Файл: Р.Р. Масленников Лекции по истории автомобильной науки и техники.pdf

поршень и он под действием собственного веса и атмосферного давления, опускался вниз, производя полезную механическую работу.

Томас Ньюкомен4 с помощником Дж. Кули в 1711-1712 г.г. усовершенствовали машину Папена, поставив два цилиндра, соединив их балансиром, и для образования пара использовали отдельный котел как в машине Севери.

В 1718 году англичанин Г.Бейтон заменил ручное управление впуском пара и воды на автоматическое. Описанные выше машины «пароатмосферные» или « Атмосферные» в России назывались «паровоздушные».

Джеймс Уатт5 усовершенствовал машину Ньюкомена, а в 1765 году сконструировал, и в 1769 запатентовал принципиально другую машину, где для получения полезной работы использовалось упругое давление пара, а не атмосферное давление. Таким образом, была получена паровая машина «прямого действия». Надо отметить, что все же изобретение паровой машины принадлежит русскому теплотехнику Ивану Ивановичу Ползунову6.

25

В 1763 году он спроектировал универсальный паровой двигатель, но во время осуществления проекта родилась другая конструкция, которая был построена в 1765 году. Как он писал, «паровая машина для заводских нужд» проработала 43 дня. Надо отметить, что за неделю до ее пробного пуска Ползунов скончался. Последователей не нашлось.

Уатт прожил до 1819 года, создав паровую машину практически одновременно с Ползуновым, он свою машину запатентовал и сумел довести конструкцию до практического применения.

Идея парового двигателя витала в воздухе. Практическое применение этой идеи нашел военный инженер швейцарец, живший во Франции и служивший в артиллерийских войсках, Николя-Жозеф Кюньо (1725-1804). Он построил первую паровую самоходную телегу для буксировки пушек и подвозки боеприпасов к ним (рис.4.2).

2

5

8

1

Рис.4.2 Первый паровой переднеприводный автомобиль Кюньо 1769год

1 – паровой котел; 2 – дымоход; 3 – паропровод; 4 – цилиндры; 5 – поршневой шток; 6 – руль; 7 – сиденье водителя; 8 – ведущее колесо.

Постройка парового тягача длилась с 1763 года по 1769 г. Испытания проводились дважды: 20 января 1770 года и 2 июля 1771 года. Для нас телега Кюньо интересна как первый реальный переднеприводный автомобиль. Машина Кюньо базировалась на солидной раме из деревянных брусьев. Подвески колес не было. Сами колеса деревянные, обтянутые железными шинами, какие применялись для тяжелых пушек.

26

Вертикальная двухцилиндровая паровая машина получала пар из котла низкого давления. Он висел перед ведущим колесом. На первой машине топки не было, огонь (костер) разводили прямо под котлом на земле. На предполагаемом пути машины разводилось несколько костров и машина перемещалась от одного костра к другому. От паровой машины усилие передавалось на переднее ведущее колесо посредством храпового механизма. Примитивное рулевое управление было спроектировано без учета веса машины, что стало причиной аварии при первых испытаниях в Венсенском лесу.

После аварии Н.Ж.Кюньо дважды переделывал свою паровую телегу. При первой реконструкции он решил возить «костер» с собой: была построена топка заканчивающаяся щелевым кольцевым дымоходом. Во время второй реконструкции топка располагалась внутри котла и заканчивалась трубой. В машинах УаттаПолзунова и Кюньо , пар в цилиндры подавался с одной стороны поршня, т.е. машины были одностороннего действия.

Революционным шагом в развитии тепловых двигателей было создание Уаттом универсальной паровой машины, на которую в 1784 г им был получен новый патент. Машина имела цилиндр, в котором пар попеременно оказывал давление на поршень то с одной, то с другой стороны - машина «двойного действия». Эта машина была одним из факторов промышленного переворота в конце XVIII - начале XIX в.в.

Существовавшие до конца XVIII века паровые машины имели низкий КПД: не более 5-8 % , работали при низком давлении пара 12 кг/см2 и температуре 1200С. Их удельная масса была несколько сотен килограммов и несколько десятков квадратных метров площади на 1 л.с. В 1797 г. американец Оливер Эванс получил патент на машину высокого давления 60 кг/см2 , что позволило увеличить КПД до 11% и значительно улучшить удельные показатели.

В 1802 году англичанин Ричард Тревитик построил паровую машину высокого давления и установил ее на дорожный экипаж, а в 1804 г. им был создан паровоз для перевозки угля и движения по рельсам. Рельсы в Англии изготавливались с 1767 г. Трансмиссия этого паровоза - зубчатые рейки и зубчатые колеса (рис4.3). Поскольку паровая машина имеет большой крутящий момент, то усилие от поршня на колеса может быть передано без лишних промежуточных звеньев. Этим занялся английский изобретатель Джордж Стефенсон7 , построивший несколько конструкций паровозов; наиболее удачным оказался паровоз «Ракета» , созданный в 1829 г. Паровоз с передачей движения от паро-

27

вой машины к ведущим колесам через систему рычагов, кривошипов и шатунов (рис.4.4) Первая полноценная железная дорога между Ливерпулем и Манчестером протяженностью 45 км, была построена Стефенсоном в 1830 г. Это было сложное, даже с современной точки зрения сооружение, так как пришлось построить 63 моста, проложить тоннель длинной 2 км, провести на протяжении 5.5 км железнодорожный путь через болото глубиной до 15 м.

В России первый паровоз, осуществивший опытные проезды с грузом в 3.2 т по пути 3.5 км был построен 1833-34 гг. крепостными заводчиков Демидовых8 , Черепановыми9: отцом Ефимом Алексеевичем и сыном Мироном Ефимовичем в Нижнем Тагиле.

Рис.4.3 Первый Английский паровоз Ричарда Тревитика 1804 год.

В 1831 г. было впервые организовано регулярное движение паровых омнибусов по обычным дорогам на линии Лондон-Стратфорд. (ом-

нибус от латинского «для всех» - многоместная конная карета, совершающая регулярные рейсы в городах и между ними; первый вид общественного транспорта. Появился он в Париже в 1662 г.) [12] . С 1831 по 1840 г. в Лондоне на них

были организованы перевозки по нескольким маршрутам протяженно-

28

стью 10-15 км со средней скоростью 19 км/ч. Паровые омнибусы не выдержали конкуренцию с конными дилижансами (дилижанс француз-

ский устаревший термин – большой крытый экипаж, запряженный лошадьми, для регулярной перевозки пассажиров, почты и багажа. Появился он в Англии в 16

веке) [12]. С железной дорогой конкурировать паровые омнибусы также не смогли.

1

5

3 4

8 7

Рис.4.4 Паровоз Джоржда Стефенсона «Ракета» построен в 1829году

1 – дымовая труба; 2 – паровой котел; 3 – цилиндр; 4 – топка; 5 – водяной к тел; 6 – тендер с углем; 7 – железнодорожный рельс; 8 – шпала

С начала XIX столетия был предпринят ряд попыток создать тяговую машину, движущуюся по рельсам. Уже в 1812 г. опыты Блекетта и Хедлея показали, что вращающееся металлическое колесо, движущееся

29

по рельсу развивает в 50 раз большую силу тяги, чем сопротивление трению свободно катящихся металлических колес вагона по рельсам. Следовательно, паровоз может тащить груз, значительно превышающий свой вес. В период с 18011825 гг. еще до появления паровозов в Великобритании работало около 20 конных железных дорог на подъездных путях к шахтам и пристаням.

Несовершенство конструкции паровых повозок, частые их поломки при работе в тяжелых дорожных условиях не позволили им успешно конкурировать с конными дилижансами, обеспечивавшими пассажирам больший комфорт поездок, хотя с меньшей скоростью.

Затрачивая ту же энергию, в железнодорожных вагонах можно перевозить гораздо больше груза, чем в безрельсовых экипажах, поскольку сопротивление движению поезда по рельсам составляет не более 1/200 его массы на горизонтальном участке пути.

Если бы конкурентная борьба была честная, то инженерная мысль решила бы вопросы и несовершенства конкуренции, и плохих дорог, и нашли бы свою нишу паровые грузовые повозки. Но причина «вымирания» паровых дилижансов была социальная. В 1861 г. английский парламент принял в интересах владельцев железных дорог «закон красного флага», согласно которому перед каждым самодвижущимся безрельсовым экипажем должен был идти человек с красным флагом (ночью с красным фонарем), предупреждая публику об «опасности». Этот закон существенно ограничивал скорость паровых омнибусов и делал их неконкурентоспособными не только по отношению к железным дорогам, но и к обычным конным экипажам, с которыми он разделял преимущество и перед железной дорогой своей способностью доставлять пассажиров и грузы «от двери к двери» . Развитие и выпуск паровых омнибусов прекратился. Англия, внесшая большой вклад в развитие конных экипажей, велосипедов, железных дорог и появление паровых экипажей умышленно затормозила не только их развитие, но и развитие автомобилей. Англия в создании автомобилей в последствии станет позади таких стран, как Германия и Франция т.к. «Закон красного флага» был отменен только в 1896 г.

До введения «Закона красного флага» успешный опыт работы паровых повозок в Англии стимулировал появление в России проектов организации подобных перевозок по ряду маршрутов. Наиболее оригинальное из них, предложение В.А Гурьева, предусматривало постройку для перевозок «сухопутными пароходами» сети дорог протяженностью 9 тыс.верст и колейными покрытиями из деревянных торцов. (Верста-

30