Паровой двигатель как начало эволюции транспортных средств
Паровоз Стефенсона радикально разрешил проблему дешевого, мощного и надежного двигателя для наземного транспорта. Первая железная дорога была построена в 1830 г. и соединила Ливерпуль с Манчестером. В течение следующих десяти лет Англия покрылась сетью железных дорог. В России братья Черепановы создали и применили паровоз в Нижнем Тагиле в 1835 году.
Была решена проблема и водного транспорта. Двигатель «Клермон» мощностью в 20 л. с., построенный на заводе Болтона и Уатта в Сохо, позволил Фултону в 1807 г. совершить по реке Гудзон первую поездку на своем пароходе. Через 30 лет в английских гаванях работало уже свыше 500 пароходов. Но еще раньше железных дорог и пароходов появились паровые автомобили. Они появились вслед за первыми успехами паровых двигателей.
В рассматриваемом разделе представлены первые разработки паровых машин на транспорте, которые увенчались практическим применением.
Механическая повозка Николя Жозефа Кюньо
В 1769 г. французский военный инженер Николь Жозеф Кюньо (1725- 1804) построил небольшую паровую повозку, предназначавшуюся для перевозки артиллерийских орудий.
Она представляла собой трехколесный монстр, на оси переднего управляемого колеса которого закреплялась паровая машина и ее котел с топкой.
Повозка приводилась в движение паровой машиной с двумя цилиндрами простого действия и была построена в военном арсенале Парижа.
Цилиндры для паровой машины изготовлялись страсбургскими литейными мастерскими. Повозка была готова 2 июля 1771 г.
Недостатком машины был ее большой вес. Объем котла был достаточно большим, но давление в нем очень быстро падало, что приводило к вынужденным остановкам для загрузки топлива в топку, что не способствовало ее нормальной эксплуатации (видна топочная дверца, расположенная под котлом.
Закончилась история первой «паровой телеги» Кюньо печально. Однажды при движении, преодолевая поворот дороги, Кюньо и кочегар не справились с управлением, повозка перевернулась, и котел взорвался «с грохотом на весь Париж», как писали тогда газеты.
После этого происшествия была изготовлена вторая такая же повозка. Паровая машина второй повозки состояла из двух спаренных паровых цилиндров, выполненных из бронзы. Диаметр каждого из цилиндров 330 мм; ход поршня – 330 мм. Вес всей машины около 5000 фунтов (2268 кг). Грузоподъемность повозки — до 4500 кг при скорости 2,5 км/час. Она хранится до сих пор в музее «Искусств и ремесел» в Париже (рис. 1.1) [8].
На рисунке ниже представлена гравюра, отражающая подготовку «паровой телеги» Кюньо к работе.
Кюньо положил начало работам по созданию практически пригодных паровых автомобилей. Через 15 лет (после проведения работ по эксплуатации повозки Кюньона) ученик Джемса Уатта, инженер Мордак создает первую паровую повозку в Англии.
Повозка с паровым двигателем двойного действия Джемс Уатт в 1784 г. взял патент на паровую повозку и даже составил ее чертежи для изготовления. Но к постройке повозки ему приступить не удалось, хотя и было изготовлено несколько ее моделей.
Ученик Джемса Уатта инженер Мордок построил небольшую трехколесную повозку (рис. 1.3), приводившуюся в движение миниатюрной паровой машиной двойного действия.
Цилиндр этой машины диаметром 19 мм наполовину вделан в котел, подогреваемый спиртом. Ход поршня составил 50,8 мм. Ведущая ось приводилась во вращение при помощи шатуна и кривошипа, соединенного с поршневым штоком.
Модель демонстрировалась на лондонской выставке в 1861 г. Она двигалась со скоростью 9,5-12,8 км/час. Это была первая попытка применения в транспорте парового двигателя двойного действия с высоким для того времени давлением пара — 3 атмосферы.
В паровых машинах двойного действия свежий пар поочередно подается по обе стороны рабочего поршня в цилиндре, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор. Это потребовало создания достаточно сложного механизма парораспределения.
В Англии и США продолжаются работы по созданию транспортных средств, способных выполнять практические задачи. Необходимо назвать изобретателей — исследователей: Тревитика- Англия и Эванса – США.
Паровые повозки Тревитика и Эванса
Честь постройки в Англии первой паровой повозки, перевозившей людей, принадлежит Ричарду Тревитику (1771-1883). В 1797 г. он построил небольшую модель паровой повозки, приводившуюся в движение машиной, имеющей вертикальный цилиндр двойного действия диаметром 39 мм. Ход поршня равнялся 99 мм. Цилиндр помещался внутри котла.
На основе испытания этой модели Тревитик зимой 1801 г. построил большую повозку (см. рис. ниже), на которой совершил в Кемборне свою первую поездку с восемью пассажирами.
Железный котел, расположенный горизонтально, помещался между двумя большими колесами. Цилиндр, как и в первой модели, был расположен горизонтально внутри котла и имел диаметр 130,8 мм при 762 мм хода поршня. Поршень имел 50 ходов в минуту. Давление пара достигало 2,11 кг/см2 . Движение на ведущую ось передавалось от поршня при помощи шатуна, кривошипа и зубчатой передачи. Повозка двигалась со скоростью 8-9,6 км/час и могла перевозить до 10 пассажиров. Машина вместе с котлом весила 6 английских центнеров (английский центнер – единица торгового веса = 112 английским фунтам = 50,80235 килограмм).
Диаметр цилиндрического котла равнялся 762 мм при длине в 838 мм. Корпус котла был построен из железа толщиной около 6,35 мм. Топочная труба диаметром в 538 мм, расположенная внутри котла, заканчивалась плоским торцом, за которым оставалось еще водное пространство. Колосниковая решетка проложена по всей длине топочной трубы и наклонена к задней части котла. Цилиндр расположен горизонтально внутри котла, в верхней его части. Колесо повозки имело 2438 мм в диаметре.
В истории изобретения парового автомобиля Тревитик занимает одно из первых мест, как человек, давший оригинальную конструкцию парового автомобиля с машиной двойного действия, а также с успехом применивший жаротрубный котел с высоким для того времени давлением пара.
Повышение мощности паровых машин потребовало использование паровых котлов высокого давления. В 1811 году Тревитику удалось усовершенствовать машину Уатта, применив новый котел, разработанный механиком Корнишем. Давление пара над поршнем достигло 2,8 атмосферы. Кроме того, был существенно усовершенствован конденсатор отработанного пара, что повышало эффективность машин. Такие машины получили название машин Корниша, они строились вплоть до 1890-х годов. Множество старых машин Уатта было реконструировано, но они имели весьма большие размеры.
Однажды, при испытании своей повозки Тревитик и его коллега попали в аварию, врезавшись в перила дома. В результате этого и ввиду отсутствия интереса к изобретению со стороны потенциальных покупателей, а также поскольку испытания повозки исчерпали финансовые ресурсы изобретателя, она была отправлена на слом, а ее двигатель использовался в мастерской, которая изготавливала бочки [8]
Заслуживает внимания попытка американца Оливера Эванса (1755-1819) применить в качестве двигателя для повозки паровую машину высокого давления. Его предложение, сделанное в 1786 г., оказалось тогда настолько фантастичным, что патент ему выдали только через 11 лет.
Эванс построил зимой 1803-1804 г. и пустил по улицам Филадельфии специальную паровую повозку. Документы, опубликованные Ньюкоменовским обществом в Лондоне показывают, что Эванс в это время занимался постройкой паровой землечерпалки, предназначенной для очистки доков [8]. Землечерпалка представляла собой широкий плоскодонный лихтер.
Паровая машина мощностью 5 л. с., приводила в движение ковши, поднимающие грязь в лихтер, и обеспечивала его перемещение с помощью многолопастного водяного колеса. Диаметр цилиндра машины равнялся 127 мм, а ход поршня – 483 мм. Землечерпалка была поставлена на временные колеса, связанные кривошипным механизмом с паровой машиной. Это позволяло ей своим ходом дойти до реки и спуститься на воду (рис. 1.6). Успехи Тревитика и Эванса привлекли внимание многих изобретателей к проблемам создания парового автомобиля.
Продолжение следует