История локомотива

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ^{Глава вторая} Опыт предшественников ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Естественным средством сообщения на суше в продолжении тысячелетий оставалось прирученное человеком животное. Для собственного передвижения, человек садился на него; для перевозки клади, он навьючивал на него тюки. Много позднее он стал им пользоваться, как тяговой силой, впрягая его в телегу, нагруженную товарами или людьми. Этот способ передвижения требовал проведения дорог, с чем были связаны многие трудности.

Верхом или с навьюченным животным можно было пользоваться пешеходными тропинками, а в случае нужды передвигаться прямиком без всякой дороги: животное само прокладывало себе путь. С ним не представляло затруднений перебраться вброд или вплавь через реку, взобраться на крутой подъем, пересечь песчаную пустыню. На нем было легче спастись от погони, в случае нападения.

Повозка с колесами могла двигаться только по дороге, и развитие колесного транспорта всецело обусловливалось состоянием сухопутных путей сообщения.

Несмотря на то, что хронологически автомобили, то есть самодвижущиеся экипажи, появились раньше, чем локомотивы, предназначенные для того, чтобы по рельсам вести за собой вагоны, широкое распространение получили именно локомотивы. Отсутствие хороших шоссейных дорог при наличии довольно развитых железных путей было основной причиной того, что изобретатели, начав с автомобилей, перешли к постройке локомотивов.

Одним из первых носителей идеи самодвижущегося экипажа является Леонардо да-Винчи, объединивший в себе великого художника, скульптора, архитектора, поэта, музыканта, физика и инженера. В бумагах, оставшихся после этого изумительного по своей разносторонности и мощности гения, сохранились чертежи, изображающие механическую повозку. Леонардо предназначал свою машину не для мирных целей транспорта. Она проектировалась, как мощное оружие для истребления врага. По мысли изобретателя, повозка должна была приводиться в движение сильной пружиной. Для завода этой пружинной повозки, напоминающей наши заводные игрушки, должна была бы применяться лошадиная сила: ведя повозку в обратную сторону лошадьми, закручивали пружину, после чего эта колесница, с подвешенными на кресте тяжкими булавами, направлялась в сторону враждебных полчищ и шла уже самостоятельно. Размахивая своими булавами, действуя своей тяжестью и быстрым ходом, колесница Леонардо должна была, на подобие современного танка, врезаться в ряды врагов, сокрушая все на своем пути.

Были ли попытки построить смертоносный экипаж — неизвестно.

Этот первый проект, самодвижущейся повозки относится к самому концу XVI века. Около того же времени, именно в 1600 году, другой изобретатель, голландский математик Симон Стевен решил воспользоваться для движения экипажа силою ветра, даровой энергией которого с таким успехом пользовались корабли.

Стевен построил четырехколесную повозку, водрузил на ней мачты, посадил в нее два десятка пассажиров и вздернул паруса при довольно сильном и постоянном ветре. Опыт голландца имел успех. Ветряной автомобиль на нескольких пробных пробегах развивал скорость до тридцати километров в час, но разумеется бездействовал при отсутствии ветра, даже на самой хорошей дороге.

Идея молодого голландца была подхвачена английским инженером Уайльдгосом. Он усовершенствовал автомобиль Стевена, добавив к нему зубчатую передачу, наподобие велосипедной. Посредством ее, сидя в этом автомобиле, пассажиры при отсутствии ветра, двигали автомобиль просто силою своих рук.

Ветровой автомобиль не убедил современников в преимуществах такого рода транспорта перед обыкновенной почтовой каретой и попытки изобретателей окончились неудачей.

Уайльдгос был не первым, кто осуществил здравую мысль о том, что для приведения в движение повозки вовсе не обязательно ее везти или толкать; достаточно вращать колеса, помещая в самой повозке живой двигатель. О телеге, двигавшейся без лошадей, при помощи заключенного в ней механизма, мускульной энергией самого ездока, упоминается, например, в английской летописной «Хронике» под 1447 годом. Однако только опыт Уайльдгоса положил начало созданию приводимых в движение самим ездоком колясок, из которых вырос наш велосипед и железнодорожная дрезина.

Лет пятьдесят спустя, после опытов Уайльдгоса, немецкий кузнец Иоганн Гаутш соорудил механическую колясочку, а вслед за ним другой немец, парализованный часовщик Стефан Фарфлер устроил для себя тележку, которую он рукой приводил в движение, действуя на переднее колесо посредством рычагов.

Изобретателей подобных полуавтоматических колясок было очень много. Любопытную фигуру среди них представляет русский изобретатель, живший в середине XVIII века механик-самоучка Леонтий Шамшурекков, о деятельности которого можно судить по некоторым, дошедшим до нас архивным материалам. Сидя в тюрьме, этот одаренный крестьянин объявил о придуманной им «самобеглой коляске», передвигаемой ездоками при помощи рычагов и педалей. Надо думать, что немецкие «самобегущие машины» ему вовсе не были известны. Предлагая свой проект, Шамшурекков надеялся, что будет выпущен из тюрьмы для его осуществления. После долгих хождений по всякого рода инстанциям, это предложение, наконец, обратило на себя чье-то внимание и заключенный получил из казны просимую им сумму денег на постройку коляски. Шамшуренкова действительно выпустили на свободу и он очень скоро построил свой экипаж.

«Самобеглая коляска» при пробе действовала вполне удовлетворительно. Изобретатель получил денежное вознаграждение. Дальнейшая судьба его коляски неизвестна.

Попытки использования живой силы для движения повозок делались еще не раз и после того, как был создан паровой двигатель. Не только на конкурс «лучшего паровоза» были представлены проекты локомотивов, приводимых в движение «живыми двигателями», но даже тогда, когда железнодорожное сообщение уже получило всеобщее признание, немецкий инженер Фик в длинном письме доказывал русскому правительству, строившему первую железную дорогу, что в России было бы выгоднее пользоваться человеческой силой для движения локомотива, а не паром.

Уайльдгос и его последователи конструктивно шли правильно к созданию самохода. После их опытов оставалось только заменить живой двигатель механическим, чтобы построить действительно самодвижущийся экипаж. С появлением парового двигателя, появились и первые паровые автомобили.

Следует заметить, впрочем, что попытки применить для движения повозок силу пара делались еще задолго до того, как был создан Уаттом паровой двигатель. В 1680 году увлеченный носившейся в воздухе идеей самодвижущегося экипажа Ньютон, этот великий математик и физик, предложил свой проект парового самохода, действие которого обусловливалось реактивной силой паровой струи, выходящей из котла. Машина, представленная им в модели, состояла из парового котла, установленного на четырехколесных дрожках. Струя пара, вырываясь из котла в определенном направлении, действием так называемой «реактивной», отталкивающей силы пара, двигала поводку в противоположном направлении, подобно ракете. Ньютон здесь воспользовался практически открытым им же законом, что «действие и противодействие всегда равны по величине и противоположны по направлению». Для уравновешения действующей силы пара и противодействующей силы воздуха коляска, раз она не укреплена неподвижно, должна двигаться в противоположном направлении и тем скорее, чем сильнее струя пара.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Паровая повозка Ньютона

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

В те времена, однако, даже наиболее развитая английская промышленность еще не нуждалась в механическом транспорте, довольствуясь речным и конным. Насущнейшую потребность английская промышленность ощущала в механических водяных насосах, чтобы откачивать воду из затопляемых шахт и рудников. Техники того времени и работали над созданием таких водоотливных машин, пользуясь силою пара, известною с незапамятных времен.

Несмотря на то, что приблизительные сведения о свойствах пара были давно известны, несмотря на то, что существовали машины, приводившиеся в движение паром еще за несколько столетий до христ. эры, в течение полуторы тысячи лет изобретатели не могли напасть на техническую форму, которая дала бы возможность с практическим успехом воспользоваться силою пара. Только в начале XVIII века один из самых крупных умов по глубине, оригинальности и разнообразию идей, немецкий философ и ученый Лейбниц, указал французу Дени Папену на цилиндр и поршень как на форму, при помощи которой могла быть использована для получения энергии сила пара.

Дени Папен, гениальный французский ученый, работая в это время с воздушным насосом, заметил, что при некоторых условиях атмосферное давление с большой силой гонит поршень насоса обратно, и пришел к мысли, что атмосферное давление, существующее повсюду в природе и заставляющее воду подниматься в обыкновенном насосе вслед за поршнем, может быть источником для получения механической энергии. Для того, чтобы поршень, под влиянием атмосферного давления, опустился вниз в цилиндре, достаточно было получить под поршнем безвоздушное пространство, вернее сказать очень разреженный воздух, так называемый вакуум.

В поисках простого способа получать это безвоздушное пространство, Дени Папен потратил немало времени, пока, наконец, не нашел его в свойстве водяного пара сгущаться в водяные капельки при охлаждении. Это свойство называется конденсацией пара. Конденсируясь, то есть превращаясь в воду, пар уменьшается в объеме в 1700 раз. Таким образом, если в цилиндре наполнить пространство под поршнем паром, который вытеснит оттуда воздух, заняв его место, а затем охладить цилиндр, то пар превратится в капельки воды, уменьшаясь объемно в 1700 раз. В закрытом цилиндре получится сильно разреженное воздушное пространство и поршень под влиянием атмосферного давления с силой опустится вниз.

Папен в 1690 году построил такой паровой цилиндр. Это был первый шаг на пути превращения древней технической формы из потребляющей энергию в форму, производящую энергию.

Хотя паровой цилиндр Папена и производил некоторую работу, подымая при опускании поршня груз, подвешенный на блоках и подвязанный к штоку поршня, однако практического значения он, конечно, еще иметь не мог. Практически им воспользовался английский кузнец Ньюкомен, построивший водоотливную машину. Для приведения в движение обыкновенного водяного насоса здесь впервые был применен двигательный механизм атмосферной машины Папена. Над паровым котлом помещался паровой цилиндр. Шток поршня был связан с балансиром, к другому концу которого был присоединен шток насоса. Когда в паровом цилиндре поршень находился в своем верхнем крайнем положении, в цилиндр под поршень впускался пар из котла. Затем впуск пара прекращался путем закрытия крана, а в цилиндр вбрызгивалась холодная вода из другого крана. Наступало охлаждение пара, он конденсировался и поршень опускался вниз. После этого в цилиндр под поршень вновь впускался пар; так получалось прямолинейно-возвратное движение, передававшееся через балансирное коромысло водяному насосу.

Над атмосферной машиной Ньюкомена трудилось много изобретателей. Они вводили в нее одно усовершенствование за другим, и она получила довольно широкое распространение на шахтах. Замечательный русский изобретатель, шихтмейстер барнаульских заводов Иван Ползунов воспользовался идеей Ньюкомена и в 1766 году построил подобную машину для приведения в движение мехов, требовавших так же прямолинейно-возвратного движения. Но принципиальные изменения в эту Ньюкоменовскую машину внес только Джемс Уатт. Сначала он превратил атмосферную машину в паровую, а затем создал из нее универсальный паровой двигатель, пригодный для всякой работы.

В слабом, болезненном теле Джемса Уатта жил изумительный дух. Получив как-то в починку от университета в Глазго модель водоотливной машины Ньюкомена, Уатт, желая установить причины ее плохого действия, начал изучать свойства пара. Он так увлекся делом, что не только исправил модель, но и пришел к ряду ценнейших научных выводов. С полученным опытом и знаниями он занялся улучшением водоотливной машины и набрел на гениальную мысль — производить конденсацию пара не в самом рабочем цилиндре, а в отдельном сосуде, названном конденсатором.

«Это было около Глазго, — вспоминает он в своих записках о создании паровой машины. — Я вышел на прогулку около полудня. Был прекрасный день. Я проходил мимо старой прачешной, думая о машине, и подошел к дому Герда, когда мне пришла в голову мысль, что пар ведь упругое тело и легко устремляется в пустоту. Если установить связь между цилиндром и сосудом с разреженным воздухом, то пар устремится туда и цилиндр не надо будет охлаждать. Я не дошел еще до Голфгауса, когда все дело уже было кончено у меня в уме».

Действительно, как только Уатт пришел к идее отдельного конденсатора, все дальнейшие усовершенствования вытекали из нее, следуя одно за другим. Построенная нм модель была уже не атмосферной машиной, а паровой: поршень опускался вниз не силою атмосферного давления, а силою расширяющегося пара, который впускался в пространство над поршнем. Нижний конец цилиндра соединен был с отдельным конденсатором, стенки которого охлаждались водою. Впущенный в верхнюю часть цилиндра пар, расширяясь, гнал поршень вниз и устремлялся через отверстие в конденсатор, после чего поршень под влиянием противовеса балансира подымался вверх. Эта паровая машина «простого действия» получила широкое распространение. Затем Уатт переработал ее в машину «двойного действия»: пар поочередно стал впускаться то по одну, то по другую сторону поршня и машина стала иметь два рабочих хода: и вниз, и вверх, а не один — вниз, как было раньше. К этой машине двойного действия Уатт добавил кривошипный механизм, путем которого прямолинейно-возвратное движение поршня превращалось во вращательное движение махового колеса.

Так появился на свет универсальный двигатель, который можно было применять повсюду, где нужна была движущая сила. Это было то, в чем, как в воздухе, нуждалась развивавшаяся промышленность: она уже имела целый ряд всяких исполнительных, рабочих машин, непосредственно заменявших труд человека. Были ткацкие, прядильные станки, мельницы, лесопильные машины. Не хватало только двигателя, машины, которая бы их приводила в действие. Водяные колеса, сила животного, рабочие руки — все это уж не могло удовлетворить потребностей нарождавшихся фабрик и заводов.

Первая машина простого действия Уатта была построена и поставлена на предприятии Робека в Ферз-ов-Форзе на реке Карроне. Однако, она оказалась недостаточно удовлетворительной по своему действию. Патент на новоизобретенную паровую машину был получен Уаттом 5 января 1769 года. Второй патент, на усовершенствованную машину двойного действия, Уатт получил 28 апреля 1784 года.

Накапливая одновременно и теоретические знания и практический опыт, поддержанный английскими предпринимателями — Робеком, а затем Болтоном, Уатт в результате многих лет работы преодолел все трудности и представил изумленному миру свой универсальный двигатель.

Всемирно-историческое значение Уатта объяснено Марксом в следующих словах:

«Только с изобретением второй машины Уатта, так называемой паровой машины двойного действия, был найден первый мотор, который, потребляя уголь и воду, сам производит двигательную силу и действия которого всецело находятся под контролем человека. Двигатель и сам средство передвижения; он позволяет концентрировать производство в городах вместо того, чтобы рассеивать его в деревне. Он универсален по своему техническому применению и сравнительно мало зависит в своем местопребывании от тех или иных локальных условий. Великий гений Уатта обнаруживается в том, что патент, взятый им в апреле 1784 года, давая описание паровой машины, изображает ее не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности».

Паровой двигатель был интернациональным изобретением. В его создании участвовали изобретатели целого ряда стран. «Паровая машина, — говорит Фр. Энгельс, — была первым действительно интернациональным открытием, и факт этот, в свою очередь, свидетельствует об огромном историческом прогрессе. Паровую машину изобрел француз Папен, но в Германии немец Лейбниц, рассыпая вокруг себя, как всегда, гениальные идеи, без заботы о том, припишут ли заслугу этого ему или другому, — Лейбниц, как мы знаем теперь из переписки Папена (изданной Герляндтом), подсказал ему основную идею этой машины — применение цилиндра и поршня. Вскоре после этого англичане Сэвери и Ньюкомен придумали подобные же машины; наконец, их земляк Уатт, введя отдельный конденсатор, придал паровой машине в принципе ее современный вид. Круговорот закончился: удалось достигнуть превращения теплоты в механическое движение. Все дальнейшее было только улучшением деталей».

Первые же опыты создания парового двигателя сопровождались попытками применить его для транспорта на воде и суше. Еще в 1757 году, когда Уатт и не думал о паровом двигателе, студент Робисон, приятель Уатта, предлагал ему заняться осуществлением своего проекта паровой повозки. Все же первый экипаж с паровым двигателем суждено было построить не Уатту и даже не англичанину.

Первый паровой самоход, оказавшийся способным двигаться и даже нести на себе некоторый груз, был построен во Франции Жозефом Кюньо.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀