История локомотива

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ^{Глава девятая} Человечество начинает ходить ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Пророческие слова Стефенсона, сказанные им за обедом в честь заключения договора с компанионами по постройке первого паровозостроительного завода, оправдались скорее, чем можно было ждать. С окончанием первого периода в истории локомотива, всецело связанного с именем Стефенсона, начался период повсеместного строительства железных дорог и введения на них паровой тяги. Железные дороги стали заменять другие способы перевозки товаров. Почтовые кареты, в виде все более и более удобных вагонов, перевозили по рельсам с невиданной быстротой пассажиров; ими, действительно, пользовались и короли и их подданые. Непреодолимые препятствия, все-таки, преодолевались, и детище Стефенсона постепенно приобретало все более и более современный вид.

Это время в истории локомотива характеризуется ростом железнодорожных сообщений, вступлением в кооперацию современников, создававших паровоз, бесчисленного множества техников, конструкторов и изобретателей всех наций: они вводили новые усовершенствованные системы паровозов, увеличивали их мощность, повышали их скорость.

Не следует думать, однако, что этот новый период обошелся без борьбы не только с природой, но и с людьми. В каждой стране первые попытки ввести у себя новый вид транспорта неизменно сопровождались редкими выступлениями противников и врагов железнодорожного строительства: врагами оказывались везде и всегда люди, чьи интересы так или иначе нарушались.

Нередко это были весьма образованные люди и видные общественные деятели.

Когда, после первых успехов Стефенсона, во Франции нашлось несколько предприимчивых дельцов собиравшихся последовать примеру Англии, они встретили сопротивление даже со стороны многих интеллигентных людей, не видевших никаких выгод в новом виде транспорта. Некто Прейер просил у правительства разрешения построить дорогу между Парижем и Сен-Жерменом, а Пердонне испрашивал концессию на линию Париж — Руан. Осуществлению этих проектов воспротивились с необыкновенным ожесточением два виднейших человека того времени — Тьер, министр общественных работ, и Араго — блестящий ученый и член палаты депутатов.

Тьер сказал Пердонне:

— Меня сбросят с трибуны, если я стану просить у палаты концессию для вашей дороги!

Выступая в палате, этот знаменитый министр, а впоследствии еще более знаменитый палач Парижской коммуны, обнаруживший почти патологическую жестокость в расправе с рабочими, кричал, прикрываясь лицемерной заботой о человеке.

— Мы достигли высокой степени цивилизации; теперь высоко ценят человеческую жизнь! Кто же, благодаря постройке железных дорог, захочет поставить ее на карту?!

Доминика Франсуа Араго современники ценили, как выдающегося ученого, как популярного писателя. Этот человек, имевший множество почетных отличий, был превосходным оратором. К тому же он держался всегда независимо: он был против избрания Наполеона в президенты, он сложил с себя звание профессора Политехнической школы, когда она подчинилась военному министерству. Мнение его имело значение. И вот, выступая в парламентской комиссии с критикой проекта Пердонне, он, — этот опасный оратор, — говорил с убийственной иронией:

— Какую цену имеют доводы людей, полагающих, что две полосы железа оживят гасконские равнины…

В конце концов, Франция, все-таки, обзавелась своей первой дорогой от С.-Этьена до Лиона, но лишь в 1832 году.

В Германии, где железнодорожное строительство начала Бавария, построившая линию Фюрт — Нюрнберг в 1835 году, происходило то же самое. Баварская главная медицинская комиссия заявляла:

«Быстрота движения несомненно должна развить у путешественников болезнь мозга. Но так как путешественники желают упорствовать и не боятся самой ужасной опасности, то государство, по крайней мере, должно оградить зрителей, которые в противном случае, при виде быстро несущегося локомотива, могут получить ту же самую болезнь мозга. Поэтому необходимо железнодорожное полотно оградить высоким забором».

Да и в самой Англии подкупленные землевладельцами члены парламента продолжали время от времени пугать обывателей то тем, что «искры, вылетающие из паровоза, способны зажечь всю окрестность», то тем «что дым из паровозов испортит шерсть на овцах» и тому подобными вещами. Настроение капиталистических заправил страны изменилось в пользу паровозов лишь тогда, когда выяснилось, что валовой доход Ливерпуль — Манчестерской железной дороги составил 180 007 фунтов стерлингов за год и акционеры стали получать невиданные еще доходы.

Премьер английского кабинета Роберт Пиль вместе с герцогом Веллингтоном присутствовавший на открытии дороги Ливерпуль — Манчестер, первым решил выступить в защиту новой отрасли промышленности. На избирательном митинге в Тамфорте в 1834 году он говорил:

— Поспешим, милостивые государи, поспешим! Необходимо установить паровые сообщения от одного конца государства до другого, если только Великобритания желает удержать на свете свое положение и свое первенство.

За выступлением премьера и успехом Ливерпуль — Манчестерской дороги последовал такой рост в цене железнодорожных акций, что прежние противники железных дорог, вдруг превратились в горячих их сторонников, и лорд-землевладелец, предпочитавший еще так недавно впустить в свои владения «ночного вора или разбойника», нежели инженеров Стефенсона, уже громко заявлял, что готов даже «провести дорогу через свою спальню, а постель уступить под станцию».

Очень скоро акционерным компаниям стало тесно в Англии. Они перебросили свою деятельность в европейские страны. На вновь строящиеся в Европе и Америке линии первые паровозы поставлял разросшийся во всемирно известное предприятие завод Стефенсона.

Этому обстоятельству, между прочим, обязана современная мировая железнодорожная сеть одинаковой шириною железнодорожной колеи, что создало возможность передавать вагоны из страны в страну. Но усвоение английской колеи имеет и свою отрицательную сторону, так как ею определились габариты паровозов и вагонов. Одним из препятствий, мешающих современным конструкторам увеличить размеры парового котла для повышения мощности паровоза, является как раз необходимость считаться с допустимою его шириною.

Во времена почтовых карет шоссейные дороги в Англии, как и в других странах, не должны были превышать определенной ширины, подтвержденной законом. Кузов же кареты все более и более расширялся, так как пассажиры стремились к большим удобствам. В результате появились такие кареты, что при встречах на дороге им трудно было разъехаться. В итоге нескольких катастроф, драк и многочисленных жалоб, английский парламент издал закон, ограничивавший ширину карет. Она определена была в четыре с половиной фута. Этот размер унаследовали и первые вагоны, которые парламент приравнял к почтовым каретам, так как в то время на железных дорогах пользовались еще лошадиной тягой, а рельсы располагались по обычной ширине шоссейной колеи.

Правда, с появлением паровозов стало ясно, что при такой узкой колее невозможно сконструировать более или менее мощный локомотив, и Стефенсон повел с парламентом жестокую борьбу за расширение колеи. Но он добился очень немногого. Парламент согласился увеличить ширину железнодорожной колеи всего только на два с половиной дюйма; в общем она не должна была превышать двух футов и восьми с половиной дюймов, что соответствует 1,435 метра.

Эта колея, поскольку все дороги обслуживались паровозами Стефенсона, и стала стандартной и для Англии и для всего мира.

Однако, с развитием паровозостроения и железных дорог вопрос о расширении слишком узкой колеи поднимался не один раз. С началом ажиотажа среди акционеров, английский парламент осаждался просьбами этого рода. Они вызывались стремлением увеличить мощность паровоза, путем увеличения котла и цилиндров. Многие железнодорожные общества добились удовлетворения своих просьб. В результате, в одной Англии оказалось более семидесяти дорог с колеями разной ширины. Были колеи и в пять и шесть и семь футов.

Так как паровозов новых конструкций в этой лихорадке еще не создали, то обычные стефенсоновские котлы и цилиндры ставились на рамы новой ширины и получались локомотивы, имевшие чрезвычайно комичный вид.

Разумеется, появление дорог с разными колеями привело к страшной неразберихе, к постоянной перегрузке товаров и пересадке пассажиров из-за невозможности переходить вагонам на соседнюю дорогу. Положение стало невыносимым и решено было вернуться к прежней стефенсоновской колее, получившей название «нормальной».

В течение ближайших лет дороги были перестроены на эту нормальную колею, принятую теперь во всем мире. Исключение, составляют очень немногие страны, в частности и СССР, где ширина колеи составляет 1,524 метра. Это незначительное уширение колеи было принято в царской России при постройке первых дорог, из чисто стратегических соображений, чтобы сделать невозможным для врага пользование ими в случае проникновения его на русскую территорию.

Для современного транспорта было бы несравненно выгоднее иметь более широкую колею, но переход на новую систему составит такие трудности, что мировое железнодорожное хозяйство предпочитает оставаться при прежней «нормальной» колее, оставшейся ему от «добрых, старых времен» почтовых карет и лошадиной тяги.

Бурное развитие железнодорожного движения в Англии требовало дальнейших улучшений в конструкции паровозов. Как ни много внимания уделял Стефенсон железнодорожному строительству, вопросы конструктивных улучшений паровоза не переставали его занимать. При содействии, ставшего его первым помощником, сына и конструкторов завода Стефенсону в конце концов удалось довести конструкцию паровоза до типа, сохранившего свои основные черты до сегодняшнего дня.

Уже в 1830 году Стефенсон построил паровоз «Планета» с цилиндрами, лежащими внутри рамы. Ведущие оси у этого паровоза делались коленчатыми и этот тип оставался долгое время образцовым. По размерам своим «Планета» значительно превосходила «Ракету». Этот паровоз, весивший около десяти тонн, мог везти поезд весом в 76 тонн со скоростью в 25 километров в час.

В конструкциях следующей серии паровозов Стефенсона появляются все более и более современные черты: цилиндры делаются горизонтальными, над котлом помещается колпак для осушки пара. Наконец, в 1843 году Роберт Стефенсон, продолжавший дело отца, вводит так называемую «кулиссу Стефенсона» для улучшения парораспределения, которое до того работало неудовлетворительно. Между тем парораспределение во всякой паровой машине играет главную роль.

В обычных стационарных паровых двигателях Уатта для регулирования впуска пара то по одну, то по другую сторону поршня применяется аппарат, изобретенный сотрудником Уатта Мердоком и позднее усовершенствованный Мурреем. Он известен под названием коробчатого золотника. Этот аппарат представляет собой коробку без крышки, скользящую по гладкой поверхности, называемой Зеркалом. Коробка приводится в движение самой машиной посредством эксцентриков. В зеркале имеются два отверстия, называемые паровпускными окнами, из которых каждое ведет к тому и другому концу цилиндра. Между этими паровпускными окнами имеется еще третье окно, ведущее уже не в цилиндр, а к выпускной трубе. Открытая часть коробки золотника обращена к зеркалу, по которому она скользит. Весь аппарат заключен в золотниковом ящике, прикрепленном к рабочему цилиндру; ящик же непосредственно сообщается с паропроводом. Когда по паропроводу в этот ящик поступает пар из котла, то коробка золотника находится в одном из концов ящика так, что паровпускное окно на противоположном конце открыто: через него свежий пар из котла поступает в цилиндр и толкает поршень. Машина начинает работать и приводит в действие золотник, который, автоматически передвинувшись, соединяет одну часть цилиндра с выпускным окном, а другую с золотниковым ящиком, так что отработавший пар выбрасывается на воздух; в открытое второе окно поступает из ящика свежий пар, который гонит поршень обратно.

Таким образом золотник совершенно точно распределяет пар в машине, подавая его то по одну, то по другую сторону поршня и выбрасывая отработавший пар.

Этот парораспределительный аппарат вполне удовлетворяет стационарный паровой двигатель, где требуется лишь равномерность хода.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Паровой цилиндр с золотником

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Паровой машине локомотива необходимо иметь возможность в любой момент изменить прямой ход на обратный, а затем уменьшать и увеличивать скорость хода. Попыток сконструировать механизм, связанный с золотником для реверса, т. с. осуществления перемены хода на обратный и регулирования скорости хода — было сделано немало, но окончательно вопрос был разрешен только «кулиссой Стефенсона». Идея ее была предложена конструктором завода Гау.

Кулиссой называется планка, соединяющая концы тяг двух эксцентриков, в прорезе которой ходит палец золотниковой тяги. Перемещением этой кулиссы и меняется прямой ход паровоза на обратный, а также регулируется ход золотника, отсекающего приток пара. Этот очень простой механизм, управление которым находится в руках машиниста, широко применяется и теперь в судовых двигателях. В паровозах же он был впоследствии заменен кулиссой бельгийского конструктора Вальшаерта, несколько более сложной, но здесь более удобной.

Одновременно с конструктивными усовершенствованиями, быстро возрастали мощность и размеры паровозов.

С развитием железнодорожной сети, один завод Стефенсона уже не мог удовлетворить спроса на паровозы. Вслед за железнодорожным строительством началась постройка заводов во Франции, Германии и особенно в Америке. Целая армия инженеров и техников стала работать над увеличением мощности паровозов. Бесконечно разнообразились их типы в зависимости от требований предъявляемых к локомотиву заказчиками.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀Первая железнодорожная линия во Франции

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Первые паровозы Стефенсона и его предшественников оказались на постаментах в музеях Дарлингтона, Ньюкастла и Лондона.

Предвидение гениального конструктора оправдалось вполне, и день, в наступление которого он так горячо верил, совпал с концом его жидни.

Стефенсон умер 12 августа 1848 года. В «Зале славы», в Вестминстерском аббатстве, англичане воздвигли ему памятник — наравне с Уаттом и Шекспиром.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Наибольшее влияние на развитие современного паровоза оказало американское паровозостроение. В первое десятилетие 1828–1838 гг. Англия доставила Северной Америке 141 паровоз разных систем. Эти паровозы некоторое время были образцами для американских конструкторов, но затем паровозостроение здесь пошло своим, несколько отличным, путем. Пионером дела в Америке был Джон Стеффенс, который еще в 1825 году устроил модель железной зубчатой дороги. Преодолеть консерватизм своих соотечественников ему, как и Оливеру Эвансу, не удалось, и дело это было задушено насмешками над «маниаком», как называли повсюду изобретателя.

Лишь с проникновением в Америку сведений об успехах паровозостроения в Англии, «Делавер — Гудзоновское Общество по эксплуатации каналов» командировало в Англию для ознакомления с этим вопросом своего инженера Горацио Аллана. Это был способный, предприимчивый человек. Он не только вполне ознакомился с делом, но и убедил своих патронов немедленно начать в Америке строительство железных дорог. Ему было поручено закупить рельсы и локомотивы, что он и сделал. Чтобы иметь побольше образцов, Аллан приобрел паровоз «Америка» Стефенсона, паровоз «Стурбриджский лев» у Ферстера Стурбридже.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀Погрузка локомотива на заводах Армстронга в Англии

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Вернувшись в Америку страстным защитником нового транспорта, Аллан пустил в работу сначала «Стурбриджского льва», оказавшегося очень упрямым животным. Паровоз отказывался работать здесь из-за слабости пути. Тогда еще не было известно основное положение, принимаемое ныне, как закон: чем больше нагрузка колес и чем быстрее езда, тем жестче должен быть путь. С одной стороны от незнания, а с другой, из-за недостатка средств и стремления к экономии первые дороги в Америке строились очень несовершенно и для английских паровозов оказались негодными.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Старинный американский паровоз

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

«Стурбриджский лев», как и «Америка», работал недолго и вскоре окончил свою жизнь в Вашингтонском музее. Через несколько лет к ним присоединился еще один, ставший историческим, паровоз, сделанный Стефенсоном для Кемденской линии в 1831 году. Он получил в Америке название «Джон Булль». Этот паровоз работал долго и не раз переделывался американцами, но затем появлялся только на выставках. В 1876 году этот ветеран был выставлен на Всемирной выставке в Филадельфии, в 1883 году — на железнодорожной выставке в Чикаго, и, наконец, в 1893 году «Джон Булль», несмотря на свои шестьдесят два года, совершил, действуя собственным паром, знаменитую поездку на грандиозную всемирную выставку в Чикаго. Он прошел с двумя пассажирскими вагонами старой конструкции расстояние в 1468 километров от Джерси-Сити до Чикаго в одну неделю. Bo-время выставки он перевез еще в своих вагонах пятьдесят тысяч посетителей. По окончании выставки он, наконец, отправился в Вашингтон, чтобы найти вполне заслуженный им покой рядом со «Стурбриджским львом».

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

«Джон Булль» и курьерский паровоз на выставке в Чикаго в 1893 г.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

В 1831 году в Филадельфии начал работать первый паровозостроительный завод Болдуина, теперь самый большой в мире. Болдуину удалось в паровозах своей конструкции увеличить давление пара в два-три раза против применявшегося англичанами, что сделало их более экономичными. Паровозы его и конструктивно и внешне отличались от английских необычно короткой трубой, очень высоким положением котла, наличием большого сигнального колокола, хорошо отделанным помещением для машиниста с мягким местом для сидения и, наконец, наклонной платформой спереди, предназначенной для сбрасывания с пути встречающегося скота. Столкновение с животными при проходе через места их пастбищ было делом самым обычным в Америке, так как американские дороги не были огорожены, как это было в Англии и Германии.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Первый паровоз завода Болдуина. 1837 год.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Большую роль в развитии современного паровозостроения с 1841 года стал играть паровозостроительный завод Борзига в Германии. На германских дорогах, как и повсюду, долгое время функционировали английские паровозы. Борзига, построившего свой первый паровоз, не допустили даже испытать его на Берлин — Потсдамской линии, где работали английские инженеры. Но на другой берлинской линии к нему отнеслись с большим сочувствием. Локомотив Борзига блестяще выдержал испытания. Талантливый конструктор, поощряемый соотечественниками, быстро превратился в предпринимателя и с успехом стал бороться за вытеснение англичан с немецких дорог. Мало разборчивый в средствах Борзиг добился своей цели. Его завод, существующий и доныне, получил мировую известность. Между прочим, он долго обслуживал русские железные дороги.

Наиболее серьезным нововведением в конструкции паровоза явилось применение компаунд-машин. Они способствуют более экономичному использованию пара. Первый компаунд-паровоз был построен швейцарским инженером Малле, работавшим на большом французском предприятии «Шнейдер — Кредо», но попытки введения в железнодорожные паровые машины системы двойного расширения пара делались неоднократно и раньше: в Германии — Рентгеном в 1834 году, в Англии — Кемпом в 1860 году, во Франции — Морандьером в 1866 году и некоторыми американцами.

Сущность компаунд-паровоза заключается в следующем. В то время, как у обычных локомотивов свежий пар из котла поступает в два, одинаковых по величине, цилиндра и затем после выполнения в нем работы через паровыпускное окно выбрасывается отдельно из каждого цилиндра в атмосферу, у компаунд-паровозов свежий пар из котла проходит только в один цилиндр, так называемый, цилиндр высокого давления. Здесь он отдает часть своей энергии поршню, а затем через промежуточный паровой приемник поступает во второй цилиндр, называемый цилиндром низкого давления: здесь используется дальнейшая часть его энергии и после этого только отработавший пар выбрасывается через паровыпускное окно в атмосферу.

Компаунд-паровозы получили большое распространение благодаря своей экономичности. Применением многократного расширения пара не ограничилось, однако, дальнейшее стремление изобретателей к уменьшению расхода пара.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ Современный локомотив завода Болдуина. 1937 год.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Немецкий изобретатель Вильгельм Шмидт рядом опытов, произведенных с построенным им котлом высокого давления пара, доказал не только техническую возможность использования пара высокого давления, но и экономическую выгодность его применения. Постепенно преодолевая технические затруднения, технике удалось в начале двадцатого века перейти от работы с паром давления в десять-двенадцать атмосфер к работе паром давления в двадцать пять и пятьдесят атмосфер.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Паровоз Ленца

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Паровоз для Сен-Готардской ж. д.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Паровоз с двойным котлом

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Курьерский паровоз Фонтеня в Канаде

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Значительно раньше нашло себе широкое применение в паровозах другое изобретение того же Шмидта, а именно пароперегреватель новой системы, сконструированный им в 1898 году. Введение перегрева пара на паровозах чрезвычайно повысило их экономичность. Пар, выведенный из колпака, проходит перед поступлением в цилиндр через особое приспособление для перегрева. Оно состоит из длинных труб, расположенных в виде змеевика, так что каждая труба дважды изгибается назад. Трубы перегревателя помещаются в верхних жаровых трубах котла, которые поэтому толще остальных. Топочные газы, проходящие через жаровые трубы, подогревают пар, идущий через трубы перегревателя. Поступающий из котла влажный пар выходит из перегревателя столь сухим и с такой высокой температурой, что в струе его легко закуривается папироса! В чем смысл перегрева пара? А вот в чём.

Обыкновенный, влажный или насыщенный пар, подведенный в цилиндр прямо из котла, соприкасаясь с холодными стенками цилиндра, начинает тотчас же конденсироваться. Вследствие этого влажность пара в цилиндре увеличивается, что не только уменьшает его работоспособность, но иногда ведет к авариям. Перегретый же пар, расходуя часть своей теплоты на обогрев стенок цилиндра, только понизится в своей температуре, конденсации же не произойдет.

Значение перегрева пара и повышения давления можно видеть из простого сопоставления Стефенсоновской «Ракеты» с новым типом паровоза, снабженным пароперегревателем. «Ракета» расходовала около десяти килограммов угля в час на одну лошадиную силу, а паровозы с пароперегревателем и более высоким давлением лишь один килограмм, то есть в десять раз меньше.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀