Паровоз: устройство и принцип работы

Паровоз Су 210-68

Архивное фото ПКБ ЦТ

Су (от рус. сормовский усиленный; прозвища — «сушка», «советский Прери»; модификация Сум имела прозвище «сумка») — советский пассажирский паровоз типа 1-3-1, выпускавшийся с 1924 по 1951 гг.

Спроектирован в КБ Коломенского завода (КМЗ), на базе лучшего однотипного курьерского паровоза Российской империи —серии Св) . В сравнении с прототипом (Св), в результате проектных изменений, явился универсальным пассажирским паровозом качественно нового конструктивного исполнения и первым паровозом, созданным в СССР, одинаково пригодным для работы в скорых и тяжёлых (много вагонных) пассажирских поездах (дальнего следования и пригородных). В серийном производстве с 1925 г. Су вышел на линии в то время, когда СССР, быстро оправившись от тяжёлых последствий империалистической и гражданской войн, креп и выходил на широкий путь технической реконструкции промышленности и сельского хозяйства. Су оказался в техническом отношении значительным шагом вперёд по сравнению с прежними паровозами, открыл собой дальнейший ряд достижений советской паровозостроительной техники. С начала 1930-х гг. — наиболее распространённый типовой пассажирский паровоз на сети дорог СССР. Читать далее.

Труженики ХХ века

Паровозы ХХ столетия превосходили своих предшественников по скорости, экономичности, а главное тягловой силе. Эксплуатируясь на рудниках, мощные локомотивы легко тянули многотонные составы с углем, рудой.

Скорость и экономичность ценились в пассажирских перевозках. На просторах США, России, в странах Европы и Азии машинисты водили скоростные паровозы, которые быстро доставляли пассажиров из пункта А в пункт Б.

Изменились и размеры паровозов. В США сконструировали огромные Big Boy, советские конструкторы создавали мощные и скоростные «ФД» и легендарный «Иосиф Сталин 20-16», Германия в середине 30-х годов представила миру серию локомотивов 05.

Паровоз П36

П36 представляет собой надежный советский магистральный пассажирский поезд, который выпускался в период с 1949 по 1955 года. Его особенность состоит в том, что при его создании были воплощены в жизнь все достижения советской науки в области строительства железнодорожного транспорта. Кроме того, паровоз П36 имел нагрузку на рельсы не более 18 тонн, что позволяло использовать его на любой их существовавших в СССР линии железнодорожных перевозок. Паровоз П36 был оборудован цельносварным котлом, механической системой подачи угля, а также водопогревателями и роликовыми подшипниками буксы. Технические характеристики локомотива на момент его промышленного производства составляли: сцепной вес – до 75 тонн, масса паровоза в рабочем состоянии – до 130 тонн.

В целях подготовки проекта оптимизации пассажирских перевозок паровоз П36 был подвергнут ряду испытаний, основная цель которых сводилась к достижению оптимальных показателей мощности, скорости и КПД состава. В 1950 году локомотив был протестирован. Инженеры получили следующие результаты: форсировка котла до 75 кгс/(м²•ч) позволяет развить мощность П36 до 2500 л.с. Максимальная скорость паровоза составлял 86 км/ч, а достигнутый при этом показатель мощности составил 3100 л.с.

Паровоз П36 обладал всеми необходимыми характеристиками для оптимизации пассажирских перевозок на железных дорогах СССР в 50-х годах. С момента его выпуска и по настоящее время за данным локомотивом закрепилось прозвище «Генерал», которое было обусловлено наличием ярких цветных полос в боковых частях состава – лампасов.

Предисловие

Благодаря заботам Коммунистической партии и Советского правительства железнодорожный транспорт СССР непрерывно оснащается самой передовой в мире техникой.

Советские железнодорожники, применяя передовые методы труда и умело используя имеющуюся технику, из года в год увеличивают перевозки пассажиров и грузов.

Директивами XIX съезда Коммунистической партии Советского Союза по пятому пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР намечен рост грузооборота железнодорожного транспорта на 1955 год по сравнению с 1950 годом на 35-40 %.

Для освоения растущего грузооборота и увеличения пропускной способности железнодорожного транспорта в пятом пятилетии предусматривается строительство новых линий и вторых путей, электрификация железных дорог, оснащение транспорта новейшими техническими средствами, полное обеспечение потребности в магистральных паровозах, электровозах, тепловозах, грузовых, изотермических и пассажирских вагонах.

В пятой пятилетке в основном будет закончен перевод рабочего парка вагонов на автосцепку и приступлено к производству новых мощных локомотивов и оборудованию подвижного состава роликовыми подшипниками.

Директивами XIX съезда партии предусмотрено улучшение использования подвижного состава: время оборота вагонов в 1955 году должно быть сокращено не менее чем на 18 % против 1950 года, а среднесуточный пробег паровозов увеличен не менее чем на 12 %.

Выполнение поставленных задач по дальнейшему улучшению использования подвижного состава железных дорог и вскрытию новых резервов в большой степени зависит от паровозных машинистов.

Глубокое знание техники своего дела, высокая дисциплинированность, содержание паровоза в исправном состоянии, точное выполнение правил и инструкций машинистом имеют важнейшее значение для движения поездов по графику и обеспечения безопасности работы.

В настоящем пособии в наглядной форме приведены основные указания машинисту по подготовке паровоза к выходу под поезд из депо, обслуживанию паровоза в пути и управлению им на различных участках профиля.

Иллюстрированное пособие паровозному машинисту составлено на основе Правил технической эксплуатации железных дорог Союза ССР, действующих приказов, распоряжений и инструкций Министерства путей сообщения и передовых методов труда машинистов пятисотников-тяжеловесников, главным образом в части обслуживания и управления паровозом.

Пособие рассчитано на машинистов, работающих на паровозах, но оно может быть использовано также помощниками машинистов и учащимися технических школ при подготовке к сдаче государственных экзаменов на получение права самостоятельного управления паровозом.

Схема работы

То есть, если описывать принцип работы обобщенно, все кажется исключительно простым. Как выглядит схема устройства паровоза, можно увидеть и на фото, размещенном в статье.

В паровом котле сжигается топливо, которое нагревает воду. Вода преобразовывается в пар, и, по мере нагрева, давление пара в системе увеличивается. Когда оно достигает высокого значения, то его подают в цилиндр, где располагаются поршни.

За счет давления на поршни осуществляется вращение оси, и колеса приводятся в движение. Излишки пара выбрасываются в атмосферу через специальный предохранительный клапан. Кстати, роль последнего исключительно важна, ведь без него котел разорвало бы изнутри. Вот так выглядит устройство котла паровоза.

1842 год. Нижний Тагил

100 лет назад первый поезд пересек Амур по новому мосту

Ефим Черепанов сгорел на работе в 68 лет. Он много раз просился в отставку «за преклонностью лет». Прошение рассматривали три года, решение так и не вынесли. Ефим Алексеевич «помер от апоплексического удара, выезжавши еще накануне смерти по делам службы», говорилось в донесении заводоуправления. А через шесть лет «после болезни помер механик Мирон Черепанов, служивший около 34 лет при заводах, который занимался многими устройствами по механической части, а равно оказал немаловажные услуги по перестройке заводских плотин, которые производились под его наблюдением и руководством». Ему было 46.

Где могилы отца и сына, неизвестно.

ВЗГЛЯД СКВОЗЬ ГОДЫ

На рубеже веков

К началу ХХ века сформировалась основная конструкция и принцип действия всех механизмов паровоза. Сеть железных дорог уже появилась в странах Европы, России, на просторах Нового Света.

В первые десятилетия ХХ столетия появляются дуплексы и триплексы, которые были намного мощней первых паровозов, маневренней и развивали большую скорость.

Конструкторы начали использовать различные колёсные формулы. Появляются сочленённые системы Маллета, Гаррат, Ферли. Усовершенствуются паровые котлы, увеличивая мощность, ставшего уже популярным транспортного средства. Кочегаров заменяли механические углеподатчики, так называемые стокеры.

1833 год. Англия

Через двенадцать лет после отца Мирона тоже командируют в Англию. На нем кафтан, фуражка с лаковым козырьком — обычный костюм мастера. Он, конечно, с бородой. И он тоже вручает рекомендательное письмо уже известному нам Спенсу: мол, направляем за опытом:

Черепанова — сына, как вы можете узнать по цвету волос, того Черепанова, который был у вас в 1821 году… Черепанов не пожелал последовать нашему совету и дать обрить себе бороду. Постарайтесь убедить его сделать это».
На московском Рижском вокзале можно взять билет до детства

Стоит ли говорить, что вторая попытка Спенсу тоже не удалась?

Но и Мирону не удалось, как и отцу, взглянуть на чертежи: англичане пуще глаза берегли секреты своих паровых машин, до 1841-го государство запрещало вывозить их за границу. Мирон сетовал на «затруднения как по незнанию языка, так и по возможности видеть внутреннее расположение машин, в действии находящихся».

Но ни его, ни отца уже было не остановить.

Принцип работы и устройство паровоза

Несмотря на то, что существуют разные модификации конструкций этого транспорта, все они имеют три основные части:

• паровую машину;
• котел;
• экипаж.

В паровом котле получают пар – именно этот агрегат является первичным источником энергии, а пар – основным рабочим телом. В паровой машине оно преобразуется в возвратно-поступательное механическое движение поршня, которое в свою очередь при помощи кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное. Благодаря этому колеса паровоза вращаются. Также пар приводит в движение паровоздушный насос, паротурбогенератор и используется в свистке.

Экипаж машины состоит из ходовой части и рамы и представляет собой передвижное основание. Эти три элемента являются основными в устройстве паровоза. Также к машине может примыкать тендер – вагон, который служит хранилищем угля (топлива) и воды.

Запряженные паром

Скорость, которую был способен развить локомотив Стефенсона, впечатляла современников. Между тем в скором времени паровозы стали по‑настоящему скоростными машинами. Так, к началу ХХ века некоторые локомотивы могли без нагрузки разгоняться почти до 200 км/ч (правда, пассажиры так быстро не ездили — тогдашние железные дороги не позволяли развивать такие скорости). Примерно в это время закрепляется и привычная конструкция паровоза, которая будет использоваться весь последующий век до окончания эпохи пара.

Основные части самых совершенных паровозов были такими же, как у их дальних предков. Паровозный котел снабжал паровую машину паром высокого давления. Паровая машина, состоявшая обычно из двух цилиндров, преобразовывала возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение колес экипажа. Кроме того, каждый паровоз обычно имел тендер — специальный вагон, где хранились запасы воды и топлива.

За счет усовершенствования каждой основной части паровозы ХХ века отличались от своих предков лучшими скоростными показателями при меньшем расходе топлива и воды. В частности, этого удалось достичь за счет применения пароперегревателя, которым в начале прошлого века стали стремительно оснащать большинство паровозов. Он повышал температуру и степень сухости пара, что увеличивало КПД паровой машины. Впрочем, более чем за вековую историю ощутимо поднять КПД паровоза так и не удалось: если первые пассажирские паровозы работали с КПД 4−5%, то у последних моделей он достигал 9%. Это было ощутимо меньше, чем у тепловозов и электровозов.

Не смогли конструкторы паровозов решить и другую проблему: различные системы позволяли упростить работу машинистов паровоза, но все равно эта профессия оставалась тяжелой, требующей значительных физических усилий.

В сложности профессии была, правда, и своя прелесть. «Паровозники» были физически здоровее, чем их коллеги, работающие на тепловозах и электровозах. Кроме того, их труд всегда был высокооплачиваемым и крайне престижным, он даже считался героическим. Многие мальчики XIX и начала XX веков страстно мечтали о профессии машиниста, подобно тому как в 1960-х годах школьники хотели быть космонавтами. С окончанием эпохи пара профессия машиниста определенно потеряла былую романтику.

Union Pacific 4006 • Museum of Transportation

Музей транспорта, город Сент-Луис, штат Миссури

Union Pacific 4006 в январе 2014 года. Фото: Mark Mautner

Дата постройки: сентябрь 1941 годаСерийный номер: 69577Пробег: 1,7 млн. км. — самый большой пробег среди всех 25 локомотивов этого класса. Тендер № 4003Дата списания: май 1961 годаВеб-сайт: www.transportmuseumassociation.org

Переговоры по спасению «Большого Мальчика» для Музея транспорта начались в 1954 году, задолго до того, как эти паровозы ушли на пенсию. В июне 1961 года Union Pacific Railroad официально пожертвовала локомотив музею, перегнав его в Канзас-Сити (штат Миссури). Эта поездка заняла четыре дня, так как максимальная скорость паровоза составляла 40 км. в час. От Канзас-Сити за остальное передвижение паровоза отвечала компания Missouri Pacific Railroad, но вместо того, чтобы отправиться прямо в музей, его двигатель отправился в депо компании Alton and Southern Railway в Ист-Сент-Луисе для косметической работы, которая заняла около года. Во время его доставки в музей локомотив столкнулся с одним из самых известных паровозов в американской истории — знаменитым «Генералом», получившим всеобщую известность благодаря инциденту во время Гражданской войны, который известен как «Великая паровозная гонка». Столкновение произошло 5 июня 1962 года, когда № 4006 покинул депо Alton and Southern Railway с двумя тянущими его дизелями. № 4006 проехал по Макартурскому мосту через реку Миссисипи, а «Генерал» в это время находился в Сент-Луисе, где и произошло это столкновение.

В объявлении Музея транспорта говорится: «Вековая история развития паровозов была охвачена столкновением между 600-тонным артикулированным гигантом, построенным в 1941 году, и 31-тонным 4-4-0, построенным в 1855 году».

История

Временем появления в России паровозов, специально предназначенных для маневровых (станционных) работ и работ на заводских подъездных путях, следует, по-видимому, считать 1860 год. Ранее эти работы выполнялись обычными магистральными паровозами и были трудны из-за плохой вписываемости этих локомотивов в кривые малого радиуса и недостаточной видимости путей и сигналов при движении задним ходом (из-за тендера). Кроме того, парораспределительный механизм магистральных локомотивов был спроектирован преимущественно для ровного и поступательного движения передним ходом.

Из-за разнообразия условий работы унификация паровозов этой категории была затруднена. Предприятия и отдельные железные дороги — особенно частные — предпочитали самостоятельно формулировать требования к заводам-производителям и заказывали локомотивы небольшими партиями. В результате к 1912 году, когда была принята единая классификация локомотивов на всех русских железных дорогах, маневровыми работами занимались паровозы самых разнообразных конструкций. Единственное, что по-настоящему их объединяло — отсутствие тендеров для хранения воды и топлива. За редким исключением (тендерные паровозы серии Т американского завода Портер на Мурманской железной дороге, паровозы серии Е завода Шарп-Стюарт на станции в Ковно), все маневровые паровозы были танк-паровозами. Во время классификации 1912 г. им была присвоена серия Ь (ерь).

Единый тип маневрового паровоза удалось создать только при Советской власти, в 1935 г. Он выпускался как локомотив серии 9П, но паровозы Ь продолжали активно использоваться на железных дорогах и подъездных путях вплоть до перехода на тепловую и электрическую тягу.

Первые маневровые танк-паровозы в России

Тип 19 Коломенского завода — первый танк-паровоз русской постройки.

Первыми маневровыми танк-паровозами, построенными в России, явились, видимо, паровозы заводского типа 19 Коломенского завода. В г. завод выпустил 28 танк-паровозов с осевой формулой 0-3-0. На них стояли котлы со 150 дымогарными трубами, инжекторы Шау, были применены: парораспределительный механизм Аллана и реверс с перекидным рычагом. Паровозы располагали запасом воды в 4,8 м³ и угля — в 1,5 м³, их 2-я и 3-я оси имели общие рессоры и балансиры.

До 1877 г. маневровые танк-паровозы на русские железные дороги поставляли исключительно иностранные предприятия. Импорт такого рода паровозов начался в 1860 г., когда французский завод Кайль изготовил по заказу Московско-Нижегородской дороги первую партию, состоявшую из 2-х локомотивов. Они получили номера 3 и 4, и первоначально обозначались как паровозы серии Д. Локомотивы имели необычный для маневровой работы диаметр колес — 1510 мм. Колеса такого диаметра обычно использовали для пассажирских паровозов, развивавших высокую скорость и не нуждавшихся в значительном тяговом усилии для движения с тяжелыми товарными поездами. Тем не менее, танк-паровозы серии Д использовались для манёвров и в 1912 г. были включены в серию Ь, а не в серию Ъ (еръ), где оказались собраны пассажирские танк-паровозы.

Отличия пассажирского и грузового паровозов[править]

Пассажирские и грузовые паровозы внешне заметно отличаются друг от друга, что объясняется следующими причинами:

• Пассажирскому паровозу не нужен большой сцепной вес, поэтому может быть уменьшено количество движущих или «сцепных» колес, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;
• Требуется более высокая скорость, что ведёт к увеличению диаметра колёс и появлению перед ними поддерживающих, или «бегунковых» колёс меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колес.

Движение паровоза

Теперь нам остается подать пар в цилиндры и ехать. Но ехать еще рано. Необходимо выбрать направление движения нашего паровоза, так сказать, отреверсировать. Как это достигается?

Мы уже коснулись такого понятия, как, кривошипно-шатунный механизм, так вот, все это его работа. Для изменения направления движения паровоза включается в работу кулисный механизм с сервомотором. Сервомотор представляет из себя обычный цилиндр, в нем находится поршень со штоком. Сервомотор переводится силой сжатого воздуха или силой пара, располагается, как правило, с правой стороны над экипажной частью. Управляет им машинист, посредством рычага реверса. Шток сервомотора соединен с верхней частью кулисы, согнутой в виде полумесяца деталью, с прорезью.

Сама кулиса закрепляется посредине к раме паровоза. В этой прорези находится устройство, называемое, кулисный камень. Кулисный камень передвигается в пазах кулисы, он соединен тягой со штоком золотников. Нижняя часть кулисы тягой соединяется с кривошипом главного ведущего колеса, на котором расположен эксцентрик. Таким образом шток сервомотора разворачивает кулису, в ней, вверх или вниз, перемещается кулисный камень, который своей тягой переводит золотники в одно из положений, необходимое для движения в ту или другую сторону, открывая тем самым нужный паропроводный канал над одной из сторон главного поршня. Другой тягой, расположенной в нижней части кулисы, переводится кривошип с эксцентриком, в сторону нужного направления движения. 

Но это еще не все функции кулисного механизма, он очень важен, далее мы рассмотрим еще одну главную его функцию. 

Ну теперь-то можно ехать? Попробуем. На торце котла, со стороны машиниста расположен регулятор, именно им регулируется подача пара в цилиндры. Это рычаг с рукояткой, имеющей фиксатор, расположенный на зубчатом секторе. Верхняя его часть тягой соединена со специальной заслонкой, расположенной в сухопарнике, которая регулирует величину подачи пара. Итак, паровоз отреверсирован, пар у нас есть, все, можно ехать.

Машинист переводит регулятор в первое положение, заслонка в сухопарнике открывается и пар пошел в цилиндры, через золотники, к главным поршням. Паровоз двинулся в нужную нам сторону.  

Так вот, теперь уже кривошип главного колеса, вращаясь передвигает нижнюю часть кулисы, а эта нижняя часть, как нам уже известно, соединена со штоком золотников, посредством кулисного камня с тягой. Система парораспределения работает, золотники, соединенные тягой с кривошипом, двигаются взад и вперед, подавая пар то в один, то в другой канал цилиндра главного поршня, он перемещается и посредством штока перемещает главное (ведущее) дышло.

Так паровоз и движется. Главные колеса соединены с другими прицепными дышлами, таким образом работают на движение все колеса паровоза. Необходимо отметить, что шток поршня соединяется с ведущим дышлом посредством специального механизма – крейцкопфа.

Крейцкопф

Крейцкопф (ползун) – это деталь вышеописанного кривошипно-шатунного механизма, который совершает по неподвижным направляющим возвратно-поступательное движение. Применение крейцкопфа позволяет разгрузить поршень со штоком от действия силы нагрузки, в этом случае ее действие переносится на крейцкопф. Дополнительно создается вторая рабочая полость в цилиндре под поршнем. Таким образом один конец ведущего дышла закреплен в крейцкопфе, а второй посажен на кривошип. 

Все ведущие колеса паровоза исполняются для облегчения веса с вырезами в виде спиц или отверстий. Обязательно эти колеса имеют противовесы.

Как правило бандажи главных колес не имеют гребней (безгребневые), это сделано для улучшения прохождения (вписывания) паровозом кривых.

На верхней части цилиндров паровой машины установлены пресс-масленки, для смазывания трущихся частей кривошипно-шатунного механизма. Сжатый воздух, необходимый для работы автотормозов состава и нужд самого паровоза получается в паровоздушном насосе, типа тандем компаунд. Расположен данный насос, как правило, в передней части паровоза, в зависимости от конструкции паровоза. Из насоса сжатый воздух поступает в главные резервуары, расположенные под котлом паровоза. Перед троганием с места цилиндры паровоза продуваются паром, для удаления влаги, во избежание гидравлического удара.  

Union Pacific 4004 • Holliday Park

Парк Холидэй, город Шайенн, штат Вайоминг

Union Pacific 4004 в октябре 2013 года в парке Холидэй в Шайенне. Фото: Jim Wrinn

Дата постройки: сентябрь 1941 годаСерийный номер: 69575Пробег: 1,69 млн. км.Дата списания: февраль 1962 г.Пометка: Пятый по счёту «Большой Мальчик»

Согласно книге Бесса Арнолда 2004 года «Union Pacific: Saving a Big Boy and Other Railroad Stories», спасение 4004 — это результат группы отставных железнодорожников, которая признала, насколько быстро железная дорога избавилась от своей паровой тяги. Они напрямую обратились к вице-президенту Union Pacific Railroad господину Бейли с просьбой спасении «Большого мальчика». После согласия Бейли, Фред Мюллер, доктор Ральф Грэмлих и отставной машинист Фрэнк Харди сразу же отправились в мэрию города Шайенне, штат Вайоминг, где получили разрешение на сохранность локомотива. Ради него сообщество UP Old Timers Club с продажи лотерейных билетов собрало более 2 тыс долларов для возведения бетонной площадки на месте, где когда-то красовалось озеро Минехаха в парке Холлидей. 28 июня 1963 года «Большой мальчик» под номером 4004 был доставлен на место при помощи маневрового локомотива

В качестве дополнительной меры предосторожности использовался мощный грузовик для подачи воздуха в тормозную систему локомотива, а также гусеничный трактор, чтобы в случае необходимости предотвратить свободное движение. В 1986 году после сильных ливней, которые образовали в парке огромный пруд, локомотив был затоплен, а после отремонтирован