пятница, 10 июня 2011 г.

Как начинались Паровозы

Первые паровозы - когда они появились и как выглядели?
Паровоз есть изобретение не одного человека, а целого поколения инженеров и механиков.
Джордж Стефенсон
Заблуждения.
У человечества всегда было много заблуждений.
Еще больше их было и есть у так называемого общественного мнения, которое обычно является усредненным отражением взглядов не самых лучших представителей этого самого человечества. Эти заблуждения касаются, например, некоторых положений естествознания, тех или иных моментов исторического развития и много еще чего. Существуют такие ошибочные взгляды и на историю развития техники, особенно в контексте вопросов Кто изобрел? Кто первый изготовил, применил, придумал?Причин таких заблуждений много. Иногда это отдаленность исторических событий. Иногда, как ни странно, излишний патриотизм людей формирующих историческую память конкретного общества, а именно, писателей, журналистов, историков, педагогов и т.д. В этом случае появляется несколько изобретателей, например, электрической лампочки: в Англии – Сван, в России - Яблочков или Лодыгин, в США – Эдисон. Но так как последний является самым известным (раскрученным) изобретателем в мире, то по прошествии некоторого времени большинство помнит только лампочку Эдисона.
Сложилось такое заблуждение и об изобретении паровоза (о первом паровозе). Думаю, что проведя опрос со случайной выборкой: ”Кто построил первый паровоз?” - в большинстве случаев услышали бы рассказ о Стефенсоне и его Ракете. Каюсь, но подобным образом, вероятно, ответил бы и я, упомянув еще при этом братьев Черепановых, что можно объяснить моим обучением в советской школе.
На самом деле, не Стефенсон построил первый паровоз, хотя и сыграл в их появлении и развитии большую роль. Являясь сложной технической системой, паровоз, как обычно в таких случаях, имеет не одного прародителя, а явился плодом коллективного разума целой группы (поколения) инженеров, которые, в свою очередь, опирались на достижения науки и техники того времени (начало 19-го века).
Самые красивые паровозы!
Паровозы в период своего наивысшего развития, кроме технического совершенства, были просто красивы, являясь, наряду с кораблями, автомобилями, самолетами и т.д., своего рода визуальным отображением (характеристикой) своего времени. Вот небольшая подборка фотографий паровозов середины 20-го века из Германии, США и СССР.
Немецкий паровоз типа 05.
Было построено три локомотива в период с 1935 по 1937 годы. Одна из этих машин 11 мая 1936 года выйдя из Берлина, показала скорость 200,4 км/ч., установив тем самым мировой рекорд.

Norfolk & Southern Steam Locomotive No. 611, Norris Yards, East of Ruffner Road, Irondale, Jefferson, AL
Паровоз П36 (паровоз 36-го типа) - советский магистральный пассажирский паровоз, выпускавшийся Коломенским заводом с 1950 по 1956 годы. Имел прозвище - Генерал (за характерные цветные лампасы по бокам. Последний паровоз серии (П36-0251) стал для Коломенского завода последним построенным паровозом. Последний выпускавшийся в СССР пассажирский паровоз.
Начало
Предпосылкой для создания самодвижущего экипажа явилась потребность в нем, вызванная все увеличивающимися объемами перевозимых грузов и пассажиров. Были созданы и технологические основы для этого, а именно: паровая машина, которая к тому времени получила достаточное развитие; проложены и работали отдельные участки рельсового пути (обычно с конной тягой); уровень машиностроения был достаточно высок для постройки такой сложной для того времени машины.
Внешний вид первых локомотивов определялся, прежде всего, конструктивными особенностями машины, и конечно был не такой элегантный и красивый, как у их младших собратьев.

Первый в мире паровоз
История создания и последующего развития первых паровозов интересная, но достаточно сложная, большая и продолжительная. Поэтому не буду подробно пересказывать эту историю, т.к. информации об этом достаточно много и её легко найти. Остановлюсь лишь на некоторых ключевых, с моей точки зрения, моментах.
Первую паровую повозку, движущуюся по рельсам, создал английский инженер и изобретатель Ричард Тревитик (Richard Trevithick; 1771 - 1833). С 1797 года он начал строить модели паровых повозок, а с 1801 года приступил к постройке первого паровоза, чьи успешные испытания прошли в Корнуэлле (1802) и Лондоне (1803). Тревитик получил патент на свое изобретение в 1804 году, который и считается с тех пор официальным годом рождения паровоза. До 1808 года было построено несколько моделей, удачных и не очень. Так паровоз «Pen-y-Darren» имел один цилиндр, который раскручивал большое колесо-маховик, который, в свою очередь, через зубчатую передачу приводил в движение две колёсные пары. Этот паровоз 21 февраля 1804 года около города Мертир-Тидвил провел первый в мире поезд с гружеными вагонетками. Вот изображение, по утверждению Википедии, первого в мире паровоза.

Первый в мире паровоз
Locomotive made by Richard Trevithick and Andrew Vivian (1801)
А вот по утверждению Фрэнсиса Тревитика (Francis Trevithick; 1812-1877), первый паровоз выглядел вот так.

Trevithick's first passenger-carrying common road locomotive, Camborne, 1801
Иллюстрация с книги: Life of Richard Trevithick, with an account of his inventions / by Francis Trevithick, C.E. Illustrated with engravings on wood by W.J. Welch ... London ; New York : E. & F.N. Spon, 1872, p. 126-7.
Самый совершенный свой аппарат, который развивал скорость до 30 км./ч, Тревитик построил в 1808 году и демонстрировал его в предместье Лондона.
Паровоз Тревитика и кольцевая дорога-аттракцион для его демонстрации
После первых опытов Тревитика, развитие паровоза продолжили и другие инженеры и механики. Следует отметить, что в то время преобладало мнение, будто паровоз с гладкими колесами не сможет тянуть тяжелый состав, особенно при подъеме. Поэтому разрабатывались различные варианты сцепления колес с железнодорожным полотном. Было затрачено много усилий и несколько лет, прежде чем доказана возможность эффективного движения по гладким рельсам.

Locomotion (Движение) – Локомотив
В 1814 году к этому новому для того времени делу (строительство паровозов и железных дорог) приобщился английский изобретатель и инженер-механик Джордж Стефенсон (George Stephenson; 1781 – 1848), который спроектировал и построил первый в мире удачный локомотив, использующий силу трения между гладкими колёсами и металлическими рельсам для создания тягового усилия. Впоследствии машина получила название Блюхер в честь прусского генерала, прославившегося в битве с Наполеоном при Ватерлоо.
В последующие годы Стефенсон построил ещё 16 машин, пока в 1821 году его не привлекли к работе по проектированию железной дороги Стоктон—Дарлингтон (Stockton and Darlington Railway - S&DR). В 1824 году Эдвард Пис (Edward Pease), Michael Longdridge, Джордж Стефенсон и его сын Роберт организовали первую в мире компанию и завод по производству локомотивов - The Robert Stephenson & Company. Первый паровоз, впоследствии получивший название Locomotion No 1, был готов к открытию линии, которое состоялось 27 сентября 1825 года. Управляемый самим Стефенсоном паровоз и 80-ти тонный поезд преодолели 15 километров пути примерно за два часа, показав среднюю скорость порядка 7,5 км/ч, но на некоторых участках разгоняясь до 39 км/ч. В составе поезда был также пассажирский вагон Experiment с членами приёмочной комиссии, что было первым в мире случаем использования железной дороги с паровой тягой для перевозки пассажиров. Именно после Локомоушн № 1 паровозы стали называться локомотивами.

Locomotion No 1
Rear and side view of George Stephenson's steam locomotive and railroad cars of the Stockton and Darlington Railway
Illus. in: Reports on canals, railways, roads, and other subjects, made to "The Pennsylvania Society for the Promotion of Internal Improvement" / By William Strickland ... while engaged in the service of the society. Philadelphia : H.C. Carey & I. Lea, 1826.

Rainhill Trials - Рейнхильские состязания
Рейнхильские состязания (англ. Rainhill Trials. Также известны как Рейнхильские скачки, Рейнхильские испытания, Паровозные гонки и т. п.) — соревнования паровозов, проведённые в октябре 1829 года в городе Рейнхилл (графство Мерсисайд). Целью соревнований было выбрать лучший паровоз для эксплуатации на железной дороге Ливерпуль — Манчестер. Сыграли важное значение в истории паровозостроения, так как благодаря им удалось значительно поднять рейтинг паровозов в глазах общественности, а многие технические решения, принятые при создании паровозов-участников, оказались во многом прогрессивными.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
После окончания строительства железной дороги Стоктон - Дарлингтон, Стефенсон принял участие в проектировании линии Ливерпуль - Манчестер (Liverpool and Manchester Railway - L&MR). Здесь Стефенсону пришлось решать целый ряд сложных задач, как технического, так и организационного плана. Достаточно сказать, что проект рассматривался Парламентом и был утвержден только со второго раза, после существенных доработок.
Когда строительство L&MR подходило к завершению (1829 год), выяснилось, что так и остался открытым вопрос о способах передвижения поездов по дороге. Все еще сказывалось проявление недоверия к локомотивам, и поэтому были даже предложения отказаться от них в пользу канатной тяги от стационарных паровых машин. Джордж Стефенсон, как активный сторонник и пропагандист паровозов, продолжал настаивать на их использовании и даже просил предоставить ему время для постройки паровоза, который бы удовлетворял предъявляемым требованиям. Его настойчивость способствовала тому, что решено было провести конкурс (сравнительные испытания) нескольких локомотивов от разных производителей, с целью выбрать наилучший.
29 апреля 1829 года дирекцией Ливерпуль-Манчестерской железной дороги были опубликованы условия конкурса. Вот эти принципиальные условия из статьи GRAND MECHANICAL COMPETITION - RAIL-ROAD RACE FOR Ј500 в журнале Mechanics Magazine от 10 октября 1829 года.
The principal conditions on which the prize was offered were these:—
* 1st That each engine entered for the competition should weigh not more than six tons, and be capable of drawing after it, day by day, on a level plain, a train of carriages of a gross weight, equal to three times the weight of the engine itself, at a rate of not less than ten miles per hour, with a pressure of steam in the boiler not exceeding 50lb. on the square inch.
* 2. That the engine and boiler should he supported on springs, and rest on six wheels, and the height from the ground to the top of the chimney should not exceed 15 feet.
* 3. That the engine should "effectually consume its own smoke;"
* and 4. That there should he two safety-valves, one of which should be completely out of the reach of the engine-man's interference.
Условия были достаточно высокими и ни один из ранее выпущенных паровозов им не удовлетворял.
Сообщалось, что первоначально на конкурс были выставлено до десяти паровозов, однако исходя из условий, к испытаниям были допущены следующие пять:
  • «Новелти» (Novelty — Новинка) Джона Эрикссона (John Ericsson) и Джона Брэйтвэйта (John Braithwaite)
  • «Санс Парэйл» ( Sans Pareil — Несравненный) Тимоти Хэкворта ( Timothy Hackworth)
  • «Ракета» (Rocket) Джорджа Стефенсона
  • «Циклопед» (Cycloped) Томаса Шоу Брэндрета (Thomas Shaw Brandreth)
  • «Персеверэнс» (Perseverance — Настойчивость) Тимоти Бёрстола (Timothy Burstall)

No. 1. Messrs. Braithwaite and Erickson, of London; "The Novelty" copper and blue; weight, 2 tons 15 cwt.

The Novelty был представлен для испытаний Джоном Эрикссоном (John Ericsson) и Джоном Брэйтвэйтом (John Braithwaite). Джон Эрикссон был к тому времени уже известным инженером и изобретателем, в активе которого была, в частности, оригинальная паровая машина с вертикальным расположением котла и самым высоким на то время КПД, которая и была использована для этого паровоза. Конструкция Новелти была основана на дорожной паровой карете (road steam carriages), которая строилась в то же время. Это позволило построить Новелти всего за шесть недель, но все равно к началу соревнований паровоз испытать не успели.
Запатентованная паровая карета Эрикссона, послужившая основой для Новелти.

Рисунок паровоза The Novelty в журнале Mechanics Magazine от 17 октября 1829 года

The Novelty во время соревнований

No. 2. Mr. Ackworth, of Darlington; "The Sans Pareil;" green, yellow, and black; weight, 4 tons, 8 cwt. 2 qrs.
Паровоз Тимоти Хэкворта «Санс Парэйл» имел вес на 300 фунтов (136 кг) выше разрешённого и потому не сразу был допущен к соревнованиям. После нескольких пробных испытаний получил повреждения цилиндр паровой машины. Тем не менее, в дальнейшем Sans Pareil  был закуплен дирекцией железной дороги и после ремонта в течение двух лет эксплуатировался.

The Sans Pareil во время Рейнхильских состязаний

No. 3. Mr. Robert Stephenson, Newcastle-upon-Tyne; "The Rocket;" yellow and black; white chimney; weight, 4 tons, 3 cwt.
Для Рейнхильских испытаний Роберт Стефенсон построил новый локомотив – Ракета (The Rocket). В ее производстве принимал также участие Генри Бут (Henry Booth) - секретарь и казначей L&MR. Это пример коррупционных схем в Англии 19-го века? Это Бут предложил использовать многотрубчатый котел (multi-tubular boiler) для получения пара, который движет локомотив. Идея Роберта Стефенсона заключалась в том, чтобы переместить цилиндры от их традиционного для того времени вертикального положения в наклонное под углом в тридцать пять градусов. Для увеличения поверхности нагрева, Стефенсон заменил традиционную 12 дюймовую трубу из железа несколькими трубками диаметром 2 дюйма, выполненных из меди. Цилиндры помещались на передней паре колес, и было круто наклонены в направлении задней части. Этими техническими новшествами и определялся внешний вид Ракеты.
Знаменитая Ракета - The Rocket Роберта Стефенсона

No. 4. Mr. Brandreth, of Liverpool; "The Cycloped;" weight, 3 tons, worked by a horse.
Ну, а это тот случай, когда говорят:
«Ты не поверишь», но под номером 4 был локомотив мощностью в одну лошадиную силу, причем в прямом смысле, т.к. приводился в движение одной лошадью, идущей по бесконечной ленте.
The Cycloped на конной тяге

No. 5. Mr. Burstall, Edinburgh; "The Perseverance;" red wheels; weight, 2 tons, 17 cwt.
The Perseverance - Настойчивость был поврежден на пути к испытаниям и его создатель - Тимоти Берстол первые пять дней пытался его восстановить, что смог сделать только к последнему дню соревнований.
The Perseverance - Настойчивость
Ход соревнований
6 октября 1829 при большом стечении народа гонки состоялись.
Первым сошёл с дистанции The Cycloped. Во время испытания лошадь проломила ленту и сильно покалечилась.
Вторым выбыл из соревнований The Perseverance. После ремонта локомотив смог развить скорость только 6 миль/ч. и был отстранён от дальнейших испытаний.
Третьим вышел из борьбы паровоз The Sans Pareil.
Паровоз The Novelty легко развил удивительную для тех времён скорость 28 миль в час (45 км/ч) и стал любимцем публики. Но в первый, же день соревнований была повреждена одна из труб котла «Новелти». После ремонта, локомотив продолжил гонку, но при достижении скорости 15 миль в час (24 км/ч), его котёл окончательно сломался.
Единственным паровозом, который успешно завершил все испытания, стала Ракета - The Rocket Роберта Стефенсона, показавшая при этом среднюю скорость 12 миль в час (19 км/ч) с грузом 13 тонн. Максимальная скорость достигала 30 миль в час (48 км/ч).
Эта блистательная победа и сделала стефенсоновскую Ракету одним из самых знаменитых паровозов в истории.

Links

Acta diurna - Le Chemin de Fer -2
The Rocket
The Rainhill Trials, October 1829
Первые паровозы
Рейнхильские состязания