Размеры, вес и ориентировочные цены паровозов.
Type.Cylinders.Diameter of driving- wheel. Weight of engine in working order, exclusive of tenderWeight of engine and tender without water or fuel. Approximate price.Price per pound.
Diam.Stroke.Inches.Pounds.Pounds.Cents. "American" Passenger82462 to 6892,000110,000$8,7507.95 "Mogul" Freight192450 to 5696,000116,0009,5008.19 "Ten-wheel" Freight19240 to 58100,000118,0009,7508.26 "Consolidation" Freight202450120,000132,00010,5007.95 "Decapod" Freight222646150,000165,00013,2508.03 Four-wheel Tank Switching15245058,00047,0005,50011.70 Six-wheel Switching, with tender18245084,00098,0008,5008.89 "Forney" N.Y. Elevated11164242,00034,0004,50013.23 Street-car Motor Locomotive10143522,00018,000 $3,500 to $4,000
according to
design19.44
to
22.22
Fig. 33.—"Hudson" Tank Locomotive. By the Baldwin Locomotive Works.
Однако скорость паровозов не увеличилась вместе с их весом и размером. Существует естественный закон, который препятствует этому. Если мы удвоим вес на ведущих колесах, сцепление и, следовательно, способность тянуть грузы также удвоятся. Рассуждая аналогичным образом, можно сказать, что если мы удвоим окружность колес, расстояние, которое они пройдут за один оборот, и, следовательно, скорость машины окажутся в такой же пропорции. Но если это сделать, для поворота больших колес потребуется вдвое больше мощности, чем требовалось для маленьких; и тогда мы сталкиваемся с естественным законом, согласно которому сопротивление возрастает как квадрат скорости, и вероятно, даже в большей пропорции при очень высоких скоростях. При скорости 60 миль в час сопротивление поезда в четыре раза больше, чем при 30 милях. То есть тяговое усилие на крюке машины должно быть в одном случае в четыре раза больше, чем в другом. Но при скорости 60 миль в час это усилие должно прилагаться на заданном расстоянии вдвое быстрее, чем при 30 милях, так что количество развиваемой мощности и генерируемого пара за определенный период времени должно быть в одном случае в восемь раз больше, чем в другом. Это означает, что емкость котла, цилиндров и других частей должна быть больше, с соответствующим увеличением веса машины. Очевидно, что если вес, приходящийся на колесо, ограничен, мы вскоре достигаем точки, при которой размер ведущих колес и других частей не может быть увеличен; а это означает, что существует определенная пропорция колес, цилиндров и котла, которая обеспечит максимальную скорость.
Относительная скорость поездов здесь и в Европе была предметом оживленных дискуссий и споров. Между скоростью самых быстрых поездов здесь и там наблюдается весьма незначительная разница, но там их больше, чем у нас. От 48 до 53 миль в час, включая остановки, — это примерно самое быстрое время, показываемое нашими регулярными поездами по летнему расписанию.
Когда эта скорость сравнивается со скоростью в шестьдесят или семьдесят миль в час, которая нередка на коротких дистанциях, кажется, что существует огромное расхождение. Однако следует помнить, что эти высокие скорости достигаются при очень благоприятных условиях. То есть путь прямой и ровный, или, возможно, с уклоном вниз, и свободный от препятствий. При обычном движении никогда нельзя быть уверенным в том, что линия свободна. Машинист всегда должен быть начеку в отношении препятствий. Поезда, обычный гужевой транспорт, упавшее дерево или скала, коровы и люди могут оказаться на пути в любой момент. Пусть кто-нибудь вообразит себя ответственным за управление паровозом, и он легко поймет, что при малейшем подозрении на то, что путь не свободен, он снизит скорость в качестве меры предосторожности. По этой причине высокая скорость на железной дороге зависит как от наличия хорошей системы сигнализации, гарантирующей машинистам свободу пути, так и от самих паровозов. Если машинист постоянно рискует столкнуться с препятствиями на частых пересечениях дорог общего пользования в одном уровне и должен быть начеку, или если он не уверен, ушел ли идущий впереди поезд с его пути, машинист будет нервничать и почти наверняка потеряет время. Если скорость на американских железных дорогах должна быть увеличена, первыми шагами должны стать проведение всех улиц и дорог общего пользования либо над путями, либо под ними, хорошее ограждение путей, устройство достаточного количества запасных путей для поездов и внедрение эффективных систем сигнализации, чтобы машинисты могли знать, свободна линия или нет.
В так называемый период юности железных дорог у инженеров-паровозников наблюдалась очень сильная склонность к большим ведущим колесам. На рисунке 34 изображен один из паровозов, построенных еще в 1848 году для железной дороги Камден и Амбой, с ведущими колесами диаметром 8 футов. Другие паровозы с 6- и 7-футовыми колесами были не редкостью. В Европе было построено множество паровозов с очень большими колесами, и они используются до сих пор. Однако здесь, как и там, от чрезмерно больших колес отказались, и теперь их размер в нашей стране ограничен примерно шестью футами в диаметре.
Fig. 34.—Camden & Amboy Locomotive, 1848.
Что касается паровозов, то высокая скорость, особенно с тяжелыми поездами, как правило, зависит скорее от подачи пара, чем от размера колес. Без пара для их вращения большие колеса бесполезны; но при обильной подаче нет никаких затруднений в том, чтобы заставить маленькие колеса вращаться с живой скоростью. Скорость, следовательно, в значительной степени является вопросом мощности котла, и была сформулирована общая максима: «в пределах веса и пространства, которыми должен быть ограничен паровозный котел, он не может быть сделан слишком большим». Но максимальная скорость, с которой может двигаться паровоз при обеспечении достаточной подачи пара, также зависит от совершенства механизмов. При скорости 60 миль в час ведущее колесо диаметром 5½ фута совершает пять оборотов каждую секунду. Возвратно-поступательные части каждого цилиндра пассажирского паровоза Пенсильванской железной дороги, включая поршень, шток поршня, крейцкопф и шатун, весят около 650 фунтов. Эти детали должны двигаться назад и вперед на расстояние, равное ходу поршня, обычно два фута, каждый раз при обороте колеса, или за одну пятую долю секунды. Деталь начинает движение из состояния покоя на каждом конце хода поршня и должна приобрести скорость 32 фута в секунду за одну двадцатую долю секунды и быть возвращена в состояние покоя за тот же промежуток времени. Поршень диаметром 18 дюймов имеет площадь 254½ квадратных дюйма. Пар под давлением 150 фунтов на квадратный дюйм будет поэтому оказывать на поршень усилие, равное 38 175 фунтам. Это усилие прикладывается попеременно к каждой стороне поршня десять раз в секунду. Управление такими силами требует механизмов, работающих с предельнейшей точностью и абсолютной надежностью, и именно поэтому скорость и экономичность работы паровоза столь сильно зависят от пропорций золотников и «парораспределительного механизма», с помощью которого контролируется «распределение» пара в цилиндрах.
Fig. 35.—Interior of a Round-house.
Гравюра (рис. 36) на стр. 133 представляет заднюю часть будки паровоза Нью-Йоркской Центральной и Гудзоновой железной дороги при взгляде вперед из тендера и показывает приспособления, с помощью которых машинист управляет машиной. Это дает представление о количестве клавиш, на которых ему приходится играть при управлении такой машиной. Здесь остается место едва ли для чего-то большего, чем перечисление пронумерованных деталей:
1. Веревка колокола паровоза.
2. Веревка поездного колокола.
3. Поездной колокол или гонг.
4. Рычаг для подачи свистка.
5. Манометр для индикации давления в котле.
6. Лампа манометра для освещения шкалы манометра.
7. Манометр воздушного тормоза для отображения давления в воздушных резервуарах.
8. Клапан для подачи пара к насосу воздушного тормоза.
9. Автоматический лубрикатор для смазки главных золотников.
10. Кран для подачи пара в лубрикатор.
11. Рукоятка для открытия клапанов в песочнице для подачи песка на рельсы.
12. Рукоятка для открытия кранов, сливающих воду из цилиндров.
13. Клапан для подачи пара в сопла, нагнетающие воздух в топку.
14, 14′. Рычаг регулятора. Служит для открытия клапана, подающего пар в цилиндры.
15. Сектор, с помощью которого рычаг регулятора удерживается в любом желаемом положении.
16. Рукоятка «ленивого крана». «Ленивый кран» — это клапан, регулирующий подачу воды к насосам и управляемый этой рукояткой.
17, 17′. Реверсивный рычаг.
18. Сектор реверсивного рычага.
19, 19′, 19″. Пробные краники для определения уровня воды в котле; 19′ — трубка для отвода воды, выходящей при открытии пробных краников.
20, 20. Масленки для смазки цилиндров.
21. Рукоятка управления паровым клапаном инжектора.
22. Рукоятка управления водяной струей инжектора.
23. Рукоятка управления водяным клапаном инжектора.
24. Полка для масленок.
25. Рукоятка клапана воздушного тормоза.
26. Клапан управления воздушным тормозом.
27. Труба для подвода воздуха к тормозам под вагонами.
28. Труба, соединенная с воздушным резервуаром.
29. Трубное соединение с воздушным насосом.
30. Рукоятка управления клапаном, который подает или перекрывает воздух для тормозов ведущих колес.
31. Клапан тормозов ведущих колес.
32, 32′. Рычаг перемещения диафрагмы в дымовой коробке, с помощью которой регулируется тяга.
33. Рукоятка для подъема или опускания снегоочистителей перед колесами тележки.
34. Рукоятка открытия крана на насосе для проверки того, нагнетает ли он воду в котел.
35. Лампа для подсветки водомерного стекла 51, 51.
36. Воздухозаборник для притока воздуха в топку.
37. Жировая масленка для смазки цилиндров.
38. Масленка.
39. Полка для подогрева масленок.
40. Дверца топки.
41. Цепь для открытия и закрытия дверцы топки.
42. Рукоятки открытия заслонок на зольнике.
43. Лубрикатор воздушного насоса.
44. Клапан подачи пара в дымовую трубу для раздувания огня при неподвижной машине.
45. Клапан подачи пара в поездные магистрали для отопления вагонов.
46. Клапан снижения давления пара, используемого для отопления вагонов.
47. Кран, подающий пар к манометру 48.
48. Манометр, указывающий давление пара в трубах отопления.
49. Труба для подвода пара к поезду с целью отопления вагонов.
50. Кран водомерного стекла 51.
51, 51. Стеклянный указатель уровня воды для отображения уровня воды в котле.
52. Кран для продувки и удаления загрязнений с поверхности воды в котле.
Помимо того, что паровозы впечатляют как триумф человеческой изобретательности, многое в их конструкции и работе живописно. Цех, где их строят или ремонтируют, всегда представляет интерес. Паровозное депо (рис. 35), особенно ночью, полно странных ассоциаций и пищи для воображения.
Fig. 36.—Cab End of a Locomotive and its Attachments.
Рисунок 37 (стр. 135) представляет собой иллюстрацию по фотографии, сделанной в сборочных цехах завода Baldwin Locomotive Works в Филадельфии; а рисунок 38 (стр. 137) является видом аналогичного цеха Пенсильванской железной дороги в Алтуне, который с первого взгляда дает представление о многих производственных процессах, происходящих на этих крупных предприятиях. В Алтуне установлены огромные мостовые краны, опирающиеся на кирпичные арки и перекрывающие цех от стены до стены. Они достаточно мощные, чтобы взять крупнейший паровоз, поднять его целиком с рельсов и перенести в поперечном или продольном направлении по желанию. На рисунке 38 показан большой паровоз типа «консолидейшн», подвешенный в воздухе над рельсами в процессе перемещения в поперечном направлении. Крюки крана прикреплены к тяжелым железным балкам, на которых паровоз подвешен с помощью прочных тяг. Рисунок 39 (стр. 138) представляет собой вид кузнечного цеха завода Baldwin, показывающий паровой молот и процесс ковки паровозной рамы.
Вполне естественно, что инженеры, или «машинисты», как они сами себя обычно называют, в чьем ведении находятся паровозы, питают к ним глубокий интерес и испытывают нечто вроде привязанности. В ранний период развития железных дорог это наблюдалось гораздо сильнее, чем теперь. Тогда каждый паровоз обладал своей индивидуальностью. Редко случалось, чтобы две машины были совершенно одинаковы. Почти всегда имелись какие-то различия в пропорциях, или одна машина имела какое-то устройство, которого не было у другой. Теперь многие паровозы изготавливаются совершенно одинаковыми, или настолько близкими к этому, насколько это позволяют самые совершенные механизмы. Нет ничего, что отличало бы один паровоз от другого. Поэтому Бони Смит не может заявлять о превосходстве своей машины, перед которой у Уиндди Брауна не было бы тех же преимуществ. В старые времена, кроме того, у каждой машины был свой машинист и кочегар, и она редко попадала в руки кому-то другому, и те, кто отвечал за нее, гордились поддержанием ее блеска точно так же, как персонаж из «Пинафора» гордился тем, что «полировал ручку большой парадной двери». На многих дорогах — особенно крупных — паровозы не закрепляются за определенными людьми. Введена система «первым пришел — первым ушел»; то есть машины отправляются в порядке их прибытия, и бригады берут ту машину, которая им достанется по жребию. Это закономерно приводит к утрате личной привязанности к конкретным паровозам.
Fig. 37.—View In Locomotive Erecting Shop.
Каждое изменение в конструкции, переделка пропорций или добавление устройств к паровозам является предметом живейшего интереса для рабочих и темой бесконечных обсуждений во все времена и в любых местах. Теории, которые выдвигаются, и байки, которые травятся за сидением у горячих печей в круглых депо или в ожидании проходящих поездов на запасных путях, заполнили бы множество книг. Джек никогда не устает рассказывать о том, что делала его машина, когда «она поднималась по подъему Рэттлснейк», а Смоки Билл приходит в возбуждение, описывая, как «Девяносто шестая» крутила колеса, нагоняя сорок девять минут опоздания на спуске с «электрическим экспрессом».
Машинисты и кочегары с жадностью читают все, что объясняет конструкцию или работу паровозов, но обычно презирают вещи, не имеющие практического значения. Они требуют «прозрачности» в прочитанном с такой же страстью, как и Мэтью Арнольд, а некоторым редакторам и университетским профессорам, чье письмо и мышление затуманены, пошло бы на пользу выслушать критику Братства машинистов.
Fig. 38.—Interior of Erecting Shop, Showing Locomotive Lifted by Travelling Crane.
Многое можно было бы написать об обязанностях машинистов и кочегаров и требуемой квалификации. Общее мнение начальников локомотивного хозяйства сводится к тому, что вовсе не обязательно, чтобы управляющие паровозами люди были хорошими механиками. Лучшие машинисты — это те, кто в молодости прошел подготовку в качестве кочегаров на паровозах. Брюнель, выдающийся инженер-строитель, говорил, что никогда не доверился бы управлению паровозом, потому что обязательно задумался бы о какой-то проблеме, касающейся его профессии, что отвлекло бы его внимание от машины. Вероятно, по схожей причине хорошие механики иногда оказываются непригодными для роли хороших машинистов.
Fig. 39.—Forging a Locomotive Frame.
Возможно, некоторым читателям будет интересно узнать, сколько топлива сжигает паровоз. Это, конечно, зависит от качества топлива, выполняемой работы, скорости и профиля дороги. С грузовыми поездами, состоящими из такого количества вагонов, которое тяжелый паровоз может везти без труда, расход угля не превысит от 1 до 1½ фунтов угля на вагон на милю, если машина управляется бережно. Для перемещения только паровоза с тендером требуется от 15 до 20 фунтов угля на милю, причем расход зависит от размера машины, скорости, уклонов и количества остановок. Если выделить это количество угля на паровоз и тендер, а оставшийся сожженный уголь распределить по вагонам, это снизит количество топлива, расходуемого исключительно на буксировку вагонов, даже до меньших величин, чем указанные выше. При обычной средней работе расход составляет от 3 до 5 фунтов на грузовой вагон на милю без учета паровоза и тендера. В пассажирских поездах, вагоны которых тяжелее, а скорость выше, расход угля составляет от 10 до 15 фунтов на вагон на милю. Грузовой паровоз с поездом из 40 вагонов будет сжигать от 40 до 200 фунтов угля на милю, причем количество зависит от аккуратности управления, качества угля, уклонов, скорости, погоды и других обстоятельств.
АМЕРИКАНСКИЕ ВАГОНЫ.
Иллюстрация Питера Парли (стр. 101) дороги Балтимор-Огайо представляет один из самых ранних пассажирских вагонов, использовавшихся в нашей стране. Однако точность этой иллюстрации может быть поставлена под сомнение. Вероятно, художник при ее создании в некоторой степени опирался на свое воображение и память. Приведенная ниже гравюра (рис. 40) выполнена по рисунку, сделанному главным инженером железной дороги Мохок и Гудзон, по которому Джеймсом Гулдом в 1831 году были построены шесть вагонов для этой дороги. Это подлинное изображение вагонов в том виде, в каком они изготавливались в то время. Другие старые гравюры железнодорожных вагонов изображают их в виде по существу кузовов дилижансов, установленных на четырех колесах, как показано на рисунке 41. Следующим шагом в развитии вагонов стало соединение нескольких кузовов карет. Эта форма сохранялась и после принятия системы с двумя тележками, как показано на рисунке 42, на котором изображен ранний вагон дороги Балтимор-Огайо, имеющий три соединенные секции. Он вскоре был вытеснен прямоугольным кузовом, как показано на рисунке 43, представляющем собой репродукцию со старой гравюры.
Fig. 40.—Mohawk & Hudson Car, 1831. Fig. 41.—Early Car.
(From the original drawing by the resident engineer.) (From an old print.)
Fig. 42.—Early Car on the Baltimore & Ohio Railroad.
На рисунке 44 изображен вагон, использовавшийся для перевозки муки на дороге Балтимор-Огайо в те времена, когда в качестве тяговой силы еще применялись лошади. Чтобы показать, насколько почти весь прогресс является процессом эволюции, во время одного из судебных разбирательств по поводу действительности патента Уайнана на восьмиколесные вагоны с двумя тележками было заявлено, что до даты его патента существовала практика погрузки дров путем соединения двух таких вагонов длинными брусьями, которые опирались на шкворневые брусья, прикрепленные к вагонам с помощью шкворней. Дрова грузились поверх этих брусьев, как показано на рисунке 45. Старый вагон (рис. 46), который появился до патента Уайнана и использовался на гранитном карьере Квинси для перевозки крупных каменных блоков, также был представлен ответчиками в качестве доказательства по этому иску. Хотя Уайнан не смог отстоять действительность своего патента на восьмиколесные вагоны с двумя тележками, он, несомненно, был одним из первых, кто воплотил эту идею в практическую форму и внес огромный вклад в внедрение этой системы.