Рис. 1. Конструктивная схема паровоза: 1 — паровая машина; 2 — бак котла; 4 — экипаж, 5 — задняя тележка; 6 — тендер; 7 — пространство сгорания топке котла; 8 — жаровые и дымогарные трубы; 9 — передняя тележка.
Паровоз
— автономный локомотив с паросиловой установкой, обеспечивающей за счёт энергии сжатого пара необходимую силу тяги для движения по рельсовой колее. Паросиловую установку составляют котёл и паровая машина (рис. 1). Нагретый пар из котла поступает в цилиндры машины, где его тепловая энергия преобразуется в механическая энергию прямолинейного движения поршня, превращающуюся затем через кривошипно-шатунный механизм в энергию вращения колёс. Это оборудование установлено на раме экипажной части, к которой относятся поддерживающие раму тележки с рессорным подвешиванием, буксами, колёсными парами и упряжными приборами. Запасы воды, топлива и смазки размещаются на тендере или на самом П. (танк-паровоз).
Классификация. Паровозы подразделяются по роду выполняемой работы на магистральные (пасс., грузовые — по роду перевозок; поездные и маневровые — по виду службы), промышленные для обслуживания промышленных предприятий и подъездные (вывозные), работающие на подъездных путях. Х-кой П. являются число и расположение движущих, поддерживающих и направляющих осей, которая записывается осевой формулой, определяющей тип П. В зависимости от использованной паросиловой установки различают П. с наружным или внутреннего расположением цилиндров. С насыщенным или перегретым паром; с однократным или двукратным (компаунд) расширением пара; 2-, 3-, 4-цилиндровые; с угольным, дровяным, нефтяным топливом.
Историческая справка
. Первая транспортная машина, передвигавшаяся по рельсовому пути, была создана в Великобритании Р. Тревитиком в 1803—04. Первый практически пригодный паровоз и железнодорожный путь для него построил англ. изобретатель Дж. Стефенсон, использовавший в своих работах весь накопление до него его соотечественниками опыт по созданию паровых машин и установке их на повозках. В 1811 по чертежам изобретателя Д. Бленкинсона был построен П. с зубчатым колесом англ. механиком Мурреем; в 1812 появился «шагающий» П. инженера Брентона; в 1813 У. Хедли установил на повозке сдвоенную паровую машину, назвав П. «Пыхтящий Билли». Первый П. Стефенсона «Блюхер», не отличавшийся оригинальностью конструкции, был построен для Келлингсвортских шахт. В устройство второго П., назв. «Эксперимент», изобретатель внёс ряд усовершенствований: поставил машину с двумя цилиндрами, спарил движущие колёса, наложил на них наружные жёсткие соединит, дышла. Кроме того, он отвёл отработавший пар в дымовую трубу через спец. аппарат, реалию, предложенную ещё Тревитиком (устройство стало непременной частью П.; носит назв. «конус» — по своей первонач. форме). Следующий П. был заказан Стефенсону для Стоктон — Дарлингтонской железной дороги в 1823, в 1825 поступил на дорогу в день её открытия под названием «Локомошен» и получил № 1 (после завершения эксплуатации был сохранён и установлен в Лондоне у входа в Дарлингтонский вокзал). Назв. распространилось впоследствии на все тяговые машины рельсового транспорта. Однако этот П., несмотря на применение конуса и др. усовершенствования, не мог развивать высокие скорости из-за малой мощности котла. Продолжая поиски наиболее эффективного решения, Стефенсон построил П. «Ракета» (рис. 2), использовав идею многотрубного котла, предложенную английским инженером Г. Бутом. В 25 трубах котла циркулировала не вода, как в предыдущих моделях, а горячие газы. Т. о. впервые был применён жаротрубный котёл. Это нововведение позволило П. выиграть единственные в своём роде соревнования (известные как битва паровозов в Рейнхилле) на конкурсе, объявленном администрацией Ливерпул — Манчестерской железной дороги 1 окт. 1829. П. показал рекордную для того времени скорость — 22 км/ч;
Рис. 4. Грузовой паровоз
после перемены конуса скорость удалось увеличить до 45 км/ч. Эта победа доказала целесообразность применения паровой тяги и обусловила дальнейшее развитие железнодорожного транспорта.
Рис. 3. Паровоз Черепановых (Россия, 1834).
Первый П. для Кемпденской железной дороги США был также построен на заводе Стефенсона в 1831. П. «Джон Булль» был в эксплуатации более 60 лет, в 1893 своим ходом прибыл на выставку в Чикаго, где совершал регулярные рейсы, обслуживая посетителей, а затем был установлен в Вашингтонском музее.
В России первые П. (рис. 3) начали строить Е. А. и М. Е. Черепановы на Нижнетагильском заводе (1833—34 и 1835). П. развивали скорость до 15 км/ч, работали на шахте как вывозные. Для первой в России Царскосельской железной дороги шесть 11. было закуплено за рубежом на заводах Р.Стефенсона и Т. Гакуорта в Ньюкасле, а также один П. в Бельгии (см. Локомотивостроение). В 1838 на дороге начал работать П. «Проворный», построенный по чертежам специалистов Санкт-Петербургского политехнического института.
Устройство.
В течение всего периода производства и эксплуатации П. сохранялась их первонач. компоновка. При этом конструкция всех узлов П. совершенствовалась в направлении увеличения скорости движения, силы тяги, энергетической эффективности, повышения эксплуатационных кпд.
Рост перевозок на железных дорогах требовал увеличения силы тяги, мощности локомотива для обеспечения вождения поездов с требуемыми скоростями, с макс, возможными нагрузками. Основным усовершенствования, исправленные на повышение экономичности П.: увеличение поверхности нагрева в котлах, повышение давления и температуры перегретого пара; применение паровых машин с большим числом цилиндров. Увеличение числа движущих осей в экипаже; применение компаундмашин, сочленённых экипажей («маллетов»); повышение нагрузок от осей движущих колёсных пар на рельсы (например, П. с передним и задним тендером для увеличения сцепи, веса); применение поддерживающих и бегунковых колёс, что позволило устанавливать более мощные котлы; совершенствование экипажа с целью улучшения вписывания в кривые (например, поворотные тележки) и др. Рус. школой паровозостроителей, к которой принадлежат Н. П. Петров, А. П. Бородин, Л. М. Левп М В Гоютобов, Д. М. Лебедев, Л. А. I раков (автор первого учебника «Паровоз»), В. И. Лопушинский, Б. С. Малаховский, Е. Е. Нольтейн, Н. Л. Щукин, А. С. Раевский, К. Н.Сушкин и др., со) кан рят П., отличавшихся оригинальными конструктивными решениями и отвечавших потребностям в перевозках (рис. 4). Известные учёные С. П. Сыромятников, О. Н. Исаакян, А. М. Бабичков, П. М. Шаройко, А. В. Сломянский, Л. С. Лебедянский, К. А. Шишкин, И. И. Николаев, Н. И. Белоконь и др. являются авторами фундаментальных работ в области теории тяги поездов, тяговых расчётов, методик испытаний и эксплуатации П. До 1957 было разработано, построено и эксплуатировалось на дорогах страны до 400 типов П. (см. Обозначения тяговое о подвижного состава). Наиболее совершенный грузовой П., созданный в послевоенные годы,— тип 1-5-2, который обладал силой тяги до 3 5 тс при скорости 50 км/ч, развивал мощностью до 4000 кВт. Вместе с тем П., мощность и сила тяги которых в процессе совершенствования возросли в десятки раз, по эксплуатационных экономичности (кпд 4—6%, наибольший — до 9,3%) мало отличались от своих предшественников (кпд 2—3%), не отвечали экологическим требованиям. Поэтому уже к 30—50-м гг. большинство промышленно развитых стран технически были подготовлены к замене паровой тяги электрической и дизельной. Постройка П. стала повсеместно прекращаться (в СССР с 1956). Начался перевод ж. д. на электрическое и тепловозную тягу, стали создаваться новые локомотивы — электровозы и тепловозы. Однако П. является одним из уникальных технических средств, созданных человечеством, поэтому интерес к нему не уменьшается, во многих странах сохраняются паровозы-памятники, а на некоторых линиях паровозы продолжают эксплуатироваться.