Локомотив: пар, дизель и электроэнергия!

Описание: В ходе разработки паровозов было сделано множество фундаментальных механических усовершенствований и технических изобретений. Эти достижения повысили мощность, эффективность и долговечность локомотивов:
Ранние изобретения и передача энергии
• Доказательство эффективности паровой энергии (1804 г.): Ричард Тревитик продемонстрировал, что паровая энергия может использоваться для тяги вагонов. Он также продемонстрировал, что отработанный пар из дымохода может использоваться для раздувания огня (ускорения выработки пара).
• Рельсовая система: Первоначально изготовленные из чугуна и неспособные выдерживать вес локомотива, пластинчатые рельсы вскоре были заменены рельсами с гладкой поверхностью и колёсами с ребордами.
• Механизм прямого привода: В 1815 году Джордж Стефенсон и Лош запатентовали идею передачи движущей силы непосредственно от цилиндров через кривошипы, а не с помощью шестерён для передачи движущей силы от поршня к главному ведущему колесу. Этот механизм был проще и устранял рывки, вызванные износом, особенно крупных шестерён. • Поршневое движение: В паровозе пар, поступающий в один цилиндр, расширяется, толкая поршень к другому, а движение поршня вращает главное приводное колесо через механические связи.
Развитие котлов и эффективность
• Многотрубные котлы: Паровозные котлы эволюционировали от простой трубчатой ​​формы сначала к вращающейся трубчатой, а затем к многотрубной (трубчатой) форме, что обеспечивало большую поверхность нагрева.
• Разжигание огня: В многотрубном котле отработанный пар из цилиндров проходил по трубам и поднимался в дымоход, вызывая взрыв (сопротивление), который поддерживал огонь во время движения локомотива.
• Усовершенствованный многотрубный котел: Генри Бут, бухгалтер Ливерпульско-Манчестерской компании, запатентовал в 1827 году усовершенствованную конструкцию — многотрубный котел. Стефенсон использовал это изобретение в своем локомотиве «Ракета». • Высокое давление: После 1860 года использование стали в котлостроении позволило работать при более высоких давлениях. К концу XIX века давление 12 бар стало обычным, достигнув 17,2 бар в эпоху парового двигателя.

Структурные и механические усовершенствования
• Рамная система: После 1830 года паровозы приобрели свой современный вид; поскольку цилиндры и оси больше не крепились к котлу, для крепления различных компонентов потребовалась рама.
◦ Стержневая рама: Стержневая рама, впервые использованная в британских локомотивах, была принята и в США, ознаменовав переход от кованого железа к литой стали; цилиндры устанавливались снаружи рамы.
◦ Пластинчатая рама: В Англии стержневая рама была заменена пластинчатой ​​рамой, в которой цилиндры размещались внутри рамы.
• Подвеска и подшипники: для рам использовались рессорные подвески (винтовые или листовые), а для поддержки осей – буксовые подшипники (смазываемые подшипники).

Управление паром и водой
• Инжектор (1859): ранние локомотивы имели насосы с приводом от оси, которые работали только при работающем двигателе. Эта проблема была решена с изобретением инжектора в 1859 году. В инжекторе пар из котла распылял воду через большое конусообразное сопло (диффузор), заполняя котел, находившийся под более высоким давлением.
• Перегрев: наиболее значительным достижением в области паровозостроения стало внедрение перегрева.

◦ Наклонная труба, изобретенная Вильгельмом Шмидтом, транспортировала пар по газовой трубе сначала в топку, а затем в коллектор в передней части котла.

◦ Перегрев экономил топливо и воду и позволял пару в цилиндрах быстро расширяться (например, насыщенный пар при 188 °C нагревался ещё до 93 °C). Это позволило локомотивам развивать высокие скорости в XX веке.

Другие разработки
• Система пескоструйной обработки: Для увеличения тяги в 1887 году была внедрена паровая «пескоструйная обработка», увеличивающая силу трения.
• Вспомогательные системы: Пар в котле приводился в действие вакуумом, создаваемым двигателем, или сжатым воздухом от парового насоса для управления главными тормозами. Пар также использовался для обогрева вагонов и для получения электрического света с помощью паровых динамо-машин (генераторов).
• Заключительные этапы: Такие разработки, как стальные колёса, стеклопластиковая футеровка котлов, поршневые клапаны с большим шагом и прямые паропроводы, внесли свой вклад в заключительные этапы развития паровозов.