Паровоз — локомотив , который обеспечивает силу для перемещения себя и других транспортных средств посредством расширения пара . [1] : 80 Он работает за счет сжигания горючего материала (обычно угля , нефти или, реже, дерева ) для нагрева воды в котле локомотива до такой степени, что она становится газообразной и ее объем увеличивается в 1700 раз. Функционально это паровая машина на колесах. [2]
В большинстве локомотивов пар поочередно подается в каждый конец цилиндров, в которых поршни механически соединены с основными колесами локомотива. Запасы топлива и воды обычно перевозятся вместе с локомотивом либо на самом локомотиве, либо в прицепленном к нему тендере . Варианты этой общей конструкции включают котлы с электрическим приводом, турбины вместо поршней и использование пара, генерируемого извне.
Паровозы были впервые разработаны в Великобритании в начале 19 века и использовались на железнодорожном транспорте до середины 20 века. Ричард Тревитик построил первый паровоз, который, как известно, перевозил груз на расстояние, в Пен-и-Даррене в 1804 году, хотя он изготовил более ранний локомотив для испытаний в Коулбрукдейле в 1802 году. [3] Саламанка , построенная в 1812 году Мэтью Мюрреем для Миддлтонская железная дорога была первым коммерчески успешным паровозом. [4] Локомотив № 1 , построенный Джорджем Стивенсоном и компанией его сына Роберта «Роберт Стивенсон и компания» , был первым паровозом, который возил пассажиров по общественной железной дороге Стоктон-Дарлингтонская железная дорога в 1825 году. Последовало быстрое развитие; В 1830 году Джордж Стефенсон открыл первую общественную междугородную железную дорогу, Ливерпульско-Манчестерскую железную дорогу , после того, как успех Rocket на испытаниях в Рейнхилле 1829 года доказал, что паровозы могут выполнять такие задачи. Роберт Стивенсон и компания были выдающимися изготовителями паровозов в первые десятилетия существования пара на железных дорогах Соединенного Королевства, США и большей части Европы. [5]
К концу эры пара давний британский акцент на скорости достиг кульминации, установив рекорд, который до сих пор не побит, - 126 миль в час (203 километра в час), установленный LNER Class A4 4468 Mallard . [6] В Соединенных Штатах более крупные погрузочные габариты позволили разработать очень большие и тяжелые локомотивы, такие как Union Pacific Big Boy , который весил 540 длинных тонн (550 т ; 600 коротких тонн ) и имел тяговое усилие 135 375 фунтов. сила (602 180 ньютонов). [7] [примечание 1]
Начиная с начала 1900-х годов, паровозы постепенно вытеснялись электрическими и дизельными локомотивами , а начиная с конца 1930-х годов железные дороги полностью перешли на электрическую и дизельную энергию. К 1980-м годам большинство паровозов были выведены из эксплуатации, хотя некоторые из них продолжают курсировать по туристическим и историческим маршрутам. [8]
Первые железные дороги использовали лошадей для перевозки тележек по железнодорожным путям . [9] В 1784 году Уильям Мердок , шотландский изобретатель, построил небольшой прототип паровоза в Бирмингеме . [10] [11] Полномасштабный железнодорожный паровоз был предложен Уильямом Рейнольдсом примерно в 1787 году. [12] Ранняя действующая модель паровоза была спроектирована и построена пионером пароходства Джоном Фитчем в США в 1794 году. [13] ] В его паровозе использовались колеса с внутренними лопастями, направляемые по рельсам или путям. Модель до сих пор находится в Музее Исторического общества Огайо в Колумбусе, США. [14] Подлинность и дата этого локомотива оспариваются некоторыми экспертами, и работоспособному паровому поезду придется дождаться изобретения парового двигателя высокого давления Ричардом Тревитиком , который был пионером в использовании паровых локомотивов. [15]
Первым полномасштабным работающим железнодорожным паровозом был локомотив Коулбрукдейл шириной 3 фута ( 914 мм ) , построенный Тревитиком в 1802 году. Он был построен для металлургического завода Коулбрукдейл в Шропшире в Соединенном Королевстве , хотя никаких записей о его работе там не сохранилось. [16] 21 февраля 1804 года произошло первое зарегистрированное путешествие по железной дороге на паровой тяге, когда другой локомотив Тревитика тащил поезд по трамвайному пути шириной 4 фута 4 дюйма ( 1321 мм ) от металлургического завода Пен-и-Даррен , недалеко от Мертира . Тидфил , в Аберсинон в Южном Уэльсе. [17] [18] В сопровождении Эндрю Вивиана он прошел с переменным успехом. [19] В конструкцию был включен ряд важных инноваций, в том числе использование пара под высоким давлением, что уменьшило вес двигателя и повысило его эффективность.
Тревитик посетил район Ньюкасла в 1804 году и имел готовую аудиторию среди владельцев угольных шахт и инженеров. Визит оказался настолько успешным, что угольные железные дороги на северо-востоке Англии стали ведущим центром экспериментов и разработок паровоза. [20] Тревитик продолжил свои собственные эксперименты с паровой тягой на другом трио локомотивов, завершившись созданием в 1808 году паровоза «Поймай меня, кто сможет» , первого в мире, который перевозил платных пассажиров.
.jpg/1280px-Blenkinsop's_rack_locomotive,_1812_(British_Railway_Locomotives_1803-1853).jpg)
В 1812 году успешный двухцилиндровый реечный локомотив Мэтью Мюррея впервые проехал по реечной железной дороге Миддлтона с краевыми рельсами . [21] Еще одним известным ранним локомотивом был «Пыхтящий Билли» , построенный в 1813–1814 годах инженером Уильямом Хедли . Он предназначался для работы на шахте Уайлам недалеко от Ньюкасл-апон-Тайн. Этот локомотив является старейшим из сохранившихся и находится на статической экспозиции в Музее науки в Лондоне .
Джордж Стефенсон , бывший шахтер, работавший машинистом на шахте Киллингворт , разработал до шестнадцати локомотивов Киллингворта , включая Блюхера в 1814 году, еще один в 1815 году и (недавно идентифицированный) Киллингворт Билли в 1816 году. Он также построил герцога в 1817 году. для железной дороги Килмарнок и Трун , которая была первым паровозом, работавшим в Шотландии.
В 1825 году Стивенсон построил Локомоцию № 1 для Стоктон-Дарлингтонской железной дороги на северо-востоке Англии, которая была первой общественной паровой железной дорогой в мире. В 1829 году его сын Роберт построил в Ньюкасле «Ракету» , которая участвовала в соревнованиях Рейнхилл Триал и выиграла их . Этот успех привел к тому, что компания стала выдающимся производителем паровозов, используемых на железных дорогах Великобритании, США и большей части Европы. [22] Ливерпульско -Манчестерская железная дорога открылась годом позже, используя исключительно паровую энергию для пассажирских и товарных поездов .
До прибытия британского импорта некоторые отечественные прототипы паровозов были построены и испытаны в Соединенных Штатах. Ранний миниатюрный прототип был построен Джоном Фитчем , который продемонстрировал свой миниатюрный двигатель Джорджу Вашингтону в 1780-х годах. [23] Ярким примером был «паровой фургон» полковника Джона Стивена , который был продемонстрирован на кольцевой дороге в Хобокене, штат Нью-Джерси, в 1825 году. [24]
Многие из первых локомотивов для коммерческого использования на американских железных дорогах были импортированы из Великобритании, в том числе сначала Stourbridge Lion , а затем John Bull . Однако вскоре была создана отечественная локомотивостроительная промышленность. В 1830 году «Том Тамб » железной дороги Балтимора и Огайо , спроектированный Питером Купером , [25] стал первым коммерческим локомотивом, построенным в США и работавшим в Америке; он был задуман как демонстрация потенциала паровой тяги, а не как локомотив, приносящий доход. Девитт Клинтон , построенный в 1831 году для железной дороги Могавк и Гудзон , был известным ранним локомотивом. [22] [26]
По состоянию на 2021 год [update]оригинальный Джон Булл находился на статической экспозиции в Национальном музее американской истории в Вашингтоне, округ Колумбия. Реплика хранится в Железнодорожном музее Пенсильвании . [28]
Первое железнодорожное сообщение за пределами Великобритании и Северной Америки было открыто в 1829 году во Франции между Сент-Этьеном и Лионом ; Первоначально он был ограничен тягой животных и преобразован в паровую тягу в начале 1831 года с использованием локомотивов Сегена . Первый паровоз, находившийся в эксплуатации в Европе за пределами Франции, был назван «Слон» , который 5 мая 1835 года буксировал поезд по первой линии в Бельгии, связывающей Мехелен и Брюссель.
В Германии первым работающим паровозом стал реечный двигатель, похожий на « Саламанку» , сконструированный британским пионером локомотивов Джоном Бленкинсопом . Построенный в июне 1816 года Иоганном Фридрихом Кригаром на Королевском берлинском чугунолитейном заводе ( Königliche Eisengießerei zu Berlin), локомотив двигался по кольцевым путям во дворе завода. Это был первый локомотив, построенный на материковой части Европы, и первое пассажирское сообщение с паровым приводом; любопытные зрители могли за определенную плату прокатиться в пристроенных тренерах. Он изображен на новогоднем значке Королевского литейного завода, датированном 1816 годом. Еще один локомотив был построен с использованием той же системы в 1817 году. Они должны были использоваться на карьерных железных дорогах в Кенигсхютте и в Луизентале на Сааре (сегодня часть Фельклингена ), но ни один из них не мог быть возвращен в рабочее состояние после демонтажа, перемещения и повторной сборки. 7 декабря 1835 года « Адлер» впервые прошёл между Нюрнбергом и Фюртом по Баварской железной дороге Людвига . Это был 118-й паровоз локомотивного завода Роберта Стефенсона , находившийся под патентной защитой.
В России первый паровоз был построен в 1834 году Черепановыми , однако он пострадал из-за нехватки угля в этом районе и был заменен на конную тягу после того, как все близлежащие леса были вырублены. Первая русская Царскосельская паровая железная дорога заработала в 1837 году с локомотивов, купленных у Роберта Стивенсона и компании .
В 1837 году в Австрии на Северной железной дороге имени императора Фердинанда между Веной-Флоридсдорфом и Дойч-Ваграмом запустилась первая паровая железная дорога . В Австрии также работает старейшая постоянно действующая паровая машина в мире: ГКБ 671, построенная в 1860 году, ни разу не выводилась из эксплуатации и до сих пор используется для специальных экскурсий.
В 1838 году третий паровоз, построенный в Германии, « Саксония» , был изготовлен компанией Maschinenbaufirma Übigau недалеко от Дрездена и построен профессором Иоганном Андреасом Шубертом . Первым локомотивом независимой конструкции в Германии был Beuth , построенный Августом Борсигом в 1841 году. Первый локомотив, произведенный Henschel-Werke в Касселе , Drache , был поставлен в 1848 году.
Первыми паровозами, работавшими в Италии, были « Баярд» и «Везувий» , ходившие на линии Неаполь-Портичи в Королевстве Обеих Сицилий.
Первой железнодорожной линией, проходившей по территории Швейцарии, была линия Страсбург – Базель , открытая в 1844 году. Три года спустя, в 1847 году, была открыта первая полностью швейцарская железнодорожная линия, Испанская Брётли-Бан , от Цюриха до Бадена.
Засушливая природа южной Австралии создала особые проблемы для их ранней паровозной сети. Высокая концентрация хлорида магния в колодезной воде ( скважинной воде ), используемой в котлах локомотивов на Трансавстралийской железной дороге, вызвала серьезные и дорогостоящие проблемы с обслуживанием. Ни на одном участке своего маршрута линия не пересекает постоянный водоток с пресной водой, поэтому пришлось полагаться на буровую воду. Недорогой очистки высокоминерализованной воды не было, а котлы локомотивов прослужили менее четверти обычно ожидаемого времени. [29] Во времена паровозов около половины общей нагрузки поезда составляла вода для двигателя. Оператор линии, Commonwealth Railways , был одним из первых, кто внедрил дизель-электрический локомотив .
.tif/lossy-page1-1280px-Diagram_of_steam_locomotive_components_(March_2021_version).tif.jpg)
Жаротрубный котел был стандартной практикой для паровоза. Хотя были оценены другие типы котлов , они не получили широкого распространения, за исключением примерно 1000 локомотивов в Венгрии, которые использовали водотрубный котел Бротана . [ нужна цитата ]
Котел состоит из топки, в которой сгорает топливо, бочки, в которой вода превращается в пар, и дымовой камеры, в которой поддерживается несколько более низкое давление, чем снаружи топки.
Твердое топливо, такое как древесина, уголь или кокс, пожарный бросает в топку через дверь на набор решеток , которые удерживают топливо в слое во время его горения. Зола падает через решетку в зольник. Если в качестве топлива используется масло, то необходима дверца для регулирования притока воздуха, обслуживания топки и очистки масляных форсунок.
Жаротрубный котел имеет внутренние трубы, соединяющие топку с дымовой камерой, по которым текут дымовые газы, передающие тепло воде. Все трубы вместе образуют большую площадь контакта, называемую поверхностью нагрева труб, между газом и водой в котле. Котельная вода окружает топку, чтобы металл не перегревался. Это еще одна область, где газ передает тепло воде и называется поверхностью нагрева топки. Зола и полукокс собираются в дымовой камере, когда газ поднимается в дымоход ( дымовую трубу или дымовую трубу в США) за счет выхлопного пара из цилиндров.
Давление в котле необходимо контролировать с помощью манометра, установленного в кабине. Давление пара может быть сброшено вручную водителем или пожарным. Если давление достигает расчетного рабочего предела котла, автоматически открывается предохранительный клапан , чтобы снизить давление [30] и избежать катастрофической аварии.
Выхлопной пар из цилиндров двигателя вырывается из патрубка, направленного вверх в дымовую трубу дымовой камеры. Пар увлекает или увлекает за собой газы дымовой камеры, что поддерживает более низкое давление в дымовой камере, чем под решеткой топки. Эта разница давлений заставляет воздух течь вверх через угольный пласт и поддерживать горение огня.
Поиски более высокого теплового КПД, чем у типичного жаротрубного котла, привели инженеров, таких как Найджел Гресли , к рассмотрению вопроса о водотрубном котле . Хотя он протестировал эту концепцию на LNER Class W1 , трудности во время разработки превзошли желание повысить эффективность на этом пути.
Пар, образующийся в котле, не только приводит в движение локомотив, но и используется для работы других устройств, таких как свисток, воздушный компрессор тормозов, насос для пополнения воды в котле и система отопления пассажирского вагона. Постоянная потребность в пару требует периодической замены воды в котле. Вода хранится в баке в тендере локомотива или обернута вокруг котла в случае локомотива-цистерны . Для пополнения резервуаров необходимы периодические остановки; Альтернативой был установленный под тендером ковш, который собирал воду, когда поезд проезжал по поддону пути , расположенному между рельсами.
Пока локомотив производит пар, за количеством воды в котле постоянно следят, наблюдая за уровнем воды в прозрачной трубке или смотровом стекле. Для эффективной и безопасной эксплуатации котла необходимо поддерживать уровень между отметками на смотровом стекле. Если уровень воды слишком высок, производство пара падает, эффективность снижается, и вода вместе с паром выносится в цилиндры, что может привести к механическим повреждениям. Более серьезно, если уровень воды становится слишком низким, обнажается верхний лист (верхний лист) топки. Без воды поверх листа, отводящей теплоту сгорания , он размягчается и выходит из строя, пропуская пар под высоким давлением в топку и кабину. Разработка плавкой пробки , термочувствительного устройства, обеспечила контролируемый выпуск пара в топку, чтобы предупредить пожарного о необходимости долить воды.
Накипь накапливается в котле и препятствует адекватной теплопередаче, а коррозия в конечном итоге разрушает материалы котла до такой степени, что его необходимо восстановить или заменить. Запуск большого двигателя может занять несколько часов предварительного нагрева котловой воды, прежде чем появится достаточное количество пара.
Хотя котел обычно размещается горизонтально, для локомотивов, предназначенных для работы в местах с крутыми уклонами, может быть более целесообразным рассмотреть вертикальный котел или котел, установленный так, чтобы котел оставался горизонтальным, но колеса были наклонены в соответствии с наклоном рельсов.
Пар, образующийся в котле, заполняет пространство над водой в частично заполненном котле. Его максимальное рабочее давление ограничено подпружиненными предохранительными клапанами. Затем он собирается либо в перфорированную трубку, установленную над уровнем воды, либо в куполе, в котором часто находится регулирующий клапан или дроссель, целью которого является регулирование количества пара, выходящего из котла. Затем пар либо проходит прямо по паровой трубе и вниз к двигательному агрегату, либо может сначала пройти в мокрый коллектор пароперегревателя , роль которого заключается в повышении термического КПД и устранении капель воды, взвешенных в «насыщенном паре». состояние, в котором он покидает котел. Покидая пароперегреватель, пар выходит из сухого коллектора пароперегревателя и проходит по паропроводу, попадая в паровые камеры, прилегающие к цилиндрам поршневого двигателя. Внутри каждой паровой камеры находится скользящий клапан, который распределяет пар через порты, соединяющие паровую камеру с концами пространства цилиндра. Роль клапанов двоякая: впуск каждой новой дозы пара и выпуск использованного пара после того, как он выполнил свою работу.
Цилиндры двойного действия, пар подается поочередно к каждой стороне поршня. В двухцилиндровом локомотиве по одному цилиндру расположено с каждой стороны вагона. Шатуны установлены со сдвигом по фазе на 90°. За полный оборот рабочего колеса пар обеспечивает четыре рабочих хода; каждый цилиндр получает два впрыска пара за оборот. Первый ход приходится на переднюю часть поршня, второй ход - на заднюю часть поршня; отсюда два рабочих хода. Следовательно, две подачи пара на каждую поверхность поршня в двух цилиндрах создают полный оборот ведущего колеса. Каждый поршень прикреплен к ведущей оси с каждой стороны шатуном, а ведущие колеса соединены между собой соединительными тягами для передачи мощности от главного привода к другим колесам. Обратите внимание, что в двух « мертвых точках », когда шатун находится на той же оси, что и шатун ведущего колеса, шатун не передает крутящий момент на колесо. Следовательно, если бы обе шатуны могли оказаться в «мертвой точке» одновременно, а колеса остановились бы в этом положении, локомотив не смог бы начать движение. Поэтому шатуны прикреплены к колесам под углом 90° друг к другу, поэтому в мертвой точке одновременно может находиться только одна сторона.
Каждый поршень передает мощность через крейцкопф , шатун ( главный стержень в США) и шатун на ведущем колесе ( главный привод в США) или на кривошип на ведущей оси. Движение клапанов в паровой камере контролируется с помощью набора тяг и связей, называемых клапанным механизмом , приводимых в действие от ведущей оси или от кривошипа; Клапанный механизм включает в себя устройства, позволяющие реверсировать двигатель, регулировать ход клапана и время впуска и выпуска. Точка отсечки определяет момент, когда клапан блокирует паровое отверстие, «перекрывая» поступление пара и, таким образом, определяя долю хода, во время которого пар впускается в цилиндр; например, отсечка на 50% пропускает пар на половину хода поршня. Оставшаяся часть хода осуществляется за счет расширяющей силы пара. Бережное использование отсечки обеспечивает экономное использование пара и, в свою очередь, снижает расход топлива и воды. Таким образом, реверсивный рычаг ( штанга Джонсона в США) или винтовой реверс (если таковой имеется), который управляет отключением, выполняет функцию, аналогичную переключению передач в автомобиле: максимальное отключение, обеспечивающее максимальное тяговое усилие . в ущерб эффективности используется для трогания с места при трогании с места, в то время как при движении в крейсерском режиме используется отсечка всего в 10%, что обеспечивает снижение тягового усилия и, следовательно, снижение расхода топлива/воды. [31]
Выхлопной пар направляется вверх из локомотива через дымоход через сопло, называемое дымовой трубой , создавая знакомый «пыхтящий» звук паровоза. Дымовая труба расположена в стратегической точке внутри дымовой камеры, через которую одновременно проходят дымовые газы, проходящие через котел и решетку под действием парового дутья. Объединение двух потоков, пара и выхлопных газов, имеет решающее значение для эффективности любого паровоза, а внутренние профили дымохода (или, строго говоря, эжектора ) требуют тщательного проектирования и настройки. Это было объектом интенсивных исследований ряда инженеров (и часто игнорировалось другими, иногда с катастрофическими последствиями). Тот факт, что тяга зависит от давления выхлопных газов, означает, что подача и выработка мощности автоматически регулируются. Помимо прочего, необходимо найти баланс между получением достаточной тяги для сгорания и предоставлением выхлопным газам и частицам достаточного времени для сгорания. Раньше сильная тяга могла поднять огонь с колосниковой решетки или вызвать выброс несгоревших частиц топлива, грязи и загрязнений, в отношении которых паровозы имели незавидную репутацию. Более того, нагнетательное действие выхлопных газов имеет обратный эффект, заключающийся в создании противодавления на стороне поршня, принимающего пар, что немного снижает мощность цилиндра. Проектирование выхлопного эжектора стало отдельной наукой: такие инженеры, как Чапелон , Гизль и Порта , добились значительного улучшения тепловой эффективности и значительного сокращения времени обслуживания [32] и загрязнения. [33] Подобная система использовалась некоторыми первыми производителями бензиновых/керосиновых тракторов ( Advance-Rumely / Hart-Parr ) – объем выхлопных газов выпускался через градирню, позволяя выхлопным парам втягивать больше воздуха мимо радиатора.
Ходовая часть включает в себя тормозной механизм, колесные пары , буксы , рессоры и ходовой механизм, включающий шатуны и клапанный механизм. Передача мощности от поршней к рельсам и поведение локомотива как транспортного средства, способного преодолевать повороты, точки и неровности пути, имеют первостепенное значение. Поскольку возвратно-поступательная сила должна быть приложена непосредственно к рельсу от 0 об/мин и выше, это создает проблему сцепления ведущих колес с гладкой поверхностью рельса. Адгезивный вес — это часть веса локомотива, приходящаяся на ведущие колеса. Это становится более эффективным, если пара ведущих колес способна максимально эффективно использовать нагрузку на ось, то есть свою индивидуальную долю сцепленного веса. Уравнительные балки , соединяющие концы листовых рессор, в Великобритании часто считались осложнением, однако локомотивы, оснащенные такими балками, обычно были менее склонны к потере тяги из-за пробуксовки колес. Подвеска с использованием уравнительных рычагов между ведущими осями, а также между ведущими осями и тележками была стандартной практикой на локомотивах Северной Америки для поддержания равномерной нагрузки на колеса при работе на неровных путях.
Локомотивам с полным сцеплением, у которых все колеса сцеплены вместе, обычно не хватает устойчивости на скорости. Чтобы противостоять этому, локомотивы часто оснащаются несущими колесами без привода , установленными на двухколесных тележках или четырехколесными тележками , центрированными рессорами / перевернутыми коромыслами / зубчатыми роликами, которые помогают локомотиву проходить повороты. Обычно они принимают на себя вес – цилиндров спереди или топки сзади – когда ширина превышает ширину основных рам. Локомотивы с несколькими спаренными колесами на жестком шасси будут иметь неприемлемые силы на гребнях на крутых поворотах, что приведет к чрезмерному износу гребней и рельсов, расширению колеи и сходу колес с рельсов. Одним из решений было удаление или утончение фланцев на оси. Более распространенным было создание осевого люфта и использование управления боковым движением с помощью пружинных или гравитационных устройств с наклонной плоскостью.
Железные дороги обычно предпочитали локомотивы с меньшим количеством осей, чтобы снизить затраты на техническое обслуживание. Необходимое количество осей определялось максимальной осевой нагрузкой рассматриваемой железной дороги. Строитель обычно добавлял оси до тех пор, пока максимальный вес на любой оси не стал приемлемым для максимальной нагрузки на ось железной дороги. Высокоскоростной машиной был паровоз с колесной формулой из двух ведущих, двух ведущих и одного ведомого мостов. Для обеспечения хорошей управляемости на высоких скоростях были необходимы две ведущие оси. Два ведущих моста имели меньшую возвратно-поступательную массу, чем три, четыре, пять или шесть спаренных мостов. Таким образом, они могли вращаться на очень высоких скоростях благодаря меньшей возвратно-поступательной массе. Ведомая ось могла поддерживать огромную топку, поэтому большинство локомотивов с колесной формулой 4-4-2 (американский тип Atlantic) назывались свободными пароходами и были способны поддерживать давление пара независимо от положения дроссельной заслонки.
Шасси, или рама локомотива , является основной конструкцией, на которой установлен котел и которая включает в себя различные элементы ходовой части. Котел жестко установлен на «седле» под дымовой камерой и перед стволом котла, но топка сзади может скользить вперед и назад, чтобы обеспечить расширение при нагревании.
В европейских локомотивах обычно используются «пластинчатые рамы», где две вертикальные плоские пластины образуют основное шасси с различными прокладками и буферной балкой на каждом конце, образующими жесткую конструкцию. Когда внутренние цилиндры установлены между рамами, пластинчатые рамы представляют собой единую большую отливку, которая образует основной опорный элемент. Буксы скользят вверх и вниз, создавая некоторую подрессоренную подвеску, по утолщенным перемычкам, прикрепленным к раме, называемым «роговыми блоками». [34]
Американская практика в течение многих лет заключалась в использовании сборных рам со встроенной в нее конструкцией седла / цилиндра дымовой камеры и тормозной балкой. В 1920-е годы, с появлением «сверхмощности», литая стальная платформа локомотива стала нормой, объединив рамы, рессорные подвески, подвижные кронштейны, седло дымовой камеры и блоки цилиндров в единую сложную, прочную, но тяжелую отливку. Исследование конструкции SNCF с использованием сварных трубчатых рам позволило получить жесткую раму с уменьшением веса на 30%. [35]
Как правило, самые большие локомотивы постоянно прицеплены к тендеру , перевозящему воду и топливо. Часто локомотивы, работающие на короткие расстояния, не имеют тендера и перевозят топливо в бункере, а воду – в цистернах, расположенных рядом с котлом. Резервуары могут иметь различные конфигурации, в том числе два бака рядом ( боковые или корзинные баки ), один сверху ( седельный бак ) или один между рамами ( колодцевый бак ).
Используемое топливо зависело от того, что было экономически доступно железной дороге. В Великобритании и других частях Европы обильные запасы угля сделали этот выбор очевидным с самых первых дней существования парового двигателя. До 1870 года [36] большинство локомотивов в США сжигали дрова, но по мере вырубки восточных лесов уголь постепенно стал использоваться более широко, пока не стал доминирующим топливом во всем мире в паровозах. Железные дороги, обслуживающие операции по выращиванию сахарного тростника , сжигали жом , побочный продукт переработки сахара. В США доступность и низкая цена на нефть сделали ее популярным топливом для паровозов после 1900 года на юго-западных железных дорогах, особенно в южной части Тихого океана. В австралийском штате Виктория после Второй мировой войны многие паровозы были переоборудованы для работы на тяжелом топливе. Немецкие, российские, австралийские и британские железные дороги экспериментировали с использованием угольной пыли для запуска локомотивов.
Во время Второй мировой войны ряд швейцарских маневровых паровозов был модифицирован для использования котлов с электрообогревом, потребляющих около 480 кВт мощности, собираемой с воздушной линии с пантографом . Эти локомотивы были значительно менее эффективны, чем электрические ; они использовались, потому что Швейцария страдала от нехватки угля из-за войны, но имела доступ к обильному гидроэлектроэнергию . [37]
Ряд туристических линий и исторических локомотивов в Швейцарии, Аргентине и Австралии используют легкое дизельное топливо. [38]
Подача воды на остановки и локомотивные депо осуществлялась из специальной водонапорной башни , подсоединенной к водокранам или козловым кранам. В Великобритании, США и Франции на некоторых основных линиях были предусмотрены желоба для воды ( путевые поддоны в США), позволяющие локомотивам пополнять запасы воды без остановки за счет дождевой воды или талого снега, которые заполнили желоб из-за ненастной погоды. Это было достигнуто за счет использования выдвижного «черпака для воды», установленного под тендером или задним резервуаром для воды в случае большого танкового двигателя; Пожарный дистанционно опустил ковш в корыто, скорость двигателя заставила воду подняться в резервуар, и ковш снова подняли, когда он наполнился.
Вода необходима для работы паровоза. Как утверждал Свенгель:
Он имеет самую высокую удельную теплоемкость среди всех обычных веществ; то есть при нагревании воды до заданной температуры сохраняется больше тепловой энергии, чем было бы сохранено при нагревании равной массы стали или меди до той же температуры. Кроме того, свойство испаряться (образовать пар) сохраняет дополнительную энергию без повышения температуры… Вода является весьма удовлетворительной средой для преобразования тепловой энергии топлива в механическую. [39]
Далее Свенгель отметил, что «при низкой температуре и относительно низкой мощности котла» хорошая вода и регулярная промывка котла были приемлемой практикой, даже несмотря на то, что такое обслуживание было дорогостоящим. Однако по мере увеличения давления пара в котле возникла проблема «пенообразования» или «затопления», при которой растворенные в воде твердые частицы образовывали внутри котла «пузыри с жесткой кожей», которые, в свою очередь, переносились в паровые трубы и могли продуть головки цилиндров. Чтобы решить проблему, горячую минерально-концентрированную воду периодически намеренно сливали (сбрасывали) из котла. Более высокое давление пара требовало большей продувки воды из котла. Кислород, образующийся при кипящей воде, атакует котел, а с увеличением давления пара скорость образования ржавчины (оксида железа) внутри котла увеличивается. Одним из способов решения этой проблемы стала очистка воды. Свенгель предположил, что эти проблемы способствовали интересу к электрификации железных дорог. [39]
В 1970-х годах компания LD Porta разработала сложную систему мощной химической обработки воды (Porta Treatment), которая не только сохраняет внутреннюю часть котла чистой и предотвращает коррозию, но и модифицирует пену таким образом, чтобы сформировать компактное «одеяло». "на поверхности воды, фильтрует образующийся пар, сохраняя его чистоту и предотвращая попадание в цилиндры воды и взвешенных абразивных веществ. [40] [41]
Некоторые паровозы работают на альтернативных видах топлива , например, на отработанном растительном масле, например, Железная дорога Гранд-Каньона 4960 , Железная дорога Гранд-Каньона 29 , США Сахар 148 и локомотивы железной дороги Диснейленда . [42] [43 ] [44] [45] [46] [47] [48]
Управление паровозом обычно осуществляется из задней части котла , а экипаж обычно защищен от непогоды кабиной. Для управления паровозом обычно требуется бригада минимум из двух человек. Один из них, машинист поезда или инженер (Северная Америка) , отвечает за контроль запуска, остановки и скорости локомотива, а пожарный отвечает за поддержание огня, регулирование давления пара и контроль уровня воды в котле и тендере. Из-за исторической утраты эксплуатационной инфраструктуры и персонала в сохранившихся паровозах, работающих на магистральной линии, часто вместе с поездом путешествует вспомогательная бригада .
Все локомотивы оснащены разнообразным оборудованием. Некоторые из них относятся непосредственно к работе парового двигателя; другие предназначены для сигнализации, управления поездом или других целей. В Соединенных Штатах Федеральное управление железных дорог на протяжении многих лет требовало использования определенных приборов из соображений безопасности. Наиболее типичными устройствами являются следующие:
Вода ( питательная вода ) должна подаваться в котел для замены той, которая отводится в виде пара после рабочего хода поршней. Поскольку во время работы котел находится под давлением, питательную воду необходимо подавать в котел под давлением, превышающим давление пара, что требует использования какого-либо насоса. Для самых первых локомотивов было достаточно ручных насосов. В более поздних двигателях использовались насосы, приводимые в движение поршнями (осевые насосы), которые были просты в эксплуатации, надежны и могли перекачивать большие объемы воды, но работали только во время движения локомотива и могли перегружать клапанный механизм и поршневые штоки на высоких скоростях. . Позже насос заменили паровые форсунки , а некоторые двигатели перешли на турбонасосы . Стандартная практика превратилась в использование двух независимых систем подачи воды в котел; либо два паровых инжектора, либо, в более консервативных конструкциях, осевые насосы при работе на рабочей скорости и паровой инжектор для заполнения котла в неподвижном состоянии или на низких скоростях. К ХХ веку практически все вновь построенные локомотивы использовали только паровые форсунки – часто в одну форсунку подавался «живой» пар прямо из самого котла, а в другую — отработанный пар из цилиндров локомотива, что было более эффективно (так как в ней использовались иначе потраченного впустую пара), но его можно было использовать только тогда, когда локомотив находился в движении и регулятор был открыт. Инжекторы становились ненадежными, если питательная вода имела высокую температуру, поэтому на локомотивах с подогревателями питательной воды, цистернах с цистернами, контактирующими с котлом, и конденсационных локомотивах иногда использовались поршневые паровые насосы или турбонасосы.
Вертикальные стеклянные трубки, известные как водомеры или водяные стаканы, показывают уровень воды в котле и постоянно тщательно контролируются во время работы котла. До 1870-х годов на котле было более распространено устанавливать несколько пробных кранов в пределах досягаемости экипажа; каждый пробный кран (их было не менее двух, а обычно три) устанавливался на разном уровне. Открыв каждый пробный кран и проверив, выходит ли через него пар или вода, можно было оценить уровень воды в котле с ограниченной точностью. По мере увеличения давления в котле использование пробных кранов становилось все более опасным, а клапаны были склонны к закупорке накипью или осадком, что приводило к ложным показаниям. Это привело к их замене на смотровое стекло. Как и в случае с форсунками, для обеспечения независимых показаний обычно устанавливались два стакана с отдельными штуцерами.
Термин для изоляции труб и котлов — «изоляция» [49] , который происходит от термина бондаря , обозначающего деревянную бочку . [50] В двух самых первых паровозах для изоляции котлов использовалась деревянная обшивка: « Саламанка» , первый коммерчески успешный паровоз, построенный в 1812 году, [4] и « Локомотив № 1» , первый паровоз, перевозивший пассажиров на паровозе. общественная железнодорожная линия. Большое количество тепла теряется впустую, если котел не изолирован. В ранних локомотивах использовались лаги, фигурные деревянные планки, прикрепленные вдоль ствола котла и удерживаемые обручами, металлическими лентами, термины и методы взяты из бондарного дела .
Усовершенствованные методы изоляции включали нанесение густой пасты, содержащей пористый минерал, такой как кизельгур , или прикрепление фигурных блоков изолирующего состава, таких как магнезиальные блоки. [51] В последние дни пара «матрасы» из сшитой асбестовой ткани, набитой асбестовым волокном, были прикреплены к котлу на сепараторах, чтобы не совсем касаться котла. Однако в настоящее время асбест запрещен в большинстве стран по соображениям здоровья. Наиболее распространенным современным материалом является стекловата или обертка из алюминиевой фольги. [ нужна цитата ]
Теплоизоляция защищена плотно прилегающим кожухом из листового металла [52] , называемым кожухом котла или облицовкой.
Эффективное запаздывание особенно важно для беспожарных локомотивов ; однако в последнее время под влиянием Л.Д. Порта для всех типов локомотивов стала применяться «чрезмерная» изоляция на всех поверхностях, способных рассеивать тепло, таких как торцы цилиндров и облицовки между цилиндрами и основными рамами. Это значительно сокращает время прогрева двигателя и заметно увеличивает общий КПД.
Ранние локомотивы были оснащены клапаном, управляемым грузом, подвешенным на конце рычага, при этом выход пара останавливался конусообразным клапаном. Поскольку не было ничего, что могло бы препятствовать подпрыгиванию утяжеленного рычага, когда локомотив наезжал на неровности пути и тратил таким образом пар, позже груз был заменен более устойчивой подпружиненной колонной, часто поставляемой Salter, известными пружинными весами . производитель. Опасность этих устройств заключалась в том, что у водителей мог возникнуть соблазн увеличить вес руки, чтобы увеличить давление. Большинство ранних котлов были оснащены защищенным от несанкционированного доступа шаровым клапаном прямого действия с защитой от несанкционированного доступа, защищенным кожухом. В конце 1850-х годов Джон Рэмсботтом представил предохранительный клапан, который стал популярен в Великобритании во второй половине 19 века. Мало того, что этот клапан был защищен от несанкционированного доступа, вмешательство водителя могло привести только к снижению давления. Предохранительный клапан Джорджа Ричардсона был американским изобретением, представленным в 1875 году [53] и был предназначен для выпуска пара только в тот момент, когда давление достигло максимально допустимого. Этот тип клапана в настоящее время используется практически повсеместно. Британская Великая Западная железная дорога была заметным исключением из этого правила, сохраняя тип клапана с прямой нагрузкой до конца своего отдельного существования, поскольку считалось, что такой клапан теряет меньше давления между открытием и закрытием.
Самые ранние локомотивы не показывали давление пара в котле, но это можно было оценить по положению рычага предохранительного клапана, который часто выходил на заднюю пластину топки; Градации, отмеченные на столбце пружины, дают приблизительное представление о фактическом давлении. Организаторы испытаний в Рейнхилле настаивали на том, чтобы у каждого претендента был соответствующий механизм для измерения давления в котле, и Стивенсон изобрел девятифутовую вертикальную ртутную трубку со смотровым стеклом наверху, установленную рядом с дымоходом, для своей ракеты . Манометр с трубкой Бурдона , в котором давление выпрямляет спиральную трубку овального сечения из латуни или бронзы, соединенную с указателем, был представлен в 1849 году, быстро получил признание и используется до сих пор. [54] Некоторые локомотивы имеют дополнительный манометр в паровой камере. Это помогает водителю избежать пробуксовки колес при запуске, предупреждая, если открытие регулятора слишком велико.
Дровяные горелки испускают большое количество летящих искр, что требует наличия эффективного искрогасительного устройства, обычно размещаемого в дымовой трубе. Было установлено множество различных типов, [55] наиболее распространенным ранним типом была дымовая труба Боннета, которая включала конусообразный дефлектор, помещенный перед устьем трубы дымохода, и проволочный экран, закрывающий широкий выход дымохода. Более эффективной конструкцией была центробежная стопка Рэдли и Хантера, запатентованная в 1850 году (широко известная как алмазная стопка), включающая перегородки, ориентированные таким образом, чтобы вызывать вихревой эффект в камере, который способствовал сгоранию углей и их падению на дно в виде пепла. . В самоочищающейся дымовой камере достигался противоположный эффект: дымовые газы попадали на ряд отражающих пластин, расположенных под таким углом, чтобы не нарушать поток дутья, и более крупные частицы разбивались на мелкие кусочки, которые затем выбрасывались наружу. дутье, а не оседать на дне дымовой камеры, чтобы его можно было удалить вручную в конце пробега. Как и в случае с пламегасителем, была встроена сетка, задерживающая крупные угли. [56]
Локомотивы стандартных классов Британских железных дорог , оснащенные самоочищающимися дымовыми камерами, обозначались небольшой литой овальной табличкой с надписью «SC», установленной в нижней части двери дымовой камеры. Эти двигатели требовали других процедур утилизации, и на табличке подчеркивалась необходимость депонирования персонала.
Фактором, ограничивающим производительность локомотива, является скорость подачи топлива в огонь. В начале 20 века некоторые локомотивы стали настолько большими, что пожарный не мог достаточно быстро перелопачивать уголь. [52] В Соединенных Штатах различные механические топки с паровым приводом стали стандартным оборудованием и были приняты и использовались в других странах, включая Австралию и Южную Африку.
Введение холодной воды в котел снижает мощность, и с 1920-х годов в него стали включать различные нагреватели . Наиболее распространенным типом локомотивов был подогреватель питательной воды выхлопного пара, который подавал часть выхлопных газов через небольшие резервуары, установленные наверху котла или дымовой камеры, или в тендерный бак; затем теплую воду нужно было подавать в котел с помощью небольшого вспомогательного парового насоса. Редкий тип экономайзера отличался тем, что извлекал остаточное тепло из выхлопных газов. Примером этого является барабан(ы) предварительного нагревателя котла Франко-Крости .
Использование форсунок острого пара и отработанного пара также в небольшой степени способствует предварительному нагреву питательной воды котла, хотя форсунки острого пара не имеют преимущества в эффективности. Такой предварительный нагрев также снижает термический шок , который может возникнуть в котле при непосредственном подаче холодной воды. Этому дополнительно способствует верхняя подача, при которой вода подается в самую верхнюю часть котла и стекает по ряду лотков. Джордж Джексон Черчворд приспособил это устройство к верхним частям своих конусообразных котлов без купола. На других британских линиях, таких как железная дорога Лондона, Брайтона и Южного побережья, некоторые локомотивы оснащались верхним кормом внутри отдельного купола перед основным.
Паровозы потребляют огромное количество воды, поскольку они работают по открытому циклу, выбрасывая пар сразу после однократного использования, а не перерабатывая его в замкнутом контуре, как это делают стационарные и судовые паровые двигатели . Вода была постоянной логистической проблемой, и для использования в пустынных районах были разработаны конденсационные двигатели. В тендерах этих двигателей были огромные радиаторы, и вместо того, чтобы выбрасывать пар из воронки, он улавливался, возвращался обратно в тендер и конденсировался. Смазочное масло для цилиндров было удалено из выхлопного пара, чтобы избежать явления, известного как заливка, состояния, вызванного вспениванием в котле, которое позволяло воде проникать в цилиндры, вызывая повреждение из-за ее несжимаемости. Наиболее известные двигатели, использующие конденсаторы (Класс 25, «иглоходы, которые никогда не пыхтят» [57] ), работали в пустыне Кару в Южной Африке с 1950-х по 1980-е годы.
Некоторые британские и американские локомотивы были оснащены ковшами, которые собирали воду из «водяных корыт» ( путевых поддонов в США) во время движения, что позволяло избегать остановок для воды. В США небольшие поселения часто не имели заправочных станций. На заре развития железной дороги бригада просто останавливалась у ручья и наполняла тендер кожаными ведрами. Это было известно как «тряска воды» и привело к появлению термина «крутые города» (имеется в виду небольшой городок, термин, который сегодня считается насмешливым). [58] В Австралии и Южной Африке локомотивы в более засушливых регионах работали с большими негабаритными тендерами, а некоторые даже имели дополнительный вагон с водой, иногда называемый «столовой», а в Австралии (особенно в Новом Южном Уэльсе) «джином для воды».
Паровозы, работавшие на подземных железных дорогах (например, на лондонской Метрополитенской железной дороге ), были оснащены конденсационным аппаратом, предотвращающим выход пара в железнодорожные туннели. Они все еще использовались между Кингс-Кросс и Моргейтом до начала 1960-х годов.
Паровозы обычно имеют собственную тормозную систему, независимую от остального поезда. В тормозах локомотива используются большие башмаки, которые прижимаются к гусеницам ведущего колеса. Это могут быть как пневматические, так и паровые тормоза . Кроме того, у них почти всегда есть ручной тормоз, позволяющий удерживать локомотив в неподвижном состоянии, когда нет давления пара для питания других тормозных систем.
Из-за ограниченной тормозной силы, обеспечиваемой только локомотивными тормозами, многие паровозы были оснащены поездными тормозами. Они были двух основных разновидностей; пневматические тормоза и вакуумные тормоза . Это позволяло машинисту управлять тормозами всех вагонов поезда.
В пневматических тормозах, изобретенных Джорджем Вестингаузом , используется воздушный компрессор с паровым приводом, установленный сбоку котла, для создания сжатого воздуха, необходимого для питания тормозной системы. [59] Пневматические тормоза были преобладающей формой торможения поездов в большинстве стран в эпоху пара.
Основным конкурентом пневматического тормоза был вакуумный тормоз , в котором вместо воздушного насоса на двигателе установлен паровой эжектор , создающий вакуум, необходимый для питания тормозной системы. Вторичный эжекторный или крейцкопфовый вакуумный насос используется для поддержания вакуума в системе против небольших утечек в соединениях труб между вагонами и вагонами. Вакуумные тормоза были преобладающей формой торможения поездов в Соединенном Королевстве и странах, принявших эту практику, таких как Индия и Южная Африка , в эпоху пара.
Паровозы оснащены песочницами , из которых песок можно насыпать на рельсы для улучшения тяги и торможения в сырую или гололедную погоду. На американских локомотивах песочницы или песчаные купола обычно устанавливаются сверху котла. В Великобритании это исключается из-за ограниченной габаритной нагрузки , поэтому песочницы устанавливаются чуть выше или чуть ниже подножки.
Поршни и клапаны первых локомотивов смазывались машинистами , сбрасывавшими комок жира в дымоход . Вскоре были разработаны более сложные методы доставки вещества. Жир хорошо прилипает к стенкам цилиндров и более эффективно, чем минеральное масло, противостоит действию воды. Оно остается компонентом современных масел для паровых цилиндров. [60] [61] [62]
По мере увеличения скорости и расстояний были разработаны механизмы, которые впрыскивали густое минеральное масло в систему подачи пара. Первый, поршневой лубрикатор , установленный в кабине, использует контролируемый поток пара, конденсирующегося в герметичном контейнере с маслом. Вода из конденсированного пара вытесняет масло в трубы. Аппарат обычно снабжен смотровыми стеклами для контроля скорости подачи. Более поздний метод использует механический насос, работающий от одной из траверс . В обоих случаях подача масла пропорциональна скорости локомотива.
Смазка элементов рамы (подшипников осей, рулевых блоков и шарниров тележки) зависит от капиллярного действия : обрезки камвольной пряжи вытягиваются из масляных резервуаров в трубы, ведущие к соответствующему компоненту. [63] Скорость подачи масла зависит от размера пучка пряжи, а не от скорости локомотива, поэтому необходимо снимать обрезки (которые крепятся на проволоке) в неподвижном состоянии. Однако на обычных остановках (например, на платформе конечной станции) попадание масла на пути все равно может стать проблемой.
Подшипники шатунной шейки и крейцкопфа имеют небольшие чашеобразные резервуары для масла. Они имеют подводящие трубы к несущей поверхности, которые начинаются выше нормального уровня заполнения или закрываются свободно прилегающим штифтом, так что масло поступает только во время движения локомотива. В практике Соединенного Королевства чашки закрываются простыми пробками, но через них просовывается пористый тростник, пропускающий воздух. Обычно в металл подшипника добавляют небольшую капсулу острого масла (анисового или чесночного), чтобы предупредить, если смазка выходит из строя и происходит чрезмерный нагрев или износ. [64]
При работе локомотива на тяге тяга в огне создается за счет выхлопного пара, направляемого по дымовой трубе вверх. Без сквозняка огонь быстро угаснет и давление пара упадет. Когда локомотив остановлен или движется по инерции с закрытым регулятором, выхлопной пар, создающий тягу, отсутствует, поэтому тяга поддерживается с помощью нагнетателя. Это кольцо, расположенное либо вокруг основания дымохода, либо вокруг отверстия дымовой трубы, содержащее несколько небольших паровых сопел, направленных вверх по дымоходу. В эти форсунки подается пар непосредственно из котла, управляемый воздуходувным клапаном. Когда регулятор открыт, клапан нагнетателя закрыт; когда водитель намеревается закрыть регулятор, он сначала открывает клапан нагнетателя. Важно, чтобы воздуходувка была открыта до закрытия регулятора, так как без тяги на огне может возникнуть обратная тяга – когда атмосферный воздух продувает дымоход, вызывая обратный поток горячих газов через трубы котла, при этом Сам огонь перебрасывался через огневое отверстие на подножку, что имело серьезные последствия для экипажа. Риск обратной тяги выше, когда локомотив входит в туннель из-за скачка давления. Воздуходувка применяется также для создания тяги при подъёме пара в начале дежурства локомотива, в любой момент, когда машинисту необходимо увеличить тягу на пожаре, а также для удаления дыма из поля зрения машиниста. [65]
Ответные удары были довольно распространены. В отчете 1955 года об аварии возле Данстейбла инспектор писал: «В 1953 году было зарегистрировано двадцать три случая, которые не были вызваны неисправностью двигателя, в результате чего 26 машинистов получили травмы. В 1954 году количество происшествий и Число травм было таким же, а также был один смертельный случай». [66] Они остаются проблемой, о чем свидетельствует инцидент в 2012 году с BR Standard Class 7 70013 Oliver Cromwell .
В британской и европейской (за исключением стран бывшего Советского Союза) практике локомотивы обычно имеют на каждом конце буферы для восприятия сжимающих нагрузок («буферы» [67] ). Растягивающую нагрузку тяги поезда (силу тяги) воспринимает сцепная система. Вместе они контролируют провисание между локомотивом и поездом, поглощают незначительные удары и обеспечивают опорную точку для толкающих движений.
В канадской и американской практике все усилия между локомотивом и вагонами передаются через сцепку - особенно сцепку Дженни , стандартную для американского подвижного состава железных дорог - и связанный с ней поглощающий аппарат , который допускает некоторое ограниченное провисание. Небольшие ямочки, называемые «карманами для шестов», в передних и задних углах локомотива позволяли выталкивать вагоны на соседний путь с помощью шеста, закрепленного между локомотивом и вагонами. [68] В Великобритании и Европе все более популярными становятся «конский конский конь» в североамериканском стиле и другие сцепные устройства, которые воспринимают силы между элементами подвижного состава.
Пилот обычно прикреплялся к передней части локомотивов, хотя в Европе и некоторых других железнодорожных системах, включая Новый Южный Уэльс , они считались ненужными. Имевшие форму плуга, иногда называемые «ловцами коров», они были довольно большими и предназначались для удаления с пути препятствий, таких как крупный рогатый скот, бизоны, другие животные или ветки деревьев. Хотя эти отличительные предметы не могли «поймать» бездомный скот, они оставались на локомотивах до конца хода. Переключение двигателей обычно заменяло пилота небольшими шагами, известными как подножки . Многие системы использовали пилот и другие конструктивные особенности для создания отличительного внешнего вида.
Когда начались ночные перевозки, железнодорожные компании в некоторых странах оборудовали свои локомотивы огнями, чтобы машинист мог видеть, что находится впереди поезда, или чтобы другие могли видеть локомотив. Первоначально фары представляли собой масляные или ацетиленовые лампы, но когда в конце 1880-х годов стали доступны электродуговые лампы , они быстро заменили старые типы.
В Британии не применялись яркие фары, поскольку они ухудшали ночное зрение и поэтому могли маскировать масляные лампы низкой интенсивности, используемые в семафорных сигналах и на каждом конце поездов, увеличивая опасность пропуска сигналов, особенно на загруженных путях. Тормозной путь локомотивов также обычно был намного больше, чем дальность света фар, а железные дороги были хорошо обозначены и полностью огорожены, чтобы на них не попадал скот и люди, что в значительной степени сводило на нет необходимость в ярких фонарях. Таким образом, продолжали использоваться масляные лампы низкой интенсивности, расположенные в передней части локомотивов для обозначения класса каждого поезда. Были предусмотрены четыре «ламповых утюга» (кронштейны, на которых можно было разместить лампы): один под дымоходом и три, равномерно расположенные в верхней части буферной балки. Исключением из этого правила была Южная железная дорога и ее составляющие, которые добавили по дополнительному ламповому утюгу с каждой стороны дымовой камеры, а расположение ламп (или при дневном свете белых круглых пластин) сообщало железнодорожному персоналу об отправке и пункте назначения поезда. На всех транспортных средствах эквивалентные фонари также были предусмотрены в задней части локомотива или тендера на случай, если локомотив двигался первым по тендеру или бункеру.
В некоторых странах работа Heritage Steam продолжается в национальной сети. Некоторые железнодорожные власти требуют постоянно включать мощные фары, в том числе в дневное время. Это было сделано для того, чтобы дополнительно проинформировать общественность или работников путей о любых действующих поездах.
Локомотивы использовали колокольчики и паровые свистки с самых первых дней паровоза. В США, Индии и Канаде колокола предупреждали о движении поезда. В Великобритании, где по закону все линии полностью огорожены, [69] колокола были обязательным требованием только на железных дорогах, проходящих по дороге (т. е. не огороженных), например, на трамвайных путях вдоль обочины дороги или на верфи. Следовательно, только небольшая часть локомотивов в Великобритании имела колокола. Свистки используются для подачи сигналов персоналу и предупреждения. В зависимости от местности, на которой использовался локомотив, свисток мог быть предназначен для предупреждения на большом расстоянии о предстоящем прибытии или для более локализованного использования.
Ранние звонки и свистки раздавались через шнуры и рычаги. Автоматические звонари получили широкое распространение в США после 1910 года. [70]
С начала 20-го века эксплуатирующие компании в таких странах, как Германия и Великобритания, начали оснащать локомотивы внутрикабинной сигнализацией автоматической системы предупреждения (AWS), которая автоматически включала тормоза при подаче сигнала «осторожно». В Великобритании они стали обязательными в 1956 году. В Соединенных Штатах Пенсильванская железная дорога также оборудовала свои локомотивы такими устройствами. [ нужна цитата ]
Разгонный двигатель представлял собой вспомогательную паровую машину, обеспечивающую дополнительное тяговое усилие при запуске. Это было тихоходное устройство, обычно устанавливавшееся на прицепном грузовике. Он отключался через промежуточную шестерню на низкой скорости, например 30 км/ч. Бустеры широко использовались в США и экспериментально опробовались в Великобритании и Франции. На узкоколейной железнодорожной системе Новой Зеландии шесть локомотивов Kb 4-8-4 были оснащены ускорителями, единственными в мире двигателями с колеей 3 фута 6 дюймов ( 1067 мм ), имевшими такое оборудование.
Бустерные двигатели также устанавливались на тендерные грузовики в США и назывались вспомогательными локомотивами. Две и даже три оси грузовиков соединялись между собой боковыми тягами, что ограничивало их работу на малых скоростях. [71]
Дымоход используется для закрытия топки, когда уголь не добавляется. Он служит двум целям: во-первых, он предотвращает попадание воздуха через верхнюю часть огня, а заставляет его проходить через него. Вторая цель — защитить поездную бригаду от ответных ударов. Однако у него есть средство, позволяющее пропускать некоторое количество воздуха через верхнюю часть огня (так называемого «вторичного воздуха») для завершения сгорания газов, образующихся в результате пожара.
Противопожарные двери бывают разных конструкций, самая простая из которых представляет собой цельную деталь, которая крепится на петлях с одной стороны и может открываться на подножку. У этой конструкции есть две проблемы. Во-первых, он занимает много места на подножке, а во-вторых, сквозняк будет стремиться полностью закрыть его, перекрывая тем самым поступление вторичного воздуха. Чтобы компенсировать это, некоторые локомотивы оснащены защелкой, которая предотвращает полное закрытие противопожарной двери, тогда как у других есть небольшое вентиляционное отверстие на двери, которое можно открыть, чтобы пропустить вторичный воздух. Хотя предполагалось спроектировать противопожарную дверь, которая открывается внутрь топки, что предотвращает неудобства, возникающие на подножке, такая дверь будет подвергаться полному воздействию тепла огня и, вероятно, деформируется, становясь таким образом бесполезной.
Более популярный тип противопожарной двери состоит из раздвижной двери, состоящей из двух частей, управляемой одним рычагом. Над и под пожарной дверью есть дорожки, по которым проходит дверь. Эти направляющие склонны к застреванию мусором, и для открытия дверей требуется больше усилий, чем для вышеупомянутой распашной двери. Чтобы решить эту проблему, в некоторых противопожарных дверях используется привод, при котором для открытия двери используется паровой или воздушный цилиндр. Среди них двери-бабочки, которые поворачиваются в верхнем углу. Поворотное действие оказывает низкое сопротивление цилиндру, открывающему дверь. [72]
Многочисленные вариации базового локомотива возникли, когда железные дороги пытались повысить эффективность и производительность.
Ранние паровозы имели два цилиндра, по одному с каждой стороны, и эта практика сохранилась как простейшая конструкция. Цилиндры могли быть установлены между основными рамами (так называемые «внутренние» цилиндры) или установлены снаружи рам и ведущих колес («внешние» цилиндры). Внутри цилиндров приводные кривошипы встроены в ведущую ось; внешние цилиндры приводят в движение кривошипы на удлинителях ведущих осей.
В более поздних конструкциях использовались три или четыре цилиндра, установленные как внутри, так и снаружи рамы, для более равномерного рабочего цикла и большей выходной мощности. [73] Это произошло за счет более сложного клапанного механизма и повышенных требований к техническому обслуживанию. В некоторых случаях третий цилиндр добавлялся внутрь просто для того, чтобы обеспечить меньший диаметр внешних цилиндров и, следовательно, уменьшить ширину локомотива для использования на линиях с ограниченной шириной габарита, например, классов SR K1 и U1 .
Большинство британских экспресс-пассажирских локомотивов, построенных между 1930 и 1950 годами, были типами 4-6-0 или 4-6-2 с тремя или четырьмя цилиндрами (например, класс GWR 6000 , класс LMS Coronation , класс торгового флота SR , класс LNER Gresley A3 ). С 1951 года все, кроме одного , из 999 новых паровозов стандартного класса British Rail всех типов использовали двухцилиндровые конфигурации для упрощения обслуживания.
Ранние локомотивы использовали простой клапанный механизм, который давал полную мощность как при движении вперед, так и назад. [54] Вскоре клапанный механизм Стивенсона позволил водителю контролировать отсечку; он был в значительной степени заменен клапанным механизмом Walscharts и аналогичными моделями. Ранние конструкции локомотивов, в которых использовались золотниковые клапаны и внешний впуск, были относительно просты в конструкции, но неэффективны и подвержены износу. [54] В конце концов, золотниковые клапаны были заменены внутренними впускными поршневыми клапанами , хотя в 20 веке были попытки применить тарельчатые клапаны (обычно используемые в стационарных двигателях). Клапанный механизм Стивенсона обычно размещался внутри рамы, и доступ к нему для обслуживания был затруднен; более поздние узоры, нанесенные за пределы рамы, были более заметны и сохранялись.
Составные локомотивы использовались с 1876 года, в них пар расширялся вдвое или более через отдельные цилиндры, что уменьшало тепловые потери, вызванные охлаждением цилиндров. Составные локомотивы были особенно полезны в поездах, где требовались длительные периоды непрерывных усилий. Компаундирование способствовало резкому увеличению мощности, достигнутому в результате реконструкции Андре Шапелона с 1929 года. Обычное применение было в сочлененных локомотивах, наиболее распространенным из которых был проект Анатоля Малле , в котором ступень высокого давления была прикреплена непосредственно к раме котла; впереди на собственной раме был установлен двигатель низкого давления, отводивший выхлопы от заднего двигателя. [74]
.jpg/1280px-Preserved_South_Australian_Railways_400_class_Beyer-Garratt_loco_409_at_National_Railway_Museum,_Port_Adelaide,_2015_(Brett_Shillabeer).jpg)
Очень мощные локомотивы, как правило, длиннее, чем локомотивы с меньшей выходной мощностью, но конструкции с длинной жесткой рамой непригодны для крутых поворотов, часто встречающихся на узкоколейных железных дорогах. Для решения этой проблемы были разработаны различные конструкции сочлененных локомотивов . Самыми популярными были Mallet и Garratt . Они имели один котел и два моторных агрегата (набор цилиндров и ведущих колес): у «Гаррата» оба моторных агрегата находились на поворотных рамах, у «Маллета» один — на поворотной раме, а другой закреплялся под котлоагрегатом. Также было спроектировано несколько локомотивов -триплексов , третий двигательный агрегат находится в рамках тендера. Другие менее распространенные варианты включали локомотив Fairlie , который имел два котла, расположенных спина к спине на общей раме, с двумя отдельными агрегатами двигателя.
Дуплексные локомотивы , содержащие два двигателя в одной жесткой раме, также были опробованы, но не имели особого успеха. Например, участники Пенсильванской железной дороги класса Т1 4-4-4-4 , предназначенные для очень быстрого бега, на протяжении всей своей карьеры сталкивались с повторяющимися и в конечном итоге неустранимыми проблемами проскальзывания. [75]
Для локомотивов, где требовался высокий пусковой момент и низкая скорость, традиционный подход с прямым приводом был непригоден. Паровозы с «редуктором», такие как Shay , Climax и Heisler , были разработаны для удовлетворения этой потребности на промышленных, лесозаготовительных, шахтных и карьерных железных дорогах. Общей чертой этих трех типов было наличие понижающей передачи и приводного вала между коленчатым валом и ведущими мостами. Такое расположение позволило двигателю работать на гораздо более высоких оборотах, чем ведущие колеса, по сравнению с традиционной конструкцией, где соотношение составляет 1:1.
В Соединенных Штатах на Южно-Тихоокеанской железной дороге была произведена серия локомотивов с передней кабиной, в которой кабина и топка располагались в передней части локомотива, а тендер - за дымовой коробкой, так что казалось, что двигатель вращается назад. Это было возможно только при использовании нефтяного сжигания. Компания Southern Pacific выбрала эту конструкцию, чтобы обеспечить свободный от дыма воздух, которым мог дышать машинист, когда локомотив проезжал через горные туннели и снежные навесы. Другой вариацией был локомотив Camelback , кабина которого располагалась посередине котла. В Англии Оливер Буллейд разработал локомотив класса SR Leader во время процесса национализации в конце 1940-х годов. Локомотив прошел серьезные испытания, но несколько конструктивных ошибок (таких как сжигание угля и золотники) привели к тому, что этот локомотив и другие локомотивы, построенные частично, были списаны. Конструкция с выдвинутой вперед кабиной была перенесена Буллейдом в Ирландию, куда он переехал после национализации, где разработал «выжигатель газона». Этот локомотив оказался более успешным, но был списан из-за дизелизации ирландских железных дорог.
Единственный сохранившийся локомотив с передней кабиной - Southern Pacific 4294 в Сакраменто, Калифорния.
Во Франции три локомотива Heilmann были построены с передней кабиной.
Паровые турбины были созданы как попытка улучшить работу и эффективность паровозов. Эксперименты с паровыми турбинами с прямым приводом и электрической трансмиссией в разных странах оказались в основном безуспешными. [52] Лондон , Мидленд и Шотландская железная дорога построила « Турбомотив» , в значительной степени успешную попытку доказать эффективность паровых турбин. [52] Если бы не начало Второй мировой войны , возможно, было бы построено больше. Турбомотив эксплуатировался с 1935 по 1949 год, когда его переоборудовали в обычный локомотив, поскольку многие детали требовали замены, что было неэкономичным предложением для «одноразового» локомотива. В Соединенных Штатах железные дороги Union Pacific , Chesapeake & Ohio , Norfolk & Western (N&W) построили газотурбинные электровозы. Пенсильванская железная дорога (PRR) также строила газотурбинные локомотивы, но с коробкой передач с прямым приводом. Однако все конструкции вышли из строя из-за пыли, вибрации, недостатков конструкции или неэффективности на более низких скоростях. Последним, оставшимся в эксплуатации, был N&W, вышедший в отставку в январе 1958 года. Единственной по-настоящему успешной конструкцией был TGOJ MT3, использовавшийся для перевозки железной руды из Гренгесберга в Швеции в порты Окселосунд . Несмотря на правильное функционирование, было построено всего три. Два из них в рабочем состоянии сохранились в музеях Швеции.
В беспожарном локомотиве котел заменен паровым аккумулятором , который заряжается паром (на самом деле водой с температурой значительно выше точки кипения (100 ° C (212 ° F)) из стационарного котла. Беспожарные локомотивы использовались там, где был высокий риск пожара (например, нефтеперерабатывающие заводы ), где чистота была важна (например, заводы по производству пищевых продуктов) или где пар легко доступен (например, бумажные фабрики и электростанции, где пар является побочным продуктом или доступен по низкой цене). Сосуд с водой ("котел") сильно изолирован, так же, как и у пускового локомотива. Пока вся вода не выкипит, давление пара не падает, кроме как с падением температуры. [ нужна цитата ]
Другой класс беспожарных локомотивов — пневматические локомотивы. [ нужна цитата ]
Локомотивы смешанной мощности, использующие как паровую, так и дизельную тягу, производятся в России, Великобритании и Италии.
В необычных условиях (нехватка угля, обилие гидроэлектроэнергии) некоторые локомотивы в Швейцарии были модифицированы для использования электричества для обогрева котла, что сделало их электропаровозами. [76]
Пароэлектрический локомотив использует электрическую передачу, как и дизель-электрические локомотивы , за исключением того, что для привода генератора используется паровая машина вместо дизеля. Три таких локомотива построил французский инженер Жан-Жак Хайльманн в 1890-х годах.
Паровозы классифицируются по расположению колес. Двумя доминирующими системами для этого являются нотация Уайта и классификация UIC .
Обозначение Уайта, используемое в большинстве англоязычных стран и стран Содружества, представляет каждый набор колес с номером. Эти числа обычно обозначали количество ведущих колес без привода, за которыми следовало количество ведущих колес (иногда в нескольких группах), а затем количество ведомых колес без привода. Например, дворовый двигатель только с четырьмя ведущими колесами будет относиться к колесной формуле 0-4-0 . Локомотив с 4-колесной ведущей тележкой, за которой следуют 6 ведущих колес и 2-колесная ведомая тележка будет классифицироваться как 4-6-2 . Разным аранжировкам были присвоены названия, которые обычно отражают первое использование аранжировки; например, тип «Санта-Фе» ( 2-10-2 ) назван так потому, что первые образцы были построены для железных дорог Атчисон, Топика и Санта-Фе . Эти имена давались неофициально и варьировались в зависимости от региона и даже политики.
Классификация UIC используется в основном в европейских странах, за исключением Великобритании. Он обозначает последовательные пары колес (неформально «оси») номером для неведущих колес и заглавной буквой для ведущих колес (A = 1, B = 2 и т. д.). Таким образом, обозначение Уайта 4-6-2 будет таким: эквивалент обозначения UIC 2-C-1.
На многих железных дорогах локомотивы были организованы в классы . Это широко представленные локомотивы, которые могут заменять друг друга в эксплуатации, но чаще всего класс представляет собой единую конструкцию. Как правило, классам присваивался какой-то код, обычно в зависимости от расположения колес. Классы также часто получали прозвища, такие как «Мопс» (маленький маневровый локомотив), отражающие примечательные (а иногда и нелестные) особенности локомотивов. [77] [78]
В эпоху паровозов обычно применялись два показателя производительности локомотива. Первоначально локомотивы оценивались по тяговому усилию, определяемому как среднее усилие, развиваемое за один оборот ведущих колес на головке рельса. [39] Это можно грубо рассчитать, умножив общую площадь поршня на 85% давления в котле (эмпирическое правило, отражающее немного более низкое давление в паровой камере над цилиндром) и разделив на отношение диаметра привода к ход поршня. Однако точная формула
где d — диаметр цилиндра (диаметр) в дюймах, s — ход цилиндра в дюймах, P — давление в котле в фунтах на квадратный дюйм, D — диаметр ведущего колеса в дюймах, а c — коэффициент, который зависит от эффективного отсечения. [79] В США c обычно устанавливается на уровне 0,85, но ниже для двигателей, у которых максимальная отсечка ограничена 50–75%.
Тяговое усилие представляет собой лишь «среднюю» силу, поскольку не все усилия постоянны в течение одного оборота приводов. В некоторые моменты цикла только один поршень создает вращающий момент, а в другие точки работают оба поршня. Не все котлы при запуске выдают полную мощность, а тяговое усилие также снижается по мере увеличения скорости вращения. [39]
Тяговое усилие — это мера самой тяжелой нагрузки, которую локомотив может запустить или перевезти на очень низкой скорости, превышающей допустимый уклон на данной территории. [39] Однако по мере того, как росло давление на движение более быстрых грузовых и более тяжелых пассажирских поездов, тяговое усилие стало считаться неадекватным показателем производительности, поскольку оно не учитывало скорость. Поэтому в XX веке локомотивы стали оценивать по мощности. Были применены различные расчеты и формулы, но в целом железные дороги использовали динамометрические вагоны для измерения тяговой силы на скорости в реальных дорожных испытаниях.
Британские железнодорожные компании неохотно раскрывают данные о мощности прицепного устройства и вместо этого обычно полагаются на постоянное тяговое усилие .
Классификация косвенно связана с характеристиками локомотива. При адекватных пропорциях остальной части локомотива выходная мощность определяется размером пожара, а для локомотива, работающего на битуминозном угле, это определяется площадью решетки. Современные несоставные локомотивы обычно способны производить около 40 тяговых лошадиных сил на квадратный фут решетки. Тяговая сила, как отмечалось ранее, во многом определяется давлением в котле, пропорциями цилиндров и размером ведущих колес. Однако он также ограничен весом на ведущих колесах (так называемым «прицепным весом»), который должен как минимум в четыре раза превышать тяговое усилие. [52]
Вес локомотива примерно пропорционален выходной мощности; необходимое количество осей определяется этим весом, разделенным на предельную нагрузку на ось для пути, на котором будет использоваться локомотив. Количество ведущих колес определяется таким же образом из веса сцепления, а остальные оси учитываются ведущими и ведомыми тележками. [52] Пассажирские локомотивы обычно имели двухосные ведущие тележки для лучшего управления на скорости; с другой стороны, резкое увеличение размеров решетки и топки в 20 веке означало, что для поддержки требовалась ведомая тележка. В Европе нашли применение несколько вариантов тележки Bissel , в которых поворотное движение одноосного грузовика контролирует боковое смещение передней ведущей оси (а в одном случае и второй оси). В основном это применялось к 8-сцепным локомотивам экспресса и смешанного движения и значительно улучшало их способность преодолевать повороты, одновременно ограничивая общую колесную базу локомотива и максимизируя сцепную массу.
Как правило, в маневровых двигателях (США: переключающие двигатели ) отсутствуют ведущая и ведомая тележки, как для максимизации тягового усилия, так и для уменьшения колесной базы. Скорость не имела значения; Создание двигателя самого маленького размера (и, следовательно, минимального расхода топлива) для обеспечения тягового усилия имело первостепенное значение. Ведущие колеса были небольшими и обычно поддерживали топку, а также основную часть котла. Банковские двигатели (США: вспомогательные двигатели ), как правило, следовали принципам маневровых двигателей, за исключением того, что ограничение колесной базы не применялось, поэтому банковские двигатели, как правило, имели больше ведущих колес. В США этот процесс в конечном итоге привел к созданию двигателя типа Mallet с множеством ведущих колес, которые, как правило, приобретали ведущие, а затем ведомые тележки, поскольку управление двигателем становилось все более серьезной проблемой.
Когда в конце 19 века типы локомотивов начали различаться, в конструкциях грузовых двигателей сначала упор делался на тяговое усилие, а в конструкциях пассажирских двигателей - на скорость. Со временем размеры грузовых локомотивов увеличились, и соответственно увеличилось общее количество осей; ведущая тележка обычно была одноосной, но к более крупным локомотивам добавлялась прицепная тележка для поддержки более крупной топки, которая больше не могла помещаться между ведущими колесами или над ними. Пассажирские локомотивы имели ведущие тележки с двумя осями, меньшим количеством ведущих осей и очень большими ведущими колесами, чтобы ограничить скорость, с которой должны были двигаться возвратно-поступательные части.
В 1920-х годах в Соединенных Штатах основное внимание было обращено на мощность, воплощенную в концепции «сверхмощности», продвигаемой Лимским локомотивным заводом, хотя тяговое усилие по-прежнему оставалось главным фактором после Первой мировой войны до конца пара. Товарные поезда были спроектированы так, чтобы двигаться быстрее, в то время как пассажирские локомотивы должны были тянуть более тяжелые грузы на высокой скорости. Это было достигнуто за счет увеличения размеров колосниковой решетки и топки без изменений остальной части локомотива, потребовавших добавления второй оси к прицепной тележке. Грузовые 2-8-2 с стали 2-8-4 с, а 2-10-2 с стали 2-10-4 с. Аналогично пассажирские 4-6-2 стали 4-6-4 . В Соединенных Штатах это привело к переходу на сочлененную конфигурацию двойного назначения 4-8-4 и 4-6-6-4 , которая использовалась как для грузовых, так и для пассажирских перевозок. [80] Локомотивы «Маллет» прошли аналогичную трансформацию, превратившись из банковских двигателей в огромные магистральные локомотивы с гораздо большими топками; их ведущие колеса также были увеличены в размере, чтобы обеспечить более быстрый ход.
.jpg/1280px-%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B7_%D0%AD%D0%A8_4444_(4).jpg)
Самый производимый класс паровозов в мире - это российский паровоз класса Е 0-10-0 , около 11 000 которых произведено как в России, так и в других странах, таких как Чехословакия, Германия, Швеция, Венгрия и Польша. Российский паровоз класса О насчитывал 9129 локомотивов, построенных в период с 1890 по 1928 год. Около 7000 единиц было выпущено немецких DRB Class 52 2-10-0 Kriegslok .
В Великобритании было построено 863 двигателя класса GWR 5700 и 943 двигателя класса DX для Лондонской и Северо-Западной железной дороги , включая 86 двигателей, построенных для Ланкаширской и Йоркширской железной дороги . [81]
.jpg/1280px-LNER_Class_A1_4-6-2_No60163_'Tornado'_(29903372180).jpg)
До принятия Закона о группировке 1923 года производство в Великобритании было смешанным. Крупные железнодорожные компании строили локомотивы в собственных мастерских, а более мелкие и промышленные концерны заказывали их у сторонних строителей. Большой рынок для сторонних строителей существовал благодаря политике жилищного строительства, проводимой основными железнодорожными компаниями. Примером предварительной группировки работ был завод в Мелтоне Констебле , который обслуживал и строил некоторые локомотивы для Мидлендской и Великой Северной объединенной железной дороги . Другие работы включали одну в Бостоне (раннее здание GNR) и Horwich Works .
Между 1923 и 1947 годами железнодорожные компании Большой четверки (Великая Западная железная дорога, Лондонская, Мидлендская и Шотландская железная дорога, Лондонская и Северо-Восточная железная дорога и Южная железная дорога) построили большую часть своих локомотивов, покупая локомотивы у сторонних строителей только тогда, когда их собственные работы были полностью заняты (или в результате санкционированной правительством стандартизации во время войны). [82]
С 1948 года Британские железные дороги (BR) позволили бывшим компаниям «Большой четверки» (теперь обозначенным как «Регионы») продолжать производить свои собственные конструкции, но также создали ряд стандартных локомотивов, которые предположительно сочетали в себе лучшие характеристики каждого региона. Хотя в 1955 году была принята политика дизелизации, BR продолжала строить новые паровозы до 1960 года, а последний двигатель получил название Evening Star . [83]
Некоторые независимые производители производили паровозы еще несколько лет, причем последний промышленный паровоз британской постройки был построен компанией Hunslet в 1971 году. С тех пор несколько специализированных производителей продолжали производить небольшие локомотивы для узкоколейных и миниатюрных железных дорог, но Основным рынком для них является туристический и исторический железнодорожный сектор, спрос на такие локомотивы ограничен. В ноябре 2008 года новый магистральный паровоз 60163 Tornado был испытан на магистральных линиях Великобритании для возможного чартерного и туристического использования.
В 19 и начале 20 веков большинство шведских паровозов производилось в Великобритании. Однако позже большинство паровозов было построено на местных заводах, включая NOHAB в Тролльхеттане и ASJ в Фалуне . Одним из наиболее удачных типов был класс «В» ( 4-6-0 ), вдохновленный прусским классом Р8. Многие шведские паровозы сохранились во времена Холодной войны на случай войны. В 1990-е годы эти паровозы были проданы некоммерческим ассоциациям или за границу, поэтому теперь шведские локомотивы классов B, S ( 2-6-4 ) и E2 ( 2-8-0 ) можно увидеть в Великобритания, Нидерланды, Германия и Канада.
Локомотивы для американских железных дорог почти всегда строились в Соединенных Штатах с очень небольшим количеством импорта, за исключением первых дней существования паровых двигателей. Это произошло из-за основных различий рынков в Соединенных Штатах, где изначально было много небольших рынков, расположенных на больших расстояниях друг от друга, в отличие от более высокой плотности рынков в Европе. Требовались локомотивы, которые были дешевыми и прочными и могли преодолевать большие расстояния по дешево построенным и обслуживаемым путям. Когда производство двигателей было налажено в широких масштабах, покупка двигателя из-за границы, который нужно было настраивать в соответствии с местными требованиями и условиями трассы, имела очень мало преимуществ. Усовершенствования в конструкции двигателей как европейского, так и американского происхождения применялись производителями, когда они могли быть оправданы на в целом очень консервативном и медленно меняющемся рынке. За заметным исключением стандартных локомотивов USRA, построенных во время Первой мировой войны, в Соединенных Штатах производство паровозов всегда было полуиндивидуализированным. Железные дороги заказывали локомотивы с учетом своих конкретных требований, хотя некоторые основные конструктивные особенности всегда присутствовали. Железные дороги приобрели некоторые специфические характеристики; например, Пенсильванская железная дорога и Великая Северная железная дорога отдали предпочтение топке Belpaire. [84] В Соединенных Штатах крупные производители строили локомотивы почти для всех железнодорожных компаний, хотя почти на всех крупных железных дорогах были мастерские, способные выполнять капитальный ремонт, а некоторые железные дороги (например, Норфолкская и Западная железная дорога и Пенсильванская железная дорога, которые два монтажных цеха) строили паровозы целиком в своих цехах. [85] [86] Компании, производящие локомотивы в США, включали Baldwin Locomotive Works , American Locomotive Company (ALCO) и Lima Locomotive Works . Всего в период с 1830 по 1950 год в Соединенных Штатах было построено более 160 000 паровозов, из которых на долю Болдуина приходилось наибольшая доля - почти 70 000. [87]
Паровозы требовали регулярного и, по сравнению с дизель-электрическими двигателями, частого обслуживания и капитального ремонта (часто с периодичностью, установленной правительством в Европе и США). В ходе капитальных ремонтов регулярно происходили изменения и модернизации. Были добавлены новые приборы, удалены неудовлетворительные характеристики, улучшены или заменены цилиндры. Практически все части локомотива, включая котлы, были заменены или модернизированы. Когда обслуживание или модернизация стали слишком дорогими, локомотив был продан или списан. [ нужна цитата ] На железной дороге Балтимора и Огайо были демонтированы два локомотива 2-10-2 ; котлы были установлены на два новых локомотива класса Т 4-8-2 , а оставшаяся колесная техника превращена в пару стрелочных переводов класса У 0-10-0 с новыми котлами. Парк трехцилиндровых двигателей 4-10-2 компании Union Pacific был преобразован в двухцилиндровые в 1942 году из-за серьезных проблем с обслуживанием.
В Сиднее компании Clyde Engineering и Eveleigh Railway Workshops строили паровозы для государственных железных дорог Нового Южного Уэльса . К ним относятся C38 класса 4-6-2 ; первые пять локомотивов были построены в Клайде с оптимизацией , остальные 25 локомотивов были построены в мастерских Эвли (13) и Кардиффа (12) недалеко от Ньюкасла. В Квинсленде паровозы были построены на месте Уокером . Точно так же Южно-Австралийские железные дороги также производили паровозы на месте в мастерских Islington Railway Workshops в Аделаиде . Викторианские железные дороги построили большую часть своих локомотивов в своих мастерских в Ньюпорте и в Бендиго , тогда как на первых порах локомотивы строились на литейном заводе Phoenix в Балларате . Локомотивы, построенные в цехах Ньюпорта, варьировались от класса NA 2-6-2 T , предназначенного для узкой колеи , до класса H 4-8-4 - самого большого обычного локомотива, когда-либо работавшего в Австралии, весом 260 тонн. Однако звание самого большого локомотива, когда-либо использовавшегося в Австралии, принадлежит 263-тонному локомотиву класса AD60 Нового Южного Уэльса 4-8-4+4-8-4 Garratt [88] , построенному компанией Beyer, Peacock & Company в Англии. Большинство паровозов, используемых в Западной Австралии, были построены в Соединенном Королевстве, хотя некоторые образцы были спроектированы и построены на месте, в мастерских Мидлендских железных дорог Западной Австралии . 10 локомотивов класса WAGR S (представленные в 1943 году) были единственным классом паровозов, которые были полностью задуманы, спроектированы и построены в Западной Австралии, [89] в то время как мастерские Мидленда особенно участвовали в общеавстралийской строительной программе компании Australian Standard Garratts. - эти локомотивы военного времени были построены в Мидленде в Западной Австралии, Clyde Engineering в Новом Южном Уэльсе, Ньюпорте в Виктории и Ислингтоне в Южной Австралии и в разной степени эксплуатировались во всех австралийских штатах. [89]
Появление электровозов на рубеже 20-го века, а затем и дизель-электрических локомотивов положило начало упадку использования паровозов, хотя прошло некоторое время, прежде чем они были выведены из общего использования. [90] Поскольку дизельная энергия (особенно с электрической трансмиссией) стала более надежной в 1930-х годах, она закрепилась в Северной Америке. [91] Полный переход от паровой энергетики в Северной Америке произошел в 1950-х годах. В континентальной Европе к 1970-м годам на смену паровой энергии пришла крупномасштабная электрификация. Пар был знакомой технологией, хорошо адаптированной к местным условиям, а также потреблял самые разные виды топлива; это привело к его дальнейшему использованию во многих странах до конца 20 века.
Паровые двигатели имеют значительно меньший тепловой КПД, чем современные дизели, и требуют постоянного обслуживания и труда для поддержания их в рабочем состоянии. [92] Вода требуется во многих точках железнодорожной сети, что делает ее серьезной проблемой в пустынных районах, например, в некоторых регионах США, Австралии и Южной Африки. В местах, где есть вода, она может быть жесткой , что может привести к образованию накипи , состоящей в основном из карбоната кальция , гидроксида магния и сульфата кальция . Карбонаты кальция и магния имеют тенденцию откладываться в виде не совсем белого твердого вещества на внутренних поверхностях труб и теплообменников . Это осаждение в основном вызвано термическим разложением ионов бикарбоната , но также происходит в тех случаях, когда ион карбоната находится в концентрации насыщения. [93] Возникающее в результате накопление накипи ограничивает поток воды в трубах. В котлах отложения ухудшают поступление тепла в воду, снижая эффективность отопления и приводя к перегреву металлических компонентов котла.
Возвратно-поступательный механизм на ведущих колесах двухцилиндрового паровоза одинарного расширения имел тенденцию стучать по рельсам (см. « Удар молотком »), что требовало большего обслуживания . Получение пара из угля заняло считанные часы и создало серьезные проблемы с загрязнением окружающей среды. Локомотивам, работающим на угле, требовалась противопожарная очистка и удаление золы между сменами. [94] Дизельные и электровозы, для сравнения, извлекли выгоду из новых специально построенных сервисных объектов. Дым от паровозов также был сочтен нежелательным; первые электровозы и тепловозы были разработаны в ответ на требования по снижению дымности, [95] хотя при этом не учитывался высокий уровень менее видимых загрязнений в дыме выхлопных газов дизелей , особенно на холостом ходу. Однако в некоторых странах электровозы получают энергию от пара, вырабатываемого на электростанциях, которые часто работают на угле.
_35.JPG/1280px-Class_26_3450_(4-8-4)_35.JPG)
Резкий рост стоимости дизельного топлива побудил несколько инициатив по возрождению паровой энергетики. [96] [97] Однако ни один из них не дошел до стадии производства, и по состоянию на начало 21 века паровозы работают только в нескольких изолированных регионах мира и в туристических операциях.
Еще в 1975 году энтузиасты железнодорожного транспорта в Соединенном Королевстве начали строить новые паровозы. В том же году Тревор Барбер завершил свой локомотив «Трикси» шириной 2 фута ( 610 мм ) , который курсировал по железной дороге Мейрион-Милл . [98] Начиная с 1990-х годов, количество новых построек резко возросло за счет новых локомотивов, построенных на узкоколейных железных дорогах Ффестиниог и Коррис в Уэльсе. Компания Hunslet Engine Company была возрождена в 2005 году и начала коммерческое производство паровозов. [99] LNER Peppercorn Pacific «Tornado» стандартной колеи был завершен на заводе Hopetown Works в Дарлингтоне и совершил свой первый запуск 1 августа 2008 года. [100] [101] Он поступил на основную линию эксплуатации позже в 2008 году . В 2009 году реализуется более полдюжины проектов по созданию рабочих копий вымерших паровых двигателей, во многих случаях для их изготовления используются существующие детали других типов. Примеры включают BR 72010 Hengist , [103] BR Class 3MT № 82045, BR Class 2MT № 84030, [104] Brighton Atlantic Beachy Head , [105] проект LMS 5551 The Unknown Warrior , GWR » 47xx 4709, 2999 Lady of Legend , 1014 County of Glamorgan и 6880 Betton Grange . Эти новые строительные проекты в Соединенном Королевстве дополняются новым проектом Пенсильванской железной дороги 5550 [106] в США. Одна из целей группы - превзойти скорость паровоза. рекорд, установленный моделью 4468 Mallard , когда модель 5550 была завершена, а модель 5550 заполнила огромный пробел в сохранности паровозов.[update]
В 1980 году американский финансист Росс Роуленд основал компанию American Coal Enterprises для разработки модернизированного паровоза, работающего на угле. Его концепция ACE 3000 привлекла значительное внимание, но так и не была построена. [107] [108]
В 1998 году в своей книге « Красный дьявол и другие сказки эпохи пара» Дэвид Уордейл выдвинул концепцию высокоскоростного высокоэффективного локомотива «Суперкласс 5 4-6-0» для будущих паровых перевозок. туристических поездов на главных линиях Великобритании. Идея была официально оформлена в 2001 году путем создания проекта 5AT, посвященного разработке и созданию паровоза с передовыми технологиями 5AT , но она так и не получила серьезной поддержки со стороны железных дорог.
Места, где проводятся новые постройки , включают :
В 2012 году в США стартовал проект «Коалиция за устойчивое развитие железных дорог » [110] с целью создания современного высокоскоростного паровоза, включающего в себя усовершенствования, предложенные Ливио Данте Порта и другими, и использующего выжженную биомассу в качестве твердого топлива. Топливо было недавно разработано Университетом Миннесоты в сотрудничестве между Университетским институтом окружающей среды (IonE) и Sustainable Rail International (SRI), организацией, созданной для изучения использования паровой тяги в современной железнодорожной системе. Группа получила последний сохранившийся (но не работающий) паровоз класса ATSF 3460 (№ 3463) в дар от его предыдущего владельца в Канзасе, Музея Великой сухопутной станции. Они надеются использовать его в качестве платформы для разработки «самого чистого и мощного пассажирского локомотива в мире», способного развивать скорость до 130 миль в час (210 км/ч). Названный «Проект 130», он призван побить мировой рекорд скорости паровоза, установленный LNER Class A4 4468 Mallard в Великобритании, на скорости 126 миль в час (203 км/ч). Однако каких-либо подтверждений заявлений проекта пока не видно.
В Германии небольшое количество беспожарных паровозов все еще работает в промышленности, например, на электростанциях, где имеется возможность подачи пара на месте.
Небольшой городок Вольштын в Польше , расположенный примерно в 60 километрах (37 миль) от исторического города Познани , является последним местом в мире, где можно покататься на регулярно курсирующем пассажирском поезде, влекомом паровой энергией. Локомотивный депо в Вольштыне — последний в мире. Есть несколько действующих локомотивов, которые ежедневно курсируют между Вольштыном, Познанью, Лешо и другими соседними городами. На сайте The Wolsztyn Experience можно принять участие в курсах подножки. В мире не осталось места, где бы до сих пор ежедневно функционировали нетуристические пригородные/пассажирские перевозки на паровом двигателе, кроме здесь, в Вольштыне. В регулярной эксплуатации находится несколько локомотивов общего назначения OL49 класса 2-6-2 польского производства и один локомотив PT47 класса 2-8-2. Каждый май в Вольштыне проводится фестиваль паровозов, на который приезжают локомотивы - часто более дюжины в год, и все они работают. Эти операции не проводятся в туристических или музейных/исторических целях; это последняя недизельная железнодорожная линия на PKP (Польская государственная сеть), которая была переведена на дизельную энергию.
Швейцарская компания Dampflokomotiv- und Maschinenfabrik DLM AG в период с 1992 по 1996 год поставила на зубчатые железные дороги Швейцарии и Австрии восемь паровозов. Четыре из них сейчас являются основной тягой на станции Brienz Rothorn Bahn ; четыре других были построены для станции Шафбергбан в Австрии, где по ним обслуживается 90% поездов.
Эта же компания также перестроила немецкий локомотив DR Class 52.80 2-10-0 в соответствии с новыми стандартами с такими модификациями, как роликовые подшипники, система сжигания дизельного топлива и изоляция котла. [111]
Будущее использование паровозов в Соединенном Королевстве находится под вопросом из-за политики правительства в отношении изменения климата . Ассоциация железных дорог наследия работает с Всепартийной парламентской группой по железным дорогам наследия, стремясь продолжить эксплуатацию паровозов на угле. [112]
Многие туристические железные дороги используют паровозы, работающие на жидком топливе (или переоборудовали свои локомотивы для работы на масле), чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду, а также потому, что мазут легче получить, чем уголь подходящего типа и размера для локомотивов. Например, железная дорога Гранд-Каньона эксплуатирует свои паровозы на отработанном растительном масле.
Организация под названием Коалиция за устойчивое развитие железных дорог (CSR) разрабатывает экологически чистый заменитель угля, изготовленный из выжженной биомассы . [113] В начале 2019 года они провели серию испытаний с использованием Everett Railroad для оценки эффективности биотоплива и дали положительные результаты. Было обнаружено, что биотопливо горит немного быстрее и горячее, чем уголь. [114] Целью проекта является, прежде всего, поиск экологически чистого топлива для исторических паровозов на туристических железных дорогах, но CSR также предполагает, что в будущем паровозы, работающие на выжженной биомассе, могут стать экологически и экономически превосходной альтернативой дизельному топливу. локомотивы. [113] Кроме того, можно использовать большую емкость, содержащую соль, без необходимости пополнения среды. Большие нагревательные элементы могут быть одним из методов подзарядки системы, однако можно также перекачивать расплавленную соль, удаляя охлажденную соль и пополняя ее из объектов, которые содержат ванну гораздо большего размера. [ нужна цитата ]
Паровозы присутствуют в массовой культуре с 19 века. Народные песни того периода, в том числе « Я работал на железной дороге » и « Баллада о Джоне Генри », являются основой американской музыки и культуры.
Было изготовлено множество игрушек-паровозов, а моделирование железных дорог стало популярным хобби.
Паровозы часто изображаются в художественных произведениях, в частности в « Железнодорожном сериале» преподобного У. В. Одри , «Маленьком паровозе, который мог» Уотти Пайпера , «Полярном экспрессе» Криса Ван Олсбурга и « Хогвартс-экспрессе» из серии книг Дж. К. Роулинг о Гарри Поттере. Они также были показаны во многих детских телешоу, таких как «Томас и друзья» , основанных на персонажах из книг Одри, и « Паровозик Айвор» , созданный Оливером Постгейтом .
Хогвартс-экспресс также появляется в серии фильмов о Гарри Поттере, его изображает GWR 4900 Class 5972 Олтон Холл в специальной ливрее Хогвартса. Полярный экспресс появляется в одноименном мультфильме .
На курорте Юниверсал Орландо во Флориде представлен тщательно продуманный тематический фуникулер Хогвартс-Экспресс , соединяющий секцию Гарри Поттера в Юниверсал Студиос с тематическим парком «Острова приключений».
Полярный экспресс воссоздан на многих исторических железных дорогах в Соединенных Штатах, в том числе на Северном полюсном экспрессе, запряженном локомотивом Pere Marquette 1225 , которым управляет Институт паровых железных дорог в Овоссо, штат Мичиган . По словам автора Ван Олсбурга, этот локомотив послужил источником вдохновения для истории и использовался в производстве фильма.
В ряде компьютерных и видеоигр используются паровозы. Railroad Tycoon , выпущенная в 1990 году, была названа «одной из лучших компьютерных игр года». [ нужна цитата ]
Есть два примечательных примера паровозов, используемых в качестве зарядов на геральдических гербах . Один из них — Дарлингтон , на котором изображена «Передвижка № 1» . Другой — оригинальный герб Суиндона , в настоящее время не используемый, на котором изображен обычный паровоз. [115] [116]
Паровозы — популярная тема среди коллекционеров монет. [ нужна цитата ] На реверсе серебряной монеты Мексики номиналом 5 песо 1950 года в качестве отличительной черты изображен паровоз.
На монете периода Бидермейер номиналом 20 евро , отчеканенной 11 июня 2003 года, на аверсе изображен паровоз ранней модели ( Аякс ) на первой железнодорожной линии Австрии Кайзер Фердинандс-Нордбан . « Аякс» до сих пор можно увидеть в Венском техническом музее . В рамках программы «50 государственных кварталов» на четвертаке, представляющем американский штат Юта, изображена церемония встречи двух половин Первой трансконтинентальной железной дороги на саммите мыса в 1869 году. На монете воссоздан популярный образ церемонии с паровозами от каждого. Компания смотрит друг на друга, пока вбивают золотой шип .
В центре романа Кендзи Миядзавы « Ночь на галактической железной дороге » [117] лежит идея паровоза, путешествующего среди звезд. Роман Миядзавы позже вдохновил Лейдзи Мацумото на создание успешной серии « Галактический экспресс 999 ».
В другой японской телевизионной франшизе « Супер Сентай» представлены монстры, созданные на основе паровозов.
Charge Man, мастер роботов из пятой части серии Mega Man , основан на паровозе.
В городе на юге Уэльса начались месяцы празднования 200-летия изобретения паровоза. Мертир-Тидвил был местом, где 21 февраля 1804 года Ричард Тревитик перенес мир в эпоху железных дорог, когда он установил один из своих паровых двигателей высокого давления на трамвайные рельсы местного мастера по производству железа.
_close_up_of_the_boiler_lagging.jpg/1280px-Rocket_(locomotive)_close_up_of_the_boiler_lagging.jpg)
