Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
В 1850 г. машинистом Большой Восточной дороги в Англии Джоном Никольсоном был предложен первый проект паровоза системы «компаунд».
В 1855 г. появились первые товарные и пассажирские паровозы этой системы. Их испытания прошли весьма удовлетворительно, однако до 70-х годов XIX в. эти паровозы распространялись очень медленно.
Принцип «компаунд» в паровозостроении возродил французский инженер Маллет, который в 1876 г. создал свой паровоз-компаунд. Первые паровозы системы Маллета появились на железнодорожной линии Бианна – Биариц (Франция – Швейцария). Они были построены на заводе Шнейдера и Крезо близ Парижа. В 1878 г. тот же завод построил еще два усовершенствованных паровоза-компаунд. Один из них демонстрировался на Парижской выставке в 1878 г. С этого времени они получили большое распространение на железных дорогах в Европе.
С 80-х годов XIX в. над усовершенствованием паровозов системы «компаунд» работало много инженеров в Англии, Франции, Америке, Германии и в России. В эти годы возникли разнообразные системы паровоза-компаунд: дуплекс-компаунд, типа «Тектоник», «Грейт-Британ» и др.
Большое распространение паровозы системы «компаунд» получили в XIX – начале XX в. Однако, несмотря на целый ряд достоинств, они имели и крупные недостатки. Система «компаунд» была громоздкой, ремонт ее сложный. Этими паровозами было трудно управлять. Усовершенствование паровозов «компаунд» привело к возникновению нового типа паровозов, так называемых «сочлененных», или гибких. Первый сочлененный паровоз построил инженер Маллет в 1887 году.
Крупным усовершенствованием конструкции паровоза явилось применение в паровых машинах перегретого пара.
Экономичность паровой машины можно повысить повышением давления пара, использованием его расширения и устранением конденсации в цилиндре. Перегрев пара устраняет конденсацию в цилиндре при помощи особых устройств – пароперегревателей. Первые пригодные для эксплуатации пароперегреватели разработал немецкий, ученый Вильгельм Шмидт в 1898 году. Работать на перегретом паре оказалось выгодно. Он значительно повышал коэффициент полезного действия паровой машины, не усложнял систему управления паровоза и его конструкции.
В конце XIX в. производство паровозов, по сравнению с 70-ми годами XIX в., возросло в 2–2,5 раза. В дальнейшем количество паровозов продолжало расти. Если в 90-х годах XIX в. во всех странах производилось два паровоза в год, то в 1905–1907 гг. количество выпускаемых ежегодно паровозов увеличилось до 5,5–7,3 тысяч. К началу XX в. вес паровоза, по сравнению с первыми локомотивами, увеличился в 28 раз, рабочее давление пара – в 4,5 раза.
За 70 лет скорость паровозов возросла в 5 раз, мощность – в 100 раз, а сила тяги – в 30 раз. Вес состава поезда за этот период возрос в 10 раз.
В конце века делались попытки заменить малоэффективную паровую машину другими двигателями, в частности двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем.
В этот период развивается и вагонный парк железных дорог. Создаются новые типы вагонов. Совершенствуется конструкция кузова рессорного подвешивания, тяговых приборов, буферного устройства, тормозов и т. д., появляются специальные вагоны для перевозки тяжелого заводского оборудования, скоропортящихся наливных грузов. В 1867 г. в США были созданы первые спальные вагоны системы «пульман».
Большое значение для развития железнодорожного транспорта имели появившиеся в этот период пневматические тормоза. Наиболее совершенную конструкцию пневматических тормозов создал американец Вестингауз. Патент на свое изобретение Вестингауз получил в 1869 г., но применяться этот тормоз стал лишь в 1872 г. после того, как его действие было автоматизировано.
В конце XIX в. появляются различные конструкции путей. Если первоначально железные дороги представляли собой нечто единое по общему типу постройки, то постепенно происходила дифференциация типа дороги, как по их устройству, так и по назначению. В зависимости от размеров движения сооружаются однопутные, двухпутные и многопутные железные дороги.
Изменяется и материал, применяемый для изготовления рельсов. После широкого распространения бессемеровского способа получения стали железные рельсы, первоначально изготовляемые из пудлингового железа, стали заменять стальными. Появились более тяжелые типы рельсов, что способствовало повышению устойчивости и безопасности движения поездов.
В 20–30-х годах XX в. паровозы заменили более экономичными тепловозами, а позже – электровозами.
Паровой молот
Когда человек научился обрабатывать металлы, он начал обрабатывать их ударами молота. Так родилась ковка. Многие века ковка была ручной: на наковальню клали кусок нагретого металла и били по нему молотом. Обрабатываемый металл принимал нужную форму, уплотнялся, в результате улучшалась его структура.
Самый тяжелый ручной молот имел вес 20–30 кг, и орудовать им могли только физически сильные люди. В XVI в. появились молоты весом до 400 кг, они приводились в движение энергией падающей воды.
К концу XVIII в. ковка все еще оставалась главным металлообрабатывающим процессом металлургической технологии, и гидравлические молоты уже не могли удовлетворить возросшие требования производства.
Усилия изобретателей сконцентрировались на проблеме создания ковочного молота, приводимого в движение энергией пара. Первым попытался решить эту проблему создатель паровой машины Джеймс Уатт. В 1784 г. сразу после получения патента на паровую машину он запатентовал и паровой молот. Сущность изобретения состояла в приспособлении паровой машины, снабженной маховым колесом, для привода распространенного в то время рычажного молота. Первый из молотов Уатта весил 120 фунтов (54,5 кг) и поднимался на высоту 8 дюймов (203 мм). Затем Уатт построил рычажный паровой молот с весом падающих частей около 380 кг, работавший с частотой 300 ударов в минуту. Несмотря на ряд усовершенствований, кинематическая часть молота была устаревшей и сводила на нет большие возможности парового двигателя. Поэтому практического распространения молот Уатта не получил.
Широкую дорогу паровому молоту открыл английский инженер Дж. Несмит. В 1839 г. он разработал конструкцию молота, популярного в 40-х годах XIX в. в металлургической и машиностроительной промышленности.
Молот Несмита представлял из себя массивную металлическую станину, по направляющим которой в вертикальной плоскости перемещалась баба с верхним бойком. Движение ей передавалось штоком, соединенным с поршнем парового цилиндра, расположенного в верхней части станины. Последняя устанавливалась на железной плите и крепилась к фундаменту молота болтами. Нижний боек монтировался на массивном шаботе. Управление молотом осуществлялось вручную. Для приведения его в действие рабочий, находящийся около молота, с помощью специального устройства открывал кран паропровода, соединенного с нижней частью парового цилиндра. В результате подачи пара поршень совершал движение вверх, поднимая одновременно шток и бабу с верхним бойком. Для совершения рабочего хода открывалась задвижка для выпуска пара из цилиндра, после чего начиналось падение бабы. Сила удара измерялась суммарной массой падающих частей (поршня, штока, бабы с бойком) и высотой их падения.
Проект Несмита не был сразу же применен на практике из-за отсутствия средств. Владельцы металлургических заводов, которых изобретатель познакомил со своим детищем, одобрили изобретение, но желания строить молот не высказали. Это обстоятельство, а также отсутствие у Несмита свободных средств не позволили ему выкупить патент, за который полагалось заплатить 500 фунтов стерлингов.
Впервые паровой молот системы Несмита был построен в 1840 г. во Франции механиком Бурдоном на заводах акционерного общества «Шнейдер и К0» в Крезо. Сам Несмит увидел там свой молот совершенно случайно во время посещения предприятия. Оказалось, что Бурдон увидел чертеж Несмита в книге проектов на заводе Несмита, срисовал его и по приезде во Францию быстро построил молот.
Построенный Бурдоном молот состоял из чугунной бабы, соединенной штоком с поршнем парового цилиндра. Распределение пара регулировалось золотником, приводимым в действие ручным рычагом. Станина опиралась четырьмя стойками на каменный фундамент. Чугунная наковальня устанавливалась на массивных деревянных брусьях, несколько смягчавших удары при ковке. Молот предназначался для обработки наиболее крупных поковок. Баба этого молота весила 2500 кг, максимальная высота ее падения составляла 2 метра.
В 1840 г. Несмит получил патент на свое изобретение. Тогда же на его заводе был построен паровой молот с массой бойка 1524 кг. При постройке были использованы новшества, которые в своем молоте не использовал Бурдон.
