабочему валу, был необходим двойного действия. Его Уатт запатентовал в 1784-м, а к 1800 году он уже использовался во всех отраслях производства, приводя в действие другие машины.
Кто изобрёл первый паровоз в мире? Одним из первых попытался использовать паровой двигатель для транспортных нужд француз Никола Кюньо, создавший самодвижущийся экипаж (1769 г.). В это время Ричард Тревитик ещё даже не появился на свет.
Уроженец Корнуолла (Англия), знаменитого горнодобывающего района, будущий изобретатель появился на свет в многодетной семье в 1771-м. Его отец был уважаемым шахтёром, а полюбивший с детских лет математику Ричард старался облегчить работу под землёй, совершенствуя паровые двигатели и шахтёрские насосы. В 1801-м для нужд предприятия он создал повозку - прототип первого автобуса, получившего впоследствии широкое распространение как самостоятельный вид транспорта. Это был безрельсовый паровоз (год получения патента - 1802-й), названный Puffing Devil.
Если двигатели Уатта были громоздкими из-за использования пара низкого давления, то Р. Тревитик не побоялся увеличить его в несколько раз (до 8 атмосфер). Мощность осталась прежней, а вот размеры двигателя значительно сократились, что было важно для развития транспорта. Уатт отнёсся к этому крайне негативно, считая высокое давление небезопасным.
В Южном Уэльсе были созданы чугунные рельсы, сам изобретатель на тот момент проживал в Камбурне. Опытным путём Тревитик доказал, что при соприкосновении гладких колёс с гладкими рельсами будет возникать сила трения, достаточная для движения паровоза, даже если к нему прицепить вагоны, груженые углём. Это было очень важно с учётом практических целей предприятий.
Для промышленных нужд первый паровоз в мире построен в году, предшествующем его испытаниям (1803 г.). О них написали в феврале 1804-го, сообщив о применении изобретённой машины для перевозки 10 тонн железа. Самодвижущая по рельсам повозка преодолела расстояние в 9 миль, причём по ходу движения тяжесть груза возросла до 15 тонн - около 70 человек рискнули забраться наверх, чтобы прокатиться под одобрительный гул толпы. Скорость составила 5 миль в час, при этом в котёл не потребовалось доливать воду. Но слишком громоздкий паровоз не мог иметь распространения, поэтому Тревитик продолжает усовершенствовать конструкцию.
Для новой модели, названной «Поймай меня, кто сможет», на окраине Лондона Тревитик строит из рельсов кольцевую дорогу. Он верит, что фабриканты заинтересуются новой машиной. Обнеся испытательный полигон высоким забором, он даже начинает продавать желающим покататься входные билеты, надеясь покрыть расходы и получить прибыль. Новый двигатель позволял развивать скорость до 30 км/час.
Но затея не принесла успеха. Первый в мире паровоз для пассажиров, созданный ради развлечения, не привлёк внимания промышленников. Из-за лопнувшего чугунного рельса он опрокинулся, получив серьёзные повреждения. Тревитик даже не стал его восстанавливать, занявшись другими изобретениями. В 1816-м он уезжает в Перу, чтобы заняться установлением своих двигателей в местных шахтах.
До 1827 года выдающийся изобретатель оставался в Южной Америке. Вернувшись в страну, он обнаружил, что его достижения с успехом использовали и развили другие инженеры. Он умер в 1833-м, будучи почти нищим. Главной проблемой, не позволившей реализовать его идеи на рубеже веков, было отсутствие дорог. Он тратил своё состояние на расчистку специальных трасс для паровых повозок, освобождая их от деревьев и камней.
Самый первый паровоз в мире стал причиной обращения в парламент Англии, чтобы законодатели запретили двигатели с использованием пара высокого давления. Закон не был принят, но это всё равно приостановило разработки Тревитика.
Уатт выдвигал обвинение против своего ученика в краже идей создания парового двигателя у фирмы «Боттон и Уатт». Это вызвало грандиозный скандал, вынудив Тревитика защищать своё честное имя.
Лишь в 20-е годы были созданы условия для парового транспорта. Это связано с именем Джорджа Стефенсона.
Ещё при жизни Тревитика, в 1825 году, была открыта железная дорога, соединившая Стоктон и Дарлингтон. Инженер-самоучка Джордж Стефенсон придумал удобную конструкцию, позволяющую локомотиву по гладким рельсам тянуть за собой тяжёлый состав. В его изобретении важную роль играли сами рельсы, колея которых до сих пор общепринята в Западной Европе (1435 мм). Паровозом во время открытия железной дороги управлял сам Стефенсон, а рядом следовала кавалькада всадников, отставшая во время спуска. Изумлению толпы не было предела. Скорость равнялась 24 км/час.
Для общественных нужд первый в мире паровоз создал Стефенсон в 1814 году. Он преодолел расстояние в 30 км, а к середине века вся Европа покрылась сетью железных дорог. Паровозы стали перевозить не только грузы, но и людей.
В Советском Союзе длительное время утверждалось, что изобрели паровоз Стефенсон и россияне Черепановы. Отец и сын якобы сделали это независимо от Западной Европы. На самом деле Мирон Черепанов побывал в Англии, где и увидел конструкцию на рельсах. Вернувшись на Выйский завод, он попытался скопировать увиденное, но всё равно на разработку его идеи ушло два года. Первый в мире паровоз на рельсах был испытан в 1804 году (многие считают именно эту дату днём рождения паровоза), а «сухопутный пароход» в России появился в 1833-м.
Он использовался для перевозки руды, пока в окрестностях не истребили весь лес. Локомотивы заменили конной тягой, вспомнив об изобретении спустя ещё два года.
В Камбурне установлена статуя: Ричард Тревитик держит свою первую безрельсовую повозку, носящую имя «Сопящий дьявол». Модель можно видеть во многих музеях, посвящённых истории паровозостроения. А где же находится сам первый в мире паровоз?
Однажды изобретатель остановился у корчмы, забыв уменьшить огонь, поддерживающий температуру котла. Когда вода выкипела, повозка загорелась. Хватило нескольких минут, чтобы её не стало. Однако это не расстроило неунывающего Тревитика, продолжившего работу над новыми изобретениями.
Место его захоронения, к сожалению, утеряно, но имя талантливого инженера вписано золотыми буквами в мировую историю.
История изобретения. ПаровозМысль о применении пара для нужд транспорта возникла еще в XVII в. Вначале пытались приспособить паровые двигатели к обыкновенным повозкам или телегам. Паровые повозки были рассчитаны на движение по прямой дороге без рельсов.В 1763 г. французский инженер Коньо построил первую паровую повозку. Эта машина работала всего 12-15 минут. В 1769 г. (или в 1770) Коньо построил более совершенную повозку, но, когда ее пустили по улицам Парижа, оказалось, что ею невозможно управлять.
В 1787 г. американец Эванс изобрел еще одну паровую повозку, однако столь несовершенную, что она не могла применяться на практике.
В конце 80-х годов XVIII в. Уильям Мёрдок, ученик и помощник Джемса Уатта, создал паровую повозку с двигателем конструкции своего учителя. Он построил ряд интересных моделей паровых повозок, но сделать практически пригодную транспортную машину ему также не удалось.
Уильям Мёрдок. Портрет работы Джона Грэма Гилберта
Вообще до конца XVIII в. попытки использовать силу пара для целей передвижения не увенчались успехом. И дело было не только в том, что в то время технически было нельзя решить эту проблему. Внедрению пара на транспорт очень мешало косное, предвзятое отношение большей части едва вышедшего из недр феодализма общества к самой идее искусственно увеличить скорость передвижения человека. С точки зрения церковной морали это казалось «греховным». Изобретатели пытались внести некоторые «улучшения» и «исправления» в «божественный промысел», который определил человеку ходить на двух ногах или в крайнем случае прибегать к услугам лошадей. Всякий другой способ передвижения рассматривался церковниками как «нечестивая попытка улучшить творение творца». Люди, занимавшиеся таким предосудительным делом, объявлялись пособниками дьявола. Если учесть, что церковь пользовалась огромным влиянием в Англии и до известной степени формировала общественное мнение, то станет ясно, что техникам и механикам, посягавшим вместе с «врагом рода человеческого» на «божественное установление», приходилось очень тяжело в «благочестивом» английском обществе конца XVIII в.
Уильям Мёрдок претерпел немало гонений от своих сограждан. Он построил небольшую трехколесную тележку и однажды ночью испытывал ее на одной из малопроезжих дорог близ города.
Когда вода в котле паровой машины закипела, тележка неожиданно для изобретателя одна понеслась по дороге, причем развила такую скорость, что изобретатель был не в состоянии ее догнать. В это время по улице проходил местный священник. Увидев несущийся навстречу ему светящийся и свистящий предмет, священник вообразил, что видит перед собой самого дьявола. Он поднял крик, на который сбежался народ. Подошедший изобретатель пытался разъяснить тайну своего «черта», но никто его не слушал. Тележку немедленно разломали, а создатель ее едва спасся бегством от разъяренной толпы. С этих пор за Мёрдоком прочно укрепилась репутация человека, знающегося с нечистой силой. Всякий богобоязненный невежда считал своим долгом из всех сил вредить Мердоку. Не раз сограждане ломали его модели машин, мешали проводить опыты, восстанавливали против него друзей, отпугивали от изобретателя почти всех знакомых. Подобная же судьба постигла и других изобретателей.
Однако развивающееся капиталистическое производство настойчиво требовало реконструкции транспортных средств. В начале XIX в. во многих странах велись работы над усовершенствованием так называемой паровой телеги, иначе говоря, над созданием парового автомобиля.
Интересные опыты провел чешский механик Иосиф Божек (1782-1832). В 1815 г. Он построил паровую тележку, которая была с успехом испытана. Но попытки повторить в 1817 г. опыты с более мощной машиной не дали удовлетворительных результатов. Следует отметить, что вообще проблема создания парового автомобиля так и не была решена. Автомобиль был создан только на базе двигателя внутреннего сгорания.
Многие изобретатели в эту эпоху пытались построить локомотив, двигающийся по рельсам. Особенно большое значение для создания железнодорожного транспорта имели работы шотландского инженера и механика Ричарда Тревитика (1771 — 1833), который первым пришел к идее применения паровых локомотивов на специально устроенных рельсовых путях.
Портрет Ричарда Тревитика
В 1803 г. Тревитик сконструировал паровоз для рельсового пути, а в феврале 1804 г. провел первое его испытание.
Это важное событие в истории транспортной техники описывалось в одной английской газете: «Позавчера состоялось долго ожидавшееся испытание новоизобретенной паровой машины мистера Тревитика... Испытание превзошло, к всеобщему изумлению, все, что ожидали от него наиболее ярые сторонники. В данном случае... машина была употреблена для перевозки до 10 тонн полосового железа на расстояние свыше 9 миль; необходимо при этом отметить, что тяжесть груза быстро возросла с 10 до 15 тонн благодаря не менее 70 человекам, взобравшимся на повозки. Подталкиваемые непобедимым любопытством, они жаждали прокатиться, пользуясь первым успехом талантов изобретателя... Машина совершила свое путешествие без пополнения котла водой и свободно передвигалась со скоростью 5 миль в час...»
Паровоз Тревитика
Впоследствии Тревитику удалось добиться еще большей скорости, причем паровоз тащил целый поезд из пяти вагонеток, общим весом около 25 т. Паровоз Тревитика был первым рельсовым паровозом в мире. Он имел один горизонтально расположенный паровой цилиндр. Движение поршня передавалось ведущим колесом паровоза при помощи шатуна, кривошипа и системы зубчатых колес. Чтобы облегчить прохождение шатуна через мертвые точки, Тревитик применил маховое колесо. Весил паровоз 6 т. Его котел имел цилиндрическую форму и обратную жаровую трубу, причем топка была устроена в передней части паровоза.
Большим затруднением при опытах с первым паровозом явилось то, что путь, состоявший из хрупких чугунных рельсов, был не приспособлен для передвижения столь тяжелого локомотива. Поэтому происходили частые задержки из-за ломки рельсов. В конце концов этот паровоз был снят с рельсов и использован как стационарная машина.
Через три года упорной работы над усовершенствованием паровоза и рельсового пути Тревитик построил первую в мире опытную кольцевую дорогу в Лондоне. Строя ее, изобретатель ставил своей целью популяризировать свое изобретение, для того чтобы добиться финансовой поддержки.
Паровоз Тревитика и кольцевая дорога-аттракцион для его демонстрации
Современные Тревитику газеты так описывали эту железную дорогу: «Наиболее удивительная машина, которая когда-либо была изобретена, представляет собой паровую машину на четырех колесах, устроенную таким образом, что она свободно и без всякой посторонней помощи будет мчаться галопом по кругу со скоростью 15-20 миль в час. Она весит 8 тонн и на ближайших скачках в Ныо-Маркете будет состязаться с тремя лошадьми в беге в течение 24 часов, дав старт одновременно с ними...»
Несколько позже Тревитик открыл для всеобщего пользования небольшую кольцевую железную дорогу вблизи одного из лондонских скверов. Всякий мог осмотреть и паровоз и прицепленные к нему вагончики. Кольцевая дорога работала несколько недель, затем лопнули рельсы, и паровоз опрокинулся. Тревитик, затративший на постройку дороги все свои средства, был не в состоянии починить путь и поставить паровоз на рельсы. В конце концов Тревитик был вынужден прекратить работу по созданию новых локомотивов.
Однако над созданием новых паровозов продолжали работать другие изобретатели. За период с 1803 по 1814 г. появилось много весьма разнообразных моделей рельсовых паровозов. В области паровозостроения в этот период в Англии работали изобретатели Бленкинсон, Меррей, братья Чемпей, Брентон, Хедли и др.
В 1814 г. сконструировал и испытал свой первый паровоз Джордж Стефенсон (1781-1848), который в основном и решил проблему создания парового железнодорожного транспорта.
Стефенсон вышел из рабочей среды. Его отец и дед работали наугольных шахтах близ Ныокастла — центра английской угольной промышленности. Молодые годы Стефенсон провел, работая в угольных копях. Самоучкой, с большим упорством он изучал механику, физику и многие другие науки. Параллельно с учением он работал над изобретением различных машин и механизмов.
Свой первый паровоз Стефенсон назвал «Блюхер», в честь победителя Наполеона при Ватерлоо. «Блюхер» повторял в своей конструкции многие черты паровозов предыдущих изобретателей.
Паровоз «Блюхер», 1814 год
Первый паровоз Стефенсона был очень тяжел, медленно двигался, работал малопроизводительно, но непрерывно (в других паровозах происходили постоянные остановки работы). В дальнейшем Стефенсон продолжал работу над совершенствованием конструкции своего паровоза.
Паровоз Стефенсона, построенный для Геттонских копей в 1822 году и работавший до 1903 года.
До 1825 г. он построил около 16 различных паровозов, упорно добиваясь наиболее приемлемой конструкции. Много внимания Стефенсон уделял совершенствованию рельсового пути.
До 1825 г. паровозы использовались главным образом на маленьких частных дорогах, обычно обслуживающих нужды рудников или фабричных предприятий. Появление более совершенных конструкций паровозов стимулировало строительство новых железнодорожных линий. В 1818 г. была построена железнодорожная линия протяженностью 61 км между городами Стоктоном и Дарлингтом, предназначенная для перевозки угля. В 1825 г. Стоктон-Дарлингтонская линия была открыта для публики. На современников это произвело колоссальное впечатление.
«Сцена, имевшая место утром 27 сентября 1825 г., не поддается никакому описанию, — писал впоследствии один из директоров этой дороги. — Многие, принимавшие участие в этом историческом событии, всю ночь не смыкали глаз и были на ногах. Всеобщая бодрость и веселость, счастливые лица многих, изумление и испуг на лицах других разнообразили картину.
В назначенный час процессия тронулась. Во главе поезда следовал паровоз, управляемый строителем его — Стефенсоном; за паровозом следовали 6 вагонов с углем и мукой; вслед за ними — вагон с директорами и владельцами дороги; затем 20 угольных вагонов, приспособленных для пассажиров и наполненных ими, и, наконец, 6 вагонов, нагруженных углем... По обеим сторонам пути стояла большая толпа народа; многие бежали за поездом; другие верхом на лошадях следовали за ним по сторонам пути. Последний имел небольшой уклон к Дарлингтону, и в этом месте Стефенсон решил испытать скорость поезда... Он увеличил скорость хода до 15 миль в час. Когда поезд прибыл в Дарлингтон, оказалось, что в вагонах было 450 пассажиров и что вес поезда был 90 тонн».
Новая железная дорога быстро показала преимущества нового вида транспорта перед старыми способами передвижения. Популярность железнодорожного транспорта в Англии росла. Многочисленные изобретатели работали над созданием и совершенствованием новых видов локомотивов. В 1829 г. был объявлен конкурс на создание лучшего паровоза. Стефенсон представил на конкурс свой новый паровоз — знаменитую «Ракету». «Ракета» имела машину мощностью в 13 л. с. На конкурсе производились испытания всех типов локомотивов. «Бой паровозов», как называли этот конкурс, закончился победой «Ракеты», которая свободно тянула поезд весом в 17 т со скоростью до 21 км в час. Скорость паровоза с одним пассажирским вагоном и 36 пассажирами составила 38 км в час.
Схема паровоза Д. Стефенсона «Ракета»
«Ракета» была наиболее совершенным локомотивом того времени. Изобретатель приспособил к паровозу только что появившийся тогда трубчатый котел, который дал возможность значительно увеличить скорость локомотива. «Ракета» была построена с учетом всех достижений паровозостроения своего времени. Она явилась как бы итогом начального периода развития паровоза.
В 1830 г. в Англии для пассажирского движения была открыта железная дорога между Ливерпулем и Манчестером протяженностью в 45 км. В этом же году в США была построена первая железнодорожная линия Чарльстон — Огеста длиною в 64; км. В 1832 г. была построена первая железная дорога во Франции, в 1835 г.- в Бельгии и Германии, а в 1837 г.- в России и Австрии.
Первый паровоз в России был построен на Нижне-Тагильском заводе на Урале в августе 1834 г. замечательными русскими механиками, крепостными Ефимом Алексеевичем Черепановым (1774-1842) и его сыном Мироном Ефимовичем Черепановым (1803-1849).
Е. Ф. Черепанов
М. Е. Черепанов
Паровоз Черепановых возил состав весом в 3,3 т со скоростью от 13 до 16 км в час. Для увеличения парообразования Черепановы установили на паровозе дымогарный котел с большим количеством трубок, чем в паровозе Стефенсона, а также применили специальный механизм обратного хода. Вслед за первым паровозом Черепановы в 1835 г. построили второй, более мощный паровоз. «Горный журнал» в июле 1835 г. писал, что второй паровоз Черепановых «может возить за собой до 1000 пудов груза».
Модель первого паровоза Е. А. и М. Е. Черепановых
Однако замечательные машины Черепановых не были использованы для развития железнодорожного транспорта в нашей стране. Судьба их была подобна судьбе паровой машины Ползунова.
К сожалению, первая паровая машина России оказалась ненадежной. Она часто ломалась. В сумме, она проработала чуть более 42 суток.
Макет паровой машины Ползунова
В 1834 г., т. е. как раз в то время, когда Черепановы строили свои паровозы, в Россию приехал австрийский профессор Герстнер. Герстнер сумел добиться от царя привилегии на строительство железной дороги между Петербургом и Царским Селом протяженностью в 27 км. Эта железная дорога была открыта в 1837 г. Несмотря на отечественный опыт паровозостроения, царское правительство предпочитало выписывать паровозы из Англии, отказавшись от использования локомотивов, созданных Черепановыми.
В 1851 г. в России была сооружена двухколейная Петербургско-Московская железная дорога.
К середине XIX в. темпы сооружения железных дорог общего пользования с паровой тягой все более и более возрастают. С 1840 по 1870 г., т. е. за 30 лет, протяженность железных дорог во всем мире увеличилась в 14 раз.
Явившись результатом промышленной революции, железные дороги стимулировали рост важнейших отраслей производства. Возникла новая отрасль машиностроения — транспортное машиностроение. Под воздействием все увеличивающегося спроса железных дорог стали быстро развиваться металлургическая и угольная промышленность.
