Примечание составителя:

Иллюстрация на обложке создана составителем и передана в общественное достояние.

СПРАВОЧНИК
ПО
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМУ СТРОИТЕЛЬСТВУ;
ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
АМЕРИКАНСКИМИ ИНЖЕНЕРАМИ.
СОДЕРЖАЩИЙ
НЕОБХОДИМЫЕ ПРАВИЛА, ТАБЛИЦЫ И ФОРМУЛЫ
ДЛЯ
PАЗБИВКИ ТРАССЫ, СТРОИТЕЛЬСТВА, ОСНАЩЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В ТОМ ВИДЕ, В КАКОМ ОНИ СООРУЖАЮТСЯ В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ.
С 158 иллюстрациями

BY

GEORGE L. VOSE,

CIVIL ENGINEER

“Rules themselves oblige us to reflect, that we may see whether we have not departed from them.”—Napoleon.

BOSTON AND CAMBRIDGE:

JAMES MUNROE AND COMPANY.

1857.

Entered according to Act of Congress, in the year 1857, by

JAMES MUNROE AND COMPANY,

In the Clerk’s Office of the District Court of the District of Massachusetts.

CAMBRIDGE:

ALLEN AND FARNHAM, PRINTERS.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Цель данной работы — изложить в максимально доступной форме все указания, правила и таблицы, необходимые для разбивки трассы, строительства, оснащения и эксплуатации железных дорог.

Как правило, американские инженеры не получают специального образования для своей деятельности; и когда они обладают знаниями в области фундаментальной науки, они затрудняются применить их на практике.

Предполагается, что читатель знаком с элементами арифметики, геометрии, алгебры и механики: обладая этим, он, благодаря внимательному изучению последующего материала, сможет правильно рассчитывать пропорции мостов из дерева, камня и железа: устоев, опор, подпорных стен, верхнего строения пути и паровозов; а также проектировать, разбивать на местности, выполнять и оценивать любые виды работ, встречающиеся при постройке железных дорог.

Поскольку целью было принести пользу, а не проявить оригинальность, были проконсультированы лучшие авторы-инженеры и экспериментаторы, среди которых: Готе, Навье, Виа, Тредголд, Барлоу, Тоттен, Фэрберрн, Ходжкинсон, Кларк и Ларднер. А также большое количество отчетов американских инженеров-строителей по железнодорожным вопросам.

Если предположения заменяют собой демонстрацию, то они опираются на авторитетные источники. Читатели должны помнить, что эта работа является «справочником», а не «трактатом». Она предназначена скорее в качестве настольного пособия, чем учебника для студентов. Во всех случаях она дает необходимый фактический численный результат, будь то сечение пояса моста, толщина стены или размеры паровозного котла.

В связи с этим полезно использовать работы Траутвайна и Хенка по полевым работам: лейтенанта Смита — по топографии; Дэвиса — по геодезии; и Герли — по использованию приборов.

Всем, кто желает получить исчерпывающий трактат по принципам мостостроения, рекомендуется прекрасная работа Германна Гаупта.

Я пользуюсь этой возможностью, чтобы сердечно поблагодарить инженеров, которые тем или иным образом помогли сделать эту работу, как полагается, полезной.

G. L. V.

ОБЩЕЕ ОГЛАВЛЕНИЕ.

 
Page

 

Introduction
 
1

 

CHAPTER I.—
Reconnoissance
12

 

II.—
Survey
24

 

III.—
Location
41

 

IV.—
Preliminary Operations
55

 

V.—
Laying out Work
89

 

VI.—
Earthwork
97

 

VII.—
Rockwork
115

 

VIII.—
Wooden Bridging
122

 

IX.—
Iron Bridging
192

 

X.—
Stone Bridging
233

 

XI.—
Masonry
248

 

XII.—
Foundations
261

 

XIII.—
Superstructure
272

 

XIV.—
Equipment
302

 

XV.—
Stations
403

 

XVI.—
Management
413

 

Appendix
 
459

АНАЛИТИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ.

INTRODUCTION.
 

PAGE

 

Rise and progress of railroads
1

Influence of railroads
3

Safety of railroad travelling
5

Preliminary operations
5

Mechanical principles of locomotion
6

Determination of character of road
7

Gauge
8

General establishment of route
10

 
 
CHAPTER I.
 
RECONNOISSANCE.

General topography
12

Barometrical levelling
18

 
 
CHAPTER II.
 
SURVEY.
 

Topographical sketching
24

General establishment of grades
32

Equating for grades
34

Comparison of surveyed lines
39

 
 
CHAPTER III.
 
LOCATION.
 

Alignment
41

Final adjustment of grades
46

Comparison of located lines
47

 
 
CHAPTER IV.
 
PRELIMINARY OPERATIONS.
 

Specification
55

Contract
81

Solicit
84

Bid
85

Comparison of bids
87

 
 
CHAPTER V.
 
LAYING OUT WORK.
 

Slopes
89

Culverts
90

Masonry
91

Tunnels
95

 
 
CHAPTER VI.
 
EARTHWORK.
 

Form of railroad sections
97

Excavation and embankment
104

Transport of material
106

Average haul
106

Drainage
109

Method of conducting construction operations
111

 
 
CHAPTER VII.
 
ROCKWORK.
 

Rock excavation
115

Blasting and quarrying
115–117

Tunnelling
118

 
 
CHAPTER VIII.
 
WOODEN BRIDGING.
 

Of the forces at work in bridges
122

Extension
123

Compression
123

Cross strain
124

Detrusion
126

Strength of materials
126

Rules for practice
131

Of the truss
139

Of the arch
169

Of the road-way
174

Lateral bracing
175

Pile bridging
178

Trestling
180

Draw bridges
181

Centres
182

 
 
CHAPTER IX.
 
IRON BRIDGES.
 

Nature and strength of iron
192

Classification of iron bridges
194

Iron truss frames
195

Suspension bridges
203

Boiler plate bridges
223

 
 
CHAPTER X.
 
STONE BRIDGING.
 

Of the water-way
233

Form of the arch
236

Thickness of voussoirs
238

Form and thickness of abutments
239

Form and dimensions of piers
245

 
 
CHAPTER XI.
 
MASONRY.
 

Stone
248

Cements, mortars, and concretes
249

Construction of arches, wings, and parapet
253

Culverts and drains
255

Retaining walls
256

 
 
CHAPTER XII.
 
FOUNDATIONS.
 

Pile driving, common system
262

Mitchell’s screw pile
266

Potts’s atmospheric system
266

Coffer-dam
267

Caisson
269

 
 
CHAPTER XIII.
 
SUPERSTRUCTURE.
 

Timber work
273

Rail section
276

Chairs and joints
282

Frogs
290

Switches
294

Sidings and crossings
298

Elevation of exterior rail
298

 
 
CHAPTER XIV.
 
EQUIPMENT.
 
PART I. LOCOMOTIVES.
 

Introduction
302

Birth and growth of the locomotive
302

The English locomotive of 1850
304

The American locomotive of 1855
305

General description
306

Mechanical and physical principles
312

Resistance to the motion of trains
312

Traction and adhesion
316

Fuel
317

Generation of steam
330

Application of steam
336

Boiler proportions and dimensions
340

Rules and tables for practice
354

Adaptation of locomotives to the movement of trains
360

Classification of engines
371

 
 
PART SECOND.
 
CARS.
 

Wheels and axles
396

Classification of cars
400

Retarding of trains
401

 
 
CHAPTER XV.
 
STATIONS.
 

Classification of buildings
403

Location of buildings
403

Terminal passenger house
403

Terminal freight house
405

Engine house and appurtenances
405

Way passenger and freight house
407

Wood shed and tank
407

 
 
CHAPTER XVI.
 
MANAGEMENT.
 

Organization of employees
413

Duties of employees
415

Number of trains to be used
418

Amount of service of engines
418

Expenses, receipts, profits
420

Express trains
428

Comparative cost of working heavy and light trains
434

Branch roads
436

Reproduction of road and of stock
437

Working railroads by contract
439

Classification of freight
439

Time tables
443

Locomotive registers
444

Electric telegraph
454

New York and Erie Railroad
456

 
APPENDIX.
 

A.—Decimal Arithmetic
459

B.—Algebraic formulæ
461

C.—Weights and measures
464

D.—Value of the Birmingham gauges
465

E.—Locomotive boilers
466

F.—Effect of grades on the cost of working
468

G.—Form for a locomotive specification
471

H.—Relative cost of transport by railroad and by stage
476

I.—Form for experimental trips with locomotives
478

K.—Proper weight for locomotives
479

ДОПОЛНЕНИЯ, ИЗМЕНЕНИЯ И ИСПРАВЛЕНИЯ.

Читателю настоятельно рекомендуется учесть следующие опечатки перед чтением работы. Часть из них представляет собой типографские ошибки, а часть — ошибки в оригинальной рукописи. Единственное оправдание, которое автор может привести в отношении их количества, заключается в том, что, находясь в Миссури, в то время как его издатели находились в Бостоне, он был лишен возможности увидеть хоть один корректурный лист вовремя для его исправления.

Страница 5, строка 7, вместо «499.999» читать «499,999».

— 5, стр. 9, вместо «49.999» читать «49,999».

— 10, стр. 1, вместо «can be» читать «can never be».

— с 12 по 23, в колонтитулах, вместо «reconnoitre» читать «reconnoissance».

— 18, стр. 24, вместо «36.9» читать «36.8».

— 19, стр. 6, вместо «table B» читать «table D».

— 24, стр. 1, вместо «any thing» читать «every thing».

— 25, стр. 17, вместо «horizontal line m m m» читать «line 1, 2, 3» и т. д.

— 26, стр. 2, вместо «land» читать «level».

— 27, стр. 1, вместо «at the place» читать «at the right place».

— 28, стр. 29, вместо «reconnoitre» читать «reconnoissance».

— 30, стр. 3, вместо «A c d B» читать «A C D B».

— 32, стр. 2, точка m на рисунке находится на одно целое деление выше C; она должна быть только на три четверти деления.

— 38, стр. 10 снизу, вместо «276» читать «268».

— 39, стр. 10 снизу, вместо «142.13» читать «143.13»; а в последней строке вместо «58.46» читать «48.46».

— 40, стр. 7, вместо «10310,667» читать «10,277,333».

— 42, стр. 9, вместо «Thus» читать «These».

— 42, стр. 8 снизу, вместо «2°.81 или 2° 48′.6» читать «2°.86 или 2°.51.6».

— 43, стр. 27, вместо «Hencke» читать «Henck».

— 47, 48, 49, for “McCullum,” read “McCallum.”

— 47, стр. 18, вместо «distance» читать «resistance».

— 48, стр. 6, вместо «infringing» читать «impinging»; строка 9, вместо «slacking» читать «shackling»; стр. 8 снизу, вместо «increased» читать «increases».

— 50, стр. 17, вместо «110 + 15.60» читать «110 + 15.62».

— 52, стр. 15, вместо «45.59» читать «45.49»; а также стр. 17, вместо «1132» читать «11.32».

— 58, стр. 10, вместо «of size» читать «and size».

— 58, стр. 5 снизу, вместо «one cent» читать «100 of a cent».

— 61, стр. 3, вместо «are necessary» читать «are not necessary».

— 63, стр. 28, вместо «stretches» читать «stretchers».

— 65, стр. 15, вместо «spanded» читать «spandrel».

— 71, стр. 6 снизу, вместо «left» читать «let».

— 73, стр. 19, вместо «chains» читать «chairs».

— 74, стр. 5, вместо «across ties» читать «on cross-ties».

— 74, стр. 12, вместо «28 inches» читать «27 inches».

— 75, стр. 18, вместо «land» читать «haul».

— 76, стр. 8, вместо «top» читать «bottom», и вместо «charred when» читать «charred where».

— 76, стр. 11, вместо «twopenny» читать «tenpenny».

— 78, стр. 1 и 2, вместо «base» читать «basis».

— 84, стр. 13, вместо «as» читать «or».

— 89, стр. 6, вместо «Whenever» читать «Wherever»; стр. 12, вместо «Letting» читать «Setting».

— 90, стр. 4, вместо «cost» читать «cut».

— 93, стр. 6, вместо «37 and 38» читать «36 and 37».

— 95, стр. 1, вместо «beach» читать «bench»; стр. 3, вместо «to so» читать «so to»; стр. 13, вместо «b being 10 ft. back of 2 is ... 100.00» читать «b being 10 ft. back of 2 is 0.1 ft. higher than 2, or ... 100.10».

— 102, стр. 1, заголовок сред. кол., вместо «Slopes 1¼» читать «Slopes 1½».

— 103, стр. 4 снизу, вместо «and ten feet» читать «and one end ten feet».

— 104, стр. 9, вместо «any» читать «very».

— 108, стр. 9, вместо «Elwood» читать «Ellwood».

— 115, стр. 5, вместо «a loam» читать «a berm»; стр. 16, вместо «a rent» читать «a vent».

— 117, стр. 7, вместо «volcanic» читать «voltaic».

— 117, стр. 9, вместо «Round Drum» читать «Round Down».

— 117, стр. 18, вместо «Col. Puseling» читать «Col. Pasley».

— 118, стр. 2, вместо «Maillefaut» читать «Maillefert».

— 118, стр. 16, вместо «insert» читать «invert».

— 118, стр. 25, вместо «quointed» читать «grouted».

— 119, стр. 30, вместо «furnished» читать «finished».

— 120, в таблице вместо «Nochistingo» читать «Nochistongo»; вместо «Supperton» читать «Sapperton»; и вместо «Black Rock, W. S.» читать «Black Rock, U. S.».

— 121, стр. 19, вместо «Belchingly» читать «Blechingly».

— 125, в таблице внизу вместо «90 69» читать «90 66», и вместо «140, 20 140, 20 160 or 0.13» читать «111, 20 111, 20 131, or 0.15».

— 126, стр. 1, вместо «extensive» читать «extensile».

— 127, стр. 10, вместо «67,200» читать «65,251».

— 127, стр. 26, вместо «Hodgekinson» читать «Hodgkinson».

— 128, стр. 4, вместо «12000» читать «11000».

— 128, стр. 15 и 22, вместо «Hodgekinson» читать «Hodgkinson».

— 129, стр. 5, вместо «12000» читать «11000».

— 129, стр. 2 снизу, вместо «Sun Wood» читать «Ironwood».

— 130, стр. 7, вместо «WL 2 = 4 Sbd 2» читать «WL = 4 Sbd 2».

— 131, стр. 9, вместо «wood 143» читать «wood 133».

— 134, в ст. 164 вместо «700» читать «952».

— 136, вместо приведенного там примера поместить следующее:

Span
30 feet,
Whence—
 

Length
34 feet,
Length
34 feet,

Load
10 tons at centre.
Span
30 feet,

 
 
Depth
25½ inches,

 
 
Lower flange
32.58 square inches,

 
 
Upper flange
5.34 square inches,

a = 6 × 10 × 12 × 30

26 × 34 × 12

16 = 32.58

и 32.58 6.1 = 5.34.

— 141, последняя строка, рис. 63 A был опущен; он такой же, как рис. 102, стр. 200, в перевернутом виде.

— 142, последняя строка, вместо «span» читать «spans».

— 146, заголовок кол. 7, вместо «Top Washer» читать «Thickness of Washer».

— 150, после строки 9 следует вставить рис. 67 D и 67 E (стр. 153).

— 151, стр. 3, вместо «W = 2249» и т. д. читать «W = 2240» и т. д.

— 151, стр. 18, вместо «opposite to 31,416, is the diam. 1⅝» читать «opposite to 41,415, is the diam. 1⅞».

— 151, стр. 19, вместо «1⅝» читать «1⅞».

— 154, последняя строка, вместо «tubular» читать «tabular».

— 156, стр. 4 снизу, вместо «washer band» читать «washer used».

— 164, стр. 10 по 14 включительно. Первое число отношений должно быть 20 вместо 15.

— 166, стр. 11, вместо «69 B» читать «69 A».

— 171, заголовок кол. 5 таблицы, вместо «Rod of Arch» читать «Rad. of Arch».

— 173, стр. 25, вместо «ability» читать «stability».

— 173, стр. 32, вместо «Whence» читать «Where».

— 175, стр. 8, вместо «triangular» читать «diagonal».

— 178, стр. 3, вместо «article» читать «outside».

— 184, стр. 4 снизу, вместо «barriers» читать «voussoirs».

— 187, рис. 96 перевернут; а также рис. 97, стр. 188, и рис. 98, стр. 189.

— 193, стр. 4, кол. 3 таблицы, вместо «.00000675» читать «.00000685»; а также стр. 16, кол. 5, вместо «straining» читать «shearing»; стр. 7 снизу, вместо «15,000» читать «18,000»; и стр. 6 снизу, вместо «75,000» читать «105,000».

— 199, стр. 7 снизу, вместо «20,132» читать «20,312».

— 200, стр. 4, вместо «A C» читать «A G»; и стр. 6, вместо «that on A R» читать «that on A K».

— 202, стр. 7, вместо «on page 193» читать «on page 138».

— 204, стр. 5 снизу, вместо «varied line» читать «versed sine».

— 207, стр. 5 и 6, вместо «F G, G E, in place of E F, E C» читать «G L, G E, in place of F L, F C».

— 210, вместо «f′ = π F 4 ph» вставить «D = √ ¾[ V 2 – d 2 ] – √ ¾[ l 2 – d 2 ].

where D = depression,

l = half length of curve before elongation,

V = half length of curve after elongation,

d = half distance between points of suspension.” Omit the remainder of the paragraph.

— 211, опустить 6-ю и 7-ю строки, и вместо приведенной там формулы использовать формулу на стр. 210 (с исправлениями), где V — длина полукривой в удлиненном от нагрева, а не от натяжения виде; причем удлинения как от нагрева, так и от натяжения определяются по таблице на стр. 193.

— 212, стр. 2, вместо «510.69» читать «510.80», каковой результат, разумеется, проходит через весь пример.

— 213 и 214. Замечания в разделе «Закрепление кладки» очевидно неверны повсеместно: во-1х, все натяжение следует делить на два, а не на четыре, так как половина общего натяжения действует в каждой точке подвеса; во-2х, не следует делать никаких поправок на направление тягового усилия. Половина натяжения составляет 3 321 250 фунтов, чему противостоит колонна кладки объемом 3 321 250 / 160 = 20 758 кубических футов, или 20 × 20 × 52 фута, либо масса размером 15 × 15 × 91 фут.

— 214, стр. 6, вместо «561,527» читать «562,542».

— 215, стр. 14 снизу, вместо «STIFFENING TOWERS» читать «STIFFENING TRUSSES».

— 225, стр. 14, вместо «194» читать «193».

— 226, стр. 3, вместо «see page 128» читать «see page 193».

— 227, стр. 4, вместо «detensional» читать «detrusional».

— 228, вместо уравнений на стр. 16 вставить «R × a = R′ × (2 d × t)».

whence d = R × a

2R′ × t;

where a = area of rivet,

d = distance,

t = plate thickness.

— 229, в ст. 242 прочность «ковкого железа» была принята как прочность «котельного железа»; то есть 11 000 вместо 7 500 и 15 000 вместо 12 740, что неверно.

— 231, стр. 21, вместо «chopped» читать «dropped».

— 234, стр. 4, вместо «joint» читать «just».

— 235, стр. 14, вместо «0.016 feet» читать «0.047 feet».

— 236, стр. 9, вместо «care» читать «ease».

— 237, стр. 3 снизу, вместо «representing» читать «separating».

— 241, стр. 2, вместо «localities» читать «locality».

— 242, стр. 7, опустить «and c e, the parapets».

— 243, стр. 9, вместо «embankment» читать «abutment».

— 244, стр. 9, вместо «is thus» читать «is found thus».

— 245, стр. 17, вместо «latter» читать «batter».

— 249, стр. 23, вместо «common hydraulic» читать «common mortar, hydraulic».

— 249, стр. 27, вместо «argyle magnesia» читать «argil, magnesia».

— 251, стр. 16, вместо «7½ to 2» читать «1½ to 2».

— 254, последняя стр., вместо «corners» читать «courses».

— 256, стр. 13, вместо «formed» читать «found».

— 258, ст. 276, вместо «20 2 × 15 × 1 × 100 × 20 3» подставить «20 × 15 × 1 × 100 × 2 × 20 3», где 2 представляет отношение между C a 6 и 6–2; таким образом, 20 × 15 × 1 × 100 × 6.6 12 × 20 3 = 111 111 для опрокидывающего усилия вместо 100 000. Опрокидывающее усилие столь велико потому, что было принято, будто максимальный вес земли давит на стену всей своей силой без учета трения. На практике установлено, что для стен, удерживающих обычный грунт, вполне достаточна толщина, равная 4/10 высоты.

— 262, предпоследняя стр., вместо «superstratum» читать «substratum».

— 264, в примере, стр. 5, вместо «26,667» читать «48,000».

— 266, стр. 25, вместо «Godwin» читать «Goodwin».

— 266, стр. 26, вместо «There, sands» читать «These sands».

— 267, стр. 22, вместо «bottom» читать «proper level».

— 281, стр. 4 снизу, вместо «curve» читать «cone».

— 282, стр. 20, вместо «Daniel» читать «David».

— 282, стр. 4 снизу, вместо «cup» читать «cap».

— 284, стр. 10 и 285, стр. 8, вместо «compressed rails» читать «compound rails».

— 285, стр. 5, вместо «extension» читать «extensile».

— 289, инвертировать столбец 1 таблицы так, чтобы читалось следующим образом:

At 100° place the rails in contact.

At 90° at a distance of .00136 feet, or 0.016 inches.

At 80° at a distance of .00272 feet, or 0.032 inches Etc.

— 289, последняя стр., вместо «levelled» читать «bevelled».

— 291, последняя стр., вместо «a c, 4.8» читать «a c, L 8».

— 292, стр. 9, вместо «e h и d k» читать «e L и d k»; на той же стр., стр. 6 снизу, вместо «a, 9 is three, etc.» читать «a b is three» и т. д.

— 293, стр. 6 и 7, вместо «i g, e h, b b, 8, 9, A s 79» читать «i g, e h, a c, b c».

— 296, стр. 14, вместо «R 2 – R – 8 2» читать «R 2 – R – g 2».

— 303, ст. 299, вместо «M. Leguire» читать «M. Seguin».

— 306, стр. 2, вместо «R. R. & G.» читать «R. K. and G.».

— 314, стр. 2, вместо «D. R. Clark» читать «D. K. Clark».

— 320, стр. 1, вместо «Railroad, three pounds (Pennsylvania)» читать «Railroad (Pennsylvania), three pounds».

— 320, стр. 7, вместо «coal» читать «coke».

— 331, ближе к низу, вместо «The area is, therefore,» читать «Площадь, следовательно, составляет».

Sides, twice length, etc.,
read
“Sides, twice length by height, etc.,

Back, twice height, etc.,
 
Back, height by width, etc.,

Front, twice height, etc.,
 
Front, height by width, etc.,

Top, twice length, etc.,”
 
Top, length by width, etc.”

— 334, стр. 15, вместо «44.7 lbs.» читать «14.7 lbs.».

— 335, стр. 7, вместо «Railway Mechanics» читать «Railway Machinery».

— 335, стр. 10, вместо «two velocities» читать «low velocities».

— 336, последняя стр., вместо «entering part» читать «entering port».

— 341, стр. 11, вместо «properties» читать «proportions».

— 341, последняя стр., вместо «Nollan» читать «Nollau».

— 346, стр. 17, вместо «part» читать «port», а вместо «construction» читать «contraction».

— 355, стр. 7, вместо «6300» читать «5170»; и стр. 9, вместо «16,905» читать «15,775».

— 363, стр. 17, вместо «44 × 2 = 80» читать «44 × 2 = 88».

— 363, стр. 18, вместо «54½ × 3 = 103½» читать «54½ × 3 = 163½».

— 367, стр. 16, вместо «15.0 10» читать «15.0 16».

— 368, стр. 15, вместо «u = 135» читать «n = 135» и т. д.

— 370, стр. 7, вместо «feet» читать «per cent».

— 376, вместо «19090» читать «19050».

— 384, в последней части примера вместо «5280 4½ × 3.1416 × 4 = 37300» читать «25 × 5280 4 × 3.1416 × 4 = 37348».

— 421, нижняя строка, вместо «decision» читать «division».

— 423 и 424, в таблице вместо «count» читать «cost».

— 427, стр. 32, вместо «which» читать «we».

— 428, стр. 4, перенести «Dr. Lardner, (1850,)» в конец строки 3.

— 443, стр. 28, вместо «valuation» читать «solution».

— 446, стр. 11, вместо «attained» читать «obtained».

— 459, стр. 20, вместо «Hectametre» читать «Hectometre».

— 459, стр. 21, вместо «Ridometre» читать «Kilometre».

— 461, стр. 7, вместо «less than a, or o» читать «less a, or 0».

— 468, стр. 30, вместо «fractions» читать «functions».

— 474, стр. 18, вместо «Balbett» читать «Babbitt».

— 479, стр. 10, вместо «one sixth, with much less» читать «one sixth; with sand, much less».

HANDBOOK

OF

RAILROAD CONSTRUCTION.

ВВЕДЕНИЕ.

«Строят не просто дороги из земли и камня, как в былые времена, а строят железные дороги: и не довольствуясь лошадьми из плоти, строят железных коней, кои никогда не утомляются и не теряют дыхания». — Д-р Бушнелл.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ.

1. В 1825 году была открыта Стоктон-Дарлингтонская железная дорога (Англия).

В 1827 году были завершены Куинси (штат Массачусетс) и Моч-Чанк (Пенсильвания).

В 1829 году была закончена Ливерпуль-Манчестерская дорога (Англия).

В 1833 году была открыта дорога от Чарлстона (Южная Каролина) до Огасты (Джорджия).

В 1840 году в Бельгии было открыто 190 миль железных дорог.

В 1843 году была завершена железная дорога из Парижа в Руан (Франция).

В 1844 году Бельгия завершила свою сеть протяженностью 347 миль.

В 1846 году Россия открыла железную дорогу от Волги до Дона.

In 1847, Germany had in operation 2,828 miles.

В 1852 году была закончена дорога между Москвой и Санкт-Петербургом.

2. В 1856 году в Соединенных Штатах Америки находилось в эксплуатации 23 000 миль и строилось 17 000 миль железных дорог; на них работало 6 000 паровозов, 10 000 пассажирских и 70 000 грузовых вагонов; общая стоимость составила около 750 000 000 долларов; ежегодный пробег поездов составлял 114 000 000 миль, а перевозки достигали 123½ миллиона пассажиров и 30 миллионов тонн грузов в год; при этом пассажирооборот составил 4 750 000 000 миль, а грузооборот — 3 000 000 000 тонно-миль.

3. Под милевой работой (пробегом) понимается произведение пройденных миль на перевезенные тонны или пассажиров. Так, 500 человек, перевезенных на 100 миль, и 750 человек, перевезенных на 75 миль, дают пассажирооборот в...

500 × 100 + 750 × 75 = 106,250.

4. Темпы развития в Соединенных Штатах были следующими:

In 1828,
there were 3 miles.

In 1830,
41 miles.

In 1840,
2,167 miles.

In 1850,
7,355 miles.

In 1856,
23,242 miles.

В настоящее время, на 1 января 1857 года, насчитывается, вероятно, в круглых цифрах 25 000 миль завершенных дорог, то есть достаточно, чтобы опоясать весь земной шар. По соотношению протяженности законченных дорог к численности населения, а также по фактической длине эксплуатируемых железных дорог Соединенные Штаты опережают любую другую страну.

ВЛИЯНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ.

5. Эффект от продуманной системы железных дорог для любого сообщества заключается в увеличении потребления и стимулировании производства сельскохозяйственной продукции; в более равномерном распределении населения, установлении баланса между спросом и предложением, а также в увеличении объемов и безопасности путешествий. Утверждается, что в течение двух лет после открытия Нью-Йоркской и Эриенской железной дороги она перевозила больше сельскохозяйственной продукции, чем составляло все ее количество, выращиваемое на всей прилегающей территории до постройки дороги.

6. Следующая таблица, вырезанная из газеты Чикаго, показывает влияние железнодорожных перевозок на стоимость зерна на этом рынке:

Wheat.
Corn.

By R. R.
By Wagon.
By R. R.
By Wagon.

At market,
$49.50
$49.50
$25.60
$25.60

10 miles,
49.25
48.00
24.25
23.26

50 miles,
48.75
42.00
24.00
17.25

100 miles,
48.00
34.50
23.25
9.75

150 miles,
47.25
27.00
22.50
2.25

200 miles,
46.50
19.50
21.75
0.00

250 miles,
45.75
12.00
21.00
0.00

300 miles,
45.00
4.50
20.25
0.00

330 miles,
44.55
0.00
19.80
0.00

Таким образом, тонна зерна, перевезенная гужевым транспортом на двести миль, обходится дороже, чем выручает на рынке; в то время как при перевозке по железной дороге она стоит 21,75 доллара за тонну. Также пшеница не выдерживает гужевой перевозки на триста тридцать миль; в то время как при перемещении на такое расстояние по железной дороге она стоит 44,55 доллара за тонну.

7. Благодаря железным дорогам крупные города снабжаются свежим мясом и овощами, маслом, яйцами и молоком. Нездоровый рост плотности населения предотвращается за счет предоставления возможности деловым людям жить в пяти, десяти или пятнадцати милях от города и тем не менее вести там дела. Степень такого расселения пропорциональна квадрату скорости перевозки. Если человек идет пешком со скоростью четыре мили в час, и предполагая, что на дорогу от дома до места работы уходит один час, он не может жить на расстоянии более четырех миль от своей работы. Площадь, таким образом, в пределах которой можно жить, представляет собой круг, радиус которого равен четырем, диаметр — восьми, а площадь — пятидесяти с четвертью квадратным милям. Если на лошади можно передвигаться со скоростью восемь миль в час, диаметр становится равным шестнадцати милям, а площадь — двумстам одной квадратной миле; а если на поезде он движется со скоростью тридцать миль в час, диаметр становится равным шестидесяти милям, а площадь — 2827 квадратным милям. Эффект такого расселения наглядно виден вокруг Бостона (штат Массачусетс). Люди, которые в 1830 году в основном были привязаны к городу, теперь живут в Дорчестере, Милтоне, Дедеме, Роксбери, Бруклайне, Брайтоне, Кембридже, Чарлстауне, Сомервилле, Челси, Линне и Салеме — местах, удаленных на расстояние от двух до тринадцати миль.

8. Как и в случае с другими трудосберегающими (и трудопорождающими) машинами, это нововведение было встречено громкими протестами. Но хотя оно действительно делает некоторые категории труда ненужными и лишает работы некоторых людей, оно создает новую работу в гораздо больших масштабах, чем старая, и дает гораздо больше, чем отнимает. Двадцатилетний опыт показывает, что снижение стоимости перевозок по железной дороге неизменно увеличивает объем совершаемой торговли, причем в гораздо большей пропорции, чем уменьшение затрат. По оценкам д-ра Ларднера, для осуществления одних только пассажирских перевозок, имевших место в Англии в течение 1848 года, потребовалось бы 300 000 лошадей, ежедневно работающих в дилижансах. Также на основе достоверных данных делается вывод, что если бы все пассажиры, перевезенные по железной дороге, могли быть перевезены дилижансами, избыток затрат при таком способе по сравнению с железной дорогой составил бы 40 000 000 долларов.

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕШЕСТВИЙ.

9. Если мы знаем, что за определенное время общее расстояние, пройденное пассажирами, составило 500 000 миль, и что за это время произошел один несчастный случай со смертельным исходом, отсюда следует, что когда человек проезжает одну милю, вероятность потерять жизнь составляет 499 999 к одному. Если он проезжает десять миль, вероятность составляет 49 999 к одному, или в десять раз больше шансов столкнуться с потерей жизни; и в целом вероятность несчастного случая пропорциональна пройденному расстоянию. В 1855 году общее количество миль, пройденных пассажирами в Соединенных Штатах, составило в круглых цифрах 4 750 000 000, при этом погибло сто шестнадцать человек; или примерно один на каждые 41 000 000. (Коэффициент в Англии составляет один на каждые 65 000 000.) Теперь, если на каждые 400 000 миль, пройденных пассажирами дилижансов (расстояние, равное шестнадцати поездкам вокруг земного шара), погибал один пассажир, и если бы весь объем железнодорожных перевозок мог быть выполнен дилижансами, ежегодно терялось бы 11 875 жизней; то есть в сто раз больше числа людей, ежегодно теряемых на железной дороге. Таким образом, путешествовать по железной дороге в сто раз безопаснее, чем на дилижансе. Опасность путешествий на пароходе гораздо выше, чем на дилижансе.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ.

10. Первым шагом при запуске железнодорожного предприятия является выбор совета директоров (временного), в обязанности которого входит выяснение всего возможного о коммерческом, финансовом и сельскохозяйственном характере пересекаемой местности. Определение по возможности точной способности региона построить дорогу и содержать ее; а также получение необходимых законодательных актов.

11. Определение роста трафика, который, как можно ожидать, вызовет дорога, является сложной задачей. Существует немного правил для проведения такого исследования. Кажется очень простым доказать на основе опыта работы других дорог, что любой проект будет прибыльным.

В кратком изложении недавно опубликованного отчета делается попытка доказать, что дорога принесет сорок пять с половиной процентов чистой прибыли; причем эксплуатационные расходы принимаются всего в тридцать с половиной процентов от валового дохода. Ошибка здесь заключается в том, что эксплуатационные расходы занижены, так как немногие дороги в стране эксплуатировались при затратах менее сорока процентов; более распространенным соотношением является пятьдесят сотых от валового дохода.

И половины железных дорог не строится в рамках первоначальной сметы. В редких случаях закладывалась достаточная поправка на убытки при реализации ценных бумаг компаний. Все общие указания, которые можно дать относительно определения будущих доходов, сводятся к тому, чтобы поддерживать смету расходов на строительство и эксплуатацию на высоком уровне, а смету предполагаемого трафика — на низком; однако не настолько низком, чтобы это требовало строительства слишком облегченной дороги.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ДВИЖЕНИЯ.

12. Превосходство, которым современная железная дорога обладает над обычной грунтовой, макадамовской, дощатой или платёжной дорогой, заключается, во-первых, в снижении сопротивления движению и, во-вторых, в применении паровоза.

13. Влияние уклонов определенной крутизны на железной дороге относительно больше, чем на обычных дорогах; ибо по мере того как абсолютное сопротивление на горизонтальном участке уменьшается, относительное сопротивление уклонов возрастает: откуда следует, что для получения полной выгоды от системы мы должны гораздо сильнее уменьшать уклоны и кривизну на железной дороге, чем на обычной дороге. Например, если сопротивление перемещению одной тонны по горизонтальному участку на железной дороге составляло десять фунтов, а на обычной дороге сорок фунтов, то там, где на первой допускался бы уклон в двадцать три фута, на второй мы могли бы использовать подъем в девяносто три фута на милю.

14. Сопротивление движению железнодорожных поездов быстро возрастает со скоростью; откуда уклоны пассажирской дороги, где используется высокая средняя скорость, могут быть круче, чем у дороги, выполняющей преимущественно грузовые перевозки.

1. См. главу XIV.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДОРОГИ.

15. От правильного представления о том, какой должна быть дорога, в значительной степени зависит ее успех. Количество капитала, затрачиваемого на приведение естественной поверхности в соответствие с требованиями, зависит от ожидаемого объема перевозок. При неизменном трафике: чем больше капитал, затраченный на уменьшение уклонов и кривизны, тем меньше будут эксплуатационные расходы; и чем меньше строительный капитал, тем больше потребуется капитала на содержание. Предел расходов должен быть таким, чтобы сумма строительного капитала и капитала на содержание была минимальной.

Негативное влияние уклонов на стоимость содержания и эксплуатации железных дорог не так велико, как многие полагают. Из общих затрат на эксплуатацию только около сорока процентов можно отнести на тяговое усилие; и из этого не более шестидесяти двух процентов зависят от уклонов.

2. См. приложение F.

16. Степень кривизны, допускаемая на любой дороге, в некоторой степени зависит от скоростей, с которыми должны ходить поезда. Чем больше радиус кривизны, тем выше может быть скорость; в то же время возвышение внешней рельсовой нити на кривых может быть меньше, и поэтому оно более приспособлено для грузовых поездов. Высокие скорости считаются на некоторых конкурирующих дорогах необходимыми, но даже в таких случаях они являются необходимым злом. Износ вагонов и локомотивов, верхнего строения пути и мостов возрастает в быстрой прогрессии со скоростью. Максимальная скорость для грузовых поездов никогда не должна превышать пятнадцати миль в час, а для пассажирских — от двадцати до двадцати пяти миль в час.

3. См. главу XVI.

17. Сельскохозяйственный характер местности и ее экономико-географическое положение определят характер перевозок — пассажирские или грузовые, а также их объем. Объем и характер перевозок ограничат кривизну и частично определят расположение уклонов.

КОЛЕЯ.

18. Вопрос о широкой и узкой колее вызвал много дискуссий, и оба направления имеют среди своих сторонников одних из лучших инженеров. Узкая колея (американская и английская) составляет четыре фута восемь с половиной дюймов (между внутренними гранями головок рельсов). Принятый максимум составляет (Великая западная железная дорога Англии) семь футов. Американский максимум (Нью-Йоркская и Эриенская, а также Огайо-Миссисипская железные дороги) составляет шесть футов. В Америке также применяются колеи четыре фута десять дюймов, пять футов и пять футов шесть дюймов. Преимуществом широкой колеи для дороги с интенсивным движением является увеличенное пространство для размещения грузов в грузовых вагонах, что делает возможным использование более коротких поездов, благодаря чему тяговое усилие применяется на кривых более непосредственно. Более комфортабельные пассажирские вагоны (вагон той же длины, разумеется, вмещает то же количество пассажиров). Недостатками широкой колеи являются: возросшие расходы на выемки, насыпи, мосты и каменную кладку; возросшая стоимость локомотивов, вагонов, рельсов, шпал и всего оборудования; больший износ на кривых из-за большей разницы между длиной внутреннего и внешнего рельсов, а также повышенное аэродинамическое сопротивление быстрых поездов из-за увеличенных габаритов.

19. Общий вывод, к которому пришла комиссия, назначенная Компанией Великой западной железной дороги (Англия), состоящая из господ Николаса Вуда, Дж. К. Брунеля и Джона Хокшоу, сводился к следующему: четыре фута восемь с половиной дюймов являются довольно узкой колеей, но все же достаточной для определенного класса дорог; два или три дюйма не имеют существенного значения; семь футов — слишком широкая колея для любой дороги; вес паровоза широкой колеи по сравнению с небольшим увеличением мощности является серьезным недостатком; паровозы могут эксплуатироваться с абсолютной безопасностью на узкой колее при любой скорости от тридцати до шестидесяти миль в час, и на широкой колее не было достигнуто больших показателей; сопротивление качению было меньше на широкой колее за счет увеличенного диаметра колес, но сопротивление от кривых и аэродинамическое сопротивление оказывались выше.

20. Д. К. Кларк в книге «Railway Machinery» (стр. 300, 301) указывает, что сопротивление, полученное на основе экспериментов, проведенных как для колеи четыре фута восемь с половиной дюймов, так и для колеи семь футов, значительно больше для первой, чем для второй; однако, поскольку испытания узкой колеи проводились на участке с кривыми, при плохом состоянии рельсов и в умеренную погоду, в то время как испытания широкой колеи проводились в хорошую погоду на хорошем и прямом участке пути, он оставляет вопрос о ширине колеи открытым и использует одну и ту же формулу для всех вариантов ширины.

21. Недостаток увеличенной мощности может служить оправданием для расширения колеи лишь до тех пор, пока не исчерпана пропускная способность узкой колеи. Самые мощные паровозы в мире работают на колеи четыре фута восемь с половиной дюймов. Никакие паровозы в Америке не превосходят по абсолютной силе и не идут ни в какое сравнение с паровозами Балтиморской и Огайской железной дороги. Самый мощный пассажирский паровоз из когда-либо построенных для высоких скоростей — это паровоз Крэмптона «Ливерпуль» (Лондонская и Северо-Западная железная дорога, Англия) с колеей четыре фута восемь с половиной дюймов.

ОБЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРШРУТА.

22. Прямая и горизонтальная линия, соединяющая любые две точки, безусловно, является наилучшей для готовой дороги, однако это осуществимо редко. Промежуточные города должны быть охвачены обслуживанием до определенной степени, но главная линия не должна удлиняться по этой причине, если только трафик и капитал, предоставляемые таким городом, не достаточны не только для покрытия затрат на строительство и содержание дополнительного протяжения, но и для пропуска всего транзитного движения через это увеличенное расстояние. Если город не способен выдержать такое бремя, он может оказаться в состоянии построить ответвление и содержать его.

23. Трассы, проложенные непосредственно по берегу крупного водотока, как правило, пересекаются большим количеством глубоких оврагов, которые служат для дренажа прилегающих земель.

24. Трассы, проложенные на наклонной местности, когда ось дороги и естественный уклон перпендикулярны друг другу, более подвержены оползням, чем трассы на плато или в речных долинах («боттомах»).

25. Линии, пересекающие водораздельные хребты различных бассейнов, имеют значительные подъемы и спуски, что делает необходимым использование мощной тяги для эксплуатации дороги. Такими дорогами являются Западно-Массачусетская дорога, проходящая от долины Коннектикута у Спрингфилда до долины реки Гудзон у Гринбуша, а также дороги, пересекающие Аллеганские горы. К их числу будет относиться и Тихоокеанская дорога, пересекающая сначала Скалистые горы до Большого бассейна, а затем Сьерра-Неваду в долину Сакраменто.

ГЛАВА I.
РЕКОГНОСЦИРОВКА.

26. Цель рекогносцировки состоит в том, чтобы приблизительно определить место для дороги (т. е. с точностью до половины мили), выявить общую форму местности и выбрать тот участок, который с учетом предполагаемого движения обеспечит наилучшие уклоны; определить высоты вершин на конкурирующих направлениях и, наконец, подготовить почву для изысканий.

ОБЩАЯ ТОПОГРАФИЯ.

27. Общую топографию местности можно выяснить по картам штатов, где таковые имеются, а при их отсутствии — путем объезда района. Направление и размеры водотоков сразу покажут расположение вершин.

Рис. 1.

28. Вода, текущая так, как показано на рис. 1, указывает на падение от B к E, а также на поперечные склоны от a a и c c к d d.

Рис. 2.

29. На рис. 2 показан пересеченный хребет a a a, с которого вода стекает в обоих направлениях; вообще же истоки водотоков указывают на возвышенности.

Рис. 3.

30. Если требуется соединить точки A и D железной дорогой (рис. 3), может оказаться лучше пройти сразу из A через B и C, чем следовать по водотокам F E, F′ E′. При последнем маршруте дорога будет подниматься на всем протяжении от A до E и спускаться от E′ до D. При первом маршруте, даже если требуются крутые уклоны для подъема от A до B и спуска от C до D, все же если участок B C представляет собой плато, а подъем между A и B равен подъему между A и E, сгруппировав уклоны в точках B и C, мы можем так приспособить тяговое усилие, чтобы провести тот же поезд от A до D без расформирования. Общее расположение уклонов для линии A B C D будет соответствовать рис. 4, а для A F E E′ F′ D — рис. 5. Выигрыш в данном случае достигается за счет длины, поскольку для преодоления заданного подъема требуется одинаковое количество энергии.

Рис. 4.

Рис. 5.

31. Долины, как правило, поднимаются гораздо круче ближе к своему истоку, чем в любой точке ниже по течению; кроме того, ширина увеличивается по мере приближения к устью. На рис. 6 показаны поперечные сечения долины от ее истока до устья.

Рис. 6.

32. В случае параллельных долин, идущих в одном направлении, форма будет такой, как на рис. 7. Пусть 1 2, 1 2 и т. д. обозначают исходный уровень, или горизонтальную плоскость, проходящую через самую низкую точку. Линия a b показывает высоту дна в точке B, c d — в точке D, e f — в точке E, а g h — в точке C. Ломаные линии i, k, l, m, n показывают общую форму местности. Теперь для маршрута m m m m от A до Ф мы имеем профиль m m m m (рис. 8), для n n n n — профиль n n n n, а для o o o — профиль o o o.

Рис. 7.

Рис. 8.

Рис. 9.

33. В случае параллельных долин, идущих в противоположных направлениях, как на рис. 9, мы имеем форму, показанную там же, а профили, соответствующие различным линиям, приведены на рис. 10. Поскольку при прочих равных условиях мы всегда должны выбирать линию с наименьшими подъемами и спусками, очевидно, какую именно линию на плане мы должны преследовать.

Рис. 10.

34. Переходя от A к B (рис. 11 и 12) по различным линиям c, d, e, f, мы получаем профили, показанные для c, d, e, f, откуда следует, что чем ближе к истокам водотоков мы пересекаем местность, тем меньше разница высот.

Рис. 11.

Рис. 12.

Рис. 12 (a).

35. Если мы хотим пройти из A в B (рис. 12 (a)), мы, конечно, должны сначала выбрать прямую линию; но будучи вынуждены обойти холм C, по прибытии в d мы не должны пытаться вернуться на эту линию в точке e, а должны следовать прямо к B. Также, поскольку мы обязаны пройти через d, нам следует идти прямо к d, а не в обход через c; и то же соображение повторяется между A и d, причем последней линией будет A b d B. При выборе маршрутов можно дать лишь немногие правила. Только практика позволит инженеру найти наилучшее положение для железной дороги.

БАРОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ.

36. Относительную высоту вершин, скорость падения водотоков и абсолютную отметку с точностью до нескольких футов можно легко, быстро и дешево определить с помощью барометра. Это также дает отличную проверку для последующих нивелировочных работ. Полученные таким образом результаты основаны на физическом свойстве, согласно которому плотность воздуха уменьшается обратно пропорционально квадрату высоты.

37. Барометр представляет собой стеклянную трубку, частично заполненную ртутью, с вакуумом в верхней части. С его помощью определяется точная плотность воздуха в любой точке. К нему прилагаются два термометра: один закрепленный, показывающий температуру барометра, другой отсоединенный, показывающий температуру атмосферы.

38. Зная теперь способ определения плотности воздуха в любых двух точках, а также зависимость между плотностью и высотой, операция нивелирования с помощью барометра становится очень простой.

Способ действия (modus operandi) заключается в следующем (см. таблицы A, B, C и D):—

Запишем данные измерений.

Barom.
Attached Therm.
Detached Therm.

Upper Station,
29.75
28.5
27.9

Lower Station,
26.80
36.8
36.3

 
Latitude 46° N.

We have by table A, against the bar. point,
29.75,
6108.6

also by table A, against the bar. point,
26.80,
5276.6

 
 

The difference
832.0

Diff. of attached therm. 36.8°- 28.5° = 8.3°
(table B)
-12.2

 
 

 
 
819.8

 

Double the sum of detached thermometers multiplied by 1

1000 of 819.8 is
 

2(27.9 + 36.3) × .8198 =
+ 105.3

 
 

 
 
925.1

Correction (see table C) for lat. 46° N. and approximate height 925.1
+ 3.1

 
 

 
 
928.2

Окончательная поправка по таблице D. Показание барометра на нижней станции составляет 26,80, табличное число для 27,56 равно 0,22, а для 26,80 оно составит 0,31, и мы получаем

1000 to .31 as 928.2 to 0.287, or 0.3,

что прибавляем к 928,2 и получаем в качестве окончательной высоты

928.5 metres, or 928.5 × 3.28 = 3045.48 feet.

Упомянутые выше таблицы принадлежат г-ну Олтману и считаются самыми удобными и надежными из всех опубликованных.

TABLE A.
 

English Inches.
Metres.

14.56
418.5

14.61
440.0

14.65
461.5

14.68
482.9

14.72
504.2

14.76
525.4

14.80
546.6

14.84
567.8

14.88
588.9

14.92
609.9

14.96
630.9

15.00
651.8

15.04
672.7

15.08
693.5

15.12
714.3

15.16
735.0

15.20
755.6

15.24
776.2

15.28
796.8

15.31
817.3

15.35
837.8

15.39
858.2

15.43
878.5

15.47
898.8

15.51
919.0

15.55
939.2

15.59
959.3

15.63
979.4

15.67
999.5

15.71
1019.5

15.75
1039.4

15.79
1059.3

15.83
1079.1

15.87
1098.9

15.91
1118.6

15.95
1138.3

15.98
1157.9

16.02
1177.5

16.06
1197.1

16.10
1216.6

16.14
1236.0

16.18
1255.4

16.22
1274.8

16.26
1294.1

16.30
1313.3

16.34
1332.5

16.38
1351.7

16.42
1370.8

16.46
1389.9

16.50
1408.9

16.54
1427.9

16.57
1446.8

16.61
1465.7

16.65
1484.7

16.69
1503.4

16.73
1522.2

16.77
1540.8

16.81
1559.5

16.85
1578.2

16.89
1596.8

16.93
1615.3

16.97
1633.8

17.01
1652.2

17.05
1670.6

17.09
1689.0

17.13
1707.3

17.17
1725.6

17.20
1743.8

17.24
1762.1

17.28
1780.3

17.32
1798.4

17.36
1816.5

17.40
1834.5

17.44
1852.5

17.48
1870.4

17.52
1888.3

17.56
1906.2

17.60
1924.0

17.64
1941.8

17.68
1959.6

17.72
1977.3

17.76
1994.9

17.79
2012.6

17.83
2030.2

17.87
2047.8

17.91
2065.3

17.95
2082.8

17.99
2100.2

18.03
2117.6

18.07
2135.0

18.11
2152.3

18.15
2169.6

18.19
2186.9

18.23
2204.1

18.27
2221.3

18.31
2238.4

18.35
2255.5

18.39
2272.6

18.42
2289.6

18.46
2306.6

18.50
2323.6

18.54
2340.5

18.58
2357.4

18.62
2374.2

18.66
2391.1

18.70
2407.9

18.74
2424.6

18.78
2441.3

18.82
2458.0

18.86
2474.6

18.90
2491.3

18.94
2507.9

18.98
2524.3

19.02
2540.8

19.05
2557.3

19.09
2573.7

19.13
2590.2

19.17
2506.6

19.21
2622.9

19.25
2639.2

19.29
2655.4

19.33
2671.6

19.37
2687.9

19.41
2704.1

19.45
2720.2

19.49
2736.3

19.53
2752.3

19.57
2768.3

19.61
2784.4

19.65
2800.4

19.68
2816.3

19.72
2832.2

19.76
2848.1

19.80
2864.0

19.84
2879.8

19.88
2895.6

19.92
2911.3

19.96
2927.0

20.00
2942.7

20.04
2958.4

20.08
2974.0

20.12
2989.6

20.16
3005.2

20.20
3020.7

20.24
3036.2

20.28
3051.7

20.31
3067.2

20.35
3082.6

20.39
3097.9

20.43
3113.3

20.47
3128.6

20.51
3143.9

20.55
3159.2

20.59
3174.4

20.63
3189.7

20.67
3204.9

20.71
3220.0

20.75
3235.1

20.79
3250.2

20.83
3265.3

20.87
3280.3

20.90
3295.3

20.94
3310.3

20.98
3325.3

21.02
3340.2

21.06
3355.1

21.10
3370.0

21.14
3384.8

21.18
3399.6

21.22
3414.4

21.26
3429.2

21.30
3443.9

21.34
3458.6

21.38
3473.3

21.42
3487.9

21.46
3502.5

21.50
3517.2

21.54
3531.8

21.57
3546.3

21.61
3560.8

21.65
3575.3

21.69
3589.8

21.73
3604.2

21.77
3618.6

21.81
3633.0

21.85
3647.4

21.89
3661.7

21.93
3676.0

21.97
3690.3

22.01
3704.6

22.05
3718.8

22.09
3733.0

22.13
3747.2

22.17
3761.3

22.20
3775.4

22.24
3789.5

22.28
3803.6

22.32
3817.7

22.36
3831.7

22.40
3845.7

22.44
3859.7

22.48
3873.7

22.52
3887.6

22.56
3901.5

22.60
3915.4

22.64
3929.3

22.68
3943.1

22.72
3956.9

22.76
3970.7

22.80
3984.5

22.83
3998.2

22.87
4011.9

22.91
4025.6

22.95
4039.3

22.99
4052.9

23.03
4066.6

23.07
4080.2

23.11
4093.8

23.15
4107.3

23.19
4120.8

23.23
4134.3

23.27
4147.8

23.31
4161.3

23.35
4174.7

23.39
4188.1

23.43
4201.5

23.46
4214.9

23.50
4228.2

23.54
4241.6

23.58
4254.9

23.62
4268.2

23.66
4281.4

23.70
4294.7

23.74
4307.9

23.78
4321.1

23.82
4334.3

23.86
4347.4

23.90
4360.5

23.94
4373.7

23.98
4386.7

24.02
4399.8

24.06
4412.8

24.09
4425.9

24.13
4438.9

24.17
4451.9

24.21
4464.8

24.25
4477.7

24.29
4490.7

24.33
4503.6

24.37
4516.4

24.41
4529.3

24.45
4542.1

24.49
4554.9

24.53
4567.7

24.57
4580.5

24.61
4593.2

24.65
4606.0

24.68
4618.7

24.72
4631.4

24.76
4644.0

24.80
4656.7

24.84
4669.3

24.88
4682.0

24.92
4694.5

24.96
4707.1

25.00
4719.7

25.04
4732.2

25.08
4744.7

25.12
4757.2

25.16
4769.7

25.20
4782.1

25.24
4794.6

25.28
4807.0

25.31
4819.4

25.35
4831.7

25.39
4844.1

25.43
4856.4

25.47
4868.7

25.51
4881.0

25.55
4893.3

25.59
4905.6

25.63
4917.8

25.67
4930.0

25.71
4942.2

25.75
4954.4

25.79
4966.6

25.83
4978.7

25.87
4990.9

25.91
5003.0

25.94
5015.1

25.98
5027.2

26.02
5039.3

26.06
5051.2

26.10
5063.2

26.14
5075.3

26.18
5087.2

26.22
5099.2

26.26
5111.2

26.30
5123.1

26.34
5135.0

26.38
5146.9

26.42
5158.8

26.46
5170.6

26.50
5182.5

26.54
5194.3

26.57
5206.1

26.61
5217.9

26.65
5229.7

26.69
5241.4

26.73
5253.2

26.77
5264.9

26.81
5276.6

26.85
5288.3

26.89
5300.0

26.93
5311.6

26.97
5323.2

27.01
5334.8

27.05
5346.4

27.09
5358.0

27.13
5369.6

27.17
5381.1

27.21
5392.7

27.25
5404.2

27.28
5415.6

27.32
5427.2

27.36
5438.7

27.40
5450.1

27.44
5461.5

27.48
5472.9

27.52
5484.3

27.56
5495.7

27.60
5507.1

27.64
5518.4

27.68
5529.8

27.72
5541.1

27.76
5552.4

27.80
5563.7

27.84
5575.0

27.87
5586.2

27.91
5597.5

27.95
5608.7

27.99
5619.6

28.03
5631.1

28.07
5642.2

28.11
5653.4

28.15
5664.6

28.19
5675.7

28.23
5686.8

28.27
5697.9

28.31
5709.0

28.35
5720.1

28.39
5731.1

28.43
5742.1

28.46
5753.1

28.50
5764.2

28.54
5775.1

28.58
5786.1

28.62
5797.1

28.66
5808.0

28.70
5819.0

28.74
5829.9

28.78
5840.8

28.82
5851.7

28.86
5862.5

28.90
5873.4

28.94
5884.2

28.98
5894.9

29.02
5905.8

29.06
5916.7

29.09
5927.5

29.13
5938.2

29.17
5949.0

29.21
5959.7

29.25
5970.4

29.29
5981.2

29.33
5991.9

29.37
6002.5

29.41
6013.2

29.45
6023.8

29.49
6034.4

29.53
6045.1

29.57
6055.7

29.61
6066.3

29.65
6076.9

29.69
6087.5

29.72
6098.0

29.76
6108.6

29.80
6119.1

29.84
6129.6

29.88
6140.1

29.92
6150.6

29.96
6161.1

30.00
6171.5

30.04
6182.0

30.08
6192.4

30.12
6202.8

30.16
6213.2

30.20
6223.6

30.24
6234.0

30.28
6244.4

30.32
6254.7

30.35
6265.0

30.39
6275.4

30.43
6285.7

30.47
6296.0

30.51
6306.2

30.55
6316.5

30.59
6326.7

30.63
6337.0

30.67
6347.2

30.71
6357.4

30.75
6367.6

30.79
6377.8

30.83
6388.0

30.87
6398.2

30.91
6408.3

30.94
6418.5

30.98
6428.6

31.02
6438.7

31.06
6448.8

TABLE B.
 

Deg.[4]
Met.

0.2
0.3

0.4
0.6

0.6
0.9

0.8
1.2

1.0
1.5

1.2
1.8

1.4
2.1

1.6
2.3

1.8
2.6

2.0
2.9

2.2
3.2

2.4
3.5

2.6
3.8

2.8
4.1

3.0
4.4

3.2
4.7

3.4
5.0

3.6
5.3

3.8
5.6

4.0
5.9

4.2
6.2

4.4
6.5

4.6
6.8

4.8
7.1

5.0
7.4

5.2
7.6

5.4
7.9

5.6
8.2

5.8
8.5

6.0
8.8

6.2
9.1

6.4
9.4

6.6
9.7

6.8
10.0

7.0
10.3

7.2
10.6

7.4
10.9

7.6
11.2

7.8
11.5

8.0
11.8

8.2
12.1

8.4
12.4

8.6
12.6

8.8
12.9

9.0
13.2

9.2
13.5

9.4
13.8

9.6
14.1

9.8
14.4

10.0
14.7

10.2
15.0

10.4
15.3

10.6
15.6

10.8
15.9

11.0
16.2

11.2
16.5

11.4
16.8

11.6
17.1

11.8
17.4

12.0
17.6

12.2
17.9

12.4
18.2

12.6
18.5

12.8
18.8

13.0
19.1

13.2
19.4

13.4
19.7

13.6
20.0

13.8
20.3

14.0
20.6

14.2
20.9

14.4
21.2

14.6
21.5

14.8
21.8

15.0
22.1

15.2
22.4

15.4
22.7

15.6
22.9

15.8
23.2

16.0
23.5

16.2
23.8

16.4
24.1

16.6
24.4

16.8
24.7

17.0
25.0

17.2
25.3

17.4
25.6

17.6
25.9

17.8
26.2

18.0
26.5

18.2
26.8

18.4
27.1

18.6
27.4

18.8
27.7

19.0
28.0

19.2
28.2

19.4
28.5

19.6
28.8

19.8
29.1

20.0
29.4

4. Градусы относятся к термометру Цельсия.

TABLE C.
 

Approximate Height.
0°
15°
40°
55°

200
1.2
1.0
0.6
0.4

400
2.4
2.2
1.4
0.8

600
3.4
3.2
2.0
1.2

800
4.5
4.3
2.8
1.7

1000
5.7
5.3
3.4
2.2

1200
7.0
6.4
4.2
2.6

1400
8.2
7.6
4.8
3.0

1600
9.2
8.8
5.6
3.4

1800
10.4
9.8
6.3
3.8

2000
11.6
11.0
7.0
4.2

2200
12.8
12.1
7.6
4.6

2400
14.0
13.3
8.4
5.1

2600
15.2
14.4
9.2
5.6

2800
16.5
15.6
10.0
6.2

3000
17.7
16.8
10.8
6.6

3200
10.1
18.0
11.5
7.0

3400
20.5
19.3
12.4
7.7

3600
21.8
20.4
13.4
8.2

3800
23.1
21.6
14.3
8.7

4000
24.6
22.9
15.1
9.4

4200
25.9
24.3
15.9
10.1

4400
27.5
25.8
16.9
10.8

4600
28.9
27.1
18.0
11.5

4800
30.4
28.4
19.0
12.1

5000
31.8
29.8
19.9
12.7

5200
33.0
31.0
20.8
13.3

5400
34.3
32.4
21.7
13.9

5600
35.7
33.7
22.6
14.5

5800
37.1
35.0
23.6
15.1

6000
38.5
36.3
24.6
15.7

TABLE D.
 

Barometrical Height
Metres

15.75
1.71

17.72
1.39

19.68
1.11

21.65
0.86

23.62
0.63

25.59
0.42

27.56
0.22

29.53
0.03

ГЛАВА II.
ИЗЫСКАНИЯ.

ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА.

39. Топографическое черчение включает в себя все, что относится к точному изображению на бумаге любого участка местности: характер обработки земель, дороги, границы городов, округов и штатов, а также все остальное, встречающееся в природе. Однако съемка, необходимая при изысканиях железных дорог, охватывает не все это, а лишь изображение водотоков и неровностей земли в пределах зоны, влияющей на дорогу, — пожалуй, по 500 футов с каждой стороны от линии. Составление таких планов заключается в прочерчивании нерегулярных линий, образованных пересечением естественной поверхности системой горизонтальных плоскостей на вертикальном расстоянии в пять, десять, пятнадцать или двадцать футов в зависимости от требуемой точности.

Рис. 13.

40. Предположим, мы хотим изобразить на горизонтальной поверхности прямой конус. Основание m m (рис. 13) показано кругом, диаметр которого равен m, m. Если конус пересечь горизонтальными плоскостями a a, b b, c c, то пересечение этих плоскостей с конической поверхностью на плане будет показано кругами a, b, c. Чем меньше мы делаем горизонтальные расстояния на плане между окружностями, тем меньше будет и вертикальное расстояние между плоскостями.

Желая найти отметку любой линии, имеющейся на плане, например 1, 2, 3, 3, 2, 1, нам нужно лишь найти пересечение вертикалей, проведенных через точки 1, 2, 3, 3, 2, 1, и линий высот a a, b b, c c; это дает нам кривую 4, 5, 6, 7, 6, 5, 4.

Рис. 14.

41. Далее, на рис. 14 конус наклонный, из-за чего круги на плане становятся эксцентричными и эллиптическими. Задав линию 1, 2, 3, как и раньше, мы находим ее на проекции тем же способом.

42. В сечении правильных и сплошных фигур горизонтальные и вертикальные проекции также являются правильными и сплошными; но на неровной поверхности, такой как земля, линии становятся весьма нерегулярными.

Предположим, мы хотим показать на плане холм, план которого представлен на рис. 15, а сечения — на рис. 16, 17 и 18. Пусть AD будет профилем (построенным с помощью нивелира) линии AD на плане (рис. 15), B E — профилем линии B E, а C F — профилем линии C F.

Рис. 15.

Рис. 16.

Рис. 17.

Рис. 18.

Чтобы построить план по профилям, действуйте следующим образом:—

Пересеките каждый из профилей горизонтальными плоскостями a a, b b, c c, d d, расположенными на одинаковом вертикальном расстоянии друг от друга. На профиле A D (рис. 18) опустите вертикаль на базовую линию из каждого пересечения a, b, c, d, d, c, b, a. Отложите теперь на плане отрезки A 1, 1 2, 2 3, 3 4 и т. д., равные таковым на профиле. Затем проведите на плане линию B E в нужном месте и под правильным углом к A D; определив расстояния B 1, 1 2, 2 3 и т. д., как и раньше, перенесите их на линию B E на плане. Действуйте тем же образом с линией C F.

Точки a a a, b b b, c c c очевидно находятся на одинаковой высоте над основанием на профилях, откуда пересечения этих линий с линией поверхности или 1 1 1, 2 2 2, 3 3 3 и т. д. на плане также находятся на одинаковой высоте над основанием; и ломаная линия, проведенная через точки 1 1 1 или 2 2 2, покажет пересечение горизонтальной плоскости с естественной поверхностью.

Когда, как в точке A, мы наблюдаем контурные линии близко друг к другу, мы делаем вывод, что местность крутая. А когда расстояния велики, как в точках 6, 7, 8, мы знаем, что земля понижается полого. Это хорошо видно как на плане, так и на профиле.

Рис. 15.

Имея теперь топографический эскиз (рис. 15), мы можем легко вывести из него профиль в любой точке. Если нам нужен профиль G E на плане по произвольной линии G E (рис. 19), мы откладываем G 1, 1 2, 2 3, 3 4 и т. д., равные тем же расстояниям на плане. Из этих точек проводим вертикали, пересекающие горизонтали a a, b b, c c; и наконец, через точки пересечения проводим ломаную линию (линию поверхности или профиль) a, b, c, d, d, c, b, a. Таким образом мы видим, какое полное представление о местности дает правильный топографический эскиз.

Рис. 19.

43. Полевые наброски для железнодорожных работ обычно делаются на глаз. Полевая книжка разграфлена на квадраты, представляющие по сто футов каждый. Когда нам требуется более точный эскиз, чем тот, который дает этот метод, мы можем разбить местность на поперечные профили либо с помощью мерных лент, либо нивелиром.

Составив очень подробную карту по результатам изысканий и дополнив ее эскизами такого рода, можно выполнить трассирование на бумаге, а затем перенести его на местность.

До сих пор мы имели дело только с одной вершиной; но порядок действий абсолютно тот же применительно к группе или цепи холмов или к любому участку местности.

44. Как правило, пересечения горизонтальных плоскостей с естественной поверхностью (горизонтали) вогнуты по отношению к низким участкам в понижениях и выпуклы по отношению к низким участкам на отрогах и возвышенностях. Так, в точках B B B b b (рис. 20) на отрогах мы имеем линии, выпуклые по отношению к водотоку, а в ложбинах c c c линии вогнуты по отношению к тальвегу.

45. Обнаружив в результате рекогносцировки примерное положение дороги, мы приступаем к проложению пробной линии с помощью буссоли. При этом мы выбираем кажущееся наилучшим место, разбиваем пикетажом ось, строим ее профиль и зарисовываем топографию слева и справа.

Рис. 20.

Рис. 21.

Рис. 22.

Предположим, что в результате этого мы получили план и профиль, показанные на рис. 21 и 22, где A a a B является профилем линии A C D B на плане. Самая низкая линия долины, хотя и с довольно умеренным уклоном вначале от A до C, поднимается довольно круто от C до вершины; и по мере увеличения крутизны горизонтали сближаются.

Теперь для того, чтобы линия могла подниматься равномерно от A до вершины, горизонтальные расстояния между горизонталями должны быть равными; это равенство достигается за счет того, что изысканная линия пересекает горизонтали под прямым углом в точках 1, 2, 3, 4 и наклонно — в точках 5, 8, 10. Таким образом мы получаем профиль A 5 5 B.

Рис. 23 и 24.

46. Имея данные плана и профиля (рис. 23 и 24), на которых A C D B представляет собой ложе водотока в профиле, если бы потребовалось нанести равномерно наклонную линию A m m B на план, мы должны были бы действовать следующим образом. Возьмите горизонтальное расстояние A m с профиля и, используя точку A (на плане) в качестве центра, опишите дугу 1, 3. Точка m на профиле очевидно находится на три четверти деления выше дна водотока. Таким образом, на плане мы должны прочертить дугу 1, 3, пока не дойдем до точки a, которая находится на расстоянии трех четвертей от b c, считая от b. Далее, m′ находится на девять с половиной делений выше m. Из точки a с радиусом m n на профиле опишите дугу 4, 5, 6. Теперь, поскольку на профиле при переходе от m к m′ мы пересекаем девять горизонталей и выходим на десятую в точке m′, то и на плане мы должны пересечь девять горизонталей и выйти на десятую, и одновременно на дугу 4, 5, 6.

Действуя таким образом, мы находим на плане точки A, a, b, B, соответствующие точкам A m m′ B на профиле.

Чтобы задать подобным образом любой конкретный руководящий уклоноуказатель, мы должны сначала поместить его на профиль, а затем перенести на план.

47. Можно запомнить в качестве общего правила, что наиболее крутой является та линия, которая пересекает горизонтали под прямыми углами; сама горизонталь является линией нулевого уклона, и варьируя между этими пределами, мы изменяем крутизну подъема.

ОБЩЕЕ УСТАНОВЛЕНИЕ УКЛОНОВ.

48. Многое написано о соотношении, которое должно существовать между максимальным уклоном и направлением движения. Некоторые предлагали формулы для определения величины и направления уклонов в зависимости от мощности тяги. Это кажется зашедшим слишком далеко, так как характер местности и характер перевозок обычно определяют их заранее.

49. Между двумя пунктами, имеющими одинаковую абсолютную высоту, должно быть как можно меньше подъемов и спусков.

50. Между точками с различными отметками у нас, по возможности, не должно быть подъемов во время спуска и, следовательно, спусков во время подъема.

51. Некоторые инженеры весьма положительно высказываются в пользу протяженных горизонтальных участков и коротких, но крутых уклонов. Бывают случаи, когда инерция, приобретенная на одном уклоне или на горизонтальном участке, помогает поезду преодолеть следующий подъем. Расстояние на подъеме, в течение которого сохраняется действие инерции, невелико. Поезд при спуске по уклону не получает постоянного увеличения полезного импульса, а достигает определенной скорости, при которой благодаря возросшему сопротивлению и дополнительному действию силы тяжести движение становится почти равномерным. До этой точки приобретенный импульс полезен, но не далее.

Поскольку любая дорога делится на локомотивные участки, участок, выделенный для каждого отдельного паровоза, должен быть таким, чтобы требовать по возможности постоянного расхода энергии; то есть один участок или пробег одного паровоза не должен включать длинные горизонтальные участки и крутые уклоны. Если паровоз может везти груз на уклоне в шестьдесят футов, он окажется излишне тяжелым для экономичной работы с тем же грузом на горизонтальном участке. Лучше всего сгруппировать все неизбежно крутые уклоны в одном месте, а также легкие участки дороги; тогда путем правильного подбора локомотивов затраты на тягу можно снизить до минимума.

Что касается длинных горизонтальных участков и коротких уклонов, для преодоления заданного подъема требуется та же мощность, однако в средствах, используемых для преодоления этого подъема, может быть существенная разница.

Рис. 25.

52. Предположим, у нас есть профили A E D и A B D (рис. 25). Сопротивление от A до D на непрерывном уклоне в двадцать футов такое же, как суммарное сопротивление от A до B и от B до D. Причина предпочтения варианта A E D заключается в том, что паровоз для доставки заданного груза из B в D был бы излишне тяжелым для участка A B, в то время как в каждой точке A E D должна развиваться одинаковая мощность. Кроме того, обратный путь по варианту A E D совершается при небольшом и постоянном расходе энергии, поскольку на всем протяжении помогает сила тяжести; тогда как при спусках через B мы получаем от силы тяжести больше помощи, чем требуется от D до B, после чего не получаем никакой.

Когда расстояния A B и B C составляют шестьдесят и двадцать миль вместо шести и двух, мы можем считать уклоны сгруппированными в точке B D и использовать в этом месте более тяжелый паровоз, так как вряд ли удастся найти протяжение в восемьдесят миль, допускающее непрерывный и равномерный уклон.

ПРИВЕДЕНИЕ К ЭКВИВАЛЕНТУ ПО УКЛОНАМ.

53. При сравнении относительных преимуществ нескольких линий с различными системами уклонов принято приводить их все к горизонтальной линии, требующей эквивалентного расхода энергии.

Задача состоит в том, чтобы найти вертикальный подъем, расход энергии на преодоление которого равен энергии, затрачиваемой на единицу длины горизонтального участка. Инженеры оценивали эту величину в диапазоне от двадцати до семидесяти футов. Для простого сравнения не имеет большого значения, какое число используется, если оно одинаково во всех случаях; но чтобы найти эквивалентную горизонтальную длину для любого варианта трассы, необходимо учитывать характер ожидаемого движения.

Элементами задачи являются длина, крутизна или суммарные подъем и спуск, а также сопротивление движению поезда на горизонтальном участке, причем последнее зависит от скорости, а также от состояния рельсов и экипажной части.

Из главы XIV мы получаем следующие величины сопротивления движению поездов на горизонтальном участке:—

Velocity, in miles, per hour.
Resistance, in lbs. per ton.

10
8.6

15
9.3

20
10.3

25
11.6

30
13.3

40
17.3

50
22.6

60
27.1

100
66.5

Энергия, затрачиваемая на любой дороге, представляет собой, разумеется, произведение сопротивления на единицу длины на количество единиц. Обозначая R как сопротивление на единицу длины на горизонтальном участке, R′ — как сопротивление на единицу длины на любом уклоне, а длины — как L и L′, для обеспечения равного расхода энергии в обоих случаях мы должны иметь

RL = R′L′,

откуда длина эквивалентного горизонтального участка должна составлять

L = L′R′

R.

Таким образом, принимая сопротивление на горизонтальном участке равным двадцати фунтам на тонну, сопротивление на уклоне в пятьдесят футов составит

20 + 50

5280 of 2240, or 20 + 21.2 or 41.2,

и если длина наклонной линии составляет десять миль, эквивалентная длина на горизонтальном участке будет равна

L = 41.2 × 52800

20 = 108768 feet, or 20.6 miles.

Also 10 miles × 41.2 lbs. = 412,

and 20.6 miles × 20 lbs. = 412.

54. Приведенное выше может быть несколько сокращено следующим образом. Пусть R — сопротивление на горизонтальном участке. Сопротивление, обусловленное любым уклоном, выражается формулой

W × 1

a,

где 1 / a — дробь, показывающая уклон, а W — вес поезда.

Вертикальная высота в футах, для преодоления которой мы должны затратить количество энергии, достаточное для перемещения поезда на один милю по горизонтальному пути, должна быть таковой, чтобы

W × 1

a = R,

или

1

a = R

W;

и чтобы найти число для приведения к эквиваленту, нам нужно лишь подставить значения R и W в формулу. Например, пусть скорость составляет двадцать миль в час, тогда соответствующее сопротивление равно 10,3 фунта на тонну. Принимая W равным одной тонне, или 2240 фунтам, мы получаем

1

a = R

W = 10.3

2240 = 1

218 of 5280, (the number of feet in one mile,)

1

218 of 5280 = 24 feet.

Аналогичным образом мы получаем

Speed, in miles, per hour.
Equating number.

15
22

20
24

30
32

40
41

50
53

60
67

100
155

Таким образом, принимая скорость равной тридцати милям в час, на каждые тридцать два фута подъема мы будем расходовать количество энергии, достаточное для перемещения поезда на одну милю по горизонтальному пути. При спуске уклон вместо препятствия становится подспорьем; действительно, уклон может быть таким, чтобы перемещать поезда независимо от паровой тяги. Таким образом, если из-за подъемов мы увеличиваем приведенную длину, то при спусках мы должны аналогичным образом уменьшать длину. Величина уменьшения, однако, не является обратной по отношению к увеличению на подъемах, поскольку после тридцати или сорока футов любое дополнительное падение на милю вместо преимущества становится злом; избыток силы тяжести заставляет нас проходить спуски с задействованными тормозами. Двадцать пять футов на милю достаточно для того, чтобы поезд шекатился самотеком, и любое превышение этой величины имеет очень небольшую пользу. Поэтому для каждой мили спуска с крутизной двадцать пять футов на милю мы можем вычесть одну милю при приведении к эквиваленту, а для каждой мили спуска с уклоном двенадцать с половиной футов на милю вычесть пропорциональную величину; но для любого превышения падения на милю по сравнению с двадцатью пятью футами никаких поправок делать не следует, то есть если мы спускаемся с крутизной сорок футов на милю, мы можем вычесть одну милю при приведении к эквиваленту на двадцать пять футов падения и отбросить оставшиеся пятнадцать футов.

55. Это распространенный метод приведения уклонов к эквиваленту, который представляет собой длину, пропорциональную затраченной энергии, но не пропорциональную эксплуатационным расходам, поскольку соотношения затраченной энергии и эксплуатационных расходов при различных условиях сильно различаются: удвоение мощности требует лишь на двадцать процентов больше рабочего капитала. Поэтому приведенные выше правила требуют корректировки.

The cost of working a power represented by unity being expressed by
100;

That of working a power 2 is expressed by
125;

That of working a power 3 is expressed by
150;

That of working a power 4 is expressed by
175;

That of working a power 5 is expressed by
200.

 
(See Appendix F.)

Теперь, поскольку сопротивление на горизонтальном участке при скорости двадцать миль в час составляет 10,3 фунта на тонну согласно формуле

1

a = R

W,

вертикальная высота в футах, вызывающая удвоение затрат энергии, составляет двадцать четыре фута; но, как указано выше, общие расходы при удвоении мощности возрастают всего на двадцать пять процентов; мы должны добавлять не одну милю на каждые двадцатьваны четыре фута подъема, а лишь одну четвертую мили, то есть одну милю на каждые девяносто шесть футов; и исправив нашу прежнюю таблицу таким образом, мы получаем следующую таблицу:—

Speed, in miles, per hour.
Equating number.

15
88

20
96

25
110

30
128

40
164

50
212

60
268

100
620

Столькo что касается приведения подъемов. При спуске мы заложили уменьшение на одну милю для каждой мили спуска с уклоном двадцать пять футов; но так же, как и на подъемах, мы корректируем первоначально составленную таблицу, и при спусках мы также должны внести поправку следующим образом. Если бы нам не требовалась паровая тяга ни во время спуска, ни после него, мы бы экономили только дрова и воду; однако, как правило, топку необходимо поддерживать и во время спуска, и единственным выигрышем является лишь малая доля расходов на топливо — настолько малая, в конце концов, что за исключением дорог, имеющих уклон на всем протяжении или на большей его части, никаких сокращений делать не следует.

СРАВНЕНИЕ ИЗЫСКАННЫХ ЛИНИЙ.

56. Необходимыми исходными данными для приближенного сравнения линий являются измеренная длина, суммарный подъем и суммарный спуск.

Let the length of line A be
100
miles,

Let the length of line B be
90
miles,

Whole rise on A
2000
feet,

Whole rise on B
5100
feet,

Whole fall on A
1200
feet,

Whole fall on B
4300
feet.

Примем число для приведения к эквиваленту равным девяноста шести, и мы получим

Line A.

Ascending, 100 + 2000

96 =
120.83

Descending, 100 + 1200

96 =
112.50

 

Sum
233.33

Mean
116.66

 
Line B.

Ascending, 90 + 5100

96 =
143.13

Descending, 90 + 4300

96 =
134.80

 

Sum
276.93

Mean
138.46

 

The mean equated length of A is
116.66

The measured length of A is
100.00

 

The difference
16.66

 

The mean equated length of B is
138.46

The measured length of B is
90.00

 

The difference
48.46.

Принимая стоимость строительства пропорциональной фактической длине, а стоимость эксплуатации — приведенной длине, мы получаем окончательное приближенное сравнение в следующем виде:—

Assume the construction cost as $25,000 per mile, and
the cost of maintenance $4,000 per mile, and we have

Линия A относится к линии B как

100 × 25000 + 116.66 × 4000 × 100

6 = 10,277,333, is to

90 × 25000 + 138.46 × 4000 × 100

6 = 11,480,667;

или линия A относится к линии B приблизительно как 10,3 к 11,5, несмотря на то, что линия A на десять миль длиннее линии B.

ГЛАВА III.
ТРАССИРОВАНИЕ.

ПЛАН ЛИНИИ.

57. Ломаная линия, полученная в результате изысканий, разумеется, непригодна для оси железной дороги. Углы необходимо скруглять, чтобы сделать переход от одного прямого участка к другому плавным.

Рис. 26.

58. Пусть A X B (рис. 26) представляет угол, образованный любыми двумя тангенсами, которые требуется соединить круговой кривой. Очевидно, что зная угол отклонения линий A X, B X, мы получаем также углы A C X, X C B. Способ разбивки этих кривых на местности заключается в установке угломерного инструмента в любой точке кривой, например в точке A, и откладывании промежуточных углов E A a, E A M, E A G и т. д., которые в сочетании с соответствующими расстояниями A a, a M, M G фиксируют точки на кривой.

Эти малые хорды обычно принимаются равными ста футам, за исключением кривых малого радиуса (пятьсот футов), когда они берутся короче.

Единственный расчет, необходимый при разбивке кривых, заключается в том, чтобы, зная частичное отклонение, найти соответствующую хорду, или, зная хорду, получить частичный угол.

Поскольку радиус кривой, угол отклонения которой составляет 1°, равен 5730 футам, степень кривизны для любого другого радиуса находится легко. Так, для радиуса 2865 степень кривизны на сто футов составляет

5730

2865 = 2°;

далее,

5730

2000 = 2°.86 or 2° 51.6.

Радиус, соответствующий любому углу, находится обратным действием. Если угол составляет 3° 30′, или 210′, мы имеем

5730 × 60

210 = 1637 feet radius.

На следующих рисунках показаны углы отклонения для хорд длиной сто футов, соответствующие различным радиусам:—

Angle of deflection.
Radius, in feet.

¼°
or 15′
22920.0

½°
or 30′
11460.0

¾°
or 45′
7640.0

1°
or 60′
5730.0

1¼°
 
4585.0

1½°
 
3820.0

1¾°
 
3274.0

2°
 
2865.0

2½°
 
2292.0

3°
 
1910.0

3½°
 
1637.0

4°
 
1433.0

4½°
 
1274.0

5°
 
1146.0

5½°
 
1042.0

6°
 
955.4

6½°
 
822.0

7°
 
819.0

7½°
 
764.5

8°
 
716.8

10°
 
573.7

Точки на любой кривой также могут быть зафиксированы с помощью ординат, таких как a b, M D′, G F или E a, K M и т. д.

Относительно деталей трассировки, разбивки простых и сложных кривых и расчетов для них читатель отсылается к трудам Траутвайна и Хенка.

Рис. 27.

59. Предположим теперь, что у нас есть изысканные линии m m и n n (рис. 27), одна из которых должна быть окончательно привязана к местности. Самая короткая линия — прямая, что обычно неосуществимо. Наиболее пологая линия — горизонталь, что также неосуществимо. Между ними лежит правильная линия, которая должна быть найдена инструментальным трассированием. Линия A n n n n B на плане дает профиль A n n n n B. Линия A m m m m B дает профиль A m m m m B, в то время как окончательно скорректированная линия A 1 2 3 4 5 6 дает профиль A 1 2 3 4 5 6 B.

Рис. 28.

60. Далее, на рис. 28 прямая линия A n n n B дает профиль A n n n B, требующий либо крутых уклонов, либо огромного объема работ. Приспосабливая линию к местности, как в случае линии A a b c d ... m n o B, мы получаем профиль A a b c ... m n o B.

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ КОРРЕКТИРОВКА УКЛОНОВ.

Рис. 29.

61. Не следует нарушать общее расположение уклонов ради уменьшения объемов работ, однако значительную часть выемок и насыпей можно сэкономить, расчленив протяженные уклоны так, чтобы существенно не изменить характер дороги. На некоторых линиях уклоны неизбежно должны быть волнистыми, как на рис. 29. Разница в объемах работ отчетливо видна. Применяемые таким образом крутейшие уклоны не должны превышать руководящий уклон для работы одного паровоза.

62. На длинных и мелких выемках и насыпях лучший план состоит в том, чтобы расположить линию уклона довольно высоко, избегая больших выемок и устраивая насыпи за счет боковых резервов (канав). Насыпи должны располагаться по меньшей мере на два-три фута выше естественной поверхности: во-первых, чтобы предотвратить чрезмерное скопление снега на рельсах, во-вторых, для обеспечения водоотвода.

63. Снегозащитные заграждения широко применяются в северных частях Соединенных Штатов. Они представляют собой высокие решетчатые конструкции грубой выделки, но хорошо раскрепленные; высотой от восьми до двенадцати футов, они устанавливаются на расстоянии от шестидесяти до ста футов от дороги. Цель забора — прервать поток ветра и заставить его отложить несенный им снег. Сплошные заборы справляются с этой задачей не лучше решетчатых, но более подвержены ветровым разрушениям и стоят дороже.

64. При трассировании дороги, на которой в дальнейшем предполагается укладка второго пути, этот факт необходимо учитывать при работах на косогорах. Первый путь по возможности должен быть расположен так, чтобы его не пришлось сдвигать при прокладке второй нитки.

СРАВНЕНИЕ СТРАССИРОВАННЫХ ЛИНИЙ.

65. В этом сравнении присутствует элемент, который не входит в приближенное сравнение изысканных линий, а именно кривизна. Сопротивление, возникающее по этой причине, никогда не было точно определено. Г-н МакКаллум оценивает сопротивление в половину фунта на градус кривизны на сто футов; то есть сопротивление от кривизны на кривой 4° составит два фунта на тонну (см. отчет от 30 сентября 1855 г.). Г-н Кларк оценивает сопротивление, создаваемое кривыми радиусом в одну милю и менее, в 6,3 фунта на тонну, или в двадцать процентов от общего сопротивления. Следовательно, средний радиус, с которым столкнулся г-н Кларк, согласно оценке г-на МакКаллума, составил бы

6.3

0.5 = 12° nearly, or 477.5 feet.

Столь малый радиус никоим образом не допускается на английских дорогах; таким образом, оценки г-на Кларка и г-на МакКаллума существенно различаются. На различных кривых можно было бы легко провести эксперименты с динамометром, с помощью которых мы смогли бы весьма точно определить правильное сопротивление, вызываемое кривыми.

Кривизна на любой дороге не может быть одинаково удобна для поездов, движущихся с разными скоростями.

66. Сила тяги всегда действует по касательной к кривой в точке расположения паровоза и тем самым стремится прижать вагоны к внутреннему рельсу. Тангенциальная сила, возникающая от движения вагонов, стремится прижать гребни колес к внешнему рельсу; и только тогда, когда достигается точный баланс между силой тяги и тангенциальной силой, колесо будет катиться, не задевая ни тот, ни другой рельс (при условии правильной конусности колес). Для балансировки этих сил необходимо фиксированное соотношение между весом вагона и скоростью (а не весом поезда, поскольку сцепные приборы позволяют вагонам действовать практически независимо, причем некоторые из них действительно на мгновение сильно трутся о рельс, в то время как соседний вагон идет свободно). Всякий раз, когда нарушается правильная пропорция, что почти всегда происходит (и, возможно, в некоторых случаях неизбежно) на железных дорогах, колеса будут тереться о тот или иной рельс. Таким образом, на любой дороге, где скорость на одной и той же кривой или радиусы кривизны при одинаковой скорости различаются, неизбежны потери энергии, а также волочение или толчки о рельсы.

67. Мы вынуждены возвышать внешний рельс (см. главу XIII) для наиболее быстрых поездов, и поэтому более медленные поезда на таких дорогах всегда будут тереться о внутренние рельсы. Таким образом, на практике мы обычно обнаруживаем наибольший износ внутренней стороны внешнего рельса на пассажирских дорогах и внутренней стороны внутреннего рельса — преимущественно на грузовых.

68. Практика некоторых инженеров при приведении кривизны к эквиваленту заключалась в том, чтобы добавлять одну четвертую мили к измеренной длине на каждые 360° кривизны, не обращая внимания на радиус, поскольку длина окружности возрастает обратно пропорционально степени кривизны.

69. Однако при приведении уклонов к эквиваленту удвоение мощности не удваивает эксплуатационные расходы. Тем не менее мы увеличиваем их за счет кривизны в большей степени, чем за счет уклонов, поскольку помимо требования удвоенной мощности на кривых увеличивается износ вагонов, рельсов и всего оборудования, чего не происходит на уклонах.

70. Анализ расходов (в Приложении F) по системе дорог штата Нью-Йорк дает следующее:—

Locomotives,
40
per cent.

Cars,
20
per cent.

Way and works,
15
per cent.

 

 

or in all,
75
per cent.

Теперь каждые 360° будут равны 75/100 от одной четвертой мили, или 75/400 мили; откуда количество градусов, которое должно вызывать расходы, равные одной прямой и горизонтальной миле, составит 1920°.

71. Количество градусов по оценке г-на МакКаллума составит таким образом:—

Поскольку сопротивление на горизонтальном участке составляет десять фунтов на тонну, а сопротивление от кривых — полфунта на тонну на градус на сто футов, длина кривой 2°, эквивалентная одной миле, составит

10 lbs.

1 lb.,

или десять миль. Также десять миль, или 530 сотен футов при 2°, равны 1060°.

72. Далее, учитывая оценку г-на Кларка о сопротивлении в двадцать процентов от сопротивления на горизонтальном участке на кривых со средним значением 2°, мы получаем длину кривой 2°

10

2 = 5 miles,

или 265 сотен футов, что при умножении на 2° дает 530°.

73. Усредняя первое и последнее значения, мы получаем в качестве числа градусов, которое следует считать вызывающим расходы, эквивалентные одной прямой и горизонтальной миле, 1225°, что в среднем с оценкой сопротивления г-ном МакКаллумом дает в итоге 1142½°, вызывающих расходы, эквивалентные одной прямой и горизонтальной миле, или, в круглых числах, 1140°.

74. Предположим теперь, что мы хотим узнать, какую из линий, приведенных ниже, выбрать.

Line A.
Line B.
Description.

100 miles,
110 miles,
Actual length,

5000 feet,
3000 feet,
Rise,

3500 feet,
1500 feet,
Fall,

3600°
9000°
Degrees of curvature.

Принимая скорость равной двадцати милям в час, число для приведения уклонов к эквиваленту (см. главу II) составляет девяносто шесть, а число градусов для кривизны — 1140, откуда

Line A ascending 100 + 52.1 + 3.16 = 155.26
147.46

Line A descending 100 + 36.5 + 3.16 = 139.66

 

Line B ascending 110 + 31.25 + 7.89 = 149.14
141.31,

Line B descending 110 + 15.62 + 7.89 = 133.49

и если стоимость строительства пропорциональна фактической длине, а стоимость содержания и эксплуатации — средней приведенной длине, мы получаем в качестве окончательного сравнения

A to B as 100 + 147.46 to 110 + 141.31,

или как

247.46 to 251.31.

Здесь дополнительные уклоны с одной стороны почти равны кривизне и дополнительной длине с другой стороны.

75. В качестве дальнейшего примера сравнения конкурирующих линий рассмотрим реальный случай трассирования восточной части Нью-Йоркской и Эриенской железной дороги.

Возник вопрос, какую из двух линий следует принять между Бингемптоном и Депозитом, а также между устью ручья Калликун и Порт-Джервисом.

Рис. 30.

Между A и c (рис. 30) были проложены линии, показанные на эскизе: одна следовала вдоль реки Саскуэханна от A до B, затем пересекала водораздел между этой рекой и Делавэром до Депозита (c). Другая поднималась по реке Ченанго до a, затем пересекала сначала вершину M до Саскуэханны в точке L, а во вторую очередь — вершину K до Депозита (c). Элементы этих двух линий следующие:—

A route, A B c.
B route, A M K c.

Length,
39.29
43.58

Rise A to c,
540.00
1087.00

Rise c to A,
395.00
936.00

Whole rise and fall,
935.00
2023.00

Degrees of curvature,
2371°.00
3253°.00

Estimated cost,
$746,900.00
$628,600.00

Принимая число для приведения уклонов к эквиваленту равным 96, а коэффициент приведения для градусов кривизны — 1140°; выполняя приведение по уклонам и кривизне в обоих направлениях, мы получаем

Route A. A to c.
Mean, 46.25.

39.29 +
540

96 + 2371

1140 = 39.29 +
5.63 + 2.08 = 47.00

 

Route A. c to A.

39.29 +
395

96 + 2371

1140 = 39.29 +
4.12 + 2.08 = 45.49

 

Route B. A to c.
Mean, 56.96.

43.58 +
1087

96 + 3253

1140 = 43.58 +
11.32 + 2.85 = 57.75

 

Route B. c to A.

43.58 +
936

96 + 3253

1140 = 43.58 +
9.75 + 2.85 = 56.18

Assuming the cost of working and of maintaining as
$4,000 per mile, we have

The cost of building A to B as $746,900 to $628,600

The cost of operating A to B as (46.25 × 4000) × 100

6 to (56.96 × 4000) × 100

6,

or as
$3,083,334
to
$3,797,334

 

 

and the sum as
$3,830,234
 
$4,425,934

что дает предпочтение маршруту A B c в размере 595 700 долларов, несмотря на то, что смета по нему превышает смету по варианту B на 118 300 долларов. Был принят маршрут A B c.

Кроме того, было сомнительно, принимать ли маршрут E F при следовании из D в G, или линию I H. Ниже приведены элементы этих двух линий:—

I H.
E F.

Measured length,
61.14
58.53

Rise D to G,
1187
454

Rise G to D,
1049
316

Degrees curve,
7609°
4588°

Estimated cost,
$1,094,950
$1,496,430

Средние приведенные длины составляют:—

Line I H. D to G.
Mean, 79.46,

61.14 +
1187

96 + 7609

1140 = 61.14 +
12.36 + 6.68 = 80.18

 
 
 

Line I H. G to D.

61.14 +
1049

96 + 7609

1140 = 61.14 +
10.93 + 6.68 = 78.75

 

Line E F. D to G.
Mean, 66.56.

58.53 +
454

96 + 4588

1140 = 58.53 +
4.73 + 4.02 = 67.28

 
 
 

Line E F. G to D.

58.53 +
316

96 + 4588

1140 = 58.53 +
3.29 + 4.02 = 65.84

Сравнение по стоимости составляет

I H to E F as $1,094,950 to $1,496,430,

а по эксплуатации —

I H to E F as (79.46 × 4000) × 100

6 to (66.56 × 4000) × 100

6,

а общая сумма равна

 
1,094,950
to
1,496,430

 
+ 5,297,334
 
+ 4,437,334

 

 

or
$6,392,284
to
$5,933,764

Although the cost of E F is $401,480 more than that of
I H, the line E F was adopted.

ГЛАВА IV.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ.

76. Цель этого документа — точно определить условия контракта в отношении выполнения работ. Все в нем должно быть выражено настолько понятно, чтобы не оставлять места для недоразумений.

A AND B RAILROAD.

77.
Технические условия на земляные работы (постройку полотна).

ТРАССА.
Ось земляного полотна должна точно соответствовать оси железной дороги, разбитой пикетажом или иным образом обозначенной на местности, а также ее проектным кривым и уклонам, определенным и описанным инженером; и подрядчик обязан в любое время производить такие отклонения от этих линий или уклонов, которые могут потребоваться со стороны упомянутого инженера. Земляное полотно должно соответствовать поперечному сечению, которое будет выдано или описано, либо другим указаниям, которые могут быть даны в пределах нижеследующих ограничений; то же относится к кюветам и откосам работ, а также ко всем операциям, имеющим отношение к удовлетворительному выполнению земляных работ или каменной кладки на участке или участках линии, составляющих предмет контракта.

РАСЧИСТКА.
Землю, образующую основание всех насыпей, а также полосу шириной пять футов за подошвой откосов всех насыпей следует расчистить как можно ближе к поверхности от всего леса, поросли, кустарника, бревен, пней или других подверженных гниению материалов. Ценную древесину следует отложить в сторону за пределами расчищенной полосы по указанию инженера, остальное сжечь, если это можно сделать безопасно, в противном случае — вывезти за пределы расчищенного участка. Землю на расстоянии десяти футов за верхними бровками всех откосов выемок следует расчистить аналогичным образом от всего леса и поросли. В тех случаях, когда требуется захватить дополнительную землю при расширении выемок для получения материалов, или при расширении насыпей для размещения излишков материала, или при планировке под разъезды или станционные площадки, необходимо расчистить дополнительную площадь аналогичным образом; а по указанию инженера — везде, где требуется дополнительное пространство для устройства наружных кюветов, переустройства дорог, водотоков или для других целей.

КОРЧЕВКА ПНЕЙ.
Все пни и крупные корни на расстоянии до десяти футов от проектной линии должны быть выкорчеваны на всю ширину полосы работ и перемещены не менее чем на десять футов за пределы откосов. Стоимость всех работ по расчистке и корчевке включена в расценку на земляные работы; подразумевается также, что эта расценка включает всю расчистку и корчевку, необходимую в резервах, кавальерах, на пересечениях дорог, при переустройстве дорог и водотоков, устройстве кюветов и т. д. Необходимые работы по расчистке и корчевке во всех случаях должны опережать любые выполняемые работы по меньшей мере на пятьсот футов.

УДАЛЕНИЕ ГРЯЗИ И ИЛА.
Везде, в выемках или насыпях, где в пределах двух футов от уровня подошвы рельса встречается грязь, ил или аналогичный мягкий материал, его следует удалить и заменить плотным грунтом или гравием.

ПРОЕКТНЫЙ УРОВЕНЬ.
Проектные линии на профилях показывают истинный проектный уровень и соответствуют линии, проходящей на два дюйма ниже подошвы железного рельса верхнего строения пути. То, что называется уровнем подошвы рельса (субграде), соответствует линии, расположенной на восемьнадцать дюймов ниже проектного уровня.
[5]

5
.
Расстояние между проектным уровнем и уровнем подошвы рельса в некоторой степени зависит от климата, но обычно составляет от одного до двух футов. См. главу XIII.

ШИРИНА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ОТКОСЫ.
Ширина земляного полотна, если не указано иное, должна составлять двадцать два фута на уровне проектной отметки в земляных выемках и восемьнадцать футов в скальных выемках. И скальные, и земляные породы должны выниматься на восемьнадцать дюймов ниже проектной отметки на всю ширину земляного полотна. Основание должно быть заменено гравием, щебнем или мелким камнем согласно указаниям инженера, с устройством необходимых кюветов требуемой ширины и глубины по обеим сторонам. Подрядчику не выплачивается вознаграждение за скальный грунт, вынутый за пределами линий откоса с крутизной один к восьми от требуемой ширины, или за грунт, вынутый за пределами линий откоса с крутизной полтора по горизонтали к одному по вертикали, если только инженер не отдал распоряжение переместить дополнительный скальный или земляной грунт.

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ.
Все взрывные работы выполняются на риск первой стороны, которая несет ответственность перед вторыми сторонами или перед железнодорожной компанией за любые причиненные вследствие этого убытки жилым домам, частным лицам или в иных случаях.

КЮВЕТЫ.
При необходимости вдоль бровок откосов должны устраиваться кюветы требуемой формы, размера и в заданном положении.

ИЗЛИШКИ МАТЕРИАЛА.
Если объем земли или породы, требуемый для прилегающих насыпей, превышает объем в соседних выемках, подрядчик по требованию должен увеличить ширину указанных выемок по указанию инженера до размеров, достаточных для укладки второго пути, при условии, что это дополнительное уширение не приведет к увеличению среднего расстояния транспортировки вынутого из резервов грунта более чем на восемьсот погонных футов. И если количество земли или скального грунта, подлежащего перемещению из какой-либо выемки, превышает объем прилегающих насыпей (если они не требуются в другом месте), его следует использовать для уширения насыпи до ширины под второй путь в пределах тех же расстояний транспортировки; однако за транспортировку на расстояние свыше восьмисот футов подрядчику выплачивается
100
цента за кубический ярд за каждые сто футов превышения.

РЕЗЕРВЫ.
Там, где выемка не обеспечивает достаточного количества материала для отсыпки прилегающих насыпей, могут разрабатываться резервы. Однако запрещается складировать грунт в кавальерах или разрабатывать резервы без ведома и согласия инженера-наблюдателя, который должен проследить за тем, чтобы такие работы были организованы так, чтобы не повредить полотно дороги или его откосы и не препятствовать будущему уширению земляного полотна для укладки дополнительных путей.

СОХРАНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
Если в выемках будут обнаружены материалы, пригодные для полезного использования, такие как строительный камень, известняк, гравий, полезные ископаемые и т. д., их следует отложить в месте, указанном инженером, для использования при строительстве дороги в настоящее время или в дальнейшем на условиях настоящих технических условий и контракта.

КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ.
Грунт
— все, кроме монолитной и разрыхленной скальной породы.
Разрыхленная
скальная порода
— все валуны и отдельные каменные глыбы объемом более одного кубического фута и менее пяти кубических ярдов.
Монолитная скальная порода
включает все работы в массиве, требующие бурения и раскалывания, а также всю
разрыхленную скальную породу
объемом более пяти кубических ярдов.

Расценки на земляные работы включают весь грунт или скальный грунт, вынутый при устройстве кюветов, зачистке дна, разработке резервов, устройстве пересечений дорог, переустройстве пересечений дорог и водных каналов, а также при строительстве временных дорог, при условии, что средняя дальность транспортировки на каждом участке равна указанной в прилагаемой ведомости; однако если по завершении работ окажется, что фактическая средняя дальность транспортировки на каком-либо участке больше или меньше указанного расстояния, производится соответствующее увеличение или уменьшение на один цент за кубический ярд за каждые сто футов превышения или недобробора фактической дальности по сравнению с указанной.

НАСЫПИ.

Насыпи должны выполняться шириной пятнадцать футов по верху, если не указано иное, с откосами крутизной полтора по горизонтали к одному по вертикали. В тех случаях, когда насыпь формируется за счет устройства кюветов с любой из сторон, такие кюветы и гребни их откосов ни в коем случае не должны приближаться ближе чем на шесть футов или на двойную глубину кювета к подошве соответствующего откоса насыпи, с постоянным расчетом с одной стороны на укладку второго пути; при этом не допускается попадание в тело насыпи мягкой грязи или ила. В тех случаях, когда требуется устройство водотоков или новых русл для рек, они не должны приближаться ближе чем на полтора диаметра (глубины) такого потока плюс двадцать пять футов. При возведении насыпей необходимо следить за тем, чтобы исключить все подверженные гниению материалы.

УСАДКА.
Для компенсации последующей усадки материалов в насыпях при их сдаче и приемке вторыми сторонами они должны быть отделаны на полную ширину до следующих высот над уровнем подошвы рельса, а именно: все насыпи высотой менее пяти футов должны отделываться на три дюйма выше уровня подошвы рельса; при глубине десять футов — на пять дюймов; при двадцати футах — на шесть дюймов; при двадцати восьми футах — на семь дюймов; при тридцати пяти футах — на восемь дюймов; а при глубине сорок футов — на девять дюймов выше проектной отметки; для промежуточных высот — пропорционально; инженер имеет право изменять эти пропорции по своему усмотрению.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВЫЕМКИ И НАСЫПИ.
Всякий раз, когда считается необходимым увеличить ширину земляного полотна для разъездов, водокачек или станционных площадок, будь то в выемках или на насыпях, такие работы должны выполняться по контрактным расценкам в соответствии с указаниями. Разработка котлованов под фундаменты в обычных выемках, где не требуются коффердамы или подобные приспособления, а в местах, где такие приспособления необходимы — все земляные работы выше ватерлинии также должны выполняться с таким увеличением или уменьшением контрактной цены, какое будет сочтено целесообразным инженером.

УСТРОЙСТВО НАСЫПЕЙ У МОСТОВ И ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ.
Подрядчик по земляным работам не должен вести отсыпку насыпей обычным способом ближе чем на пятьдесят футов от любой каменной кладки, завершенной или находящейся в постройке (считая от подошвы откосов), а в каждом таком случае должен доставлять землю к стенам или устоям на тачках и тщательно утрамбовывать ее на такую ширину и глубину и таким образом, как будет указано, после чего устройство насыпи может продолжаться обычным порядком. Расходы, связанные с любыми повреждениями или переделкой каменной кладки вследствие несоблюдения этих указаний, относятся на счет первой стороны. В случае если каменная кладка не будет завершена к моменту подхода к ней насыпи, подрядчик обязан возвести временное сооружение для переброски грунта и продолжить отсыпку насыпи с противоположной стороны; расходы на указанное сооружение оплачиваются подрядчиком по каменной кладке и относятся на его счет, если такой подрядчик задержал возведение каменной кладки сверх надлежащего или требуемого времени; но если каменная кладка не могла быть готова к сроку для устройства насыпи, то расходы относятся на счет подрядчика по земляным работам, чья расценка на земляное полотно подразумевает учете всех подобных непредвиденных обстоятельств. За вышеуказанную работу по эффективной доставке земли на тачках и ее утрамбовке вокруг любого сооружения из каменной кладки подрядчику выплачивается —— центов за кубический ярд по измерениям инженера.

ДОРОГИ И ВОДОТОКИ.

Первая сторона должна устроить хорошие и удобные пересечения дорог везде, где это будет указано, а также выполнить такое переустройство существующих дорог, водотоков или русел рек, либо новые участки таковых, относящиеся к принятому ею участку, какие могут потребоваться, и за такие работы, будь то земляные работы, скальный грунт или каменная кладка, ей выплачиваются расценки, применимые к данному контракту, и никакие другие. И такие дорожные пересечения или иные упомянутые переустройства она должна выполнить в такие сроки, в такой форме и таким образом, какие укажет инженер; и всякий раз, когда деятельность первой стороны препятствует проезжей дороге, публичной или частной, посредством пересечения или выполнения требуемых переустройств на ней, первая сторона должна действовать таким образом, чтобы во все времена обеспечивать безопасный и беспрепятственный проезд для общественного транспорта; и первая сторона несет ответственность за любой ущерб, за который вторые стороны или железнодорожная компания могут нести законную ответственность вследствие ее небрежности в поддержании безопасного и надлежащим образом защищенного проезда для существующего движения.

УСТРОЙСТВО БАЛЛАСТА.
Там, где для балластировки земляного полотна используется гравий, он должен быть удовлетворительного для инженера качества и распределяться по земляному полотну на требуемую ширину и глубину. Когда используется щебень, он должен быть прочного качества и расколот так, чтобы проходить через кольцо диаметром три дюйма. Количество будет определяться по готовому земляному полотну, при этом от подрядчика потребуется поддерживать кюветы в расчищенном и профилированном состоянии.

МОЩЕНИЕ КАМНЕМ ИЛИ УКРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ БУТОМ.

Первая сторона обязана распределить бутовый камень по откосам земляных насыпей всякий раз, когда это потребуется, для защиты указанных откосов от воздействия воды. Такой камень должен укладываться квалифицированными рабочими на заданную толщину и с использованием камней такого размера, как будет указано. Если у подрядчика имеется доступный скальный грунт в соседних выемках, он должен быть сохранен и использован для этой цели; а если такового нет, качественный камень должен добываться там, где подрядчик сможет удобно его получить.

ИЗМЕРЕНИЯ.
Весь грунт или скальный грунт, вынутый в обязательном порядке для завершения планировки по данному контракту в соответствии с указаниями, подлежит измерению только в выемке; и если подрядчик (с согласия инженера) сочтет удобным сбросить грунт из выемки в отвал вместо транспортировки его в тело соответствующей насыпи и взять в более близком месте грунт для указанной насыпи взамен сброшенного, ему будет выплачено за грунт из первоначальной выемки в порядке его наиболее экономичного распределения для вторых сторон. Весь грунт, вынутый из резервов, также подлежит измерению только в выемке.

78.
Технические условия на каменную кладку.

КАМЕННАЯ КЛАДКА ПЕРВОГО КЛАССА.
Каменная кладка первого класса применяется для устоев мостов высотой более двадцати пяти футов, для замковых камней арок и для быков мостов в проточной воде. Камни должны укладываться из расчета один тычковый камень на два ложковых, расположенных так, чтобы обеспечить эффективную перевязку швов. Ни один тычковый камень не должен быть короче сорока дюймов, и ни один ложковый камень не должен быть уже восемнадцати дюймов. Ни один камень не должен быть тоньше двенадцати футов [дюймов], ни один камень не должен иметь высоту больше ширины, все камни должны укладываться на свою естественную постель. Вся кладка должна иметь постели и швы, обработанные скаллом. Вертикальные швы должны уходить вглубь не менее чем на десять футов [дюймов] от лицевой поверхности стены. Растворные швы на лицевой поверхности не должны превышать по толщине одной четвертой дюйма. Камни должны укладываться с соблюдением перевязки швов в смежных рядах. Камни должны быть полностью отесаны до укладки и не должны сдвигаться после укладки в раствор. Лицевая поверхность не подвергается чистовой теске, а лишь грубо околевывается, за исключением полосы шириной в полдюйма от постелей и швов, где она обрабатывается скаллом. Замковые камни арок должны иметь постели, соответствующие радиусу арки, с вертикальными концевыми швами, и укладываться плавно на кружала, а постели должны иметь правильный уклон. Каждый камень должен проходить через всю толщину арки и иметь толщину по интрадосу не менее восьми дюймов. Мелкий камень или щебенки не допускаются. Замковые камни должны выполняться по размеру в соответствии с предоставленными чертежами, с тщательно отесанными постелями и швами, но с оставленными грубыми лицевыми поверхностями.

Вся кладка первого класса должна тщательно укладываться на хорошем цементном растворе (см. ст. «Цемент»). Каждый камень перед укладкой должен быть тщательно очищен и увлажнен; а кладка, возводимая в жаркую погоду, должна по мере укладки защищаться от солнца укрытием из досок. Карнизные камни должны выполняться из камней одинаковой толщины, аккуратно отесанных и уложенных.

Вся каменная кладка первого класса должна быть качественно расшита цементным раствором.

КАМЕННАЯ КЛАДКА ВТОРОГО КЛАССА.
Применяется для устоев высотой менее двадцати пяти футов, арок и лицевых стен мостов и водопропускных труб, а также для быков, находящихся вне зоны проточной воды, и должна состоять из камней, отесанных по постели и бокам до единообразной толщины по всей длине до укладки, но без обработки скаллом; они должны укладываться на ровное основание и иметь вертикальные швы, уходящие вглубь под прямым углом не менее чем на восемь дюймов от лицевой поверхности стены. Работы не обязательно выполнять правильными рядами, но они должны иметь хорошую перевязку: на каждые три ложковых камня должен приходиться один тычковый, при этом не более одной трети камней должны иметь объем менее двух кубических футов или толщину менее девяти дюймов; и ни один из этой трети камней не должен иметь объем менее полутора кубических футов или толщину менее шести дюймов. Мелкие камни должны использоваться только в той мере, в какой это необходимо для получения ровных постелей, причем вся кладка выполняется на цементном растворе и расшивается.

КАМЕННАЯ КЛАДКА ТРЕТЬЕГО КЛАССА.
Применяется для водопропускных труб и для забутки пазух арок и должна состоять из прочной и хорошо сложенной бутовой кладки, выполняемой насухо для водопропускных труб, но на растворе для забутки. Водопропускные трубы должны иметь такую форму и размеры, которые укажет инженер. Фундаментные ряды боковых стен должны состоять из крупных плоских камней толщиной от восьми до десяти дюймов, уложенных так, чтобы обеспечить прочное и правильное основание для боковых стен. Боковые стены должны выкладываться из прочных камней достаточного размера, с постелями, имеющими достаточную опорную поверхность и хорошую перевязку. Покрывающие камни для водопропускных труб должны иметь толщину не менее десяти дюймов для труб диаметром два фута, двенадцать дюймов — для труб диаметром три фута и пятнадцать дюймов — для труб диаметром четыре фута; они должны быть без трещин и дефектов и иметь хорошо опертую на каждую боковую стену постель глубиной не менее двенадцати дюймов для труб диаметром два и три фута и не менее пятнадцати дюймов для более крупных труб. В случае если такие камни получить невозможно, вместо них может быть выложена арка из сухого бута с тщательной расклинкой и забутовкой; однако стоимость арки не должна превышать общую стоимость каменной кладки третьего класса с надбавкой за кружала.

КАМЕННАЯ КЛАДКА ЧЕТВЕРТОГО КЛАССА.
Применяется для скотопрогонов, мощения водопропускных труб, а также для укрепления откосов и защитных стен и должна состоять из камней объемом не менее одного кубического фута, уложенных и перевязанных так, чтобы в ущерб внешнему виду обеспечивать наибольшую прочность; при необходимости они укладываются на постели, перпендикулярные к наклонной поверхности. Мощение под водопропускными трубами выполняется путем выемки грунта на глубину один фут на мостимом участке, причем это пространство заполняется плоскими камнями шириной один фут, поставленными на ребро вплотную друг к другу так, чтобы их верхняя поверхность была ровной.

ДЕРЕВЯННЫЕ И ДОЩАТЫЕ ФУНДАМЕНТЫ.
Деревянные и дощатые фундаменты требуют идеального выравнивания оснований и использования лесоматериалов таких размеров и укладываемых так, как показано на чертежах; они должны иметь хорошую постель и образовывать ровную и горизонтальную верхнюю поверхность. Пространства между ними должны быть заполнены и тщательно утрамбованы материалом по указанию инженера. По этим брусьям должны быть уложены доски и прикреплены нагелями или скобами при необходимости. Материалы должны быть одобренного инженером качества и формы, а цена должна полностью покрывать стоимость материалов и работ по укладке всего фундамента тщательным и профессиональным образом.

СВАЙНЫЕ РАБОТЫ.
Сваи могут использоваться либо в качестве несущих свай для фундаментов, либо для свайных мостов. В первом случае оплата за них производится за погонный фут забивки, а во втором — за бревно длиной двадцать пять футов. Сваи в обоих случаях должны представлять собой прямой круглый лес качества, одобренного инженером, диаметром не менее десяти дюймов в тонком конце, очищенный от коры, со специально подготовленными бугелями и заостренными для забивки концами. Они забиваются в таких местах и на такую глубину, как требуется, а их головы срезаются нацело или отделываются шипом для установки насадок по требованию. Несущие сваи срезаются ниже уровня низшей воды настолько, чтобы любая опирающаяся на них деревянная фундаментная конструкция во все времена находилась полностью под водой.

ЦЕМЕНТ.
Используемый цемент должен быть наилучшего качества, гидравлический, свежеизготовленный, хорошо укрытый и упакованный и храниться в таком виде до использования. Никакой цемент не должен применяться в работе до тех пор, пока он не будет испытан и одобрен инженером.

ЦЕМЕНТНЫЙ РАСТВОР.
Пропорции песка и цемента для строительства должны составлять одну часть цемента на две части чистого крупного песка, если в особых случаях инженер не распорядится иначе, для чего вносятся соответствующие поправки. Раствор должен использоваться сразу после смешивания, и остатки раствора, пролежавшие всю ночь, повторно не затворяются.

ИЗВЕСТКОВЫЙ РАСТВОР.
Известковый раствор (который во всех случаях должен содержать цемент) состоит, если не указано иное, из двух частей лучшей негашеной извести, одной части цемента и пяти частей песка; при этом обычный раствор из извести и песка сначала тщательно замешивается, после чего в него добавляется цемент и все тщательно перемешивается непосредственно перед применением.

БЕТОН.

Всякий раз, когда требуется применение бетона, он готовится из чистого щебня, цемента и чистого крупного песка. Камень, который должен быть удовлетворительного качества, дробится так, чтобы проходить через кольцо диаметром три дюйма. Цемент и песок тщательно перемешиваются в пропорциях, описанных выше для цементного раствора. Полученная смесь тщательно соединяется со щебнем в пропорции одна часть раствора на две или две с половиной части щебня, в зависимости от того, что определит инженер по результатам экспериментов, и немедленно аккуратно укладывается на место и тщательно утрамбовывается. Бетон с боков защищается досками и оставляется в покое после укладки до полного схватывания; в особых случаях способ укладки определяется инженером. За надлежащую подготовку и укладку такого бетона выплачивается цена, применимая к каменной кладке второго класса. Подрядчик обязан предоставить все инструменты и доски, необходимые для выполнения этой работы.

РАСШИВКА ШВОВ.
Вся кладка на цементном или известковом растворе отделывается качественной расшивкой цементным раствором без дополнительной платы.

КИРПИЧНАЯ КЛАДКА.
Когда требуется или разрешается использование кирпича, он должен быть прочным, хорошо обожженным, уложенным на цементном или обычном растворе по указанию; никакой недожженный или слабообожженный кирпич не допускается; к работам должны привлекаться только квалифицированные каменщики-кирпичники.

КРУЖАЛА И ЗАБУТКА.

Вся верхняя поверхность любых арок, кирпичных или каменных, должна отделываться оштукатуриванием хорошим слоем цемента во избежание просачивания воды и для отвода ее от арки. Кружала должны быть во всех отношении одобрены инженером и не подлежат удалению до его распоряжения. Стоимость забутки включается в предложенную цену. Для арок с пролетом более двадцати пяти футов выплачивается компенсация по смете инженера за дополнительную стоимость и ценность кружал, необходимых для больших арок.

ОБЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ.
79. Инженер оставляет за собой право по своему усмотрению требовать, чтобы вся описанная выше каменная кладка или ее часть выполнялась на цементном, известковом растворе или насухо. Кладка первого и второго классов, а также кирпичная кладка оплачиваются по расценкам для укладки на цементе, из которых вычитается пятьдесят центов за кубический ярд при укладке на известковом растворе и один доллар при укладке насухо. Каменная кладка третьего и четвертого классов оплачивается по расценкам для укладки насухо, к которым добавляется пятьдесят центов за кубический ярд при укладке на известковом растворе и один доллар при укладке на цементе.

ПОДМОСТИ.
80. Никакая оплата не производится за качество работ или лесоматериалы любых подмостей, используемых при строительстве деревянных мостов или при возведении устоев, быков, коффердамов и т. д. Если лесоматериалы, использованные в каком-либо коффердаме, будут унесены паводком, их возобновление возлагается на первую сторону.

ФУНДАМЕНТЫ.

81. Фундаменты всех сооружений выполняются подрядчиком по каменной кладке таким образом и на такую глубину, которые гарантируют прочность и надежность основания, на усмотрение инженера. Если естественное основание не может быть получено на разумной глубине, подрядчик обязан подготовить искусственное основание по указанию инженера. Грунт, вынутый из котлованов под фундаменты, если он имеет надлежащее качество, укладывается в прилегающую насыпь при условии, что место под указанную насыпь расчищено от всех подверженных гниению материалов. Тот объем грунта, который не пригоден для насыпи, а также все корни, пни и т. д., складируются за пределами расчищенной полосы таким образом, чтобы не загораживать дороги, водотоки или кюветы.

За грунт, вынутый из таких фундаментов, и за весь грунт, использованный по указанию при строительстве коффердамов, выплачивается —— центов за кубический ярд.

Всякий раз, когда возникает необходимость откачки или вычерпывания воды из фундаментов, подрядчик обеспечивает насосы или бадьи, а также все подмости и оборудование, необходимые для их работы. Ему возмещаются чистые расходы на всю рабочую силу, занятую на работах по откачке или вычерпыванию воды, и он обязан ежемесячно представлять инженеру отчет о стоимости такой рабочей силы при условии, что эти работы проводятся экономичным образом, с использованием квалифицированных рабочих, исправных насосов и инструментов под руководством и к удовлетворению инженера. Ему также выплачивается такая компенсация за использование насосов и оборудования, а также за руководство работами, которую инженер сочтет справедливой и разумной.

ЭСТАКАДЫ.

82. Включают все деревянные сооружения, обычно используемые в качестве заменителей устоев и быков, а также для проездов к фермам и т. д. Они должны строиться в соответствии с предоставленными чертежами и указаниями инженера из прочных, долговечных материалов, утверждаемых им. Предложенная цена указывается за тысячу футов по поверхностной мере доски (б. м.) и считается полной стоимостью всех материалов, кроме железа, а также стоимости работ по строительству и окончательному возведению. Используемое железо должно быть наилучшего американского производства, а качество изготовления — одобренным. Предложения подаются за фунт и покрывают все расходы на материал и работы, связанные с его применением. Скобы и гвозди при использовании поставляются подрядчиком по себестоимости.

МОСТОСТРОЕНИЕ.
83. Подрядчики могут представлять проекты мостов вместе со своими ценовыми предложениями или отдельно от них; однако инженер компании может отклонить такие проекты по своему усмотрению и заменить их другими, которые, если подрядчик отказывается строить их по утвержденным ценам, могут быть отданы по подряду другим лицам. Во всех случаях точный способ строительства, монтажа, регулировки и отделки мостов, а также определение характера и количества материалов оговариваются инженером. Предложенная цена должна указываться за погонный фут всей длины моста в возведенном и полностью отделанном виде.

84.
Технические условия на верхнее строение пути.

ПОДЛЕДНЯКИ [ПЕРЕХОДНЫЕ ЛЕЖНИ].
Для поддержания пути в исправном состоянии до усадки насыпей на определенных насыптах укладываются подлежни, а также в выемках, где несовершенный характер основания, по мнению инженера, делает их целесообразными. Эти подлежни должны быть ровно уложены в грунт или балласт, тщательно выверены и утрамбованы в соответствии с проектными отметками, заданными инженером. Дополнительный отрезок лежня длиной четыре фута укладывается на каждом стыке подлежня — под лежнем или рядом с ним, по указанию. Лежни должны быть из досок сечением 3 × 9 дюймов длиной двенадцать, пятнадцать, восемьнадцать и двадцать один фут, причем одна четвертая часть может быть короче пятнадцати футов, одна четвертая — короче восемнадцати и одна четвертая — короче двадцати одного фута. Доски должны иметь обрезные торцы, быть изготовлены из прочного, долговечного материала и иметь обзол не более двух дюймов только на одном конце. На один требуемый километр (милю) укладывается около 25 000 футов по поверхностной мере доски лежней и 660 стыковых лежней сечением 3 × 9 дюймов и длиной четыре фута. Если глубина грунта, подлежащего удалению для укладки подлежней, превышает шесть дюймов, выплачивается надбавка за дополнительные работы, размер которой отмечается помощниками по получении уведомления о таких дополнительных работах от подрядчика или его агента.

ПОПЕРЕЧНЫЕ ШПАЛЫ.
Поперечные шпалы должны быть из белого, черного или желтого дуба, крупноплодного дуба, каштана, красного вяза, черного ореха или другой прочной древесины, подходящей порода по мнению инженера. Длиной восемь футов, с отклонением от прямой линии не более чем на три дюйма, обтесанные до гладкой поверхности с двух параллельных плоских граней на расстоянии шесть дюймов друг от друга, причем грани должны быть шириной не менее семи дюймов по меньшей мере для половины шпал, а остальные — шириной не менее шести дюймов. Шпалы должны быть аккуратно и прочно уложены на подлежни, балласт или предварительно надлежащим образом подготовленный грунт так, чтобы обеспечивать требуемые рельсами правильные плоскости, как на прямых, так и на кривых участках. Они укладываются из расчета восемь шпал на каждый восемнадцатифутовый рельс. Все дефектные шпалы должны отсеиваться путеукладочной бригадой. Поверхность шпал должна быть тщательно выверена по заданным уклонам и по подошве рельса; рельсы должны быть уложены правильно и прочно пришиты костылями так, чтобы точно соответствовать направлению дороги. На милю пути требуется около 2500 шпал.

РЕЛЬСОВЫЕ СКУТЕРЫ [СТЫКОВЫЕ НАКЛАДКИ] И СТЫКИ.
Когда используются стыковые скрепления, они должны соответствовать указаниям инженера, поставляться компанией, а также быть хорошо и точно установлены и пришиты костылями в требуемом порядке и положении. При использовании стыковых скреплений для стыков выбираются самые крупные шпалы. Когда стык выполняется с помощью накладок (накладками), шпала непосредственно под стыком не устанавливается.

РЕЛЬСЫ.
Рельсы должны весить около шестидесяти фунтов на погонный ярд. На прямых участках не допускается укладка рельсов, имеющих какие-либо скручивания или изгибы. Первая сторона обязана выправлять и приводить в порядок все полученные ею искривленные рельсы, а также изгибать с приданием правильной кривой и без ущерба для прочности стержня все рельсы, укладываемые на кривых. Пробивка отверстий в рельсах, а также резка также выполняются подрядчиком.

УКЛАДКА ПУТИ.

Материалы, составляющие путь, поставляются компанией, и укладка должна производиться наилучшим образом в соответствии со следующими условиями. Путь укладывается на поперечные шпалы, а шпалы — в надлежащих местах на подлежнях. Там, где используются лежни, они укладываются с четырехфутовыми брусками на стыках и с шестифутовыми брусками на стыках рельсов, причем все они устанавливаются на свои места по колышкам и указаниям инженера и утрамбовываются трамбовками до плотного опирания, с осадкой от трамбования не менее чем на полдюйма. Поперечные шпалы должны располагаться на одинаковом расстоянии друг от друга (двадцать восемь дюймов от центра до центра). Рельсы должны быть порезаны или подобраны так, чтобы стыки параллельных рельсов находились на расстоянии не более двух дюймов от противоположного положения; для стыковых шпал не допускается большее отклонение от перпендикулярности, будь то на прямых или кривых. При укладке в стыки рельсов вставляются металлические пластинки для поддержания между рельсами зазора, достаточного для теплового расширения; толщина пластинок (в зависимости от температуры) устанавливается инженером. Посередине каждого рельса должны вырубаться выемки под половину костыля для предотвращения продольного смещения рельсов. Каждая стыковая накладка должна крепиться четырьмя костылями. На прямых участках — по два костыля с каждого конца каждой шпалы; на кривых с радиусом менее 1500 футов на наружном конце шпалы — два костыля снаружи и один изнутри, а на внутреннем конце — два костыля снаружи и один изнутри рельса. На кривых наружный рельс должен быть возвышен на величину, зависящую от радиуса кривизны, которую укажет инженер.

РАЗЪЕЗДЫ.

Подрядчик должен смонтировать такие разъезды и запасные пути с необходимыми крестовинами и стрелками, какие потребуются; крестовины и стрелки должны быть прочно и правильно установлены в проектное положение для обеспечения плавности работы.

ЗАСЫПКА И УСТРОЙСТВО КЮВЕТОВ.
Грунт, вынутый при укладке лежней и шпал, должен быть помещен между последними. Кюветы должны быть тщательно очищены после укладки пути; засыпка ни в коем случае не должна подниматься выше верха поперечной шпалы. Излишки грунта должны быть вывезены из выемок или, если это на насыпи, сброшены под откос, оставляя путь и земляное полотно в аккуратном и профессиональном виде.

ДОСТАВКА МАТЕРИАЛОВ.
Шпалы и подлежни должны доставляться в какую-либо точку на дороге как можно ближе к местам их использования, причем ни в коем случае не требуется транспортировка на расстояние более одной тысячи футов; они должны складироваться так, чтобы их можно было легко пересчитать и осмотреть. Заявки на шпалы подаются поштучно с указанием в предложении количества и условий; лежни оплачиваются за тысячу футов по поверхностной мере доски. Все материалы, поставляемые в связи с укладкой пути, должны доставляться в такие сроки и таким образом, чтобы своевременно выполнять контракт на укладку рельсов.

ИЗМЕРЕНИЕ ПУТИ.
Измерение уложенного пути включает разъезды, измеряемые от пятки до пятки стрелочного остряка. Никакая дополнительная оплата за установку крестовин или стрелочных механизмов не производится.

85.
Технические условия на устройство ограждений.

Ценовые предложения на ограждения подаются за погонный фут или милю, включая обе стороны дороги. Где требуется, они состоят из столбов, установленных на расстоянии восемь футов друг от друга от центра до центра, заглубленных на три фута в землю путем выкапывания или бурения, но не забивания. Столбы должны быть из дуба, вяза, каштана или другой прочной древесины, диаметром не менее восьми дюймов в комлевой части, очищенными от коры и обугленными в подземной части. Доски должны иметь сечение 6 × 1 дюйм и длину ровно шестнадцать футов, располагаться на расстоянии шести дюймов друг от друга по вертикали и крепиться к столбам десятипенсовыми гвоздями в каждом месте опирания, с перевязкой стыков между собой. По высоте должно быть пять брусьев, причем верхняя кромка верхнего бруса находится на расстоянии пяти футов от земли. На косогорах и на грунтах, подверженных оползням, следует уделять особое внимание прочной установке столбов в грунт. У скотопрогонов ограждение заводится внутрь на надлежащее расстояние и принимаются меры, предотвращающие проход животных.

86.
Общие положения.

КЛАССИФИКАЦИЯ.
Классификация вынутого материала передается на рассмотрение инженера во всех случаях, когда возникают сомнения относительно характера материала, и по нему принимается решение. Кроме того, все материалы, используемые в сооружениях, подлежат осмотру инженером или его помощниками.

КОЛИЧЕСТВА И КАЧЕСТВА ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫЕ.

Количества и качества работ, представленные в ведомости, являются приблизительными, а информация, приведенная на картах и профилях в отношении них, соответствует имеющимся на данный момент наилучшим сведениям. Компания оставляет за собой право в любое время в ходе выполнения работ изменять трассу, уклоны и ширину дороги или любую их часть, а также границы участков, либо изменять характер, варьировать размеры или менять расположение сооружений, либо заменять один вид работы или материала другим, либо полностью исключать их при обнаружении необходимости, или требовать их возведения там, где это в настоящее время не предусмотрено; и подрядчик обязан выполнять все такие изменения по требованию без изменения контрактных цен, если только суммарная стоимость всех работ, предусмотренных контрактом, не изменится более чем на двадцать процентов, и в этом случае инженером должна быть сделана справедливая скидка или надбавка в пользу компании или подрядчика. Однако в случае, если суммарная стоимость работ изменится более чем на двадцать процентов от первоначальной суммы, и подрядчик не будет удовлетворен измененной компенсацией, он может расторгнуть настоящий контракт при условии, что в течение десяти дней после получения от инженера уведомления о таком изменении он направит инженеру или компании письменное уведомление о своем желании сделать это. В этом случае, как и в других случаях расторжения контракта, он обязан по первому требованию передать имущество во владение компании или ее агентам, оставляя также в их распоряжении любые инструменты или механизмы, под которые они выдали авансы; и компания может после этого рассчитаться с подрядчиком по оценке ущерба, который понесет каждая из сторон.

БАЗИС ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ.

Основой для оценки любых вышеупомянутых изменений считается ведомость, представленная при проведении торгов.

ЗАПРЕТ НА АЛКОГОЛЬ И ПОДДЕРЖАНИЕ ПОРЯДКА.
Подрядчик не должен продавать, разрешать продавать или приносить на территорию своих работ какие-либо спиртные напитки и будет всячески пресекать их употребление лицами, состоящими у него на службе. Он сделает все от него зависящее своими собственными действиями или оказывая содействие должностным лицам округа или корпорации в поддержании законов и тех правил, которые способствуют поддержанию порядка и мирному ходу работ и предотвращают посягательства на права граждан или имущество; и он обязан уволить со службы по требованию инженера любое дебоширящее, опасное, непослушное или некомпетентное лицо и отказываться принимать на работу любого, кто был уволен по такой причине с других участков работ.

ЕЖЕМЕСЯЧНЫЕ ОЦЕНКИ.
Измерения и расчеты выполняются инженером один раз в месяц, с помощью чего можно приблизительно определить объем выполненных работ, и подрядчик имеет право на оплату по ценам ниже контрактных цен по усмотрению инженера или президента компании; при этом подразумевается, что подрядчик не имеет претензий по поводу каких-либо материалов, не уложенных на свое место в земляное полотно, или за затраченный на них труд; и количества оцениваются по размерам после такой укладки, хотя по совету инженера могут производиться авансовые выплаты за такие материалы при их доставке для использования, и в этом случае они становятся собственностью компании под ответственностью и на хранении подрядчика, который несет ответственность за их потерю или повреждение.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ.
Никакие претензии на дополнительные работы или работы, не предусмотренные контрактом, не принимаются, если не было выдано письменное распоряжение на выполнение таких работ за подписью инженера или если эти работы впоследствии не были им засвидетельствованы, а сертификат не был предъявлен при предъявлении к оплате ежемесячной сметы, следующей за выполнением таких работ.

СУБПОДРЯДЫ.
От подрядчика потребуется выполнять работы самостоятельно, и никакие субподряды, освобождающие его от ответственности за надлежащее исполнение контракта, не допускаются без письменного согласия президента компании. Никакие денежные средства не выплачиваются любому такому субподрядчику за работы или материалы без достаточных полномочий от генерального подрядчика.

СРОКИ НАЧАЛА РАБОТ.
По принятии предложения главный инженер направляет об этом уведомление предложившему лицу письмом по его указанному адресу; и через двадцать дней с даты такого уведомления при условии отсутствия препятствий со стороны компании или через двадцать дней после устранения таких препятствий, если таковые имеются, работы должны быть начаты с достаточными силами и с этого момента энергично вестись до их завершения.

ПОРЯДОК ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ.

Считается, что работы не имеют надлежащего прогресса, если объем работ, выполняемых каждый месяц, не находится в надлежащей пропорции к общему объему работ, подлежащих выполнению к сроку завершения по контракту; в этом случае инженер обращает внимание подрядчика (или лица, руководящего работами в отсутствие подрядчика) на этот факт и указывает ему, какие дополнительные усилия необходимо предпринять и какие дополнительные силы требуются в течение разумного установленного срока.

ПРИВЛЕЧЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИЛ.
В случае невыполнения подрядчиком таких дополнительных усилий и непредоставления указанной рабочей силы главный инженер или президент компании могут привлечь такую рабочую силу к работам, а необходимые здания для их размещения могут быть построены за счет и на средства подрядчика, который обязан принять указанную рабочую силу на свою службу и задействовать ее по любой цене, по которой оказалось необходимым ее нанять, не уменьшая при этом предыдущую рабочую силу на объекте и рассматривая такие дополнительные силы всегда так, будто они наняты им самим.

ПРИЧИНЫ ПРОСТОЕВ.
Никакие претензии по поводу простоя из-за неразбивки фронта работ не принимаются, если инженеру не было направлено письменное уведомление за три дня до начала потребности в них; и ущерб от такого простоя оценивается инженером. Полоса отвода предоставляется компанией, но если она не сделает этого для какого-либо конкретного участка, претензии по поводу простоя не заявляются, если только подрядчик не простаивает полных двадцать дней после того, как он направил инженеру письменное уведомление о своем желании начать работы на таком участке. Тогда инженер может либо оценить для него сумму ущерба, которую он принимает в качестве удовлетворительной, либо продлить срок завершения таких работ на столько дней сверх контрактного срока, в течение которых подрядчик простаивал сверх двадцати дней после своего уведомления инженеру.

ИНЖЕНЕР.
Во всех случаях, когда используется слово «инженер», имеется в виду инженер, руководящий строительством; однако распоряжения любого подчиненного инженера должны выполняться, если они отданы в отношении каких-либо обычных операций или когда они явно соответствуют техническим условиям, или при передаче распоряжений его начальства. В других случаях они могут передаваться на рассмотрение участковому инженеру и, наконец, главному инженеру, являющемуся уполномоченным лицом, действующим в настоящее время в этом качестве.

ПОДРЯДЧИК.
Слово «подрядчик» относится к и включает всех лиц, заключивших контракт совместно, любой из которых считается уполномоченным агентом за и от имени своих компаньонов и имеет право расписываться в получении денежных средств, получать распоряжения и действовать в соответствии с ними.

КОНТРАКТ.

87. Это имеющая взаимную юридическую силу статья соглашения между подрядчиком и компанией, определяющая сроки завершения, порядок оплаты и описывающая работы, которые должны быть выполнены. А именно:—

A AND B RAILROAD COMPANY.

Contract.

Graduation on sections A C D,

Masonry on sections A C D,

Ballasting on sections A C D,

Bridging on sections A X T,

Fencing on sections O O O,

Sills and ties on sections O O O,

Track laying on sections O O O.

____________ }

____________ } Contractors.

Статьи соглашения, составленные и заключенные в первый день января 1857 года от Р. Х., между ——, именуемым первой стороной, и железнодорожной компанией A и B, именуемой второй стороной, являющейся компанией, надлежащим образом инкорпорированной штатом ——, каковой компанией настоящим взаимно соглашается о нижеследующем, а именно: Упомянутая
сторона
стороны
первой стороны настоящим обязуется перед упомянутой стороной второй стороны в том, что
он
они
выполнит
выполнят
следующие работы существенным и профессиональным образом, а именно:—

[The work here described.]

Упомянутые работы должны быть выполнены и завершены в соответствии с указаниями и на одобрение главного инженера упомянутой компании на тот момент и с соблюдением всех общих положений технических условий, прилагаемых к настоящему соглашению и составляющих его часть, а также с соблюдением тех специальных положений упомянутых технических условий, которые применимы к работам, являющимся предметом настоящего контракта.

И ввиду полного и добросовестного выполнения упомянутой стороной первой части настоящего договора со своей стороны, упомянутая сторона второй части настоящим обязуется оплатить то же в сроки и в порядке, упомянутых ниже, по следующим ставкам, а именно:—

[Here insert the items and corresponding prices.]

Настоящим взаимно оговаривается, что этот контракт применяется только к тем позициям, на которые указаны цены, и что если он охватывает как труд, так и материалы, используемые в работе, такие цены представляют собой полную компенсацию за них при их применении в требуемом порядке. Если он охватывает только материалы, такие цены служат полной компенсацией за материалы и труд, необходимый для их доставки компании, а если он охватывает только труд, такие цены служат полной компенсацией за такой труд и все обстоятельства, сопутствующие его полному и надлежащему выполнению. Во всех случаях сметный расчет для определения суммы компенсации составляется инженером на основе фактических работ, поставленных материалов или того, на что затрачивается законтрактованный труд.

Также оговаривается, что промежуточные платежи будут производиться время от времени по мере выполнения работ следующим образом:—

[Times and manner of payment.]

И что через тридцать дней после полного завершения контракта к удовлетворению главного инженера компании на тот момент, и передачи работы компании и ее принятия последней, под руководством главного инженера должна быть составлена окончательная опись и смета таковой, должным образом засвидетельствованная им, по возвращении которой президенту компании вся сумма, признанная на тот момент причитающейся упомянутой стороне первой части, должна быть выплачена ей по требованию следующим образом:—

[Insert mode of payment.]

И настоящим также далее оговаривается, что банковские билеты, находящиеся в обращении в штате ——, принимаются в качестве наличных в оплату по всем претензиям в рамках данного контракта.

И упомянутая сторона первой части далее соглашается, что через двадцать дней после того, как ей будет направлено уведомление сделать это, как предусмотрено в упомянутых спецификациях, она приступит к работам, подлежащим выполнению по настоящему контракту, силами всех видов, достаточными для их завершения в предписанные здесь сроки, и что она завершит и сдаст их компании полностью законченными во всех частях следующим образом:—

И приложенные здесь спецификации настоящим признаются неотъемлемой частью данного контракта и (за исключением тех случаев, когда какое-либо положение в них может не относиться к предмету контракта или может быть специально изменено в нем) должны учитываться при определении значения, объема и назначения настоящего соглашения, а также при определении прав, полномочий, обязанностей, привилегий и обязательств договаривающихся сторон в отношении любого включенного в них предмета.

В удостоверение чего упомянутая сторона первой части подписала и скрепила печатью настоящий документ, а упомянутая сторона второй части распорядилась, чтобы ее президент подписал свое имя и приложил корпоративную печать компании к настоящему документу, и все это совершено в трех экземплярах в день и год, указанные выше.

Contractor’s name,      [SEAL.]

President’s name,       [SEAL.]

ПРИГЛАШЕНИЕ К ПОДАЧЕ ЗАЯВОК.

88. По составлении приблизительных смет, планов и продольных профилей, а также урегулировании прочих предварительных вопросов, в периодической печати публикуются предложения о выполнении работ. А именно:—

New York, January 1, 1857.         }

Office of the A and B Railroad Company. }

Предложения на выполнение земляных работ, возведение мостов, кладку каменных конструкций и укладку верхнего строения пути, а также на поставку материалов для железной дороги А и Б принимаются в этом офисе до 31 января 1857 года.

Ознакомиться с планами, продольными профилями и ведомостями объемов работ, а также получить бланки заявок можно по запросу в этом офисе.

Все предложения должны быть адресованы главному инженеру Железнодорожной компании А и Б.

Заявки после 31 января, 12 часов дня, не принимаются.

Per order,

C. D., Secretary A and B R. R. Co.

ФОРМА ЗАЯВКИ.

89. Чтобы участники торгов могли подать свои заявки в форме, удобной для сравнения, им выдается бланк, в некоторой степени похожий на следующий.

Number of Section.
Sec. 1.
Sec. 2.
Sec. 3.
Sec. 4.

Length in miles.
1½
1¼
1¾
1½

Graduation.
Clearing and grubbing,
 
 
 
 

 
Price per acre,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Earth excavation,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Loose rock excavation,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Solid rock excavation,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Average haul on section,
 
 
 
 

 
Ballasting,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Whole cost of graduation,
 
 
 
 

Masonry.
First class masonry,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Second class masonry,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Third class masonry,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Foundation timber,
 
 
 
 

 
Cost per M., b’d measure,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Excavation for foundation,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Rip rap,
 
 
 
 

 
Price per yard,
 
 
 
 

 
Cost on the section,
 
 
 
 

 
Whole cost of masonry,
 
 
 
 

Bridging.
Detailed as above,
 
 
 
 

Track laying.
 
 
 
 
 

Fencing.
 
 
 
 
 

Заполненная форма очевидным образом дает стоимость каждого или всех элементов по любому или всем участкам, причем стоимость всех элементов по любому отдельному участку указывается внизу этого участка, а общая стоимость любого отдельного элемента — на крайней правой стороне на строке этого элемента.

В нижней части бланка напечатано: «Нижеподписавшийся, ознакомившись со спецификациями и произведя надлежащее обследование, настоящим предлагает Железнодорожной компании А и Б выполнить работу по вышеуказанной ведомости, напротив которой он проставил цифры, по этим ценам и на описанных условиях, и в случае принятия этого предложения компанией обязуется заключить письменный контракт на этот счет и предоставить требуемое обеспечение».

Name,

Address,

Name of Surety,

Address of Surety.”

СРАВНЕНИЕ ЗАЯВОК.

90. Поступившие заявки сравниваются следующим образом:—

Name of bidder.
Graduation.
Masonry.

Sec. 1.
Sec. 2.
Sec. 3.
Sec. 4.
Total.
Sec. 1.
Sec. 2.
Sec. 3.
Sec. 4.
Total.

A
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

B
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

C
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
_

Name of bidder.
Bridging.
Superstructure.

Sec. 1.
Sec. 2.
Sec. 3.
Sec. 4.
Total.
Sec. 1.
Sec. 2.
Sec. 3.
Sec. 4.
Total.

A
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

B
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

C
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Name of bidder.
Fencing.
Grand Total.

Sec. 1.
Sec. 2.
Sec. 3.
Sec. 4.
Total.

A
 
 
 
 
 
 

B
 
 
 
 
 
 

C
 
 
 
 
 
 

На основании чего можно легко выбрать наименования либо для одного или нескольких участков, либо для любых или всех элементов, которые обеспечат наименьшую стоимость.

ГЛАВА V.
РАЗБИВКА РАБОТ.

91. Вынесение линии на местности заключается в установке колышка через каждые сто футов на прямых участках и через каждые пятьдесят футов на крутых кривых, а также постоянного столба в каждой точке начала и конца кривой, а также в точках сложных и обратных кривых. Это осевая линия, ось дороги и основа для всех полевых работ. Где бы ни производились работы, осевые колышки должны быть привязаны к фиксированным точкам за пределами полосы отвода дороги.

92. Первая операция при подготовке к выемке состоит в установке боковых колышков на расстоянии, равном половине ширины земляного полотна плюс кювет, по обе стороны от осевой линии.

ОТКОСЫ.

93. Разбивка откосов — это термин, применяемый к разметке на местности с каждой стороны от оси расстояния, на которое распространяется откос, начинающийся от внешнего края кювета; это расстояние зависит от крутизны откоса, ширины земляного полотна и кювета, а также глубины выемки. Здесь может возникнуть пять различных случаев:—

На насыпи при горизонтальной естественной поверхности. На насыпи при наклонной естественной поверхности. В выемке при горизонтальной естественной поверхности. В выемке при наклонной естественной поверхности.

В работах на косогоре, когда земляное полотно частично находится в выемке, а частично в насыпи. Как при выемке, так и при насыпи, когда естественная поверхность горизонтальна, нам нужно лишь прибавить глубину выемки в футах и десятичных долях, умноженную на заложение откоса, к половине ширины земляного полотна плюс кювет.

Thus suppose the cut is
20.55 feet,

  half the road-bed,
10.25 feet,

  ditch,
3.00 feet,

  slope 1½ horizontal to 1 vertical,
 

и мы получаем

(20.55 × 1½) + 10.25 + 3.0 = 44.075 feet.

Когда земля наклонена поперек оси дороги, сначала выберите точку на земле (по-видимому, правильную), нивелиром определите ее высоту над проектной отметкой, умножьте ее на заложение откоса и прибавьте половину расстояния между внешними краями кюветов, и посмотрите, насколько это близко к измеренному расстоянию от центра до выбранной точки; если в пределах фута, то это подходит; если нет, вторая попытка определит место.

ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ.

94. Длина любого сооружения, проходящего под железнодорожной насыпью, составляет L – 2Rh, где L — расстояние между откосными колышками, R — крутизна откосов, h — высота сооружения от естественной поверхности. Так, предположим, что расстояние между откосными колышками составляет 100 футов, заложение откоса 1½ к 1, а h равна 10 футам, тогда мы получаем

L = 100 – (10 × 1½ × 2) = 100 – 30 = 70 feet.

Длина косого сооружения, разумеется, будет больше длины сооружения, расположенного под прямым углом к дороге; длина зависит от степени косоугольности.

КАМЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ.

95. Существует восемь общих случаев, которые могут возникнуть при разбивке таких сооружений, как устои мостов с крыльями.

1. A right bridge on a level tangent.

2. A right bridge on a level curve.

3. A skew bridge on a level tangent.

4. A skew bridge on a level curve.

5. A right bridge on an inclined tangent.

6. A right bridge on an inclined curve.

7. A skew bridge on an inclined tangent.

8. A skew bridge on an inclined curve.

И эти восемь случаев снова будут варьироваться в зависимости от естественной поверхности земли: является ли она горизонтальной или имеет поперечный уклон.

96. Общее положение крыльев устоя и общая форма линии, ограничивающей основание моста, показаны на рис. 31 — рис. 38. На рис. 31 представлен первый случай. Точки A, B, C, D фиксируются с помощью перпендикуляров, опущенных из точек осевой линии EF, GH.

Рис. 31.

На рис. 32 представлен второй случай. Крылья 3c, 4d должны, очевидно, иметь иной уклон, чем A1, B2. Точки A, B, c, d, 1, 2, 3, 4, как и ранее, откладываются с помощью перпендикуляров от касательной к кривой.

Рис. 32.

Рис. 33 понятен сам по себе.

Рис. 33.

Рис. 34.

Рис. 34, случай пятый. Здесь крылья A1, C4 одинаковы, равно как и B2, D3, причем первые длиннее из-за большей высоты насыпи.

Рис. 35.

Рис. 35, случай седьмой. Здесь каждое крыло имеет свои особенности; фигура представляет собой комбинацию рис. 33 и 34.

Рис. 36 и 37.

Рис. 36 и 37, случай 8. Это самый сложный из всех. Никакие два крыла не имеют одинаковой длины или уклона в плане. Когда естественная поверхность горизонтальна, линия, ограничивающая мост, имеет вид A″ B″ C″ D″. Если естественная поверхность понижалась от C″ к A, то положение было бы A, B, C, D. На рис. 37 показан фасад в положении A B C D. Различные точки откладываются от линии nn.

Общий способ определения линий на рисунках с 31 по 38 заключается в том, чтобы задать угол какого-либо одного крыла, например A 1 на рис. 34, провести AC параллельно EF; а из точки C, являющейся пересечением AC с основанием насыпи, линия C 4 определяет положение другого крыла. Местные условия, разумеется, часто сразу определяют длину и угол крыльев. На простых кривых, как на рис. 32, линии Ac и Bd проводятся по радиусам.

97. При устройстве виадукта на кривой оси устоев и опор проводятся по радиусам к центру разбитой кривой, а плоскости линий пят сводов делаются параллельными осям арок. Таким образом, опора превращается в клин и должна быть усилена ледорезом с внешней стороны кривой для противодействия равнодействующей распоров двух смежных арок.

98. Никогда не следует пытаться выносить в натуру точную горизонтальную проекцию сложного сооружения на пересеченной местности, а только котлованы, которые после разработки образуют горизонтальную поверхность для дальнейшей работы. Устанавливая колышки, мы должны следить за тем, чтобы они находились на таком удалении от сооружения, при котором они останутся нетронутыми во время производства работ. Колышки для разметки ям и котлованов могут располагаться по углам последних, но рабочие колышки должны быть расставлены так, чтобы натянутые между ними шнуры определяли контуры кладки. Все измерения, производимые при разбивке работ, должны выполняться с помощью мерных рейек и тщательно проверяться.

99. При устройстве фундаментов опор и при работах на воде вообще два колышка на берегу или установленный теодолит определяют любую линию на воде. Два теодолита определяют точки.

100. У каждого сооружения должен быть тщательно закреплен постоянный репер, от которого можно получать его высотные отметки.

101. При выверке косых мостов необходимо следить за тем, чтобы подферменные площадки располагались таким образом, чтобы поперечные балки пролетного строения лежал в правильной плоскости и не были искривлены или перекошены.

Рис. 38.

102. В качестве примера разбивки работ с учетом высот рассмотрим случай рис. 38. Пусть уклон осевой линии составляет один к 100, угол косоугольности 45°, ширина моста двадцать футов, а пролет по косой линии — сто футов. Требуется определить отметки точек a, b, c, d.

Assume the height of (2) as
100.00

  That of (3) will be
99.00

  b being 10 ft. back of 2 is 0.1 ft. higher than 2, or
100.10

  and d 0.1 feet less than (2) or
99.90

  also a = 99.00 + 0.10, or
99.10

  and c = 99.00 – 0.10, or
98.90

ТОННЭЛИ.

103. Поддержание правильной осевой линии в тоннелях обычно считается сложной задачей. Фиксация линии в глубоких шахтах требует большой осторожности из-за малого расстояния между единственными двумя фиксированными точками, которые могут быть перенесены с поверхности на дно выработки. Это вопрос ручного мастерства и обращения с инструментами. Нет никаких трудностей в том, чтобы выставить по прямой верхние концы двух отвесов; а нижние определенно будут подчинены их положению. Следующий метод оказался пригодным для любых целей.

Пусть диаметр отверстия шахты составляет десять футов. Положите над проемом два горизонтальных бруса перпендикулярно дороге, на которых перемещаются ползуны, удерживающие верхний конец отвесов. Выровняйте эти линии на поверхности с помощью теодолита; и по их закреплении установите железные штыри в точках, отмеченных отвесами на дне шахты. На этих штырях зафиксируйте точные центры. Для поддержания линии в забоях шахты следует использовать прямой шест со стальными остриями на каждом конце, который, будучи установлен на железные центровые штыри, фиксирует осевую линию тоннеля. Когда тоннель криволинейный, линия должна размечаться с помощью смещений от касательной к кривой в точке шахты.

Этим методом точки на расстоянии десяти футов могут быть зафиксированы с точностью до 1/100 дюйма, расхождение в чем вызвало бы ошибку в ⅒ дюйма на сто футов или один дюйм на тысячу футов.

ГЛАВА VI.
ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ.

ФОРМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ.

105. Предполагается, что читатель знаком со способом нахождения площадей и объемов простых геометрических фигур и тел. Следующие пятнадцать рисунков показывают формы, которые могут принимать поперечные сечения железной дороги в выемке; для насыпи инвертируйте те же фигуры. Они легко разделяются на простые фигуры.

Рис. 39.

Рис. 40.

Рис. 41.

Рис. 42.

Рис. 43.

Рис. 44.

Рис. 45.

Рис. 46.

Рис. 47.

Рис. 48.

Рис. 49.

Рис. 50.

Рис. 51.

Рис. 52.

Рис. 53.

Рис. 54.

105. Составление таблиц объемов земляных работ при выемке на ровной местности очень просто. Площадь следующего сечения, где B — основание, а R — горизонтальный размер откоса, составляет

B + B + 2R

2 × h, or 2B + 2R

2 × h,

или в окончательном виде

B + R × h,

т. е. основание прямоугольника на его высоту. Умножьте это на 100 и разделите произведение на 27; или разделите на 27/100, и мы получим объем в кубических единицах в призме длиной сто футов. При ширине земляного полотна девятнадцать футов и откосах полтора к одному формула для объема призмы длиной сто футов имеет следующий вид

(19 + 1½h)h

0.27,

и принимая основание выемки в скальном грунте за восемь футов, заложение откоса одна четвертая к одному, а насыпь в восемь футов по проектной отметке земляного полотна, мы имеем для скального грунта

(72 + h)h

1.08,

и для насыпи

(18 + 1½h)h

0.27,

причем для насыпи фигура переворачивается. Для призмы длиной десять или одна тысяча футов нам нужно лишь сдвинуть десятичную точку. При составлении таблицы действуйте следующим образом:—

h
B + 1½h
B + 1½h × h
(B + 1½h) × h

0.27

a
b
c
d

a′
b′
c′
d′

an
bn
cn
dn.

Рис. 55.

Из рассмотрения рис. 55 очевидно, что c превышает c0 на h × 2r; и что c″ превышает c′ на h′ × 2r′; и так далее до конца; поскольку это увеличение постоянно, нам нужно найти площадь c, а для площади c + c′ удвоить c и прибавить приращение; откуда вытекает правило:—

Найдя приращение (которое изменяется в зависимости от крутизны откоса) для второго сечения, прибавьте приращение к удвоенной площади первого. Для третьего прибавьте удвоенное приращение к утроенной площади первого; а для n-го прибавьте n – 1 раз приращение к n раз площади первого, или в алгебраическом выражении: называя a первую площадь, a′ вторую, a″ третью, an n-ю площадь, получаем

The first area
a
= a;

The second area
2a + i
= a′;

The third area
3a + 2i
= a″;

The nth area
na + (n – 1)i
= an.

Мы могли бы сразу оперировать кубическими объемами, если бы не длина, до которой доходят некоторые десятичные знаки; причем некоторые из них являются периодическими.

106. Составленная таким образом таблица может иметь следующий вид:—

Cut (or fill), in feet.
Cubic yards Earth.

Slopes 1½ to 1.
Cubic yards Rock.

Slopes ¼ to 1.

1
76
68

2
163
137

3
261
208

4
371
282

5
491
356

6
622
433

7
802
512

8
919
593

9
1083
675

10
1260
759

т. е. при глубине выемки восемь футов каждый отрезок длиной сто футов дает девятьсот девятнадцать кубических ярдов; тысяча футов — 9190 ярдов, а десять футов длины — 91,9 кубических ярда.

107. Предшествующая система предназначена только для приближенных смет. Пусть один человек считывает глубины выемок или высоты насыпей с профиля, второй сообщает соответствующее количество ярдов по составленной, как описано выше, таблице, в то время как третий записывает цифры, не забывая отделять выемки от насыпей.

Для окончательных измерений следует использовать исключительно формулу призмоида; длину призмоидов следует брать через каждые сто футов, а на пересеченной местности — чаще.

108. В качестве примера сравнительных объемов, получаемых по вышеуказанной формуле и по обычному методу усреднения концевых площадей, возьмите следующее при откосах 1½ к 1.

Base.
Distance.
Cut.
End Area.
Mean Area.
Middle Area.

20
0
0
000
000
000

20
50
5
137
069
059

20
50
10
350
244
236

20
50
15
637
493
483

20
50
00
000
318
236

Путем усреднения концевых площадей мы получаем

50 ×
69 =
3,450
 

50 ×
244 =
12,200
 

50 ×
493 =
24,650
 

50 ×
318 =
15,900
Sum, 56,200.

А по формуле призмоида,

50 ×
305
 

50 ×
1,257
 

50 ×
2,669
 

50 ×
1,755
Sum 299,300 ÷ 6 = 49,000,

 
and 56,200 – 49,000 = 7,200

кубических футов в пользу метода концевых площадей.

109. Формула призмоида в алгебраическом выражении имеет вид

a + a′ + 4a″

6L = c,

when L = length,

c = cubic contents,

a = area of one end,

a′ = area of other end,

a″ = middle area;

или словами: к сумме концевых площадей прибавьте четыре площади среднего сечения и умножьте результат на одну шестую длины; причем средняя площадь представляет собой площадь, образованную по средней высоте двух концов. Таким образом, если длина составляет сто футов, один конец имеет высоту десять футов, другой конец — двадцать футов, а заложение откосов составляет полтора к одному, кубический объем равен (при основании двадцать два фута):

[(22 + 22 + 30

2 × 10) + (22 + 22 + 60

2 × 20) + (22 + 22 + 45

2 × 15 × 4)] × 100./6

ВЫЕМКИ И НАСЫПИ.

110. Некоторые авторы считали, что продольные уклоны дороги должны быть скорректированы таким образом, чтобы уравнять объемы выемок и насыпей. Общие подъемы и спуски от этого могут измениться незначительно, но механическое действие уклонов — существенно. Идеального баланса между выемками и насыпями желать не стоит. Общая стоимость земляных работ должна быть минимальной, и зачастую дешевле разрабатывать грунт в отвал и брать из резерва, чем делать очень длинные транспортировки и формировать проектную линию за счет перемещения материалов только в пределах профиля.

111. Поперечные откосы зависят от характера грунта, в котором производится выемка. Гравий держится при откосе полтора по горизонтали к одному по вертикали, а в некоторых случаях один и четверть или даже один к одному. Глины некоторое время держатся почти вертикально, но в конечном итоге приобретают очень пологий откос, в некоторых случаях два, три и даже четыре по горизонтали к одному по вертикали. В местах, где пласт глины залегает под более надежным грунтом, во избежание очень длинного откоса может быть экономически выгодно поддержать глину подпорной стенкой, а откос делать только для вышележащего грунта.

112. В каждом случае следует заботиться об обеспечении хорошего водоотвода и защите откосов с помощью нагорных канав поверху. Канавы в протяженных выемках должны иметь небольшой уклон для обеспечения стока воды. Падения в десять футов на милю достаточно; в во многих случаях хватит и пяти. На косогорных выемках нагорная канава вдоль верхней бровки откоса сослужит хорошую службу. На многих высоких насыпях быстротоки, начинающиеся от земляного полотна и постепенно спускающиеся к подошве, в значительной степени предотвратят размыв насыпи.

113. Насыпи при их быстром возведении должны отделываться на полную ширину несколько выше проектной отметки с расчетом на последующую усадку. (См. спецификацию).

114. В некоторых частях Америки на усадку материалов делались следующие поправки.

Light, sandy earth
0.12

Clayey earth
0.10

Gravelly earth
0.08

Gravel and sand
0.09

Loam
0.12

Clay
0.10

Clay puddled
0.25

Wet surface earth
0.15

Объем скальной породы из карьера, напротив, увеличивается от двадцати пяти до пятидесяти процентов.

115. Когда насыпи возводятся медленно, слоями по три-четыре фута за раз, последующая осадка весьма незначительна; когда они возводятся за один раз, она будет больше. Необходимо сохранять полную ширину даже выше требуемой высоты. На рис. 56 показаны формы насыпи как до, так и после осадки.

Рис. 56.

Лучший способ возведения насыпи из плохого материала — трамбовать слои, как показано на рис. 57; таким образом, создается тенденция к уплотнению за счет осадки, а не к разрушению работы путем сползания.

Рис. 57.

ТРАНСПОРТИРОВКА МАТЕРИАЛА.

116. При возведении насыпей не всегда целесообразно устраивать всю насыпь из прилегающей выемки или выемок. Дальность транспортировки может оказаться слишком большой. В этом случае принято ссыпать часть выемки в отвал и брать грунт для насыпи из какого-либо более близкого места. Для того чтобы транспортировка осуществлялась наиболее экономичным способом, произведение объема земляных работ на среднее расстояние (расстояние между центрами тяжести выемки и насыпи) должно быть минимальным. Определение теоретически минимальных затрат представляет собой очень сложную задачу из-за большого числа входящих в нее переменных элементов, и полученный результат применим только к конкретному случаю. Местные обстоятельства определяют расположение резерва и путь, по которому должен транспортироваться материал, сильнее любого другого фактора.

О СРЕДНЕЙ ДАЛЬНОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ.

117. Чтобы найти стоимость перемещения грунта на любом участке, мы должны знать общий объем перемещаемого грунта и среднюю дальность перемещения; последняя представляет собой расстояние, на которое, если бы был перемещен весь объем, стоимость оказалась бы равной сумме затрат на перемещение частичных объемов на соответствующие им расстояния. Чтобы найти среднюю дальность перемещения, действуйте следующим образом: Сначала найдите расстояние между центрами тяжести каждой массы как до, так и после перемещения, что можно сделать с достаточной для практики точностью при осмотре профиля. Затем

Разделите сумму произведений частичных объемов на их соответствующие дальности перемещения на общий объем; полученный результат и есть средняя дальность перемещения в футах. Или в алгебраической форме: обозначая частичные объемы через m, m′, m″, m‴, соответствующие дальности перемещения через d, d′, d″, d‴, общий объем через S, а среднюю дальность перемещения через D, мы имеем

md + m′d′ + m″d″ + m‴d‴

S = D.

Пример. — Пусть в колонке 1 указаны частичные объемы в кубических ярдах. В колонке 2 — соответствующие дальности перемещения.

1,000
× 200 =
200,000

2,000
× 300 =
600,000

5,000
× 400 =
2,000,000

8,000
× 600 =
4,800,000

 

16,000
 
7,600,000

and 7,600,000

16,000 = 475 feet average haul.

Proof.—Assume the cost of moving 1,000 yards one foot
as ten cents, the costs of the separate masses are

1,000 yards 200 feet is
$20.00

2,000 yards 300 feet is
60.00

5,000 yards 400 feet is
200.00

8,000 yards 600 feet is
480.00

 

Sum,
$760.00

also the cost of moving 16,000 yards 475 feet is

16 × 475 × 10 = $760.00.

119. Перемещение грунта осуществляется лопатами, тачками, лошадьми и повозками или вагонетками. Округляя, мы можем перемещать грунт

By shovels alone
10 to
20 feet,

By barrows alone
20 to
100 feet,

By carts
100 to
500 feet,

By cars
500 to
5,000 feet,

По мере увеличения дальности транспортировки при прежнем количестве транспортных средств число землекопов должно уменьшаться. Легко разрабатываемые грунты не допускают столь большой дальности перемещения с заданным числом землекопов, как тяжелые грунты. Характер грунта, конструкция повозок, тип лошадей, время года и стоимость рабочей силы — вот лишь некоторые из элементов, входящих в задачу транспортировки. Наилучшую иллюстрацию этого вопроса можно найти в весьма содержательных трудах Эллвуда Морриса, дипломированного инженера, в «Журнале Института Франклина». Зная стоимость заработной платы, характер грунта и дальность транспортировки, легко понять, какому способу транспортировки следует отдать предпочтение.

ПОДРЯДНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ.

120. Стоимость выполнения любых работ выплачивается подрядчику через установленные промежутки времени, как правило, раз в месяц. Объем выполненных работ при этих промежуточных платежах определяется инструментальной привязкой к местности. Ближе к завершению работ наиболее правильным и простым способом определения темпов продвижения является вычитание уже выполненного объема из общего объема, полученного по первичным измерениям. Подрядчику выплачивается не вся сумма целиком, а удерживается определенный процент, что гарантирует добросовестное выполнение работы. Установить пропорциональную (pro rata) цену в самом начале невозможно из-за неопределенного характера работ; то, что кажется грунтом, может оказаться скальным основанием. Путем вычитания сметы по максимальной цене для всех элементов, кроме одного, можно определить приблизительное пропорциональное (pro rata) значение для этого единственного элемента. Анализ затрат определит минимальный предел выгоды для подрядчика, а пропорциональное (pro rata) значение за вычетом удерживаемого процента — максимальный предел в интересах компании.

ВОДООТВОД.

121. Когда необходимо осушить участок или отвести воду с поверхности болота, первой задачей является определение расположения низшего устья стока. Направление, в котором лежат водных растения, показывает естественный сток воды, поскольку они всегда указывают вниз по течению. Когда наиболее подходящий водовыпуск определен, следует наметить магистральный канал, от которого прокладываются косые ответвления, направленные по течению; в них собираются все мелкие канавы, чтобы весь район был осушен равномерно. Уклон должен быть наибольшим в наиболее удаленных точках и уменьшаться по мере увеличения объема воды. Большие и глубокие реки текут с достаточной скоростью при уклоне в один фут на милю. Для малых рек требуется вдвое больше. Канавы и обычные дренажные канавы требуют восьми футов на милю. Когда вода отводится с поверхности, она должна течь очень плавно, чтобы берега и дно канав не размывались от трения; она должна находиться в постоянном движении, чтобы русло содержалось в чистоте и увеличивало скорость по мере своего продвижения. Если поверхность представляет собой абсолютно ровное плато, канавы, разумеется, следует делать прямыми.

После того как количество воды определено путем тщательного наблюдения, необходимо установить сечение магистрального канала и ответвлений так, чтобы с учетом как их площадей сечений, так и скоростей течения главный водоотвод не был перегружен.

Для облегчения течения откосы следует делать с заложением около одного и четверти к одному; а ширина основания должна составлять две трети глубины воды. Эти результаты получены из практики английских инженеров, которые уделяли этому вопросу много внимания.

Канавы, прокладываемые через торфяники, могут иметь откосы, близкие к вертикальным или даже полностью вертикальные, поскольку волокна растений, образующих грунт, противостоят воздействию воды.

ПОДЗЕМНЫЙ ДРЕНАЖ.

Геология весьма существенно помогла этой работе, дав нам представление о качестве и характере, а также о последовательности пластов. Водонепроницаемые грунты обычно являются самыми тяжелыми, а пористые — более легкого качества. Глины в естественном состоянии отдают воду только путем испарения; и поэтому сделать такую поверхность пригодной для полезного использования требует значительной изобретательности и часто больших затрат. Такой грунт не теряет устойчивости от подземных источников и может быть эффективно осушен путем бурения и отвода воды в нижележащий пласт, если он имеет пористую природу.

Когда земля изобилует источниками или подвержена сочению подземных вод, осушение осуществляется иначе. Источники берут свое начало в скоплении дождевой воды, которая, падая на землю и пройдя пористые пласты, задерживается на водонепроницаемых и скользит по наклонной поверхности до тех пор, пока не выклинится на поверхность, как правило, в какой-нибудь долине, где она образует водоток.

Стекающие потоки легко перехватываются путем их сбора в единый поток до того, как они достигают низин.

Когда необходимо осушить болото, следует изучить пласты, на которых оно залегает, и если, как это часто бывает, между подстилающей породой и моховым покровом залегает слой глины, удерживающий воду, то путем его вскрытия в хорошо выбранных местах вся вода уйдет.

Прекрасный пример устройства насыпи на слабом основании выполнил мистер Стефенсон на Великой западной железной дороге в Англии при пересечении болота Чатмосс. Это болото было настолько мягким, что скот не мог ходить по нему, а железный прут тонул в нем под собственным весом. Болото было сначала тщательно осушено системой продольных и поперечных канав, а насыпь была выполнена из маловесного материала — самого высушенного торфа. Без такой обработки болото просело бы под одной только насыпью; теперь же оно выдерживает проход тяжелейших железнодорожных поездов.

МЕТОД ВЕДЕНИЯ РАБОТ.

122. Организация изыскательской партии на железной дороге выглядит следующим образом, хотя в разных частях страны она может несколько отличаться.

Главный инженер осуществляет полное руководство всеми работами, всеми помощниками, назначает и увольняет членов партии, проектирует все сооружения, составляет спецификации и руководит всеми инженерными операциями, обеспечивающими тщательное, правильное и своевременное строительство дороги; он также должен быть способен в общих чертах определить объем и характер необходимого подвижного состава и оборудования.

Участковый инженер руководит детальным строительством от двадцати пяти до пятидесяти миль дороги в зависимости от характера работ, неся ответственность перед главным инженером за надлежащее выполнение распоряжений из штаб-квартиры; он представляет главному инженеру ежемесячный отчет о точном состоянии своего участка как по объему выполненных работ, так и по объемам, которые еще предстоит выполнить.

Помощниками участкового инженера являются нивелировщик и специалист по работе с теодолитом; на них под его руководством возлагается обязанность разбивки, измерения и оценки работ. В подчинении у нивелировщика находится один или несколько рейщиков. У специалиста по теодолиту — два мерщика цепи и один или несколько топографов-рубщиков.

В некоторых случаях к вышеперечисленным добавляются инспекторы по каменной кладке, мостам и верхнему строению пути. Они необходимы только тогда, когда дорога включает в себя большое число искусственных сооружений — их слишком много, чтобы оставлять участковому инженеру достаточно времени для выполнения других его обязанностей. Раз в месяц участковый со своими помощниками определяет точный объем выполненных земляных работ, мостовых и каменных сооружений. Главный инженер применяет к этим объемам цены, и после вычета удерживаемого процента смета готова для передачи казначею.

123. Реферат, составленный на основе ежемесячной сметы, должен четко, без лишних цифр показывать объем выполненных работ, а также объем, который еще предстоит выполнить.

Для удобства различные бланки, используемые на железных дорогах, должны складываться до одинаковой формы и размера. К числу бланков относятся следующие:

The Contract,

The Specification,

The Resident Engineer’s Monthly Return,

The Assistant’s Weekly and Monthly Returns,

The Force Return,

The Pay Roll,

Vouchers.

Контракт и спецификация приведены в главе IV. Ежемесячный отчет участкового инженера главному инженеру выглядит примерно следующим образом:—

Ежемесячный отчет о работах, выполненных на первом участке железной дороги А и Б, за месяц, заканчивающийся ——, с указанием также общего объема работ на ——, а также текущей сметы на завершение строительства.

Section.
Contractor.
GRADUATION.

Clearing and Grubbing.
Excavation.

In July.
Total to date.
In July.
Total to date.

Acres.
Price.
Am’t.
Acres.
Pr.
Am’t.
Yards.
Pr.
Am’t.
Yards.
Pr.
Am’t.

1
 
15
100
1500
300
100
30000
44000
10
4400
100000
10
10000

MASONRY.

First Class.
Second Class.
Third Class.
Foundation in Excavation.
Foundation Timber.

In July.
Total to date.
In July.
Tot. to date.
In July.
Tot. to date.
In July.
Tot. to date.
In July.
Tot. to date.

Yds.
Pr.
Am’t.
Yds.
Pr.
Am’t.
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

BRIDGING AND TIMBERWORK.

Truss Bridges.
Pile Bridges.
Stringer Bridges.
Trestling.

In July.
Total to date.

Feet.
C.
Am’t.
Feet.
C.
Am’t.
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

SUPERSTRUCTURE AND FENCING.

Superstructure.
Fencing.

In July.
Total to date.
In July.
Total to date.

Miles.
Price.
Am’t.
Miles.
Price.
Am’t.
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

VALUE OF WORK AND PAYMENTS MADE.

Value of Work in July.
Amount paid in July.
Whole value to date.
Whole amount paid.
Amount left due.

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

VALUE OF LABOR.

Foreman and Mechanics.
Laborers.
Carts with Horses.
Carts with Oxen.
Whole value.

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

RECAPITULATION.

Value of work done in July.
Value of work up to date.
Remaining Value.

 
 
 

 
 
 

 
 
 

Помощники участкового инженера представляют ему еженедельную ведомость об объеме и стоимости рабочей силы, задействованной на различных участках, а ежемесячно — точный объем выполненных на них работ, для каждого из которых должен быть предусмотрен бланк. Вышеуказанные формы могут быть отпечатаны и сложены в формате 8vo или представлять собой непрерывные заголовки большого листа.

ГЛАВА VII.
СКАЛЬНЫЕ РАБОТЫ.

СКАЛЬНЫЕ ВЫЕМКИ.

125. Откосы скальных выемок иногда делают пологими, например с заложением одна четвертая или одна пятая по горизонтали к одному по вертикали, а иногда делают совершенно вертикальными. Наносной грунт, если таковой имеется и покрывает скалу, сначала разрабатывается с надлежащим откосом; между подошвой земляного откоса и бровкой скального оставляется берма шириной в один или два фута.

126. Выемка в скале, как и в грунте, разрабатывается на один-два фута ниже проектной отметки для обеспечения укладки необходимого балласта.

БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ И ВЫБОРКА КАМНЯ.

127. Наиболее распространенным способом удаления скальных пород являются взрывные работы; для этого шпуры бурятся зубильными бурами со стальными наконечниками, приводимыми в движение вручную или с помощью пара. Первая задача при прокладке прохода через скалу — открыть рабочий забой для получения необходимых линий наименьшего сопротивления (эта линия — та, по которой порог находит наименьшее сопротивление для выхода газов под прямым углом к длине шпура); эти линии должны, по возможности, находиться под прямым углом к плоскостям напластования; шпуры следует бурить параллельно пластам породы, так как в этом случае порох будет откалывать слои. При работе с вертикальным забоем может оказаться лучшим решением взорвать сначала нижнюю часть и тем самым подмыть нависающую массу.

128. Количество пороха в различных зарядах для получения пропорциональных результатов должно относиться как куб линии наименьшего сопротивления; например:—

23 is to 4 oz. as 33 is 13½ oz.,

или

8 to 4 as 27 to 13½;

и в общем,

L3 : w :: L′3 : w′;

откуда

w′ = wL′3

L3.

129. Следующие заряды, соответствующие линиям наименьшего сопротивления, взяты из трудов сэра Джона Бургойна.

Line of least resistance.
Charge of powder.

2 feet,
0 lbs.
4 oz.

4 feet,
2 lbs.
0 oz.

6 feet,
6 lbs.
12 oz.

8 feet,
16 lbs.
0 oz.

130. После удаления разрыхленного камня порох помещается в нижнюю часть шпура; после чего следует пыж из дерна или какого-либо другого легкого материала; затем забойка из молотого кирпича, сухой глины или чего-то подобного и, наконец, пробка из мокрой глины или иного прочного вещества. Через все это оставляется отверстие, сообщающееся с порохом путем уплотнения забойки вокруг проволоки; через это отверстие вставляется бикфордов шнур для поджигания заряда. Идеальная забойка оказывала бы сопротивление, равное сопротивлению естественной скалы. Большим усовершенствованием вышеуказанного метода является взрыв с использованием песка: засыпается порох, а шпур заполняется рыхлым сухим песком, который просто насыпается и уплотняется легким постукиванием, но абсолютно не трамбуется; взрыв пороха распределяет песок в виде клина и заставляет силу взрыва действовать в боковых направлениях. В некоторых случаях в шпур вместе с песком помещался небольшой деревянный конус (основанием вниз), что очень сильно помогает предотвратить выход взрывных газов через отверстие шпура.

131. В последние годы применяется замечательный метод одновременного воспламенения крупных зарядов, а именно вольтово электричество.

Гигантский пример применения этого метода был продемонстрирован английскими инженерами при обрушении части утеса Раунд-Даун примерно в двух милях от Дувра (Англия). В скале были прорублены две камеры размером 13 × 5½ × 4½ фута и одна размером 10 × 5½ × 4 фута. В них было помещено пятьдесят мешков с порохом общей массой восемь с половиной тонн. Заряды были подорваны с помощью системы вольтова электричества, в результате чего масса породы (мела) размером 380 × 360 × 80 футов объемом 400 000 кубических ярдов была сброшена в море, и, по оценкам, было сэкономлено почти 40 000 долларов.

133. Следующая таблица из меморандума полковника Пасли по горным работам показывает вместимость различных шпуров для пороха по весу, а также глубину шпуров разного диаметра для размещения одного фунта пороха.

Diameter of hole in inches.
Ounces of powder in one inch depth.
Powder in one foot deep.
Depth of hole in inches to contain one pound.

 
lbs.
oz.
 

1
0.4
0
5.0
38.2

1½
0.9
0
11.3
16.9

2
1.7
1
4.1
9.5

2½
2.6
1
15.4
6.1

3
3.7
2
13.2
4.2

3½
5.1
3
13.5
3.1

4
6.7
5
0.4
2.4

4½
8.4
6
5.7
1.9

5
10.5
7
13.6
1.5

5½
12.7
9
8.0
1.3

6
15.1
11
4.9
1.0

134. Подводные взрывные работы практиковались в некоторой степени и с большим успехом господами Майефертом и Рааслоффом как в гавани Нью-Йорка, так и на реке Святого Лаврентия. Метод заключается просто в подрывании зарядов пороха на поверхности скалы, причем сама вода является достаточным источником противодействия для взрыва.

ПРОКЛАДКА ТОННЕЛЕЙ.

135. Тоннели прокладываются сквозь холмы во избежание устройства очень глубоких выемок. В породе прочного характера свод удерживает себя сам; но в грунте или в рыхлой породе возникает необходимость в искусственной арочной обделке. На рис. 58 и 59 показаны сечения как в скале, так и в грунте; обратный свод b b укладывается в постель из бетона. При выемке грунта в процессе работы используется временная крепь, которая впоследствии заменяется аркой из кирпича или камня. Заобделочное пространство арки должно быть тщательно расклинено, заинъецировано раствором, а грунт хорошо утрамбован.

Рис. 58.

Рис. 59.

Главными недостатками при строительстве тоннелей являются нехватка воздуха, света, пространства и дренажа. Для облегчения последнего требования может быть введен очень небольшой продольный уклон; это легко сделать, так как они обычно располагаются на водоразделах или на подходах к ним; достаточно уклона 1/1000 или пяти футов на милю.

При проходке тоннеля, имеющего уклон, один конец естественным образом осушает себя сам, если подход полностью разработан; другой дренирует не в ту сторону, и для преодоления этого препятствия мы должны прибегнуть к насосам, которые следуют за работой, постоянно оставаясь в самом низком месте, либо путем бурения колодца у шахты, через который вода поднимается на поверхность.

Вентиляция тоннелей осуществляется путем откачки загрязненного воздуха, когда должен поступить свежий приток.

136. При разработке скальной породы затраты будут во многом зависеть от характера и напластования встреченной породы.

ШАХТЫ (СТВОЛЫ).

137. В тоннелях значительной длины проходка только с торцов потребовала бы слишком много времени. В таких случаях принято проходить шахты в наиболее удобных местах (в наименее глубоких при нахождении на нужном расстоянии) и начинать работы от их дна в обе стороны. Эта операция сопряжена со значительными затратами, так как весь водоотвод, вентиляция и удаление вынутого материала должны осуществляться через ствол.

При оставлении проемов для выхода дыма и доступа света в искусственных сводах следует учитывать их расположение. Они должны находиться в пятях, а не в замке арки, так как в этом случае они в меньшей степени повлияют на прочность каменной кладки.

Порталы тоннелей в городах и в других местах, где внешний вид имеет значение, отделываются лицевыми карнизами и крыльями.

138. Тоннели при их проходке наиболее ускоренным способом требуют для своего завершения много времени. Следующая таблица показывает темпы проходки некоторых из важнейших тоннелей Америки.

Name of Tunnel.
Length in feet.
Time in days.
Average daily advance, in feet.

*Penn Railroad,
3,612
697
5.18

*Kingwood B. & O. R. R.
4,100
750
5.47

Board Tree B. & O. R. R.
2,250
675
3.32

*Welling, B. & O. R. R.
1,240
524
2.37

Pacific Railroad,
700
210
3.33

Pittsburgh and Connelsville, (estimated)
4,500
810
5.56

 
 
 

General average daily advance, in feet,
4.205

 

Those marked * being for a double track.

Следующая таблица также дает время и стоимость других тоннелей в разных частях света.

Name and location of tunnel.
Material.
Length in feet.
Time in days.
Daily average in feet.
Section.
Cost per foot.

 
 
 
 
 
$

Nerthe, France,
Hard limestone
15,153

 
29½ × 26¼
 

Riqueral, France,
Chalk
18,623
2,139
8.7
26¼ × 26¼
39.89

Pouilly, France,
Chalk & clay
10,928
2,504
4.4
20⅓ × 20⅓
113.96

Arscherville, France,

7,348
1,878
3.9
26¼ × 26¼
68.38

Maurage, France,

15,752
2,085
7.5
25½ × 25½
94.43

Rolleboise, France,
Chalk
8,670
626
13.9
25 × 25
62.98

Roule, France,

5,645
522
10.8
25 × 25
62.98

Lioran, France,

4,548
2,087
2.2
21⅓ × 21⅓
56.98

Kilsby, England,
Clay and sand
7,233
1,252
5.8
27 × 23½
194.31

Belchingly, England,
Blue clay
3,972
626
6.3
24 × 25
102.86

Thames & Medway, Eng’d,
Chalk
11,880
939
12.6
30 × 38⅔
45.59

Box, England,
Marble, freestone and marl
9,680
1,252
7.7
35 × 39
148.15

Harecastle, England,
Rock and sand
8,778
939
9.3
14 × 16
57.05

Nochistongo, Mexico,
Clay and marl
21,659
287
75.4
13¾ × 11½

Blisworth, England,
Rock and clay
9,240
2,191
4.2
16½ × 18
23.18

Sapperton, England,
Rock
12,900
1,878
6.9
15 × 15
12.44

Black Rock, U. S.
Greywacke slate
1,932

19 × 17¼
77.18

Blaisy, France,
Chalk and clay
13,455
1,043
12.9
26¼ × 26¼
136.06

Edge Hill, England,
Clay & freestone
6,600

22 × 16
30.15

Littlebourg, England,

8,607
590
14.6
27½ × 24
129.61

Woodhead, England,
Millstone
15,840
1,800
8.8

Стоимость выемки одного кубического ярда при проходке тоннелей в некоторых местах составляла следующее:—

Name.
Material.
Cost per cubic yard.

Blackrock, U. S.
hard greywacke slate,
$6.60

Lehigh, U. S.
very hard granite,
4.36

Schuylkill, U. S.
slate,
2.00

Union, U. S.
slate,
2.08½

Blue Ridge, U. S.
——,
4.00

Тоннель Блу-Ридж на Виргинской центральной железной дороге имеет длину 4280 футов, рассчитан на один путь, сечение 21 × 15 футов. Обделка толщиной около четырех футов. Выемка там, где используется обделка, составляет 26 × 23 фута.

Тоннель Хусак (Массачусетс) предполагается длиной четыре с половиной мили, сечением 23 × 22 фута. Предусматривается два ствола глубиной восемьсот пятьдесят и семьсот пятьдесят футов и диаметром десять футов.

Искусственная вентиляция становится необходимой в забоях длиной более четырехсот пятидесяти или пятисот футов.

Стоимость стволов Блечинглийского тоннеля (Англия) глубиной девяносто семь футов и диаметром десять с половиной футов, пройденных в синей глине и с обделкой, составила 68,44 доллара за погонный ярд вниз.

Стволы тоннеля Блезей имеют среднюю глубину пятьсот футов, пройдены через глину, мел и рыхлый грунт (с устройством обделки), стоили 139,11 доллара за погонный ярд вниз.

Стволы тоннеля Блэк-Рок глубиной сто тридцать девять футов в твердом сланце обошлись в 18,72 доллара за кубический ярд.

ГЛАВА VIII.
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ.

139. Деревянные мостовые конструкции благодаря своей дешевизне и пригодности для всеобщего применения внедрялись и внедряются во всех частях страны. На наших железных дорогах можно встретить практически любые конструктивные формы, и хотя они менее долговечны, чем каменные или железные, при надлежащих мерах предосторожности они могут прослужить долгое время.

О ДЕЙСТВУЮЩИХ В МОСТАХ УСИЛИЯХ.

140. Кусок дерева или металлический стержень может подвергаться четырем различным деформациям, каждая из которых стремится разрушить его особым образом. Величина и характер этих напряжений зависят от положения стержня или балки, а также от направления усилия.

Балка может быть разорвана при растяжении —
Растяжение
.

Она может быть разрушена раздавливанием —
Сжатие
.

Она может быть сломана поперек —
Поперечное усилие
.

Она может быть раздавлена поперек волокон —
Срез (детрузия)
.

РАСТЯЖЕНИЕ.

141. Если подвесить к концу висячего бруса груз в одну тысячу фунтов так, чтобы направление веса совпадало с осью бруса, то растягивающее усилие в балке составит одну тысячу фунтов.

Если направление усилия вертикально, а балка наклонена, то напряжение увеличивается настолько, насколько диагональ наклона превышает вертикаль; например, пусть к нижнему концу балки длиной десять футов, наклоненной под углом 45°, подвешен груз в одну тысячу фунтов. При длине диагонали, равной десяти, вертикаль составит 7,07 фута, и напряжение увеличивается следующим образом:—

7.07 to 10 as 1,000 to 1,414 lbs.

По мере увеличения угла наклона от горизонтали напряжение от заданной нагрузки уменьшается до тех пор, пока балка не займет вертикальное положение, при котором вес действует с наименьшей силой.

СЖАТИЕ.

142. Если вертикальная стойка нагружена одной тысячей фунтов, сжимающее усилие в этой стойке также составит одну тысячу фунтов. Если стойка наклонена, величина напряжения увеличивается, как было отмечено в случае растяжения, и на ту же величину, то есть в зависимости от наклона.

Кусок дерева или металла, работающий как стойка или колонна, должен не только сопротивляться раздавливанию, но также изгибу или выпучиванию вбок.

143. Цилиндр, длина которого составляет всего семь или восемь диаметров, не будет выпучиваться от какого-либо усилия, приложенного к нему продольно, а расколется. Когда длина превышает это значение, он разрушается в результате движения, аналогичного тому, которое вызывается поперечным усилием. Когда длина чугунной колонны составляет тридцать диаметров, разрушение происходит исключительно за счет изгиба; когда меньше — частично за счет изгиба и частично за счет разрушения. Если колонна отлита полой и утолщена к середине, ее прочность возрастает в очень большой степени.

144. Формула для определения веса, который любая балка, работающая как стойка, способна выдержать до изгиба, имеет следующий вид (согласно Барлоу, который считает, что вес изменяется обратно пропорционально длине):—

WL2

80E = bd3,

а значение
W
составляет

bd3 × 80E

L2,

при заданном весе и принятых размерах поперечного сечения мы получаем

d = ∛(WL2

80Eb),

и

b = WL2

80Ed3,

Where W represents the weight in pounds,

L represents the length in feet,

E represents a constant,

d represents the depth in inches,

b represents the breadth in inches.

ПОПЕРЕЧНОЕ УСИЛИЕ.

145. Величина напряжения, вызываемого любой нагрузкой, приложенной в поперечном направлении к балке, опертой на оба конца, пропорциональна ширине, обратно пропорциональна длине и пропорциональна квадрату высоты. Любой возникающий прогиб стремится укоротить верхнюю сторону и удлинить нижнюю; откуда волокна верхней части испытывают сжатие, а нижней — растяжение. Величины сжатия и растяжения должны, разумеется, быть равны, и поэтому, если какой-либо материал сопротивляется этим двум напряжениям в разной степени, количество волокон, противодействующих каждому из них, также будет различным.

Поскольку верхняя часть сжимается, а нижняя растягивается, внутри балки обязательно существует такая линия, которая не испытывает ни сжатия, ни растяжения. Положение этой линии (нейтральной оси) зависит от относительной способности материала сопротивляться напряжениям, от его формы и от его положения. Так, если дерево выдерживает две тысячи фунтов на квадратный дюйм на растяжение и одну тысячу фунтов на сжатие, ось будет располагаться в два раза дальше от верха, чем от низа.

В некоторых материалах нейтральная ось меняет свое положение во время работы стержня; так, кованое железо после некоторого сжатия способно выдерживать гораздо большее сжатие, чем в своем первоначальном состоянии; кроме того, нижние волокна после растяжения будут сопротивляться хуже, чем вначале; эффектом этих двух действий является смещение нейтральной оси вверх.

146. Следующая таблица с достаточной для практики точностью показывает относительную способность древесины, кованого и чугуна к сопротивлению с соответствующими положениями оси.

Material.
Resistance to extension.
Resistance to compression.
Ratio.
Distance of axis from top, in fractions of the depth.

 

Wrought iron,
90
66
90

66
90

156
or 0.58

Cast-iron,
20
111
20

111
20

131
or 0.15

Wood,
2
1
2

1
⅔
or 0.66

Таким образом, в балках, подверженных как поперечному усилию, так и прямому растягивающему или сжимающему усилию, сопротивление осуществляется за счет несжимаемости и нерастяжимости материала.

147. Формула для определения размеров любой балки для восприятия заданной нагрузки в поперечном направлении имеет вид

S = 4bd2

e,

Where S represents the ultimate strength in lbs.

b represents the breadth in inches,

d represents the depth in inches,

e represents the length in inches,

ДЕТРУЗИЯ (СРЕЗ).

148. Детрузия, или скалывание по фиксированной точке, происходит везде, где подкос упирается в пояс, или где мост опирается на подбалку или подферменный камень; сюда же относится срез болтов, штифтов и заклепок.

ОБЩЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ.

149. Сопротивление растяжению, сжатию (в отношении простого раздавливания) и детрузии пропорционально площади поперечного сечения; т. е. если мы удваиваем площадь, мы удваиваем прочность. Сопротивление поперечному усилию пропорционально ширине, обратно пропорционально длине и пропорционально квадрату высоты; т. е. если мы удваиваем ширину, мы удваиваем прочность; если мы удваиваем длину, мы делим прочность пополам; и если мы удваиваем высоту, мы умножаем прочность на четыре.

ФАКТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ.

150. Любой материал выдерживает гораздо большую нагрузку в течение короткого времени, чем в течение длительного. Вес нагрузки, которая не повреждает материалы настолько, чтобы сделать их небезопасными, составляет лишь от одной трети до одной четверти предельной прочности. На протяжении настоящей работы в качестве наибольшего значения во всех случаях будет приниматься одна четверть.

КОВАНОЕ ЖЕЛЕЗО.

151. Растяжение.

lbs. per square inch.

Mean of 17 experiments by Barlow (p. 270)
62,720

Weisbach’s Mechanics (Vol. ii., p. 71)
60,500

Overman’s Mechanics, (p. 408, 409)
61,333

Brown, Rennie, and Telford, (mean)
65,251

 

The mean
62,451

 

Reducing by 4 for safety
15,613

Or in round numbers 15,000 lbs. per square inch, is the
resistance of wrought iron to extension, to be used in
practice.

152. Сжатие. — Среди авторов, пишущих о прочности материалов, наблюдаются большие расхождения относительно прочности кованого железа на сжатие. Хотя все они оценивают сопротивление сжатию столь же высоко, как и сопротивление растяжению, при подведении общих итогов экспериментов никто не ставит первое выше чем от 50 до 75 процентов от второго. Уильям Фэрберрн приводит отношение сопротивлений растяжению и сжатию для брусьев, работающих как балки, как 2 к 1.

We have by Weisbach
56,000
 

We have by Rondelet
70,000
 

We have by Hodgkinson
65,000
 

 

 

The mean
63,667
 

 

 

Reducing by 4
15,917
 

 

 

In round numbers
16,000
lbs. per square inch.

Насколько практический опыт служит ориентиром, наибольшее допускаемое к использованию значение составляет от 8 000 до 12 000 фунтов на дюйм. Соотношение 90 к 66 очень точно выражает работу в наиболее надежных конструкциях; поэтому оно будет принято, что составляет приблизительно 11 000 фунтов на квадратный дюйм. Сопротивление сжатию возрастает весьма значительно после того, как кованое железо было некоторым образом сжато.

ЧУГУН.

153. Растяжение. — Этот материал редко используется для сопротивления растягивающему усилию. Однако, чтобы таблицы были полными, приводится следующее:

By Weisbach
20,000
pounds.

By Barlow
18,233
pounds.

By Overman
20,000
pounds.

By Rennie
18,000
pounds.

By Hodgkinson
16,577
pounds.

By the British Iron Commission
15,711
pounds.

 

 

The mean
18,087
pounds.

 

 

Reducing by 4
4,522
pounds.

 

 

In round numbers
4,500
pounds.

154. Сжатие.

By Weisbach
109,800
pounds.

By Hodgkinson
107,520
pounds.

By Iron Commission
100,000
pounds.

Stirling’s toughened
130,000
pounds.

 

 

Mean of Common
105,773
pounds.

 

 

Mean of Stirling’s
130,000
pounds.

 

 

Reducing by 4 for safety (Common)
26,443
pounds.

 

 

Reducing by 4 for safety (Stirling’s)
32,500
pounds.

 

 

In round numbers (Common)
25,000
pounds.

 

 

In round numbers (Stirling’s)
30,000
pounds.

155. Ниже приводятся обобщенные результаты предыдущих расчетов, на которые можно положиться как на дающие абсолютно безопасные размеры на практике.

Wrought Iron.
Cast-Iron.
 

15,000
4,500
Tensile strength,

11,000
25,000
Compressive strength.

Дополнительные замечания по железу см. в гл. IX.

156. Природа и прочность американских пород древесины.

Name of the wood.
Weight per cubic foot.
Resistance to Extension.
Resistance to Compression.
Value of S.
Elasticity.

 

White Pine
26
12,000
6,000
1,229

Yellow Pine
31
12,000
6,000
1,185

Pitch Pine
46
12,000
6,000
1,727
4,900

Red Pine
35
12,000
6,000
1,527
7,359

Virginia Pine
37
12,000
6,000
1,456

Spruce
48
12,000
6,000
1,036

Larch
33
12,000
6,000
907
2,465

Tamarack
26
12,000
6,000
907

White Cedar
22
8,000
4,000
766

Canada Balsam
34
12,000
6,000
1,123

White Oak
48
15,000
7,500
1,743
8,595

Red Oak
41
15,000
7,600
1,687

Live Oak
72
15,000
7,200
1,862

White Beech
44
18,000
9,100
1,380
5,417

Red Beech
48
18,000
9,000
1,739

Birch
44
15,000
7,000
1,928

Black Birch
41
15,000
7,200
2,061

Yellow Birch
36
15,000
7,200
1,335

Ash
38
16,000
8,100
1,795
6,581

Black Ash
35
16,000
8,000
861

Swamp Ash
57
16,000
8,000
1,165

Hickory
51
15,000
7,200
2,129

Butternut
54
15,000
7,600
1,465

Ironwood
54
16,000
8,100
1,800

Rock Elm
45
16,000
8,011
1,970
2,799

The mean tensile strength of wood is
14,080
lbs.

Reducing by 4 for safety
3,520
lbs.

Reducing for want of seasoning
2,000
lbs.

The reduced mean compressive strength
1,000
lbs.

Reduced resistance to detrusion
150
lbs.

Ratio of tensile to compressive strength
2 to 1.
 

Mean value of S in formula (WL = 4Sbd2) for the woods most used in practice
1,250.
 

157. Барлоу установил, что боковое сцепление пихты составляет шестьсот фунтов на квадратный дюйм. (Боковое сцепление — это сопротивление, которое волокна оказывают скольжению относительно друг друга в направлении волокон; например, при срывании верхней части стойки там, где она соединена вполудерево с поясом.)

158. Что касается свойств древесины, сушки, времени рубки и т. д., то хотя эти моменты важны, коммерческие соображения обычно перевешивают все остальное. Самый полный трактат о свойствах древесины — это «Du Hamel, L′exploitation des bois» («Разработка лесов» Дюамеля), из которого следует, что лучшие дубы, вязы и другие крупные деревья вырастают на хороших землях, скорее сухих, чем влажных. У них тонкая чистая кора, сок тоньше по отношению к диаметру ствола, годичные слои менее толстые, но более прочно сцепленные друг с другом и более однородные, чем у деревьев, растущих в сырых местах. Волокна последних могут выглядеть очень мелкими и плотными, но микроскопическое исследование показывает, что поры заполнены клейковиной.

Плотность древесины одной и той же породы в одном и том же климате, но на разных почвах, различается как 7 к 5, а прочность, как до, так и после сушки, — как 5 к 4.

У деревьев, не перешедших за пору расцвета, плотность комлевой части по отношению к вершине составляет как 4 к 3, а от центра к окружности — как 7 к 5. После достижения зрелости в обоих случаях наблюдается обратная картина.

Дуб при сушке теряет от ¼ до ⅓ своего веса, но его прочность увеличивается на 30–40 процентов.

ОБЩАЯ ТАБЛИЦА СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ.

159. Прочность кованого железа на растяжение принята за 1 000.

Material.
Tension.
Compression.
Cross Strain.
Sum.
Weight per cubic ft.
Sum divided by weight per cub. ft.

Cast-Iron
300
1,666
31.68
1,997.68
450
4.4

Wrought Iron
1,000
733
55.40
1,788.40
480
3.7

Wood
133
66
5.60
204.60
30
6.8

Преимущество железа перед деревом заключается только в долговечности. Приведенные выше цифры показывают, насколько большая часть прочности материала расходуется на его собственный вес в случае железа по сравнению с деревом. Однако на практике способ выполнения соединений и другие детали часто делают железо наиболее легким материалом.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА.

РАСТЯЖЕНИЕ.

160. Прочность любого материала на растяжение выражается формулой

T = Sa,

Where T represents the whole strength,

S represents the strength per square inch,

a represents the area of section in inches.

откуда необходимая площадь сечения любого материала для сопротивления растягивающему усилию находится по следующим правилам:—

Кованое железо

a = W

15,000,

Чугун

a = W

4,500,

Дерево

a = W

2,000.

СЖАТИЕ.

161. Кованое железо

a = W

12,000,

Чугун

a = W

25,000,

Дерево

a = W

1,000.

ПОПЕРЕЧНОЕ УСИЛИЕ.

162. Способность любого материала сопротивляться поперечному усилию показывается формулой

W = 4sbd2

L,

Where W represents the breaking weight in pounds,

s represents the constant in the table of woods,

b represents the breadth in inches,

d represents the depth in inches,

and L represents the length in inches,

а для уменьшения нагрузки до одной четверти от разрушающего веса

W = 4sbd2

4L,

and finally, by substituting for 4s, 4 × 1,250, (1,250 of the
table of woods,) we have

W = 5000bd2

4L.

Также, зная нагрузку, которую необходимо поддержать, и требуя найти размеры, мы извлекаем значения
d
и
b
и получаем

d = √(W × 4L

5000b) = the depth,

b = W × 4L

5000d2 = the breadth.

В качестве примера использования формулы рассмотрим следующий:—

Let the span, or length, be 20 feet,

The breadth 12 inches, and depth 18,

требуется найти нагрузку.

Формула

W = 5000bd2

4L

принимает вид

W = 5000 × 12 × 182

4 × 240 = 20,250 lbs.

Далее, если поддерживаемый вес равен 15 000 фунтов, длина — 30 футов, ширина — 16 дюймов, формула для высоты принимает вид

d = √(15000 × 1440

5000 × 16) = √270 = 16 inches,

а также

b = 15000 × 1440

5000 × 256 = 21600000

1280000 = 16 inches.

ЧУГУН.

163. Формула, выражающая прочность чугунной балки, имеет вид

850bd2 = WL,

из которой мы получаем

b = LW

850d2 = the breadth,

and d = √(L × W

850b) = the depth.

КОВАНОЕ ЖЕЛЕЗО.

164.

952bd2 = WL,

откуда

b = WL

700d2 = the breadth,

and d = √(LW

700b) the depth.

Рис. 60.

165. Мистер Ходжкинсон обнаружил, что при расположении материала в чугунной балке, как показано на рис. 60, сопротивление на единицу сечения возрастает по сравнению с простой прямоугольной балкой в отношении 40 к 23. Он приводит общие пропорции таких балок следующим образом:—

Length
16

Height
1

Area of top flange
1.0

Area of lower flange
6.1

При таком совершенном распределении материала площади верхней и нижней полки делаются обратно пропорциональными способности чугуна сопротивляться сжатию и растяжению.

166. Мистер Фэрберрн обнаружил, что в балках с полками из кованого железа (к коим относятся различные рельсы, гл. XIII) верхняя стенка должна содержать удвоенную площадь по сравнению с нижней. Это согласуется с выводом, принятым на странице 129, поскольку кованое железо сопротивляется растяжению сильнее, чем сжатию.

167. В чугунных балках ни в коем случае не следует устраивать стенки или отверстия любого рода, будь то из соображений экономии или орнаментальных, так как это очень сильно препятствует равномерности остывания.

168. Мистер Ходжкинсон в качестве результата своих экспериментов приводит следующую формулу для определения размеров вышеупомянутой чугунной балки.

W = 26ad

L,

Where W is the breaking weight in tons,

a the area of the bottom flange,

d the depth of the girder in inches,

L the length in inches.

Поскольку нагружать чугунную балку более чем одной шестой частью разрушающей нагрузки считается небезопасным, формулу можно выразить следующим образом:—

W = 26ad

6L,

для веса в тоннах, который может быть безопасно выдержан, и преобразуя

a = 6WL

26d

для площади нижней полки.

Пример. — Требуется определить размеры чугунной балки конструкции мистера Ходжкинсона для пролета тридцать футов для поддержки нагрузки в десять тонн в центре.

Span
30 feet,
Whence—
 

Length
34 feet,
Length
34 feet,

Load
10 tons at centre.
Span
30 feet,

 
 
Depth
25½ inches,

 
 
Lower flange
32.58 square inches,

 
 
Upper flange
5.34 square inches,

a = 6 × 10 × 12 × 30

26 × 34 × 12

16 = 32.58

и
32.58
6.1
= 5.34.

а площадь верхней полки будет составлять

36

6 = 6,

откуда получаем следующие размеры:—

Length
30
feet,

Depth
23
inches,

Lower flange
36
square inches,

Upper flange
6
square inches,

О СТОЙКАХ.

164. Стойка может отлично сопротивляться сжимающему усилию, передаваемому на нее любой нагрузкой, но может выпучиваться или изгибаться вбок.

Формула, по которой рассчитываются размеры балок для этого требования, меняется в зависимости от материала и формы сечения. Для прямоугольных деревянных стоек мы имеем приведенную ниже формулу.

W = 2240bd3

L2,

Where W represents the weight in lbs., which may be safely borne,

b represents the breadth in inches,

d represents the depth in inches,

and L represents the length in feet.

170. Значение формулы для прочности чугунных стоек, кажется, зависит скорее от авторитета источника, чем от свойств самого железа. Например, примем длину стойки равной двадцати футам, а диаметр — десяти дюймам; безопасная нагрузка, согласно шести различным авторитетам, составляет следующее:—

A
4,000,000

B
181,100

C
370,000

D
940,000

E
307,242

F
300,000

и принимая длину равной десяти футам, а диаметр — десяти дюймам, мы получаем

A
8,007,500

B
204,500

C
1,442,500

D
3,640,000

E
1,170,000

F
600,000

что демонстрирует большую разницу не только в принятом удельном сопротивлении, но и в эффекте соотношения между длиной и диаметром.

Ввиду такого расхождения никакая формула приводиться не будет; вместо нее приводится следующая таблица, рассчитанная по правилам, наименее противоречащим результатам экспериментов.

TABLE SHOWING THE LOAD IN POUNDS SAFELY BORNE BY CAST-IRON COLUMNS.

HOLLOW CYLINDERS.
H AND + SECTIONS.

Diameter in inches.
Length or height in feet.
Metal thickness.
Length or height in feet.

6
8
10
12
15
18
20
22
24
6
8
10
12
15
18
20
22
24

2
6000
5000
4000
3000
2500
1800
1500
1300
1100
¼
4000
3000
2400
1800
1400
1100
1000
900
800

3
16000
14000
13000
11000
9000
7000
6000
5000
5000
⅜
12000
11000
10000
9000
8000
7000
5000
4000
3000

4
30000
29000
26000
24000
22000
18000
16000
14000
13000
½
25000
23000
21000
18000
16000
13000
12000
9000
6000

5
50000
37000
45000
42000
39000
37000
31000
28000
26000
⅝
36000
34000
31000
28000
25000
23000
21000
20000
18000

6
59000
57000
55000
52000
49000
44000
41000
38000
36000
¾
40000
38000
37000
36000
35000
34000
32000
30000
28000

7
101000
99000
96000
92000
88000
81000
76000
72000
68000
13

16
60000
59000
58000
57000
56000
54000
53000
51000
49000

8
131000
129000
126000
122000
118000
109000
105000
100000
96000
⅞
100000
98000
96000
94000
91000
88000
83000
78000
70000

9
169000
167000
164000
160000
156000
146000
141000
136000
131000
1
140000
130000
126000
120000
114000
110000
106000
100000
90000

10
210000
200000
200000
200000
190000
180000
180000
170000
170000
1⅛
190000
180000
170000
160000
150000
140000
130000
125000
120000

11
250000
250000
240000
240000
240000
230000
220000
220000
210000
1¼
230000
220000
210000
200000
190000
180000
170000
160000
150000

12
300000
300000
290000
290000
290000
270000
270000
260000
260000
1½
280000
260000
250000
240000
230000
220000
200000
190000
180000

14
450000
430000
410000
380000
370000
350000
330000
320000
300000
1¾
360000
320000
310000
300000
290000
280000
270000
260000
240000

16
520000
500000
480000
460000
440000
420000
400000
370000
350000
2
460000
430000
400000
370000
350000
330000
310000
300000
280000

18
650000
630000
610000
590000
560000
520000
470000
430000
400000
2½
560000
530000
510000
480000
440000
410000
380000
350000
330000

20
800000
760000
740000
690000
650000
590000
540000
490000
450000
3
600000
580000
550000
520000
500000
460000
430000
400000
380000

Diameter in inches.
6
8
10
12
15
18
20
22
24
Metal thickness.
6
8
10
12
15
18
20
22
24

Length or height in feet.
Length or height in feet.

О ФЕРМАХ.

171. Самый простой мост, который можно построить, состоит из цельного бруса, уложенного поперек перекрываемого проема. Эта форма применима для пролетов длиной менее двадцати футов. Требуемые размеры находятся по формуле:—

d = √(4wL

5000b) = the depth.

Пример. — Высота балки пролетом двадцать футов и шириной двенадцать дюймов для восприятия нагрузки в двадцать тысяч двести пятьдесят фунтов составляет

d = √(4 × 20,250 × 20 × 12

5000 × 12) = 18 inches.

A beam 12 × 18, and of 20 feet span, will therefore bear
safely a load of 20,250 lbs., applied at the centre.

Таким образом составляется следующая таблица, дающая сечения брусьев для прогонных мостов на железных дорогах с пролетом двадцать футов и менее.

Span.
Breadth.
Depth.

5
12
12
 

10
12
13
 

12
12
15
 

15
12
18
 

18
12
20
 

20
12
21
inches.

 

Первые сечения превышают требования правила, но они вовсе не избыточны для сопротивления толчкам, которым подвергаются такие брусья.

Поперечные связи из досок сечением 2 или 3 на 6 или 8 дюймов и дощатые подкосы снизу (как показано на рисунке в конце главы VIII) должны быть приболчены к основным брусьям; при этом один и тот же болт проходит сквозь поперечную балку и доску. Продольные элементы должны быть надежно врезаны и приболчены к подферменным плитам, а последние — либо заведены в кладку, либо пригнаны по шаблону к каменной кладке.

Рис. 61.

172. Для пролета от 20 до 50 футов мы можем использовать комбинацию, показанную на рис. 61. Элемент A B должен быть настолько прочным, чтобы не прогибаться между A и D или D и B. Элементы C E должны быть достаточно жесткими, чтобы противостоять приходящейся на них нагрузке, которая рассчитывается следующим образом. Локомотив тяжелейшего класса не превышает по весу пятидесяти тонн, каждая пара ведущих колес будет поддерживать десять тонн, а с каждой стороны по пять тонн, 2240 × 5 = 11 200 фунтов; или, с учетом толчков и дополнительных напряжений, 15 000 фунтов. Следовательно, каждый подкос должен выдерживать семь тысяч пятьсот фунтов, что для чистого сжатия потребовало бы всего семь с половиной квадратных дюймов площади сечения; но поскольку подкос наклонный, усилие увеличивается следующим образом:—

A E to E C as 7,500 to X.

И так как A E равно десяти футам, а A D равно пятнадцати футам, E C составляет восемьнадцать футов, откуда

10 to 18 as 7,500 to 13,500 lbs.;

что потребовало бы всего тринадцать с половиной дюймов для сжатия, или брус сечением 4 × 3½. Но достаточно ли этого на изгиб?

На странице 124 безопасная нагрузка, которую может выдержать прямоугольная деревянная стойка, показана формулой

W = 2240bd3

L2.

Подставляя вместо b и d размеры 4 × 4, мы получаем

W = 2240 × 4 × 43

182, or 573,440

324, = 1,770,

что очевидно слишком мало.

Подставляя 6 × 7 вместо b × d, мы получаем

W = 2240 × 6 × 73

182 = 14,227;

что немного превышает требуемое значение.

Рис. 62.

173. Очевидно, не имеет значения, поддерживаем ли мы точку D снизу с помощью C или подвешиваем ее, как на рис. 62, при условии, что мы предотвращаем любое смещение в опорных точках наклонных элементов A c B c. Упирая их в A B, мы создаем в A B растягивающее усилие, которое определяется следующим образом:—

Обозначая через c D приложенную нагрузку, проведем D E параллельно c B; а также E f параллельно A B; E f — это растягивающее усилие. Графическое построение дает результаты, достаточно близкие для практики. Строго говоря, мы имеем

A c D, similar to E c f;

а также

A c, to E c, as A D, to E f;

и

Ef = Ec × AD

Ac.

Когда a d и c d наклонены по-разному, действуйте следующим образом. См. рис. 102, стр. 200, в перевернутом виде.

Рис. 63.

Пусть d b представляет вес; e h показывает растягивающее усилие. Треугольники a c d и a b e подобны, как и e b h и d b c; откуда

b e = a b, c d

a c, and e h = c b, b e

d c = tension.

На практике подставьте w вместо b d, т. е. фактического веса.

В этой схеме, если пояс способен сопротивляться поперечному усилию между A и D, он также будет сопротивляться и растяжению. Это поперечное усилие находится по уже приведенной и проиллюстрированной формуле.

174. Из вышесказанного мы получаем следующие размеры для мостов, подобных показанным на рис. 61 и 62. Детали рис. 62 в точках f и c, а также в точке E на рис. 61 показаны на рис. 62 A, 62 B и 61 C.

Рис. 62 А.

Рис. 62 Б.

Рис. 62 В.

Span.
Rise.
A B.
C E.
Rod b.

20
8
12 × 12
(5 ×
8)—2
1¼ inches.

25
10
12 × 15
(5 ×
9)—2
1⅜ inches.

30
12
12 × 18
(5 ×
10)—2
1½ inches.

35
13
12 × 20
(5 ×
10)—2
1⅝ inches.

40
14
14 × 21
(5 ×
12)—2
1⅝ inches.

45
15
14 × 22
(6 ×
12)—2
1¾ inches.

50
16
14 × 24
(6 ×
12)—2
1¾ inches.

Подкосы (колонка 4) выполняются попарно и соединены вблоку. В пролетах, превышающих двадцать пять футов, подкосы d f и стержни f g ни в коем случае не должны опускаться. Размер стержня g f определяется при рассмотрении A, d, f как небольшого моста.

175. Во всех легких мостах, подобных рассматриваемому, все детали должны быть скреплены болтами во избежание упругого отскока при реакции. Мост с небольшой инерцией или мертвым весом стремится подпрыгнуть вверх после прохода по нему паровоза. Крепление заменяет вес в пролетах большого размера.

По мере того как позволяет подъем, точки C с каждой стороны моста должны быть соединены для сопротивления боковым смещениям. Если высоты недостаточно для этого, те же точки могут быть соединены с балкой настила, выступающей за пределы фермы.

Хотя размеры для этой схемы приведены для пролетов до пятидесяти футов, очень редко целесообразно превышать двадцать пять или тридцать футов, так как фермы, состоящие из нескольких длинных брусьев, не столь жесткие и свободные от вибраций, как те, что изготовлены из большего числа коротких элементов.

176. При расширении этой системы до ста или двух ста футов мы сразу видим, что элементы A c, B c стали бы очень длинными и потребовали бы больших и тяжелых сечений. Мы должны всегда так пропорционировать любую балку в мосту, чтобы она одновременно была способна противостоять всем различным напряжениям, которым она может подвергаться, не будучи при этом излишне массивной.

Что касается сжатия, описанная система может быть расширена практически до любых пределов; однако подкосы будут разрушаться от изгиба.

Вместо того чтобы доводить подкосы A c, A′ c′ (рис. 64) до их пересечения, мы останавливаемся в точках c и c′, вставляем элемент c c′ для предотвращения сближения этих точек, подвешиваем точки B и B′ к точкам c и c′ и начинаем снова с подкосов B D, B′ D и так далее настолько далеко, насколько это необходимо.

Для предотвращения обратного движения точек B и B′ необходим либо пояс A A′, либо контрподкосы m, m.

Рис. 64.

Элементы A c, A′ c′ должны воспринимать всю нагрузку, включая вес самого моста, лежащую внутри прямоугольника B c, B′ c′. Следующий комплект подкосов должен выдерживать только ту часть нагрузки, которая приходится на центральную часть моста. Таким образом, подкосы должны уменьшаться в размерах по мере приближения к центру. Стержни c B, c′ B′ должны сопротивляться растяжению, равному по величине давлению на подкосы, но поскольку они вертикальны, им не требуется увеличение сечения, даваемое подкосам из-за их наклона.

177. Существует другой метод жесткого закрепления балки, показанный на рис. 65 и 66, с помощью шпренгельных стержней и стойки. При одинаковых размерах усилия в обоих случаях будут равными. Второй вариант (рис. 66) оставляет пространство под мостом свободным.

Рис. 65.

Растяжение в стержнях A c, B c (рис. 66) стремится сблизить точки A и B, и это усилие воспринимается верхним поясом A B.

При расширении этой системы, как в ст. 176, стержни становятся либо очень длинными, либо очень толстыми из-за малого угла наклона; эти недостатки устраняются, как и ранее, путем опирания стойки c B (рис. 64) на корень первого стержня (рис. 64) и возобновления системы от точки c.

Рис. 66.

Для предотвращения движения треугольника c B G (рис. 64) вокруг угла B мы должны ввести либо верхний пояс c c′, либо контрстержень c A. Если нижний пояс опущен, стержень D B должен иметь тот же размер, что и E B. В этой ферме верхний или нижний пояс по отдельности теоретически может быть опущен при условии надлежащего учета этого в размерах стержней. На практике никогда не рекомендуется опускать ни тот, ни другой, так как оба они необходимы для поперечной жесткости и для поддержки проезжей части.

Сказав столь многое об общих идеях, применимых ко всем мостам, давайте теперь рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых проектов и, чтобы освоиться с предметом, рассчитаем размеры для примера каждого типа.

178. Поскольку во всех мостах используются стержни, гайки и шайбы, следующая таблица будет здесь вполне уместна:—

Column 1 gives the diameter of rod.

Column 2 strength at 15,000 lbs. per square inch.

Column 3 the weight per lineal foot.

Column 4 side of the square nut.

Column 5 the thickness of the same.

Column 6 the dimensions of washers.

Column 7 the thickness of washers.

Column 8 breadth (side to side) six-sided nut.

Column 9 breadth (across angles) six-sided nut.

Column 10 thickness of six-sided nut.

Column 11 number of screw threads per inch.

Column 12 gives the diameter of rod.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Diameter.
Strength of Rod.
Weight per Foot.
Square Nut.
Thickness.
Square of Washer.
Thickness of Washer.
Six-Sided Nut.
Six-Sided Nut.
Six-Sided Nut.
Screw.
Diameter.

½
2,940
0.66
1¼
¾
2½
¼
1⅜
1½
9

16
12
½

¾
6,630
1.49
1½
⅞
3
¼
1¾
2
⅞
10
¾

1
11,775
2.65
2
1
4
⅜
1⅞
2¼
1⅛
8
1

1⅛
14,910
3.36
2
1⅛
4½
⅜
2⅛
27

16
1¼
7
1⅛

1¼
18,405
4.17
2¼
1¼
5
½
2¼
211

16
17

12
7
1¼

1⅜
22,260
5.02
2½
1⅜
5½
½
2½
2⅞
17

16
6
1⅜

1½
26,505
5.97
2¾
1½
6
½
2⅝
3⅛
111

16
6
1½

1⅝
31,095
7.01
2⅞
1⅝
6½
⅝
2⅞
35

16
113

16
5
1⅝

1¾
36,075
8.13
3
1¾
7
⅝
3
3½
2
5
1¾

1⅞
41,415
9.33
3¼
1⅞
7½
⅝
3¼
3¾
2⅛
4½
1⅞

2
47,130
10.62
3½
1⅞
8
⅝
3½
4
2¼
4½
2

2⅛
53,190
12.00
3¾
2
8½
¾
3⅝
43

16
2⅜
4
2⅛

2¼
59,640
13.40
4
2⅛
9
¾
3¾
46

16
2½
4
2¼

2⅜
66,450
15.00
4⅛
2¼
9½
¾
4
4⅝
2⅝
4
2⅜

2½
73,620
16.70
4¼
2½
10
¾
4¼
4⅞
2¾
3½
2½

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

179. Примем теперь следующие исходные данные:—

Span
200
feet,

Rise (centre to centre of chords)
25
feet,

Width
20
feet,

Length of panel
15
feet,

Weight (bridge and load) per lineal ft.
4,000
lbs.

МОСТ ХОУ.

Рис. 67.

Рис. 67.

Нижние пояса. — Растягивающее усилие в центре нижнего пояса находится делением произведения веса всего моста с нагрузкой на пролет, на восемь высот, или

T = W × S

8h,

что при вышеуказанных данных принимает вид

T = 800000 × 200

200 = 800,000 lbs.

Здесь растягивающее усилие и общий вес равны — результат, который может иметь место только тогда, когда подъем составляет одну восьмую пролета. Это наилучшее соотношение между данными размерами, так как тогда горизонтальные и вертикальные усилия равны.

Что касается пропорций панели (или прямоугольника, ограниченного поясами и любыми двумя соседними стойками), соотношение базы к высоте должно быть таким, чтобы наклон диагонали составлял около 50° от горизонтали; если он значительно меньше, элементы получаются крупными и тяжелыми, а если больше — количество деталей излишне возрастает.

Подкосы на конце длинного пролета могут быть ближе к вертикали, чем те, что находятся около центра, так как на них приходится больше работы. Если концевая панель делается вдвое выше своей длины, а центральная — квадратной, причем промежуточные изменяются в зависимости от их расстояния от конца, достигается хороший архитектурный эффект.

Для определения размера нижних поясов для сопротивления вышеупомянутым 800 000 фунтов растяжения поступают следующим образом: каждая боковая ферма будет нести половину общей нагрузки, то есть 400 000 фунтов; что при 2 000 фунтах на дюйм потребует 200 квадратных дюймов сечения. Четыре бруса сечением 8 × 12 дюймов дают площадь 384 квадратных дюйма, которая должна быть уменьшена следующим образом: вычтем 72 квадратных дюйма на площадь, вырезанную соединительными шпонками, 40 дюймов на болты, соединяющие элементы, 28 дюймов на врезку опорных подушек и 10 дюймов на врезку шайбы, и у нас останется 234 квадратных дюйма; что немного превышает точную потребность. Этот избыток (около одной седьмой) является необходимым допуском на случай непредвиденных напряжений, которым подвергаются все мосты.

Рис. 67 А.

Стыки, используемые в фермах мостов, показаны на рис. 67 A и рис. 67 B. Для первого глубина врезки и длина шпонки зависят от растягивающего усилия в поясе. Следующие размеры широко использовались и абсолютно надежны:—

Span of Bridge.
A C
B C
C D

Feet.
Feet.
Inches.
Feet.

50
1.00
1½
1.50

100
1.25
2
2.00

150
1.75
2½
2.25

200
2.00
3
2.75

Нет необходимости вырезать более одной выемки, как на рисунке; это лишь уменьшает сопротивление треугольников и увеличивает объем работы.

Рис. 67 Б.

На рис. 67 B стержни должны, конечно, быть способны выдерживать растягивающее усилие в том единственном элементе, который разрезан.

Верхний пояс. — Верхние пояса моста испытывают сжатие, численно равное растяжению в нижнем поясе, поскольку любое растяжение, передаваемое любым подкосом на нижний пояс, отзывается точно таким же сжатием на верхнем. В рассматриваемом случае всего 800 000 фунтов, или по 400 000 на каждый пояс.

Поскольку сопротивление сжатию составляет одну тысячу фунтов на дюйм, для каждого пояса требуется четыреста квадратных дюймов сечения; четыре бруса 8 × 12 дают в сумме триста восемьдесят четыре дюйма сечения, что не требует никакого уменьшения, так как весь пояс, сжимающийся вместе и правильно соединенный, не ослабляется сращиванием. Стыковые шпонки в верхнем поясе представляют собой просто плоские детали, врезанные на пол-дюйма, единственная обязанность которых — удерживать брусья на надлежащем горизонтальном расстоянии.

Пространство между элементами должно быть достаточно большим, чтобы стержни могли проходить без пропила поясов (два дюйма подходят для любых целей). Болты для стыковки не испытывают очень больших усилий. В малых пролетах достаточно от ½ до ⅝ дюйма, а в больших мостах — от ⅝ до одного дюйма.

Целью сборки составной балки для пояса моста является создание бруска с равномерной прочностью. Это достигается разрезанием элементов в центре панели и исключением совпадения стыков в обоих поясах в пределах одной панели, хотя в длинных пролетах это не всегда выполнимо. Рис. 67 D и 67 E (стр. 153)

ПОДКОСЫ.

The whole load being
800,000 pounds,

Each truss supports
400,000 pounds,

Each set of braces
200,000 pounds,

Each brace (there being 4)
50,000 pounds,

которые должны быть увеличены на наклон следующим образом: длина диагонали составляет двадцать девять футов (высота двадцать пять и длина 15), откуда

25 to 29 as 50,000 to 58,000 lbs.;

что потребовало бы пятьдесят восемь квадратных дюймов или сечения 7 × 8 для сжатия; что, однако, совершенно недостаточно на изгиб. Брусья 12 × 12, подставленные в формулу, дают

W = 2240 × bd3

L2,

или

W = 2240 × 12 × 1728

841 = 55,296 lbs.

На практике подошли бы подкосы меньшего размера, чем 12 × 12, поскольку четыре подкоса в комплекте могут быть скреплены вместе, образуя стойку из четырех брусьев 8 × 12 или составную стойку размером 44 × 12 дюймов в целом; где двенадцать — это высота, откуда

W = 2240 × 44 × 1728

841 = 202,511 lbs.;

причем размер в сорок четыре дюйма получается за счет установки прокладок между подкосами на расстоянии четырех дюймов друг от друга. Второй комплект подкосов обрабатывается таким же образом, причем поддерживаемый вес равен только прямоугольнику, ограниченному этими подкосами, т. е. весь мост с нагрузкой за вычетом двух концевых панелей.

По мере приближения к центру пролета давление на подкосы становится очень малым, и сечение подкосов уменьшается примерно до 6 × 7 дюймов.

СТЕРЖНИ.

Нагрузка на первый комплект стержней такая же, как и на концевые комплекты подкосов; в настоящем случае 800 000 ÷ 2 = 400 000 на каждую боковую ферму и 400 000 ÷ 2 = 200 000 на каждый конец; и если в каждом комплекте по пять стержней, каждый стержень несет 40 000 фунтов. Обращаясь к таблице на стр. 146, напротив 41 415 фунтов находим диаметр 1⅞ дюйма; откуда первый комплект должен содержать пять стержней диаметром 1⅞ дюйма. Второй комплект уменьшается в размерах по мере того, как нагрузка уменьшается на две концевые панели. Гайка и шайба для стержня также находятся в той же таблице.

КОНТРПОДКОСЫ.

180. Когда нагрузка помещается в точку C′ (рис. 64), ферма имеет тенденцию проседать в этой точке, и в точке C происходит соответствующий подъем. Это движение изменяет фигуру A B C E из прямоугольника в косоугольную фигуру; диагональ E B укорачивается, а A C удлиняется. Это движение легко предотвращается введением контрподкоса E B.

Рис. 64.

Поскольку действие, которому должен противостоять этот брус, вызывается движущейся или переменной нагрузкой на одну панель, подкос должен выдерживать приходящуюся на него нагрузку (скажем, пятнадцать футов) и поэтому имеет тот же размер, что и подкос в центре пролета.

Контрподкосы могут быть зажаты между подкосами в месте пересечения так, чтобы не смещаться в боковом или вертикальном направлениях, но их нельзя жестко крепить к подкосам, поскольку в таком случае будет затруднена работа отдельных элементов.

Рис. 67 С.

Способ подгонки подкосов и контрподкосов к поясу показан на рис. 67 C. Ранее было принято упирать подкосы в блок с одной стороны пояса и притягивать стержень гайкой к блоку с противоположной стороны, причем все усилие работало на раздавливание пояса поперек. Эта проблема была решена с помощью конструкции, показанной на рисунке, где оба блока отлиты как единое целое и соединены небольшим полым цилиндром, проходящим между брусьями пояса.

Рис. 67 D.       Fig. 67 E.

Эта система известна как мост Хоу и может быть встречена почти в любом уголке страны; и хотя во многих случаях она плохо скомпонована и выполнена из дурного материала, при надлежащем исполнении она служит весьма хорошо.

Следующая таблица была составлена в помощь инженерам и строителям; в ней вместе с таблицей гаек и шайб приведены все необходимые размеры.

Span.
Rise.
Panel.
Chords.
End braces.
Centre braces.
End rod.
Centre rod.

50
10
7
2—8 × 10
72
5 × 5
2—1⅛
2—1

75
12
9
2—8 × 10
82
5 × 5
2—1½
2—1

100
15
11
3—8 × 10
92
6 × 6
2—1¾
2—1

150
20
13
4—8 × 12
102
6 × 7
3—2
3—1

200
25
15
4—8 × 16
122
7 × 7
5—2
5—1

МОСТ ПРАТТА.

Рис. 68.

181. Примем следующие исходные данные для примера:—

Span
100
feet.

Rise
12
feet.

Panel
10
feet.

Weight per lineal ft.
2,500
lbs.

Растяжение в нижнем поясе или сжатие в верхнем составит

250000 × 100

96 = 260,417 lbs.

Способ определения размеров пояса и его стыковки такой же, как уже описано для моста Хоу.

ПОДВЕСНЫЕ СТЕРЖНИ.

Первые комплекты стержней A B, A′ B′ должны выдерживать весь вес моста с нагрузкой, который составляет 250 000 фунтов. На каждую сторону приходится 125 000 фунтов, а на каждый концевой комплект стержней — 62 500 фунтов; и если в каждом комплекте по четыре стержня, каждый стержень должен поддерживать 15 625 фунтов.

Поскольку стержень наклонен, эта величина увеличивается в соответствии со следующей пропорцией:—

12 (height) to 15.8 (diagonal) as 15,625 to 20,573 lbs.

Это значение находится посередине между табличными числами для стержней диаметром 1¼ и 1⅜ дюйма; поэтому подойдет 1⅜ дюйма. Следующий комплект стержней должен рассматриваться как несущий всю нагрузку за вычетом двух концевых панелей, и так далее, как уже объяснялось для моста Хоу. Способ присоединения стержней к поясам показан на рис. 68 A. Наклонный блок должен быть соединен с блоком у основания стойки во избежание раздавливания пояса.

Рис. 68 А.

КОНТРСТЕРЖНИ.

Поскольку в этом мосту всегда используются как верхний, так и нижний пояса, контрстержни должны сопротивляться только переменной нагрузке на одну панель. Это воздействие по величине такое же, как и на контрподкосы в мосту Хоу, но действует в другом направлении и по другой диагонали.

Вес движущейся нагрузки не может превышать двух тысяч фунтов на погонный фут. Поскольку длина панели составляет десять футов, общий вес, приходящийся на два комплекта контрстержней (по одному комплекту в каждой боковой ферме), составляет двадцать тысяч фунтов, или десять тысяч фунтов на каждый комплект; и если в каждом комплекте установлено по три стержня, мы получаем 3 333 фунта на стержень, которые увеличиваются на наклон следующим образом:—

12 : 15.8 :: 3333 : 4389 lbs.,

что требует стержня диаметром три четверти дюйма.

Стойки в этой конструкции соответствуют подкосам в мосту Хоу, но поскольку они вертикальны, им не нужно быть столь массивными.

182. Следующая таблица дает все размеры, необходимые для расчета этой фермы.

Span.
Rise.
Chords.
End post.
C post.
End rod.
C rod.
Counter rod.

50
10
2—8 × 10
5 × 5
42
2—1⅜
2—1
1—1½

75
12
2—8 × 10
6 × 6
52
2—1⅝
2—1
1—1½

100
15
3—8 × 10
7 × 7
62
2—1¾
2—1
2—1⅛

125
18
3—8 × 10
8 × 8
62
3—1⅞
3—1
2—1⅜

150
21
4—8 × 12
9 × 9
62
3—2⅛
3—1
3—1⅛

200
24
4—8 × 16
10 × 10
62
5—1⅞
5—1
3—1⅛

А следующая — размеры контрстержней для различных панелей.

Length of panel.
Height of panel.
Approximate diagonal of panel.
Diameter of the rod.

One in a set.
Two per set.
Three per set.

10
12
16
1⅝
1⅛
⅞

11
13
17
1⅝
1¼
1⅛

12
14
18
1¾
1¼
1⅛

13
15
20
1¾
1¼
1⅛

14
16
21
1⅞
1⅜
1⅛

15
18
23
1⅞
1⅜
1⅛

16
21
26
2
1⅜
1⅛

18
25
27
2
1⅜
1⅛

Преимущество этого моста перед проектом Хоу заключается в том, что диагонали панели можно регулировать с помощью витков резьбы (винтов), благодаря чему можно управлять формой фермы и распределением усилий между ее частями. Изменение формы невозможно выполнить путем работы с вертикальными элементами. Мост Хоу должен регулироваться расклиниванием подкосов и контрподкосов.

183. Способ прорисовки наклонного блока в этом мосту показан на рис. 68 b. Пропорции блока зависят от пропорций панели, а размеры — от размера используемой шайбы.

Пусть C C будет осевой линией стойки, а A B — поясом. Пусть o m и o n будут диагоналями панели, а H и y — длинами шайб.

Рис. 68 Б.

Глубина врезки блока в пояс зависит от действующего в нем горизонтального усилия. В пролете длиной сто пятьдесят футов при стержнях под углом 50° на конце фермы было найдено достаточным заглубление в два дюйма, а в центре — в пол-дюйма.

Из точки D перпендикулярно к m m отложите отрезок D E, равный H; также из точки E под прямым углом к n n отложите E E′ = y. Из точки E′ проведите вертикаль E′ L.

Усилие в стержне o m изображается отрезком o m, а в стержне o n — отрезком o n; результирующая показывается как по направлению, так и по величине отрезком o V. Нет необходимости, чтобы она проходила через центр стойки, так как избыток растяжения на o m по сравнению с o n поглощается нижним поясом.

Примечание. — Регулировка натяжения в фермовых мостах — более научная операция, чем принято полагать. Многие строители начинают с каждого конца и приподнимают мост с подмостей. При таком методе большая часть нагрузки часто несется первыми же концевыми комплектами стержней. Лучший метод — начинать с центра и двигаться в обе стороны к концям, убеждаясь, что каждый комплект стержней выполняет свою работу до того, как тронут следующий. Подъем, осуществляемый каждым комплектом стержней, должен быть сначала рассчитан и проверен во время подтягивания с помощью нивелира.

РЕШЕТЧАТЫЕ МОСТЫ.

183. Решетчатая ферма Таунна состоит из простой решетки из досок сечением 3 × 12 дюймов, скрепленных деревянными нагелями под углом сорок, сорок пять или пятьдесят градусов. Она обладает большой жесткостью, хотя материал расположен далеко не наилучшим образом. Такие мосты вполне можно было бы изготавливать километрами и нарезать по заказу в соответствии с пролетом.

Усовершенствованная решетчатая система Германа Хаупта, инженера-строителя, позволяет избежать всех недостатков, присущих обычной решетке, и дает очень дешевый, прочный и жесткий мост. В этом проекте подкосы располагаются попарно с вертикальными связевыми досками между ними, благодаря чему устраняется скручивание, наблюдаемое в обычной решетке. Подкосы также приводятся к вертикали по мере достижения точки опоры, что обеспечивает хорошую опору для концевых комплектов брусьев.

Изменять размер подкосов по мере уменьшения напряжения в них было бы неудобно и дорого, но тот же эффект может быть достигнут изменением расстояния между ними, делая его большими по мере приближения к центру.

ДЕРЕВЯННЫЙ ФЕРМЕННЫЙ И АРОЧНЫЙ МОСТ С. В. ХОЛЛА.

Перевернув проект решетки усовершенствованной конструкции мистера Хаупта (который состоит из вертикальных связей и наклонных подкосов), мы получаем основу вышеупомянутого моста, где наклонные брусья используются для сопротивления растяжению, как указано ниже.

Поскольку это очень хороший проект, а организация строительства обеспечивает безупречное выполнение работ вплоть до мельчайших деталей, считается целесообразным привести длинную выдержку из письма изобретателя от 31 июля 1856 года, не ограничиваясь, однако, только изложенным в нем.

Первая претензия (преимущество) заключается в новой форме фермы, образованной стойками (вертикальными или почти вертикальными) и растягивающими элементами, наклоненными книзу к центру; этим она отличается почти от всех других проектов. Древесина сопротивляется растяжению вдвое сильнее, чем сжатию, и будучи достаточно толстой для сопротивления простому растяжению, не должна увеличиваться в размерах, как при сопротивлении сжатию на изгиб; однако она требует большего запаса на стыки, так как растяжение стремится разорвать соединения, в то время как сжатие прижимает их друг к другу.

Был получен следующий результат, демонстрирующий превосходящую прочность деревянных конструкций при работе на растяжение. Были испытаны две модели, содержащие одинаковое количество древесины. Модель, построенная с вертикальными связями и подкосами, разрушилась от потери устойчивости подкоса при нагрузке 2 400 фунтов; в то время как модель, сконструированная с вертикальными элементами и подвесками, наклоненными к центру, выдержала 4 200 фунтов без видимого изменения формы.

Второй пункт заключается в более эффективных опорных узлах и соединениях по сравнению с обычными, причем с меньшим подрезанием древесины. Арка и арочные подкосы имеют полную плотную опору сверху и снизу. Первые комплекты растягивающих подкосов (те, которые простираются от верха арочных подкосов к центру) поддерживаются двумя штифтами в каждом узле; это дает шесть штифтовых опор на комплект подкосов (или двенадцать для комплекта подкосов), по шесть дюймов каждая (при диаметре штифта два дюйма и толщине досок три дюйма), что в сумме составляет не менее семидесяти двух дюймов опорной поверхности на каждые пять погонных футов моста, или сто сорок четыре дюйма на десять футов.

Третье утверждение состоит в том, что опорные поверхности в стыках являются центральными, а усадка древесины направлена к ним, а не от них, как во многих схемах.

Отверстия под нагели высверливаются механическим способом гладко и точно; деревянные нагели изготавливаются из выдержанного дуба или белой акации, обточенных с идеальной точностью под посадку, а железные выполняются полыми.

Эти мосты спустя три года стоят с отклонением в пределах одного дюйма от своей первоначальной формы при сборке, без каких-либо исключений. Один из них, поддерживающий акведук, который создает на ферму постоянную нагрузку в 2¾ тонны на фут (без учета веса самого моста), стоит без какой-либо заметной осадки.

Жесткие соединения предотвращают реакцию и вибрацию от переменных нагрузок; усилия в этом случае меняют знак на противоположный, и мост имеет тенденцию пружинить вверх вместо того, чтобы давать осадку.

Четвертое утверждение касается небольшого раскоса, соединяющего нижний пояс со средним, благодаря чему получаются дополнительные соединения и появляется возможность использовать лесоматериалы меньшего сечения.

Пятое утверждение касается формирования более прочного пояса, чем при использовании схемы с применением нескольких крупных брусьев. Поскольку пояс состоит из большого числа мелких элементов, прочность в любой отдельной точке, естественно, меньше страдает от стыка, чем в случае использования лишь нескольких элементов.

В мостах, построенных вышеупомянутым инженером, можно увидеть одни из самых совершенных составных балок в стране. При соблюдении следующих условий достигается максимально возможная равномерность и наибольшая средняя прочность.

Первое. Разрезать только один брус в любой отдельной панели.

Второе. Не разрезать ни одного бруса в центре моста.

Третье. Располагать каждый стык посередине смежного элемента.

Пояса ослаблены двумя рядами нагелей по два дюйма каждый; и если пояс имеет ширину пятнадцать дюймов, то ослабление в центре, где нет стыка, составляет всего четыре пятнадцатых от всего сечения. Для противодействия разделению любых двух брусьев имеется сопротивление срезу девяноста шести нагелей; а поскольку сечение каждого составляет три квадратных дюйма, общее сопротивление составляет двести восемьдесят восемь квадратных дюймов площади. Если промежуточный пояс имеет то же количество, общая площадь сопротивления срезу в нижнем поясе составляет пятьсот семьдесят шесть квадратных дюймов. Опорная поверхность каждого нагеля в брусе пояса составляет 2 × 3 дюйма, или шесть дюймов; и 96 × 6 = 576, а в обоих поясах — 1152 дюйма.

Sq. in.

The whole chord timber, (both chords,) is (6 × 3 × 14),
252

In the intermediate chord, (6 × 3 × 12),
216

 

Whole timber section,
468

Deduct 4 pins for both chords, 468 – (4 × 2 × 3 × 6) or 468 – 144 =
324

Deduct for joints 3 × 10 + 3 × 8 or 324 – 54, Square inches of available area.
270

Сравнивая объем материала, удаленный таким образом, с тем, что удаляется в других конструктивных схемах, мы получаем следующие показатели:—

A. Hall’s Bridge, (actual bridge,)
30

100

B. Howe’s bridge, (actual bridge,)
35

100

C. Page 163, (Handbook R. R. Construction,)
39½

100

D. McCallum’s, (Susquehanna bridge,)
58

100

Шестое утверждение касается особо удобной формы для применения арки; превосходство заключается в удобстве крепления; в том, что соединения меньше подвержены влиянию усадки, чем когда стойки врезаются в арки; в том, что древесина не ослабляется вырубкой. Арка нагружена элементами растяжения изнутри и действует как общий арочный подкос, сразу передавая все различные растягивающие усилия на устой, таким образом фактически объединяя арку с фермой.

Подверженность этой схемы гниению, безусловно, кажется меньшей, чем у большинства применяемых в настоящее время схем деревянных мостов, что ясно видно при наблюдении за расположением стыков; дождевая вода находит гораздо более легкий доступ практически к любому другому стыку, чем к отверстию под нагель. Поскольку деревянные конструкции изготовлены из досок, все элементы имеют небольшие размеры, и поэтому гораздо выше вероятность того, что они останутся прочными.

Рис. 69.

Мосты, построенные по этой схеме на дороге Аллеганской долины и на дорогах Уильямспорт и Элмира, наглядно иллюстрируют этот проект.

185. Применение арочных подкосов к решетчатым мостам навело на мысль о фермовом мосту с арочными подкосами, в котором вся прочность заключается в серии по-разному наклонных подкосов, простирающихся от устоя до верха каждой стойки; при этом для предотвращения реакции или в качестве контрподкоса либо жесткого элемента используется очень легкая решетка. См. рис. 69.

В фермах, состоящих из ряда треугольников, при большом пролете (от 150 до 200 футов) огромный вес, приходящийся на основания второго и третьего комплектов подкосов, вызывает осадку или прогиб на расстоянии двадцати или тридцати футов от устоя, от которого практически невозможно избавиться. Средством против такой осадки является немедленная передача нагрузки на устой, что полностью реализовано в вышеупомянутом мосту. Каждый подкос выполняет свою работу напрямую и эффективно. Перед закреплением решетчатой фермы мост следует нагрузить максимальной нагрузкой. Затем путем закрепления диагоналей предотвращается отдача, а действие проходящей нагрузки заключается в разгрузке контрраскосной решетки без какого-либо иного влияния на ферму.

Примечание. — Модель этого моста, изготовленная автором, имела следующие размеры:—

Length,
7 feet.

Height,
1 foot.

Width,
1 inch.

Chords,
¼ × ½ inch.

Braces,
¼ × ⅓ inch.

Lattice,
¼ × 1

16 inch.

Выдерживала 2500 фунтов в центре, помимо переменной нагрузки в 150 фунтов, приложенной в качестве движущейся нагрузки наиболее неблагоприятным образом. Она представляла пролет в сто пятьдесят футов и, согласно формуле Вайсбаха для испытания модели, доказала, что реальная конструкция (насколько это может быть доказано моделью) является прочной и жесткой в любой желаемой степени. Самым длинным мостом, когда-либо построенным по этому принципу, был мост в Шаффхаузене через Рейн, имевший один пролет в триста девяносто футов. Этот мост не был жестким, так как не имел решетки, но был очень прочным. Б. Х. Латроб, эсквайр, применил эту форму на Балтиморской и Огайской железной дороге.

Расчеты деталей этого моста выглядят следующим образом:—

The Span being
150
feet,

The Rise
20
feet,

The Panel
15
feet,

Weight per foot of bridge and load
3,000
lbs.

Половина числа панелей равна пяти; диагонали которых, пренебрегая дробями, составляют

√202 + 152 = 25 feet,

√202 + 302 = 37 feet,

√202 + 452 = 49 feet,

√202 + 602 = 64 feet,

√202 + 752 = 78 feet.

Нагрузка на каждый из этих комплектов подкосов представляет собой вес длины одной панели; который в данном случае составляет 3000 × 15 = 45 000 фунтов. Поскольку под каждым брусом пояса имеется подкос, и предполагая наличие четырех брусов в каждом поясе, мы делим на восемь и получаем в круглых цифрах 6000 фунтов на один подкос; а вводя поправку на наклон следующим образом, получаем приведенные ниже цифры.

20 : 25 :: 6000 : 10000

20 : 37 :: 6000 : 15000

20 : 49 :: 6000 : 20000

20 : 64 :: 6000 : 25000

20 : 78 :: 6000 : 30000.

В последнем столбце указаны различные нагрузки, приходящиеся на различные подкосы при их различных наклонах; для сопротивления им сечение могло бы быть очень небольшим на сжатие, но изгиб требует больших размеров.

Эти подкосы должны быть ограничены в латеральном и вертикальном направлениях при прохождении каждой стойки, но не соединяться с ней, так как это не позволило бы подкосу свободно работать без поперечного напряжения стойки.

Следовательно, длина балки, в которой необходимо ограничивать изгиб, представляет собой расстояние между стойками в любой панели.

In panel No. 1, it will be 25 feet.

In panel No. 2, it will be 18 feet.

In panel No. 3, it will be 17 feet.

In panel No. 4, it will be 16 feet.

In panel No. 5, it will be 16 feet.

и применяя формулу

2240bd3

L2 = W

мы получаем в круглых цифрах следующие размеры, причем подкосы соединены болтами и прокладками:—

For the 1st panel, 25 feet long, 8 × 10

For the 2d panel, 37 feet long, 8 × 10

For the 3d panel, 49 feet long, 8 × 10

For the 4th panel, 64 feet long, 8 × 10

For the 5th panel, 78 feet long, 8 × 10.

Для решетки вполне достаточно двойного ряда с каждой стороны каждой фермы в больших пролетах (от 150 до 200 футов) и одинарного ряда в более коротких пролетах из досок сечением 3 × 6, скрепленных нагелями в местах пересечений.

GENERAL TABLE OF DIMENSIONS FOR ARCH BRACE TRUSS.
 

Span.
Rise.
Chords.
Ties.
Braces.
Lattice.

50
10
2–8 × 10
1–8 × 10
2–6 × 6
2 × 9 or 3 × 6

75
12
2–8 × 10
1–8 × 10
2–6 × 6
2 × 9 or 3 × 6

100
15
3–8 × 10
2–8 × 10
3–6 × 6
2 × 9 or 3 × 6

150
20
4–8 × 12
3–8 × 10
4–6 × 8
2 × 9 or 3 × 6

200
25
4–8 × 16
3–8 × 10
4–6 × 9
2 × 9 or 3 × 6

Рис. 69 K.

Рис. 69 A.

На рис. 69 A показан способ подведения арочных подкосов к поясу. Чтобы найти размеры чугунного блока, выполните полный чертеж всех подкосов под их правильными углами, а затем вычертите блок вокруг оснований, как показано на рис. 69 A.

Примечание. — Центр давления подкосов на рис. 69 A находится не в точке C, как может показаться, поскольку вертикальные составляющие сил, спускающихся по подкосу, намного меньше у подкосов с малыми углами, чем у подкосов в конце пролета. При одинаковой нагрузке, приложенной к каждому подкосу, и найденных наклонах мы находим центр давления или центр подферменной площадки следующим образом:—

Длина подкоса относится к вертикальной высоте так же, как приложенная нагрузка относится к вертикальному давлению. На рис. 69 A мы имеем следующие длины подкосов: a — 25; b — 37; c — 49; d — 64; e — 78; f — 92 и g — 106; а соответствующие им нагрузки таковы:

a, 25 : 20 :: 6000 : 4800.

b, 37 : 20 :: 6000 : 3243.

c, 49 : 20 :: 6000 : 2450.

d, 64 : 20 :: 6000 : 1870.

e, 78 : 20 :: 6000 : 1540.

f, 92 : 20 :: 6000 : 1304.

g, 106 : 20 :: 6000 : 1132.

На рис. 69 A примем основание пятого подкоса (B) за центр давления и, сложив моменты (или произведения вертикальных составляющих на подкосах на их расстояние от B), получим сумму со стороны берега 18 928, а со стороны воды 16 930; это показывает, что центр взят слишком далеко от береговой стороны. Точно так же точка A окажется слишком далеко от береговой стороны. Третья попытка укажет точное место.

Рис. 69 B.

Рис. 69 C.

Рис. 69 D. Рис. 69 E. Рис. 69 F.

Рис. 69 G. Рис. 69 H.

На рис. 69 B показан способ сращивания арочных подкосов: поскольку они подвергаются сжатию, их сращивают так же, как и верхние пояса. На рис. C показан сращенный нижний пояс. На рис. D и E — соединение стоек, пояса и решетки. На рис. F, G и H — отливка для крепления верхнего конца арочного подкоса к поясу. На рис. 69 K — способ поддержки путей в конце пролета, где арочные подкосы не позволяют балкам проезжей части опираться на нижний пояс.

Запатентованный железнодорожный мост МакКаллума.

Рис. 70.

186. Этот мост представляет собой класс конструкций, в которых верхний пояс выгнут вверх (7½ фута на 200 в мосту через Саскуэханну на Нью-Йоркской и Эриенской железной дороге), причем этот изогнутый пояс производит эффект распределения приложенной нагрузки сразу на все подкосы напрямую через пояс, а также косвенно через подкосы, как в обычных фермах. К этому мосту применены арочные подкосы A B, A B, рис. 70, которые служат для помощи 2-й, 3-й и 4-й парам диагональных подкосов в восприятии нагрузки.

Большая распределительная способность изогнутого пояса подтверждается тем фактом, что мост пролетом 125 футов фактически выдержал железнодорожный поезд до того, как были установлены диагональные подкосы. Все усилие передавалось через изогнутый пояс и арочные подкосы на устои. Мост снабжен контрподкосами из элементов d d и d d, регулируемыми с помощью винтов на концах.

К пролету длиной 190 футов моста этой системы было применено следующее испытание. При размещении нагрузки как можно ближе к центру возникали следующие прогибы.

Load.
Deflection.

41.40 tons,
0.013 feet,

95.35 tons,
0.038 feet,

140.70 tons,
0.061 feet,

187.20 tons,
0.061 feet.

После снятия нагрузки мост полностью восстановил свою форму.

187. С увеличением пролета польза от изогнутого пояса также возрастает; и хотя в конце настоящей главы показано его применение для небольших пролетов, возможно, не стоит его внедрять.

Мосты, передающие нагрузку напрямую от каждой панели к устою, не получили бы выгоды, стоявшей бы увеличенных затрат, от применения изогнутого верхнего пояса.

В случае какой-либо осадки в центре пролета наблюдается эффект, противоположный тому, который возникает в ферме с горизонтальными поясами; то есть, когда концы верхних поясов в последней сдвигаются внутрь, концы первой раздвигаются наружу; и когда в таких мостах не используются арочные подкосы, верхние пояса соседних пролетов должны расклиниваться, а не связываться вместе, как в обычных схемах, над центром опор.

АРКА.

188. Арка применяется для больших пролетов уже очень давно и, если приняты меры для предотвращения изгиба, работает очень хорошо. Ремонт таких мостов в случае гниения каких-либо элементов арки сложен, но осуществляется даже в крупнейших арках.

Наиболее правильные представления о строительстве деревянных арочных мостов содержатся в труде Вайбекинга «Traite d’une parte essential de construire les grandes pents en charpente». Этот инженер (генеральный директор дорог и мостов в Баварии) построил большое количество деревянных арок лучшего качества, что свидетельствует о его мастерстве как в науке, так и в искусстве.

Рис. 71.

Общий план его мостов показан на рис. 71. Они состоят из криволинейных ребер, образованных длинными элементами, соединенными вполдерева и скрепленными болтами, на которых с помощью стоек поддерживается проезжая часть.

Мосты в Нойцеттрингене, Фрейзинге, Бамберге, Шардинге, Вертахе, Вильсхофене и Альтенмаркте — все они свидетельствуют о здравом смысле этого человека. Пролеты варьируются от ста до двухсот футов, а ширина — от двадцати пяти до тридцати двух футов. Пропорции, которые он приводит для соотношения стрелы подъема к пролету, ценны, так как они являются результатом его собственного опыта. Он заявляет в целом, что одна десятая пролета является наилучшей стрелой подъема, но для удобства ее лучше делать меньше. В следующей таблице приведены размеры, принятые им на практике.

189.

Name.
Span.
Rise.
Width.
Rad. of Arch.
Scantling of Arch.

Bamberg,
208
16.9
32
422
13½ × 15½

Scharding,
194
18.8
25
258
12½ × 15½

Vilshoven,
179
11.1
27
378
13½ × 15½

Freysingin,
153
11.6
25
246
12½ × 14½

Ettringin,
139
8.0
25
305
12½ × 15½

Ersingin,
126
7.0
25
285
11½ × 14½

Augsberg,
114
10.6
25½
158
12½ × 14½

Neucettringin,
103
6.8
25
200
13½ × 15½

В последнем столбце указаны сечения элементов арки; они располагаются в три слоя по глубине в пролетах менее 150 футов, а в больших пролетах — в 3 слоя по глубине в центре и в 5 слоев по глубине на концах. Формула г-на Вайбекинга для определения сечения ребер выглядит следующим образом:—

W × (S/2)2

Rn.0011 = Scantling in sq. ft.

Where R is the rise of the arch;

n, the number of ribs;

W, width of bridge;

and S, span of bridge.

Пример. — Требуется определить сечение ребер моста пролетом 300 футов, шириной 20 футов и высотой 30 футов. Формула принимает следующий вид:—

20 × 22500

30 × .0011 = 16½ sq. feet of

сечение всех арок или две параллельные арки шириной по 2½ фута и глубиной по 3¼ фута каждая.

From 100 to 150 feet span, he makes the rise 1

20 span,

From 150 to 200 feet span, he makes the rise 1

18 span,

From 200 to 300 feet span, he makes the rise 1

15 span,

From 300 to 400 feet span, he makes the rise 1

14 span,

From 400 to 500 feet span, he makes the rise 1

13 span.

190. Мост, построенный г-ном Берром через Делавэр у Трентона, штат Нью-Джерси, является хорошим образцом арки. Он состоит из досок белой сосны длиной от тридцати до пятидесяти футов и сечением 4 × 12. Эти доски укладываются вплотную друг к другу с разбежкой стыков, образуя общую глубину в три фута. Арки укреплены горизонтальными затяжками, поддерживающими проезжую часть, и диагональными связями. Пролеты составляют 160, 180 и 200 футов, а подъем — двадцать семь футов.

191. Мост через Саскуэханну у Колумбии, построенный таким же образом, состоит из двадцати девяти арок, каждая пролетом в свету двести футов, опирающихся на два устоя и двадцать восемь каменных быков. Чистое водопропускное отверстие этого моста составляет 5800 футов, а общая длина, включая быки и устои, — одна четвертая миля. Имеются три комплекта арок, которые позволяют разместить две гужевые дороги и одну железную дорогу, общая ширина составляет тридцать футов.

192. Арка, поддерживающая проходящий поезд, должна быть очень жесткой. Обычно их соединяют с легкой фермой, которая эффективно контрраскосит арку и предотвращает изменение формы, которое в противном случае имело бы место при полной зависимости прочности исключительно от арки.

Везде, где приложена нагрузка, арка стремится просесть, а в противоположной точке происходит соответствующий подъем. Нагрузка, приложенная в точке E (рис. 71), вызывает осадку арки в этой точке и подъем в точке C. Нагрузка, приложенная на кривой арки, опускает центр и поднимает пазухи. Для противодействия этим движениям может использоваться легкая жесткая рама, прочности которой достаточно для сопротивления переменной нагрузке, проходящей по мосту. Усилие, передаваемое аркой на ферму, движется с противоположного конца навстречу поезду, проходит его в центре и в конечном итоге уходит с моста позади нагрузки.

Когда арка сама по себе является фермой или когда ферма выполнена с изогнутыми поясами, противодействующий эффект фермы достигается не полностью. Не следует полагаться на изогнутый пояс как на арку, а только как на элемент фермы.

193. В Америке для железнодорожных мостов было построено множество комбинаций арки и фермы. Принцип соединения этих двух систем некоторыми считается плохим, так как их вряд ли удается заставить нести равные части нагрузки, в силу чего каждая из них должна обладать более чем половиной необходимой прочности всей конструкции. Другие утверждают, что при правильном расположении элементов можно добиться идеальной регулировки, при которой нагрузка может распределяться в большей или меньшей степени на ту или иную систему. Кажется, нет веских причин объединять эти две системы, поскольку каждую из них можно сделать достаточно прочной для выдерживания наибольших нагрузок.

Тем не менее, как арки, так и арочные подкосы весьма полезно применяются к мостам, которые оказались слишком легкими.

194. Способ применения арок хорошо показан на мостах Пенсильванской центральной железной дороги, построенных Германом Хауптом, эсквайром.

Эти мосты построены по системе Хауза, к которой добавлены прочные деревянные арки. Системы соединены путем регулировки контрподкосов относительно арки с помощью установочных винтов. Конструкция проста и эффективна. Имя строителя само по себе служит гарантом устойчивости моста.

195. Какими бы точными ни были очертания арки, она будет давать бо́льшую или меньшую осадку при удалении подмостей в зависимости от своей пологости; причем этот прогиб со временем увеличивается. Г-н Вайбекинг выражает это в дюймах следующим образом:—

0.806R

S

Where R, shows the rise,

and S, shows the span.

Для учета этой осадки кривая при разметке на плазе для возведения арки должна быть выполнена немного более выпуклой, чем требуется для готовой арки; величина превышения должна соответствовать указанной по формуле.

Рис. 72.

Поскольку мост, состоящий из криволинейного ребра при большом пролете, деформируется в точках D, C и E (рис. 71) приложении нагрузки посередине, прочность, конечно, должна быть увеличена за счет увеличения высоты ребра; а чтобы не делать его слишком тяжелым, следует использовать составную или решетчатую балку, как показано на рис. 72. Здесь следует помнить, что оба ребра должны быть сконструированы так, чтобы противостоять как растяжению, так и сжатию; ибо когда нагрузка приложена в точке D, нижнее ребро будет растянуто в точке d и сжато в точках c′ и e; в то время как верхнее будет сжато в точке D и растянуто в точках C и E.

ПРОЕЗЖАЯ ЧАСТЬ.

196. Настил любой системы устроен примерно одинаково; он состоит из поперечных балок проезжей части, расположенных либо на верхнем, либо на нижнем поясе (в зависимости от того, насколько высоко проезжая часть поднята над уровнем воды), которые поддерживают продольные брусья, на которые укладываются поперечные связи. В некоторых случаях поперек балок проезжей части укладывались два слоя диагональных досок, прибитых гвоздями под прямым углом друг к другу, благодаря чему мост приобретает значительную жесткость в поперечном направлении.

Общие размеры настила могут быть следующими:—

Transverse timbers, 3 feet from centre to centre,
8 ×
14

Track strings, notched 2 inches to floor beams,
12 ×
14

Cross-ties placed one foot apart, (clear,)
3 ×
6

Рис. 73.

ПОПЕРЕЧНЫЕ СВЯЗИ.

197. Для предотвращения вибрации в горизонтальном направлении необходима система диагональных связей. Основное давление на эти раскосы вызывается ветром и может быть определено, если представить мост опрокинутым набок и нагруженным весом, равным максимальному давлению ветра, которое можно принять равным сорока фунтам на квадратный фут.

Нет необходимости изменять размеры этих раскосов, за исключением очень длинных пролетов, когда они должны увеличиваться от центра к концам. Для коротких пролетов (менее ста футов) достаточно раскоса 5 × 5. Для больших пролетов достаточно 7 × 7.

198. Диагональные связи, когда их удается внедрить, являются весьма желательной частью моста. Когда проезжая часть находится на нижнем поясе, это не может быть реализовано в полном объеме, но может применяться, как показано на рис. 74.

Рис. 74.

Увеличение высоты фермы в любом мосту уменьшает растяжение и сжатие в поясах, но увеличивает длину стоек и тяжей. Как правило, одна восьмая пролета дает наилучшие результаты.

199. При сборке крупного моста принято делать брусья верхнего пояса немного длиннее по размеру, чтобы учесть сжатие при осадке.

200. Мосты в открытых местах иногда сдувало ветром с кладки. Если мост соскальзывает с кладки, полная сила ветра должна составлять пятнадцать двадцать четвертых от общего веса моста; но если кладка грубая (а не тесаная), как это обычно бывает, никакая сила ветра не заставит мост соскользнуть.

Мост опрокинется, повернувшись вокруг своей нижней кромки, когда полное давление ветра, умноженное на половину высоты фермы, перевесит общий вес, умноженный на половину ширины. В очень открытых местах стержень A D (рис. 74) служит очень хорошей цели, когда проезжая часть находится на верхнем поясе, а стержень от B до кладки — когда на нижнем.

КОСЫЕ МОСТЫ.

201. Эффект прохода поезда по косому мосту заключается в том, что одна сторона прогибается раньше другой, поскольку нагрузка попадает на центр одной фермы раньше, чем на противоположную. Это вызывает боковое раскачивание локомотива, опасное как для моста, так и для него самого.

Элементы настила, передающие нагрузку на пояса, должны быть не перпендикулярны оси дороги, а параллельны устою. Так, на рис. 75 колесо в точке B передает одну треть своего веса на устой в точке E и две трети на пояс в точке C; в то время как на рис. 75 A колесо в точке B передает две трети нагрузки на C, но также одну треть и на D.

Рис. 75. Рис. 75 A.

202. В очень длинном косом пролете балки проезжей части могут быть расположены так, как показано на рис. 76, то есть наклонно при входе на мост и выходе с него, но под прямым углом в середине пролета.

Рис. 76.

203. Консервация древесины в деревянных мостах может осуществляться с помощью обшивки досками, побелки, покраски и кьянизации. Обшивка и побелка являются лучшими методами, если позаботиться о предотвращении сухой гнили путем обеспечения хорошей циркуляции воздуха вокруг древесины. Масло в красках препятствует выходу влаги изнутри так же, как и проникновению ее снаружи, и его не следует использовать, если древесина плохо высушена. Лучший план — тщательно побелить и обшить каркас моста, а внешнюю сторону обшивки покрасить.

204. При конструировании двух или более непрерывных пролетов пояса всегда должны соединяться над опорами, так как это дает верхним поясам опору для натяжения, а нижним — встречный упор.

205. Мосты никогда не следует, если этого можно избежать, располагать ни на кривой, ни на уклоне; особенно на первой, поскольку при этом значительно увеличивается воздействие нагрузки, вызывая в первом случае боковой, а во втором — вертикальный удар.

СВАЙНЫЕ МОСТЫ.

206. На мелководье, в болотах и в подобных ситуациях, где устройство насыпи было бы дорогим, свайные мосты очень полезны. По сути, всякий раз, когда мы вольны перекрывать проход под дорогой, целесообразно применять эту систему, если ее высота не превышает двадцати футов. Она дешевле любой другой, проще в ремонте, элементы вполне независимы друг от друга, и такие мосты служат ничуть не меньше других деревянных сооружений.

Рис. 77.

Рис. 78.

Различные схемы свайных мостов приведены на рис. 77–82. На рис. 77–81 показаны схемы временных свайных сооружений, используемых во время строительства. Ничто более легкое, чем рис. 82, не должно использоваться постоянно. Свайный мост на кривой может нуждаться в более прочных поперечных связях на выпуклой стороне кривой, чем на вогнутой, а также в проточной воде; в таких случаях конструкция вроде рис. 81 может сослужить хорошую службу.

Рис. 79.

Рис. 80.

Рис. 81.

Рис. 82.

Рис. 82 A.

(О забивке свай и надлежащих размерах см. гл. XII.)

ЭСТАКАДЫ.

207. Эстакады представляют собой систему вертикальных стоек, наголовников и подкосов, используемую как для временных, так и для постоянных сооружений: временно для проведения дороги через низины, где предполагается устройство насыпей, и постоянно через глубокие сухие ущелья, где объем земляных работ или каменной кладки был бы слишком велик.

Рис. 83.

На американских железных дорогах представлены все размеры и конструкции эстакад высотой от двадцати до двухсот футов. На рис. 83 и 84 показаны временные сооружения, а на рис. 85 — постоянные.

Главная часть проектирования эстакад заключается в соединении различных стоек и наголовников хорошо сформированными треугольниками, причем равносторонние являются наилучшими.

Рис. 84.

Прекраснейшим примером этой строительной системы является высокий мост Дженеси через реку Дженеси близ Портейджвилла на Буффало-Нью-Йоркской железной дороге, построенный Э. С. Сеймуром, эсквайром. Его длина составляет восемьсот футов, а высота над рекой — двести тридцать футов. Он имеет восемь каменных быков высотой тридцать футов, на которых установлены эстакады высотой сто девяносто футов, шириной семьдесят пять футов у основания и двадцать пять футов наверху. Поверх всего установлен мост высотой четырнадцать футов. На строительство этого виадукa было потрачено 1 500 000 футов доски лесоматериалов, которые в произрастающем виде покрывали двести пятьдесят акров, а также шестьдесят тонн болтов. Все строительство заняло всего восемь месяцев, при общей стоимости 140 000 долларов.

Рис. 85.

РАЗВОДНЫЕ МОСТЫ.

208. При пересечении рек или заливов, открытых для судоходства, от любых компаний, строящих мост, требуется оставлять свободный проход для судов. Это достигается путем выполнения той части моста, которая находится над фарватером, подвижной (разводной пролет).

Рис. 86.

Разводные пролеты могут подниматься, могут откатываться назад на неподвижную часть моста или поворачиваться на шарнире. На рис. 86 показан разводной пролет, широко используемый в настоящее время и отвечающий любым требованиям. Каждая половина подвижной части должна рассчитываться как небольшой мост. Стержни c c c поддерживают консольную часть разводного пролета в открытом состоянии. Вся конструкция вращается на центральном шкворне и комплекте катков.

КРУЖАЛА.

209. Кружала — это временные деревянные каркасы, используемые при возведении каменных арок. Их назначение — удерживать кладку, пока она не способна сама себя поддерживать.

Для арок пролетом от пяти до пятнадцати футов достаточно кружал, изготовленных из досок, как показано на рис. 87. Для больших пролетов, когда можно использовать грунт под аркой, хорошо подходит конструкция, показанная на рис. 88. Когда нет никакой опоры, кроме устоев или быков, необходимо принять нечто похожее на рис. 89. Именно этот план использовал Джордж Ренни, главный инженер моста Ватерлоо через Темзу в Лондоне.

Рис. 87.

Рис. 88.

Кружала испытывают нагрузку по-разному по мере возведения арки: сначала в пазухах, а в последнюю очередь в замке. Избыток веса в любой точке вызывает осадку в ней, а в каком-либо другом месте происходит подъем. Временная нагрузка на арку позволяет предотвратить такие перемещения.

Рис. 89.

Эти каркасы устанавливаются вертикально на элементы F F, которые, будучи соединены с подкосами D D посредством парных клиньев c c, позволяют регулировать высоту кружал. Расстояние между рамными ребрами зависит от формы арки и пролета или от поддерживаемого веса и варьируется от одного до четырех футов. Кружала покрыты слоем узких досок, расположенных параллельно оси арки, на которых покоятся клинчатые камни.

210. Способ установки моста на кладку показан на рис. 90 и 91; первый случай — когда проезжая часть находится на верхнем поясе, а второй — когда на нижнем.

Рис. 90.

Рис. 91.

211. На рис. 92–100 приведены несколько схем для пролетов от пяти до семидесяти пяти футов. На рис. 92 показана простая балка, подкрепленная снизу диагональными досками; болты проходят через затяжки, прогоны и раскосы. Прогоны приболчены к подкладным брусьям, а когда мост расположен на кривой, также снабжены врубками посредством подрезания подушки. На рис. 92 A показана эта схема. Эта форма подходит для проемов от пяти до двадцати футов. От пятнадцати до тридцати футов мы можем использовать рис. 94, 95, 96 и 97. От двадцати пяти до пятидесяти и шестидесяти футов — рис. 93, 97 и 98. А от пятидесяти до семидесяти пяти футов — рис. 99 и 100.

В следующих таблицах приведены надежные размеры для мостов по указанным схемам.

Рис. 92. От 5 до 20 футов.

Рис. 92 A.

Span.
Bolsters.
Stringers.
Ties.
Braces.
Bolts.

5
12 × 12
12 × 12
6 × 10
2 × 10
1 inch

10
12 × 12
12 × 13
6 × 10
2 × 10
1 inch

15
14 × 14
12 × 18
6 × 10
2 × 10
1 inch

20
14 × 14
12 × 24
6 × 10
2 × 10
1 inch

Затяжки врезаны на три дюйма в прогоны без подрезки последних.

Рис. 95. От 15 до 30 футов.

Span.
Rise.
Bolster.
Stringer.
Braces.
Rod.

15
6
12 × 12
12 × 12
2—5 × 6
1 inch

20
7
14 × 14
12 × 12
2—5 × 8
1¼ inch

25
8
14 × 14
12 × 15
2—5 × 9
1⅜ inch

30
10
15 × 15
12 × 18
2—5 × 10
1½ inch

Рис. 96. От 15 до 30 футов.

Span.
Rise.
Stringer.
Post.
Rod.

15
5
12 × 12
8 × 8
1⅛

20
6
12 × 13
9 × 9
1¼

25
7
12 × 15
10 × 10
1½

30
8
12 × 18
10 × 12
1⅝

Рис. 94. От 15 до 30 футов.

Span.
Rise.
Stringer.
Braces.
Rods.
Lattice.

15
5
2—8 × 8
2—5 × 5
1
2 × 6

20
6
2—8 × 9
2—5 × 6
1¼
2 × 8

25
7
2—8 × 10
2—5 × 8
1⅜
2 × 9

30
9
2—8 × 12
2—5 × 9
1½
2 × 10

Рис. 97. От 15 до 30 футов.

Span.
Rise.
Stringer.
Post.
Rods.
Braces.

15
5
2—8 × 8
8 × 8
1
4 × 5

20
6
2—8 × 9
9 × 9
1⅛
4 × 6

25
7
2—8 × 10
10 × 10
1¼
5 × 6

30
9
2—8 × 12
10 × 12
1½
6 × 6

Рис. 93. От 25 до 50 футов.

Span.
Rise.
Chords.
Braces.
Posts.
Rods.

25
8
2—6 × 8
6 × 6
6 × 8
1

40
10
2—7 × 9
6 × 7
8 × 8
1⅛

50
10
2—8 × 10
6 × 8
8 × 10
1¼

Рис. 97. От 25 до 50 футов.

Span.
Rise.
Chords.
Posts.
Braces.
Rods.

25
8
2—6 × 8
8 × 8
5 × 5
1⅛ or 2—⅞

40
10
2—7 × 9
9 × 9
5 × 8
1⅜ or 2—1⅛

50
10
2—8 × 10
10 × 10
6 × 8
1¾ or 2—1¼

Рис. 98. От 25 до 50 футов.

Span.
Rise.
Chords.
Posts.
Braces.
Rods.

25
8
2—6 × 8
6 × 8
5 × 5
2—1 or 1—1⅜

40
10
2—7 × 9
6 × 9
5 × 8
2—1⅛ or 1—1⅝

50
10
2—8 × 10
6 × 12
5 × 10
2—1¼ or 1—1¾

Рис. 99. От 50 до 75 футов.

Span.
Rise.
Chord.
Posts.
Braces.
Lattice.

50
8
2—8 × 10
1—8 × 10
2—6 × 7
2 × 6

60
9
2—8 × 10
1—8 × 10
2—6 × 7
2 × 6

75
10
3—8 × 10
2—8 × 10
3—6 × 8
2 × 6

Рис. 100. От 50 до 75 футов.

Span.
Rise.
Chords.
Posts.
Braces.
Centre braces.
Rods.

No. 1.
No. 2.

50
8
2—8 × 10
1—8 × 10
2—6 × 7
5 × 5
1½
1

60
9
2—8 × 10
1—8 × 10
2—6 × 7
5 × 5
1⅝
1⅛

75
10
3—8 × 10
2—8 × 10
2—6 × 8
5 × 6
1¾
1¼

212. При назначении размеров небольших мостов, подобных вышеупомянутым, при оценке максимальной нагрузки следует уделять больше внимания весу кратковременных нагрузок, чем (как в больших мостах) весу на погонный фут, поскольку вес самого моста при пролете менее пятидесяти или шестидесяти футов незначителен. Наибольшая нагрузка, которая может приходиться на отдельную стойку или тягу, — это нагрузка от ведущих колес локомотива. Если весь паровоз весит сорок тонн, на каждую пару движущихся колес придется по десять тонн, или пять тонн (или 11 200 фунтов) на каждое колесо; поскольку это приложено на длине всего в десять футов, это можно рассматривать как сосредоточенную нагрузку в одной точке, и все элементы должны быть способны выдерживать такую нагрузку. В больших пролетах, где вес велик, если ферма достаточно прочна, чтобы выдержать мост и нагрузку, она безопасно противостоит воздействию внезапного приложения проходящих поездов.

Примечание. — О статическом и динамическом прогибе мостов. Существуют значительные расхождения во мнениях относительно относительного прогиба мостов, производимого стационарными и движущимися нагрузками. Ни эксперимент, ни теория точно не установили этот вопрос.

Опыты на мосту Элвелл (Эпсомская и Кройдонская железная дорога, Англия).

Velocity in feet per second.
Deflection in inches.

0
0.215

25
0.215

31
0.230

32
0.225

54
0.245

75
0.235

Мост представляет собой чугунную балку пролетом сорок восемь футов, нагрузка — тридцать девять тонн.

Опыты на мосту Годстоун (Юго-Восточная железная дорога, Англия).

Velocity in feet per second.
Deflection in inches.

0
0.19

22
0.23

40
0.22

73
0.25

Чугунная балка, пролет тридцать футов, нагрузка тридцать три тонны.

Г-н У. Х. Барлоу (инженер) отметил, что «в случае деревянного виадукa товарный поезд на малой скорости производил определенный прогиб; но экспресс с гораздо более легким локомотивом, казалось, толкал мост перед собой, как волну».

Британский трубчатый мост прогибался на три четверти дюйма под действием двух паровозов и поезда весом двести восемьдесят тонн в неподвижном состоянии; но при скорости семьдесят миль в час прогиб был заметно меньше.

ГЛАВА IX. ЖЕЛЕЗНЫЕ МОСТЫ.

“A little knowledge is a dangerous thing.”

213. За последние десять лет железо получило широкое распространение в железнодорожном мостостроении; и когда оно используется теми, кто понимает его химическую и механическую природу, оно не имеет себе равных по прочности, долговечности и элегантности внешнего вида; но когда, как это слишком часто бывает в Америке, оно доверяется людям, которые ничего не знают и ни о чем не заботятся, кроме цены, которую они за него получают, ничто не может быть более небезопасным. Ни один материал не требует столь полного знания его свойств для безопасного использования, как чугун.

ПРИРОДА И ПРОЧНОСТЬ ЖЕЛЕЗА.

214. В таблице ниже показаны свойства различных видов железа, используемых в инженерном деле.

Wrought Iron.
Cast-Iron.
Iron Wire.
Boiler Plate.
Designation of the quality.

480
450

480
Weight per cubic foot in lbs.

15000
4500
25000
12740
Resistance to extension in lbs. per sq. inch.

11000
25000

7500
Resistance to compression in lbs. per sq. in.

.0000066
.00000608
.00000685
.0000066
Expansion per degree Fahrenheit in lengths.

.0000000424
.000000106
.0000000446
.0000000524
Extension per lb. per square inch.

.000000149
.000000083

.000000189
Compression per lb. per square inch.

90 to 66
20 to 111

127 to 75
Ratio of extensive to compressive strength.

12500
17500

Resistance to detrusion, or shearing.

55
31

Relative transverse strength.

Четвертый столбец относится к котельному листу при его сборке в трубы.

После того как ковкое железо подвергается некоторому сжатию, его способность противостоять сжимающему усилию значительно возрастает.

215. Прочность на разрыв ковкого железа увеличивается при нагревании. Опыты с тридцатью разновидностями дали следующий средний результат при диапазоне температур от 500° до 700° по Фаренгейту.

Прочность при

Cold.
Hot.
Cooled.

60,000
64,000
70,000

216. Процесс Стирлинга по повышению вязкости чугуна путем добавления ковкого лома увеличивает прочность в следующем соотношении:—

The mean tensile strength of cast-iron being
18,000 lbs.

And the compressive strength being
105,000 lbs.

When Stirling-toughened the tensile strength is
23,000 lbs.

And the compressive strength
130,000 lbs.

Прочность чугуна быстро растет вплоть до двенадцатой или пятнадцатой переплавки, когда она почти удваивается; после пятнадцатой плавки прочность уменьшается.

217. Ковкое железо, подвергающееся в течение некоторого времени вибрации, как в случае железнодорожных осей, или железо, обработанное легкими молотами, теряет вязкость и становится «хрупким» (кристаллическим). Волокнистую структуру в таких случаях можно восстановить путем повторного нагрева и медленного охлаждения.

218. ОБЩИЕ СООТНОШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЖЕЛЕЗА.

Tension.
Compression.
Cross Strain.

Cast,
300
1,666
31.68

Wrought,
1,000
733
55.40

ПРОЧНОСТЬ КОТЕЛЬНЫХ ЛИСТОВ.

219. Прочность катаных котельных листов не выше по направлению волокон, чем поперек, но является более однородной; поэтому направление волокон должно быть расположено как можно ближе к направлению действия силы.

Среднее значение двенадцати экспериментов, проведенных г-ном Уильямом Фэрберрном, дает предел прочности при растяжении листов из ковкого железа равным 50 960 фунтов на квадратный дюйм; а прочность листов на сжатие при сборке в трубы — 30 464 фунта, или для безопасного практического использования при растяжении — 12 740 фунтов, а при сжатии — 7500 фунтов. В замечаниях о балочных мостах будет рассмотрен вопрос о клепке.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ МОСТОВ.

220. Железные мосты можно классифицировать следующим образом:—

Those entirely of cast-iron, or Arch and Girder bridge.

Those of wrought iron alone, or Tubular and Girder.

Those of iron wire, or Suspension bridges.

Those of cast and wrought iron, or Trussed bridges.

Порядок, в котором эти мосты могут быть расположены по стоимости строительства и степени применения, следующий:—

Number.
Span.
Description of bridge.

1
10 to
50 feet
Cast-iron girder.

2
50 to
200 feet
Cast and wrought combinations.

3
200 to
2000 feet
Suspension.

4
200 to
500 feet
Cast arch.

5
25 to
100 feet
Boiler plate girder.

6
100 to
500 feet
Tubular.

Номера 2, 3 и 5 представляют собой формы, используемые на американских дорогах. № 1 очень подвержен разрушению, требует гораздо больших знаний и заботы при строительстве и значительно дороже деревянной фермы или балки с подкосами. № 4 очень дорог и создает большее препятствие для пропуска воды, чем любой другой. Огромные расходы на № 6 должны предотвратить и предотвратят его принятие в Соединенных Штатах. Давайте рассмотрим принципы конструкции номеров 2, 3 и 5.

СОЕДИНЕНИЯ ЧУГУНА И КОВКОГО ЖЕЛЕЗА.

221. К этой категории относятся все железные фермовые каркасы, используемые в этой стране.

Как отмечалось ранее, мастерство в мостостроении заключается в том, чтобы всегда использовать тот материал, который с наименьшими затратами наилучшим образом способен противостоять конкретному усилию, которому он может подвергаться. Так, ковкое железо всегда должно использоваться для сопротивления растяжению, а чугун — сжатию. Стойки, раскосы и верхние пояса всегда должны быть литыми, в то время как тяжи и нижние пояса должны изготавливаться из ковкого железа.

Прочность железнодорожного моста должна быть такова, чтобы противостоять всем дополнительным ударам и усилиям, возникающим при сходе паровозов с рельсов и поломке осей; а также случайным усилиям, возникающим вследствие изменения формы при расширении и сжатии металла, а также от сильных ветров и штормов.

Рис. 101.

Каждая часть моста, не сопротивляющаяся какой-либо силе, хуже чем бесполезна, так как она увеличивает вес. Легкость не только напрямую повышает экономичность, но и косвенно за счет уменьшения части постоянной нагрузки.

222. На первом месте в классе номер два стоит железный подвесной и фермовый мост Венделя Боллмана. По простоте конструкции и прямоте действия этот мост не имеет себе равных. Вес у каждой стойки передается сразу на устой или бык. Верхний пояс выполнен из чугуна, полый, восьмиугольный снаружи и круглый внутри. Стойки состоят из отливки профиля ᕼ, причем центральная стенка отлита сквозной, а полки сплошными. Верх подогнан к поясу, а низ — к тяговым или подвесным стержням. Последние выполнены из ковкого железа, прямоугольного сечения, соединенные при необходимости по длине болтом с проушиной. Каждый комплект, выйдя из основания стойки, проходит через опорную плиту в точках A B (рис. 101) и закрепляется гайкой. Соединение тягового стержня A C и контрстержня B C прикреплено косвенно к основанию стойки с помощью маятника или серьги, что служит для выравнивания эффекта расширения на стержни. Вибрация и реакция предотвращаются панельными диагональными тяжами D H и C E. Проезжая часть поддерживается фланцами у основания каждой стойки. Поперечные связи состоят из системы полых чугунных стоек и кованых диагональных стяжных стержней. Нижний пояс явно не нужен, его место занимают стержни C B, F B, F A, G A.

Мост такого описания на Балтиморской и Огайской железной дороге со следующими размерами

Clear span,
124 feet

Length of top chord,
128 feet

Length of panel,
15 feet

Height of truss,
17 feet

Width,
16 feet

Lbs. of cast-iron,
65,137

Lbs. of wrought iron,
33,527

Whole weight,
98,664

Weight per lineal foot,
796

подвергался следующим испытаниям.

Три паровоза с прицепленными тендерами весом в общей сложности сто двадцать две тонны (почти одна тонна на фут) были пропущены по мосту со скоростью восемь миль в час, при этом прогиб в центре составил один и три восьмых дюйма, а у первой стойки — девять шестнадцатых дюйма. Следующие испытания были проведены на мосту пролетом семьдесят шесть футов на вашингтонской ветке той же дороги:

Паровоз с тендером весом сорок тонн вызвал прогиб в пять восьмых дюйма. Скорый пассажирский поезд прогнул мост на девять шестнадцатых дюйма.

Two engines and tenders, back to back, at rest, and weighing in all 77½ tons, caused a deflection of
11

16 inch,

The same at ten miles per hour,
13

16 inch,

Engines head to head at four miles per hour,
13

16 inch,

Engines head to head at eight miles per hour,
13

16 inch,

Engines head to head at twenty miles per hour,
14

16 inch.

Предельное расширение пояса длиной сто двадцать восемь футов от нагрева составляло пять шестнадцатых дюйма на каждом конце, или пять восьмых дюйма в общей сложности, или 1/2457 часть длины; и это без малейшего нарушения каменной кладки. Стержень C B, будучи в пять раз длиннее C A, расширяется в пять раз сильнее, но в то же время длины D A, D B, будучи столь близко пропорциональны C A и C B, также расширяются в соотношении один к пяти; благодаря чему не наблюдается никаких неблагоприятных последствий.

Расчет усилий для этого моста чрезвычайно прост; вся система состоит из стольких отдельных систем, сколько имеется стоек. Каждый комплект стержней выдерживает прямоугольник, равный одной панели, то есть двум соседним полупанелям. Так, A C и C B поддерживают прямоугольник m m, m m, стержни A F, F B — прямоугольник n n, n n. Разумеется, необходимо сделать поправку на наклон стержней. Размеры центральной пары, конечно, будут одинаковыми, но размеры остальных комплектов будут различаться. Диагонали D H и H L предотвращают реакцию и должны быть способны сопротивляться воздействию, производимому переменной нагрузкой на одну панель (как отмечалось в главе VIII).

Любая нагрузка, например одна в точке C D, создает у стоек тенденцию поворачиваться вокруг точки A как вокруг центра в направлении устоя; для противодействия этому должно существовать усилие в противоположном направлении. Наиболее подходящее направление для сопротивления такому движению — линия C K, то есть линия нижнего пояса. В этом мосту нижний пояс отсутствует, но вместо него установлены стержни A G, A K, B H и B C, которые предотвращают изменение формы (за счет движения треугольника) и действуют против верхнего пояса.

В качестве примера расчета усилий для этого моста приведем следующее.

Span,
90
feet.

Rise,
18
feet.

Panel,
15
feet.

Weight per lineal foot,
2,500
lbs.

Whole weight,
225,000
lbs.

Weight on each side truss,
112,500
lbs.

Weight on each post,
18,750
lbs.

Вес, воспринимаемый каждой системой, то есть одной стойкой и двумя поддерживающими стержнями, составляет 18 750 фунтов. Усилие, которому должен сопротивляться любой стержень, зависит от его наклона.

Следующие цифры показывают элементы рассматриваемой фермы:—

Rod.
Length.
Applied weight.
Increased strain.
Section of the bar in inches.

A B =
90.0
 
 
 
 

C D =
18.0
 
 
 
 

A C =
23.4
(18750 – 3125) =
15625 which by
23.4

18 = 20312
1⅓

A H =
35.0
18750 × 60

90 =
12500 which by
35

18 = 24306
1⅔

A F =
48.5
18750 × 45

90 =
9375 which by
48.5

18 = 25260
1⅔

A K =
62.6
18750 × 30

90 =
6250 which by
62.6

18 = 21736
1⅓

A G =
77.6
18750 × 15

90 =
3125 which by
77.6

18 = 13472
1

Столбец 1 дает наименование стержня; ст. 2 — расчетную длину диагонали; ст. 4 — приложенный вес (изменяющийся вес вследствие изменяющегося наклона), определяемый умножением полного веса на одну панель или стойку на расстояние от этой стойки до устоя и делением произведения на пролет. (Таким образом, нагрузка, приложенная к A G, составляет

W × IB

S,

нагрузка на A K составляет

W × BX

S,

и так далее.) Столбец 6 показывает увеличение, найденное по ст. 5 за счет наклона, как отмечено в гл. VIII; и, наконец, ст. 4 дает необходимую площадь поперечного сечения балок или стержней.

Сжатие верхнего пояса очевидно представляет собой сумму сжатий отдельных систем; сжатие от любой отдельной системы выглядит следующим образом, рис. 102.

Рис. 102.

Пусть a d, c d — стержни, а a b c — пояс; также b d — стойка; теперь, если d b представляет вес, e h показывает растяжение нижнего или сжатие верхнего пояса; треугольники a c d и a b e подобны; как и e b h и d b c; откуда

be = ab × cd

ac;

и

eh = cb × be

dc compression.

В числовом выражении мы имеем следующие данные:—

В первой системе

be = 15 × 77.6

90 = 13,

также

eh = 75 × 13

77.6 = 12.

Во второй системе

be = 30 × 62.6

90 = 21,

также

eh = 60 × 20

62.6 = 20.

В третьей системе

be = 45 × 48.5

90 = 24,

также

eh = 45 × 24

48.5 = 23,

то есть сжатие от системы A C B относится к весу на стойку как двенадцать к длине стойки; или фактически

18 to 12 as 18,750 to compression;

откуда

compression = 18750 × 12

18 = 12500

в первой системе и во второй системе

18 to 20 as 18750 to 20833.

В центральной системе

18 to 23 as 18750 to 24000.

Удваивая сумму первой и второй систем и прибавляя к ней центральную, мы получаем

2(12500 + 20833) + 24000 = 90666 lbs.,

в качестве полного сжатия на одну сторону моста.

Что касается только сжатия, это потребовало бы сечения из чугуна площадью около четырех квадратных дюймов, которое может быть получено с помощью трубы с внутренним диаметром четыре с половиной дюйма и внешним пять дюймов. Однако нам может потребоваться увеличить это значение для сопротивления изгибу или поперечным усилиям; в этом случае длина трубы в одной панели должна рассматриваться как высота стойки или длина балки, а размер будет найден по таблице на странице 138.

Каждая стойка должна выдерживать 18 750 фунтов, и поскольку они выполнены из чугуна, для сопротивления изгибу по той же упомянутой выше таблице они должны при исполнении в виде полого цилиндра иметь диаметр чуть более четырех дюймов и толщину полдюйма; а при сечении типа + или ᕼ должны иметь квадрат со стороной почти пять дюймов.

Настил будет рассчитан по правилам, приведенным в главе VIII для одиночных балок.

В этом мосту при пожаре нечему гореть, кроме настила; а он легко может быть выполнен из железа.

Выражаясь словами изобретателя, «постоянный принцип мостостроения, выдержанный во всем этом способе конструкции и в котором достигается такой выигрыш в сравнении с любым другим, а именно прямой перенос веса на устой, делает расчет простым, затраты точными и облегчает возведение надежных, экономичных и долговечных сооружений».

ЖЕЛЕЗНЫЕ МОСТЫ УИППЛА.

223. Мосты, построенные вышеупомянутым инженером, во всех отношениях хорошо сбалансированы, жесткие, безопасные и долговечные. Чугун используется в качестве верхнего пояса, а кованое железо применяется для сопротивления растягивающим усилиям. Проект, реализованный на Нью-Йоркской и Эриенской железной дороге, состоит из полого чугунного верхнего пояса круглого сечения. Нижние пояса выполнены из стержней из кованого железа. Стойки имеют крестообразное сечение. Диагональные стержни решетки, как и в мосту Пратта (глава VIII). Вся конструкция представляет собой в железе ровно то же самое, что вышеупомянутые мосты представляют в дереве, и метод расчета аналогичен. Для пролетов, не превышающих сто футов, такая форма отвечает любым требованиям железнодорожного моста. Для больших пролетов она подвержена тому же возражению, что и все фермы, передающие нагрузку посредством серии треугольников, через которые вес проходит последовательно, а именно: эффект огромного давления у опор второго и третьих пар раскосов, которое должно восприниматься арочными раскосами, как на рис. 69, или стержнями от верха устойных опор до стоек второго и третьего рядов.

Пролет этой системы на Нью-Йоркской и Эриенской железной дороге длиной сорок футов и весом всего три тонны выдерживал нагрузку в пятсот фунтов на погонный фут в течение двух дней, при этом прогиб моста составил почти полдюйма. Затем по нему была прокачена тележка без рессор с грузом рельсов весом 1318 фунтов на фут (моста), в результате чего общая нагрузка превысила 2800 фунтов на фут, причем полный прогиб составил три четверти дюйма. При снятии нагрузки мост вернулся в свое первоначальное положение с точностью до одной четверти дюйма.

ВИСЯЧИЕ МОСТЫ.

224. Висячие мосты большого пролета обычно считались совершенно непригодными для железнодорожных целей; однако Джон А. Рёблинг доказал обратное, построив проволочный висячий железнодорожный мост с пролетом в свету восемьсот футов через реку Ниагара, который при тяжелых нагрузках и сильных штормах показал себя жестким и прочным в любой требуемой степени. Создание моста по любой другой схеме было бы едва ли возможным в месте расположения ниагарского моста мистера Рёблинга из-за отсутствия возможности установки подмостей, пирсов, понтонов или гидравлических прессов.

Простой проезжая часть, поддерживаемая кабелями, обладает большой прочностью при очень небольшой жесткости. Она должна сопровождаться вантами и фермами для ограничения вибрации.

Ни один мост не предполагает более простых расчетов, и ни в одном мы не можем действовать с большей абсолютной безопасностью, чем в проволочном висячем. Европейские висячие мосты обычно формируются из кабелей, изготовленных путем соединения стержней из кованого железа. Этот метод является более дорогим и более склонным к разрушению, чем американская схема формирования кабелей из железной проволоки. Зрительно хороший стержень может иметь дефекты внутри, в то время как мы уверены в каждой составляющей фибрилле кабеля; в действительности не составляет большого труда испытать каждую проволоку при укладке ее в кабель.

Части, подлежащие рассмотрению при расчете висячего моста:

The anchoring masonry,

The anchor chains,

The towers and plate,

The suspension cables,

The suspending rods,

The stiffening arrangement,

The road-way.

Исходные данные, задаваемые при строительстве моста этого описания:

The span,

The load to be supported.

Предполагаемые данные

The versed sine of the cable,

The width.

И требуемые элементы

The length of cable,

Lengths of suspending rods,

Angle of tangent of cable at point of suspension with axis of tower,

Tension upon the cables,

Section of the anchor irons,

Amount of anchoring masonry,

Size of the towers,

Dimensions of trussing and of road-way.

КАБЕЛЕЙ.

225. Кривая, образуемая кабелем висячего моста, лежит между параболой и цепной линией. При нагрузке кривая близка к первой, а без нагрузки — к последней.

Problem 1.

Даны горизонтальное расстояние между точками подвеса и стрела прогиба, требуется найти длину кабеля, рис. 103.

Рис. 103.

Обозначим C E через b, а E F через a, и длина полукривой составляет

L = b[1 + ⅔(a

b)2].

Пусть полупролет равен пятистам футам, а стрела прогиба или провис — восьмидесяти футам, формула принимает вид

L = 500[1 + ⅔(80

500)2] = 500 × 1.0171 = 508.55 feet,

что является полудлиной кабелей между башнями.

Problem 2.

226. Найти длину подвесных стержней. Обозначая через E горизонтальное расстояние между вертикальными подвесками, мы имеем формулу

X = Y2

b2 × a,

в которой мы подставляем E, 2E, 3E и т. д. вместо Y, таким образом принимая стержни на расстоянии ста футов друг от друга, получаем

Centre.
Rod 1.
Rod 2.
Rod 3.
Rod 4.
Rod 5.

0
E2

b2 × a
4E2

b2 × a
9E2

b2 × a
16E2

b2 × a
25E2

b2 × a

0
1002

5002 × 80
2002

5002 × 80
3002

5002 × 80
4002

5002 × 80
5002

5002 × 80

0
3.20
12.80
28.80
51.20
80.00

Problem 3.

227. Найти угол E C G, рис. 103. Формула для угла между осью башни и касательной к кривой кабеля в точке подвеса имеет вид

tang a = E C G = 2a

b.

При пролете в одну тысячу футов b равно пятистам; а при a равном восьмидесяти футам мы имеем

tang E C G = 160

500 = log 160 – log 500:

or 2.204120 – 2.698970 = tang 9.505150 = 17° 45′ = E C G.

Also, 90° – 17° 45′ = 72° 15′ = angle G C A, or A C H.

Когда точки подвеса находятся на разной высоте, мы действуем аналогичным образом, лишь используя G L, G E вместо F L, F C на рис. 103 A.

Рис. 103 A.

Для того чтобы равнодействующая сил, действующих на верхушку башни, была вертикальной, углы G C A и A C H на рис. 103 должны быть равны; если это не так, кладка должна быть устроена так, чтобы равнодействующая проходила через центр тяжести. Когда используется более одного пролета и проемы неравные, чтобы промежуточная опора или опоры не были опрокинуты, кабель наибольшего и, следовательно, тяжелейшего пролета должен иметь больший наклон от горизонтали, чем кабель более короткого пролета; произведения натяжений на их соответствующие наклоны должны быть равны. План мистера Рёблинга по соединению нескольких пролетов заключается в том, чтобы прикрепить кабели соседних пролетов к маятнику на пирсе, при котором разница натяжений на разных кабелях качает маятники, не расшатывая кладку.

Problem 4.

228. Зная вес на фут моста и нагрузки, найти натяжение в низшей точке кривой. Формула для минимального натяжения в вершине F кривой имеет вид

T = ph2

2f;

где p — вес на фут моста и нагрузки, h — полурасстояние между точками подвеса, а f — стрела прогиба. Таким образом, при пролете в одну тысячу футов, стреле прогиба восемьдесят футов и нагрузке на погонный фут шесть тысяч фунтов формула принимает вид

T = 6000 × 5002

160 = 9375000 lbs. or 4185 tons.

Максимальное натяжение находится в точках опоры и выражается формулой

T = ph

2f[h2 + 4f2]½:

которая в рассматриваемом нами случае принимает вид

T = 6000 × 500

160[5002 + 4 × 802]½ = 4395 tons.

229. Целью анкеровки является соединение кабеля с сопротивлением на стороне берега, которое должно с избытком уравновешивать вес и имомент моста и нагрузки на противоположной стороне. Анкеровка ниагарского моста состоит из железной цепи, выполненной из плоских звеньев длиной 7 футов, шириной 7 дюймов и толщиной 1,4 дюйма; звенья цепи состоят попеременно из шести и семи таких полос; см. рис. 104.

Рис. 104.

Во Фрибургском мосту (Швейцария) анкеровка выполнена, как показано на рис. 105 (см. с. 220), с помощью кабеля вместо цепи. В висячем мосту м. Навье в Париже через Сену анкеровка в некоторой степени зависела от естественного сцепления грунта, образующего берег реки, и поскольку оно было нарушено прорывом водопроводной трубы поблизости, мост обрушился. Когда нет естественной скалы для анкеровки, кладка шахты должна своим собственным весом сопротивляться натяжению.

230. Высота башен должна быть по крайней мере не меньше стрелы прогиба кабеля. Их обязанностью является поддержка всего моста и нагрузки. Ширина и толщина этих колонн должны определяться скорее с точки зрения противодействия боковым усилиям, чем вертикальным вниз. Первые возникают в результате горизонтальных вибраций моста, вызываемых действием ветра. Тремор и вибрация, вызываемые проходящей нагрузкой, стремятся стянуть башни в реку. Сечение только для веса могло бы быть очень малым. Исходя из практики лучших строителей, среднее сечение, равное одной пятой высоты, дает наилучшие результаты; таким образом, если башня имеет высоту шестьдесят футов, средняя толщина должна составлять двенадцать футов; или при верхе 8 × 8 футов основание должно быть 16 × 16 футов.

Если мост имеет столь слабую боковую раскосную систему, что раскачивается, возникнет опасный момент количества движения, который значительно увеличит напряжение как в кладке, так и в кабелях.

231. Целью жесткой фермы является передача веса, приложенного в любой отдельной точке, на значительную длину и предотвращение вибрации. Ее размеры должны поэтому соответствовать размерам противораскосов в обычной ферме.

Любая приложенная нагрузка вызывает определенный прогиб в мосту: выражаясь словами мистера Рёблинга, «каждый поезд, проходящий по мосту, вызывает фактическое удлинение кабелей и, следовательно, приводит к прогибу. Если поезд длинный и покрывает почти всю длину моста, будучи нагружен равномерно, прогиб будет равномерным. Если поезд короткий и покрывает лишь часть настила, прогиб будет менее общим и более местным; и станет совместным результатом удлинения кабелей и нарушения равновесия. Прогибы будут прямо пропорциональны нагрузкам и обратно — длине поезда». Величина прогиба зависит от удлинения кабелей; удлинение — от длины. Прогиб выражается формулой

D = √¾[V2 – d2] – √¾[l2 – d2].

where D = depression,

l = half length of curve before elongation,

V = half length of curve after elongation,

d = half distance between points of suspension.”

Эффект тепла, расширяющего кабели, также заключается в прогибании проезжей части; величина этого эффекта выражается выражением

D = √¾[V2 – d2] – √¾[l2 – d2].

где V — длина полукривой, удлиненной теплом, а не натяжением; удлинения как от тепла, так и от натяжения определяются по таблице на странице 193.

На верху башен помещается пара чугунных плит, разделенных катками; верхняя плита (седло) получает таким образом возможность перемещаться по нижней, когда ее тянет в ту или иную сторону движением кабелей.

Длина полукабеля между башнями, будучи обычно больше расстояния от верха башни до анкеровки, расширяется сильнее при перемещении седла в сторону берега. Размеры этих отливок должны быть достаточными для противодействия всему весу моста и нагрузки.

232. В качестве примера применения предыдущей формулы рассмотрим следующее:—

Assume the span as
1,000
feet.

Height of towers
100
feet.

Deflection of cables
90
feet.

Weight per foot (lineal) of bridge
2,500
lbs.

Weight per foot (lineal) of load
2,000
lbs.

Whole weight per foot
4,500
lbs.

Total weight
4,500,000
lbs.

КАБЕЛИ.

Формула полудлины кабелей между верхами башен имеет вид

L = b[1 + ⅔(a

b)2],

которая превращается в

L = 500[1 + ⅔(90

500)2] = 510.80,

что в удвоенном виде составляет 1021,38. К этому прибавим удвоенное расстояние от верха башни до анкеровки (см. стр. 206), которое находится следующим образом:—

tang E C G = 2a

b.

Также tang E C G = log 2 a – log b, или 2,255273 – 2,698970 = tang 9,556303, угол которого составляет 19° 48′, и 90° – 19° 48′ равняется 70° 12′ = угол G C A или A C H.

При высоте башни в сто футов и угле у башни 70° 12′ мы имеем

Sin 19° 48′
9,529,864

Sin 90° 00′
10,000,000

log height (100)
2,000,000

log distance (295.2)
2,470,136

что удваиваем, и получаем 590,4; наконец, прибавляем удвоенную ширину верха башен, и полная длина кабеля от анкеровки до анкеровки составляет

1021.38 + 590.40 + 16 = 1627.78 feet.

Формула для максимального натяжения (в точке подвеса) имеет вид

T = ph

2f√h2 + 4f2,

которая превращается в

T = 4500 × 500

180√250000 + 32400 = 2966 tons.

Железная проволока № 10 (20 футов на фунт) выдерживает 1648 фунтов на прядь; это предельная прочность; максимальная нагрузка для безопасности составляет 400 фунтов на прядь; откуда для 2966 тонн, или 6 642 500 фунтов, потребуется 16 606 прядей; и если мы используем два кабеля, каждый должен иметь 8303 проволоки; или четыре кабеля по 4151 проволоке в каждом. Постоянная нагрузка на висячих мостах никогда не должна превышать одну шестую предельной прочности; одна восьмая — хороший норматив. Случайная нагрузка никогда не должна превышать одну пятую общей прочности кабелей. Постоянный вес, поддерживаемый ниагарским мостом, составляет лишь одну двенадцатую предельной прочности кабелей.

АНКЕРНЫЕ ЦЕПИ.

The maximum tension being 6,642,500 lbs. the whole
section of the four anchorings will need to be

6642500

15000 = 443 inches,

или 111 квадратных дюймов на каждую шахту; что достигается одиннадцатью звеньями шириной десять дюймов и толщиной один дюйм. Если мы прикрепим анкерные цепи к кладке так, чтобы уменьшить натяжение на одну четверть у первой арки (см. фрибургскую анкеровку), мы можем закрепить три полосы цепи в этой точке и спуститься от первой ко второй арке с восемью полосами; а оставив две полосы в этой точке, идти к основанию с оставшимися шестью.

Там, где нет естественной скалы, в которую или против которой можно было бы возвести кладку, необходимо уложить достаточно искусственного камня для уравновешивания моста и нагрузки.

АНКЕРНАЯ КЛАДКА.

Полный вес моста и нагрузки составляет 4 500 000 фунтов, а полное натяжение, найденное выше, — 6 642 500 фунтов, или на каждую башню 3 321 250 фунтов; это натяжение стремится выдернуть кладку из каждой шахты. Это натяжение должно быть уменьшено из-за наклона тянущего усилия. Башня имеет высоту сто футов. Расстояние по линии натяжения от верха башни до анкеровки, как уже найдено, составляет 295,2 фута; откуда фактическое усилие по смещению анкерной кладки составляет:

295,2 относится к 100 как 1 660 625 к усилию, или 562 542 фунта. Если скальный грунт весит 160 фунтов на кубический фут, этому противостоит колонна кладки из 3 321 250 / 160 = 20 758 кубических футов, или 20 × 20 × 52 фута, или масса 15 × 15 × 91 фут.

БАШНИ.

При высоте башен в сто футов и средней толщине, равной одной пятой высоты, мы имеем среднее сечение 20 × 20; или верх 12 × 12 и основание 28 × 28.

ПОДВЕСНЫЕ СТЕРЖНИ.

Принимая горизонтальные расстояния между центрами вертикальных подвесок равными пяти футам, их длины будут найдены по формуле

X = Y2

b2 × a;

и подставляя вместо Y^2 расстояния 5, 10, 15, 20 и т. д., мы получаем, начиная от центра,

Centre.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
d

0
52

5002 × 90
102

5002 × 90
152

5002 × 90
202

5002 × 90
252

5002 × 90
302

5002 × 90
352

5002 × 90
402

5002 × 90
452

5002 × 90
502

5002 × 90
d2

b2 × a

0
.009
.036
.081
.144
.225
.360
.490
.576
.729
.900
h

и так далее, пока не дойдем до башни. Какое бы расстояние выше или ниже вершины кривой ни располагалась проезжая часть, оно, конечно, остается постоянным и должно прибавляться к вышеуказанным длинам или вычитаться из них.

Способ введения строительного подъема (кембера) прост как в теории, так и на практике. Натяжение подвесок представляет собой просто прямой вес проезжей части и нагрузки. Если он составляет 3500 фунтов на фут, пять футов, поддерживаемые двумя стержнями (по одному с каждой стороны), будут весить 17 500 фунтов; каждый стержень или стальной канат должен выдерживать 8750 фунтов; это может быть выполнено сечением площадью в пол-квадратного дюйма. Однако для дополнительных усилий при таком большом пролете, как 1000 футов, сечение в один квадратный дюйм не будет избыточным.

О ЖЕСТКИХ ФЕРМАХ, БАЛКАХ И ВАНТАХ.

Цель балок, поддерживающих рельсы, состоит в распределении приложенного веса; эти балки могут быть выполнены в виде фермы Хау высотой четыре или пять футов, с помощью шпренгельных балок либо просто мощных и жестко соединенных прогонов пути. Они должны быть способны распределять нагрузку, приложенную в одной точке, по меньшей мере на пятнадцать или двадцать футов. Боковые фермы передают приложенную нагрузку в еще большей степени. Мистер Рёблинг оценивает суммарный эффект ферм и балок в ниагарском мосту как передачу веса локомотива на длину в двести футов. Такая передача противодействует местному прогибу. Ниагарская ферма образована системой вертикальных стоек с шагом в пять футов и диагональных стержней, идущих от верха первой стойки к основанию пятой; наклон в 45° распределяет вес, приложенный к любой паре стоек, на две высоты фермы, или примерно на сорок футов. Что касается фактических размеров балок, поддерживающих рельсы, если мы намереваемся распределить приложенный вес на сорок футов, они должны быть такими же жесткими, как мост с пролетом сорок футов. И что касается фермы, если мы хотим эффективно распределить приложенную нагрузку и ограничить вибрацию, решетка фермы должна быть столь же прочной, как противораскосы в большом пролете обычных конструкций. Принцип решетчатой фермы висячего моста можно объяснить следующим образом. См. рис. 106. Предположим, что вместо поддержания трех ферм D s w, s m m′ и m′ m d на опорах в w и m′ мы подвешиваем эти точки к кабелю A c B. Кабель гибкий, и когда мы прикладываем нагрузку в точке m, ферма принимает положение D s c n d, но между D и s, s и n, n и d ферма будет вполне жесткой. Что нам требуется, так это сделать фигуру o p m m′ неспособной изменять свою форму, что достигается с помощью диагональных связей.

Рис. 106.

233. Несомненно, лучшим образцом моста большого пролета на основе висячей системы, да и вообще на любом принципе, является мост, построенный Джоном А. Рёблингом через реку Ниагара, на небольшом расстоянии ниже водопада. Приведенные ниже размеры этого удивительного сооружения взяты из окончательного отчета вышеупомянутого инженера.

Length of bridge from centre to centre of tower
821′
4″

Length of floor between towers
800
ft.

Number of wire cables
4
 

Diameter of each
10″
 

Solid wire section of each cable
60.40
sq. in.

Total section of four cables
241.60
sq. in.

Whole section of lower links of anchor irons
276
sq. in.

Whole section of upper links of anchor irons
372
sq. in.

Ultimate strength of chains
11,904
tons.

Whole number of wires in cables
14,560
 

Average strength of a wire
1,648
lbs.

Ultimate strength of four cables
12,000
tons.

Permanent weight supported by cables
1,000
tons.

Resulting tension
1,810
tons.

Length of anchor chains
66
ft.

Length of upper cables
1,261
ft.

Length of lower cables
1,193
ft.

Deflection of upper cables (mean temperature)
54
ft.

Deflection of lower cables (mean temperature)
64
ft.

Number of suspenders
624
 

Aggregate strength of suspenders
18,720
tons.

Number of over-floor stays
64
 

Aggregate strength
1,920
tons.

Number of river stays
56
 

Aggregate strength
1,680
tons.

Elevation of grade above mean water
245
ft.

Depth of river
200
ft.

Cost of the bridge
$400,000.
 

231. Следующие пункты извлечены из вышеупомянутого отчета:—

«Поезда Нью-Йоркской центральной и Канадской великой западной железных дорог регулярно курсировали со скоростью тридцать рейсов в день в течение пяти месяцев. (В настоящее время — более двух лет.)»

«Нагрузка в сорок семь тонн вызвала прогиб в центре на пять с половиной дюймов».

«Паровоз весом двадцать три тонны с четырьмя ведущими колесами прогнул мост в центре на 0,3 фута. Прогиб непосредственно под паровозом составил один дюйм; эффект которого распространялся на сто футов».

«Прогиб, вызываемый паровозом и составом вагонов, настолько распределен, что едва ли заметен».

«Нагрузка в триста двадцать шесть тонн вызвала прогиб всего в 0,82 фута. Трубчатый мост Конвей прогибается на 0,25 фута под тремястами тоннами; причем его пролет составляет лишь половину пролета ниагарского моста».

«Заданное испытание для проволоки заключалось в том, что прядь, натянутая над двумя опорами на расстоянии четырехсот футов друг от друга, не должна была рваться при прогибе более девяти дюймов; также она должна была выдерживать загиб под прямым углом и обратный загиб через пассатижи без разрыва. Это испытание соответствует растягивающему напряжению в 90 000 фунтов на квадратный дюйм, или 1300 фунтам на проволоку весом двадцать футов на фунт».

Проволока защищена от окисления покрытием из льняного масла и краски. Относительно долговечности проволочных кабелей, применяемых для висячих мостов, выяснился следующий факт: при демонтаже кабелей пешеходного моста, смонтированного в 1848 году мистером Эллетом, проволока оказалась настолько мало поврежденной, что мистер Рёблинг без колебаний пустил ее в дело для новых кабелей; также обнаружилось, что первоначальное масло все еще оставалось мягким и в хорошем состоянии после шести лет пребывания на открытом воздухе.

Железные конструкции, лежащие под землей, были полностью покрыты цементным раствором, так как вышеупомянутый инженер нашел это эффективной защитой от окисления.

Инженеры, желающие изучить детали ниагарского моста, найдут окончательный отчет мистера Рёблинга полным ценного материала как в отношении изготовления кабелей, анкеровки, жесткости, так и влияния проходящих поездов.

Примечание. Этот инженер в настоящее время занят еще более грандиозной работой, а именно железнодорожным висячим мостом через реку Кентукки с пролетом 1224 фута на высоте 300 футов над водой. В этом мосту нет нижней проезжей части, поперечное сечение представляет собой треугольник основанием вверх.

235. Примечание. Трубчатый мост Британния через пролив Менай — несомненно великое творение, а также чрезвычайно расточительное. Если бы никакое другое сооружение было невозможно, оно было бы допустимо; но оно уступает по прочности и намного превосходится по экономичности системой вантово-висячих мостов мистера Рёблинга. Стоимость только материалов в одном пролете моста Британния в 460 футов превышает всю стоимость ниагарского моста с пролетом 800 футов; добавьте к этому, что мы уверены в прочности проволочных кабелей, но не труб, и что пролет ниагарского моста в 800 футов весит сам по себе всего 1000 тонн против 1400 тонн в пролете трубы длиной 460 футов, и будет нетрудно доказать превосходство висячей системы над трубчатой; так:

A suspension bridge of 800 feet span costs $400,000.

A tubular bridge of 460 feet span costs $500,000.

Удваивая линейные размеры, мы увеличиваем вес пропорционально кубу; а стоимость трубы очень близко пропорциональна весу; откуда трубчатый мост с пролетом 800 футов будет стоить 2 × 2 × 2, то есть восемь раз по 500 000, или 4 000 000 долларов против 400 000 долларов. Таким образом,

Suspension
400,000
1

Tubular
4,000,000
10

Рис. 105.

На рис. 105 показана анкеровка Фрибургского моста.

Рис. 107.

Рис. 108.

Рис. 107 — способ крепления наземных вант ниагарского моста.

Рис. 108 — соединение между кабелем и подвеской.

Рис. 109.

Рис. 109 А.

Figs. 109, 109 A, another method of effecting the same.

Рис. 110.

Рис. 111.       Рис. 112.

Рис. 110 — крепление балки настила к подвеске.

Рис. 111, 112 — крепление балки настила в ниагарском мосту.

Рис. 113.

Рис. 113 — соединение берегового и речного кабелей во Фрибургском мосту.

Рис. 114. Рис. 114 А.

Figs. 114, 114 A, fastening
of cables at G, (fig.
105).

Рис. 115.

Рис. 115 — маятниковое соединение мистера Рёблинга для кабелей двух смежных пролетов.

МОСТЫ ИЗ КОТЕЛЬНОГО ЖЕЛЕЗА.

Spans from 25 to 100 feet.

236. Эти конструкции удовлетворяют всем требованиям безопасных, долговечных и жестких мостов; однако они подвержены случайностям, присущим всем аналогичным конструкциям из кованого железа, а именно приобретению кристаллической структуры при воздействии вибрации. Только время покажет, является ли это достаточной причиной для отказа от их применения.

Каждая боковая ферма состоит, так сказать, из верхнего и нижнего поясов, соединенных вертикальной стенкой. Поскольку все сооружение выполнено из кованого железа, требуется, чтобы сечение верхнего пояса относилось к сечению нижнего как девяносто к шестидесяти шести.

Общий план таких мостов показан на рис. 116. Это запатентованный мост с балками из кованого железа мистера Фэрберрна. Верхний пояс образован соединением четырех полос a a a a с помощью угловой стали. Стенка образована либо одинарной, либо двойной полосой, укрепленной в поперечном направлении тавровым железом, установленным в местах стыков вертикальных полос, как показано в целом на B и подробно на C и D; либо парой полос, разделенных промежутком, как на B′, образуя таким образом прямоугольную трубу. Нижний пояс изготавливается путем горизонтального загиба нижней части стенки и приклепывания к образованным таким образом полкам полосы m m. Подвесной стержень f крепится к верхнему поясу с помощью шайбы, как на E.

Рис. 116.

Центральная соединительная стенка, действуя подобно раскосам и стойкам в деревянной ферме, должна быть более жесткой на концах пролета, чем в центре. Это легко достигается соединением полос стенки по направлению к кончикам более прочным тавровым железом, чем в центре. Стыки для ребра или вертикальных полос (одинарных или двойных) показаны на рис. C и D.

Пример необходимости такой повышенной жесткости по направлению к концам был продемонстрирован экспериментаторам на масштабной модели британской трубы, которая (труба) обнаружила склонность к разрушению от выпучивания вблизи концов пролета раньше, чем в других местах. Получив такое предупреждение, вертикальные полосы делали более толстыми по мере приближения к контуру пролета. Изучение принципов проектирования обычной деревянной фермы показало бы это и без экспериментов.

Прочность прокатных листовых полос на растяжение и сжатие (по таблице на стр. 193) составляет: удлинение — 12 740 фунтов на квадратный дюйм, сжатие — 7500 фунтов. Прочность таких конструкций в очень большой степени зависит от размера и расположения заклепок. В полосах, подвергаемых сжатию, прочность не так сильно зависит от клепки, как в тех, которые испытывают растягивающие усилия, поскольку на какую величину полоса срезается, на такую же уменьшается и сопротивление растяжению.

237. Мистер Фэрберрн обнаружил, что для получения максимальной прочности клепаных полос сечение заклепок должно быть равно сечению полос, то есть в полосе шириной четыре дюйма при наличии двух заклепок площадь каждой должна составлять один дюйм, а диаметр — 1⅛ дюйма; оставляя тем самым сечение

4 – 2¼ = 1¾ inches,

которое, разделенное на четыре, дает семь шестнадцатых дюйма в качестве расстояния от края полосы до боковой поверхности первой заклепки и семь восьмых дюйма между заклепками. Если болт поддается срезу, кромка разрушается в результате выдавливания (detrusion) или смятия поперек волокон. Чтобы заклепки и полосы были одинаково прочными, произведения площади их сечения на фактическую прочность на единицу площади должны быть равны. Сопротивление кованого железа выдавливанию (см. стр. 193) составляет 12 500 фунтов на дюйм, откуда пропорция

12,500 : 15,000 :: 1 : d

где 1 — сопротивляющаяся длина полосы под прямым углом к растяжению, а d — сумма диаметров заклепок. Таким образом, предположим, у нас есть полоса шириной 13,2 дюйма, крепящаяся девятью заклепками диаметром 0,8 дюйма; мы имеем

9 × 0.8 = 7.2 = d,

и приведенная выше пропорция принимает вид

15,000 : 12,000 :: 7.2 to 6 inches,

что является длиной сечения полосы под прямым углом к растяжению. Поскольку имеется девять заклепок, между ними будет восемь промежутков и по одному промежутку у каждого края полосы, вдвое меньшему, чем промежутки между ними; или, приводя все к одному размеру,

8 × 2 = 16, 16 + 2 = 18;

и так как полное сечение полосы после пробивки отверстий составляет шесть дюймов,

6

18 = .33 or ⅓ inch

для краевого промежутка и две трети дюйма между заклепками. Действуя таким образом, результат сопоставляется с практикой мистера Фэрберрна следующим образом:—

Diameter of rivet.
Distance between rivets.

Mr. Fairbairn
⅝ inch, or 0.625 inch,
0.8

Handbook
⅔ inch, or 0.666 inch,
0.8

Разница между результатами, или 0,041 дюйма (менее одной шестнадцатой дюйма), будет частично нивелирована замечанием мистера Фэрберрна о том, что площадь заклепки должна быть почти такой же, как площадь полосы, а отчасти — разницей в результатах, отражающих выталкивающее усилие железа.

Рис. 117.

238. Проводя эксперименты по определению сопротивления заклепок, мистер Фэрберрн обнаружил, что при обычном способе клепки (рис. 117) прочность цельных полос при одинарной и двойной клепке была следующей, причем сечение пробитой полосы в каждом случае было равно сечению цельной.

Whole plate,
100.

Single riveted,
56.

Double riveted,
70.

Эта потеря прочности заставила его усомниться в способности растянутых полос ниагарского моста выполнять свои обязанности; и это привело его к принятию того, что он называет «цепной клепкой», которая заключается в размещении заклепок, как показано на рис. 118, или на одной линии растяжения. Прочность полос, выполненных таким образом, по его мнению, в стыках столь же велика, как и в остальных местах.

239. Что касается диаметра заклепок, мы имеем следующие результаты практики лучших английских инженеров.

Thickness of plate,
¼,
5

16,
⅜,
7

16,
½,
9

16,
⅝,
11

16,
¾.

Diameter of rivet,
⅝,
6

8,
⅞,
1,
1,
1⅛,
1¼,
1⅜,
1½.

240. Что касается расстояния в направлении действия усилия от заклепки до заклепки, а также от первой заклепки до конца полосы, мы извлекаем следующее из лучших выполненных работ по котельному железу. См. рис. 118.

Полосы, подвергаемые сжатию,

cb = 2 diam., df = 1½ diam.

Полосы, подвергаемые растяжению,

cb = 2½ diam., df = 2 diam.

причем диаметр берется по заклепке.

Расстояние под прямым углом к усилию уже приводилось.

241. Если бы нам было известно боковое сцепление прокатных полос, то есть сопротивление волокон продольному скольжению относительно друг друга, мы бы определяли расстояние между заклепками в направлении растяжения следующим образом:—

Пусть R равен сопротивлению на единицу площади при выдавливании или срезе, R′ — боковому сцеплению прокатных полос, и мы должны иметь

R × a = R′ × (2 d × t);

whence d = R × a

2R′ × t;

where a = area of rivet,

d = distance,

t = plate thickness.

а также

2d′ + d = R × d

R′;

и

2d′ = R × d

R′ – d;

откуда

d′ = [R × d

R′ – d]/2

и, наконец,

d′ = ½[R × d

R′ – d]

при условии, что деталь 1, 2, 3, 4 (рис. 118) раскалывается.

Диаметр полусферической головки заклепки должен составлять три толщины склепываемых полос; конической — четыре; а высота обеих головок — полторы толщины полосы.

242. Примеры применения предыдущих замечаний.

Предположим, мы хотим построить мост из котельного железа с пролетом сто футов, подъемом двенадцать футов, весом моста и нагрузки 3300 фунтов на погонный фут. Натяжение по формуле

T = WS

8h (see Chap. VIII.)

составляет

33000000

96 = 343,750 lbs.

Каждая боковая ферма будет нести половину этого значения, то есть 171 875 фунтов, и поскольку кованое железо сопротивляется сжатию в одиннадцать тысяч фунтов на квадратный дюйм, требуемое сечение верхнего пояса будет составлять

171875

7500 = 22.9 square inches.

Также нижний пояс, сопротивляющийся пятнадцати тысячам фунтов на квадратный дюйм, должен иметь

171875

12740 = 13.5 square inches

площадь почти такую.

Если мы выполним верхнюю трубу из железа толщиной в четверть дюйма и размером 8 × 10 дюймов, скрепив полосы уголком в четверть дюйма с полкой четыре дюйма, сечение составит

One top plate
10 × ¼ =
2½
square inches.

One bottom plate
10 × ¼ =
2½
square inches.

Two side plates
8 × ¼ =
4
square inches.

Four angle irons
¼ × 8 =
8
square inches.

 
 

 

 
In all,
17
square inches.

В нижнем поясе, если мы согнем стенки (толщиной ⅜ дюйма) так, чтобы образовать полку шириной восемьнадцать дюймов, и приклепаем к ней нижнюю полосу 18 × ¼, мы получим

In the flanges,
18 × ⅜ =
6¾

Bottom plate,
18 × ¼ =
4½

 
 

In all,
 
11¼

Стенка, действующая одновременно как стойки и раскосы, должна быть способна выдерживать следующую нагрузку.

Whole weight of bridge and load is, in round numbers,
344,000 lbs.

One half,
172,000 lbs.

And upon each end of the truss,
86,000 lbs.

для сопротивления которой при одиннадцати тысячах фунтов на квадратный дюйм требуется почти восемь дюймов, рассматривая полосу как раскос.

Теперь боковая сторона моста длиной сто футов и шириной двенадцать футов вместит любую систему решетки, которую мы захотим на ней начертить. Предположим, например, что мы проведем мелом линию на возведенном мосту, представляющую арочный раскос, идущий от конца к центру. Такой раскос реально существует в мосту; и та же идея применима к любой принятой системе раскосов. Поэтому нам следует взять наименее выгодную систему, которая может иметь место, и, обеспечив ей хорошую опору на устое, рассчитать ее ширину и толщину. Предположим, мы начертим изображение моста Хау в натуральную величину: концевые раскосы должны выдерживать нагрузку в восемьдесят шесть тысяч фунтов, что при одиннадцати тысячах фунтов на дюйм требует сечения почти в восемь дюймов; и если полоса имеет толщину в полдюйма, высота раскоса должна составлять шестнадцать дюймов. Однако характер разрушения полосы заключался бы в боковом выпучивании, которое пресекается упомянутыми выше соединительными тавровыми железами по бокам. Может показаться, что описанный метод рассмотрения полос в качестве раскосов привел бы к очень малой толщине при допущении очень широких полос. Ответ на это заключается в том, что боковые полосы не должны быть настолько тонкими, чтобы требовать по весу большего количества скрепляющих уголков, чем более толстая полоса с меньшим количеством креплений. Разумеется, вес должен быть минимальным.

243. В качестве реального примера такой схемы приведем мост, построенный мистером Фэрберрном для Блэкбернской и Болтонской железной дороги через Лидс-Ливерпульский канал.

Span,
60 feet,

Length,
66 feet,

End bearings, each,
3 feet,

Rise,
5 feet,

Width,
28 feet,

для двухпутного пути. Верхний пояс из железа толщиной три восьмых, стенка — пять шестнадцатых, нижняя полка — три восьмых, а вертикальные полосы стенки укреплены тавровым железом.

Этот мост испытывался следующим образом:—

Три паровоза весом по двадцать тонн каждый, двигавшиеся со скоростью от пяти до двадцати пяти миль в час, прогнули мост на 0,025 фута. При установке на рельсы двух клиньев высотой в один дюйм и сбрасывании паровозов с этой высоты прогиб моста в центре составил 0,035 фута; с клиньями высотой в полтора дюйма прогиб составил 0,045 фута. Стоимость этого моста (в Англии) оценивалась мистером Фэрберрном в 4500 долларов, в то время как чугунного моста с тем же пролетом — в 7150 долларов.

244. Пример 2. Манчестерская, Шеффилдская и Линкольнширская железные дороги (Англия), мост в Гейнсборо через реку Трент. Два пролета, каждый по сто пятьдесят четыре фута. Подъем двенадцать футов. Верхний пояс — двойная прямоугольная труба 36¾ × 16 дюймов, вертикальная стенка прежняя и горизонтальная полоса для нижнего пояса. Балки настила представляют собой балки из кованого железа крестообразного сечения шириной десять дюймов и высотой один фут три дюйма (15″), установленные с шагом в четыре фута.

245. Пример 3. Мост из котельного железа длиной пятьдесят пять футов, построенный Джеймсом Миллхолланддом в 1847 году для Балтиморской и Саскуэханнской железнодорожной компании. Каждая ферма состоит из двух вертикальных полос размером 55 × 6 футов, сформированных из полос шириной тридцать восемь дюймов и высотой шесть футов, причем полосы соединены болтами, проходящими через чугунные втулки. Нижний пояс образован приклепыванием двух полос 5 × ¾ дюйма к каждой стороне каждой полосы фермы, составляя в общей сложности восемь штук. Верхний пояс — одна полоса того же размера с каждой стороны каждой полосы, сжатие компенсируется деревянным поясом между полосами. Высота моста — шесть футов; длина — пятьдесят пять футов; ширина — шесть футов; вес — четырнадцать тонн; стоимость — 2200 долларов, или сорок долларов за фут. Изобретатель считает тридцать долларов за фут достаточными, когда требуется значительный объем таких мостовых конструкций.

Примечание. Железные мосты при покраске следует окрашивать в белый, кремовый или какой-либо светлый цвет, так как они отражают солнечное тепло и не поглощают его.

ГЛАВА X. КАМЕННЫЕ МОСТЫ.

Полный трактат по каменным мостам имел бы небольшую практическую ценность для американского инженера и занял бы слишком много неизбежно малого пространства, отведенного здесь. Цель настоящей главы — дать способ расчета размеров каменных арок с пролетом от десяти до шестидесяти футов и проектирования подпорных стен, быков и устоев.

СУЖЕНИЕ ВОДОПРОПУСКНОГО СЕЧЕНИЯ.

246. При строительстве моста через водоток мы должны соблюдать осторожность, чтобы не перегородить водопропускное сечение так, чтобы препятствовать свободному проходу высших паводков. Это необходимо учитывать при определении размеров пролетов, а также толщины и количества быков. Сужением ширины потока скорость увеличивается под арками, так как тот же объем воды вынужден проходить через меньшее пространство, и когда дно имеет свойства поддаваться этому воздействию, возникает опасность размыва фундамента. Если форма и размер быков устроены так, чтобы не увеличивать скорость, такая опасность будет предотвращена, и паводки пройдут без вреда. В мостах, пересекающих судоходные реки, если дно не разрушается, скорость может стать настолько большой, что будет препятствовать судоходству.

247. Следующая таблица заимствована из труда Готе (Gauthey) «Строительство мостов» (Construction des Ponts) и показывает скорости, которые находятся в точном равновесии с материалом, составляющим дно потока.

State of the water.
Velocity in feet per second.
Nature of bottom.

Torrents,
10′ 0″
Large rocks.

Floods,
3′ 3″
Loose rocks.

Common,
3′ 0″
Gravel and stones.

Regular,
2′ 0″
Fine gravel.

Moderate,
1′ 0″
Sand.

Slow,
0′ 6″
Clay.

Very slow,
0′ 3″
Common earth.

248. Если b обозначает ширину естественного русла, c — ширину, уменьшенную сооружением, V — скорость потока в естественном состоянии, то увеличенная скорость выражается формулой:

W = mVb

c;

and c = mbV

W;

где m — постоянная величина, выражающая сжатие, происходящее при прохождении сужения, которая, по данным Дюбюа (Du-Buat), равна 1,09, но в некоторой степени зависит от формы быков моста; принимая это значение, получаем:

W = 1.09Vb

c;

and c = 1.09bV

W.

Пример. — Пусть дно гравийное, ширина естественного русла сто футов, скорость один фут в секунду: теперь для гравийного дна скорость не должна превышать двух футов в секунду, откуда:

c = 1.09 × 100 × 1

2 = 54½ feet;

что представляет собой ширину суженного русла; при этом 100 – 54½, то есть 45½ футов, могут быть заняты быками или другими препятствиями.

Величина падения уровня воды при прохождении быка определяется по следующей формуле при тех же обозначениях:

fall = V2m2b2 – c2

64c2

Таким образом, при скорости один фут в секунду, m равном 1,09 и b = 100, а также c = 54½, получаем:

fall = 1 × 1 × 1.09 × 1.09 × 100 × 100 – 54½ × 54½

64 × 54½ × 54½ = 0.047 ft.

Скорость реки наибольшая у ее поверхности и в центре потока. В одной и той же реке скорость приблизительно пропорциональна квадратному корню из глубины; таким образом, зная поверхностную скорость, можно легко найти скорость для любой другой глубины. Скорость течений всегда следует фиксировать во время наибольших паводков. Для измерения скорости текущей воды очень хорошо подходит бутылка, наполненная водой настолько, чтобы сохранять вертикальное положение, с небольшим стержнем, пропущенным через пробку и имеющим красный флажок на верхнем конце. Скорости подводных течений также можно измерять, огружая бутылку так, чтобы она плавала на глубине двух, четырех, шести или десяти футов ниже поверхности.

О ФОРМЕ АРКИ.

249. Существует три основные формы, которые можно придавать внутренней поверхности (интрадосу) каменной арки.

Полуциркульная (или в сто восемьдесят градусов).

Сегментная (менее ста восьмидесяти градусов).

Корзинчатая (почти эллиптическая, образуемая несколькими круговыми кривыми).

Полноцентровые (полуциркульные) арки обладают преимуществами высокой прочности и простоты возведения; однако, если линии пят невысоки, они значительно сужают русло.

Сегментные арки обеспечивают наиболее свободный пропуск воды, легко строятся, но создают большое горизонтальное усилие на устои.

Корзинчатая арка обеспечивает свободный пропуск воды, при не слишком пологой форме очень прочна, легко приспосабливается к различным соотношениям между пролетом и расстоянием между проектной отметкой и линией пяты, и, за исключением изготовления кружал, легко возводится. Какова бы ни была форма арки, линия пяты арки не должна находиться ниже уровня высокой воды.

Способ вычерчивания полноцентровых и сегментных кривых слишком прост, чтобы нуждаться в комментариях.

250. При вычерчивании корзинчатой кривой необходимо соблюдать следующие условия: —

The tangents at springing must be vertical.

The summit tangent must be horizontal.

The curve at springing must inclose the ellipse.

The radius of summit must not be greater than the span.

Число дуг, составляющих кривую, должно быть не менее трех и не более одиннадцати и должно быть нечетным. Прекрасный мост Перроне в Нейи через Сену в Париже имеет одиннадцать центров. При пролетах в шестьдесят футов и менее нет необходимости использовать более пяти центров.

Рис. 119.

251. Трехцентровая кривая описывается следующим образом (рис. 119): —

Пусть A B представляет пролет, а c D — стрелку подъема; с центром в точке c и радиусом c A опишите квадрант A F E; отложите угол A C F равным 60°. Параллельно F E проведите D G, а параллельно F C проведите G K. H является центром, а A G — дугой кривой пяты; кроме того, G D — дуга, а K — центр верховой (зачковой) кривой.

ПЯТИЦЕНТРОВАЯ КРИВАЯ.

252. Обычное построение пятицентровой кривой предполагает произвольный выбор радиусов крайних кривых. Следующий метод определяет все размеры при заданных пролете и стрелке подъема: —

Пусть c B будет половиной пролета, а c D — стрелкой подъема.

Соедините D и B.

Через точку n проведите n K перпендикулярно к D B.

Сделайте B a равным c D.

Также c e равным c a.

Проведите e K′ o и K a m.

K H′ и K′ являются центрами, а H′ m и H′ o — линиями, разделяющими отдельные кривые.

Для пролетов от двадцати пяти до ста футов пятицентровая арка отвечает любым требованиям, образуя прочную и хорошо пропорционированную конструкцию.

ТОЛЩИНА ВУССУАРОВ (КЛИНЧАТЫХ КАМНЕЙ).

253. Толщина вуссуара, или замкового камня арки, зависит от формы и размера арки, характера кладки и качества камня. Ни один авторитетный источник не дает более надежных результатов, чем Готе, который для камня среднего качества с постелями, обработанными бучардой (молотком), уложенного на цементе, приводит следующие соотношения между пролетом и высотой замка: —

Для пролетов менее шести футов высота должна составлять тринадцать дюймов.

From six to fifty feet, 13 inches plus 1

48 of the span.

From fifty to one hundred feet, 1

24 of the span.

For over one hundred feet, 1

24 of 100 plus 1

48 of the remainder.

Таким образом, для пролета в сто девяносто шесть футов мы имеем:

100 × 12

24 + 96 × 12

48,

or, 50 + 24 equal in all to seventy-four inches, or six feet
and two inches; whence the following table:—

Span of arch in feet.
Thickness of voussoir in inches.

6
13 +
0 = 13
 

8
13 +
2 = 15
 

10
13 +
3 = 16
 

12
13 +
3 = 16
 

15
13 +
4 = 17
 

18
13 +
5 = 18
 

20
13 +
6 = 19
 

25
13 +
7 = 20
 

30
13 +
8 = 21
 

35
13 +
9 = 22
 

40
13 +
10 = 23
 

45
13 +
11 = 24
 

50
13 +
13 = 26
 

60
 
= 30
inches.

ТОЛЩИНА И ФОРМА УСТОЕВ.

254. Вышеуказанные параметры зависят от пролета и формы арки, высоты устоя и характера кладки.

Время от времени предлагались различные методы определения толщины устоя; было выведено несколько весьма правильных правил, однако сложных в применении. Наиболее простое правило приведено Хаттоном в курсе математики под редакцией Разерфорда; оно заключается в следующем: —

Рис. 120.

Пусть A B, C D (рис. 120) представляет собой половину арки, а A G F — устой.

Из центра тяжести K арки проведите вертикаль K L; тогда вес арки в направлении K L будет относиться к горизонтальному распору как K L к L A. Ибо вес арки в направлении K L, горизонтальный распор L A и распор K A будут пропорциональны трем сторонам треугольника K L, L A, K A; так что если m обозначает вес арки,

LA

KL × m,

то это будет ее усилие в направлении L A, а

LA

KL × GA × m

ее воздействие на рычаг G A с целью опрокинуть стену или заставить ее повернуться вокруг точки F.

Далее, вес или площадь пирса пропорциональны EF × FG, и поэтому EF × FG × ½FG, или ½FG 2 × EF, представляет собой его воздействие на рычаг ½FG по противодействию опрокидыванию. Теперь для того, чтобы устой и арка находились в равновесии, эти два воздействия должны быть равны друг другу; откуда мы должны иметь:

½FG2 × EF = LA

RL × GA × m;

откуда:

FG = √(2GA × LA

EF × RL × m).

Следующая таблица рассчитана для использования строителями и инженерами и дает толщину устоев для различных пролетов и высот.

255. THICKNESS OF RECTANGULAR ABUTMENTS.
 

Semicircular arch.
Basket-handle arch.

The height being.

Span.
5
8
10
15
5
8
10
15

6
3
3
3¼
3½
3½
4
4
5

8
3½
4
4¼
4½
4
4½
5¼
6

10
4
5
5
5
4½
5¾
6¼
7

15
4½
5¼
5½
6
5
6½
7¼
8

20
5
5½
6
7
6
7¼
8
9

25
5½
6
6½
7¼
7
7½
8¼
9½

30
6
7
8
8½
8
8½
9¼
10

35
6½
7
8¼
9
9
9¼
10
11

40
7
7½
8¾
9½
9½
10
11
12

45
7½
8¼
9¼
10
10
10¾
11½
12½

50
8
9
10
11
10¼
11½
12¼
13

Рис. 121.       Рис. 121 B.

Рис. 121 A.

256. Форма устоя моста будет зависеть от местности и от назначения моста — используется ли он для железной дороги или для обычного движения; находится ли он вблизи крупного города или в таком месте, где внешним видом можно пренебречь. Там, где река оказывает опасное воздействие на берег, необходимы крылья (устойные стенки). Эти крылья могут быть криволинейными или прямыми и могут представлять собой просто продолжение устоя либо быть заведены в берег под любым требуемым углом, пока окрыленный устой, как на рис. 121, 121 A, 121 B, не превратится в П-образный (U-образный) устой (рис. 124); или же путем параллельного смещения стен W и W он принимает форму Т-образного устоя (рис. 122).

Рис. 122.

Кривое крыло на рис. 121, будучи арочным, требует немного меньшей толщины, но в то же время длиннее. B B показывают подферменные площадки (места опирания моста). Уклон крыльев может выполняться с откосом и наклонным парапетом (оголовком) либо с уступами на каждом ряду. Крылья стен, подвергающиеся воздействию особых нагрузок или определенных течений воды, требуют соответствующего расположения и формы. В косых мостах, как указано в гл. V, крыло у острого угла длиннее и меньше отклоняется от лицевой поверхности устоя, чем у тупого угла. Чем сильнее крыло отклоняется от линии фасада и поворачивается в сторону откоса, тем больше становится распор на него, поскольку центр давления поднимается; распор достигает максимума, когда крыло наклонено под углом от сорока пяти до семидесяти градусов к лицевой поверхности устоя. Тело устоя, равно как и любой другой подпорной стены, может быть значительно прочнее, если придать ему трапециевидное сечение вместо прямоугольного, так как благодаря этому сильно возрастает сопротивляющийся рычаг. Устои целесообразно снабжать контрфорсами для противодействия особым усилиям, как в случае арок или подкосов деревянных мостов.

Рис. 123.

Рис. 124.

257. Железнодорожные устои, за исключением устоев под два пути, требуют лишь небольшой ширины по верху, за исключением мест опирания самой фермы. Обычный Т-образный устой, предложенный капитаном Джоном Чайлдом и ныне получивший очень широкое применение, по-видимому, отвечает любым требованиям, предъявляемым к хорошему устою (см. рис. 122 на стр. 242). B B — подферменная площадка, а массив T T заменяет крылья. Разница уровней верха и подферменной площадки зависит от разницы между высотой опирания нижнего пояса моста и проектной отметкой. Линия соприкосновения земли со стеной показана как s s′ s″ s‴. Длина верха кладки определяется следующим образом. Предположим, что откос равен полутора к одному, а общая высота составляет тридцать футов, тогда общая горизонтальная длина откоса равна сорока пяти футам; вычитаем из этого сумму горизонтальных расстояний s s′ и s′ s″ и предположим, что они составляют соответственно шесть и восемь футов, тогда весь расчет выглядит следующим образом: —

30 × 1½ – 6 + 8 = 45 – 14 = 31 feet.

В очень высоких устоях может оказаться целесообразным облегчить кладку арочным проемом, как показано на рис. 123. Стены П-образного устоя (см. рис. 124) при больших размерах также могут быть прорезаны арками для экономии кладки.

Вероятно, наиболее дешевым способом сопряжения моста с насыпью является способ, показанный на рис. 125; при этом A — подферменная площадка для главной фермы, а B — для балки с подкосами.

Рис. 125.

БЫКИ.

258. Толщину быка можно рассматривать либо как зависящую от веса пролетного строения, либо как сопротивляющуюся распору арок или подкосов. Для первого требования было бы достаточно весьма небольшой толщины; для второго она может потребоваться значительной. Возражениями против толстых быков являются расходы и слишком сильное сужение русла; преимуществом — большая опорная поверхность, а в каменных мостах с несколькими непрерывными пролетами — экономия кружал, поскольку если быки не способны противостоять распору арок, их все необходимо возводить одновременно.

259. Быки, поддерживающие ферменные мосты, требуют весьма небольшой толщины при условии получения хорошего фундамента. В следующей таблице приведены достаточные размеры для быков деревянных или железных ферменных мостов при условии хорошей кладки. (См. спецификацию кладки первого класса, гл. IV.) При высоте от десяти до двадцати футов уклон (наклон) принимается равным одной двенадцатой; при высоте от двадцати до пятидесяти футов — одной двадцать четвертой.

Span.
Length of bridge seat.
Width of seat.

20 to
40 feet,
20 feet,
4
feet,

40 to
60 feet,
20 feet,
4½
feet,

60 to
80 feet,
22 feet,
5
feet,

80 to
100 feet,
23 feet,
5½
feet,

100 to
125 feet,
23 feet,
6
feet,

125 to
150 feet,
24 feet,
6½
feet,

150 to
200 feet,
24 feet,
7
feet.

260. От формы верховой оконечности быка, или ледореза, в значительной степени зависит сужение русла. В медленной воде форма не имеет большого значения, но в быстротекущих реках очень многое зависит от ее выбора. Используемыми формами являются прямоугольник, прямоугольник, завершенный прямолинейными треугольниками, то же, завершенное криволинейными треугольниками, и, наконец, эллипс.

Последняя вызывает наименьшее возмущение воды, но в то же время является наиболее дорогой.

Эффект завихрения у уступа заслуживает внимания, поскольку он может стать причиной разрушения фундамента, когда дно сложено податливым материалом.

Поскольку русла рек пористы, через них пробиваются ключи с силой, равной всей глубине воды; и всякий раз, когда для них имеется выход, их давление будет действовать снизу вверх против любой конструкции, оказавшейся в зоне их досягаемости; и если глубина составляет четыре или пять футов, это давление способно перемещать огромные тяжести. Такие ключи доставили много хлопот при устройстве фундамента сухого дока Соединенных Штатов в Бруклине, шт. Нью-Йорк. Когда их перекрывали в одном месте, они прорывались в другом, и для продолжения работ необходимо было обеспечить им проход для стока.

Рис. 126.

261. Как бы ни было целесообразно придавать быкам правильную форму для создания наименьшего возможного сужения воды, не менее необходимо наделять их прочностью для противодействия ударам, которым они подвергаются со стороны плавучего льда, лесоматериалов и судов. Лучший способ раскалывания льда при его движении большими массами заключается в наклоне лицевой части быка, как показано на рис. 126. Угол наклона лицевой части составляет от 30° до 50°. Лед, набегая на этот откос, ломается под собственным весом и сваливается по обе стороны.

Фундаменты быков могут быть защищены шпунтовым ограждением (см. гл. XII) или же дно, если оно мягкое, может быть вычерпано на несколько футов и заполнено наброской из камня.

Форма низовой оконечности имеет не столь важное значение, как верховая, но заслуживает рассмотрения, поскольку при быстром течении воды или мягком и податливом дне завихрения, вызываемые острыми углами, опасным образом размывают грунт.

ГЛАВА XI. КАМЕННАЯ КЛАДКА.

КАМНИ.

262. Разновидностями этого материала, наиболее часто используемыми в инженерных работах, являются граниты, известняки, песчаники, сланцы, кирпич и искусственные камни; последние изготавливаются путем компаундирования глин, извести и цементов.

Порода, взятая с поверхности и подвергавшаяся воздействию атмосферы, имеет худшее качество по сравнению с породой, залегающей на глубине, где она испытывала сильное давление и, следовательно, является более плотной. Поэтому при разработке карьера рекомендуется вести выемку на склоне холма и сразу доходить до прочного камня. Порода обычно залегает пластами, разделенными трещинами или швами, по которым нарушено естественное сцепление и слои легко разделяются. Когда в карьере отсутствуют естественные линии разделения, их можно создать путем высверливания ряда отверстий на равных расстояниях друг от друга, в которые забиваются конические стальные клинья, и камень раскалывается; при этом клинья располагаются в плоскости требуемого шва.

263. Камень используется почти исключительно для работы на сжатие — как в вуссуарах арки или в рядах быка. Сопротивление камня раздавливанию (сжатию) составляет следующее: —

Pounds per square inch.

Granite
10,000 to 16,000

Limestone
12,000 to 14,000

Sandstone
10,000

Marble
9,000 to 14,000

Firm, hard burned brick
2,600

Yellow burned brick
1,500

Red brick
1,200

Pale-red brick
900

Chalk
750

264. Когда камень найти не удается, кирпич служит отличной заменой; он изготавливается из глинистых грунтов, которые можно найти практически в любой местности. Кирпич хорошо подходит для тонких работ, дешев и удобен в транспортировке. Французы в Алжире использовали бетон, утрамбованный в ящиках для получения крупных кубов и других форм. Сооружения, построенные из этого материала, оказываются почти, если не полностью, такими же прочными, как и из природного камня.

ИЗВЕСТЬ, ЦЕМЕНТЫ, РАСТВОРЫ И БЕТОНЫ.

265. Нет ничего более важного при возведении каменной кладки, чем хороший цемент; и, как правило, ни одна часть строительства не поручается столь некомпетентным лицам. Под вышеуказанным заголовком следует рассмотреть известь, цементы, пески, обычный раствор, гидравлический раствор и бетон.

266. Известь получают путем выжигания углекислого газа из чистых известняков; после этого ее упаковывают в герметичные бочки, и она представляет собой негашеную известь. Природные цементы состоят из чистой извести, смешанной с глиной (аргиллитом), магнезией, железом и марганцем. Искусственные цементы готовят путем смешивания с чистой известью прокаленной глины, кузнечной окалины, порошка недожженного кирпича и других материалов подобного рода. Цементы, изготовленные таким искусственным путем, столь же хороши, как и природные гидравлические цементы.

Известь называют жирной, тощей, гидравлической и высокогидравлической в зависимости от ее свойств.

Жирные извести — это те, которые удваивают свой объем при гашении и растворяются в пресной воде до последней частицы. Они поглощают около 300 процентов воды от своего веса.

Тощие извести не сильно увеличивают свой объем, растворяются не полностью и поглощают 200 процентов воды.

Гидравлические извести схватываются через пятнадцать или двадцать дней после погружения в воду и продолжают твердеть по мере старения. Через год их консистенция примерно соответствует твердому мылу.

Высокогидравлические извести схватываются через пять или шесть дней и продолжают твердеть.

Считается, что известь схватилась, когда она способна выдержать без прогиба стержень диаметром 1/20 дюйма, нагруженный десятью или двенадцатью унциями.

Примечание. — Следующее испытание применялось к каждой десятой бочке розендейлского цемента, использованного для кладки сухого дока Соединенных Штатов на военно-морской верфи в Бруклине (шт. Нью-Йорк). Лепешки диаметром два дюйма и толщиной три четверти дюйма после пяти дней погружения в воду должны были выдерживать стержень диаметром одна двадцать четвертая дюйма, нагруженный пятьюдесятью фунтами. Два кирпича, соединенных цементом и погруженных на пять дней, должны были выдерживать усилие в сто фунтов до разъединения. Ниже показан ход твердения. Усилие, необходимое для того, чтобы проткнуть стержнем диаметром одна двадцать четвертая дюйма лепешку толщиной три четверти дюйма, составляло через

24 hours,
65 lbs.

48 hours,
70 lbs.

72 hours,
75 lbs.

15 days,
150 lbs.

50 days,
390 lbs.

ПЕСОК.

267. Песок представляет собой продукт разложения гранитных и сланцевых пород и весит на единицу объема несколько меньше половины исходной породы из-за промежутков между зернами. Необходимо знать количество извести, необходимое для заполнения этих пустот, прежде чем мы сможем сформировать монолитную массу с наименьшим количеством извести. Количество пустот можно определить, заполнив мерный сосуд песком, а затем влив в него воду: объем воды равен объему пустот. В гальке диаметром полдюйма пустоты составляют около половины, в гравии — около пяти двенадцатых, в обычном песке — две пятых, а в очень мелком песке — одну треть. Чистый остроугольный песок, добываемый из русел рек, является наилучшим для растворов.

268. При смешивании ингредиентов для раствора известь сначала рассыпают на платформе и увлажняют, окропляя водой, в результате чего она выделяет много тепла и пара и рассыпается в порошок. Затем добавляют песок и всю массу доводят водой до получения однородной пасты.

Пропорции для обычного раствора для сухих работ составляют:

Sand,
1½ to 2

Lime,
1

Всегда полезно использовать небольшое количество цемента; пропорции, которые на практике оказались абсолютно удовлетворительными, таковы:

Cement,
1

Lime,
3

Sand,
6

Для гидравлического раствора с успехом использовались следующие пропорции: —

Cement,
2

Sand,
3

269. Бетон изготавливают путем смешивания щебня, битого кирпича или ракушечника с цементным раствором; он используется для фундаментов, забутки арок и для изготовления искусственного камня. Обычные пропорции таковы:

Cement,
1
or
2

Sand,
1½
or
3

Broken stone,
5
or
10

Цемент и песок сначала смешивают так же, как для цементного раствора; добавляют щебень, все тщательно перемешивают и немедленно укладывают до того, как смесь успеет схватиться. Как бетон, так и цементный раствор следует готовить по мере необходимости для использования и ни в коем случае не применять после того, как они простояли более трех часов.

ОБМАЗОЧНЫЙ РАСТВОР.

270. Обмазка состоит из тонкого слоя цементного раствора с очень большим содержанием цемента. Она применяется для защиты лицевой поверхности стен, подвергающихся воздействию сырости, например верхней части арок. Камень, склонный к разрушению (дезинтеграции), можно защитить с помощью обмазки.

РАСТВОР ДЛЯ РАСШИВКИ ШВОВ.

271. Расшивка швов используется для защиты швов кладки и изготавливается путем смешивания цемента и песка с минимальным количеством воды. Шов сначала расчищается на глубину от половины до одного дюйма, тщательно очищается щеткой, смачивается водой и заполняется раствором, который хорошо затирается стальным инструментом. Для придания архитектурного эффекта при расшивке швов иногда используется жженый гипс (алебастр).

ЖИДКИЙ РАСТВОР (ГРУНТОВКА).

272. Жидкий раствор (цементное молоко) представляет собой раствор жидкой консистенции, состоящий почти исключительно из цемента и воды. Его заливают в швы, и он полезен для заполнения трещин в кладке, которые нельзя заполнить обычным раствором.

ВОЗВЕДЕНИЕ АРОК.

273. После укрепления фундаментов и возведения быков и устоев до линии пяты арки кружала аккуратно устанавливаются на свои места, и приступают к кладке арки. Когда вуссуары начинают давить на кружала (что происходит, когда угол шва с горизонталью превышает угол естественного откоса одного камня по отношению к другому), каркас подвержен изменению формы (особенно когда арка пологая), что необходимо предусмотреть путем противонагружения кружал в различных точках по мере продвижения работ. Следует проявлять большую заботу о том, чтобы каждый камень был направлен в сторону радиуса арки. Чтобы сделать это эффективно, их толщину следует разметить на внешнем ребре кружала. Линия шва может быть зафиксирована правилом, приложенным одновременно к кружалу и к отметке на ребре, либо шаблоном, вырезанным так, чтобы при горизонтальном положении одной стороны другая стояла под правильным углом. Избыток веса на одной стороне кружал вызывает прогиб в этой точке и соответствующий подъём на противоположной стороне арки. При нагружении обеих сторон пазухи оседают, а шелыга поднимается. Точка, где кружала нагружаются в первую очередь, определяет место временного утяжеления каркаса. Такие предосторожности, однако, нужно предпринимать только для арок с пролетом более пятидесяти футов, если только кривая не является весьма пологой. Замковый камень следует установить на положенное место, но не забивать до тех пор, пока остальная часть не будет закончена. Задние швы затем плотно заклиниваются и цементируются жидким раствором, после чего всю конструкцию оставляют для схватывания. Кладка надсводных строений (пазух) доводится примерно до одной четверти высоты арки или настолько, чтобы своим весом предотвратить любое изменение формы кривой. Затем кружала выбиваются, а швы соффита и вуссуаров очищаются и расшиваются. Далее могут возводиться облицовка и проезжая часть; завершаются парапетные плиты и водостоки; и все расшивается. Парапеты показаны на рис. 127 и 128. Пазухи (рис. 129) могут возводиться сплошными или полыми; их вес должен быть достаточным для того, чтобы в достаточной мере укрепить арку. По меньшей мере, они должны быть возведены сплошными до линии c c c; заштрихованная масса выполняется из хорошо сцементированной бутовой кладки. Выше этого заполнение может быть каменным — сплошным или арочным, — или даже из хорошо утрамбованных слоев земли. Проезжая часть во всех случаях должна иметь хороший дренаж, чтобы вода не просачивалась к каменной кладке.

Рис. 127.       Рис. 128.

Рис. 129.

Устройства для перемещения камня (краны, захваты-люисы и деррик-краны) гораздо лучше понять при осмотре, чем по описанию.

Везде, где стены поддерживают массы земли, распор можно немного уменьшить путем утрамбовки земли за стеной слоями с наклоном назад. При укладке рядов каждый из них должен быть тщательно очищен и увлажнен до нанесения на него раствора. Когда камень уже уложен на растворную постель, его ни в коем случае нельзя сдвигать вбок (латерально), но допускается слегка постучать по нему сверху молотком.

ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ И ДРЕНАЖИ.

274. Малые водопропускные трубы устраиваются путем перекрытия двух боковых стен крупными плоскими камнями; дно вымощено камнем толщиной не менее девяти дюймов, уложенным насухо. Общие размеры таких сооружений в некоторой степени зависят от класса кладки, но поскольку это обычно третий или четвертый класс, они будут изменяться незначительно.

Opening.
Side walls.
Cover.
Heads.

2 × 2
3 × 2
12
2 × 10

2 × 3
3 × 3
12
3 × 10

3 × 3
3 × 3
12
3 × 11

3 × 4
3½ × 4
15
4 × 12

4 × 4
3½ × 4
15
4 × 13

4 × 5
3½ × 5
18
5 × 15

5 × 5
4 × 5
18
5 × 16

5 × 6
4 × 6
18
6 × 18

На рис. 130, 131 и 132 показаны планы водопропускных труб с пролетом от 5 до 25 футов.

Рис. 130.

Рис. 131.       Рис. 132.

ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ.

275. Стена, предназначенная для удержания массы земли или воды и противодействия опрокидыванию, требует определенной толщины. Масса земли принимает так называемый естественный откос, крутизна которого зависит от сцепления грунта, но в среднем может приниматься как полтора по горизонтали к одному по вертикали (1½ к 1).

Задача заключается в том, чтобы, зная высоту стены и форму удерживаемой массы земли, найти толщину стены.

Пусть A B 6 F представляет толщину стены. Ее центр тяжести находится в точке O и проецируется по горизонтали в точку m. Центр тяжести давящего треугольника земли B 4 6 находится в точке C (находится на пересечении линий, соединяющих любые два угла с центрами противоположных сторон), проецируется по горизонтали в точку C a, а горизонтальная составляющая распора приложена в точке 2, стремясь опрокинуть стену с плечом рычага 6 2.

Рис. 133.

Опрокидывающая сила тогда равна: площадь треугольника B 4 6 × вес единицы площади × плечо рычага 6 2. А удерживающая сила равна: площадь AB × B6 × вес единицы площади на половину ширины, или m 6; или, называя w весом стены, а w′ — весом треугольника B 4 6, а L и L′ — плечами рычага соответственно стены для сопротивления и земли для опрокидывания, мы должны иметь по меньшей мере:

wL = w′L′,

и для обеспечения устойчивости:

wL > w′L′

или:

L = w′L′

w,

и поскольку L = половине основания, в конце концов, толщину, или:

2L = 2w′L′

w

276. Пример. — Пусть высота стены равна двадцати футам, откос — полтора к одному; если кубический фут земли весит сто фунтов, а кладки — сто шестьдесят фунтов, мы получаем опрокидывающую силу:

20 × 15 × 1 × 100 × 2 × 20

3,

и удерживающую силу (принимая толщину равной восьми футам для получения площади):

20 × 8 × 1 × 160 × 8

2.

Или выполняя вычисления:

For overthrowing,
100,000 lbs.

For resisting,
102,400 lbs.

Если стена вместо удержания только массы B 4 6 удерживает насыпь B E F a 6, давление очевидно увеличится. Центр тяжести трапеции B E F a 6 находится в точке C′, которая проецируется по горизонтали в точку C′ a, а горизонтальная составляющая распора действует в точке 3 с плечом рычага 6 3.

Любая вышележащая нагрузка, например поезд на E F a, вновь увеличит давление не только по причине веса, но и от толчков и вибрации.

Для сопротивления боковому давлению постели кладки лучше всего выполнять груботесаными. Для вертикальных нагрузок наилучшими являются постели, обработанные молотком (бучардованные).

Плечо рычага сопротивления значительно увеличивается за счет устройства уклона (откоса) стены с лицевой стороны, как в точке A D. Центр тяжести тогда проецируется по горизонтали в точку m′, но расстояние D m′ значительно больше, чем F m.

Рис. 134.

При неизменном объеме кладки за счет уменьшения верха и увеличения основания прочность существенно возрастает.

Когда подпорные стены подвергаются ударам или давлениям в особых направлениях, им можно существенно помочь с помощью контрфорсов, непосредственно противостоящих таким усилиям, как на рис. 134.

Прирост прочности, достигаемый таким образом за счет небольшого объема кладки, весьма велик.

Все устои, устойные крылья и боковые стены водопропускных труб подпадают под категорию подпорных стен.

Когда положение лицевой стороны стены не позволяет устроить контрфорсы, как на рис. 134, ее можно заанкерить (сделать «ласточкин хвост») в грунт; при этом последний плотно утрамбовывается вокруг кладки, как на рис. 135.

Рис. 135.

277. Вес различных грунтов и камней приведен в следующей таблице.

Name of material.
Weight per cubic foot.

Brick, common
97 to 125

Brick, stock
115 to 135

Brickwork, (average,)
90 to 95

Chalk,
144 to 166

Granite,
164 to 187

Marble,
111 to 117

Mortar, (hair,) dry
80 to 86

Puzzolano,
160 to 178

Slate,
157 to 180

Stone, (average,)
140 to 150

Clay, (common,)
110 to 125

Clay and gravel,
150 to 170

Earth, common,
95 to 126

Gravel,
100 to 110

Quick-lime,
50 to 55

Quartz sand,
170 to 175

Common sand,
88 to 93

Shingle,
88 to 92

Earth, loose
90 to 95

Stone work, (hewn,) in wall,
160 to 175

Stone work, (unhewn,) in wall,
125 to 140

ГЛАВА XII. ФУНДАМЕНТЫ.

278. Фундаменты можно разделить на четыре класса.

Those on firm, dry land.

Those on unfirm dry land.

Those on solid bottom, under water.

Those on unfirm bottom, under water.

Фундаменты на твердом сухом грунте требуют лишь заглубления на достаточную глубину, чтобы находиться вне зоны действия морозного пучения: от одного фута в Южных штатах до двух-трех футов в Средних и четырех-пяти футов в Северных штатах. Первый ряд должен состоять из мелких плоских камней, уложенных насухо, но тщательно подогнанных вручную на дно; поверх этого слоя следует начинать кладку на растворе или цементе. Цель первого ряда мелких камней — распределить вес вышележащей кладки на грунт как можно более равномерно. Все валуны и округлые камни должны тщательно удаляться из фундамента.

Слабые грунты подготавливаются путем забивки свай, на которые укладывается платформа, несущая кладку, либо путем укладки нижних рядов непосредственно на головы свай. Песчаные сваи изготавливаются либо путем забивки и извлечения деревянной сваи и заполнения образовавшегося отверстия песком, либо путем выкапывания траншей и заполнения их песком. Приложенный вес таким образом распределяется по всей поверхности боковых сторон и дна, а не приходится только на дно. Когда вес тяжелого сооружения передается на несколько мелких опорных точек, их можно сделать быками и устоями ряда обратных арок, благодаря чему вся поверхность под сооружением начинает участвовать в восприятии нагрузки. Фундаменты на податливых, песчаных и влажных грунтах могут быть закреплены шпунтовым ограждением по периметру всего сооружения, благодаря чему грунт удерживается от расползания. Фундаменты на суше обычно не доставляют инженеру больших хлопот; однако работы, выполняемые под водой, требуют всей науки и терпения, которыми он владеет.

279. Можно выделить три метода устройства фундаментов под водой:

By driving piles.

By coffer-dam.

By caisson.

В очень мелководных местах, где не возникает опасности сужения русла, можно засыпать каменную наброску из рыхлого камня до достижения поверхности и на ней начинать нижние ряды кладки. Это называется «каменной наброской».

ЗАБИВКА СВАЙ.

Целью этой операции является уплотнение естественным образом слабых грунтов основания, поскольку сваи, забитые густо, препятствуют уплотнению, которое могло бы произойти под тяжелым сооружением. Сваи могут работать на сопротивление либо за счет трения о грунты, через которые они забиты, либо за счет опирания на прочный подстилающий слой, залегающий на слишком большой глубине, чтобы до него можно было докопаться. Сваи, забитые в глину, иногда действовали как проводники для воды, которая, просачиваясь вдоль боковой поверхности древесины, вызывала осадку, которой в противном случае не произошло бы.

Опыт показал, что при наличии хорошего подстилающего слоя расстояние в четыре фута от центра до центра является достаточно близким для восприятия самых тяжелых нагрузок.

Тот факт, что свая отказывается погружаться дальше, не означает, что она достигла слоя, достаточно прочного для восприятия требуемой нагрузки; ибо хотя она может опираться на твердое дно или сопротивляться погружению за счет бокового трения, когда нагрузка находится на свае в течение некоторого времени, она может оказаться слишком слабой, чтобы выстоять. В некоторых случаях сваи отказывались погружаться в грунт от удара бабы весом 1500 фунтов при падении с высоты двадцати футов при первоначальной забивке, а впоследствии уходили на три фута от удара бабы весом 1000 фунтов.

Следующая формула, показывающая сопротивление, которое должна оказывать свая, приведена Вейсбахом в «Механике машиностроения» (Mechanics of Engineering, т. I, стр. 285). Во-первых, когда баба остается на свае после удара:

P s = G′2 × H

G + G′.

И во-вторых, когда баба не остается на свае:

P s =(G′

G + G′)2 × GH

Пример. — Свая весом пятьсот фунтов забита на два фута сорока ударами бабы весом 1000 фунтов, падающей с высоты шести футов. Требуется определить вес, который может безопасно выдерживать свая без дальнейшего погружения.

Обозначения в приведенной выше формуле следующие:

G = the weight of the pile.

G′ = the weight of the ram.

H = the fall of the ram.

s = penetration per blow.

P = the weight in lbs.

Погружение за один удар составит 2 / 40, или 0,05 фута; а формула для второго случая:

(1000

1000 + 500)2 × 500 × 6

.05 = 48,000 lbs.

Из которого лишь одна десятая или одна двенадцатая часть является максимальной нагрузкой, которую следует постоянно прилагать к свае. Самым надежным испытанием несущей способности сваи является ее временное нагружение, когда это позволяют время и место.

Перроне считал пятьдесят тонн, или 112 000 фунтов, не слишком большой нагрузкой для двенадцатидюймовой сваи и допускал двадцать пять тонн для сваи диаметром девять дюймов.

Чтобы острие сваи не было разрушено при соприкосновении с твердым грунтом, на нижний конец иногда надевают железный башмак; а чтобы голова не раскалывалась, на верх набивают железное кольцо.

Сила удара, наносимого бабой, зависит от веса бабы (или молота) и от скорости, с которой она ударяет о сваю; скорость зависит от высоты, с которой она падает. Поскольку скорости свободно падающих тел пропорциональны времени, а пройденные расстояния — квадратам времени, мы имеем следующие правила, а из них — следующую таблицу.

Зная скорость тела, найти расстояние, с которого оно должно упасть:

(Velocity in feet per second

8)2 = space in feet.

Таким образом, чтобы тело приобрело скорость в двести футов в секунду, оно должно упасть с высоты:

(200

8)2 = 625 feet.

Зная пройденное при падении расстояние, найти скорость:

√height in feet × 64.3 = velocity in feet per second.

Таким образом, скорость тела, падающего с высоты двадцати футов, составит:

√20 × 64.3 = 36 feet per second.

Количество движения (импульс) есть произведение веса на скорость; поэтому для нахождения силы удара, наносимого бабой заданного веса, падающей с заданной высоты, мы сначала находим скорость по второму правилу. Кроме того, зная вес бабы и найдя скорость, необходимую для получения любого требуемого эффекта, легко найти высоту, и наоборот.

Examples.—Suppose we have a ram weighing 2,000 lbs.
and wish to strike a blow of 25,000 lbs.; the velocity must
be

25000

2000 = 12½ feet per second;

а для приобретения этой скорости высота падения должна быть (по первому правилу):

(12½

8)2 = 2.43 feet.

Далее, если у нас есть копер, допускающий высоту падения в пятнадцать футов, и мы хотим нанести удар в 18 000 фунтов, мы сначала находим скорость (по второму правилу) следующим образом: —

√15 × 64.3 = 31 feet per second nearly,

откуда вес:

18000

31 = 581 lbs.

Конструкция обычного копра слишком хорошо известна, чтобы нуждаться в описании.

Система забивки свай мистера Несмита заключается в погружении сваи в грунт большим количеством ударов, следующих один за другим в быстром темпе. Сваи забивались его копром в сухом доке Соединенных Штатов в Бруклине (шт. Нью-Йорк) следующим образом: свая была погружена на пятьдесят семь футов молотом весом 4500 фунтов; она была забита на сорок два фута за семь минут тремястами семьюдесятью тремя ударами.

ВИНТОВАЯ СВАЯ МИТЧЕЛЛА.

Винтовая свая Митчелла представляет собой чугунную колонну, вокруг нижней части которой имеется спиральный фланец. Ее ввинчивают в грунт, и она оказывает большое сопротивление вертикальному давлению благодаря большой полученной опорной поверхности.

АТМОСФЕРНАЯ СИСТЕМА ДОКТОРА ПОТТСА.

280. Все методы устройства фундаментов в сложных условиях должны уступить вышеописанному способу, который заключается в откачке воздуха из полого чугунного цилиндра; при этом давление на поверхность грунта снаружи цилиндра выдавливает грунт непосредственно под сваей внутрь ее; в то же время свая погружается в образовавшееся отверстие как под действием собственного веса, так и под воздействием атмосферного давления снаружи. Грунт удаляется из внутренней части сваи; и когда она погружена на необходимую глубину, внутреннее пространство заполняется бетоном.

Очень успешное применение вышеуказанной системы было осуществлено на Гудвинских отмелях в устье реки Темзы (Англия). Эти пески меняют свое положение при каждом сильном шторме и в то же время настолько плотны, что стальной стержень удавалось забить кувалдой всего на восемь футов; а заостренный стержень диаметром три дюйма при погружении на глубину тринадцать футов требовал сорока шести ударов бабы весом сто фунтов, падающей с высоты десяти футов, чтобы погрузить его на один дюйм. Но полая свая диаметром два с половиной фута была погружена на семьдесят восемь футов со скоростью десять футов в час в течение некоторого времени. В случае встречи с коренной породой свая может быть превращена в водолазный колокол, и препятствие удалено.

Свая отливается секциями длиной десять или двенадцать футов и соединяется фланцами со стыками на цементе.

При строительстве моста в Рочестере (Англия) свая такого рода была нагружена тридцатью тоннами железных рельсов, что вызвало осадку в три четверти дюйма. После удаления рельсов и откачки воздуха свая одним движением опустилась на шесть с половиной футов. Затем на сваю было уложено сто тонн рельсов, и осадка вновь составила три четверти дюйма. (Это небольшое опускание было обусловлено сжатием грунта.)

Сваи, поддерживающие мост через Шеннон на Мидлендской и Великой западной железной дороге (Англия), были погружены по этой системе; они имеют диаметр десять футов и заполнены бетоном.

После забивки деревянных свай их срезают на надлежащем уровне для укладки нижних рядов кладки. В некоторых случаях на головы свай укладывают квадратные деревянные наголовники, а поверх них — дощатый настил. В других — пространства между сваями заполняют цементом и бетоном.

КОФЕРДАМ.

281. При устройстве фундаментов в воде глубиной от пяти до двадцати пяти футов иногда используется приспособление, называемое «кофердамом» (перемычкой). Оно образуется путем забивки двойного или тройного ряда свай вокруг фундамента; эти ряды делаются водонепроницаемыми либо с помощью шпунтованных прямоугольных свай, либо с помощью круглых свай, к которым крепится дощатая обшивка. Пространство между рядами свай освобождается от воды и плотно забивается глиной или другим водонепроницаемым материалом. Внутренняя часть перемычки затем осушается насосами, и кладка укладывается так же, как на суше. Толщина перемычки зависит от глубины воды; давление на нижнюю часть, разумеется, намного больше, чем на верхнюю. Если рассматривать ее как массив, сопротивляющийся своим весом опрокидыванию от давления воды, то толщину было бы легко рассчитать. Так, если глубина воды составляет двадцать футов, полное гидростатическое давление на каждый погонный фут перемычки составляет 20 × 1 × 10 × 62½ = 12 500 фунтов; и поскольку вес воды возрастает в порядке членов арифметической прогрессии, как и давление, его можно выразить элементами треугольника, высота которого равна глубине; а поскольку центр тяжести треугольника находится на расстоянии двух третей высоты от вершины, давление можно рассматривать как сосредоточенное на одной трети глубины от дна; и плечо рычага вышеуказанных 12 500 фунтов составляет:

20

3 = 6.67 feet;

а разрушающее усилие составляет 83 375 фунтов. Сопротивление глиняной плотины высотой двадцать футов и толщиной десять футов составит

20 × 10 × 110 × 10

2 = 110,000 lbs.

Определение толщины таким способом сделало бы плотину при большой глубине воды весьма массивной; и обычно лучше раскреплять внутреннюю сторону против грунта, а когда кладка позволяет — против нее.

Плотина следующей толщины оказалась совершенно надежной:—

Depth of water.
Thickness.

6 feet.
3 feet.

10 feet.
5 feet.

15 feet.
8 feet.

20 feet.
12 feet.

25 feet.
14 feet.

Наилучшая форма для большого кессона — круглая или эллиптическая, поскольку давление в таком случае воспринимается во всех точках более равномерно, чем при наличии в плане плоских сторон и углов.

Для поддержания плотины в сухом состоянии во время проведения работ вдоль одной из ее сторон устанавливаются насосы, нижние концы которых помещаются в траншею или колодец, осушающие дно.

Быки Викторианского моста в Монреале (Канада) возведены с помощью кессонов. Поскольку некоторые быки находятся на небольшой глубине и на скальном основании, которое не позволяло забивать сваи, кессоны для них строились секциями, доставлялись вплавь к месту работ и закреплялись якорями.

УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТА С ПОМОЩЬЮ КЕССОНА.

282. На глубокой воде кессон становится весьма дорогостоящим из-за размеров и длины свайного омоноличивания и требуемого количества связей. В таких случаях прибегают к кессону, который представляет собой просто ящик, в котором возводится кладка, после чего он опускается на проектное место. Способ погружения кладки с помощью кессона лучше всего показать на примере.

Предположим, мы хотим погрузить бык длиной тридцать футов, высотой двадцать футов и шириной шесть футов при глубине воды двадцать футов.

Пусть днище кессона состоит из двух рядов брусьев сечением 12×12 дюймов, прочно скрепленных под прямым углом друг к другу. Пусть ряды кладки имеют толщину два фута. Примем вес кубического фута камня равным ста шестидесяти фунтам, кубического фута дерева — тридцати и воды — шестьдесят двум фунтам на кубический фут.

Каждое плавающее тело будет погружаться до тех пор, пока оно не вытеснит количество воды, равное его собственному весу.

Если днище имеет ширину десять футов и длину тридцать пять футов, оно будет весить

35 × 10 × 2 × 30 = 21,000 lbs.

один ряд кладки весит

30 × 6 × 2 × 100 = 57,600 lbs.

one course of side timbers, 12 × 12, which are laid upon the
sides of the raft,

(2 × 35 + 2 × 8) × 30 = 2,580 lbs.

Теперь нагрузим днище одним рядом кладки и тремя рядами боковых брусьев, и мы получим

Stone
57,600
lbs.

Bottom of caisson
21,000
lbs.

Three side courses
7,740
lbs.

 

 

In all:
86,340
lbs.

что, разделенное на 62, дает 1392; что, разделенное на площадь днища кессона, дает

1392

350 = 3.98

или почти четыре фута глубины, на которой будет плавать кессон. При этом борта остаются на один фут выше поверхности воды.

Уложив второй ряд кладки и еще три боковых ряда брусьев, мы получаем

Floor
21,000
lbs.

Two courses masonry
115,200
lbs.

Six side courses
15,480
lbs.

 

 

In all
151,680
lbs.

что, разделенное на 62 и на 350, дает почти ровно семь футов; при этом верх остается на один фут выше поверхности.

Таким же образом мы действуем до тех пор, пока кессон не сядет на дно, которое было предварительно подготовлено либо забивкой свай, либо дноуглублением. По достижении дна борта снимаются, а кладка остается на основании. Кессон в любой момент может быть опущен на дно путем заполнения водой и поднят снова посредством откачки. Кладка может укладываться либо с барж или плотов на месте работ, либо на берегу. Направляющие сваи необходимы для обеспечения правильного спуска и предотвращения опрокидывания.

При укладке камня под водой следует помнить, что погруженная в воду кладка теряет почти 62/100 своего веса и, следовательно, более подвержена повреждениям от ударов, чем находящаяся над поверхностью.

ГЛАВА XIII. ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ.

283. Ничто так не способствует успешному выполнению любой задачи, как правильное представление о том, что требуется. Мистер У. Б. Адамс дает следующее определение того, каким должно быть хорошее верхнее строение:—

«Основными требованиями к верхнему строению пути являются: чтобы он был хорошо дренирован, особенно в непосредственной близости от подстилающего слоя; чтобы вес и разрушающая способность локомотивов и подвижного состава рассматривались как исходные данные для расчета; чтобы прочность, твердость и вязкость рельсов, а также неподвижность подстилающего слоя соответствовали тяжелейшей работе, которой подвергнется железная дорога; чтобы подстилающий слой имел площадь опорной поверхности, пропорциональную воспринимаемой нагрузке и характеру рельса и балласта; и достаточно прочное сцепление с грунтом для предотвращения расшатывания или бокового смещения от боковых толчков паровозов и поездов; чтобы рельсы обладали достаточной вертикальной и поперечной жесткостью, заложенной либо в них самих, либо в их скреплениях, для предотвращения любого прогиба; и имели достаточную твердость поверхности, чтобы не расслаиваться и не разрушаться под воздействием движущихся нагрузок; а также имели достаточную ширину или площадь поверхности катания для уменьшения сминающего действия колес.

Они должны быть как можно более гладкими во избежание ударов и уложены под правильным углом, а кривые должны быть плавно согнуты, чтобы обеспечить точное качение колес. Стыки должны быть выполнены так, чтобы рельсы практически становились непрерывными балками, сохраняя при этом свободу для сжатия и расширения без чрезмерной подвижности. И при всем этом между рельсами и твердым грунтом должна быть проложена некоторая среда, достаточно упругая, чтобы поглощать воздействие ударов колес, не подвергаясь смятию или вдавливанию в балласт, и в то же время достаточно жесткая, чтобы удерживать верхнюю поверхность рельсов в единой плоскости».

ДЕРЕВЯННОЕ СТРОЕНИЕ.

284. Деревянное строение, поддерживающее рельсы, состоит либо из деревянных поперечных шпал, отесанных сверху и снизу на плоскость, размерами от 6×7 до 7×9 дюймов и на 2,5 или 3 фута длиннее колеи; либо из продольных пиленых брусьев прямоугольного сечения, расположенных непосредственно под рельсом и обеспечивающих его опирание по всей длине.

Продольные лежни, по-видимому, не имеют преимуществ перед поперечными шпалами, но обладают некоторыми явными недостатками. В случае замены необходимо снять по меньшей мере два рельса, чтобы заменить брус; в то время как при поперечных шпалах любую из них можно извлечь и заменить, даже не нарушая движение поездов на данный момент. Непрерывная опора не лучше прерывистой, так как прочность самого дерева оказывает очень слабое сопротивление весу локомотива. Прочности не следует ожидать от деревянного строения; оно представляет собой лишь упругую прослойку между рельсом и землей, служащую для поддержания рельса в правильном положении. Прочность заключается в рельсе. Расстояние, на котором укладываются поперечные шпалы, зависит от веса паровозов, проходящих по дороге, характера балласта и прочности рельса; оно составляет где-то от двух до четырех футов от центра до центра.

Величина удельной опорной площади, которую деревянное строение должно обеспечивать на погонный фут рельса, оценивается разными инженерами по-разному.

На дорогах Америки с колейностью 4 фута 8½ дюймов допускалось 1¾ квадратных фута на погонный фут рельса.

Некоторые из английских дорог дают следующие значения:—

Name of road.
Gauge.
Square feet per lineal foot of rail.

London and N. W. Railway,
4′ 8½″
3

Great Western,
7′ 0″
2½

S. and W. of Ireland,
5′ 3″
3⅔

Midland G. W. of Ireland,
5′ 3″
27

12

Если шпалы имеют ширину восемь дюймов и длину восемь футов, мы получаем следующие величины опорной поверхности на погонный фут рельса при различных расстояниях между шпалами.

Distance C to C of tie.
Superficial feet per lin. foot.

2
2.66

2½
2.13

3
1.78

3½
1.53

Конечно, чем длиннее делается шпала, тем больше может быть расстояние между ними, при условии, что рельс это выдержит. Мистер Питер Барлоу в своем отчете от августа 1835 года директограм Ливерпульской и Манчестерской железной дороги устанавливает следующие размеры верхнего строения.

Distance between insides of ties being

3′
3′ 9″
4′
5′
6′

Weight in lbs. per yard.
50
59
61
67
79

Depth of rail in inches.
4½
4⅝
4¾
5
55

16

Однако во время выдачи этих размеров на рельсы приходилась гораздо меньшая нагрузка, чем в настоящее время. По мере увеличения опорной поверхности рельс должен становиться тяжелее и дороже, но количество и стоимость шпал уменьшаются. В вышеупомянутом отчете делается вывод, что пятифутовые пролеты между опорами, требующие более тяжелых рельсов, после уплотнения земляного полотна обойдутся не дороже более коротких; но на насыпях и мягких грунтах основания поначалу они будут несколько дороже.

285. Целью балласта является, во-первых, распределение приложенной нагрузки по большой поверхности; во-вторых, удержание деревянного строения на месте в горизонтальном направлении; и в-третьих, отвод дождевой воды от верхнего строения; он также служит средством регулировки положения деревянного строения. Он должен доходить по меньшей мере до половины высоты шпалы и залегать достаточно глубоко ниже нижней поверхности, чтобы предотвратить вдавливание дерева проходящей нагрузкой. Из различных наблюдений следует, что под нижней поверхностью шпалы должно находиться балласта на полтора раза больше ее высоты; либо общая глубина балласта должна составлять от двух до двух с половиной раз больше высоты шпалы.

В качестве балласта пригоден щебень, гравий или другой сухой, прочный и пористый материал.

Совершенно неупругое дорожное полотно нежелательно. Нечто необходимо для поглощения толчков, передаваемых колесами, и предотвращения их воздействия на механизмы. Обеспечение этой степени упругости и равномерная передача веса на грунт — обязанность балласта и деревянного строения.

В последние годы в Англии применяются чугунные полусферические чаши, предназначенные для замены как шпалы, так и подкладки. Они отлично подходят там, где нет недостатка в балласте, а деревянные шпалы стоят от семидесяти пяти центов до одного доллара каждая.

ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ РЕЛЬСА.

286. Хороший рельс должен быть способен работать как балка или опора между шпалами, служить боковым направляющим на кривых и иметь верхнюю поверхность достаточной твердости и размеров, чтобы противостоять износу от качения колес.

 
Lbs. per yard.
Tons per mile.

(2,240 lbs.).

One square inch
of rail section weighs,
9.9
15.72

Two inches
of rail section weighs,
19.8
31.42

Three inches
of rail section weighs,
29.7
47.14

Four inches
of rail section weighs,
39.6
62.84

Five inches
of rail section weighs,
49.5
78.56

Six inches
of rail section weighs,
59.4
94.28

Seven inches
of rail section weighs,
69.3
110.00

Eight inches
of rail section weighs,
79.2
124.50

Nine inches
of rail section weighs,
89.1
140.01

Ten inches
of rail section weighs,
99.0
155.57

 
 
Single line of rails.
Double line of rails.

Таким образом, при цене шестьдесят долларов за тонну каждый квадратный дюйм сечения обходится в 943,20 доллара на милю, или 94 320 долларов на сто миль, откуда возникает необходимость прокатки рельса до формы, которая обеспечит наибольшую прочность при наименьшем весе.

Сечения, наиболее применяемые в Америке, показаны на рис. 136 и 137.

Рис. 136.

Рис. 136 дает наиболее прямое опирание, компактен и противопоставляет волокна в верхней и нижней частях непосредственно сжимающим и растягивающим усилиям. Поскольку верхняя часть рельса искривлена радиусом десять или двенадцать дюймов, нагрузка прикладывается почти в одной точке; откуда все сопротивление на рис. 137 зависит от поперечного сопротивления детали a b c d вдавливанию.

Иногда против рис. 136 выдвигается возражение на том основании, что он раскалывается по линии n n: этого не произойдет, если головка соединена с шейкой с помощью правильного закругления, как на рис. 136. Такое раскалывание происходит на рис. 137 сплошь и рядом, в чем можно убедиться там, где он применяется; и можно предполагать, что он ведет себя именно так, поскольку, если вес вообще передается от точки приложения к шейке, это должно происходить в направлении e f.

Рис. 137.

Рельсы, используемые в настоящее время на наших дорогах, весят от пятидесяти до семидесяти пяти фунтов на погонный ярд и укладываются на поперечные шпалы, расположенные на расстоянии от двух с половиной до четырех футов от центра до центра.

О ФАКТИЧЕСКИХ РАЗМЕРАХ РЕЛЬСОВ.

Тщательно проанализировав результаты экспериментов Барлоу, Фэрберрна и Ходжкинсона, а также опыт мистера У. Б. Адамса и других английских инженеров и выводы Берлинского съезда 1850 года, назначенного для определения наилучшей формы сечения, мы приходим к следующим предельным размерам.

ГОЛОВКА.

Мистер Барлоу ограничивает ширину головки двумя с половиной дюймами в качестве максимума; Берлинский съезд — двумя с четвертью дюймами; У. Б. Адамс — двумя с половиной; и все вышеперечисленные рекомендуют хорошо поддерживать края головки от ребра.

ВЕРТИКАЛЬНОЕ РЕБРО.

Эксперименты прусских инженеров устанавливают толщину для рельса высотой четыре дюйма в пол-дюйма, а для рельса высотой четыре с половиной дюйма — в 0,6, или 6/10 дюйма. Мистер Барлоу принимает ее равной шести десятым дюйма для рельса высотой четыре с половиной дюйма, 0,75, или трем четвертям дюйма для рельса высотой четыре с пятью восьмыми дюйма, а для высоты четыре с три четверти дюйма — 0,8, восемь десятых дюйма.

НИЖНЯЯ ПОДОШВА.

Назначение этой части заключается скорее в обеспечении опоры и скрепления, чем в поддержании прочности. Прусские инженеры считают три с половиной дюйма достаточным основанием для рельса высотой пять дюймов. Края на протяжении одного или трех четвертей дюйма должны быть практически горизонтальными или параллельными основанию, чтобы костыль имел хорошую опору.

О НАКЛОНЕ.

Поскольку поверхность катания колеса коническая, верхняя часть рельса должна быть наклонена в соответствии с этой конусностью, иначе износ будет приходиться только на внутренний край рельса. Это может быть сделано двумя способами: путем установки основания рельса горизонтально и наклона вертикальной оси поперечного сечения рельса с выполнением поверхности катания перпендикулярно этой оси; либо путем изготовления рельсового сечения правильной формы и наклона основания либо посредством подтески шпалы, либо с помощью клина, помещенного между рельсом и шпалой.

О КРИВИЗНЕ ГОЛОВКИ.

Если верхняя поверхность рельса была бы совершенно плоской, а бандаж колеса случайно не соответствовал бы ей точно (из-за неправильного положения рельса вследствие осадки или по другой причине), колесо будет опираться целиком на один край и быстро разрушит рельс. Чтобы исправить это, верхней части придают небольшую выпуклость. Мистер Кларк (в соч. «Железнодорожные механизмы») рекомендует выполнять верхнюю часть закругленной радиусом в десять или двенадцать дюймов.

О ВЕРТИКАЛЬНОЙ ГЛУБИНЕ (ВЫСОТЕ) РЕЛЬСА.

Общие результаты мистера Барлоу заключаются в следующем:—

Distance from inside to inside of tie.
Height of rail.

3′ 0″
4½″

3′ 9″
4⅝″

4′ 0″
4¾″

5′ 0″
5″

6′ 0″
51

16″

В лондонском издании (1836 г.) книги Барлоу «Прочность материалов», страница 402, в отчете Лондонской и Бирмингемской железнодорожной компании о наилучшей форме и прочности рельсов, после тщательно проведенной серии экспериментов и детального теоретического вывода результатов автор приходит к следующим пяти сечениям рельсов, обладающих максимальной прочностью при минимальном весе.

Dimensions.
No. 1.
No. 2.
No. 3.
No. 4.
No. 5.

Height,
4½
4⅝
4¾
5
55

16

Breadth at top,
2¼
2¼
2¼
2¼
2¼

Depth of top,
1
1
1
1
1

Thickness of rib,
0.6
0.75
0.8
0.85
1.0

Width of lower flange,
1¼
1½
1½
1⅔
1⅔

Depth of lower flange,
1
1
1
1⅛
1½

Weight per yard,
51.4
58.8
61.2
67.4
79

Distance C. to C. of ties,
3′
3′9″
4′
5′
6′

Эта таблица показывает соотношение материала, который следует разместить в верхней и нижней частях.

Приведя указанные выше размеры и соединив закругление головки с ребром на расстоянии двух с четвертью дюймов от верха головки, мы получаем прочный и хорошо сформированный рельс с минимально возможным количеством материала. См. рис. 136.

В качестве примера применения вышесказанного составлена приведенная ниже таблица, показывающая четыре стандартные формы, которые объединяют все требования к хорошим рельсам; общая форма соответствует рис. 136.

Dimensions.
The weight of the rail being, in lbs.,

60
65
70
75

Width of head,
2½
2½
2½
2½

Rad. of top,
12
12
12
12

Height of rail,
4
4¼
4½
4¾

Thickness of rib,
0.6
0.6
0.65
0.7

Breadth of base,
3½
3½
3¾
4

Depth of head at point A B,
2¼
2¼
2½
2½

Thickness at edge of lower web,
½
½
½
½

а на следующих рисунках показаны нагрузки, которые должны прикладываться к шпалам с различным шагом установки.

Distance centre to centre of tie.
Distance clear.
Weight of rail.

1½ feet,
1 feet,
60 lbs. per yard.

2 feet,
1½ feet,
60 lbs. per yard.

2¼ feet,
1¾ feet,
60 lbs. per yard.

2½ feet,
2 feet,
60 lbs. per yard.

2¾ feet,
2¼ feet,
65 lbs. per yard.

3 feet,
2½ feet,
65 lbs. per yard.

3¼ feet,
2¾ feet,
70 lbs. per yard.

3½ feet,
3 feet,
75 lbs. per yard.

Величина уклона или скоса, придаруемого поперечному сечению рельса, напрямую зависит от конусности колеса и косвенно — от ширины колеи пути. (См. главу XIV, часть 2.) При среднем радиусе кривизны 2°, или 2865 футов,

Feet or
Inches.

For the 4′ 8½″ gauge it should be
.0017
.020

For the 5′ gauge,
.0017
.020

For the 5½′ gauge,
.0019
.022

For the 6′ gauge,
.0021
.025

по ширине рельса, или на двух с половиной дюймах.

Приведенные размеры охватывают все наилучшие результаты экспериментов и опыта и в то же время удовлетворяют условиям, диктуемым механической и физической природой материала — железа.

ПОДКЛАДКИ И СТЫКИ.

287. Наиболее распространенные в настоящее время подкладки изготавливаются из листа кованого железа с двумя приливами, либо вырезанными и отогнутыми вверх, либо коваными, для удержания нижней подошвы рельса. Такие подкладки весят от шести до десяти фунтов каждая и менее подвержены поломкам, чем обычные чугунные подкладки. Вероятно, однако, можно изготовить чугунную подкладку с правильно сформированными приливами и выемками, которая будет одновременно прочной и легкой. (См. работу Кларка «Железнодорожные механизмы», раздел «Верхнее строение пути».)

В последнее время значительное внимание привлекла подкладка мистера Дэвида Л. Дэвиса из Дедхема, шт. Массачусетс, которая имеет все шансы стать средством получения лучшей рельсовой поверхности, чем это было возможно ранее. Этот специалист в течение двадцати лет работал дорожным мастером Бостонской и Провиденсской железной дороги и имел богатую возможность рассматривать вопрос укладки пути во всех аспектах. Рельс опирается на накладку из кованого железа, которая покоится на резиновой прокладке, лежащей в подкладке. Свидетельства ведущих руководителей железных дорог Новой Англии подтверждают превосходство этого устройства.

Практика просечек на каждом конце рельса приводит к тому, что тепловое расширение действует непосредственно на скрепления, чего быть не должно. Какая-то точка должна быть зафиксирована в продольном направлении, чтобы противостоять торцевым ударам от колеса. Этой точкой должен быть либо центр, либо один конец рельса. Концевые подкладки могут удерживать рельс в поперечном и вертикальном направлениях, но не в продольном.

Наиболее слабым местом пути является то место, где для сопротивления ударам колес он должен быть самым прочным, а именно в стыке: здесь мы теряем прочность рельса и полностью полагаемся на шпалу. Сплющенные концы рельсов, прослуживших несколько лет, показывают дурное влияние обычного стыка. Полным решением этой проблемы является такое соединение рельсов накладками, при котором стык оказывается столь же прочным, сколь и остальная часть пути. Метод, называемый «стыковыми накладками» (fish-joint), ненамного дороже обычного метода стыкования, он абсолютно эффективен и прошел проверку многолетним и успешным использованием. Он заключается в приболчивании пластины длиной два с половиной фута, шириной два с половиной или три дюйма и толщиной от одной трети до половины дюйма к концам обоих соединяемых рельсов, причем с каждой стороны устанавливается по одной пластине. Пластины слегка выгнуты от рельса, как показано на рис. 138, так что при их изгибе затягиванием гаек последние не распускаются от вибрации рельса.

Рис. 138.

В вышеупонятой конструкции под стыком нет шпалы, а сам стык располагается посередине между двумя шпалами.

Другой метод соединения накладками состоит в размещении кузова железа профиля ᕼ или ⊤ под рельсом с прочным приболчиванием его к нижним полкам.

При скреплении концов рельсов болтами отверстия под болты должны выполняться немного больше самого болта, чтобы учесть температурное расширение железа.

Влияние стыка на проходящий вагон выражается в прыжкообразном движении; середина каждого рельса является вершиной, а конец — впадиной (поскольку прочность в стыке утрачена); а если стыки не противоположны друг другу, возникает очень вредное и опасное боковое качание. На рис. 138, 138 A и 138 B показаны методы соединения накладками.

Рис. 138 A.

Рис. 135 B.

Рис. 139.

Чтобы избежать износа, вызываемого частыми стыками, были предложены различные формы составных рельсов, состоящих из двух или более частей с разбежкой стыков. Была разработана одна форма, в которой сечение разделено вертикально пополам; другая — из трех частей: головка, помещенная поверх двойной вертикальной шейки. На рис. 139 показано то, что, казалось бы, удовлетворяет любым целям (если составные рельсы вообще допустимы). Стык здесь разделен на четыре части, так что прочность балки в любой точке снижается всего на одну четверть. При стягивании частей болтами стыки следует оставлять достаточно открытыми (см. далее), чтобы компенсировать сжатие; а отверстия под болты, как отмечалось ранее, должны быть длиннее болтов. (Это увеличение распространяется только в направлении сжатия, а не по линии усилия.) Верхняя часть такого рельса должна быть закалена для противодействия качению колес, в то время как шейки должны обладать прочностью, достаточной для работы в качестве балки.

Сомнительно, не препятствуем ли мы разделением рельса, особенно когда оно выполняется горизонтально, взаимным процессам растяжения и сжатия, которые должны происходить в верхней и нижней частях; поскольку мы не можем затянуть болты полностью из-за расширения.

Некоторые из составных рельсов, уложенных в Америке, дали хорошие результаты, другие — нет.

Мистер У. Б. Адамс отмечает, что составной рельс, чтобы быть столь же прочным, как цельный рельс весом шестьдесят фунтов, должен весить девяносто фунтов на ярд.

Некоторые инженеры предлагали такой рельс, который при износе одной стороны можно было бы перевернуть, чтобы нижняя полка стала верхней. Это совершенно неверно по принципу, поскольку нижние волокна после того, как они в течение некоторого времени подвергались растяжению, совершенно непригодны для сопротивления сжатию.

О СРОКЕ СЛУЖБЫ РЕЛЬСОВ.

288. Время службы рельса зависит от его формы, веса, качества железа, а также от количества, веса и скорости проходящих по нему паровозов и вагонов.

Примечание. — В Америке влиянием качества пренебрегают совершенно незаслуженно. Насколько оно заслуживает внимания, видно из следующего.

На одной и той же дороге использовались два вида семидесятидвухфунтовых рельсов, каждый высотой пять дюймов и с опорной поверхностью шириной 2,7 дюйма. Один из них износился при тоннаже 41 000 000 тонн, другой — 22 000 000 тонн; разница заключалась исключительно в качестве железа.

На Филадельфийской и Редингской железной дороге использовались сорокапятифунтовые рельсы из переделанного и рафинированного железа, которые прослужили восемь лет при очень интенсивном движении. В то время как на других американских дорогах английские шестидесятифунтовые рельсы требовали замены через один, два, три и четыре года.

Долговечность рельсов практически не зависит от времени и определяется исключительно объемом выполненной работы. Ремонт металлических частей, обусловленный раковинами и другими физическими дефектами, в начале эксплуатации будет больше, чем впоследствии. После первых одного-двух годов начинается плановый износ. Первый рельс Ливерпульской и Манчестерской дороги весил тридцать пять фунтов на ярд, а паровоз — семь с половиной тонн. По мере роста перевозок увеличивался и необходимый вес паровозов, что также влекло за собой соразмерное увеличение прочности и веса рельсов. В 1831 году средний вес паровозов с тендерами составлял восемь тонн. В 1855 году максимальный паровоз с тендером, топливом и водой весил шестьдесят тонн, и аналогично вес рельсов увеличился с тридцати пяти до восемьдесят пяти фунтов на ярд.

Господа Стефенсон и Локк в отчете Лондонской и Северо-Западной железнодорожной компании в 1849 году рекомендуют принять в дальнейшем рельсы весом восемьдесят пять фунтов.

На дорогах Бельгии используются рельсы весом пятьдесят пять и шестьдесят четыре фунта на ярд, однако утверждается, что рельс весом восемьдесят фунтов позволил бы осуществлять в десять раз более интенсивное движение.

Для средних американских дорог при хорошем качестве железа рельсы весом пятьдесят пять, шестьдесят и самое большее шестьдесят пять фунтов, по-видимому, окажутся достаточными для самых тяжелых перевозок, если рельс имеет уже указанную форму и поддерживается шпалами, расположенными не более чем в двух с половиной футах от центра до центра.

Мистер Бельпер (из бельгийских инженеров) на основании множества экспериментов приходит к выводу, что на каждые шестьдесят миль пробега каждый паровоз истирает 2,2 фунта; каждый порожний вагон — 4½ унции; и каждая тонна груза — 1,4 унции, причем величины находятся в прямой зависимости от соответствующих весов.

Капитан Хьюиш с Лондонской и Северо-Западной железной дороги (Англия) оценивает (Отчет за апрель 1849 г.), что пятьдесят поездов в день, или 18 250 поездов в год в течение двадцати лет, изнашивают семидесятифунтовый рельс.

Бельгийские инженеры пришли к выводу, что 3000 поездов в год в течение ста двадцати лет изнашивают пятидесятипятифунтовый рельс.

Теперь 120 × 3000 = 360 000 бельгийских и 20 × 18 250 = 365 000 английских — весьма удовлетворительное совпадение, учитывая, что разные наблюдатели не знали о действиях друг друга. Разница в 5000 поездов объясняется использованием более тяжелых паровозов на дорогах Англии.

На основе приведенных результатов составлена следующая таблица, показывающая срок службы рельсов при интенсивности движения от двух до ста поездов в день. Американские дороги, будучи менее тщательно отделанными в отношении земляного полотна, естественно, будут изнашивать рельсы быстрее, чем дороги Европы. Таблица послужит основой для расчетов.

Trains per day.
Trains per year.
No. of years’ life of rails.

2
600
604

4
1,200
302

6
1,800
201

8
2,400
151

10
3,000
121

12
3,600
100

14
4,200
86

16
4,800
75

18
5,400
67

20
6,000
60

30
9,000
40

40
12,000
30

60
18,000
20

80
24,000
15

100
30,000
12

Вероятно, половина указанных выше значений в годах покажет полный срок службы рельсов на американских дорогах.

Поскольку те рельсы, по которым движение интенсивнее, изнашиваются быстрее, они должны быть соответственно более тяжелыми. Таковы рельсы на станционных путях и разъездах.

Примечание. — Из отчетов Редингской (Пенсильвания) железной дороги следует, что в 1846 году 153/209 поврежденных рельсов были расколоты; и что в 1845 году 285/295 были расколоты.

Что касается качества железнодорожного железа, оно в целом общеизвестно скверное, и его производители знают это так же хорошо, как и те, кто его покупает. Железнодорожные компании не желают платить за хорошее железо. Сравнения между американским и английским железом имеют мало значения. Первосортное железо может быть изготовлено как в Англии, так и в Америке, равно как и такое, которое прослужит около двух лет. Время убедит компании в том, что самое дорогое железо обходится дешевле всего.

ТАБЛИЦА ВЕСА НА МИЛЮ РАЗЛИЧНЫХ РЕЛЬСОВ.

Weight in lbs. per yard.
Tons per mile.

(2,000 lbs.)
Tons per mile.

(2,240 lbs.)

50
44.00
39.29

55
48.00
43.21

60
52.80
47.19

62
54.56
48.71

64
56.32
50.28

66
58.05
51.86

68
59.84
53.43

70
61.60
55.00

72
63.36
56.57

74
65.12
58.14

76
66.88
59.71

78
68.64
61.28

80
70.40
62.86

 УКЛАДКА ПУТИ.

289. Поскольку кованое железо расширяется на 0,0000068 своей длины на каждый градус (по Фаренгейту) тепла, изменение на 130° вызовет следующие расширения:—

In a 15 feet rail .0135 ft.

In a 18 feet rail .0162 ft.

In a 20 feet rail .0176 ft.

и чтобы путь можно было удерживать на правильной вертикальной и горизонтальной линии, рельсы, укладываемые в холодную погоду, нельзя располагать вплотную друг к другу; их следует разделять зазором, достаточным для того, чтобы могло произойти расширение. В жаркую погоду их можно укладывать вплотную. Принимая 100° за максимум и -30° за минимум, мы составляем следующую таблицу для средних длин рельсов (20 футов).

At
100°
place the rails in contact.

 
90°
at a distance of .00136 feet .016 inches.

 
80°
at a distance of .00272 feet .032 inches.

 
70°
at a distance of .00408 feet .049 inches.

 
60°
at a distance of .00544 feet .065 inches.

 
50°
at a distance of .00680 feet .082 inches.

 
40°
at a distance of .00816 feet .092 inches.

 
30°
at a distance of .00952 feet .114 inches.

 
20°
at a distance of .01088 feet .131 inches.

 
10°
at a distance of .01224 feet .147 inches.

 
0°
at a distance of .01360 feet .163 inches.

 
-10°
at a distance of .01496 feet .179 inches.

 
-20°
at a distance of .01632 feet .196 inches.

 
-30°
at a distance of .01768 feet .212 inches.

Рис. 140.

Правильное расстояние между рельсами может быть установлено с помощью стальных пластин, показанных на рис. 140 и 140 A, на которых в соответствии с их толщиной нанесена температура, как в таблице выше.

Для наклона рельсового основания, если рельс не скошен, могут использоваться клинья длиной один фут и шириной шесть дюймов, пришиваемые костылями вместе с рельсом к шпале. Если подкладки чугунные, они могут отливаться с требуемым уклоном.

Рис. 140 A.

КРЕСТОВИНЫ.

290. Когда одна линия рельсов пересекает другую, используется устройство, называемое крестовиной; см. рис. 141 и 142.

Рис. 141.

Чтобы колесо могло плавно катиться от a к c, рис. 141, рельс b f должен быть прорезан в точке D, а рельс a c должен быть прорезан в той же точке. Вырезка обоих дает форму, показанную на рисунке и более подробно на рис. 142.

Для того чтобы реборда колеса не покидала линию a c при прохождении разрыва D, контррельс m m используется для ограничения противоположного колеса. Он должен располагаться на расстоянии двух дюймов от главного рельса g g и параллельно ему, начиная от точки на шесть дюймов ниже сердечника крестовины в с до точки на шесть дюймов выше усовика в s′. От концов параллельного участка n n контррельс должен плавно искривляться наружу на обоих концах. Таким образом, колесо будет постепенно выведено на правильную линию, удерживаться на ней до прохождения разрыва в рельсе и, наконец, плавно освобождено. Для установки и поддержания контррельса в правильном положении целесообразно поместить как его, так и главный рельс в двойную подкладку, которая пришивается костылями к шпале.

Рис. 142.

Форма и размеры чугунной крестовины зависят от угла пересечения рельсов и от размера бандажа колеса.

Чтобы вычертить крестовину, действуйте следующим образом:—

Рис. 142 A.

Пусть a c b будет углом. Параллельно b c и на расстоянии двух дюймов от него проведите d e, причем e лежит на продолжении a c. Тем же способом зафиксируйте точку g. На расстоянии ширины головки рельса (от 2¼ до 2½ дюймов) проведите параллельно a c линию L 8. Точка 8 является пределом сплошной стали. На расстоянии двойной ширины рельса, то есть 4½ дюймов, также проведите параллельно a c линию 16. 6; 5. 6 — это предел плоской стали толщиной обычно около полудюйма. Это минимальное количество стали, которое допускается; лучше делать весь сердечник стальным, а также всю ту часть крыльев, на которую воздействуют колеса. Геометрическая точка обычно очень тонка и не доводится до конца на такое расстояние назад, чтобы сделать точку шириной в треть или полдюйма, которая скругляется; e L и d k делаются равными двум с половиной дюймам, как и f m и g n; k 10 и m 11 делаются равными шести или семи дюймам и соединяются с d и f кривой, резкой вначале, но впоследствии более пологой. Расстояния 5 a и 6 b должны быть такими, чтобы a 9 составляла три с восьмой дюйма (в зависимости от ширины подошвы рельса), o m″ составляло от трех до четырех дюймов. На другом конце крестовины e h должно быть достаточно, чтобы s t составляло по меньшей мере дюйм, когда e h и i g равны от трех до четырех дюймов; i m′ составляет, как и на другом конце, три или четыре дюйма. Стальные пластины N N имеют толщину в полдюйма. Поверхность N находится на два дюйма выше основания M. Нижняя пластина M имеет толщину два дюйма. A B, C D и E F имеют ширину шесть или семь дюймов и толщину один дюйм. Отверстия под костыли 11/16 дюйма квадратные, размер костыля — полдюйма. Острые края i g, e h, a c, b c должны быть скруглены по профилю колеса в точке A на рис. 142 A. Поверхность сердечника N 9 должна быть выполнена с двойным уклоном для соответствия конусности колеса.

Примечание. — На рис. 142 A показаны форма и размеры крупнейших бандажей.

Другой способ изготовления крестовины заключается в вырезке и сварке рельсов a и b пути, как показано на рис. 143. Продолжения этих рельсов согнуты так, как показано на рисунке.

Рис. 143.

Весь узел устанавливается на прочное деревянное основание.

На путях нет более слабого места, чем крестовина. Для компенсации прочности в таких местах хороший результат дает тяжелый продольный брус длиной двенадцать футов.

СТРЕЛЫ.

291. Назначение стрелочного перевода состоит в сопряжении одной нитки рельсов с двумя или более парами, так чтобы любые две линии могли быть сделаны непрерывными. Общеупотребительная конструкция состоит из двух рельсов, как a b, a b на рис. 144, перемещающихся на a и a в качестве центров. Здесь точка касания переводной кривой находится в c. Заданными данными для стрелки являются длина стрелочного рельса и перемещение на острие (c) (которые определяют направление начальной касательной) и радиус кривизны переводной кривой. Требуемыми элементами являются угол крестовины в b и расстояние от a до точки крестовины.

Рис. 144.

Следующие формула и таблица принадлежат Джозайе Ханту, эсквайру (в настоящее время главному инженеру Ганнибал-Сент-Джозефской железной дороги, шт. Миссури). Формула была впервые опубликована в «Appleton’s Mechanics’ Magazine», т. 1, стр. 575.

D = 2(g – s) × cot. S × cot. F

cot. S + cot. F.

Where S = angle of switch.

F = angle of frog.

s = the movement.

g = the gauge.

Пример. — На каком расстоянии от острия стрелки находится точка крестовины, если колея равна 4 футам 8½ дюймам, рельс имеет длину двадцать футов и перемещение в пять дюймов; крестовина имеет длину шесть футов, ширину по головке шесть дюймов и в горловине три дюйма?

Мы имеем

D = 2(4.708 – .417) × 240/5 + 72/(6 + 3)

240/5 + 72/(6 + 3)

or, D = 8.582 × 48 × 8

48 + 8 = 58.85 feet.

При укладке рельсов расстояние от точки до конца крестовины (в сторону стрелки) должно браться из вышесказанного.

Таблица, показывающая расстояние между крестовиной и стрелкой; ширина колеи 4 фута 8½ дюймов, перемещение стрелочного рельса — пять дюймов. Крестовина шириной по головке шесть дюймов и в горловине три дюйма. Главный путь прямой.

Length of frog.
LENGTH OF SWITCH RAIL.

12
14
16
18
20
22

3
29.1
29.7
30.1
30.4
30.7
30.9

3½
33.3
34.0
34.5
35.0
35.3
35.6

4
37.3
38.2
38.8
39.4
39.8
40.2

4½
41.1
42.2
43.0
43.7
44.3
44.7

5
44.8
46.1
47.1
47.9
48.5
49.1

5½
48.3
49.8
51.0
51.9
52.7
53.2

6
51.7
53.4
54.8
55.9
56.8
57.6

6½
55.0
56.9
58.5
59.8
60.8
61.7

7
58.1
60.3
62.1
63.4
64.7
65.7

7½
61.2
63.6
65.6
67.2
68.5
69.6

292. Когда стрелочный рельс короток, угол между главной линией и стрелочным рельсом в переведенном состоянии значителен и вызывает сильный удар по проходящему паровозу. Стрелка, показанная на рис. 145, устраняет этот недостаток, делает механизм компактным, а расчет простым. Точка касания переводной кривой находится в n n (обычный корень остряка). Вместо подгонки одинарной нитки рельсов к двойной, двойная подгоняется к одинарной. Заданными данными являются ширина колеи и радиус кривой; и, как и прежде, требуемыми элементами являются угол крестовины и расстояние от стрелки до точки крестовины.

Рис. 145.

Теперь

Rad.2 – Rad. less gauge2 = distance2,

or R2 – R – g2 = D2,

and D = √R2 – (R – g)2.

Угол крестовины также равен

Sin angle of frog = Sin 90 log D

log R.

Длина этого стрелочного рельса зависит от радиуса кривизны. Расстояние между двумя рельсами в S должно быть достаточным для размещения реборды колеса, то есть по меньшей мере два дюйма.

Пусть A B, рис. 146, будет прямым рельсом; E D — кривым. Проведите G H параллельно внутреннему краю A B и на расстоянии двух дюймов от него. Ни одна точка кривого рельса не должна попадать внутрь G H; откуда E является точкой поворота, а E D — длиной, определяемой следующим образом.

Пусть R обозначает радиус кривой по внешней стороне внешнего рельса; d — два дюйма плюс ширина рельса, или i e; и D — D E.

Тогда

D = √R2 – (R – d)2.

Рис. 146.

Пример. — Пусть радиус внешнего рельса составляет пятьсот футов, а ширина колеи — пять футов. Тогда мы имеем расстояние

(A.) D = √5002 – 4952 = 72 feet, very nearly.

Also, Sin E C D = Sin 90 log D

log R,

(B.) or Sin 90 log 72

log 500 = 8° 17′,

и длину стрелки

(C.) √5002 – 499.652 = 18¾ feet nearly.

Пятьсот футов, следовательно, является примерно наибольшим радиусом, для которого следует использовать такие стрелки.

ПРИМЫКАНИЯ И ПЕРЕСЕЧЕНИЯ.

Пересечения возникают там, где пересекаются два пути, и состоят из четырех крестовин с соответствующими контррельсами, как на рис. 147.

Рис. 147.

ВОЗВЫШЕНИЕ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА.

293. Движение поезда вагонов на кривой сопровождается тангенциальной силой, величина которой зависит от скорости поезда и радиуса кривизны. Эта сила стремится сбросить вагоны с пути и компенсируется возвышением наружного рельса.

Сентробежная сила любого тела, движущегося по криволинейной траектории, выражается формулой

WV2

32R.

Where W is the weight in lbs.

V the velocity in feet per second.

R the radius of curvature,

and 32 the accelerating force of gravity.

Сила, стремящаяся сбросить вагон с рельса, не центробежная, а тангенциальная, но неважно, удерживается ли тело в положении натяжением изнутри или сжатием снаружи; величина силы остается прежней.

Рис. 148.

Горизонтальная проекция центра тяжести вагона в состоянии покоя находится в точке c, рис. 148, а при движении направление веса должно быть a b; и наклон c′ a′ b′ должен быть таким, чтобы a b был перпендикулярен c′ a′; для чего c′ b′ должно относиться к a′ b′ так же, как вес к тангенциальной силе; или, обозначая E как возвышение рельса, g — колею, W — вес и c — тангенциальную силу, мы имеем

E : g :: c : W,

or E = cg

W, and c being = WV2

32R;

finally E = (WV2

32R)g/W or V2g

32R = E.

Where W = weight of a car.

V = speed of train in feet per second.

g = gauge of road.

R = radius of curve.

E = elevation of outer rail in feet and decimals.

g и R являются единственными фиксированными величинами в формуле; при этом средний вес и скорость вагона должны задаваться.

Анализ формулы показывает, сколь важно, чтобы все поезда двигались с такой скоростью, которая требует одинакового возвышения рельса. Абсолютное возвышение должно быть рассчитано под требования самых быстрых поездов; и остальные поезда должны подстраиваться, пусть даже в ущерб себе.

Примечание. — Вопрос механики прохождения железнодорожных кривых до сих пор остается неизученным. Воздействие поезда, обусловленное его собственным импульсом, носит тангенциальный характер, в то время как воздействие паровоза стремится притянуть вагоны к внутреннему рельсу, противодействуя первому движению. Это может потребовать уменьшения возвышения, даваемого формулой, когда паровоз развивает мощное тяговое усилие, но при движении без пара требуется полное возвышение (см. главу III).

Рис. 149.

При укладке рельсов и поддержании их на правильном возвышении хороший результат дает эклиметр, прикрепленный к путевому шаблону, как на рис. 149: малая дуга проградуирована в соответствии с различными возвышениями, требуемыми для кривых разных радиусов. Таким образом, при установке указателя уровня на 2°, когда рельсы подогнаны к A и Б, возвышение является правильным для кривой 2°; или для кривой радиусом 2865 футов.

Разница в колее в один фут дает разницу в возвышении всего в 0,009 фута, или около ⅒ дюйма.

Следующая таблица рассчитана для средних значений различных используемых колей, а именно:—

 
4.7
 

 
5.0
 

 
5.5
 

 
6.0
 

 

 

 
4)21.2
 

 

 

Average gauge,
5.3
feet.

TABLE OF ELEVATION OF OUTER RAIL.
 

Radius of curve in feet, being
ELEVATION OF OUTER RAIL IN FEET AND DECIMALS, THE VELOCITY IN MILES PER HOUR BEING

10.
15.
20.
25.
30.
40.

250
.130
 
 
 
 
 

500
.070
 
 
 
 
 

1,000
.037
.079
 
 
 
 

2,000
.018
.040
.074
.111
 
 

3,000
.013
.026
.048
.074
.106
 

4,000
.009
.020
.037
.058
.079
.154

5,000
.007
.016
.031
.045
.065
.119

6,000
.006
.013
.024
.037
.053
.095

7,000
.005
.011
.021
.033
.046
.086

8,000
.004
.010
.018
.029
.039
.077

10,000
.003
.008
.010
.022
.032
.059

ГЛАВА XIV. ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ.

ЧАСТЬ I. ПАРОВОЗЫ.

Поскольку паровоз является силой, с помощью которой эксплуатируются железные дороги, и поскольку его пропорции и размеры так тесно связаны с физическим характером дороги, представляется целесообразным выделить здесь достаточно места для рассмотрения общих принципов его конструкции и его приспособления к работе, требуемой от него на железных дорогах.

Под общими принципами мы понимаем производство и потребление пара, распределение веса по нескольким парам колес, обеспечивающее необходимое сцепление, применение мощности, генерируемой в котле, для движения колес, а также такое общее расположение частей, которое делает использование мощности экономичным.

РОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПАРОВОЗА.

294. Сама идея применения пара для передвижения принадлежит несчастному Соломону де Кау из Нормандии (Франция), который был заточен в сумасшедший дом за упорные утверждения о том, что с помощью пара можно заставить двигаться колесные экипажи.

295. В 1784 году Уильям Мёрдок, друг и помощник Джеймса Уатта, построил бескомпрессорный паровоз в масштабе около одного дюйма на фут, имевший

 
Cylinders,
¾ × 2 inches,

 
Wheels,
9½ inches,

and
Weight,
10 lbs.

Однако этот маленький паровозик развивал скорость десять миль в час.

296. В 1802 году Ричард Тревитик запатентовал применение паровой машины без конденсации для приведения в движение экипажей на железных дорогах; его паровоз был оснащен одним горизонтальным цилиндром, который передавал мощность на колеса посредством зубчатой передачи.

297. В 1825 году впервые была применена тележка для разгрузки ведущих колес от части веса и обеспечения возможности паровозу свободно проходить кривые.

298. В 1827 году Тимоти Хэкворт применил выхлопную трубу для создания тяги. Он также установил пружинные манометры на предохранительные клапаны и использовал отработавший пар для подогрева питательной воды. Этот паровоз вел поезд весом сто тонн со скоростью пять миль в час и сорок пять тонн на уклоне в пятьдесят футов.

299. В 1828 году М. Сеген (Франция) внедрил многотрубный котел.

300. В 1829 году дирекция Ливерпульско-Манчестерской железной дороги объявила премию за лучший локомотив, который мог бы вести груз, втрое превышающий его собственный вес, со скоростью десять миль в час. Паровоз «Рокета», построенный Робертом Стефенсоном из Ньюкасла-апон-Тайн, успешно выдержал состязание и провел требуемый груз на расстояние в семьдесят миль со средней скоростью 13,8 мили в час; его максимальная скорость составляла двадцать девять миль в час; он выпаривал 5,4 фунта воды на фунт кокса и 18,24 кубических фута воды в час.

301. С 1830 по 1840 год изменения касались скорее размеров, пропорций и компоновки, нежели основных элементов парообразования.

302. В 1840 году несколько паровозов с телерочной рамой были отправлены в Англию с завода Норриса в Филадельфии. Эти локомотивы могли вести груз весом в сто двадцать тонн на уклоне в шестнадцать футов со скоростью двадцать миль в час.

303. В 1845 году на Великую западную железную дорогу Англии поступил паровоз весом двадцать две тонны с цилиндрами 15¾ × 18 дюймов, колесами диаметром 7 футов и площадью поверхности нагрева 829 квадратных футов. Этот локомотив вел поезд весом семьдесят шесть с половиной тонн со скоростью пятьдесят девять миль в час. Расход кокса составлял 35,3 фунта на милю, а воды — 201,5 кубического фута в час.

АНГЛИЙСКИЙ ЛОКОМОТИВ 1850 ГОДА.

304. «Ne plus ultra» для семифутовой колеи (Великая западная железная дорога), созданный Гучем, имеет внутренние цилиндры размером 18 × 24 дюйма, одну пару ведущих колес диаметром восемь футов, площадь колосниковой решетки двадцать один квадратный фут. Поверхность топки — сто пятьдесят три фута. Триста пять труб диаметром два дюйма, дающие 1799 футов поверхности. Общая поверхность нагрева — 1952 квадратных фута. Вес паровоза в порожнем состоянии — тридцать одна тонна; тендера — восемь с половиной тонн; общий вес с дровами и водой — пятьдесят тонн. Испарительная способность — триста кубических футов воды в час. Этот паровоз может вести двести тридцать шесть тонн со скоростью сорок миль в час.

Максимум для Лондонской и Северо-Западной железной дороги с колеей четыре фута восемь с половиной дюймов (патент Крэмптона) имеет цилиндры 18 × 24 дюйма; колеса диаметром восемь футов; двести две трубы с внешним диаметром три шестнадцатых дюйма; колосниковую решетку площадью двадцать один с половиной квадратный фут; поверхность топки — сто пятьдесят четыре фута; поверхность труб — 2136 футов; общую поверхность нагрева — 2290 квадратных футов; вес в снаряженном состоянии — тридцать пять тонн; двенадцать тонн на ведущие колеса; тендер в снаряженном состоянии — двадцать одна тонна; общий вес — пятьдесят шесть тонн.

АМЕРИКАНСКИЙ ЛОКОМОТИВ 1855 ГОДА.

305. Паровоз «Чарльз Эллет-младший» провел 9 августа 1854 года сорок тонн на уклоне в двести семьдесят пять футов на милю и на уклонах в двести тридцать восемь футов на кривых радиусом триста футов. Этот паровоз имеет колеса диаметром четыре с половиной фута, сцепленные на расстоянии семи футов друг от друга; цилиндры 14 × 26 дюймов и весит, включая дрова и воду, 53 058 фунтов. Это танк-паровоз, тендер в нем отсутствует, а вместо него используется цистерна, вмещающая сто кубических футов воды, и одна сажень дров. Этот паровоз был построен фирмой «Ричард Норрис и сын».

Паровоз, построенный паросиловой компанией «Куяхога» из Кливленда (штат Огайо), совершил следующий пробег.

Обычный пассажирский поезд был проведен на расстояние сто одна миля с преодолением общей высоты подъемов в 1255 футов, с двадцатью остановками, со средней скоростью двадцать пять миль в час при расходе всего девяноста кубических футов дров.

Тот же паровоз провел средний состав из трех с третью вагонов на расстояние четыреста тридцать миль, сделав семьдесят пять остановок, преодолев общую высоту подъемов в 5439 футов, со средней скоростью двадцать пять миль в час, затратив лишь один тендер, полный только дров.

В июле и августе 1856 года два паровоза Тихоокеанской железной дороги (Миссури) — один производства компании «Р. К. и Г.», а другой — компании «Палм и Робертсон» — прошли по сто двадцать с лишним миль каждый с тремя пассажирскими и одним багажным вагонами, израсходовав всего одну сажень дров.

Примечание. — В качестве интересного примера того, на что способен американский локомотив, и иллюстрации чисто американской инженерной мысли читателю рекомендуется ознакомиться с описанием «дороги на вершине горы» на перевале Рок-Фиш-Гап на хребте Блю-Ридж (Виргиния), построенной Виргинской центральной дорогой, составленным инженером, под чьим руководством проект был предложен и осуществлен (эсквайром Чарльзом Эллетом), откуда взята следующая выдержка:—

«Восточный склон имеет длину 12 500 футов и подъем 610 футов; средний уклон составляет 257 4/10 фута, а максимальный — 295 68/100 фута на милю. Наименьший радиус кривизны — 234 фута, на этой кривой уклон равен 237 6/10 фута на милю. Западный склон имеет длину 10 650 футов и спуск 450 футов; средний уклон равен 223 1/10, а диапазон — 279 84/100 фута на милю.

„Паровозы, которые поднимали составы весом от двадцати пяти до пятидесяти тонн по одному склону со скоростью семь с половиной миль в час и спускались по противоположному со скоростью шесть миль в час, совершая четыре поездки по восемь миль в день в течение трех лет, были спроектированы и построены фирмой М. В. Болдуин и К° в Филадельфии и имеют три пары колес диаметром сорок два дюйма, полностью сцепленных, с базой по ребордам 9 футов 4 дюйма, цилиндры размером 16½ × 20 дюймов, весят с дровами и водой 55 000 фунтов, или двадцать семь с половиной тонн. Они работают без тендера, паровоз перевозит собственный запас воды и топлива; благодаря этому достигается двойное преимущество: увеличивается сцепление паровоза и устраняется сопротивление тендера“.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ.

306. Локомотив представляет собой бескомпрессорный паровоз высокого давления, работающий с большей или меньшей степенью расширения в зависимости от выполняемой работы и установленный на колесах, которые связаны с поршнем таким образом, что любое движение последнего передается первым, благодаря чему приводится в движение весь механизм.

Усилие, развиваемое в цилиндре и приведенное к окружности ведущего колеса, называется тяговым усилием; его величина зависит от диаметра цилиндра и давления пара, от диаметра колеса и длины хода поршня, причем последняя представляет собой расстояние между центром колеса и точкой приложения силы.

Средством, с помощью которого тяговое усилие используется для перемещения паровоза и его состава, является сопротивление, которое колесо оказывает проскальзыванию по рельсу, или его зацепление, называемое сцеплением; оно прямо пропорционально весу, приходящемуся на колеса, но также зависит от состояния рельсов. Оно варьируется от нуля, когда на рельсах есть лед, до одной пятой веса, приходящегося на ведущие колеса, когда рельс чист и сух, а в некоторых случаях достигало почти одной трети. Оно должно быть достаточным для преодоления максимальной силы тяги, то есть колесо не должно проскальзывать, когда паровоз выполняет свою наибольшую работу.

Парообразование, тяговое усилие и сцепление — это три элемента, которые определяют способность паровоза выполнять работу. Пропорции и размеры машины зависят от требуемой от нее работы; достаточное сцепление для получения необходимого эффекта должно достигаться скорее за счет правильного распределения, а не за счет увеличения веса.

На рис. 150 показано относительное расположение деталей в паровозе современной американской конструкции.

1 2,
Grate upon which the fuel is placed.

1 2 3 4,
Interior fire-box.

5 6,
Exterior fire-box.

7 7 8 8,
Shell of the boiler.

9 9,
Boiler flues.

10 11 12 13,
Exhaust chamber, or smoke box.

14,
Steam dome, entrance to steam pipe.

15,
Steam pipe.

16,
Piston.

18,
Piston rod.

19,
Connecting rod.

20,
Crank.

21,
Driving wheel.

22,
Blast pipe.

23,
Chimney.

27 28,
Leading wheels, supporting the front end of the engine, turning on a swivel, 29.

30,
“Blow off” safety-valve.

Рис. 150.

307. Процесс генерации и подачи пара для создания движения заключается в следующем:—

Котел и пространство между двумя топками заполняются водой (настолько высоко, чтобы по меньшей мере покрыть дымогарные трубы и верх внутренней коробки); к топливу, помещенному на колосниковой решетке, подводится огонь; тепло, заполняющее топку и трубы, передается воде и превращает ее в пар, который, поступая в горловину трубы 15, направляется в цилиндр, где заставляет поршень дойти до конца хода. Это движение передается через шатуны и кривошипы на колеса, которые, вращаясь, перемещают паровоз по рельсам. В то же время эксцентрики, расположенные на ведущей оси, приводят в движение механизм золотников и через них золотники, с помощью которых впуск пара в один конец цилиндра прекращается и начинается в другом. Объем пара, поступивший за первую половину хода, вытесняется из цилиндра возвращающимся поршнем вверх по выхлопной трубе и выходит в дымовую трубу, где создается разрежение, которое может пополняться воздухом только из камеры 10 11 12 13; после нескольких ходов воздух откачивается из камеры, которая может быть заполнена снова только наружным воздухом, протягиваемым через топливо, топку и трубы. Чем полнее это разрежение, тем сильнее поток воздуха, протягиваемый через огонь, каковой (поток) и составляет тягу. Поступление свежего воздуха регулируется дроссельной заслонкой, расположенной в точке 2. Топливо загружается на колосниковую решетку через дверцу в задней части топки. Необходимый уровень воды поддерживается в котле насосами, приводимыми в действие паровозом таким образом, чтобы всегда обеспечивать надлежащую подачу. Пропорции и размеры котла, машины и экипажа, а также правила их расчета будут рассмотрены в ближайшее время.

РАБОТА, ОЖИДАЕМАЯ ОТ ПАРОВОЗОВ.
308. Работа, требуемая от любого паровоза, зависит от характера и объема перевозок, а также от физических особенностей дороги.

Характер перевозок — будь то громоздкие или компактные грузы, требующие быстрой или медленной доставки — в определенной степени определяет количество и размеры поездов, а следовательно, количество и мощность паровозов.

Дорога с крутыми уклонами и резкими кривыми при том же объеме перевозок будет нуждаться в более мощных паровозах, чем дорога с пологими уклонами и плавными кривыми.

Количество тягового усилия и стоимость его эксплуатации в значительной степени зависят от расположения уклонов по отношению к направлению движения перевозок. Наиболее экономичной в эксплуатации дорогой будет либо ровная дорога, либо такая, где основная масса перевозок перемещается под уклон.

Минеральный, коммерческий или сельскохозяйственный характер местности определяет направление перевозок, а физические особенности — расположение уклонов.

Различные виды работы, требующиеся от локомотивов, обусловливают необходимость использования паровозов с различными пропорциями; а различные классы железных дорог требуют паровозов, обладающих различной мощностью.

309. Классификация локомотивов должна определяться в соответствии со следующими соотношениями.

Department depends upon commercial duty.

Division depends upon character of road.

Order depends upon weight of trains.

Class depends upon speed of trains.

Примечание. — Общая классификация приведена в конце этой главы.

Высокие скорости движения обычно сочетаются с легкими поездами, а тяжелые поезда должны двигаться с меньшими скоростями.

Большие скорости требуют быстрого производства и потребления большого объема пара малой плотности; больших колес и короткого хода, чтобы отношение скоростей поршня и колеса было как можно больше.

Тяжелые поезда потребляют меньше пара по объему на милю, но гораздо большей плотности, и сочетают длинный ход с малым колесом, за счет чего достигается большое плечо рычага.

В целом паровозы для зимней эксплуатации должны быть тяжелее тех, что используются летом, по той же причине, поскольку природные факторы зимой сильнее препятствуют сцеплению.

Паровоз может быть скомпонован так, чтобы двигаться с любой скоростью от десяти до шестидесяти миль в час на уклонах от десяти до двухсот футов на милю и перевозить составы весом от двухсот до двух тысяч тонн.

Правила, с помощью которых определяются размеры, необходимые для выполнения любой требуемой работы, основаны на самых простейших механических законах.

Примечание. — Формулы, выражающие наиболее правильные соотношения, которые должны существовать между различными паропроизводящими и паропотребляющими частями, более надежны, чем утверждения любого механика в Америке, и хотя взяты из книг, они являются результатом опыта наиболее способных и практических людей за двадцать лет. Рабочие слишком склонны презирать книжные знания, забывая, что именно те знания, которые они презирают, являются результатом большей практики, чем может дать им целая жизнь. Управляющие железными дорогами слишком склонны принимать за неоспоримые мнения людей, которые являются практиками просто потому, что они ничего не понимают в принципах.

С тех пор как появился труд Д. К. Кларка (Англия), любой размер от начала до конца локомотива может быть установлен с точностью до одной восьмой дюйма с абсолютной правильностью, и нет никакого оправдания отступлению от правильных пропорций. Из того, что паровоз действительно начинает движение и ведет поезд, вовсе не следует, что он сделан правильно. Скаковая лошадь может тащить плуг, а пара быков — легкую беговую коляску, но это отнюдь не является правильным применением мощности.

310. Элементы, определяющие требования к мощности, суть следующие:

The maximum grades.

The weight of the train.

The required speed.

И элементы, определяющие нашу способность производить требуемую мощность:

The grate area.

The heating surface.

The cylinder diameter.

The steam pressure.

The stroke.

The diameter of wheels.

The weight upon driving wheels.

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ, УПРАВЛЯЮЩИЕ КОНСТРУКЦИЕЙ ПАРОВОЗА.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ПОЕЗДОВ.

311. Точное сопротивление движению поезда не может быть определено, так как некоторые из элементов весьма переменчивы; например, состояние погоды. Приближенная оценка, достаточно близкая для практики, получается легко. Чтобы прийти к достоверным данным, наблюдения должны проводиться на поездах, работающих в тех же условиях, которым они подвергаются на практике.

Общее сопротивление складывается из нескольких частичных сопротивлений, некоторые из которых постоянны при любых скоростях, а некоторые возрастают с увеличением скорости.

Сопротивление паровоза и тендера состоит из трения поршней, крейцкопфов, золотников, кривошипов, эксцентриков, насосов, противодавления выхлопа и различных хаотичных перемещений — раскачки, скручивания и подпрыгивания, а также трения колес и осей, общего для паровоза и тендера.

Аэродинамическое сопротивление обусловлено не столько прямым воздействием воздуха на лобовую и боковые части поезда в целом, сколько главным образом действием разрежения в хвостовой части. Поезд должен, так сказать, тащить за собой большую колонну воздуха, подобно воде в кильватере корабля; форма или величина лобовой поверхности оказывает мало влияния или не оказывает его вовсе. Сопротивление зависит от объема поезда и его скорости. Поезд с той же лобовой поверхностью оказывает большее сопротивление по мере увеличения своего объема.

Колебательное сопротивление вызывается неровностями поверхности рельсов и возрастает с увеличением скорости, а также с увеличением высоты центра тяжести вагона или паровоза.

Сопротивление трения можно разделить на трение колес и осей. Трение оси состоит из двух частей: прямого вертикального трения на шейке и бокового трения на буртике, возникающего вследствие поперечного движения. Вертикальное трение не зависит от площади соприкосновения или скорости, но прямо пропорционально давлению, и то же замечание относится к трению буртиков. С увеличением диаметра колеса раскачка усиливается, так как поднимается центр тяжести. Непосредственной причиной вертикального трения является вес вагона или паровоза, а также поперечные неровности поверхности рельсов, которые заставляют вагон раскачиваться из стороны в сторону. Трение колеса, которое действует между поверхностью катания колеса и поверхностью рельса, возрастает с увеличением нагрузки и уменьшается по мере увеличения диаметра колеса.

Для полного сопротивления движению поезда Д. К. Кларк приводит следующую формулу:—

V2

171 + 8 = R,

Where R is the resistance in lbs. per ton,

and V the velocity in miles per hour.

Из этого выражения мы составляем следующую таблицу:—

Velocity in miles per hour.
Resistance in lbs. per ton.

10
8.585

12
8.842

15
9.315

20
10.339

25
11.655

30
13.263

40
17.356

50
22.620

60
29.052

100
66.480

Из огромного числа экспериментов, проведенных г-ном Кларком, относительное сопротивление движению паровозов с внутренним и внешним соединением выглядит следующим образом:—

Inside connections
17

Outside connections
14

Влияние кривых, неудовлетворительного состояния пути и встречных ветров составляет (по мнению того же автора) следующие проценты:—

Bad state of the road
40

Curves
20

Strong head and side winds
20

 

In all
80

 

Сопротивление от уклонов зависит исключительно от крутизны подъема и совершенно не зависит от всех прочих соображений. Относительное влияние уклонов уменьшается с абсолютным увеличением сопротивления на горизонтальном участке. Так, обычные дороги допускают более крутые уклоны, чем железные дороги, поскольку сопротивление на горизонтальном участке у первых значительно больше, чем у вторых.

Точное определение сопротивления от любого уклона зависит от простейшего механического принципа, регулирующего движение на наклонной плоскости. На каждый фут подъема уклона на милю сопротивление на одну тонну составляет

2240 × 1

5280.

Таким образом, сопротивление для одной тонны на сорокафутовом уклоне равно

2240 × 40

5280 or 17 lbs.

И если мы движемся со скоростью тридцать миль в час, сумма всех остальных сопротивлений согласно формуле или таблице в конце главы XIV, часть I, составляет 13,3 фунта на тонну; откуда общее сопротивление движению одной тонны со скоростью тридцать миль в час на сорокафутовом уклоне равно

17 + 13.3 or 30.3 lbs.

а для ста тонн оно будет в сто раз больше. Таблица 1 в конце главы XIV, часть I, дает общее сопротивление движению поездов весом от пятидесяти до одной тысячи тонн, движущихся со скоростями от десяти до ста миль в час, а таблица 2 дает сопротивление на уклонах от десяти до ста футов на милю.

ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ И СЦЕПЛЕНИЕ.

312. Полное давление пара на оба поршня, приведенное к рельсу с помощью кривошипа, шатуна, штока поршня и колеса, называется «тяговым усилием». Это тяговая мощность паровоза. Ее величина зависит от диаметра цилиндра, давления пара, длины хода поршня и диаметра колеса.

Увеличивая давление пара, мы увеличиваем мощность. Увеличивая диаметр цилиндра, мы увеличиваем мощность. Увеличивая ход поршня, мы увеличиваем мощность. Уменьшая диаметр колеса, мы увеличиваем мощность. И, регулируя размеры вышеупомянутых деталей, мы можем придать паровозу любую желаемую мощность.

Формула, выражающая тяговую мощность паровоза любых размеров, имеет вид

(2A) P × 2S

C.

Where A = the area of one piston.

P = the steam pressure in cylinder per square inch,

S = the stroke in inches.

C = the circumference of the wheel in inches.

Словесно эта формула выражается следующим образом: Удвойте ход поршня и умножьте его на полное давление пара на оба поршня; разделите произведение на окружность ведущего колеса в дюймах.

СЦЕПЛЕНИЕ.
313. Как отмечалось на странице 307, сцепление или зацепление колес с рельсом составляет в среднем от одной пятой до одной шестой части веса: одну пятую, когда рельс в хорошем состоянии, и меньше, когда он мокрый или замасленный; на практике мы не можем рассчитывать более чем на одну шестую. Следовательно, если тяговое усилие паровоза составляет 3000 фунтов, то для его реализации мы должны поместить 3000 × 6, или 18 000 фунтов, на те колеса, которые связаны с механизмом (ведущие колеса).

ТОПЛИВО.

314. Топливом, используемым в паровозе для испарения воды, служат дрова, уголь и кокс. В Англии кокс используется исключительно. В Америке дрова из-за их дешевизны получили довольно широкое распространение; но в последнее время железнодорожные компании обратили свое внимание на уголь и кокс.

Огромные залежи угля, рассредоточенные по всей территории Соединенных Штатов, будут снабжать железнодорожные компании топливом практически без ограничений. Его залегание, равно как и количество, сделают его применение практичным почти во всех штатах. Один только Огайо содержит больше угля, чем вся Великобритания. Следующая таблица взята из труда по чугунолитейному производству Фредерика Овермана.

Name of State.
Area of Coal-fields.

Georgia
150
square miles.

Maryland
550
square miles.

Alabama
3,400
square miles.

Tennessee
4,300
square miles.

Michigan
5,000
square miles.

Missouri
6,000
square miles.

Indiana
7,700
square miles.

Ohio
11,900
square miles.

Kentucky
13,500
square miles.

Pennsylvania
15,437
square miles.

Virginia
21,195
square miles.

Illinois
44,000
square miles.

 

 

In all
133,132
square miles.

315. Следующая таблица (также из трудов Овермана) дает характеристику и испарительную способность различных американских углей.

Name of Coal.
State where found.
Percentage of carbon.
Steam of 212° evaporated per lb.
Quantity of heat by volume.
Percentage of coke by weight.

 
 
 
 
 
 

Anthracite.
 
 
 
 
 

Beaver Meadow,
Pa.
88.9
10.4
94
 

Forest Improvement,
Pa.
90.7
10.8
94
 

Lehigh,
Pa.
89.1
9.6
94
 

Lackawanna,
Pa.
87.7
10.7
94
 

 
 
 
 
 
 

Coke.
 
 
 
 
 

Midlothian,
Va.
 
10.3
92
.66

Cumberland,
Md.
 
10.3
92
.75

 
 
 
 
 
 

Bituminous.
 
 
 
 
 

Maryland,
Md.
73.5
11.2
85
 

Cumberland,
Md.
74.3
11.0
85
 

Blossburg,
Pa.
73.4
10.9
85
.83

Karthans,
Pa.
73.8
9.8
85
.88

Cambria County,
Pa.
69.4
10.2
85
 

Clover Hill,
Va.
56.8
8.5
85
.68

Tippecanoe,
Va.
64.6
8.5
85
 

Pittsburgh,
Pa.
55.0
8.9
85
.68

Missouri,
Mo.
 
 
 
.57

316. Использование различных сортов древесины зависит скорее от их физических, чем от химических свойств. Следующая таблица показывает удельный вес, свойства и испарительную ценность различных пород.

Species.
Specific gravity green.
Specific gravity air dried.
Specific gravity kiln dried.
Degrees of heat which may be generated.
Percentage of Charcoal.
Quantity of heat as to volume.
Weight of one cord in lbs.
Relative value as fuel.
Species.

Hickory,
 
 
 
3000
44.69
25
4469
1.00
Hickory.

White Oak,
1.07
0.71
0.66
3000
21.62
25
3821
0.81
White Oak.

Black Oak,
 
 
 
3000
23.80
25
3254
0.71
Black Oak.

Red Oak,
1.05
0.68
0.66
3000
22.43
25
3254
0.69
Red Oak.

Beech,
0.98
0.59
0.58
3000
32.36
25
3236
0.65
Beech.

Birch,
0.90
0.63
0.57
3000
 
25
 
 
Birch.

Maple,
0.90
0.64
0.61
3000
27.00
25
2700
0.57
Maple.

Yellow Pine,
 
 
 
2800
24.63
23
2463
0.54
Yellow Pine.

Chestnut,
 
 
 
3000
25.25
25
2333
0.52
Chestnut.

Pitch Pine,
 
 
 
2800
19.04
23
1904
0.43
Pitch Pine.

White Pine,
0.87
0.47
0.38
2800
18.68
23
1868
0.42
White Pine.

Species.
Specific gravity green.
Specific gravity air dried.
Specific gravity kiln dried.
Degrees of heat which may be generated.
Percentage of Charcoal.
Quantity of heat as to volume.
Weight of one cord in lbs.
Relative value as fuel.
Species.

Относительную ценность дров и угля иллюстрируют следующие результаты опыта.

В топках паровозов Балтиморской и Огайской железной дороги 2,55 фунта сосновых дров оказались эквивалентны одному фунту камберлендского угля.

На Редингской железной дороге (Пенсильвания) три фунта сосновых дров равны одному фунту антрацита.

Г-н Хасвелл оценивает содержание углерода в лучших сортах древесного топлива в двадцать процентов.

Уолтер Р. Джонсон обнаружил, что один фунт дров в среднем выпаривает два с половиной фунта воды.

Средний процент выхода кокса из американского битуминозного угля по данным приведенной выше таблицы составляет семьдесят три процента, а среднее содержание углерода — шестьдесят семь с половиной процентов.

317. Следующая таблица показывает относительные свойства хорошего кокса, угля и дров.

Name of fuel.
Weight per cubic foot, in lbs.
Degrees of heat generated.
Percentage of carbon, in the fuel.
Economic bulk, or cubic feet required to stow one ton.
Economic, or stowage weight per cubic foot.
Cubic feet of air to evaporate one lb. of water.
Equivalent economic bulk, to evaporate the same weight of water.
Weight of water evaporated per lb.of fuel in ordinary practice.
Relative value as fuel, disregarding the actual cost.

Coke.
63
4300
95
80
28
22.4
13
8½
100

Coal.
80
4000
88
44
51
32.0
10
6
71

Wood.
30
2800
20
107
21
16.0
60
2½
29

Теплотворная способность топлива зависит от количества содержащегося в нем углерода.

Чистый кокс представляет собой твердый углерод.

Отсюда его превосходящая ценность как генератора тепла.

О ПРОЦЕССЕ КОКСОВАНИЯ.
318. Антрацит используется в качестве топлива для паровозов в своем естественном состоянии. Он применяется главным образом на дорогах восточного склона Аллеганских гор. Битуминозный уголь залегает в долине Миссисипи и встречается повсюду между вершинами Аллеган и Скалистыми горами. В своем естественном состоянии он содержит столько смолистых веществ, что это делает его непригодным для паровозных нужд. При нагревании он плавится, спекается в массу и забивает колосниковую решетку, требуя частой шуровки и сильной тяги. Но когда битум выжигается путем медленного и тщательного обжига (как описано ниже), ни одно топливо не сравнится с ним.

Подобно тому как обугленная древесина является древесным углем, обугленный уголь — это кокс. Кокс представляет собой битуминозный уголь, лишенный битума; сырой уголь обжигается в печах с вентиляционными отверстиями, отрегулированными так, чтобы пропускать ровно столько воздуха, сколько необходимо для обугливания угля без его сжигания. Когда печи закрываются в нужный момент, огонь постепенно гасится, а кокс уплотняется в крупные массивы, которые перед извлечением необходимо раскалывать. Уголь можно коксовать путем укладки свободными кучами, укрывания землей и розжига через отверстия, которые через сорок или пятьдесят часов закрываются. Однако при подготовке кокса в больших количествах, требуемых для железных дорог, и для получения наилучшего качества необходимо проявлять немалую заботу.

Вероятно, нигде не производят столько кокса и такого высокого качества, а также не ведут этот процесс более искусно, чем на станции Кэмден-Таун Лондонской и Северо-Западной железной дороги (Англия).

Компания построила восемьдесят печей в два ряда, причем все они отводят свои летучие газы в горизонтальный боров, заканчивающийся дымовой трубой высотой сто пятнадцать футов, с внутренним диаметром одиннадцать футов и толщиной стен три фута (что дает внешний диаметр семнадцать футов). Печи эллиптические, внутренними размерами 11 × 12 футов, со стенами толщиной три фута. Высота составляет десять футов, причем первые три фута от земли выполнены сплошными и снабжены подом из огнеупорного кирпича, на который укладывается уголь. Каждая печь сообщается с боровом через отверстие в своде размером два с половиной фута на двадцать один дюйм; это отверстие закрывается железной заслонкой для регулирования тяги. Дверные проемы имеют размеры три с половиной фута в квадрате снаружи и два с половиной внутри, закрываясь железными дверями размером четыре с половиной на пять футов, облицованными огнеупорным кирпичом и сбалансированными при открывании противовесами. (Цель дымовой трубы и горизонтального борова состоит в том, чтобы уводить дым и несгоревшие газы настолько высоко, чтобы они не доставляли неудобств. В Америке мы могли бы позволить дыму каждой печи выходить через собственную низкую трубу (высотой десять или двенадцать футов) и сэкономить на стоимости большой трубы; подобно коксовальным печам в наших литейных цехах).

Процесс коксования осуществляется следующим образом:— Каждая вторая печь загружается ежедневно между 8 и 10 часами утра тремя с половиной тоннами хорошего угля. Затем внутрь бросают пучок соломы, который воспламеняется от излучения свода и поджигает дым, поднимающийся с поверхности под действием реакции горячих стен и пода на массу топлива. Таким образом дым сжигается именно на той стадии процесса, на которой он в противном случае был бы наиболее обильным. Процесс коксования представляет собой полное сгорание летучих веществ угля. Поскольку масса угля сначала воспламеняется на поверхности, куда поступает изобилие кислорода, так как передние дверцы и задние отверстия открыты, из трубы идет не больше дыма, чем из трубы обычной кухонной плиты. Газ, выделяющийся из слабо нагретого угля, не может избежать уничтожения при прохождении к яркому пламени печи. Любой недостаток кислорода для сгорания дыма восполняется воздухом, поступающим через пазы заслонок.

Поскольку процесс коксования продвигается сверху вниз медленнее всего, одновременно сгорает только один слой, в то время как поверхность покрыта раскаленными докрасна угольками, готовыми сжечь любые частицы углеводородных или сернистых газов, которые могут прорваться снизу. Крупнейшая масса не может выделять газы в большем количестве, чем самая маленькая куча.

Кокс, полностью освобожденный от всех дымных и летучих веществ путем сорокачасового прокаливания, охлаждается до умеренного каления задвиганием заслонок и открыванием дверей, которые были частично прикрыты во время последней части операции.

Теперь уголь превращается в чистую, кристаллическую, пористую, столбчатую массу стально-серого цвета, настолько твердую, что она царапает стекло. Ее разбивают и выгружают — это кокс. Иногда его тушат с помощью поливалки. Это неправильно: его нельзя мочить, и более того, его следует немедленно закрывать в огнестойких ящиках и бункерах. Даже будучи оставленным на воздухе сам по себе, он быстро поглощает влагу, которую затем приходится выжигать в котле; его непременно нужно хранить в сухом месте. Г-н Вудс (Англия) отмечает, что кокс может поглощать до восьми процентов воды при транспортировке от печи к складочному помещению. Количество поглощаемой влаги зависит от природы кокса. Д. К. Кларк фиксирует следующие данные при погружении кокса в воду.

№ 1. Мелкозернистый и хороший, поглотил 14,5 процента воды.

№ 2. Пористый и обычный, поглотил 21 процент.

No. 3. Very close-grained and good, 9 per cent.

Время коксования в целом можно определить как пятьдесят часов, хотя качество несколько улучшается, если дать ему еще сорок часов; это дает время для лучшего уплотнения и формирует более прочную, яркую и кристаллическую массу.

Г-н Гуч с Великой западной железной дороги (Англия) экспериментировал со временем коксования со следующими результатами.

In oven.
Yield per ton of coal.
Water evaporated per lb. of coke.
Result.

48 hours
12.71 cwt.
7.1 lbs.
902.

72 hours
12.00 cwt.
7.7 lbs.
924.

Таким образом, хотя выход с тонны уменьшается при большем времени, ценность кокса в расчете на фунт возрастает, и это увеличение перевешивает уменьшение.

Первосортный уголь дает от семидесяти пяти до восьмидесяти процентов по весу плотного блестящего кокса весом около 14 хандредов на челдрон (тридцать шесть бушелей). Объем увеличивается от десяти до пятидесяти процентов.

При выгрузке кокса из печей значительная его часть неизбежно измельчается слишком мелко для использования в топке паровоза при сильной тяге; однако такой кокс может применяться при растопке, на стоянках и на станциях.

При извлечении кокса из печей его следует разделять на следующие три класса.

Large coke.
Cubes of 9 inches to the side.

Medium coke.
Cubes of 6 inches to the side.

Small coke.
Cubes of 3 inches to the side.

Питтсбургский уголь, тщательно прококсованный в течение сорока восьми часов, дает семьдесят пять процентов по весу и сто двадцать пять процентов по объему первосортного, прочного, яркого, чистого кокса.

Лучший тест для кокса — опустить его в воду. Вода, имеющая вес шестьдесят с половиной фунтов на кубический фут, не должна удерживать на плаву хороший кокс, который должен весить шестьдесят три фунта на кубический фут, поэтому если кокс плавает, он слишком легкий.

Большая часть битуминозного угля в долине Миссисипи не коксуется, а сгорает. Значительная часть коксуется умеренно хорошо, но не так хорошо, как питтсбургский уголь. При расчетах для сравнения видов топлива уголь каждого конкретного месторождения должен быть испытан.

О СРАВНИТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТИ ДРОВ, УГЛЯ И КОКСА.
Этот вопрос делится на две части.

The relative cost of the different fuels,

and The relative power to produce heat.

Из того, что кокс в Англии, антрацит в Пенсильвании или дрова в Новой Англии являются наиболее экономичным топливом, вовсе не следует, что любое из вышеперечисленного будет таковым в Огайо, Индиане или Иллинойсе, или что если дрова дешевле в одних частях штата, то они дешевле повсеместно, или даже что одно топливо должно применяться на всем протяжении отдельной дороги.

Теплота, используемая для испарения воды в паровозном котле, выделяется в результате горения; горение происходит путем химического соединения кислорода воздуха с углеродом топлива; откуда следует, что тот материал, который при заданной стоимости содержит наибольшее количество углерода, произведет тепло наиболее экономично.

Из таблицы на странице 320 мы видим, что по объему тринадцать единиц кокса эквивалентны шестидесяти единицам дров; что один фунт кокса выпаривает восемь с половиной фунтов воды; что один фунт дров выпаривает два с половиной фунта воды. Таблицы удельного веса дают в качестве среднего веса кубического фута твердой древесины тридцать фунтов. Сажень дров при очень тщательном измерении содержит сто кубических футов в плотной массе или сто двадцать восемь футов в сложенном виде, если брать средний размер поленьев; откуда сажень будет весить три тысячи фунтов. И мы имеем в качестве относительной испарительной эффективности сажени дров и тонны кокса:

2240 × 8½ =
19040,

3000 × 2½ =
7500.

Now if the cost of a cord of wood is to the price of
a ton of coke as 7,500 to 19,040, it is immaterial which
we use.

В качестве примера использования приведенной выше пропорции, когда абсолютная стоимость дров, угля, кокса и труда известна, рассмотрим следующее.

Если дрова, колотые и готовые для топки, стоят 3,00 доллара за сажень, сколько можно дать за тонну кокса?

As 7,500 is to 19,040, so is 300 to 762, or $7.62.

Из той же пропорции мы составляем следующую таблицу.

Cost per cord of wood ready for burning.
Price that may be paid per ton for coke.

(Cents.)
(Cents.)

200
508

225
571

250
635

275
698

300
762

325
825

350
877

375
952

400
1016

425
1079

450
1143

475
1206

500
1270

В приведенном выше сравнении была использована максимальная испарительная способность дров (2,5 фунта) и обычная способность кокса (8,5 фунта воды на фунт топлива).

320. При производстве кокса в больших количествах печи должны находиться на шахтах, так как таким образом мы избавляемся от необходимости перевозить лишний вес угля вместо кокса.

Стоимость производства кокса без учета стоимости угля ориентировочно составляет:

10 ovens capable of making annually 5,000 tons of coke,
$5,000

Sheds, and apparatus to correspond,
3,000

 

In all,
8,000

Annual interest at 6 per cent.,
480
 

Annual cost of attendance, 2 men,
1,000
 

 

 

The sum of which is,
$1,480
 

And the cost per ton,
 
0.296

10

или в круглых цифрах тридцать центов за тонну; и если уголь стоит 1,50 доллара за тонну, добавляя двадцать пять процентов, мы получаем 1,87 доллара в качестве стоимости угля, из которого получится одна тонна кокса, к чему прибавляем стоимость производства за тонну в размере тридцати центов, и получаем общую стоимость одной тонны кокса в 2,17 доллара; а из правила на странице 327 мы видим, что дрова не должны стоить более 0,85 доллара за сажень, чтобы быть столь же экономичными, как кокс по 2,17 доллара; разумеется, низкие сорта угля дадут менее качественный кокс и изменят сравнение.

ГОРИТ.
321. Горючим элементом во всех видах топлива является углерод; теплота, необходимая для парообразования, получается путем соединения углерода топлива с кислородом воздуха с образованием углекислого газа.

Углекислый газ состоит из

Oxygen
16
Parts by weight.

Carbon
6

Атмосферный воздух состоит из

Oxygen
8
Parts by weight.

Nitrogen
28

Отсюда для сгорания одного фунта углерода нам требуется

Carbon
1.00

Oxygen
2.66

Но чтобы получить 2,66 кислорода из атмосферного воздуха, мы также используем азот в пропорции 28 частей азота на 8 частей кислорода; откуда для превращения одного фунта углерода в углекислоту нам требуется

Oxygen
2.66
 

Nitrogen
9.31
 

 

 

Or
11.97
lbs. of atmospheric air.

Из тщательных наблюдений за газами, проходящими через дымовые трубы хорошо сконструированных котлов, обнаруживается свободный кислород, количество которого колеблется от одной четвертой до половины количества, необходимого для горения; это объясняется механическими препятствиями к полному преобразованию воздуха, возникающими из-за подсоса воздуха через топливо.

Следовательно, к огню следует подавать больше воздуха, чем указанные 11,97 фунта на каждый сожженный фунт углерода. Опыт показывает, что двадцать пять процентов — это достаточный избыточный допуск для превращения углерода.

Whence, to
11.97
 

add
3.03
 

 

 

and we have
15.00
lbs. of atmospheric air per lb. of carbon.

Воздух весит 0,075 фунта на кубический фут, откуда 15 / 0,075, или 200 кубических футов воздуха необходимо для надлежащего сгорания одного фунта чистого углерода.

Зная необходимое количество воздуха для одного фунта углерода, а также процентное содержание углерода в различных видах топлива, становится простой арифметической задачей определить объем воздуха, требуемый для любой породы угля, кокса или дров. Результат такого расчета показан в седьмом столбце таблицы на странице 320.

«Существуют две причины, по которым не получается всё тепло, которое может дать топливо. Во-первых, воспламеняющиеся газы, выделяемые теплом, сгорают не полностью из-за недостатка кислорода, так как воздух, протягиваемый через огонь, достаточен лишь для разложения большего количества топлива, чем оно может сгореть или обеспечить кислородом после разложения. Густой дым, вырывающийся из трубы при забрасывании свежего топлива на горячий огонь, представляет собой несгоревший газ, разложившийся из топлива, но без достаточного для горения количества кислорода — хотя тепла могло быть поставлено в избытке. Вероятно, именно по этой причине пламя, выходящее из верха пароходной трубы, кажется непрерывным из топки, но на самом деле оно воспламеняется от соприкосновения с воздухом, сохранив для этого достаточный запас тепла.

«Все дымопоглощающие топки представляют собой просто средства допуска свежего воздуха к несгоревшим газам над огнем, что в обычной трубе дает тот же эффект, поскольку столь большая масса дыма сохраняет необходимое количество тепла. Это лишь предотвращает неприятности от дыма. Чтобы сделать таким образом подогретые газы полезными для испарения воды, этот приток кислорода должен добавляться, пока газы все еще находятся в трубах». Это может показаться сложным. Г-н Макконнелл (Англия) делит трубы своих паровозов на две части, соединяя передние концы первой части и задние концы второй части пространством в двенадцать или пятнадцать дюймов (называемым им «камерой сгорания»), в которое он подает любое необходимое количество свежего воздуха. (См. приложение E.)

«Вторая причина, по которой не получается полный полезный эффект топлива, заключается в том, что из газов при прохождении через длинные трубы отнимается столько тепла, что его не остается для продолжения горения, хотя воспламеняющийся газ все еще присутствует. То, что труба или любое препятствие на пути горячих газов поглощает достаточно тепла, чтобы предотвратить горение газа, доказывается действием безопасной лампы Дэви; она представляет собой обычный светильник, окруженный металлической сеткой, которая настолько поглощает тепло пламени, что гасит последнее на проволоке; поднося огонь выше сетки, газ снова воспламеняют, что наглядно показывает, что недостаток тепла сверху погасил пламя». См. «Химия Штёкхардта»; перевод д-ра К. Х. Пирса, Кембридж, Массачусетс, 1852 г., стр. 105.

Таким образом, в каждом котле требуется: во-первых, иметь достаточный запас кислорода для разложения топлива; во-вторых, некоторое количество над огнем для сжигания образующихся газов; в-третьих, такое расположение поверхностей теплообмена, при котором из газов не отнималось бы столько тепла, чтобы заглушить их горение вплоть до момента их удаления, в который они должны быть сожжены. (См. приложение E.)

ГЕНЕРАЦИЯ ПАРА.

322. Средства производства мощности имеют, разумеется, первостепенное значение.

Тепло, выделяемое в топке, проводится через трубы в выпускную камеру; во время этого прохода оно передается металлу, а оттуда поглощается прилегающей водой, которая, становясь вследствие этого легче, поднимается к поверхности и уступает место новой порции. Назначение топки — генерировать тепло, а труб — передавать его.

Способность плоской поверхности генерировать пар зависит от ее положения и способности материала передавать тепло. Опыт, описанный в книге Кларка «Railway Machinery», дал следующие результаты: металлический кубический ящик, погруженный в воду и нагреваемый изнутри, генерировал пар со своей верхней поверхности более чем в два раза быстрее, чем с боковых сторон в вертикальном положении, в то время как днище не давало его вовсе. При небольшом наклоне ящика приподнятая сторона производила пар гораздо быстрее, в то время как опущенная отдавала его настолько плохо, что это приводило к перегреву металла.

Руководствуясь этим результатом, большинство строителей паровозов в настоящее время придают стенкам внутренней топки уклон от одного дюйма до четверти дюйма на фут. Чтобы тепло передавалось воде наиболее эффективным образом, последняя должна свободно циркулировать вокруг горячего металла, унося тепло по мере его достижения поверхности. Поскольку тепло подводится к внутренней стороне топки и труб, именно внутренние размеры должны определять величину поверхности нагрева.

Примечание. — Если мы умножим внутреннюю поверхность трубы на интенсивность приложенного тепла и разделим произведение на внешнюю поверхность, мы получим интенсивность снаружи. Мы также подводим больше тепла к внешней стороне трубы, которое, переходя к внутренней поверхности, возрастает по интенсивности на единицу площади.

Площадь внутренней топки доступна для нагрева не полностью, а требует уменьшения следующим образом:—

For the fire-door.

For the ferrule area.

For the top stays.

For the side stay bolts.

Следовательно, площадь составляет

Sides, twice length by height, less stay bolts.

Back, height by width, less fire-door.

Front, height by width, less ferrule area.

Top, length by width, less top stays.

ТРУБЫ.
323. Трубы или дымогарные трубы, число которых варьируется от ста до трехсот, диаметром от полутора до трех дюймов и длиной от восьми до шестнадцати футов, образуют реальную поверхность теплообмена. Величина получаемой таким образом поверхности нагрева для любой длины, количества и диаметра приведена в таблице 10 главы XIV части I. Поверхность одной трубы находится по формуле

Ld3.1416

144.

Where L = the length,

and d = the diameter, both in inches.

Эффективность круглых труб пока еще полностью не изучена. Они определенно дают большую площадь поверхности в небольшом котле. Памбур считал ценность площади труб на единицу поверхности в отношении площади топки равной лишь одной трети; то есть три квадратных фута поверхности труб равны одному фунту площади топки по способности генерировать пар. Д. К. Кларк не делает различия между этими двумя поверхностями, но отмечает: «есть основания полагать, что эффективность кроется главным образом в верхней полукруглой части каждой трубы». Извилистое поступательное движение, наблюдаемое в трубах значительного диаметра, подтверждает этот вывод, так как оно с большой вероятностью объясняется охлаждением верхней части горячих газов горения, которые по мере остывания также становятся тяжелее и опускаются по бокам, освобождая место для более горячего дыма у нижней части трубы; общим результатом этого является спиральное движение потока по мере его продвижения вперед. Безусловно, верхняя половина трубы расставалась бы с паром гораздо легче, чем нижняя, даже если бы подводимое тепло было одинаковым.

На странице 340 «Механики Овермана» приводится следующее: «Применение тепла к вогнутой поверхности принципиально неверно. Тепло в газах передается другим телам и между собой исключительно посредством конвекции. Это качество газов обусловливает то, что выпуклая форма сосуда является наиболее выгодной для поглощения тепла поднимающихся газов, поскольку движение газа вызывает постоянную смену частиц на выпуклом теле. На вогнутой поверхности, подверженной воздействию движущихся газов, эффект получается незначительным, поскольку частицы газа во впадине находятся в покое. Плоская поверхность по той же причине является несовершенной формой для поглощения тепла; она должна располагаться под углом 45° для получения наилучшего эффекта нагревающих газов. Во всех случаях, если мы хотим получить лучший эффект от топлива, мы должны обращать выпуклую поверхность к потоку горячего воздуха. Направление движения горячих газов определяет положение металла, который должен поглощать тепло; если поток горизонтален, трубы должны быть вертикальными. Газы не переносят тепло посредством излучения. Трубы и другие сосуды, содержащие воду, должны располагаться так, чтобы горячие газы омывали их снаружи.

Если мы пустим ток горячего воздуха вокруг цилиндра, то заметим, что частица воздуха задерживается на его поверхности лишь на короткое время, после чего уступает место другой; частицы обтекают цилиндр почти по всей окружности, в результате чего позади трубы происходит концентрация или увеличение плотности. Относительное расположение труб в ряду небезразлично, и расстояние между ними должно быть связано с их диаметром.

Проводящая способность металла, из которого состоят топка и трубы, является одним из условий, ограничивающих скорость испарения, когда тепло в изобилии поступает с одной стороны и циркуляция свободна с другой, так как вода определенно отводит тепло по мере его поступления к внешней поверхности.

Все тепло по возможности должно быть извлечено из газов до того, как они попадут в дымовую коробку. Мы должны расположить дымогарные трубы так, чтобы, не сужая проход для выхода газов настолько, чтобы потребовалась слишком сильная тяга, все же удерживать газы до тех пор, пока не будет извлечена их полная отдача.

Было предпринято несколько попыток применить идеи Кларка и Овермана, но до сих пор они носили очень косвенный характер и имели лишь умеренный успех. (См. Приложение, E.)

ИСПАРЕНИЕ, ДАВЛЕНИЕ, ТЕМПЕРАТУРА И ПЛОТНОСТЬ.
324. Характер выполняемой работы определяет свойства используемого пара.

Количество выполняемой работы указывает на объем производимого пара.

Количество и характер требуемого пара определяют размеры и пропорции котла.

Кубический фут воды при температуре 62° весит 62,321 фунта.

Кубический фут пара, образованного при 212° по Фаренгейту под атмосферным давлением (14,7 фунта на квадратный дюйм), весит 0,03666 фунта.

Whence one cubic foot of water boiled at 212°, makes
1,700 cubic feet of steam.

Полное тепло насыщения насыщенного пара (пара, образующегося в соприкосновении с водой) при всех температурах состоит из двух частей: скрытой и явной. Явное тепло — это тепло, показываемое термометром, и оно изменяется в зависимости от давления. Скрытое тепло, поглощаемое при образовании пара, составляет три четверти от общего количества. По мере повышения температуры, при которой образуется пар, объем, получаемый из данной единицы воды, уменьшается, но давление и общее тепло увеличиваются. (См. C. R. M., стр. 59, 61, эксперименты Реньо).

В таблице 8 главы XIV части I приведены свойства насыщенного пара, образующегося при давлениях от пятидесяти до ста пятидесяти фунтов на квадратный дюйм.

Пар, образующийся над водой, называется насыщенным, и приложение тепла к изолированному объему этого пара повышает как температуру, так и давление, причем объем и плотность остаются прежними. В таком случае насыщение прекращается, и пар становится перегретым. Если тепло отнять, давление и плотность падают, и происходит осаждение воды. Примером этого является унос влаги с паром в цилиндре. Д. К. Кларк в «Railway Machinery» («Железнодорожное машиностроение») настаивает на необходимости тщательной сушки пара перед подачей его на поршни: таким способом, по его словам, можно выиграть десять процентов при малых скоростях и в некоторых случаях сорок процентов при высоких скоростях.

ДВИЖЕНИЕ ПАРА В ТРУБАХ.
325. Пар может истекать из любого резервуара в вакуум, в открытый воздух или в пар меньшей плотности. Скорость истечения пара такая же, как у струи воды, вытекающей под давлением, равным давлению пара. Пар, истекающий в атмосферу, естественно, встречает сопротивление в 14,7 фунта на дюйм, что эквивалентно снижению его давления на 14,7 фунта. Следующие числа показывают скорость истечения пара в открытый воздух при различных давлениях.

Pressure.
Velocity, in feet per second.

50
1791

60
1838

70
1877

80
1919

90
1936

100
1957

110
1972

120
1990

130
2004

ПОТЕРЯ ДАВЛЕНИЯ, ВЫЗВАННАЯ ДВИЖЕНИЕМ ПАРА.

326. Потеря мощности, испытываемая паром во время его движения из котла в цилиндр, вызывается конденсацией при прохождении через холодные трубы, а также трением и резкими изгибами. Общее падение, которое может быть вызвано сочетанием обстоятельств, составляет от десяти до пятнадцати процентов при малых скоростях и от пятидесяти до шестидесяти процентов при высоких скоростях. Падение давления уменьшается пропорционально квадрату скорости движения, то есть падение при скорости 1600 футов в секунду в четыре раза больше, чем падение при скорости восемьсот футов. Хорошо защитив паровые трубы и цилиндры, а также осушая пар, можно работать при давлении, близком к начальному.

ПРИМЕНЕНИЕ ПАРА.

327. Пар, вырабатываемый в котле и передаваемый в цилиндры, попеременно впускается в противоположные стороны поршня, чем и производятся его возвратно-поступательные движения. Первый клапан, примененный для регулирования впуска пара в цилиндр, был устроен так, что пар впускался в течение всего хода; по окончании которого впуск прекращался и одновременно начинался выпуск с первого конца и впуск со второго конца; это создавало ненужное сопротивление возвратному движению, препятствуя быстрому выходу первого объема цилиндра, который приходилось выталкивать, а не выпускать самотеком. Продолжение полного давления на поршень вплоть до конца хода также придавало возвратно-поступательному механизму опасный импульс.

Этих недостатков можно избежать, если заставить выпускной канал открываться, а впускное окно закрываться немного раньше окончания хода. Это достигается сдвигом золотника вперед как единого целого.

Теперь твердо установлено, что при очень свободных входах для пара, если позволить цилиндру заполниться лишь частично, а затем заставить пар расширяться, с данным объемом выполняется больше работы, чем когда цилиндр заполняется полностью. Чтобы пар успел таким образом расшириться, возврат поршня должен происходить только после отсечки (прекращения впуска).

328. За каждый полуход золотник совершает четыре положения, а пар за тот же период выполняет три различных действия, а именно:

Position of valve.
Action of steam.

 
 

Admission (A).
 

 
Entrance.

Suppression.
 

 
Expansion.

Release.
 

 
Compression.

Admission (B).
 

Разумеется, чем больше времени проходит между отсечкой и выпуском, тем полнее будет расширение. Не следует извлекать всю силу пара (даже если это возможно), так как для создания тяги необходима определенная сила.

Время расширения регулируется пропорциями перекрытия золотника, которые могут быть настроены так, чтобы зафиксировать отсечку или выпуск на любой желаемой части хода.

С помощью вышеуказанных средств можно установить любую степень расширения, но после установки она останется прежней, поскольку золотник неизменно соединен с эксцентриком и тем самым участвует в его движении.

329. Большим шагом, сделанным в строительстве паровозов с 1840 года, является изобретение Уильямсом «кулисного механизма», который, будучи усовершенствован Хау, позволяет изменять ход золотника и тем самым использовать пар при любой желаемой степени расширения. Благодаря этому устройству возможность регулировать силу, прикладываемую к поршню в соответствии с выполняемой работой, передается в руки машиниста, чтобы он мог использовать ее в любое время при любых условиях работы паровоза.

При таком устройстве на каждый цилиндр требуется по два эксцентрика (а при некоторых схемах кулисы — только один). На рис. 150 показана общая схема изменения расширения. Очевидно, между точками A и B существует фиксированная зависимость; два различных движения передаются эксцентриками C и D через тяги E и F на два конца G и H изогнутой кулисы L; эксцентрики отрегулированы на ведущей оси так, чтобы заставлять оба конца кулисы двигаться в противоположных направлениях, благодаря чему в какой-то промежуточной точке движение отсутствует; кулиса подвижна (по вертикали) на подвесной точке L, так что при перемещении L к одному или другому концу движение, передаваемое тяге m, приобретает черты движения того эксцентрика, который расположен ближе к ней. Таким образом, движение золотника может быть заторможено или даже реверсировано за секунду во время движения паровоза, причем без внезапных толчков.

Кулиса приводится в движение рычагами n n' n", оканчивающимися стержнем O, расположенным на площадке машиниста в пределах его досягаемости. К нему прикреплен железный сектор h h' h", закрепленный на раме паровоза. Теперь, когда точка L находится в такой части кулисы, которая устанавливает золотник в положение впуска пара для какой-то части хода, пусть точка, в которой стержень O располагается на секторе, будет отмечена для этого впуска; то же самое проделывается и для любого количества различных степеней расширения. Понятно, что машинист может таким образом, фиксируя рычаг O, использовать любой требуемый процент впуска и всегда точно знать, какую работу выполняет паровоз. Пятиминутный осмотр реверсивного механизма паровоза сделает эту работу понятной.

330. Если мы перекроем пар на половине хода, а затем позволим ему расширяться, то среднее давление за весь ход, конечно, окажется меньше давления при впуске. Эффективное среднее давление, получаемое при любой степени расширения, показывается следующей формулой, выведенной на основе среднего значения сорока девяти экспериментов с паровозом «Great Britain» («Великая Британия», Великая западная железная дорога, Англия), имеющим цилиндры 18 × 24.

13.5(√a – 28) = mean pressure

где a — процент впуска.

На основе этой формулы составлена таблица 11.

331. Мистер Кларк выводит в качестве общих результатов из очень обширной и тщательно проведенной системы экспериментов следующее.

Максимальный полезный впуск составляет семьдесят пять процентов.

Минимальный полезный впуск составляет десять процентов.

Наибольший возможный выигрыш от работы с расширением составляет сто процентов, что достигается при впуске в десять процентов.

Наилучший впуск для паровозов с окнами площадью 1/14 площади поршня и площадью конуса (вытяжного отверстия) от 1/13 до 1/16 площади поршня при высоких скоростях (от тридцати до шестидесяти миль в час) и со значительными нагрузками составляет от шестидесяти до шестидесяти шести процентов. При более широком окне и площади конуса наилучший впуск составляет семьдесят пять процентов.

Сопротивление, обусловленное противодавлением тяги, изменяется пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально квадрату площади вытяжного отверстия.

332. Из экспериментов, проведенных Дэниелом Гучем с паровозом «Great Britain», вытекают следующие результаты.

Потеря топлива при семидесяти пяти процентах впуска, когда площадь вытяжного отверстия составляет от 1/10 до 1/11 площади поршня при скорости шестьдесят миль в час, составляет от 1/3 до 1/10; при тридцати или сорока процентах впуска потеря составляет от 1/8 до 1/50; а при скорости тридцать миль в час (семьдесят пять процентов впуска) — от 1/11 до 1/40.

Сопротивление от сжатого в цилиндре пара возрастает со скоростью, а также со степенью расширения; оно варьируется от восьми процентов при полном ходу (семьдесят пять процентов) до двадцати восьми процентов при впуске сорок процентов.

При самых высоких скоростях общее сопротивление от противодавления почти одинаково для всех расширений, так как сжатие увеличивается по мере уменьшения давления тяги.

Приведенные выше выводы справедливы для скоростей менее сорок миль в час при паровых окнах размером не менее 1/14 и площади вытяжного отверстия от 1/12 до 1/15 площади поршня.

ПРОПОРЦИИ КОТЛА.

333. Размеры американских паровозов, по-видимому, зависят больше от того завода, откуда они выходят, чем от какой-то конкретной работы, требуемой от них. Не удивительно, что предельная экономичность достигается редко, когда президент железной дороги заказывает партию паровозов у самого дешевого производителя в соответствии со своими собственными представлениями о паровозе; или когда паровозы заказываются начальником тяги, который не знает разницы между уклоном в шестьдесят футов и горизонтальным участком. Дело агента компании, а не механика — точно знать, в чем нуждается железная дорога. Обычной и крайне нелепой практикой является то, что человек, совершенно не разбирающийся в механизмах, заказывает пять или десять паровозов без малейшего учета характера дороги или движения.

334. Конкретные характеристики каждого класса паровозов — это целиком вопрос цифр. Нет никаких причин, почему бы не составить общую таблицу, охватывающую все дивизионы, заказы и классы паровозов, в которой для справок в механическом цехе были бы прописаны требования и соответствующие им общие размеры. Такая таблица сразу установила бы взаимопонимание между железнодорожными компаниями и строителями. Такая общая классификация приведена ниже. Размеры паровозов не приводятся, так как было сочтено лучшим позволить каждому заполнить их в соответствии со своими собственными соображениями. Поступая таким образом, можно прийти к некоторым ценным общим пропорциям.

335. До сих пор опыт был единственным ориентиром в определении пропорций (по крайней мере, в Америке). Практика во многих вещах является единственным правильным путем к правильным результатам, но паровозы слишком дороги для того, чтобы служить философскими приборами; правильные эксперименты над несовершенными машинами приведут к средствам избежания ошибок. Ниже приводится modus operandi (метод работы) Д. К. Кларка в его «Railway Machinery» («Железнодорожное машиностроение»).

Выбирается ряд паровозов с различными пропорциями и ведутся наблюдения за количествами потребленного топлива и воды при выполненной работе и при каких условиях. Эти результаты сводятся в таблицы таким образом, чтобы показать влияние разницы в конструкции на работу паровоза, после чего определение пропорций частей становится простейшей арифметической операцией. Сведение экспериментов в таблицы и выведение формул из таблиц — простая операция по сравнению с мастерством и тщательностью, требуемыми при наблюдении за работой машины, подверженной стольким возмущениям, как паровоз в быстром движении. Ни у кого не было лучшей возможности для наблюдения, никто не проводил эксперименты с большей тщательностью и не получал результатов, демонстрирующих меньшие расхождения, чем английские инженеры Кларк и Гуч, а также французские и немецкие наблюдатели Ле Шателье и Ноллау.

336. Тремя важнейшими частями паровоза являются площадь колосниковой решетки, поверхность нагрева и цилиндры. Ни два автора по этому вопросу не приходят к одинаковым размерам для выполнения одной и той же работы. Они не просто расходятся во мнениях, а расходятся сильно. Они не могут быть все правы; все, кроме одного, или все должны быть неправы. Американские производители устанавливали размеры своих паровозов, наблюдая за работой построенных машин, не по правилам, выведенным из каких-либо систематических экспериментов, а на основе системы исправления видимых ошибок. Если диаметр дымовой трубы в десять дюймов оказывается слишком мал, а в двадцать — слишком велик, то за правильный принимается пятнадцать.

337. В качестве примера разницы в результатах, получаемых разными авторами, возьмем следующее:

Паровоз для выполнения той же работы должен иметь, согласно:

Zerah Colburn.[6]
Norris.[7]
D. K. Clark.[8]
D. K. Clark.[9]
 

18 × 22
18 × 22
18 × 22
18 × 22
Cylinders.

5
5
5
5
Wheels.

13.00
13.86
14.00
19.60
Grate area.

1114
812
1327
1327
Heating surface.

250
324
134
134
Area of chimney.

4
23
28
28
Area of blast.

59
73

Steam room.

100
73

Water room.

6. Колберн (Colburn), «О паровозе».

7. Норрис (Norris), «Справочник для инженеров-механиков и машинистов паровозов».

8. Д. К. Кларк, «Railway Machinery», расчет для кокса.

9. Д. К. Кларк, «Railway Machinery», расчет для дров.

Исходя из этих цифр, при одинаковой выполняемой работе мистер Кларк дает на сорок процентов большую площадь колосниковой решетки, чем Колберн или Норрис, более слабую тягу и бо́льшую поверхность нагрева. Норрис делает пространство для пара и воды равным, в то время как Колберн делает последнее почти вдвое больше первого. Следует отметить, что Колберн приводит лишь правила, принятые различными строителями, не ручаясь за их правильность, в то время как Норрис излагает свои правила как фиксированные и правильные. Паровозы, использовавшиеся английскими экспериментаторами в своих наблюдениях, варьируются по размерам в следующих широких пределах, откуда проистекает универсальное применение их результатов.

Grate area
9 to
24
square feet.

Fire surface
50 to
100
square feet.

Tube surface
400 to
1,000
square feet.

Whole surface
450 to
1,100
square feet.

Blast orifice
10 to
20
sq. inches, area.

Speed of engine
12 to
20
miles per hour.

338. Результат около шестидесяти экспериментов над сорока пятью различными паровозами (подробно описанный в книге Кларка «Railway Machinery», стр. 156) дает следующую формулу, выражающую соотношения, которые должны существовать между площадью колосниковой решетки, поверхностью нагрева и расходом воды, чтобы испарение осуществлялось наиболее экономичным образом.

S = √ac × 21.2 = surface.

Where S is the heating surface in square feet.

a is the grate area in square feet.

c is the hourly consumption of water in cubic feet.

Отсюда мы выводим значение a или c следующим образом:

a = (S/21.2)2

c = grate area;

and c = (S/21.2)2

a = hourly water consumption.

Максимальное испарение, которое должно осуществляться на квадратный фут колосниковой решетки, найдено мистером Кларком и составляет шестнадцать кубических футов в час. Таким образом, если мы хотим выпаривать 160 кубических футов воды в час, мы должны иметь площадь колосниковой решетки по меньшей мере 160 / 16, или десять квадратных футов.

339. Приведенная выше формула для площади колосниковой решетки дает размеры для топки, сжигающей кокс. Паровозы, сжигающие дрова или уголь, требуют следующей модификации вышесказанного:

Для производства определенного количества тепла необходимо сжечь определенное количество углерода. Поскольку древесина содержит гораздо меньше углерода, чем кокс, необходимо сжигать соответственно больший объем и требуется бо́льшая колосниковая решетка; однако не бо́льшая пропорционально бо́льшему объему топлива, так как мы можем иметь топку для дров глубже, чем для кокса. Относительная глубина горения пропорциональна удельному объему складирования, и если фактическая глубина горения кокса составляет 1,9 фута, то для дров она составит 2,5 фута.

Теперь пусть A — количество фунтов кокса на фут выпаренной воды.

B — количество фунтов угля на фут выпаренной воды.

C — количество фунтов дров на фут выпаренной воды.

Обозначим через d глубину, при которой сжигание кокса наиболее экономично; d' — ту же глубину для угля, а глубину для дров — d". Тогда площадь котельной решетки составит

A

d;

Угольной решетки

B

d′;

И дровяной решетки

C

d″.

Чтобы иметь возможность установить правильную площадь колосниковой решетки для любого топлива, мы должны знать его испарительную способность и глубину слоя в топке. Зная абсолютное значение для кокса, остается лишь получить относительное значение для любого другого топлива. До сих пор мы не принимали во внимание разницу во времени горения дров и кокса. Для производства определенного количества тепла мы сжигаем топливо с определенным химическим эквивалентом; требуется гораздо больший объем дров, чем кокса. Если бы мы сжигали дрова и кокс на одинаковой глубине и за одинаковое время, площади колосниковых решеток были бы пропорциональны объемам топлива для производства одинакового тепла; но, во-первых, мы сжигаем топливо на глубине, пропорциональной экономичному объему складирования, то есть как 2,5 к 1,9, что уменьшает площадь для дров; и, во-вторых, слой кокса глубиной 1,9 фута сгорает за один час, в то время как слой дров глубиной 2,5 фута сгорает за пятнадцать минут; откуда 60 мин., деленные на 15 мин., равны 4 слоям глубиной по 2½ фута каждый, или всего десять футов, что по отношению к объему (равному массе кокса 1 фут в квадрате × 1,9 в высоту), или 1 фут в квадрате на 14 в высоту, дает 14 ÷ 10 = 1,4; или, в конечном итоге, площадь дровяной решетки должна в 1,4 раза превышать площадь решетки для сжигания кокса.

О РАЗМЕРЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДЫМОВОЙ КОРОБКИ.
340. Дымовая коробка представляет собой общее окончание дымогарных труб и место, где создается вакуум, вызывающий тягу. При одинаковом размере котла вакуум прямо пропорционален давлению тяги. Мощность тяги, конечно, зависит от вместимости дымовой коробки. Мистер Кларк устанавливает вместимость выхлопной камеры равной трем кубическим футам на квадратный фут колосниковой решетки. Вакуум в топке колеблется от одной трети до двух третей вакуума в дымовой коробке. Чем меньше сопротивление горячим газам, испытываемое в трубах, тем меньше может быть вакуум. От вакуума зависит количество воздуха, протягиваемого через колосниковую решетку; от объема воздуха, протягиваемого через решетку, зависит горение; от горения зависит испарение. Отсюда испарение при прочих равных условиях (cet. par.) зависит от вакуума в дымовой коробке.

Скорость любой жидкости зависит от приложенной к ней силы (будучи пропорциональной квадратному корню); давление, прикладываемое к газам в топке паровоза, представляет собой вакуум в дымовой коробке; таким образом, горение или скорость испарения пропорциональна квадратному корню этого вакуума. Чтобы удвоить испарение, необходимо вчетверо увеличить вакуум.

ТЯГОВАЯ ТРУБА (КОНУС).
341. Тяговая труба отводит отработанный пар из цилиндра, который выгоняет воздух из дымовой трубы и создает вакуум в дымовой коробке; ее форма должна обеспечивать наиболее свободный выход пара из цилиндра. Площадь тяговой трубы нигде не должна быть меньше выпускного окна, за исключением сужения в верхней части. «Нельзя проявлять слишком большую осторожность, — говорит мистер Кларк, — при установке тяговой трубы концентрично с дымовой трубой; известно, что смещение на полдюйма испортило тягу паровоза». «Площадь отверстия — это самый критический и наиболее важный элемент в конструкции паровоза».

Относительно формы, размеров и влияния этого важного элемента читатель отсылается к «Railway Machinery» («Железнодорожное машиностроение») Кларка.

По мере увеличения площади колосниковой решетки тяга может уменьшаться. Чем больше площадь труб, тем легче может быть тяга; уменьшение вместимости дымовой коробки и диаметра дымовой трубы — всё это позволяет сделать тягу более мягкой.

342. Следующие пропорции заимствованы из труда мистера Кларка. Порядок, в котором различные части паровоза располагаются по важности по отношению к тяге, показан в колонке 1. Цифры показывают соотношения (наилучшие), которые могут быть получены при самых благоприятных обстоятельствах.

Grate area
1

Ferrule area (area of section of tubes at back flue sheet)
⅕

Tube, sectional area
¼

Capacity of smoke box, cubic feet
3

Chimney, height four diameters, area of section
1

15

Blast orifice
1

75

Вакуум в дымовой коробке в некоторой степени регулируется заслонкой, расположенной перед зольным ящиком, клапаном в дымовой трубе или жалюзи, закрывающими передние концы труб.

СЕЧЕНИЕ И ДЛИНА ТРУБ.
343. Сечение труб (в поперечнике) представляет собой пространство, через которое уходят горячие газы. Увеличивая длину или уменьшая диаметр, мы, естественно, требуем более сильной тяги.

Чтобы пар мог выходить по мере своего образования, между трубами должен быть определенный зазор, который мистер Кларк определяет следующим образом:

Разделите количество труб на тридцать, и результатом будет зазор в восьмых долях дюйма; или алгебраически

C = (N/30)

8 = clearance in inches;

Или иначе

C = N

240 = clearance in inches.

ПРОПОРЦИИ ЦИЛИНДРОВ И КОЛЕС.

344. Вышеуказанные пропорции зависят исключительно от характера и объема выполняемой работы, а также от характера дороги. Маленькие колеса и длинный ход применяются для тяжелых поездов и крутых уклонов. Короткий ход и большие колеса — для быстрых поездов и ровных дорог.

Длинный цилиндр имеет определенные преимущества даже при постоянном отношении хода к диаметру колеса. У пара больше времени для расширения; движение механизма происходит медленнее, а хаотические движения паровоза, вызываемые движением возвратно-поступательного механизма, уменьшаются; в то же время центр тяжести поднимается, а колебания увеличиваются.

О ХОДОВОЙ ЧАСТИ.
345. Расположение колес, осей, рессор и сцепного устройства, а также распределение веса паровоза по его различным точкам опоры с целью обеспечения необходимого сцепления и ровного движения по рельсам — вопрос, заслуживающий гораздо большего внимания, чем ему обычно уделяют.

Рама является основой паровоза, к которой должно крепиться абсолютно всё. Поскольку к ней прикреплены как цилиндры, так и колесо, она, разумеется, становится аналогом поршня и шатуна: первые удерживают цилиндр и колесо вместе, в то время как второй отталкивает их друг от друга. Рама должна образовывать жесткое соединение между поршнем и колесом, а ее прочность должна быть достаточной для противостояния всей силе паровоза, прикладываемой попеременно в виде сжатия и растяжения.

Колеса паровоза выполняют три различные задачи и подразделяются следующим образом:

Leading wheels.

Driving wheels.

Trailing wheels.

Задача ведущих колес заключается в передаче мощности паровоза на рельсы, за счет чего создается движение. Задача поддерживающих (передних) колес — направлять паровоз; а задача задних поддерживающих колес — поддерживать заднюю часть паровоза.

Вес на ведущих колесах должен быть достаточным для обеспечения достаточного сцепления. Вес на передних колесах должен быть достаточным для направления паровоза на кривых (он уменьшается по мере того, как их расстояние от центра тяжести становится больше, и увеличивается со скоростью).

Центр тяжести паровоза обычно находится на расстоянии от одной четвертой до одной шестой длины цилиндрической части котла от топки горизонтально вперед и в нижней части цилиндрической части вертикально.

Вес, приходящийся на любую отдельную пару колес, пропорционален их расстоянию от центра тяжести; изменяя их положение, мы изменяем приложенный вес.

База по ребордам должна увеличиваться по мере того, как паровоз становится тяжелее, если он применяется для быстрых поездов, так как требуется больший рычаг, чтобы удерживать его на рельсах. Тяжелые товарные паровозы с четырьмя или пятью парами колес и без бегунковой тележки очень сильно изнашивают рельсы и испытывают сильные напряжения. Мы должны делать колеса таких паровозов очень маленькими и расположенными близко друг к другу, чтобы сократить базу по ребордам.

10. Колесная база — горизонтальное расстояние между центрами крайних колес. База по ребордам — горизонтальное расстояние между центрами крайних фиксированных колес с ребордами.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА.

346. Предположим, что общая нагрузка на колеса составляет 60 000 фунтов. Если центр тяжести находится посередине между колесами (имеются две пары), каждое из них будет поддерживать по 30 000 фунтов. Если центр тяжести в два раза ближе к одной оси, чем к другой, то дальняя ось будет поддерживать 20 000 фунтов, а ближняя — 60 000 – 20 000, то есть 40 000 фунтов.

Предположим, что паровоз имеет шесть точек опоры, или три точки на боковом виде (обычные четыре ведущих колеса и тележка). Пусть центр тяжести находится на один фут позади средней оси, а расстояния между центрами колес составляют восемь футов.

Поскольку вес на средней оси равен H, вес на задней оси равен H/7, так как эта ось находится в семь раз дальше от центра тяжести, чем средняя, и по той же причине вес на передней оси равен H/9.

Now H + H

7 + H

9 = 60,000 lbs.

Whence H = 47,976 lbs.

Also, H

7 = 6,853 lbs.

And H

9 = 5,331 lbs.

И те же законы (см. статью «Рычаг» в любом труде по механике) применимы к любому расположению колес и к любому положению центра тяжести.

Рессоры применяются для поглощения толчков, получаемых колесами от неровностей поверхности рельсов. Они должны быть одинаковой жесткости с обеих сторон паровоза, иначе возникнут боковые качания.

Когда, как это обычно бывает, рессоры соединены балансирами, их жесткость пропорциональна нагрузке на них, а плечи соединительного рычага (балансира) должны быть обратно пропорциональны приложенным весам. Толчок, полученный одним колесом, через балансир передается всем четырем (или даже большему количеству, если таковые имеются). Рессоры тележки некоторых конструкторов также соединены выравнивающим рычагом.

По мнению мистера Кларка, на одну ось никогда не следует нагружать более двенадцати тонн; откуда паровозы, требующие тягового усилия в двенадцать тонн и менее, могут иметь форму, показанную на рис. 151; от двенадцати до двадцати четырех тонн — форму рис. 152; а свыше — формы рис. 153, 154 и 155.

Рис. 151.

Вес на передних колесах быстроходных пассажирских паровозов должен составлять до одной пятой части всего веса. На товарных паровозах он может составлять не более одной шестой.

Рис. 152.

Линия тяги паровоза должна находиться как можно ближе к той же вертикальной высоте, что и центры ведущих колес. Если она значительно ниже этого уровня, нагрузка будет стремиться приподнять паровоз с передних колес, используя ведущие колеса в качестве точки опоры, тем самым увеличивая сцепление и уменьшая нагрузку на переднюю часть.

Рис. 153.

Если тяговый брус (дышло) находится выше центров колес, это будет стремиться приподнять заднюю часть паровоза с рельсов.

Рис. 154.

Общие формы паровозов, используемых в Америке, показаны на рис. 151, 152, 153, 154 и 155.

Рис. 155.

На рис. 151 изображен экспрессный пассажирский паровоз.

На рис. 152 изображен обычный пассажирский, почтовый и смешанный паровоз.

На рис. 153 изображен тяжелый товарный паровоз.

У нас также есть паровозы с тремя, четырьмя и пятью парами малых колес без бегунковой тележки, предназначенные для тяжелых уклонов и больших объемов работы.

О ХАРАКТЕРИСТИКЕ ХАОТИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ.
347. Хаотические движения движущегося паровоза обусловлены тремя отдельными причинами.

To the motion of the machinery.

To the arrangement of the frame and wheels.

To the state of the surface of the rails.

Движения, вызванные работой механизма, заключаются в следующем: Продольное движение вперед и назад, порождаемое возвратно-поступательным движением штока поршня, крейцкопфа, шатуна и кривошипа; его величина зависит от массы движущихся частей, давления пара и скорости движения. Галопирование (продольная качка) паровоза, возникающее из-за наклонного действия крейцкопфов на направляющие, которое стремится приподнять переднюю часть паровоза с рельсов; величина этого движения зависит от отношения между ходом и длиной шатуна. Поперечное качание, возникающее из-за разницы во времени действия крейцкопфов, один из которых действует с наибольшей вертикальной силой, когда противоположный не действует вовсе. Колебание в плане вокруг центра тяжести паровоза, производимое давлением между поршнем и пальцем кривошипа, а также моментом инерции возвратно-поступательного механизма. Последнее движение в сочетании с поперечным качанием порождает волнообразное или спиральное движение.

Величина этих различных неровностей хода в значительной степени зависит от конструкции ходовой части, то есть от расположения колес; она уменьшается по мере того, как база, охватываемая точками опоры, становится больше.

Влияние состояния рельсов проявляется в вертикальных и боковых толчках, возникающих от стыков рельсов и от плохой регулировки, как по горизонтали, так и по вертикали.

Величина этих неровностей очень быстро увеличивается со скоростью. Эксперименты Ле Шателье показывают, что они возрастают почти пропорционально квадрату скорости.

Продольное движение вперед и назад почти полностью уравновешивается применением противовеса на колесе, противоположного точке, к которой прикреплен шатун. Средством против галопирования является размещение направляющих брусьев под наиболее тяжелой частью паровоза, благодаря чему большая масса противодействует вертикальному действию крейцкопфов. Паровоз Крамптона практически свободен от этого возмущения, так как направляющие брусья находятся почти непосредственно под центром тяжести.

Единственным противодействующим усилием (средством это не назовем) против волнообразного движения, применяемым до сих пор, является увеличение колесной базы и базы по ребордам, что дает направляющим колесам бо́льший контроль над массой паровоза.

Однако средством, которое применяется сразу против всех хаотических движений, является снижение скорости, так как при уменьшении скорости вдвое мы уменьшаем возмущения почти в четыре раза.

ОБЗОР ФОРМУЛ И СОСТАВЛЕНИЕ ТАБЛИЦ.

No. 1.

348. Даны вес и скорость поезда, требуется найти необходимое тяговое усилие на горизонтальном участке.

Formula.

W × R,

где W — вес поезда в тоннах, а R — сопротивление в фунтах на тонну, найденное по формуле

V2

171 + 8 = R.

По этой формуле составлена таблица 1, дающая тяговое усилие, необходимое для перемещения поездов весом от пятидесяти до одной тысячи тонн со скоростью от десяти до ста миль в час.

No. 2.

349. Найти тяговое усилие, обусловленное уклоном.

Formula.

W × R

L,

где W — вес поезда в тоннах, R — подъем, а L — длина подъема. По этому правилу составлена таблица 2, дающая тяговое усилие, необходимое для преодоления уклонов от десяти до ста футов на милю, с грузами от одной до одной тысячи тонн.

Для получения полного требуемого тягового усилия сложите величины, взятые из таблиц 1 и 2; так, тяговое усилие, необходимое для буксировки пятисот тонн со скоростью двадцать миль в час на подъемах в пятьдесят футов, составляет,

By table 1,
5,170
lbs.

By table 2,
10,605
lbs.

 

 

In all,
15,775
lbs.

или, алгебраически,

(W × R) + (WR

L) = T,

буквы обозначают те же величины, что и выше.

No. 3.

350. Найти вес, приходящийся на ведущие колеса.

Formula.

6T,

где T — полная сила тяги. (Таблица 3.)

Nos. 4 and 5.

Сила тяги паровоза выражается формулой

T = (2A)P × 2S

C,

Where T is the tractive power.

P, steam pressure in lbs. per square inch.

S, stroke in inches.

C, circumference of wheel in inches.

A, area of one piston in inches.

Из этой формулы мы получаем значения различных факторов следующим образом:

The steam pressure, or P = TC

(2A)2S.
(A.)

 

The stroke, or S = CT

(2A)(2P).
(B.)

 

The piston area, or A = TC

4SP.
(C.)

 

The wheel circumference, or C = 2A × P × 2S

T.
(D.)

А из формулы (C) мы получаем диаметр цилиндра с помощью следующего выражения:

d = √(area

.7854).

И точно так же из формулы (D) получаем диаметр колеса с помощью

d = c

3.1416.

(См. таблицы 4 и 5.)

No. 7.

351. Найти рабочее объемы цилиндров любых размеров.

Formula.

D2 × .7854 × Stroke

1728.

Это дает рабочий объем в кубических футах. Размеры выше (см. D и S) приведены в дюймах. (Таблица 7.)

No. 6.

352. Найти почасовое потребление пара в терминах объема одного цилиндра (то есть количество заполнений цилиндра в час).

Formula.

N5280

c × 4,

где N — количество миль в час, c — окружность колеса. (Таблица 6.)

No. 8.

353. Зная почасовое потребление пара, перевести его в воду.

Formula.

B

N,

где B — объем пара в кубических футах, а N — относительный объем пара и воды. (Значения N приведены в таблице 8.)

No. 9.

354. Зная почасовое потребление воды, найти площадь колосниковой решетки и поверхность нагрева.

First, Cubic feet of water per hour

16 = grate area in square ft.

Second, S = √ac × 21.2 = heating surface,

где a — площадь колосниковой решетки, а c — почасовое потребление воды в кубических футах.

Из той же формулы

Площадь колосниковой решетки, или

a = (S/21.2)2

c

А также потребление воды, или

c = (S/21.2)2

a

(См. таблицу 9.)

No. 10.

355. Найти необходимое количество труб для обеспечения любой величины поверхности нагрева.

Formula.

N = S

Ldπ,

где N — количество, S — требуемая поверхность, L — длина, d — диаметр, оба в футах, и π = 3,1416. (См. таблицу 10.)

No. 11.

356. Найти среднее давление в цилиндре для любого процента впуска.

Formula.

13.5√a – 28,

где a — процент впуска. (См. таблицу 11.)

Что касается внутреннего устройства цилиндрической части котла, то мы, разумеется, должны сделать длину труб равной длине цилиндрической части (то есть в общей схеме котла некоторые производители сдвигали заднюю трубную решетку вперед). Длина труб, конечно, будет равна расстоянию между трубными решетками. Количество их определяется их диаметром и надлежащим зазором, который находится по формуле

N

|30|

8 in eighths of inches, or N

240 inches.

Верхние пятнадцать-восемнадцать дюймов цилиндрической части котла должны быть оставлены под паровое пространстве.

О ДИАМЕТРЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КОТЛА.
357. Чтобы найти диаметр цилиндрической части котла, способной вместить заданное количество труб,

Represent the inside diameter of boiler by
D,

Diameter of one tube
d,

Clearance between tubes
c,

Number of tubes
n,

Sectional area of boiler, in inches
A,

Water section, in inches
B,

мы получим в качестве площади водяного пространства на одну трубку

(d + c)2,

и общую площадь водяного пространства

(d + c)2 × n,

общее сечение цилиндрической части

A

B[(d + c)2n],

и диаметр этого сечения

D = √([(d + c)2n]A/B

.7854)

который представляет собой диаметр котла в дюймах, к которому следует прибавить D/16 с каждой стороны, или в общей сложности D/8 в качестве пространства, оставляемого между стенками котла и первой трубой.

Максимальный предел диаметра определяется колеей за вычетом двух полуширин бандажа и двух или трех дюймов припуска на крепление к раме и прочие конструктивные детали. Длина должна быть достаточной для того, чтобы вынести передние колеса на достаточное расстояние от центра тяжести паровоза.

ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ПАРОВОЗА К ДВИЖЕНИЮ ПОЕЗДОВ.

358. Во-первых, что касается характера перевозок.

Существуют определенные неизбежные причины плохого применения мощности на железных дорогах; например, когда поезда в одном направлении значительно тяжелее, чем в другом, поскольку мы вынуждены использовать один и тот же паровоз в обоих направлениях, так как по прибытии на один конец дороги он должен вернуться, чтобы отправиться снова. Там, где движение требует работы преимущественно на подъем, мы используем паровоз, гораздо более тяжелый для преодоления подъема с грузом, чем это необходимо для спуска без груза. Различные объекты перевозок требуют разной скорости. Скоропортящиеся грузы, такие как лед, говядина, свинина, скот и т. д., требуют доставки за гораздо меньшее время, чем зерно, пиломатериалы, мука, уголь и промышленные изделия. Как правило, разница в характеристиках товарных паровозов с точки зрения характера перевозок может быть адаптирована только с учетом объема, без учета специфики.

Однако в пассажирских перевозках используется большое разнообразие скоростей, и следовательно, может быть бо́льшая разница в пропорциях паровозов, зависящая исключительно от характера движения.

ПРИСПОСОБЛЕНИЕ С УЧЕТОМ ФИЗИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА ДОРОГИ.

Наилучшее приспособление мощности паровозов к любой системе уклонов было бы таким, при котором пробег сводился бы к минимуму; и это достигается по возможности за счет применения паровозов, мощность которых пропорциональна преодолеваемому сопротивлению. Лучший способ сравнения различных вариантов применения мощности заключается в приведении уклонов к горизонтальному участку или в приведении к эквиваленту уклонов посредством пропускной способности силовой установки.

Это делается следующим образом:

The length of an incline being
L,

The resistance on a level being
R,

The ratio of the resistance due to the grade to the resistance on a level by
r,

The equivalent horizontal length by
L′,

и мы получим

(R + r)L = L′.

Пример. Пусть длина уклона составляет семьдесят пять миль; значение

r = R

3;

и мы имеем

(3

3R+R

3)L = (4R

3)75 = 100 miles.

Сравним теперь пробег некоторых крупных дорог Америки, определяемый хорошим, а также плохим приспособлением мощности.

Массачусетскую западную железную дорогу можно разделить на четыре участка, указанных ниже (включая дорогу от Бостона до Вустера).

Length miles.
Maximum grade.

Boston to Worcester,
44
30

Worcester to Springfield,
54½
50

Springfield to Pittsfield,
52
83

Pittsfield to Albany,
49½
45

Предположим, что скорость товарных поездов составляет пятнадцать миль в час, сопротивление на горизонтальном участке будет составлять 9,3 фунта, или для простоты примем его равным десяти фунтам на тонну.

The resistance due to a
30 feet grade is
13
lbs. per ton.

The resistance due to a
50 feet grade is
21
lbs. per ton.

The resistance due to a
83 feet grade is
35
lbs. per ton.

The resistance due to a
45 feet grade is
19
lbs. per ton.

And the value of r for a
30 feet grade is
13

10
lbs. per ton.

And the value of r for a
50 feet grade is
21

10
lbs. per ton.

And the value of r for a
83 feet grade is
35

10
lbs. per ton.

And the value of r for a
45 feet grade is
19

10
lbs. per ton.

И относительная длина различных участков составит

Boston to Worcester,
10

10 + 13

10 =
23

10 of
44
=
101

Worcester to Springfield,
 
31

10 of
54½
=
169

Springfield to Pittsfield,
 
45

10 of
52
=
234

Pittsfield to Albany,
 
29

10 of
49½
=
144

 
 
 

 

And the sums,
 
 
200
 
648

причем приведенное расстояние в 3¼ раза превышает фактическую длину. Эта длина предполагает, что сопротивление на различных участках на всем их протяжении равно сопротивлению, создаваемому их максимальным уклоном. Это может показаться ошибочным, но правильность такого подхода станет очевидной, если вспомнить, что наибольший груз, который можно провести через любой участок, ограничивается его максимальным уклоном.

Теперь предположим, что используемый паровоз имеет следующие размеры (как это и есть на самом деле).

Cylinders
16 × 20 inches,

Wheels
54 inches.

Assume the cylinder pressure 110 lbs., and the tractive
power of the engine is 5,287 lbs.

A load of 500 tons, upon a 30 feet grade, requires a traction of
11,500 lbs.

Upon a 50 feet grade,
15,500 lbs.

Upon an 83 feet grade,
22,500 lbs.

Upon a 45 feet grade,
14,500 lbs.

To move the above load from Boston to Worcester we should require
2 engines,

From Worcester to Springfield,
3 engines,

From Springfield to Pittsfield,
5 engines,

From Pittsfield to Albany,
3 engines,

И произведения количества паровозов на длины соответствующих участков составляют

Boston to Worcester,
44
×
2
=
88

Worcester to Springfield,
54½
×
3
=
163½

Springfield to Pittsfield,
52
×
5
=
260

Pittsfield to Albany,
49½
×
3
=
148½

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
660

Предположим, что за счет того, что паровозы на различных участках сделаны мощными пропорционально сопротивлению этих участков, один паровоз способен везти весь груз по всем уклонам. Пробег становится следующим:

Boston to Worcester,
44
× 1 =
44
 

Worcester to Springfield,
54½
× 1 =
54½
 

Springfield to Pittsfield,
52
× 1 =
52
 

Pittsfield to Albany,
49½
× 1 =
49½
 

 
 
 

 

 
 
 
200
miles.

 

The mileage before was
 
 
660
miles,

And the saving therefore
 
 
400
miles.

или около 70 процентов от первоначального пробега.

359. Из недавнего отчета Нью-Йоркской и Эриенской железной дороги следует, что та же мощность потянет

28 tons on the Western division,

80 tons on the Susquehanna division,

85 tons on the Delaware division,

and 20 tons on the Eastern division,

не считая помощи, требуемой на участке от Саскуэханны до Депозита. В следующей таблице приведены фактические длины различных участков и суммы произведений трех длин как на относительное, так и на равномерное сопротивление на каждом из них.

Division.
Length.
Miles run by an engine not adapted.
Miles run by an engine adapted.
Difference.
 

Western,
128
128 × 3.04
128 × 1.0
261.12
 

Susquehanna,
139
139 × 1.06
139 × 1.0
8.35
 

Delaware,
104
104 × 1.00
104 × 1.0
0.00
 

Eastern,
88
88 × 4.25
88 × 1.0
286.00
 

 
 
 
 

 

Sum of differences,
555.47
miles,

то есть мили, пройденные паровозами, приспособленными к работе на различных участках, будут на 555,47 миль меньше миль, пройденных неприспособленными паровозами. (См. Приложение F.)

ПЕНСИЛЬВАНСКАЯ ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА.
360. Физические характеристики этой дороги следующие:—

Length.
Max. grades.

Philadelphia to Harrisburg,
106
45

Harrisburg to Altoona,
131
21

Altoona to Johnstown,
48½
92

Johnstown to Pittsburgh,
78½
53

Значение r будет здесь

45 feet grades,
19

10

21 feet grades,
9

10

92 feet grades,
39

10

53 feet grades,
25

10

Отсюда уравнение,

 
106
×
(10

10 + 19

10)
=
307

 
131
×
(10

10 + 9

10)
=
249

 
42½
×
(10

10 + 39

10)
=
208

 
78½
×
(10

10 + 25

10)
=
275

 

 
 
 

Sum,
358
 
Sum,
1039

and 1039 – 358 = 681.

361. На Балтиморской и Огайской железной дороге мы имеем,

Miles.
Max. grade.

Baltimore to Harper’s Ferry,
80
82

Harper’s Ferry to Cumberland,
98
40

Cumberland to Raccoon,
88.2
116

Raccoon to 148⅔ miles,
60.5
40

148⅔ miles to Wheeling,
51.3
80

И как прежде,

80   × (10

10 + 35

10) = 360

98   × (10

10 + 17

10) = 265

88.2 × (10

10 + 49

10) = 520

60.5 × (10

10 + 17

10) = 163

51.3 × (10

10 + 35

10) = 231

Sum of Col. 1 = 378, Sum of Col. 3 = 1539; difference 1161.

Таким образом, благодаря наилучшему приспособлению мощности на вышеупомянутых железных дорогах можно сэкономить следующие проценты пробега.

Massachusetts Western,
70

New York and Erie,
55½

Pennsylvania Central,
68

Baltimore and Ohio,
75

Из этих дорог Балтиморская и Огайская фактически обладает наилучшим приспособлением, а Западная дорога Массачусетса — наихудшим.

362. Чтобы определить по таблицам фактические размеры паровозов, которые должны использоваться на любой дороге, поступайте следующим образом:—Пусть нагрузка составляет сто тонн, максимальный уклон — тридцать футов на милю, а скорость — двадцать пять миль в час.

Обращаясь к таблицам последовательно, получаем,

By table 1, Traction for 100 tons, on a level, at 25 miles per hour,
1,550
lbs.

By table 2, Traction for 100 tons, on a 30 feet grade,
1,273
lbs.

 

 

Whole traction required,
2,823
lbs.

По формуле (таблица 3) нагрузка на ведущие колеса должна составлять

2823 × 6 = 16938 lbs., or 8 tons.

По таблице 4 для колеса диаметром пять футов и хода поршня двадцать дюймов мы получаем десятичную дробь 0,2122.

По таблице 5 при среднем давлении в цилиндре шестьдесят фунтов на дюйм и диаметре поршня двенадцать дюймов мы получаем общее давление

On both pistons,
13,572 lbs.

And finally, 13572 × .2122 =
2,880 lbs.

The requirement being
2,823 lbs.

By table 6, we see that five feet wheels at twenty-five
miles per hour, use 33,600 cylinders of steam per hour.

По таблице 7 вместимость цилиндра 12 × 20 составляет 1,31 кубического фута; кроме того, 33600 × 1,31 = 44016 кубических футов пара в час.

Принимая среднее давление в цилиндре равным шестидесяти фунтам, давление на входе — восьмидесяти фунтам, а потери при проходе из котла — двадцати фунтам, мы должны генерировать пар под давлением сто фунтов на квадратный дюйм.

Из таблицы 8 видно, что при производстве пара под давлением сто фунтов на дюйм каждый кубический фут воды дает 293 кубических фута пара; откуда

44016

293 = 150,

представляет собой количество кубических футов воды, испаряемой в час. При расходе шестнадцати кубических футов воды в час на квадратный фут колосниковой решетки нам требуется

15.0

16 or 9.4 feet, nearly;

и по таблице 9 мы находим, что поверхность нагрева, необходимая для испарения 150 кубических футов воды в час при площади колосниковой решетки девять квадратных футов, составляет 779 квадратных футов; а по формуле для 9,4 квадратных фута мы получаем,

S = √9.4 × 150 × 21.2 = 797 square feet,

топливо — кокс; для дров умножьте площадь колосниковой решетки (как упоминалось ранее) на 1,4, и площадь колосниковой решетки составит 1,4 × 9,4 = 13,16. Поверхность труб, разумеется, остается прежней, так как при выделении необходимого количества тепла той же самой поверхности вполне достаточно для передачи его воде.

Чтобы получить 779 квадратных футов поверхности нагрева, мы видим из таблицы 10, что она обеспечивается

 
100 tubes
17
feet long and
1¾
inch diameter,

or
100 tubes
16
feet long and
1⅞
inch diameter,

or
100 tubes
15
feet long and
2
inch diameter,

or
100 tubes
14
feet long and
2⅛
inch diameter,

or
100 tubes
12½
feet long and
2⅜
inch diameter,

or
100 tubes
12
feet long and
2½
inch diameter,

или, обращаясь к таблице и имея заданные количество и длину, количество и диаметр либо длину и диаметр, мы можем легко найти третий фактор поверхности. Так, при длине одиннадцать футов и диаметре два дюйма 779 футов получается при

779

11 × 3.1416 × 167 = 135 tubes.

Чтобы получить диаметр цилиндрической части котла, вмещающей 135 двухдюймовых труб, мы используем формулу

D = √(A/B[n(d+c)2]

.7854).

Мы уже нашли d = 2 дюйма, n = 135, откуда c по формуле составит,

c = N

240 = 0.54,

и

d + c = 2.54,

а также,

(d + c)2 = 6.45,

и

135 × 6.45 = 871+;

и, допуская, что три четверти поперечного сечения котла заполнены трубами, мы получаем,

4

3 of 871 = 1161;

а также,

1161

.7854 = 1478,

квадратный корень из которого равен примерно 38,5, к чему прибавляем 38,5 / 8, или 4,8 дюйма (см. стр. 359), и получаем

38.5 + 4.8 = 43.3 inches,

в качестве внутреннего диаметра котла, откуда следует следующий паровоз, удовлетворяющий заявленному требованию.

Weight upon driving wheels,
16,938 lbs.,

Cylinders,
12 × 12 inches,

Wheels,
5 feet,

Tubes,
135—11 feet × 2 inches,

Grate,
13.16 square feet,

Barrel, (inside diameter,)
43.3 inches,

и при самых благоприятных обстоятельствах дымовая труба может иметь высоту 40 дюймов и диаметр 12,7 дюйма; выхлопное сопло — диаметр 5,8 дюйма; а вместимость дымовой коробки — 39½ кубических футов.

363. Мы можем изменять тяговое усилие паровоза, используя пар с большей или меньшей степенью расширения, но сцепление остается прежним. Если бы был построен паровоз, способный работать на дороге, частично ровной, а частично с крутыми уклонами, изменяя мощность просто за счет изменения расширения, он был бы излишне тяжелым для легких участков дороги. Принцип расширения может с выгодой применяться для регулирования мощности в соответствии с разницей сопротивлений на любом отдельном участке дороги, а также в соответствии с меняющейся нагрузкой, которую представляет собой ежедневное движение.

Предположим, мы хотим перевезти груз в двести тонн по указанной ниже дороге; и предположим также, что нам требуются давления в цилиндрах, указанные напротив различных участков.

10 miles, level,
60 lbs.,

10 miles, 10 feet per mile,
80 lbs.,

10 miles, 20 feet per mile,
100 lbs.,

10 miles, 30 feet per mile,
120 lbs. 

При давлении в котле 150 фунтов и давлении на входе в цилиндр 145 фунтов,

An admission of 71 per cent. gives a mean pressure of 120 lbs.,

An admission of 55 per cent. gives a mean pressure of 100 lbs.,

An admission of 40 per cent. gives a mean pressure of 80 lbs.,

An admission of 28 per cent. gives a mean pressure of 60 lbs.,

And if the 1st notch of the sector admits, 75 per cent,

And if the 2d notch of the sector admits, 70 per cent,

And if the 3d notch of the sector admits, 65 per cent,

And if the 4th notch of the sector admits, 60 per cent,

And if the 5th notch of the sector admits, 55 per cent,

And if the 6th notch of the sector admits, 50 per cent,

And if the 7th notch of the sector admits, 45 per cent,

And if the 8th notch of the sector admits, 40 per cent,

And if the 9th notch of the sector admits, 35 per cent,

And if the 10th notch of the sector admits, 30 per cent.

Мы должны работать на паровозе следующим образом:—

From 0 to 10 miles, use the 10th notch,

From 10 to 20 miles, use the 8th notch,

From 20 to 30 miles, use the 5th notch,

From 30 to 40 miles, use the 2d notch,

APPLICATION OF LOCOMOTIVE ENGINES TO RAILROADS.

364. Department 1. Freight.

ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ.

Number of division.
Maximum grades.
Designation of parts.
Order 1

50 tons.
Order 2

100 tons.
Order 3

250 tons.
Order 4

500 tons.
Order 5

750 tons.
Order 6

1,000 tons.

1
Level.
Grate area.

Tube surface.

Cylinders.

Wheels.

Weight.
 
 
 
 
 
 

2
10 feet per mile.
 
 
 
 
 
 

3
20 feet per mile.
 
 
 
 
 
 

4
40 feet per mile.
 
 
 
 
 
 

5
60 feet per mile.
 
 
 
 
 
 

6
80 feet per mile.
 
 
 
 
 
 

7
100 feet per mile.
 
 
 
 
 
 

Скорость принимается от двенадцати до пятнадцати миль в час. Среднее давление в цилиндре принимается равным шестидесяти фунтам на квадратный дюйм; начальное давление — девяноста фунтам, а давление в котле — 120 фунтам на квадратный дюйм. Площади колосниковых решеток рассчитаны на кокс; для дров умножьте их на 1,4.

365. Отдел 2. Пассажирский.

Classification.
Order 1

50 tons.
Order 2

100 tons.
Order 3

150 tons.
Order 4

200 tons.
Designation of parts.

Division 1 Level.
25 miles per hour.
 
 
 
 
Grate area.

Tube surface.

Cylinders.

Wheels.

Weight.

Division 2 20′ grades.
25 miles per hour.
 
 
 
 

Division 3 40′ grades.
25 miles per hour.
 
 
 
 

Division 4 60′ grades.
25 miles per hour.
 
 
 
 

Division 5 80′ grades.
25 miles per hour.
 
 
 
 

Division 6 100′ grades.
25 miles per hour.
 
 
 
 

Паровозам в северных штатах зимой требуется больше мощности, чем летом.

К вышеуказанной классификации можно было бы добавить паровоз для «формирования поездов» и аналогичной маневровой работы; такой паровоз должен быть способен легко сдвигать с места предельные веса поездов от пятидесяти до одной тысячи тонн и быть оснащен возможностью изменения своего сцепления.

FORMULA.

W × [V2

171 + 8] = R.

Example.

Скорость составляет тридцать миль в час, а нагрузка — 250 тонн.

R will be [(30 × 30)

171 + 8] × 250 = 3315 lbs.

366. Таблица 1. Показывает необходимое тяговое усилие на горизонтальном участке для нагрузок от пятидесяти до одной тысячи тонн и для скоростей от десяти до ста миль в час.

Velocity.
50 Tons.
75 Tons.
100 Tons.
250 Tons.
500 Tons.
750 Tons.
1000 Tons.

10
429
643
858
2146
4292
6435
8585

12
442
663
884
2210
4421
6630
8842

15
465
698
931
2328
4657
6982
9315

20
517
773
1034
2585
5170
7735
 

25
582
874
1165
2912
5825
 
 

30
663
994
1326
3315
6630
 
 

40
868
1302
1736
4340
 
 
 

50
1131
1696
2262
5655
 
 
 

60
1452
2180
2905
 
 
 
 

100
3324
4986
6648
 
 
 
 

FORMULA.

WR

L.

Example.

Тяговое усилие для преодоления сопротивления 750 тонн на уклоне в шестьдесят футов составляет

750 × 60

5280 = 19050.

367. Таблица 2. Показывает тяговое усилие, необходимое для преодоления уклонов от десяти до ста футов на милю с нагрузками от одной до одной тысячи тонн.

Grade.
1 Ton.
50 Tons.
75 Tons.
100 Tons.
250 Tons.
500 Tons.
750 Tons.
1000 Tons.
Grade.

10
4
212
318
424
1061
2121
3181
4240
10

20
8
424
636
848
2122
4242
6362
8480
20

30
13
636
955
1273
3170
6363
9545
12730
30

40
16
848
1272
1696
4244
8484
12724
16960
40

50
20
1060
1590
2120
5305
10605
15905
21200
50

60
26
1272
1910
2546
6340
12726
19050
25460
60

70
30
1500
2240
3000
7500
15000
22400
30000
70

80
33
1697
2545
3393
8489
16969
25459
33950
80

100
40
2120
3180
4240
10610
21210
31810
42400
100

Grade.
1 Ton.
50 Tons.
75 Tons.
100 Tons.
250 Tons.
500 Tons.
750 Tons.
1000 Tons.
Grade.

FORMULA.

6T.

Example.

Required traction 5,000 lbs.; upon driving axles the
weight is 5000 × 6 = 30,000 lbs.

368. Таблица 3. Содержит вес, который следует разместить на ведущих осях для обеспечения любого значения сцепления; последнее составляет одну шестую часть веса.

Required traction.
Weight in pounds.
Weight in tons.

500
3000
1.34

1000
6000
2.69

2000
12000
5.36

3000
18000
8.04

4000
24000
10.80

5000
30000
13.40

6000
36000
16.07

7000
42000
18.75

8000
48000
21.43

9000
54000
24.11

10000
60000
26.80

12000
72000
32.14

14000
84000
37.50

16000
96000
42.86

18000
108000
48.22

20000
120000
53.60

FORMULA.

2S

c.

Where S = stroke.

c = circumference of wheel, (both in inches.)

Example.

Пусть ход поршня составляет двадцать дюймов, а диаметр колеса — пять футов, отношение будет следующим:

40

188.4 = 0.2122.

369. Таблица десятичных дробей, которые при умножении на общее давление поршней (таблица 5) дают тяговое усилие в фунтах, или отношение между двойным ходом и окружностью колеса. Таблица 4.

Wheel.
STROKE IN INCHES.
Wheel.

18
20
22
24
26
28
30
32
34
36

3½
2728
3031
3334
3638
 
 
 
 
 
 
3½

3¾
2553
2837
3120
3404
3688
 
 
 
 
 
3¾

4
2386
2652
2918
3182
3444
3708
 
 
 
 
4

4¼
2250
2500
2750
3000
3250
3500
3750
 
 
 
4¼

4½
2151
2390
2593
2830
3071
3294
3529
3764
 
 
4½

4¾
2012
2235
2459
2682
2905
3129
3352
3575
3800
 
4¾

5
1910
2122
2334
2546
2766
2979
3192
3405
3617
3830
5

5½
1736
1929
2122
2315
2500
2692
2885
3077
3273
3473
5½

6
1591
1768
1945
2122
2321
2500
2678
2857
3036
3215
6

6½
1468
1632
1796
1958
2131
2295
2459
2623
2790
2951
6½

7
1364
1516
1667
1819
1970
2121
2273
2424
2576
2727
7

7½
1272
1414
1556
1691
1831
1972
2114
2254
2394
2535
7½

8
1194
1326
1417
1592
1688
1818
1948
2078
2208
2337
8

Wheel.
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
Wheel.

STROKE IN INCHES.

FORMULA.

2(d2 .7854 × p) = P.

Where d = diameter.

p = pressure per inch.

Example.

Полное давление при ста фунтах на дюйм на два шестнадцатидюймовых поршня составит

2[16 × 16 × 0.7854 × 100] = 40212.

370. Таблица 5. Общие давления на поршни диаметром от десяти до двадцати четырех дюймов и для давлений пара от пятидесяти до ста пятидесяти фунтов на квадратный дюйм.

Diam. of cyl’r.
Area of one Piston.
WHOLE PISTON PRESSURE ON BOTH PISTONS, AT A PER INCH PRESSURE OF
Diam. of cyl’r.

50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150

10
78.5
7950
9420
10990
12560
14130
15700
17270
18840
20410
21980
23550
10

11
95.0
9500
11400
13300
15200
17100
19000
20900
22800
24700
26600
28500
11

12
113.1
11310
13572
15834
18096
20358
22620
24882
27144
29406
31768
33930
12

13
132.7
13270
15924
18564
21232
23906
26540
29194
31848
34502
37156
39810
13

14
153.9
15390
18468
21546
24624
27702
30780
33858
36756
40014
43092
46170
14

15
176.7
17670
21204
24738
28272
31806
35340
38874
42408
55942
49476
53010
15

16
201.1
20110
24132
28154
32176
36198
40220
44242
48264
52062
56308
60330
16

17
227.0
22700
27240
31780
36320
40860
45400
49940
54480
59020
63560
68100
17

18
254.5
25450
30540
35630
40720
45810
50900
55990
61080
66170
71260
76350
18

19
283.5
28350
34020
39690
45360
51030
56700
62370
68040
73710
79380
85050
19

20
314.2
31420
37704
43988
50272
56556
62840
69124
75408
81692
87976
95260
20

21
346.4
34640
41568
48496
55424
62352
69380
76208
83136
90064
96992
103920
21

22
380.1
38010
45612
53214
60816
68418
77020
83622
91224
98826
106428
114030
22

23
415.5
41550
49860
58170
66480
74790
83100
91410
99720
108030
116340
124650
23

24
452.4
45240
54288
63336
72384
81432
90480
99528
108576
117626
126672
135720
24

FORMULA.

N = 5280

c × 4.

Where N = the number.

c = wheel circumference.

Example.

Скорость двадцать пять миль в час, колеса четыре с половиной фута, количество ходов цилиндров в час составляет

25 × 5280

4 × 3.1416 × 4 = 37348

371. Таблица 6. Показывает часовой расход пара в долях вместимости одного цилиндра при диаметре колес от трех с половиной до восьми футов и скоростях от десяти до шестидесяти миль в час.

Wheel.
Wheel in inches.
Revolutions per mile.
NUMBER OF CYLINDERS PER HOUR AT A VELOCITY OF

10
12
15
20
25
30
40
50
60

3½
42
480
19200
23040
 
 
 
 
 
 
 

3¾
45
449
17960
21552
26940
 
 
 
 
 
 

4
48
421
16840
20208
25260
33681
 
 
 
 
 

4¼
51
397
15880
19056
23820
31760
39700
 
 
 
 

4½
54
373
14920
17904
22380
29840
37300
 
 
 
 

4¾
57
361
14440
17328
21660
28880
36100
 
 
 
 

5
60
336
 
 
20160
26880
33600
 
 
 
 

5½
66
306
 
 
18360
24480
30600
36720
 
 
 

6
72
281
 
 
 
22480
28100
33720
44960
 
 

6½
78
259
 
 
 
20720
25900
31080
41440
51800
62160

7
84
240
 
 
 
19200
24000
28800
38400
48000
57600

7⅛
90
224
 
 
 
 
22400
26880
35840
44800
53760

8
96
211
 
 
 
 
21109
25320
33760
42200
50640

FORMULA.

D2 × .7854 × Stroke

1728 = C.

Example.

Кубический объем цилиндра 15 × 24 составляет

15 × 15 × 0.7854 × 24

1728 = 2.44 cubic feet.

372. Таблица 7. Вместимость цилиндров в кубических футах при диаметре от десяти до двадцати четырех дюймов и ходе от восемнадцати до тридцати шести дюймов.

Diam. of cyl’r.
CAPACITY OF CYLINDERS IN CUBIC FEET, STROKE BEING
Diam. of cyl’r.

18
20
22
24
26
28
30
32
34
36

10
082
091
100
109
118
127
136
145
 
 
10

11
093
104
115
126
137
148
159
170
181
 
11

12
118
131
144
157
170
183
196
209
222
235
12

13
133
149
165
181
197
213
229
245
261
277
13

14
160
178
196
214
232
250
268
286
304
322
14

15
184
204
224
244
264
284
304
324
344
364
15

16
208
232
255
278
301
324
347
370
393
416
16

17
235
263
289
315
341
367
393
419
445
471
17

18
263
294
323
352
381
410
439
468
497
526
18

19
 
 
361
394
427
460
493
526
559
592
19

20
 
 
400
437
474
511
548
585
622
659
20

21
 
 
 
481
521
561
601
641
681
721
21

22
 
 
 
528
572
616
660
704
748
792
22

23
 
 
 
 
625
674
723
772
821
876
23

24
 
 
 
 
681
733
785
837
889
941
24

373. Таблица 8. Содержит объем, давление, температуру и плотность пара.

Steam pressure.
Relative volume or cubic feet of steam, water being 1.
Temperature.
Total heat.
Weight of a cubic foot.
Steam pressure.

50
552
281
1200
1129
50

60
467
293
1203
1335
60

65
434
298
1205
1436
65

70
406
303
1206
1535
70

75
381
307
1208
1636
75

80
359
312
1209
1736
80

90
323
320
1212
1929
90

100
293
328
1214
2127
100

110
269
335
1216
2317
110

120
249
341
1218
2505
120

130
231
347
1220
2698
130

140
216
353
1221
2885
140

150
203
358
1223
3070
150

FORMULA.

S =√ac × 21.2.

Where S = surface.

a = grate area.

c = cubic feet of water per hour.

Example.

Площадь колосниковой решетки шестнадцать квадратных футов, кубических футов воды в час — двести, поверхность составляет

√16 × 200 × 21.2 = 1199.92.

374. Таблица 9. Показывает необходимую площадь колосниковой решетки и поверхность нагрева для часового расхода воды.

Cubic ft. of water evap’d per hour.
GRATE AREAS IN SQUARE FEET.

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

HEATING SURFACE CORRESPONDING TO ABOVE GRATE AREAS AND TO SIDE COLUMN.

100
561
599
636
670
703
734
764
793
821
848
874
900
924
948
972
995
1017
1039
1060
1081
1102
1122
1142
1161

110
588
628
667
702
737
770
802
831
861
888
916
943
969
994
1018
1042
1066
1089
1111
1133
1155
1176
1197
1217

120
614
657
697
734
770
805
837
869
900
927
957
985
1013
1039
1064
1089
1114
1138
1162
1184
1207
1229
1251
1272

130
639
683
725
764
801
837
871
904
936
965
996
1025
1053
1081
1107
1133
1159
1184
1208
1232
1255
1278
1300
1323

140
663
709
752
793
831
869
904
938
972
1003
1034
1064
1093
1122
1150
1177
1203
1229
1254
1279
1303
1327
1351
1374

150
686
734
779
821
860
900
935
971
1006
1038
1070
1101
1131
1161
1190
1218
1245
1272
1298
1323
1350
1373
1398
1422

160
 
758
805
848
889
927
966
1004
1039
1073
1106
1138
1169
1199
1229
1258
1286
1314
1341
1367
1393
1419
1444
1469

170
 
782
829
874
916
957
996
1034
1071
1106
1140
1173
1205
1236
1266
1296
1325
1354
1382
1409
1436
1462
1488
1514

180
 
805
853
900
943
985
1025
1064
1102
1138
1173
1207
1240
1272
1303
1334
1364
1393
1422
1450
1478
1505
1532
1558

190
 
 
877
924
969
1013
1053
1093
1132
1169
1205
1240
1274
1307
1339
1370
1401
1431
1461
1490
1518
1546
1573
1600

200
 
 
900
948
995
1039
1081
1122
1161
1199
1236
1272
1307
1341
1374
1406
1437
1468
1499
1529
1558
1586
1614
1642

210
 
 
928
974
1019
1064
1107
1149
1189
1229
1264
1298
1336
1374
1408
1441
1473
1505
1536
1566
1596
1625
1654
1683

220
 
 
 
1000
1042
1089
1133
1176
1217
1258
1291
1324
1365
1406
1441
1475
1508
1541
1572
1603
1634
1664
1693
1722

230
 
 
 
1019
1067
1114
1159
1203
1245
1286
1323
1359
1398
1437
1473
1508
1542
1575
1607
1639
1663
1701
1724
1761

240
 
 
 
 
1091
1138
1184
1229
1272
1314
1354
1393
1431
1468
1505
1541
1575
1609
1642
1675
1692
1738
1754
1799

250
 
 
 
 
1111
1162
1208
1254
1298
1341
1380
1422
1458
1499
1533
1572
1606
1642
1675
1709
1733
1774
1797
1836

260
 
 
 
 
 
1184
1232
1278
1323
1367
1406
1450
1484
1529
1560
1603
1636
1675
1708
1743
1774
1809
1840
1872

270
 
 
 
 
 
1207
1256
1303
1349
1401
1433
1478
1515
1557
1592
1634
1668
1692
1741
1776
1808
1843
1875
1908

280
 
 
 
 
 
 
1279
1327
1374
1435
1460
1505
1546
1586
1624
1664
1700
1738
1774
1809
1842
1877
1910
1943

290
 
 
 
 
 
 
1302
1351
1400
1452
1486
1532
1573
1614
1653
1693
1729
1754
1804
1841
1873
1910
1939
1977

300
 
 
 
 
 
 
 
1374
1425
1469
1512
1558
1600
1642
1682
1722
1758
1799
1834
1872
1904
1943
1968
2011

320
 
 
 
 
 
 
 
 
1469
1516
1564
1610
1654
1696
1738
1778
1816
1859
1894
1932
1970
2008
2024
2078

340
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1564
1612
1658
1704
1748
1792
1833
1872
1915
1954
1993
2032
2069
2096
2141

360
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1658
1706
1754
1800
1844
1886
1928
1971
2012
2050
2090
2128
2166
2204

380
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1753
1802
1848
1894
1938
1982
2025
2066
2107
2148
2187
2226
2264

400
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1800
1848
1900
1944
1990
2034
2077
2120
2162
2204
2244
2284
2322

425
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1950
2014
2056
2077
2142
2187
2226
2268
2317
2353
2396

450
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2014
2056
2120
2150
2190
2200
2300
2332
2374
2417
2459

475
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2175
2210
2268
2310
2353
2416
2445
2480
2523

500
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2332
2370
2412
2459
2523
2565
2608

FORMULA.

N = S

Ldπ or S

Ld3.1416.

Where S = whole surface,

Where L = length,

Where d = diameter, in feet,

Where π = 3.1416,

Where N = the number.

Example.

Диаметр два дюйма, поверхность 1466, длина четырнадцать футов, мы имеем,

N = 1466

14 × 0.167 × 3.1416 = 200.

375. Таблица 10. Содержит количество и размеры труб для получения любого заданного значения поверхности.

L’gth.
Diam. 1½
Diam. 1¾
Diam. 1⅞
Diam. 2
Diam. 2⅛
Diam. 2¼
Diam. 2⅜
Diam. 2½
L’gth.

8
314
336
397
419
445
471
504
523
8

8½
334
389
422
445
473
500
535
556
8½

9
352
411
447
471
507
530
566
588
9

9½
372
435
471
497
523
559
597
621
9½

10
392
457
496
524
556
589
628
655
10

10½
411
480
521
549
584
618
659
687
10½

11
431
503
545
576
612
647
690
720
11

11½
451
526
570
602
640
677
721
753
11½

12
471
549
595
628
667
705
752
786
12

12½
490
572
620
654
695
735
783
818
12½

13
510
595
645
681
723
764
814
851
13

13½
530
617
669
707
750
793
845
884
13½

14
549
640
695
733
778
823
876
916
14

14½
569
663
719
759
806
852
907
949
14½

15
589
686
744
785
834
882
938
982
15

15½
608
708
769
811
861
911
969
1015
15½

16
628
731
794
837
889
941
1000
1048
16

16½
648
754
819
863
917
971
1031
1081
16½

17
668
777
843
889
945
1000
1062
1114
17

FORMULA.

13.5√a – 28,

где a — процент впуска.

Example.

Каково среднее давление при начальном давлении сто фунтов и шестидесятипроцентном впуске.

13.5√60 – 28 = (13.5 × 7.7) – 28 = 76

100 of 100, or 76 lbs.

376. Таблица 11. Показывает среднее давление пара в цилиндре для любого процента впуска при начальном давлении от 50 до 150 фунтов на дюйм.

Initial pressure in pounds.
MEAN CYLINDER PRESSURE, ADMISSION BEING IN HUNDREDTHS OF THE STROKE.

10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75

50
7
12
16
20
23
26
28
31
33
36
38
40
42
44

60
9
14
19
24
28
31
34
37
40
43
46
49
51
53

70
10
17
22
28
33
36
40
43
47
50
54
57
59
62

80
12
19
26
32
38
42
41
49
54
58
62
65
68
71

90
13
22
29
36
42
47
51
54
60
65
69
73
76
80

100
15
24
32
40
47
52
57
62
67
72
77
81
85
89

110
16
26
35
44
52
57
63
68
74
79
85
89
93
98

120
18
29
38
48
56
62
68
74
80
86
91
97
102
107

130
19
31
42
52
61
68
74
81
87
94
99
105
110
116

145
21
34
45
56
65
73
80
87
94
101
107
113
119
125

160
22
36
48
60
70
78
85
93
100
108
114
121
127
134

ЧАСТЬ II. ВАГОНЫ.

КОЛЕСА И ОСИ.

377. О механических деталях вагоностроения здесь нет необходимости говорить; но о тех вопросах, которые приспосабливают вагон для специальной службы и зависят от конкретных характеристик любой дороги, таких как колея, необходимо сказать несколько слов.

Профиль бандажа колеса, как отмечалось в главе XIII, обтачивается не цилиндрическим, а коническим. На абсолютно прямой дороге конусность на колесах, разумеется, не потребовалась бы; целью последней является изменение диаметра колеса при прохождении кривых. Общая практика заключается в том, чтобы придавать всем колесам для всех колей некоторую стандартную конусность. Это совершенно неверно, как будет видно из следующей формулы, взятой из труда «Памбур о паровозе» (Pambour on the Locomotive Engine).

Рис. 156.

Пусть m m′ на рис. 156 представляет внешний рельс, а n n′ — внутренний. Окружности на одних и тех же осях очевидно должны изменяться пропорционально длине этих кривых, заключенных между одними и теми же радиусами.

Пусть D будет диаметром первого колеса, а d — второго; и мы получим,

mm′

nn′ = (πD)/(πd),

или иначе

mm′ = 3.1416 D,

и

nn′ = 3.1416 d.

Мы также имеем,

mm′

nn′ = mo

no.

Выражая радиус кривизны через r, а половину колеи — через e, вышеуказанную пропорцию можно выразить как

mm′

nn′ = r + e

r – e,

а также

D

d = r + e

r – e,

и в конечном счете

D – d = 2eD

r + e.

Это уравнение показывает разницу в диаметрах, которая должна существовать между внутренним и внешним колесами для получения требуемого эффекта (отсутствие волочения внешнего и проскальзывания внутреннего колеса).

Example.
 

Let the radius of curvature be
1,000 feet.

The gauge of the road,
6 feet.

The wheel diameter,
4 feet.

И формула принимает вид

2ed

r + e = 24

1003 = .024 feet,

или 0,288 дюйма на оба колеса, или 0,144 дюйма для каждого колеса; что при ширине в четыре дюйма дает конусность 1/28 от ширины, или в десятичном выражении 0,144, а в обыкновенной дроби — ⅐ дюйма. Для трехфутового колеса правило дает конусность 0,11 дюйма.

Примечание. — Господа Буш и Лобдел (Messrs Bush and Lobdel) делают конусность своих колес 0,08 дюйма на четырехдюймовый бандаж, или ¼ дюйма на фут. Приведенная выше формула для трехфутового колеса и колеи 4 фута 8½ дюймов дает конусность 0,09 дюйма.

Колесо, наиболее часто используемое на американских дорогах, изготавливается из чугуна целиком и состоит либо из двух боковых дисков, соединенных ступицей и ободом, либо из центрального диска с ребрами жесткости по бокам. Фирма «Уитни и сын» (Whitney and Son, Филадельфия) подвергает все свои колеса процессу отжига, что делает их гораздо менее подверженными разрушению от ударов и холода, чем в тех случаях, когда колесу дают остыть сразу же после выхода горячим из литейного цеха.

Колеса, используемые на английских дорогах, изготавливаются с ободом и спицами из кованого железа и литой ступицей, причем бандаж надевается отдельно. Такие колеса менее подвержены разрушению, но стоят дороже американских колес.

378. Очень частой причиной аварий на железных дорогах является излом осей. Опыты, проведенные в Вулверхэмптоне (Англия) с осями различной формы, очень наглядно показывают, что уменьшать диаметр оси посередине совершенно неправильно. Если и существует какое-либо изменение сечения, то средняя часть должна быть наибольшей. Заплечико позади колеса очень сильно снижает прочность. Вероятно, самой прочной и экономичной железнодорожной осью была бы труба из кованого железа. Безусловно, полая ось гораздо прочнее сопротивляется растяжению, чем сплошная, содержащая такое же количество материала.

Примечание 1. — Томас Торникрофт (Thomas Thorneycroft) из Вулверхэмптона (Англия), образованный человек и производитель железнодорожных осей, отмечает: — Что различные формы осей в их обычном исполнении содержат в себе элементы разрушения. Что при назначении пропорций осей необходимо соблюдать определенные устоявшиеся принципы, и по мере отступления от этих принципов вероятность выхода из строя возрастает.

Он говорит: — Сомнительно, является ли колесо опорой, а шейка — нагруженной частью, или наоборот. Если имеет место последнее, то конусность колес вызывает боковое напряжение, стремящееся согнуть ось; и если этот изгиб не превышает половины предела упругости, то при длительном воздействии неизбежно наступит разрушение; а если предел упругости будет превышен, плоскость колеса сместится относительно той, в которой оно должно вращаться.

Целью первого опыта было определение влияния формы продольного сечения оси на ее предел упругости.

При уменьшении диаметра оси по центру с 4 5/16 дюйма до 3¾ дюйма предел упругости снизился с 0,343 до 0,232 дюйма, а нагрузка, вызывающая эту упругость, — с четырнадцати до семи тонн.

Второй опыт проводился для выяснения влияния уменьшения диаметра по центру на способность сопротивляться внезапным ударам. Одна половина оси была выполнена диаметром 4½ дюйма от середины до конца, а другая половина была уменьшена от 4½ до четырех дюймов в центре. При зафиксированном колесе бабе копра позволяли падать на шейку, при этом были получены следующие результаты. После сорока шести ударов неотрезанный (неуменьшенный) конец согнулся на угол восемнадцать градусов. После шестнадцати ударов уменьшенный конец согнулся на двадцать два градуса.

Третий опыт ставился для определения влияния заплечика позади колеса: один конец был обточен с заплечиком в одну восьмую дюйма в качестве упора для колеса, а другой конец обточен ровно. При испытании гидравлическим давлением конец с заплечиком сломался при нагрузке в шестьдесят тонн, а ровный конец — при восемьдесяти четырех тоннах.

Целью четвертого опыта было выяснить влияние положения колеса относительно конца шейки. Ось была закреплена в чугунной раме на одной линии с шейкой, причем последняя была сломана семью ударами бабы копра, падающей с высоты десять футов. Другой конец был закреплен в раме с помощью шпонки, причем шейка выступала на 1½ дюйма, и сломался на двадцать четвертом ударе той же бабы при падении с высоты десять футов.

Результаты испытаний экспериментатор резюмирует следующим образом: — Оси ни в коем случае не должны быть тоньше в центре, чем на концах, но, наоборот, если делается разница в размерах, центр должен быть самым толстым.

Авторитетнейшие специалисты по сопротивлению материалов утверждают, что полая труба втрое прочнее сопротивляется кручению, чем сплошной стержень той же массы. Так, ось с наружным диаметром пять дюймов и внутренним диаметром 3¾ дюйма в три раза прочнее сплошной оси диаметром 3¾ дюйма.

Примечание 2. — Следующие эксперименты были подготовлены г-ном Бурвилем (M. Bourville) и осуществлены австрийским правительством. Установка состояла из изогнутой оси, которая была прочно зафиксирована в древесине до колена и подвергалась кручению с помощью зубчатого колеса, соединенного с концом горизонтальной части. При каждом обороте угол кручения составлял двадцать четыре градуса. Удар происходил каждый раз, когда выступ покидал один зуб, чтобы быть поднятым следующим. Указатель, приспособленный к аппарату, показывал число оборотов и ударов. Семь осей, подвергнутых этому испытанию, дали следующие результаты:—

1-е. Движение длилось один час; было совершено 10 800 оборотов и нанесено 32 400 ударов. Ось диаметром два и шесть десятых дюйма была вынута из машины и сломана гидравлическим прессом. Никаких изменений в структуре железа заметно не было.

2-е. Новая ось после четырех часов испытаний выдержала 129 000 циклов кручения и впоследствии была сломана с помощью гидравлического пресса. Невооруженным глазом никаких изменений железа на поверхности излома обнаружить не удалось; однако при исследовании под микроскопом волокна выглядели лишенными сцепления, подобно пучку игл.

3-е. Третья ось подвергалась в течение двенадцати часов 388 000 циклов кручения и была сломана пополам. Невооруженным глазом наблюдалось изменение ее структуры и увеличение размера зерна железа.

4-е. После ста двадцати часов и 3 888 000 циклов кручения ось была сломана в нескольких местах; было заметно значительное изменение ее структуры, причем более яркое по направлению к центру; размер зерен уменьшался к концам.

5-е. Ось, подвергнутая 23 328 000 циклам кручения в течение семи встах двадцати часов, претерпела полное изменение структуры; излом посередине был кристаллическим, но не слишком чешуйчатым.

6-е. Спустя десять месяцев, в течение которых ось подвергалась 78 732 000 циклам кручения и ударов, излом, полученный с помощью гидравлического пресса, отчетливо показал абсолютное преобразование структуры железа; поверхность излома была чешуйчатой, как олово.

7-е. Наконец, в качестве последнего испытания ось, подвергнутая 128 304 000 циклам кручения, продемонстрировала поверхность излома, подобную таковой в предыдущем опыте. Кристаллы были прекрасно очерчены, а железо полностью утратило всякое сходство с кованым железом.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВАГОНОВ.

379. Железнодорожные вагоны делятся на три основные категории,

Those for passenger transport,

Those for freight traffic,

Those for repairs of the road.

380. Американский пассажирский вагон состоит из кузова длиной около пятидесяти футов, шириной десять футов и высотой семь футов, содержащего места примерно для шестидесяти пассажиров; он снабжен мягкими сиденьями, отапливается, освещается и вентилируется. За исключением эмигрантских, вагоны второго и третьего классов в Америке используются мало.

Товарные крытые вагоны (фургоны) отличаются от «платформ» лишь тем, что на их полу возведена простая прямоугольная надстройка высотой около шести футов и шириной девять футов. Она используется для защиты грузов, не переносят воздействия внешней среды: мебели, книг, мануфактуры, скобяных изделий и мелких машин. Экипажи, ящики, кипы, мачты, лесоматериалы и топливо перевозятся на платформах. Громоздкое оборудование, а также грузы первого и второго классов, слишком крупные для крытых вагонов, должны защищаться брезентом.

381. Общее устройство колес, рессор и тормозов одинаково для различных классов вагонов, причем главное различие заключается в мягкости рессор. Каждый вагон опирается на две тележки, состоящие из четырех, шести или восьми колес, соединенных рычагами и рессорами наилучшим для поглощения ударов образом и соединенных с кузовом только посредством шкворня, благодаря чему прохождение кривых значительно облегчается.

Вагоны, используемые для перемещения земли, устроены так, чтобы кузов можно было опрокидывать, дабы содержимое могло быстро сваливаться («разгружаться») либо по бокам, либо с торцов, либо по центру, по желанию.

382. На некоторых дорогах под всем поездом пропущена непрерывная тяговая сцепка, причем отдельные вагоны прикреплены к ней и друг к другу только предохранительными цепями. Благодаря такому решению, а также за счет плотного подпружинивания буферных брусьев друг к другу весь поезд превращается в единое целое, и в значительной степени удается избежать толчков при остановке и трогании с места.

Поскольку легкость в сочетании с прочностью во всех случаях является желательным качеством, наилучшим решением окажется усиление продольных балок рамы вагона стержнями (шпренгелями) вместо использования крупных и тяжелых брусьев, как это делают многие строители.

ТОРМОЖЕНИЕ ПОЕЗДОВ.

383. Что касается способа торможения поездов, то практику прижимания колодок к колесам многие справедливо считают совершенно неправильной. Тормоз следует применять к рельсу, а не к колесу. Колодки, прижимаемые к колесу, создают трение с помощью рычагов, управляемых тормозным кондуктором, который может по своему желанию заставить колеса скользить по рельсу. Башмак, скользящий по рельсу, может нагружаться трением от всего веса вагона.

Тормозное усилие должно прикладываться к каждому вагону одновременно и одинаково; если оно слишком велико спереди, хвостовые вагоны набегают на передние; если сзади — поезд может разорваться.

Надлежащим местом для кондуктора-тормозльщика является крыша поезда, откуда хорошо видны все сигналы.

ГЛАВА XV. СТАНЦИИ.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ.

384. Весь комплекс зданий для эксплуатации железной дороги состоит из

Terminal,
Passenger,
Stations.

Freight,

 

 
Way,
Passenger,
Stations.

 
Freight,

 

 
Engine houses.

 
Repair shops, (for engines).

 
Repair shops, (for cars).

 
Wood sheds.

 
Water tanks.

К ним относятся весы для взвешивания вагонов и грузов; поворотные круги, трансбордеры, будки стрелочников и шлагбаумов.

РАЗМЕЩЕНИЕ ЗДАНИЙ.

385. Размещение упомянутых выше зданий будет зависеть от расположения конечного пункта, характера движения и количества прибывающих и отправляющихся поездов.

КОНЕЧНЫЙ ПАССАЖИРСКИЙ ВОКЗАЛ.

386. Пассажирский вокзал должен находиться в наиболее доступном для пользующихся им лиц месте. Товарные здания должны располагаться в наиболее удобном пункте для приема, отправки и распределения грузов.

Паровозные и вагонные сараи вместе с ремонтными мастерскими могут размещаться там, где земля дешева, и на таком расстоянии от жилых домов, чтобы не доставлять неудобств их обитателям дымом и шумом. Дровяные склады, баки, поворотные круги и т. д. обычно находятся при паровозных сараях; весы и т. д. — при товарных зданиях.

387. Железная дорога, соединяющая внутренние районы с морским портом, вероятно, будет доставлять два класса грузов: один для экспорта, а другой для внутреннего потребления. Первый следует сразу доставлять на причалы и грузить на суда с одной перевалкой, в то время как второй должен доставляться как можно ближе к центру внутренней торговли.

Отделения прибытия и отправления должны содержаться совершенно обособленно, когда объем совершаемых операций значителен; в противном случае эксплуатация станет сложной. Часть прибытия крупного пассажирского вокзала требует большого количества дверей, чтобы выход был легким для большого числа пассажиров, прибывающих одновременно. Залы отправления требуют немного дверей, так как отбывающие пассажиры приходят поодиночке или небольшими группами. Таким образом, в крупных городах фасад длинного прямоугольника отводится под отправление, тогда сообщающаяся с внешней платформой длинная сторона образует помещение для прибытия.

На одну вещь американским железнодорожным компаниям следует обратить особое внимание — на организацию общественного транспорта, которая оградила бы путешественников от обмана и вымогательства со стороны извозчиков. Никакие посторонние лица не должны иметь доступа в здания, кроме пассажиров и служащих железной дороги. Стоянки различных экипажей и плата за проезд должны устанавливаться компанией; проезд оплачивается жетонами, которые путешественник покупает у агента компании на станции.

КОНЕЧНЫЙ ТОВАРНЫЙ СКЛАД (ВОКЗАЛ).

388. Конечный товарный склад должен содержать все оборудование, необходимое для приема и отправки грузов. Когда центральная часть здания занята путями, а боковые — платформами, разгрузочная платформа должна иметь небольшой уклон от вагона к двери, а погрузочная — от двери к вагону. Такое устройство облегчает обработку грузов. Внутреннее пространство здания может быть разделено на отделения либо в соответствии с пунктом назначения, либо по классу груза.

ПАРОВОЗНОЕ ДЕПО И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.

389. Конечное паровозное депо с поворотным кругом в центре, вмещающее

10 engines, must be 145 feet in diameter.

15 engines, must be 150 feet in diameter.

20 engines, must be 167 feet in diameter.

25 engines, must be 183 feet in diameter.

30 engines, must be 200 feet in diameter.

35 engines, must be 217 feet in diameter.

40 engines, must be 233 feet in diameter.

45 engines, must be 250 feet in diameter.

50 engines, must be 267 feet in diameter.

Диаметр круга составляет сорок пять футов, а паровоз в отцепленном от круга состоянии занимает пятьдесят футов. Опять же, для тридцати двух паровозов потребуется диаметр

32 × 10

3.1416 + (2 × 50) = 202 nearly.

Паровозы внутри депо могут снабжаться водой из небольших баков между каждой второй парой канав (каждый бак вмещает пять тысяч галлонов), или же все здание может снабжаться водой из чугунной трубы, проходящей по всему периметру и соединенной с большим баком. В такой трубе над центром каждой канавы и вблизи ее верхнего конца должна иметься задвижка. Удобно соединить все элементы трубой с рядом небольших баков, чтобы уровень воды оставался практически постоянным.

Ремонтные мастерские для паровозов и вагонов могут представлять собой простые прямоугольные здания, спроектированные так, чтобы вместить необходимое оборудование.

Поворотные круги состоят просто из круглой деревянной или железной рамы, установленной в центре на массивной железной цапфе, которая несет всю тяжесть, и направляемой по окружности рядами из пятнадцати, восемнадцати или двадцати колес диаметром четырнадцать или пятнадцать дюймов. Колеса помещены в независимую крестовинообразную раму и катятся по изогнутому рельсу, уложенному на нижней кладке из каменной кладки, а круг катится по верхней части колес, так что движение окружности круга вдвое превышает движение колес.

Рама состоит, во-первых, из пары брусьев шириной десять или двенадцать дюймов и высотой пятнадцать или шестнадцать дюймов, на которых уложены рельсы, усиленных мощными раскосами (фермами), чтобы передать нагрузку на центр. Перпендикулярно им на расстоянии восьми или десяти футов уложены брусья 5 × 10, также соединенные раскосами, которые служат для более полного распределения нагрузки на колеса. Вся конструкция жестко укреплена диагональными связями и имеет прочный настил. Круг поворачивается с помощью шестерни на самом круге, входящей в зацепление с зубчатой рейкой, закрепленной на фундаменте или боковой кладке. Фермы, а также центральная опора должны иметь возможность регулировки по вертикали.

The cost of the table, exclusive of masonry, is from
$1,200 to $1,800.

Товарные весы изготавливаются подобно обычным весам для сена, но прочнее их, будучи достаточно жесткими и прочными, чтобы выдержать вес паровоза. На каждом товарном вагоне, поступающем на дорогу, на каком-нибудь видном месте должны быть написаны краской его номер и точный вес, так что находящийся в нем груз можно в любой момент определить, установив вагон на весы.

ДРОВЯНОЙ СКЛАД И БАК.

На промежуточных станциях товарный и пассажирский вокзалы, дровяной и водяной склады могут быть объединены; план и размеры зависят от расположения и значения станции. Относительное положение водяного бака, дровяного склада и пассажирского здания должно быть таковым, чтобы, когда тендер находится в надлежащем месте для приема снабжения, центр пассажирского поезда обычной длины находился напротив дверей вокзала.

О ВОДОСНАБЖЕНИИ.

390. Количество паровозов, отправляющихся с конечного пункта дороги, определяет количество воды, необходимое на главных станциях; а характер движения определяет расположение и размер промежуточных водяных станций. Поскольку объем движения распределен по длине дороги довольно равномерно, баки следует располагать на равных приведенных расстояниях; таким образом, паровозам потребуется принимать воду на более близких расстояниях на крутых уклонах, чем на равнинных участках. Однако обычно воду берут там, где ее можно достать, причем место определяется расположением ручьев и родников. Для подъема воды в бак может использоваться паровая, гидравлическая, ветровая, мускульная сила человека или животных. Часто высоко расположенные родники заполняют баки без применения искусственной энергии. В том виде, в каком мы находим жидкую воду в природе, она в большей или меньшей степени пропитана растительными, газообразными и солевыми примесями, что часто ухудшает ее пригодность для механических целей. Эти примеси происходят из горных пород и грунта, над которыми или сквозь которые течет вода. Накипь, образующаяся в котлах, вызывается выпадением в осадок примесей в результате концентрирования воды в котле. Их можно эффективно удалить, какова бы ни была их природа, кипячением древесного угля в воде. Если перед фильтрацией воду можно нагреть для удаления всего воздуха и углекислого газа, который часто является растворителем посторонних веществ, процесс фильтрации ускорится и будет более эффективным. Дождевая вода чище любой другой; практически совершенно чистая. Речная вода стоит на втором месте. Родниковая вода обычно загрязнена основными солями в различных формах, большинство из которых можно осадить путем слабого нагрева и фильтрации через древесный уголь.

391. На рис. 157 показана удобная конструкция бакового здания с насосом и подогревателем.

Рис. 157.

A показывает половину внутреннего разреза бака.

B — половина вида бака спереди.

C — насос; C′ — подводящая труба; d — всасывающая труба и сетчатый фильтр.

E — подогреватель.

e — короткая, а h — длинная труба.

H — нагнетательная труба.

G — выпускной клапан.

I — противовес для нагнетательной трубы.

K — блок для троса противовеса.

L — шкала, показывающая количество воды в баке.

Показанный на рисунке подогреватель изготовлен из змеевика из двухдюймовой железной трубы. Короткая труба опускается от точки на расстоянии шести дюймов от дна бака до точки в двух-трех футах от пола; затем, делая четыре-пять спиральных витков вокруг, поднимается вверх через центр змеевика и уходит на три-четыре фута в бак. В нижней части змеевика установлена небольшая колосниковая решетка, и весь аппарат заключен в кожух из листового железа. Благодаря такому расположению труб достигается циркуляция, и вода в баке поддерживается довольно теплой. Следующие правила и таблицы могут оказаться удобными.

392. Скорость воды в любой трубе, необходимая для сброса заданного количества в фиксированное время, выражается формулой

144C

a.

Где C — количество кубических футов в час, а a — площадь сечения трубы.

393. Напор, необходимый для прокачки воды через трубу заданной длины любого диаметра, показан формулой

C

D + C′ = H.

Where C = a constant.

C′ = constant for diameter of pipe.

D = diameter of pipe.

H = heads required.

Экспериментальные значения C и C′ следующие: пусть V равно скорости в футах в минуту, и мы имеем

V.
C.

60
8.62

70
11.40

80
14.58

90
17.95

100
21.56

120
29.70

140
38.90

150
44.00

180
62.13

Кроме того, значения C′ равны

Diameter of pipe.
C′.

2
.000

3
.006

4
.028

5
.053

6
.078

7
.104

8
.134

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЕДЫДУЩИХ ПРАВИЛ.

Требуется найти напор воды, необходимый для прокачки 1333 кубических футов воды, или 10 000 галлонов в час, через восьмидюймовую трубу длиной одну тысячу футов.

Скорость по правилу первому составит

1333 × 144

82 × .7854 = 3818 feet per hour, or 64 feet per minute.

По правилу второму (значение C для 60 равно 8,62, а для 70 — 11,40, для 64 оно составляет около 10) мы получаем

10

8 + 0.134 = 1.23,

что при умножении на десять (количество раз, которое сто содержится в одной тысяче футов расстояния) дает результат двенадцать дюймов, или один фут, что и является требуемым напором; а если вход в бак находится на высоте двадцати футов, мы получаем в качестве необходимого напора 20 + 1 = 21 фут.

394. Формула, выражающая мощность насоса для подъема заданного количества воды, имеет вид

WV

33000.

Где W — вес водяного столба, а V — скорость в футах в минуту; также 33 000 — выражение лошадиной силы. Например, какова должна быть мощность насоса, чтобы поднять одну тысячу кубических футов воды в час по шестидюймовой трубе на высоту пятьдесят футов?

Скорость составит

1000 × 144

62 × 0.7854 = 5093 feet per hour,

или восемьдесят пять футов в минуту. Вес водяного столба высотой пятьдесят футов и диаметром шесть дюймов составляет

62 × 0.7854 × 50 × 12

1728 × 62½ = 613.6 lbs.

А также,

612½ × 83

33000 = 1½ horse-power nearly.

395. Среди насосов, используемых в настоящее время для подъема воды на железнодорожных станциях, имеются роторный насос Карпентера (Carpenter), насосы Уортингтона (Worthington), Макгоуэна (McGowan) и аппарат господ Перкинса и Бишопа (Perkins and Bishop), любой из которых отвечает любым требованиям.

396. TABLE SHOWING THE WEIGHT AND COST PER FOOT OF CAST-IRON PIPE.

Diameter of bore.

Inches.
Thickness of metal.

Inches.
Weight of pipe per lineal foot.

Lbs.
Cost of pipe per lineal foot.

Cents.

1
¼
3.06
15

1¼
¼
3.67
18

1½
¼
4.29
21

1¾
⅜
7.81
39

2
⅜
8.73
44

2¼
⅜
9.65
48

2½
½
14.70
73

2¾
½
15.93
80

3
½
17.15
86

При весе кубического фута чугуна 450 фунтов и цене пять центов за фунт

TABLE SHOWING THE CAPACITY OF McGOWAN’S DOUBLE ACTING PUMPS.

Explanation.
No. 1.
No. 2.
Time required to fill a 6600 gallons tank.

Stroke in inches,
5
8½
Hours.

Diameter of plunger,
2⅝
3⅛

Area of plunger,
5.278 in.
7.70 in.
Small pump, No. 1.
Large pump, No. 2.

Cube of half stroke in gallons,
0.114
0.283

Discharge in gallons per hour.
At 10
Full strokes per minute.
136.8
339.6
49
19

At 20
273.6
679.2
24
10

At 30
410.4
1018.8
16
7

At 40
547.2
1358.4
12
5

At 50
684.0
1698.0
10
4

At 60
820.8
2037.6
8
3½

At 70
957.6
2377.2
7
3

At 80
1094.4
2716.8
6
2½

At 90
1231.2
3058.4
5
2¼

At 100
1368.0
3396.0
5
2

ГЛАВА XVI. УПРАВЛЕНИЕ.

Все, что требуется для того, чтобы усилия железнодорожных компаний во всех отношениях не уступали усилиям частных лиц, — это жесткая система персональной ответственности на каждой ступени службы. — Д. К. МакКаллум (D. C. McCallum).

ОРГАНИЗАЦИЯ СОТРУДНИКОВ.

397. Управление железными дорогами можно разделить на два главных отдела: —

Financial management.

Operating management.

Первый из них не совсем относится к работам подобного рода. Он охватывает всю систему отчетности. Его должностными лицами являются президент, секретарь, казначей, юрист и директора.

398. Оперативное управление подразделяется следующим образом:—

The mercantile department.

The mechanical department.

Первое охватывает все, что относится к корректировке тарифов, перевозке пассажиров и грузов, погрузке и выдаче товаров, а также весовые и измерительные, билетные и кассовые пункты, пароходные, дилижансовые и железнодорожные сообщения. Второе — поддержание земляного полотна, верхнего строения пути, мостов, каменной кладки, зданий и стационарного парка в рабочем состоянии; выполнение всех ремонтов, обновлений, расширений и переустройств, а также приобретение, осмотр, содержание и эксплуатацию подвижного состава. Эти отделы снова делятся и подразделются до тех пор, пока мы не дойдем до мельчайших деталей.

Примечание. — Эта часть главы XVI курсивом заимствована с разрешения из подробного отчета Д. К. МакКаллума акционерам Нью-Йоркской и Эриенской железной дороги (25 марта 1856 г.).

399. Формирование эффективной системы операций подчиняется следующим общим принципам.

Первое. Надлежащее разделение обязанностей (ответственности).

Второе. Наделение достаточными полномочиями для их полного выполнения, чтобы эта ответственность носила реальный характер.

Третье. Наличие средств для проверки добросовестного исполнения таких обязанностей.

Четвертое. Большая оперативность в доведении до сведения всех упущений по службе, чтобы недостатки можно было немедленно исправить.

Пятое. Получение такой информации посредством системы ежедневных отчетов и проверок, которые не будут затруднять работу руководящих лиц и не уменьшат их влияние на подчиненных.

Шестое. Принятие системы в целом, которая не только позволит генеральному суперинтенданту немедленно обнаруживать ошибки, но и укажет на виновного.

400. Система работы, чтобы быть эффективной и успешной, должна давать главному и ответственному руководителю эксплуатационного отдела полную ежедневную историю деталей во всех их мелочах. Без такого надзора получение удовлетворительного годового отчета следует признать крайне проблематичным. Тот факт, что дивиденды выплачиваются и без такого контроля, не опровергает этого положения, поскольку во многих случаях чрезвычайно прибыльный характер предприятия может обеспечить удовлетворительные результаты при самом небрежном и неэффективном управлении.

Все подчиненные должны нести ответственность перед своими непосредственными начальниками и подчиняться только им. Каждый должностной руководитель должен иметь полномочия с одобрения генерального суперинтенданта назначать всех лиц, за действия которых он несет ответственность, и увольнять любого подчиненного, когда, по его мнению, этого требуют интересы компании.

401. Следующая таблица показывает степень и направление подчиненности для железной дороги первого класса:—

 
 
{Road-master.
{Section men.

 
{Superintendent of Road.
{Section men.

 
{
{Road-master.
{Section men.

 
{
{Section men.

 
{
 
 

 
{
{Foreman Machine shop, Machinists.

 
{
{Foreman Blacksmith shop, Blacksmiths.

 
{Superintendent of Machinery.
{Foreman Car shop, Carpenters,

 
{
{Foreman Paint shop, Painters.

 
{
{Engineers (not on trains), Firemen.

 
{
{Car-masters, Oil men and cleaners.

 
{
 
 

 
{
{Conductors
{Brakemen.

 
{
{Mail agents.
{Engineers (on trains).

 
{
{Ticket collectors.

General Superintendent
{
{
 

 
{General passenger agent.
{Station agents.
{Hackmen.

 
{
{Switchmen.

 
{
{
 

 
{
{Express agents.
 

 
{
{Police.
 

 
{
 
 

 
{
{Conductors.
{Brakemen.

 
{
{Engineers (on trains).

 
{General freight agent.
{Station agent.
 

 
{
{Weighers.
 

 
{
{Gaugers.
 

 
{
{Yard-masters.
 

 
{
 
 

 
{Supply agent.
{Clerks, Teamsters furnishing supplies.

 
{Fuel agent.
{All men employed about the wood sheds.

ОБЯЗАННОСТИ СОТРУДНИКОВ.

402. Генеральный суперинтендант осуществляет полное руководство всеми начальниками отделов; он отдает свои приказы только начальникам и является главным агентом по передаче решений директоров в эксплуатационный отдел, а также каналом, через который отчеты отделов поступают к правлению.

Суперинтендант пути несет полную ответственность за земляное полотно, верхнее строение пути, мосты, каменную кладку и здания, а также за все перемещения, расширения и переустройства. Он должен быть квалифицированным инженером-путейцем, способным во всех отношениях построить железную дорогу от начала до конца.

Суперинтендант тяги (оборудования) ведает закупкой, осмотром, ремонтом и эксплуатацией всех подвижных и стационарных механизмов, мастерских, паровозных сараев, поворотных кругов, баков и весов. Он несет ответственность за исправное состояние, надлежащее приспособление и эффективность всего парка паровозов и вагонов.

Главный пассажирский агент устанавливает под руководством президента и генерального суперинтенданта цены на пассажирские перевозки, заведует всеми кондукторами, билетными кассирами, станционной полицией, почтовыми и экспресс-агентами, дилижансовыми, пароходными и железнодорожными сообщениями, а также всеми операциями, связанными с перевозкой пассажиров.

Главный агент по перевозке грузов руководит всеми лицами, занятыми на всех станциях отправкой и получением товаров, обмером и взвешиванием, получением денег и ведением счетов, станционными агентами и поездными бригадами. Он разрабатывает и регулирует с одобрения президента и генерального суперинтенданта тарифы на грузоперевозки, заключает договоры с примыкающими дорогами и обеспечивает выгоды от таких соглашений, рассматривает все претензии по поводу повреждения грузов и следит за их надлежащим урегулированием.

Агент по топливу (дровам) заключает договоры с одобрения генерального суперинтенданта на поставку необходимого количества топлива; следит за измерением, осмотром и доставкой в надлежащие места; регистрирует каждый месяц количество поставленного и использованного топлива, а также его местонахождение и остаток.

Снабженец (агент по снабжению) заведует поставкой всех материалов, используемых во всех отделах: железа, лесоматериалов, паровозов, рельсов, мостов и всего, что используется на дороге, записывая за каждым отделом правильное количество и качество полученного материала.

Дорожные мастера заведуют под руководством суперинтенданта пути содержанием земляного полотна и верхнего строения участков протяженностью от двадцати пяти до пятидесяти миль, в зависимости от ухода, требующегося полотну. Они руководят балластными (гравийными) и дровяными поездами, которые ходят под управлением суперинтенданта пути. Они должны объезжать свои участки по меньшей мере один раз в день. В их подчинении находятся путевые рабочие (обходчики), обслуживающие по десять миль каждый и снабженные надлежащими инструментами и сигналами. Они должны проходить свои участки по меньшей мере один раз в день на дрезине. Они должны следить за тем, чтобы каждая стрелка, крестовина, костыль (или подкладка/башмак — здесь chair) и рельс на их участке находились в исправном состоянии, и немедленно сообщать дорожному мастеру о любых дефектах пути, которые они не могут устранить сами.

Машинисты подчиняются суперинтенданту тяги вне поездов и кондуктору во время следования в поездах. Никто, кроме человека, хорошо знакомого с деталями механизмов, проработавшего в паровозоремонтной мастерской и во всех отношении трезвого и уравновешенного, не должен занимать эту должность.

Мастера кузнечных, механических, столярных и вагонных мастерских подчиняются суперинтенданту тяги и ведают ремонтом и очисткой паровозов, вагонов и других механизмов.

Заведующие вагонным хозяйством (вагонные мастера) руководят рабочими, занятыми очисткой, смазкой и осмотром вагонов и их колес. Вагоны должны тщательно осматриваться в конце каждой поездки и на каждой остановке инспектором, который сопровождает поезд и следит за колесами, осями, буксами и тормозами.

Кондукторы. — Кондуктор поезда должен быть механиком (машинистом), расторопным, деятельным человеком, который должен располагаться на крыше вагонов в таком положении, чтобы видеть весь поезд и иметь возможность в любой момент связаться с машинистом. Он должен руководить движением поезда и управлять машинистом и лицом, собирающим плату за проезд. Последний должен находиться только внутри вагонов.

КОЛИЧЕСТВО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПОЕЗДОВ.

403. Это определяется количеством и качеством перевозимого материала, а также характеристиками дороги. Поезд не должен быть настолько тяжелым, чтобы превышать возможности локомотивов на крутейших уклонах, но и не настолько легким, чтобы без необходимости увеличивать их число. Дорога, осуществляющая значительные пассажирские перевозки, должна по возможности идти навстречу публике в отношении времени отправления и прибытия, а также стыковок с другими дорогами. Грузовая дорога должна в большей степени учитывать характеристики самой дороги. Некоторые виды грузов (лед, говядина и т.д.) не допускают задержек. По мере увеличения числа поездов отношение времени, затрачиваемого на фактическую работу, ко времени нахождения поезда под паром уменьшается, поскольку много времени теряется на разъездах в ожидании прохода встречных поездов. Возникает также вероятность аварий. Коммерческие обстоятельства в большей степени, чем любые другие, определяют надлежащее количество и класс поездов.

ОБЪЕМ РАБОТЫ ЛОКОМОТИВОВ.

404. Он значительно меньше, чем принято полагать. Количество локомотивов, необходимых для выполнения любого объема работы, существенно превышает число реально находящихся в движении машин из-за вероятности аварий, а также времени, требуемого на очистку и ремонт. В отчете инженера штата Нью-Йорк за 1854 год указано, что на 2500 миль приходится 668 локомотивов, то есть один локомотив на 3¾ мили. Кроме того, 668 локомотивов проходят за год 11 393 000 миль, или 17 055 миль в год на один локомотив; таким образом, требуется 0,00005863 локомотива на милю пробега в год.

Это составляет почти пятьдесят пять миль в день (313 дней в году). Кроме того,
968
2500
дает
27
100
локомотива на милю дороги,
и в том же отчете приводится следующее:—

One locomotive for 3¾ miles of road.

One passenger car for 2½ miles of road.

One freight car for 32

100 miles of road.

Или каждая миля требует

27

100 of a locomotive.

40

100 of a passenger car.

3 freight cars.

Или на один локомотив приходится 7
81
100
пассажирских вагонов и 10
72
100
грузовых вагонов.
Из работы Ларднера «Экономика железных дорог» следует, что средний суточный пробег локомотива составляет сорок две мили или семьдесят пять миль в день при работе четыре дня в неделю. Суточная служба составляет два часа работы и три с четвертью часа стоянки под паром. Максимальный годовой пробег, упомянутый Ларднером, имел место на бельгийских линиях и составлял 21 737 миль. Максимальный показатель в Америке, насколько нам удалось выяснить, составлял 22 000 миль, и это на протяжении восемнадцати лет.

Примечание 1.
— Два небольших восьмитонных четырехколесных локомотива Стефенсона с цилиндрами 10 × 16, ведущими колесами диаметром четыре с половиной фута, внутренним соединением и медными топками проходили в среднем по 22 000 миль в год с поездами весом сорок тонн (без учета локомотива и тендера) в течение восемнадцати лет, обходясь примерно в 700 долларов в год каждый на ремонт, или в 3,18 цента на милю пробега, на Бангорской и Оллтаунской железной дороге (штат Мэн).

Примечание 2.
— В отчете Комиссии по делам железных дорог штата Нью-Йорк за год, закончившийся 30 сентября 1855 года, содержится следующее:—

Требуется один локомотив на каждые три с половиной мили; или один локомотив в постоянном использовании на пять с четвертью миль. Средний годовой пробег каждого фактически используемого локомотива составляет 22 823 мили; или 16 302 мили в расчете на все локомотивы. Также что касается работы, выполняемой вагонами.

Effective in constant use.
Miles per car.
Distance run per annum per car.

Passenger,
650
4
45.126

Baggage,
246
11

Freight,
7500
0.35
11.970

при количестве миль, равном 2615.

РАСХОДЫ, ДОХОДЫ, ПРИБЫЛЬ.

РАСХОДЫ.

405. Отчеты по американским железным дорогам в целом не анализируют эксплуатационные расходы. Указываются валовые расходы, а в некоторых случаях приводится их первичное деление. Помимо ретроспективного использования детального разделения расходов, позволяющего увидеть, какая система является наиболее экономичной, существует перспективное применение, а именно составление смет для будущих операций и создание правильной базы для установления тарифов. Если условия движения остаются прежними, оценка будущих расходов проста; но если они меняются, меняются и исходные данные для оценки. Чтобы мы всегда располагали этими данными, мы должны ежегодно знать точную стоимость перевозки каждого вида груза. Недостаточно того, чтобы валовой доход превышал общие расходы; даже в этом случае дорога может работать убыточно. Если каждая статья перевозок не окупает себя, несправедливо облагается налогом какая-то другая статья (за исключением, пожалуй, таких случаев, как установление низких ставок для заполнения поездов, идущих в одном направлении, которые в противном случае шли бы порожняком). Анализ расходов также покажет, целесообразно ли привлекать увеличенный объем перевозок за счет снижения тарифов.

406. Общие и частные расходы на эксплуатацию и содержание железной дороги можно разделить следующим образом:—

 
 
{Cost of Road-bed.

 
 
{Cost of Superstructure.

(A) Interest on construction and equipment capital.
{Cost of Buildings.

 
 
{Cost of Engines.

 
 
{Cost of Cars.

 
 
{Fixed machinery.

 

 
 
{Road-bed.
{Material.

 
 
{
{Labor.

 
 
{
 
 

(B) Maintenance of way and works.
{Buildings.
{Material.

 
 
{
{Labor.

 
 
{
 
 

 
 
{Superstructure.
{Material.

 
 
{
{Labor.

 

 
{
{
{Working.
{Fuel, oil, and waste.

 
{
{
{
{Salaries.

 
{
{Passenger.
{
 

 
{
{
{Maintaining.
{Material.

 
{
{
{
{Labor.

 
{Locomotives.
{
 
 

 
{
{
{Working.
{Fuel, oil, and waste.

 
{
{
{
{Salaries.

 
{
{Freight.
{
 

 
{
{
{Maintaining.
{Material.

 
{
{
{
{Labor.

(C) Maintenance of the fixed and rolling stock.
{
 
 
 

 
{
{
{Working.
{Warming, lighting, and cleaning.

 
{
{
{
{Oil and waste.

 
{
{Passenger.
{
 

 
{Cars.
{
{Maintaining.
{Material and labor.

 
{
{
 
 

 
{
{Freight.
{Working.
{Oil and waste.

 
{
{
{Maintaining.
{Material and labor.

 
{
 
 
 

 
{Fixed machinery.
{In shops.
{Machinery.
{Oil and waste.

 
{
{On road.
{Tanks and tables.
{Materials and labor.

 
 

 
 
{
{Conductors.

 
 
{
{Ticket Sellers.

 
 
{Passenger.
{Clerks.

 
 
{
{Brakemen.

(D) Salaries of hands employed in and about trains.
{
{Porters.

 
 
{
 
 

 
 
{
{Conductors.

 
 
{Freight.
{Station agents.

 
 
{
{Brakemen.

 
 
{
{Weighers and gaugers.

 

 
{Passenger.
{Warming and lighting.

 
{
{Police.

(E) Station expenses.
{
 
 
 

 
{Freight.
{Warming and lighting.

 
{
{Police.

 

 
{Salaries.

 
{Travelling expenses.

(F) General superintendence.
{Office expenses.

 
{Stationery.

 
{Advertising, &c., &c.

Фактическое общее разделение эксплуатационных расходов по системе дорог штата Нью-Йорк за 1854 год выглядело следующим образом. (См. отчет инженера штата).

Way and works,
1,123
dollars per mile of road.

Machinery,
2,072
dollars per mile of road.

Salaries on and about trains,
640
dollars per mile of road.

Stations,
30
dollars per mile of road.

General superintendence,
333
dollars per mile of road.

 

 

Total,
4,198
dollars per mile of road.

Чтобы подробные расходы можно было относить на надлежащие службы и чтобы мы могли выводить точную стоимость работы любой отдельной категории поездов или перевозки какого-либо вида груза, следует заполнять следующую форму.

407. TABLE SHOWING THE GENERAL AND DETAILED EXPENSES OF WORKING AND MAINTAINING THE RAILROADS OF NEW YORK STATE, FOR 1854, AND THE NEW YORK AND ERIE RAILROAD FOR THE YEAR ENDING SEPTEMBER 30, 1855.

WAY AND WORKS.
LOCOMOTIVE ENGINES, CARS, AND FIXED MACHINERY.
Station expenses.
Salaries of employees in and about trains.
General superintendence.
Grand Total.

Nature of the item is shown in horizontal columns.
Road-bed.
Superstructure.
Buildings.
Total.
LOCOMOTIVE ENGINES.
CARS.
FIXED MACHINERY.
Whole cost of machinery oiling on the road.
Repairs and material.

Warming and lighting.
Conductors.

Brakemen.

Weighing.

Loading.

Porters.

Watchmen.
Stationery.

Salaries.

Offices.

Travelling.

Advertising.

Agencies.
Cost per passenger or per ton, per mile run, or cost per mile of road.

Passenger Locomotives.
Freight Locomotives.
Total cost.
Passenger cars.
Freight Cars.
Total cost of cars.
Repairs, oil and waste, labor, and machinery.

Name of railroad.
Fuel.
Oil and waste.
Salaries
Whole.
Repairs.
Total.
Fuel.
Oil and waste.
Salaries.
Whole.
Repairs.
Total.
Operating.
Maintaining.
Total.
Operating.
Maintaining.
Total.

_

Cost, in dollars, per mile, upon N. Y. State Railroads
351
140
22
F. 513
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 F.
841

371
180
1905

453
88
27
P. 568
395
50
140
585
237
822
202
31
122
355
191
546
1368
50
145
195
45
206
251
446
55 P.
1072

246
170
2056

Cost in cents, per ton, or per passenger per mile run, N. Y. and Erie Railroad.
.020
.161
.010
F. .191
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.015 F.
.466
.023
.240
.045
.965

 
 
 
 
.157
.021
.107
.285
.109
.394
.205
.018
.080
.303
.081
.384
.778
.020
.079
.099
.022
.045
.067
.166
 
 
 
 
 
 

.035
.207
.011
P. .253
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.018 P.
.511
.026
.159
.053
1.002

NOTES.
RECAPITULATION.
SUMMARY.
DEDUCTIONS.

408. Ларднер в своей «Экономике железных дорог» рекомендует следующие общие меры в качестве средств достижения повышенной экономичности в эксплуатации железных дорог.

1-е. Так управлять движением, чтобы вагоны перевозили более полные грузы.

2-е. Стимулировать перевозки на большие расстояния.

3-е. Регулировать тариф так, чтобы на каждый локомотив приходилось максимально возможное количество вагонов.

4-е. Корректировать тарифы там, где перевозки осуществляются главным образом в одном направлении, чтобы привлекать обратный трафик, дабы вагоны не ходили без груза.

5-е. Не увеличивать количество поездов сверх разумного уровня обслуживания перевозок.

6-е. По возможности сокращать количество экспресс-поездов, если их нельзя отменить вовсе.

ДОХОДЫ И ПРИБЫЛЬ.

409. Распределение расходов, как мы видели, несколько сложно и систематически проводится лишь на очень немногих дорогах. Классификация же доходов очень проста и должным образом детализирована почти во всех отчетах по железным дорогам. На железных дорогах штата Нью-Йорк разделение за 1854 год было следующим.

Средние доходы на милю дороги,

Passengers,
$4,074.16

Freight,
3,776.72

Extras,
427.28

 

Whole,
$8,278.16

Whole expense,
$4,710.14

или пятьдесят семь процентов доходов.

Доходы на милю пробега поездов,

Passengers,
$1.32

Freight,
2.02

Extras,
1.67

 

Whole,
$5.01

 

Average,
1.67

 

Whole expense per mile run by train,
$0.97

Средние доходы в расчете на пассажира и на тонну на милю,

Passenger,
1.95
cents,

Ton,
2.79
cents,

 

 

Average of passenger or ton,
2.37
cents,

 

 

Average expense of passenger or ton,
1.38
cents,

410. На Нью-Йоркской и Эриенской железной дороге за год, закончившийся 30 сентября 1856 года.

Доходы на милю дороги,

Passengers,
$3,397.34

Freight,
7,143.42

Express and mail,
397.84

 

Whole,
$10,938.60

Whole expense per mile of road,
5,263.00

или сорок восемь процентов доходов.

Доходы на милю пробега поездов,

Passengers,
$1.16

Freight,
2.13

Средние доходы в расчете на пассажира и на тонну на милю,

Passenger,
2.02 cents,

Ton,
2.37 cents.

411. На дорогах штата Нью-Йорк,

Average number of passengers per mile run,
57.4

Average distance travelled by passengers,
81.4

Average tons per mile run,
90.0

Average distance, whole number of tons carried,
177.0

 
Length,
496 miles,
 

 
Freight tonnage,
150,673,997 miles,
 

 
Passenger,
84,069,398 miles.
 

412. Разумеется, целью на любой железной дороге является сделать так, чтобы валовые доходы превышали валовые расходы на максимально возможную величину. Элементами, определяющими валовые доходы, являются,

The charge per mile, for transport,

The number of units transported,

The distance carried,

из которых директора компании могут контролировать только первый, если не считать того, что корректировка тарифов может привлекать клиентов.

Снижение тарифа до определенной степени имеет следствием увеличение доходов за счет роста числа поездок; однако снижение может быть заведено слишком далеко. Точно так же до определенного предела повышенные ставки будут увеличивать общие доходы; но и в этом случае следует избегать крайностей. Очевидно, что искомой точкой является та, при которой разница между расходами и доходами максимальна, и это необязательно происходит тогда, когда доходы максимальны.

Мы можем сделать доходы равными нулю, либо установив плату столь высокой, что ее никто не сможет выдержать, либо столь низкой, что она исчезнет. Даже когда доходы равны 0, мы все равно несем расходы по гонять порожняков.

Составив таблицу, в которой один столбец показывает различные сборы, а второй — соответствующие объемы перевозок с вытекающими отсюда доходами и стоимостью работы, мы обнаружим, какая ставка сбора обеспечит наибольшую разницу между расходами и доходами.

ЭКСПРЕСС-ПОЕЗДА.

413. Экспресс-поезда являются источником огромных прямых и косвенных расходов, которые никогда не могут быть окупивлены за счет какого-либо применимого к ним тарифа. Д-р Ларднер, (1850):—

Постановлено: рекомендовать собранию введение более высокого тарифа на проезд в пассажирских экспресс-поездах, в некоторой степени соответствующего возрастающим расходам на такие поезда. — Американский железнодорожный съезд 1854 года.

УВЕЛИЧЕНИЕ РАСХОДОВ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ.

Это обусловлено дополнительным износом локомотивов, вагонов и пути из-за повышенной скорости, а также задержками, причиняемыми другим поездам, находящимся в движении одновременно.

Влияние экспресс-поездов ощущается не только ими самими, но и практически всеми поездами на дороге.

Примечание.
— Для определения наиболее экономичной скорости необходимо принимать во внимание только переменные элементы затрат, а именно: стоимость энергии и содержание верхнего строения пути и подвижного состава; принимая затраченную мощность за сопротивление, а стоимость ремонта механизмов и верхнего строения за скорость, мы составляем следующую таблицу:—

Velocity in miles per hour.
Resistance in pounds per ton.
Hours con. in going 300 miles.
Product of column 2 × 3.
Cost of repairs.
Result.

10
8.6
30
258
100
358

15
9.3
20
186
150
336

20
10.3
15
154
200
354

25
11.6
12
139
250
389

30
13.3
10
133
300
433

35
15.2
8.60
131
350
481

40
17.3
7.50
130
400
530

45
19.8
6.67
132
 
 

50
22.6
6
136
 
 

60
29.1
5
145
 
 

100
66.5
3
200
 
 

Результат получается путем сложения произведения столбцов 2 и 3, или столбца 4 со столбцом 5, из чего видно, что минимальная стоимость достигается при скорости чуть более пятнадцати миль в час. Переменным (и вышепринятым) элементом является темп роста затрат на содержание.

Все поезда, находящиеся в движении одновременно в пределах определенного расстояния от экспресса, должны удерживаться в ожидании под паром или вестись с повышенной скоростью, чтобы уходить с дороги.

Когда расписание составлено так, что требует скорости, близкой к полной мощности локомотива, совершенно очевидно, что риск неудачи при «соблюдении графика» должен быть намного выше, чем при сниженных скоростях; и когда это происходит, усилия, предпринимаемые для нагонки времени, должны быть соответствующим образом большими и неопределенными. Одного примера будет достаточно, чтобы показать это:—

Поезд, установленная скорость которого составляет тридцать миль в час, потеряв пять минут времени и будучи обязанным нагнать его, чтобы встретиться и разминуться со встречным поездом на станции, находящейся на расстоянии десяти миль, должен неизбежно увеличить скорость до сорока миль в час; а поезд, установленная скорость которого составляет сорок миль в час, при аналогичных обстоятельствах должен увеличить скорость до шестидесяти миль в час; в первом случае это, вероятно, удастся выполнить, в то время как во втором это с большей вероятностью приведет к неудаче; или, если увенчается успехом, то ценой страшного риска аварии.

Но неудача в любом случае возымеет эффект замедления движения встречного поезда, нарушения расписания поездов того же и низшего классов в обоих направлениях, что повлечет, возможно, со стороны последних необходимость аналогичной борьбы за время и тем самым может послужить первопричиной аварии для всех поездов, чье движение было этим затронуто.

Первоначальная стоимость локомотивов (при условии, что стоимость растет с весом) на тридцать процентов выше для экспресс-поездов, чем для поездов второго или третьего класса.

Стоимость ремонта принимается равной произведению веса на пройденное расстояние, и поскольку это расстояние одинаково, она пропорциональна весу, то есть увеличена на тридцать процентов. (При этом предполагается, что мощность одинаково хорошо приспособлена).

Стоимость вагонов (хотя и должна бы) не слишком отличается для экспресс- или тихоходных поездов; стоимость ремонта безусловно возрастет.

Проценты на строительный капитал, относимые на экспрессы, будут составлять их долю по пробегу плюс любые расходы, которые могли быть понесены при смягчении кривых и уклонов; доля ремонта верхнего строения, относимая на экспрессы, будет зависеть от их веса. Локомотив вызывает
25
29
износа рельсов, и поскольку вес локомотивов увеличен на тридцать процентов, повышенный износ составит
15
58
.

Использование станций и персонала обходится не дороже для экспрессов, чем для пригородных поездов.

Ремонт локомотивов будет почти точно, если не абсолютно, равен произведению их веса на пройденное расстояние; и это, исходя из вышесказанного, будет на тридцать процентов больше у экспресс-поезда, чем у обычного, при одинаковом расстоянии.

Вагоны для экспресс-поездов должны быть одновременно прочнее и удобнее, чем для более медленной работы, поскольку толчки от неровностей рельсов значительно сильнее по мере роста скорости; а поскольку поездки очень долгие, пассажирам требуются более удобные сиденья, а в некоторых случаях и условия для сна. Следовательно, затраты на ремонт экспресс-вагонов будут несколько выше, чем любых других.

СТОИМОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ ПУТИ И СООРУЖЕНИЙ.

По мере увеличения скорости относительное влияние уклона и кривых уменьшается, но абсолютная опасность прохождения кривых возрастает. Экспресс-поезда требуют большего радиуса кривизны или большего возвышения наружного рельса, чем другие, причем это дополнительное возвышение вызывает ненужное сопротивление для всех остальных поездов. Рельсы для противостояния крупным и тяжелым колесам должны быть более тяжелыми и прочнее закрепленными. Все мосты и виадуки (особенно если они находятся на уклонах или кривых) потребуют большей прочности для противостояния возрастающим толчкам, которым они будут подвергаться. Износ рельсов почти пропорционален весу, проходящему по ним; износ рельсов вследствие остановок и пуска поездов зависит от количества движения (моментума) поезда, которое должно быть им передано.

Пропорция, в которой эксплуатационные расходы распределяются по различным статьям на крупных железных дорогах Великобритании, выглядит следующим образом:—

Direction and management,
7

Way and works,
16

Locomotive department,
35

Cars,
38

Sundries,
4

 

 
100

А процент увеличения за счет быстрого движения, применяемый к различным статьям расходов, с результирующим увеличением общих расходов показан ниже.

Direction and management,
7
0
=
0.0

Way and works,
16
27
=
4.3

Locomotive department,
35
30
=
10.5

Cars,
38
10
=
3.8

Sundries,
4
0
=
0.0

 
 

 

 
 
100
 
18.6

или приблизительно 18 процентов увеличения.

Экспресс-поезда, в том виде как они эксплуатируются на многих дорогах, движутся с избыточной скоростью для компенсации частых остановок. Преодоление большого расстояния за короткое время зависит в равной степени от уменьшения числа остановок и от увеличения скорости.

Следующие цифры показывают эффект уменьшения количества остановок.

Поезду, проходящему 400 миль и останавливающемуся каждые пятьдесят миль, причем каждая остановка длится пять минут (включая замедление до полной остановки и разгон), чтобы пройти все расстояние за восемь часов, необходимо двигаться со скоростью пятьдесят пять миль в час.

При остановке каждые двадцать миль — шестьдесят три мили в час.

При остановке каждые десять миль — восемьдесят шесть миль в час.

В следующей таблице приведены скорости различных классов поездов в Англии, Франции и Бельгии, включая остановки и без их учета.

 
EXCLUDING STOPS.
 

Express.
1st class.
2d class.
3d class.

England,
43.9
32.8
32.8
25.2 miles per hour.

France,

27.5
24.3
28.1 miles per hour.

Belgium,

26.2
25.7
27.6 miles per hour.

 
INCLUDING STOPS.
 

Express.
1st class.
2d class.
3d class.

England,
36.5
24.8
24.8
17.5 miles per hour.

France,

22.1
17.9
19.9 miles per hour.

Belgium,

20.7
19.3
18.1 miles per hour.

Расстояния, на которых поезда различных классов останавливаются в разных странах, следующие:—

 
TRAINS STOP ONCE IN
 

1st class.
2d class.
3d class.
Express.

England,
8 miles,
8 miles,
5 miles,
24 miles.

France,
10 miles,
6 miles,
6 miles,
—— miles.

Belgium,
6.8 miles,
5.6 miles,
5 miles,
—— miles.

ОБ УВЕЛИЧИВАЮЩЕЙСЯ ОПАСНОСТИ БЫСТРОГО ДВИЖЕНИЯ.

Причинами аварий, находящимися вне контроля пассажиров, являются

Collision by opposition.

Collision by overtaking.

Derailment by misplaced switches and draws.

Derailment by obstacles upon the rails.

Breakage of machinery.

Failure of track or bridges.

Fire.

Boiler explosions.

Те причины, которые усугубляются быстрым движением, — первая, вторая, пятая и шестая; последствия всех них при высоких скоростях хуже, чем при низких.

Доли аварий, приходящиеся на каждую из этих причин, взятые случайно из ста случаев на английских железных дорогах, составляют следующие величины:—

Collision,
56

Breaking of machinery,
18

Failure of the road,
14

Misplaced switches,
5

Obstacles on rails,
6

Boiler explosion,
1

 

 
100

При лобовом столкновении локомотивы, тендеры и багажные вагоны должны быть разрушены до того, как удар дойдет до пассажиров; при наезде сзади локомотив хвостового поезда врезается прямо в последний пассажирский вагон головного поезда; сила удара в последнем случае равна разности скоростей, в первом — сумме. Возрастание опасности от этой причины, сопутствующее экспресс-поездам, обусловлено, во-первых, большим временем, необходимым для остановки, и во-вторых, более сильным ударом в случае столкновения.

Поломка механизмов более вероятна тогда, когда колеса совершают 25 000 оборотов в час, чем при меньшей скорости.

Выход из строя верхнего строения мостов (особенно на кривых или уклонах) более вероятен при высоких скоростях, чем при низких.

Аварии из-за препятствий на пути, пожаров, взрывов котлов и смещенных стрелок происходят у экспресс-поездов не чаще, чем у других, но их последствия при высоких скоростях тяжелее.

Из приведенного выше анализа ста аварий следует, что восемьдесят восемь процентов случаев происходят по причинам, которые усугубляются ростом скорости, и если мы примем усугубление столкновений и поломок механизмов (при удвоении скорости) как два к одному, опасность прохождения фиксированного расстояния экспрессом на восемьдесят восемь процентов выше, чем тихоходным поездом.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ РАБОТЫ ТЯЖЕЛЫХ И ЛЕГКИХ ПОЕЗДОВ.

414. Иногда задают вопрос, не лучше ли пускать большее количество поездов и уменьшить вес локомотивов. Сравнение затрат делается легко.

Стоимость работы поездов состоит из

Fuel, oil, and waste.

Engine-men’s wages.

Wear of rails.

Conductor and brakemen.

Wear of cars.

Suppose we have to move 1,000 tons per day over any
road. If we do it by one engine and 100 cars, the whole
cost will be

One Engineer
$2.00

One Fireman
1.50

One Conductor
1.75

Four Brakemen
5.00

 

 
$10.25

And if we move 1,000 tons by ten trains of one hundred
tons each,

Ten Engine-men at
$2
$20.00

Ten Firemen at
1½
15.00

Ten Conductors at
1¾
17.50

Ten Brakemen at
1¼
12.50

 
 

 
 
$65.00

Разница в зарплате в пользу тяжелого поезда составляет 54,75 доллара.

Поскольку общий вес на ведущих колесах должен быть одинаковым для перемещения заданной нагрузки при любом методе, единственная разница в весе локомотивов будет заключаться в весе на поддерживающей тележке. Чтобы хорошо вписываться в кривые, тележка должна иметь на себе пять тонн. Общий вес на десяти тележках составляет тогда пятьдесят тонн, а на одной — пять тонн, что оставляет избыток в сорок тонн, ежедневно перевозимый по дороге малыми поездами. Самый тяжелый грузовой локомотив обойдется не дороже чем в 15 000 долларов; стоимость локомотива для тяги ста тонн не может быть менее 5 000 долларов.

10 × 5000 = 50000 less 15000 is $35000. 6

100 of 35000 is $2100.

Добавьте к этому в пять раз больше топлива, расходуемого на растопку и стоянку под паром, в десять раз больше смазки, чистки и ремонта, в десять раз больше помещений для паровозных сараев и мастерских; а также то, что вагоны в частых поездах загружены гораздо меньше, чем в редких, возросшие задержки и вероятность аварий из-за увеличенного числа поездов, и оценивая все это в 170,00 долларов в день (стоимость крупного локомотива оценивается в 30 долларов в день, а каждого из малых — в 20 долларов, суточная разница составляет 170 долларов), мы получаем в качестве общих ежедневных дополнительных расходов на эксплуатацию десяти малых поездов вместо одного крупного,

170.00 + 54.75 × (6

100 of 35000)/313 or 6.71 = $231.46 per day,

или 72 446,98 долларов в год, что задействует капитал в 1 207 449 долларов.

ВЕТВИСТОЙ ДОРОГИ (ВЕТКИ).

415. Эти линии, когда они принадлежат главной дороге, обычно эксплуатируются с убытком, а будучи независимыми, представляют собой плохое вложение капитала. На собрании директоров Бостонской и Вустерской (шт. Массачусетс) железной дороги в феврале 1855 года было заявлено, что из шести веток прибыльной была только одна. Что четыре из них приносили доход на капитал в размере от полутора до одного и три четверти процента.

Независимые ветки обычно делят совместные доходы по километровому стандарту; и здесь они несут убытки, поскольку если поезда ветки не проходят по главной линии, а пассажиры-«доноры» помогают заполнить поезд, который в любом случае идет по главной, то расходы ветки на перевозку пассажиров относятся к расходам главной линии как (скажем, девяносто к десяти), и ветка должна забирать
90
100
доходов. В этом случае с ветки взыскивается плата за использование как вагонов, так и пути главной линии. Если она пускает собственные вагоны по главной линии (как бывает, когда ветка находится у конечного пункта), с нее должна взиматься плата только за износ пути.

Подобным же образом несколько дорог, образующих непрерывную линию, должны делить доходы не по километражу, а в соответствии со стоимостью работы на этом километраже. Так, если у нас есть непрерывная линия, показанная ниже, первый столбец показывает длину; второй — стоимость строительства; третий — стоимость содержания; а четвертый — распределение доходов.

Division.
Length.
Construction Capital.
Maintaining Capital.
Result.

1
8
10
4
10 + 4 = 14

2
9
6
3½
6 + 3½ = 9½

3
6
7
2¾
7 + 2¾ = 9¾

4
10
4
1¼
4 + 1¼ = 5¼

ВОСПРОИЗВОДСТВО ПУТИ И ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

416. Помимо ежегодных ремонтов, необходимых для поддержания дороги в надлежащем рабочем состоянии, требуется периодическое расходование средств на воспроизводство. Очевидно, на всех дорогах настанет время, когда рельсы и шпалы, здания, мосты и т.д. потребуют замены. Зная срок службы рельсов, мы также знаем ежегодное обесценивание и отсюда можем легко найти, какая сумма должна ежегодно откладываться и при правильном инвестировании составить по окончании срока службы рельса вместе с процентами сумму, равную стоимости возобновления.

РЕЛЬСЫ.

Предположим, рельсы служат десять лет, годовое обесценивание составляет десять процентов. При массе 60 фунтов на ярд мы имеем сто пять тонн на милю, что при цене 60 долларов за тонну составляет 6300 долларов. Пусть стоимость переплавки и переукладки составляет 30 долларов за тонну, тогда обесценивание составляет 30 долларов за тонну за десять лет, или 3 доллара за тонну в год, или 315 долларов на милю в год.

ШПАЛЫ.

Если шпалы служат семь лет и стоят сорок центов за штуку, их годовое обесценивание на милю (при 2400 штуках на милю) составит 138 долларов на милю (приблизительно).

МОСТЫ.

Если деревянные мосты стоят 30 долларов за погонный фут и служат двадцать лет, годовое обесценивание за фут составит 1,50 доллара, а если на милю дороги приходится десять футов мостов — 15 долларов в год на милю.

ПРОЧИЕ ЗАТРАТЫ.

Закладывая на годовое обесценивание на милю зданий, заборов и т.д. 33 доллара, мы получаем общую сумму ежегодного обесценивания в 500 долларов на милю; а суммы, которые ежегодно резервируются и помещаются под сложный процент на каждый из десяти лет и окупают воспроизводство дороги, следующие:—

At the end of the 1st year $298

At the end of the 2d year 315

At the end of the 3d year 333

At the end of the 4th year 354

At the end of the 5th year 373

At the end of the 6th year 397

At the end of the 7th year 417

At the end of the 8th year 446

At the end of the 9th year 472

At the end of the 10th year 500

что под шесть процентов дает в конце десятого года по 500 долларов на каждый.

Примечание.
— Доказано, что воспроизводство подвижного состава представляет собой не что иное, как ремонт, поскольку локомотив может оснащаться то одной, то другой новой деталью, пока от исходной машины ничего не останется. См. Ларднера «Экономика железных дорог».

По мере роста перевозок на железной дороге возрастает и необходимый объем станционных помещений, а также подвижного состава, причем это увеличение должно относиться на капитал, а не на текущие доходы.

Постоянные инвесторы в железную дорогу выступают за сохранение капитала даже за счет текущих доходов. Временные акционеры и биржевые спекулянты больше стремятся к получению крупных дивидендов даже в ущерб капиталу и ничего бы не относили на счет доходов.

Права обеих вышеуказанных категорий должны учитываться, так как дорога часто строится главным образом усилиями временных инвесторов.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПО ПОДРЯДУ.

417. В последнее время был испробован эксперимент по эксплуатации железных дорог, который сулит весьма значительное снижение операционных расходов и повышение прибыльности предприятий, а именно — эксплуатация различных служб по подряду; то есть выплата определенным лицам фиксированной цены за предоставление необходимого объема тяги, вагонов или материалов в год, что вовлекает в действие личный интерес и частную предприимчивость. Нет сомнений в том, что при разумной системе такого рода, правильно применяемой, многие дороги, которые в настоящее время бесполезны, могли бы стать доходными, в то время как ценность хороших дорог также возросла бы.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУЗОВ.

418. Грузы классифицируются в соответствии с их характером, коммерческой спецификой местности, пересекаемой дорогой, и направлением главного рынка. Распределение, принятое на некоторых крупных дорогах, выглядит следующим образом:—

 CLASSIFICATION OF ARTICLES.

[Articles marked thus * at owner’s risk.]

Double First Class.

Корзины, * Дамские шляпные коробки;

* Кампафен (жидкость для ламп);

* Большие бутыли в оплётке и их содержимое;

* Бутыли с узким горлышком в корзинах и их содержимое;

* Яйца;

Перу в мешках;

Мелкий пушной товар;

Детские лошадки-качалки;

Музыкальные инструменты;

* Изделия из гипса (украшения);

Картины в рамах;

Ворсовальные шишки в бочках;

Тележки (детские);

Плетеные изделия.

First Class.

* Эль в стекле;

* Яблоки зеленые, с предварительной оплатой;

Бекон россыпью;

Вата;

Колокола;

* Ягоды с предварительной оплатой;

* Жалюзи оконные в упаковках;

Женские шляпки;

* Книги в ящиках;

Сапоги и ботинки;

Отруби в мешках;

Латунь в листах и чушках;

Латунные отливки;

Латунная посуда;

Хлеб и бисквиты;

Метлы в кипах или связках;

Черенки для метел в ящиках или связках;

Щетки;

Шкуры бизона упакованные;

Пуговицы;

* Конфеты и сладости в холщовой упаковке;

Тростник;

Карты;

Ковровые изделия;

Кепки;

Фарфоровая посуда;

Шоколад;

* Сигары в коробках;

Корица;

* Часы в ящиках;

Какао;

Кассия;

Кофе молотый;

Воротники;

Расчески;

Медь в листах и чушках;

Медная посуда;

Пробки;

* Хлопок в кипах;

* Хлопчатобумажные угары (ветошь);

Крышки и сита;

* Клюква;

* Столовые приборы (ножевые изделия);

Оленьи шкуры в связках;

Двери;

Мануфактурные товары (галантерея и текстиль);

Галантерея и модные товары;

* Инжир в коробках;

Огнестрельное оружие;

* Рыба свежая с предварительной оплатой;

Мука в мешках;

Вилы сенокосные и для навоза;

* Фрукты свежие с предварительной оплатой;

* Дичь с предварительной оплатой;

Семена огородные;

Имбирь;

* Стекло в ящиках;

* Стеклянная посуда в ящиках или бочках;

Клей;

* Виноград с предварительной оплатой;

Ружейные ложа в ящиках или связках;

Волос в мешках;

Окорока россыпью;

Шорно-седельные изделия;

Шкуры сыромятные;

Черенки для мотыг;

* Чугунная и кухонная утварь в тонких отливках;

* Мед;

Хмель прессованный;

* Лед с предварительной оплатой;

Индиго;

Чернила;

Чугунные отливки легкие;

Слоновая кость;

Лакированные изделия;

Столярные изделия;

* Лимоны в коробках в холщовой упаковке;

* Зеркала в хорошей упаковке;

* Оборудование в ящиках легкое;

Мрамор обработанный, на риск повреждения владельцем;

Цновка, циновки;

Матрасы двойные весом по 150 фунтов каждый;

Матрасы одинарные весом по 100 фунтов каждый;

Мельничные отруби и мучные продукты в мешках или бочках;

Мерные емкости;

* Мясо свежее с предварительной оплатой;

Мясо насыпью соленое;

Медикаменты;

* Дыни с предварительной оплатой;

Мох в мешках;

Орехи в мешках или бочках;

* Апельсины в коробках в холщовой упаковке с предварительной оплатой;

* Устрицы в банках или бочонках;

Пальмовое волокно в кипах;

Бумага оберточная коричневая и соломенная (легкая);

Обои;

Пушнина неоклееная, шкурки;

* Портер в стекле;

* Птица разделанная с предварительной оплатой;

* Чернослив;

Ветошь (см. второй класс);

* Изюм;

Черенки для грабель;

Ротанг (тростник);

Ковры, половики;

Деревянные основы седел;

Сбруя;

* Оконные переплеты в упаковках;

Коромысла весов;

Косовища;

Обувь;

Черенки для лопат;

Мыло туалетное;

Сода;

Пряности;

* Скипидар;

Канцелярские товары;

Соломенные изделия;

Чай (см. третий класс);

Жестяная посуда в решетчатых ящиках или бочках;

Игрушки;

Trunks, empty, 80 pounds each;

Ушаты, кадки;

Токарные изделия;

* Овощи с предварительной оплатой;

Шпон;

Ватин;

Основа ткани на навоях;

Навои (ткацкие валы);

Шерстяные угары;

Воск;

Китовый ус;

Тачки;

Плетки, хлысты;

Фитильная нить;

* Вино в корзинах или коробках;

* Деревянная утварь (бондарные изделия);

Шерсть;

Шерстяные ткани.

Second Class.

Алкогольные напитки;

* Эль в бочках;

Сушеные яблоки;

Квасцы;

Якоря;

Наковальни;

Поташ или перлаш;

Топоры в ящиках;

Оси железные;

Бекон в упаковке;

Мешечная ткань (упаковочная);льдина

Барилла;

Кора дубильная, 1¼ корда на тонну;

Фасоль;

* Говядина в бочках или коробках;

Пиво в бочках;

Белильная известь (хлорная известь);

Кости;

* Бутылки упакованные (пустые);

Сера;

Жерновые камни (буры);бруски

Бурмет (грубая холстина) в оригинальной упаковке;

* Масло сливочное в бочонках;

* Свечи в коробках;

Пушки;

Парусина;

Отливки тяжелые;

Цемент;

Цепи;

Мел;

Стулья и точеные заготовки в кипах или связках;

Сидр в бочках;

Сыр в коробках или бочках;

Глина, уголь и кокс в бочках или ящиках;

Семена клевера;

Кофе в мешках;

Железный купорос;

Канаты и снасти;

Гончарные изделия хорошо упакованные;

Домотканые ткани в оригинальной упаковке;

Красители древесные;

Глиняная посуда хорошо упакованная;

* Огнеупорный кирпич;

Рыба вяленая или соленая;

Семена льна;

Шерстяные и пуховые очёсы (флокс);

Линолеум/клеенка для пола крашеная;

Flour, in barrels, 20 barrels or less;

Печи;

Зерно всех видов;

* Точильные камни;

Бакалея, как правило тяжелая, специально не оговоренная;

Джутовая ткань (ганни) в кипах;

Мотыги;

Окорока, лопатки или бока в бочках или коробках;

Скобяные изделия (скобяной товар), кроме ножевых изделий;

* Пенька в кипах;

Семена конопли;

* Шкуры пресно-соленые (мокрые);

* Высокоградусный спирт;

Hoops, shaved or split, 3,000 pounds per cord;

Каучук;

Железо в чушках, болванках, листовое для котлов, прутковое и полосовое;

Железо обручное, листовое или болты;

Железные гайки, заклепки и костыли;

Старый лом (джанк);

Жир (смалец) в бочках;

Свинец листовой, в чушках или трубах;

Кожа;

Спиртные напитки в бочках;

Известь в бочках;

Мрамор необработанный, на риск повреждения владельцем;

Мука грубого помола в мешках или бочках;

Патока (меласса);

Мох прессованный;

Гвозди в бочонках;

Пакля в кипах;

Масло растительное/техническое, на риск утечки владельцем;

Жмых масличный;

Клеенка;

* Устрицы в раковинах;

Краски сухие или на масле;

Бумага (белая) в коробках или связках;

Бумага (плотная коричневая и скобяная);сильная

Картон;

Перец;

Персики сушеные;

Горох в мешках или бочках;

Соленья в бочках;

* Трубы в коробках;

Смола (пек);

Алебастр/гипс в бочках;

Плуги;

Свинина в упаковке;

* Портер в бочках;

Картофель в бочках или мешках;

Ветошь заграничная прессованная;

Грабли;

Рельсовые подкладки и костыли;

Рис;

Веревки;

Канифоль;

Гидрокарбонат натрия (салерат);

Соль в мешках или бочках;

Селитра;

Весы в коробках;

Косы в связках;

Бруски для кос (точильные камни);

Дробь в мешках;

Лопаты и заступы;

Апретура (клейстер, шлихта);

Шифер;

Мыло (обычное) в коробках;

Сода:

Цинковые белила и цинк;

Костыли железнодорожные в бочонках;

Спирт отечественный;

Крахмал;

Сталь в коробках или связках;

Стальные рессоры (пружины);

Камень;

* Керамическая посуда хорошо упакованная;

Сахар;

Сумах (дубильное вещество);

Топленый жир, на риск нагрева владельцем;

Деготь;

Черепица;

Олово, металл и в листах (жесть);

Табак в кипах, коробках или бочках;

Короткое волокно (пакля), прессованное (в кипах), на риск пожара владельцем;

Шпагат в кипах;

Корнеплоды в мешках или бочках;

* Уксус;

Вода минеральная;

Виски в бочках;

Белила свинцовые;

Мел молотый (белила);шпаклевка

* Вино в бочках;

Проволока в рулонах и бочках;

Лесоматериалы профильные, необработанные;

Ценные породы древесины, а именно: красное дерево, бакаут (гваяковое дерево), палисандр, вишня, кедр, орех и т.д.;

Шерсть, иностранная, прессованная, в кипах;

Пряжа, прессованная;

Цинк и спельтер.

Third Class.

Включает следующие статьи в количествах от 8 000 фунтов и менее 16 000 фунтов в любой отдельной отправке от одного грузоотправителя одному грузополучателю. Те же статьи, отправленные аналогичным образом в количествах от 16 000 фунтов и выше, принимаются по специальным тарифам.

Якоря;

Наковальни;

Зола, поташ и жемчужная зола, в бочках;

Топоры, железные;

Бекон, упакованный;

Кора дубильная, 1¼ корда на тонну;

Фасоль, в мешках или бочках;

Говядина, упакованная;

Жерновые блоки;

Орудия (пушки);

Цемент, в бочках или кадках;

Якорная цепь (канат);

Сидр;

Глина;

Кофе;

Медь, в ящиках;

Семена льна, в мешках или бочках;

Мука, в бочках;

Зерно всех видов;

Точильные камни;

Ветчина, упакованная;

Высокоочищенный спирт;

Железо чугунное, полосовое, пудлинговое, листовое, обручное или прутковое;

Чугунные отливки, тяжелые;

Лард (жир-сырец), в бочках или кадках;

Свинец, листовой, чугунный или в трубках;

Известь, в бочках;

Мрамор необработанный, на риск владельца в отношении боя;

Патока (меласса);

Гвозди, в бочонках;

Алебастр (гипс), в бочках;

Свинина, упакованная;

Картофель, в мешках или бочках;

Рельсовое железо, стыковые подкладки и костыли;

Соль, в мешках и бочках;

Дробь;

Сланец;

Костыли, в бочонках;

Сахар, в бочках;

Чай;

Табак, в ящиках или бочках (hhds.);

Уксус, в бочках;

Виски, в бочках.

Помимо вышеуказанных регулярных грузов, существуют следующие специальные объекты перевозки:—

Припасы;

Мебельные изделия;

Кирпич;

Древесный уголь;

Прессованное сено;

Веничный сорго;

Коробки сигар;

Бочки;

Мешки;

Кукуруза в початках;

Домашняя птица;

Зеркала;

Деревья и кустарники;

Сейфы;

Мельничные жернова;

Паровые двигатели;

Оборудование (машины);

Сельскохозяйственные орудия;

Пиломатериалы;

Живой скот;

Экипажи;

Уголь и кокс.

РАСПИСАНИЯ ДВИЖЕНИЯ.

Рис. 158 (см. в конце тома).

419. Наиболее полное графическое решение инженерной задачи представляет собой, несомненно, расписание движения поездов С. С. Поста, эсквайра, главного инженера Нью-Йоркской и Эриенской железной дороги. Пусть вертикальные линии представляют время с интервалами по десять минут каждая, а горизонтальные — расстояния, причем жирные линии обозначают различные промежуточные станции. Предположим теперь, что мы отправляемся со станции А в шесть часов утра и желаем прибыть в К в два часа пополудни, делая остановку на десять минут на каждой станции; поскольку промежуточных станций восемь, общее время, затраченное на остановки, составит 10 × 8 = 80 минут. От двух часов пополудни и на линии К вернемся на восемьдесят минут назад, то есть к М, и из А проведем А В в направлении А М, которое пересекает линию В В в точке В, находящейся в четырех милях или тринадцати минутах от А. Теперь, так как мы ожидаем десять минут, пройдем вдоль линии В В на одно деление (десять минут) до В′ и снова начнем движение параллельно А В, прибывая в С через полтора часа после отправления. Действуя таким образом, мы прибываем в К в назначенное время. Наклон линии показывает скорость. Так, если она проходит двадцать горизонтальных интервалов за шесть вертикальных делений, мы получаем двадцать миль за шестьдесят минут, или двадцать миль в час.

Предположим теперь, что мы отправляем экспресс в восемь часов утра из А с прибытием в К в один час пополудни (см. линию 8 F); он пройдет первый поезд на станции F и будет двигаться со скоростью семнадцать миль в час от А до F, с той же скоростью от F до G и со скоростью тринадцать миль в час от G до 1.

Предположим также, что мы отправляем поезд из К в шесть часов утра с прибытием в А в одиннадцать часов утра; мы минуем вышеупомянутые поезда в E и D.

Также товарный поезд, который должен разминуться с вышеназванными поездами, отправляясь из К в восемь часов утра и прибывая в А в один час пополудни, остановится на десять минут в G, на десять минут в M, минует первый поезд в L, простоит десять минут на запасном пути в двух с половиной милях от L и пройдет до А с почти равномерной скоростью.

Таким же образом на таблице может быть нанесено и прослежено движение любого поезда в течение часов дня. Построив продольный профиль дороги на линии А К, мы покажем те места, на которых уклоны заставят нас снизить скорость. Кривые также могут быть показаны путем увеличения крутизны уклонов либо путем создания на профиле уклона там, где дорога горизонтальна, достаточно крутого, чтобы задействовать объем мощности, равный расходуемому на кривой.

ЖУРНАЛЫ РАБОТЫ ЛОКОМОТИВОВ.

420. Отчеты американских железных дорог, как правило, совершенно лишены подробных сведений об эффективности работы тяговых средств. Впрочем, некоторые из крупных дорог в последнее время улучшают положение дел в этом отношении.

Для того чтобы тарифы и сборы могли правильно применяться к различным видам перевозимых грузов, следует знать стоимость перемещения каждого груза.

Такие статьи, как жалование служащих и ремонт механизмов, легко распределяются по соответствующим статьям; однако правильное количество топлива, масла и обтирочных материалов, относимое на тот или иной отдел, не столь очевидно. То, что нам требуется — это точное количество использованных топлива, масла и обтирочных материалов, а также выполненная работа каждого паровоза; для получения этого должна быть принята какая-либо система учета данных количеств.

При заполнении следующих пяти бланков мы получаем все необходимое:—

Номер 1 представляет собой еженедельный отчет машиниста заведующему машинным хозяйством и содержит, как видно, время прибытия на каждую станцию и отправления с нее. Топливо всегда должно быть готово на каждой станции к выдаче в кордах и полукордах либо в тоннах и долях тонн для угля или кокса. Оно может выдаваться либо с небольшой платформы на колесной паре, расположенной перпендикулярно пути, либо из ящика, подвешенного на кране, который можно сразу повернуть и опустить в тендер, предварительно убрав уже находящийся там ящик. Последний метод дает наиболее точные результаты, так как любое топливо, оставшееся на станции, может быть записано на счет паровоза. Вся операция по погрузке дров займет не больше времени, чем требуется для ее описания, и приведет к систематическому и экономичному методу работы.

Поскольку резервуары и насосы относятся на счет капитальных затрат на строительство, мы можем без существенной погрешности относить стоимость водоснабжения на поезда пропорционально их пробегу.

Номер 2 — это журнал учета дров, показывающий количество топлива, выданного различным паровозам с разных станций; он должен еженедельно подписываться начальником дровянного склада станции и возвращаться агенту по топливу. Квитанции машинистов на топливо (№ 1) служат для проверки этих отчетов.

Номер 3 — это отчет кондуктора по пробегу, в котором указан точный вес, выгруженный на каждой станции и принятый на ней, и, следовательно, нагрузка, перевозимая между станциями, которая проверяется отчетом начальника станции.

Номер 4 — ежемесячный отчет о работе паровозов, составляемый на основе еженедельного отчета начальником машинного хозяйства и представляемый управляющему.

Номер 5 отражает годовую работу каждого паровоза и всех паровозов на дороге в целом; он получается из ежемесячных отчетов и отчетов ремонтной службы и службы перевозок.

Работа, выполняемая различными классами вагонов, должна учитываться аналогичным образом.

Зная количество использованных материалов, а также выполненную работу, легко определить стоимость перемещения любой категории груза в расчете на милю, принимая во внимание, разумеется, характер участков дороги, проходимых различными паровозами. Паровозу, работающему на шестидесятифутовом уклоне, должно выделяться больше топлива, чем тому, который работает исключительно на горизонтальном участке.

Number 1.

Железная дорога А. и Б. Отчет о количестве израсходованных материалов и работе, выполненной паровозом № 50 за неделю, окончившуюся 4 июля 1856 г.

————————, Engineer.

MONDAY.
Name of train.

Name of station.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Time of arriving.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Time of departing.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Fuel taken.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Whole cost fuel consumed

 
Whole time under steam

 
Whole time running

И то же самое для каждого дня недели.

 
WEEKLY MEMORANDA.
 

Cords of wood used

Gallons oil used

Pounds tallow used

Pounds waste used

Miles run

Whole time running

Whole time under steam

Time under repairs

Cost of repairs

————, Master of Machinery.

 
Number 2.
 

—— RAILROAD. AMOUNT OF FUEL DELIVERED TO ENGINES FROM —— STATION DURING WEEK ENDING ——.

Name of Engine.
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
H.
K.
Total.

Monday.
Morning.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Afternoon.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Tuesday.
Morning.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Afternoon.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Wednesday.
Morning.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Afternoon.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Thursday.
Morning.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Afternoon.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Friday.
Morning.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Afternoon.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Saturday.
Morning.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Afternoon.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Total to each engine.
Wood Station Master ——.

Number 3.

Железная дорога А. и Б. Отчет кондуктора по пробегу за неделю, окончившуюся 4 июля 1856 г., с указанием работы, выполненной паровозом № 54.

MONDAY.
Train.

Station.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Cars taken.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Cars left.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Cars in train.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Weight of train.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Eq’d distance.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Eq’d mileage.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Total equated mileage

And the same for each day of the week.

Number 4.

A. AND B. RAILROAD. PERFORMANCE OF LOCOMOTIVE ENGINES FOR MONTH ENDING ——.

Number.
Use.
Miles run.
Time.
Wages.
Fuel.
Oil, waste, and tallow.
Repairs.
Totals.
Work done.
Comp, work done.

Working.
At rest.
Under repairs.
Cost.
Cost per mile.
Cords.
Miles per cord.
Gallons oil used.
Miles per pint.
Pounds of waste.
Pounds of tallow.
Cost of oil, waste, and tallow.
Cost per mile of oil, waste, and tallow.
Cost.
Cost per mile.
Cost.
Cost per mile.
Freight.
Passenger.

Equated freight mileage.
Cost per ton per equated mile.
Equated passenger mileage.
Cost per ton per equated mile.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

——, General Superintendent.

Number 5.

A. AND B. RAILROAD. ANNUAL REPORT OF COST OF MAINTENANCE OF, AND WORK DONE BY THE LOCOMOTIVE POWER, ALSO THE COST PER TON AND PASSENGER PER MILE, TOGETHER WITH THE NATURE AND AMOUNT OF REPAIRS, THE DIMENSIONS, & THE PRESENT STATE OF THE STOCK, 1856.

Name or Number of the engine.
Name of the builder or manufactory from whence bought.
Use to which it is applied.
Date of commc’g work upon the road.
GENERAL CHARACTER AND PRINCIPAL DIMENSIONS OF THE ENGINES.
Number of miles run
WHOLE EXPENSE OF WORKING AND OF MAINTAINING THE LOCOMOTIVES, AND EXPENSE PER MILE.
TIME OF SERVICE.
RECEIPTS, OR AMOUNT OF WORK DONE BY LOCOMOTIVES.
Total equated mileage of engines.
Comparative effect of engines.
Nature of repairs.
Present condition of machinery.

Weights.
Capacity of tender in gallons.
Cylind’rs.
Mode of connection.
Driv’g wheels.
Relative power, or traction at a mean cylinder pressure of 75 lbs.
Boiler
Cost of enginemen and firemen.
Cost of oil, waste, and tallow.
Cost of fuel.
Repairs.
Total.
Time, in days, of active s'vice.
Time, in days, at rest.
Time while under repair.
Passenger.
Merchandise.
Mixed trains.

Whole weight of engine with fuel and water.
Weight upon the driving wheels.
Weight of the tender with feed.
Diameter of bore.
Stroke.
Number.
Diameter.
Grate area.
Whole heating surface.
Area of blast orifice.
Gallons of oil used.
Miles run to one pint of oil.
Pounds of waste used.
Pounds of tallow used
Cost for oil waste, and tallow.
Cost per mile run for oil, waste, and tallow.
Cords of fuel used.
Cost of fuel.
Cost per mile run for fuel.
Cost of repairs of engine.
Cost per mile run for repairs of engine
Total cost.
Total cost per mile run.
Cars carried one mile.
Cost per car per mile.
Freight cars carried one mile.
Cost per mile for freight cars.
Tons of freight carried one mile
Cost per ton per mile for freight.
Mileage of mixed trains.
Cost per ton (gross) per mile for mixed trains.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Recapitulation, No. 1.
Recapitulation, No. 2.
Recapitulation, No. 3.

Recapitulation, No. 4.
Recapitulation, No. 5.

 

Cost per equated mile, per ton, of working freight engines.
Cost per equated mile, per passenger, of working engines.
Of —— freight engines —— are in working order, or —— per cent. of the whole. Average work of an engine is —— days per annum, and for each day at work —— days repairing and —— at rest.
Same as 3; for passenger, in place of freight engines.
Relative cost per equated mile of gross to net tons of freight carried. Relative cost per equated mile of gross to net tons of passengers carried.
______________________________________________

Engineer and fireman. Fuel. Oil, tallow, and waste. Repairs.
Total.
Engineer and fireman. Fuel. Oil, tallow, and waste. Repairs.
Total.
Gen’l Superintendent.

ТЕЛЕГРАФ.

421. Магнитный телеграф в последнее время вошел в употребление в качестве средства связи вдоль линий протяженных железных дорог, и ничто не служит лучше целям регулирования движения поездов, передачи распоряжений и информирования генерального управляющего в любое время о точном детальном состоянии всей дороги и всех ее поездов. Ниже приводится выдержка из ранее упоминавшегося отчета мистера МакКаллума:—

«Однопутная железная дорога посредством надлежащего использования телеграфа может быть сделана более безопасной и эффективной, чем двухпутная железная дорога без его помощи — поскольку двухпутный путь может предотвратить лишь столкновения, происходящие между поездами, движущимися в противоположных направлениях, тогда как телеграф может эффективно использоваться для предотвращения столкновений как между поездами, движущимися в противоположных, так и в попутных направлениях; и является общепризнанным фактом, вытекающим из истории железных дорог как в Европе, так и в нашей стране, что столкновения между поездами, движущимися в попутном направлении, оказываются самыми фатальными и катастрофическими, и от них следует защищаться наиболее тщательно. Я без колебаний утверждаю, что однопутная железная дорога, имеющая разумно расположенные разъезды, общая протяженность которых составляет одну четверть всей ее длины, и исправно действующий телеграф окажется более безопасным и прибыльным вложением капитала, чем значительно большая сумма, потраченная на строительство непрерывного двухпутного пути, эксплуатируемого без телеграфа.

«Столкновения между скорыми и тихоходными поездами, движущимися в попутном направлении, предотвращаются применением следующего правила:—“Кондуктор тихоходного поезда докладывает начальнику участка непосредственно по прибытии на станцию, где по расписанию его должен нагнать более скорый поезд; и он не имеет права покидать эту станцию до прохода скорого поезда без специальных распоряжений начальника участка”. Тихоходный поезд при таких обстоятельствах по усмотрению начальника участка может получить указание следовать дальше. Будучи полностью осведомлен о положении задержанного поезда, тот может легко составить мнение о целесообразности этого, и таким образом, в то время как задержанному поезду разрешено двигаться без учета тихоходного, последний может быть полностью убран с его пути.

“Примечание.—При управлении движением поездов с помощью телеграфа ничего не отдается на волю случая. Приказания передаются кондукторам и машинистам встречных поездов, и от них возвращаются ответы с подтверждением понимания ими приказа, прежде чем кому-либо из них будет разрешено продолжить движение.

“Место их разъезда фиксируется и определяется с помощью точных и определенных приказаний о том, что ни один из них не должен продвигаться за эту точку до прибытия другого; тогда как при отсутствии телеграфа кондукторы руководствуются общими правилами и собственным пониманием оных; эти правила обычно сводятся к тому, что в случаях задержки поезд, прибывающий на регулярный пункт разъезда первым, после ожидания в течение нескольких минут продолжает движение с осторожностью, “ожидая встретить другой поезд”, пока они не встретятся и не разминутся, причем тот, который не дошел до “полупутевого столба” между станциями, обязан дать задний ход (всегда опасная мера), а другому разрешено продолжать движение; задержанный поезд подчиняется тому же правилу в отношении всех других поездов того же класса, которые он может встретить, продолжая таким образом свое опасное и неопределенное продвижение на протяжении всей поездки. История такой системы представляет собой серьезный комментарий к несовершенству правил железнодорожного движения.

“Вероятность столкновения при упомянутой системе побудила изобрести различные средства для внезапной остановки движения поездов; они, по-видимому, были задуманы под впечатлением, более мнимым, чем реальным, будто трудности, для устранения которых они предназначались, носят неизбежный характер, однако при проявлении обычной осмотрительности и использовании телеграфа ими можно управлять идеально. Некоторые из этих изобретений несомненно обладают достаточными достоинствами, дающими право на их внедрение при любых обстоятельствах, в то время как другие по вышеуказанным причинам совершенно бесполезны — более того, сомнительно, не приведет ли надежное упование на их использование во многих случаях к опасности из-за порождения беспечности и не увеличит ли это вместо уменьшения те бедствия, избежать которых стремятся”.

НЬЮ-ЙОРКСКАЯ И ЭРИЕНСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА.

422. Прекрасным образцом американского железнодорожного строительства и американского железнодорожного менеджмента является вышеупомянутая линия, простирающаяся от Джерси-Сити до озера Эри в Данкирке; она включает вместе со своими ветвями 496 миль пути, задействует ежегодно более 1 000 000 долларов в виде оплаты труда, свыше 200 паровозов и около 3 000 вагонов; приносит ежегодно свыше 5 000 000 и расходует 2 680 000 долларов.

Общая стоимость дороги по состоянию на 30 сентября 1855 года с учетом подвижного состава составляла почти 33 750 000 долл. На ней имеется 129 фермовых мостов общей длиной 15 692 фута; 64 эстакадных, балочных и свайных моста общей длиной 5 489 футов; 3 виадукта общей длиной 1 274 фута; 167 арочных водопропускных труб пролетом от 3 до 30 футов; 527 прямоугольных водопропускных труб пролетом от 1 до 12 футов; 92 деревянных навеса общей длиной 14 200 футов; 435 зданий; 433 стрелочных перевода полезной длиной 387 914 футов и общей длиной 504 205 футов.

Несмотря на огромный объем перевозок, осуществляемых такой дорогой, организация и управление работниками поставлены столь безупречно, что главный управляющий, сидя в своем нью-йоркском офисе, может в любой момент сказать с точностью до одной мили, где находится каждый вагон или паровоз, что он делает, какой груз перевозит, кто является грузоотправителем и грузополучателем, а также время прибытия на различные станции и отправления с них и других поездов; и таким образом в любой момент он может заметить и исправить упущения и нерадивость и в действительности контролировать всю дорогу.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

A.
ДЕСЯТИЧНАЯ АРИФМЕТИКА.

Преимущество десятичной системы арифметики и измерений применительно к инженерному делу едва ли можно переоценить. И гражданские, и инженеры-механики поневоле используют некоторые десятичные выражения, такие как 0,7854, 3,1416 и т. д. Почему бы не принять эту систему полностью? Все расчеты производятся в десятичной системе гораздо проще, а измерения выполняются с большей точностью. Наиболее совершенной системой мер и весов является, без сомнения, французская. Все длины основываются на метре как единице, и независимо от того, изготавливает ли механик часы или паровоз, его масштаб является метрическим. Метр составляет ровно 1/10000000 расстояния от полюса до экватора, и был определен путем измерения меридианной линии от Родоса до Данкирка (Франция) длиной 570 миль. Таким образом, метрическая шкала имеет следующий вид:

Millimetre
.001
or 1

1000

Centimetre
.01
or 1

100

Decimetre
.1
or ⅒

Metre
1.
 

Decametre
10.
 

Hectometre
100.
 

Kilometre
1000.
 

Myriametre
10000.
 

Метр равен 3,280899 фута, или 39,370788 английского дюйма. Английский и американский фут составляет ⅓ ярда; ярд равен 35000/351393 длины маятника, качающего секунды на широте Лондона на уровне моря в вакууме. Стандартная американская шкала представляет собой стержень длиной восемьдесят два дюйма, изготовленный Троутоном из Лондона для Береговой съёмки Соединенных Штатов. В гражданском строительстве десятичное деление принято почти полностью; поистине, любое другое привело бы к бесконечным расчетам. Цепь имеет длину сто футов и разделена на сто звеньев. Рулетка проградуирована в футах, десятых и сотых долях. Нивелирная рейка — в футах, десятых, сотых и тысячных долях. Поскольку английский фут принят столь повсеместно и поскольку его в любой момент можно получить с помощью маятника, возможно, не стоит пытаться внедрять метр, но фут определенно следует разделить десятично. Деление должно выглядеть следующим образом:

.001
or 1

1000

.01
or 1

100

.1
or ⅒

1.
 

10.
 

100.
 

1000.
 

сохраняя тем самым постоянное соотношение, а не меняя пропорцию при каждом увеличении или уменьшении следующим образом:—

8

8 = 1 inch.

12 inches = 1 foot.

16½ feet = 1 rod.

40 rods = 1 furlong.

8 furlongs = 1 mile.

3 feet = 1 yard.

6 feet = 1 fathom.

B.
АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ.

Поскольку эта работа может попасть в руки тех, кто не знаком с решением алгебраических задач, было сочтено целесообразным привести следующее:—

a + a означает a, сложенное с a, или 2a.

a – a обозначает a за вычетом a, или 0.

a × a, a, умноженное на a, или a в квадрате, a² (см. ниже).

a ÷ a,}
 

}
a divided by a, or 1.

or a

a}
 

a², квадрат a, или a × a.

a³, третья степень a, или a × a × a.

√a, квадратный корень из a, или a½.

∛a, кубический или третий корень из a, или a⅓.

(a + b + c)/d показывает, что сумма a, b и c должна быть разделена на d.

(a + b + c)d или (a + b + c) × d обозначает, что сумма a, b и c должна быть умножена на d.

Обычно вместо написания a × c для выражения умножения мы ставим просто ac.

Указанные выше знаки могут комбинироваться любым образом; так,

∜([[(a + b)c

d]/m]¾).

Здесь мы имеем, во-первых, произведение c на сумму a и b; оно делится на d, а три четверти полученного частного делятся на m; и, наконец, извлекается четвертый корень из последнего результата, что и представляет собой значение выражения.

Следующие примеры показывают использование формул. См. главу VI об земляных работах, ст. Средняя дальность перемещения грунта:

Требуется определить среднюю дальность перемещения нескольких масс грунта. Пусть m, m′, m″, mn обозначают различные массы, а d, d′, d″, dn — соответствующие дальности перемещения; S — сумму масс, D — среднюю дальность перемещения, и тогда мы имеем

D = m d + m′ d′ + m″ d″ + mn dn

S.

If we make the values
m
=
100
also
d
=
100

 
m′
=
200
 
d′
=
50

 
m″
=
300
 
d″
=
75

 
mn
=
400
 
dn
=
200

сумма составляет 1000, и мы имеем

D = 100 × 100 + 200 × 50 + 300 × 75 + 400 × 200

1000 = 122.5 ft.

В главе VIII, Деревянные мосты, мы имеем выражение

S = 4b d2

l;

and if b = 10

d = 12

and l = 20

S принимает вид

4 × 10 × 144

20 = 288.

В главе IX, Железные мосты, мы имеем

T = ph

2f√h2 + 4f2;

and making p =
4000

h =
500

f =
80

мы имеем

4000 × 500

2 × 80√(5002 + (4 × 802)) = 6562202.

В главе XIII, Возвышение наружного рельса,

E = (WV2

32R/W)g,

and when W =
50

V =
20

g =
5

R =
2000

мы имеем

E = (50 × 400

32 × 2000/50)5 = 0.03

И наконец, в последней части главы XIV мы имеем формулу

D = √([n(d + c)2]

0.7854)A

B,

and making n =
200

d =
1

c =
1½

A =
4

B =
3

мы имеем

D = √([200(2 + 1½)2]

0.7854)4

3,

Now 1 + 1½ = 5

2 and (5

2)2 is 25

4,

also, 200 × 25

4 = 1250,

1250 × 4

3 = 1666,

1666 ÷ 0.7854 = 2121,

finally, √2121 = 446 very nearly.

C.
ВЕСА И МЕРЫ.

Name of material.
Weight per cubic foot.

Air
0.077 lbs.
 

Earth
112. lbs.
 

Water
62.5 lbs.
 

Ice
58.0 lbs.
 

Sand
132.0 lbs.
 

Clay
120.0 lbs.
 

Chalk
155.0 lbs.
 

Brick
110.0 lbs.
See Chap. XI., masonry.

Brickwork
95.0 lbs.
 

Dry mortar
96.0 lbs.
 

Sandstone
140.0 lbs.
 

Limestone
142.0 lbs.
Average 86 to 198.

Granite
175.0 lbs.
 

Coal, Bituminous
60 to 80.0 lbs.
 

Coal, Anthracite
85 to 95.0 lbs.
 

Coke
50 to 65.0 lbs.
 

Coal, Cannel
75 to 80.0 lbs.
 

Wrought Iron
480.0 lbs.
 

Cast-Iron
450.0 lbs.
 

Steel
487.0 lbs.
 

 

Hard Wood.
 

 

Green
62.0 lbs.
 

Air dried
46.0 lbs.
 

Kiln dried
40.0 lbs.
 

 

Soft Wood.
 

 

Green
53.0 lbs.
 

Air dried
30.0 lbs.
 

Kiln dried
28.0 lbs.
 

 

Weight per bushel.
 

Wheat
60 lbs.
 

Corn on the cob
70 lbs.
 

Corn, shelled
56 lbs.
 

Rye
56 lbs.
 

Oats
35 lbs.
 

Barley
47 lbs.
 

Potatoes, Irish
60 lbs.
 

Potatoes, Sweet
55 lbs.
 

Beans, White
60 lbs.
 

Beans, Castor
46 lbs.
 

Bran
20 lbs.
 

Clover Seed
60 lbs.
 

Timothy
45 lbs.
 

Hemp
44 lbs.
 

Flax
56 lbs.
 

Buckwheat
52 lbs.
 

Peaches, Dried
33 lbs.
 

Apples, Dried
24 lbs.
 

Onions
57 lbs.
 

Salt, Coarse
50 lbs.
 

Malt
38 lbs.
 

Corn Meal
48 lbs.
 

Salt, Fine
55 lbs.
 

D.
ЗНАЧЕНИЯ БИРМИНГЕМСКИХ КАЛИБРОВ.

Number.
Size in inches.

0
0.340

1
.300

2
.284

3
.259

4
.238

5
.220

6
.203

7
.180

8
.105

9
.148

10
.134

11
.120

12
.100

13
.095

14
.083

15
.072

16
.065

17
.058

18
.049

19
.042

20
.035

21
.032

22
.028

23
.025

24
.022

25
.020

26
.018

27
.016

28
.014

29
.013

30
.012

E.
ПАРОВОЗНЫЕ КОТЛЫ.

Если идеи Кларка и Овермана верны, соотношение эффективности вертикальных жаровых труб с водой внутри по сравнению с горизонтальными жаровыми трубами с водой снаружи выглядит следующим образом: половина поверхности горизонтальной трубы (верхняя половина) является рабочей, но эта половина генерирует пар в два раза быстрее, чем та же площадь поверхности вертикальной трубы. Таким образом, количество испарения будет одинаковым в любом положении для одной и той же абсолютной площади поверхности труб без учета увеличенного диаметра за счет подвода тепла снаружи или преимущества, столь высоко оцениваемого Оверманом, подвода тепла к выпуклой поверхности.

Следующее применение вертикально-трубного котла Монтгомери к паровозу для генерации и подвода тепла кажется удовлетворяющим почти всем требованиям. Сохранив исходный кожух топки, продолжите его вперед так, чтобы он как раз не задевал ведущую ось, опустите боковины до двух футов от рельса и закройте днище. Затем внутри этого установите прямоугольный короб, который будет продолжением внутреннего короба, причем верх будет находиться примерно на девять дюймов выше диаметральной хорды полукружной крышки, оставляя водяное пространство в три или четыре дюйма между боковинами и днищем двух коробов. Заполните внутренний короб вертикальными трубами, верхняя и нижняя части которых представляют собой трубные решетки; трубы ввинчиваются с одного конца и снабжаются резьбовой втулкой с другого, могут быть сняты для очистки в любое время и будут эффективно раскреплять внутренний короб против огромного давления на верх и низовую часть. Давление изнутри труб будет стремиться поддерживать плотность концевых соединений, тогда как в обычном котле дело обстоит наоборот.

Чтобы горящие газы сохраняли достаточне тепло для горения до их выхода, площадь труб с задней стороны должна быть меньше, чем с передней, — требование, которое легко удовлетворяется уменьшением количества и увеличением размера труб от передней части к задней. В обычном котле площадь отверстий наконечников меньше площади труб, поэтому используется более сильная тяга, чем фактически необходима для протаскивания горячих газов через трубы, в то время как в котле с вертикальными трубами площадь для прохода газов может быть одинаково большой во всех точках.

Кроме того, к газам в любой точке их пути от топки к дымовой коробке может подаваться любое количество кислорода посредством впуска свежего воздуха в любую часть цилиндрической части котла. Таким образом, преимущество камеры сгорания (если таковое имеется) достигается без пожертвования ни единым дюймом поверхности нагрева, так как нам требуется лишь впускать воздух между трубами, а не внутрь них; это может быть сделано либо с помощью полых распорных болтов, либо посредством больших отверстий, открываемых или закрываемых по желанию.

Если газы при прохождении через котел предоставлены сами себе, мы без всяких усилий получаем эффект, достигаемый по третьему пункту патента Монтгомери, а именно подведение тепла к верхней половине труб; и, как бы мы ни пожелали подвести проходящее тепло к трубам, полный контроль над движением газов может быть достигнут за счет использования двухсекционного дроссельного клапана жалюзийного типа в дымовой коробке; верхняя и нижняя части перемещаются независимо, позволяя нам направлять тепло на любую часть длины труб. Разумеется, нагревая преимущественно верхнюю часть труб, мы получаем больше шансов добиться циркуляции.

Можно было бы возразить, что столь большая плоская поверхность котла создаст форму, более подверженную взрыву, чем круглая цилиндрическая часть. Эксперименты, недавно проведенные Уильямом Фэрберрном (Англия) в связи с взрывом паровозной топки, показывают, что плоские поверхности являются наиболее прочными формами котла, или, используя его собственные слова, «являются убедительными в отношении превосходящей прочности плоских поверхностей по сравнению с верхней частью или даже цилиндрическими частями котла». Его эксперименты показывают, что два листа толщиной в одну четвертую и три восьмых дюйма, соединенные распорными болтами с резьбой с шагом в четыре дюйма от центра до центра, выдерживают свыше одной тысячи фунтов на квадратный дюйм.

Благодаря такой конструкции паровоза мы всегда можем иметь любую площадь поверхности нагрева при умеренном размере котла и низком центре тяжести.

Превышение стоимости описанного выше паровоза над обычной конструкцией составит около 500 долл., годовые проценты с которых равны 30 долл., и эта сумма должна быть сэкономлена за счет новой конструкции (скажем, десятью кордами дров).

Любая экономия сверх этого является чистой прибылью.

F.
ВЛИЯНИЕ УКЛОНОВ НА СТОИМОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ.

Стоимость эксплуатации железной дороги увеличивается с возрастанием крутизны уклонов. Во-первых, из-за механического действия подъемов; во-вторых, вследствие уменьшения пропускной способности дороги. Стоимость содержания и эксплуатации дороги состоит из статей, лишь немногие из которых являются функциями уклонов, тогда как многие таковыми не являются. Главными статьями, на которые влияют уклоны, являются расход топлива, первоначальная стоимость паровозов и, возможно, износ рельсов; там, где уклоны настолько крутые, что при подъеме требуется песок, а при спуске — применение тормозов, рельсы будут изнашиваться несколько сильнее. Когда они не столь круты, ремонт верхнего строения пути увеличится незначительно. Более крутые подъемы предполагают использование более тяжелых паровозов или большего их числа. Тяжелые паровозы обычно имеют на одной паре колес не большую нагрузку, а часто и меньшую, чем более легкие; и хотя при увеличенном общем весе подвижного состава возрастает абразивное воздействие, наблюдается меньший прогиб рельсов благодаря менее концентрированным нагрузкам. Следовательно, представляется, что влияние уклонов на износ верхнего строения пути невелико, если не сказать несущественно. Первоначальная стоимость паровозов может увеличиваться с 1000 до 2500 долл. для обеспечения их работы на крутых уклонах. Если колеса у обоих паровозов одинакового размера, нам потребуется более высокое давление пара, следовательно (см. главу XIV), больше топлива; а если паровая мощность была одинаковой, потребуются меньшие колеса или большие цилиндры, что также влечет за собой (глава XIV) больший расход топлива.

Удваивая работу, выполняемую паровозом, мы отнюдь не удваиваем количество потребляемого топлива (см. главу XIV), а увеличиваем его примерно на девяносто процентов.

Распределение расходов на пяти крупнейших английских железных дорогах в течение определенного времени было следующим:—

Salaries
$6.83

Way and works
15.76

Locomotives
35.15

Cars
38.14

Sundries
3.69

 

 
$100.00

Percentage for engines
35.00

На дорогах Бельгии,

Salaries
$5.47

Way and works
26.62

Locomotives
49.96

Cars
14.80

Sundries
3.15

 

 
$100.00

Locomotive percentage
50.00

Upon the railroads of New York State (2,200 miles) (State Engineer’s
Report, 1854),

Salaries
$10.00

Way and works
15.00

Locomotives
40.00

Cars
20.00

Sundries
15.00

 

 
$100.00

Locomotive percentage
40.00

Средний процент всех вышеуказанных расходов, относимый на паровозы, составляет 41⅔ от общих расходов на паровозы; на топливо приходится 62½ процента; и поскольку удвоенный объем работы требует на девяносто процентов больше топлива, мы получаем в качестве стоимости эксплуатации уклона, вызывающего удвоенное сопротивление (скажем, двадцать пять футов на милю), 90/100 от 62/100 от 42/100, или очень близко к 22 процентам от стоимости ведения поезда; к чему прибавляем еще ⅒ в качестве процентов на капитал паровозного парка, и получаем в качестве неблагоприятного эффекта двадцатипятифутового уклона при

C = locomotive capital,

D = annual cost of working,

⅒ of 6

100C + 22

100D.

Example.

Locomotive capital
$1,000,000
 

Cost of working
200,000
 

Annual expense of a level road (at six per cent.)
$60,000

 
 
+ 200,000

 
 

 
 
$260,000

 
 
 

And upon a road with continuous 25 feet grades
$60,000

 
 
+ 6,000

 
 
+ 200,000

+ 200,000 × 22

100, or
44,000

 
 

Total
$310,000

или 120 процентах от стоимости эксплуатации горизонтального пути, причем прирост составляет двадцать процентов или, если допустить пять процентов на прочие непредвиденные расходы, двадцать пять процентов; также увеличение, обусловленное пятидесятифутовым уклоном, составляет пятьдесят процентов; и так далее до тех пор, пока для тяги полного поезда требуется только один паровоз (мощность которого увеличивается путем изменения его размеров). Когда поезд приходится расцеплять и требуются два или более паровозов, процент, разумеется, увеличивается. Точку, в которой поезд должен быть расцеплен, можно легко определить либо в зависимости от нагрузки, либо от уклона путем сравнения эксплуатационных расходов.

G.
СПЕЦИФИКАЦИЯ ПАССАЖИРСКОГО ПАРОВОЗА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ А. И Б.

Требование.

Скорость 20 миль в час, включая остановки; топливо — дрова; вес поезда 150 тонн; максимальный уклон 60 футов на милю; самая крутая кривая 3° или радиус 1 910 футов; рельсы 60 фунтов на ярд на шпалах с расстоянием 2 фута от центра до центра.

Общий план и размеры.

Внешние соединения; четыре пятифутовых ведущих колеса с лучшими бандажами Эймса (Ames), все бандажи с ребордами; горизонтальные цилиндры диаметром расточки 15 дюймов и ходом 20 дюймов. Центрально-опорная тележка с внутренними и внешними буксами и буксами Лайтенера (Lightener). Квадратная рама из кованого железа с хорошими раскосами, 4 чугунных колеса тележки Уитни и сыновей (Whitney and Sons) диаметром 30 дюймов с расстоянием между центрами 60 дюймов. Кулисный механизм подъема, работающий через качалки, клапаны описаны ниже. Тележка снабжена передней и задней предохранительными цепями и предохранительными балками под осями. Вес на ведущие колеса 30 000 фунтов, на тележку — 10 000 фунтов. Тендер должен быть установлен на двух тележках, каждая с 4 колесами Уитни и сыновей диаметром 30 дюймов, с расстоянием 54 дюйма от центра до центра. Иметь квадратные железные рамы с хорошими раскосами и внешними буксами Лайтенера; емкость танка 1 600 галлонов.

Подробные спецификации.

Котел.—Колосник шириной 38 дюймов, длиной 54 дюйма, поверхность на 20″ выше рельса, колосниковые решетки отлиты сплошными на 6 дюймов с переднего конца, глубиной 4 дюйма и толщиной ¾ дюйма, расположенные на расстоянии ¾ дюйма друг от друга в свету; нижние кромки скошены с каждой стороны на глубину ½ дюйма и ширину ¼ дюйма; середина колосниковых решеток должна поддерживаться бруском из кованого железа толщиной 1 дюйм и глубиной 4 дюйма, закрепленным согласно чертежу. Топка.—Внешние стенки кожуха топки шириной 51 дюйм и длиной 62 дюйма; крышка на высоте 8 футов над рельсом, должна быть изготовлена из железных листов толщиной ⅜ дюйма с шейкой из углового железа высотой 16 дюймов для размещения заднего купола; углы соединяются отбортовкой с радиусом скругления 4 дюйма. Крышка кожуха должна быть поднята на 9 дюймов выше крышки цилиндрической части, причем соединение осуществляется наклонным уступом длиной 20 дюймов сверху. Торцевые листы соединены внахлестку со стенками и крышкой; швы, соединяющие топку с поясом, должны быть с двойной клепкой. Топка изготавливается из медных листов толщиной ½ дюйма, ¾ дюйма у труб, внахлестку, шириной 42¼ дюйма и длиной 51½ дюйма по внутреннему обмеру; боковые водяные пространства должны составлять 3 дюйма в свету внизу, расширяясь (путем наклона стенок топки внутрь) до 4 дюймов наверху внутреннего короба; передние пространства — 4 дюйма, задние — 4 дюйма внизу и 5 дюймов наверху. Дверной проем выполнен с кольцом из кованого железа, скрепленным заклепками ⅝ дюйма, дверца из листа толщиной ⅜ дюйма с защитным экраном ¼ дюйма. Топка соединяется с кожухом медными распорными болтами диаметром ⅞ дюйма, ввинченными и расклепанными с обоих концов, расположенными на расстоянии 4¼ дюйма от центра до центра. Восемь потолочных ребер, расположенных поперек крышки топки, каждое глубиной 6 дюймов и толщиной ¾ дюйма, с двойной сваркой на концах и заклепкой по центру, удерживаются Т-образными болтами на расстоянии 5 дюймов между центрами, полосы приподняты над листом крышки с помощью втулок толщиной ⅜ дюйма. Шейка проема купола должна быть выполнена из углового железа, которое соединяется с потолочными ребрами 4 стяжками диаметром 1⅛ дюйма, соединенными и расположенными согласно чертежу. Задняя и трубная решетки топки имеют отбортовку сверху; крышка отбортована книзу по бокам, но не сзади и спереди. Один купол размещен на крышке кожуха топки, диаметром 26 дюймов и высотой 24 дюйма; отверстие купола в котел диаметром 16 дюймов. Нижняя часть купола из кованого, верхняя — из чугунного железа, смонтированы на притертом стыке. Топка и кожух должны соединяться снизу бруском из кованого железа шириной 3 дюйма и глубиной 2½ дюйма. Весь котел должен быть тщательно проконопачен изнутри и снаружи. Цилиндрическая часть из лучшего штампованного древесно-угольного железа марки Филадельфия толщиной ¼ дюйма, наружным диаметром 44 дюйма по главному венцу у топки и 43 дюйма у конца дымовой коробки, длиной 10 футов с угловым железом 3 дюйма на концах. Передний купол из листа толщиной ½ дюйма, выполненного за одно целое, диаметром 23 дюйма. Торцевые листы котла раскреплены шестью стержнями диаметром 1 дюйм, закрепленными шплинтами в блоках, приклепанных к листам; листы цилиндрической части приклепаны заклепками ¾ дюйма с шагом 1¾ дюйма. Дымовая коробка длиной 2′ 4″, того же диаметра, что и цилиндрическая часть, из листов толщиной 3/16 дюйма, хорошо проклепанных, приболченных к угловому железу так, чтобы ее можно было легко снять для внутреннего ремонта; передняя трубная решетка 6/8 дюйма. Трубы: 140 штук диаметром 2 дюйма (наружным) № 9 по толщине у огневого конца, № 14 у дымового конца, длиной 10 футов, расположенные на расстоянии ½ дюйма друг от друга. Конец труб со стороны дымовой коробки по желанию закрывается жалюзийным дроссельным клапаном. Дымовая труба снаружи из железа толщиной ¼ дюйма, диаметром 16 дюймов, верх на 6′ 6″ выше крышки цилиндрической части, снабжена надлежащим кожухом, конусом и искрогасителем. Зольник из листа толщиной ¼ дюйма, выполненный с угловым железом 1½ дюйма и полосой по верхнему краю, снабжен дверцами спереди и сзади, глубиной 7 дюймов и находящийся на расстоянии 6 дюймов в свету от рельса. Паровые трубы: 6-дюймовые трубы из меди № 10, идущие по всей длине котла, соединенные у куполов с 5-дюймовыми чугунными стояками. Чугунные ответвления в дымовой коробке, ведущие к золотниковым коробкам, диаметром 5 дюймов. Регулятор должен находиться в чугунной коробке в дымовой коробке, как показано на чертеже, имея площадь по меньшей мере такую же, как паровое окно. Изменения направления труб должны выполняться плавными кривыми, а не углами. Выхлопная труба из меди № 10, диаметром 5 дюймов в нижней части, снабжена регулируемым соплом переменной тяги с диапазоном площади от восьми до четырех квадратных дюймов, заключаемая в кожух (petticoat pipe).

Цилиндры диаметром расточки 15 дюймов и достаточной длины для хода 20 дюймов, или 28¾ дюйма от внешней до внешней стороны притертых плоскостей, толщина отливки ⅞ дюйма, крышки толщиной 1⅛ дюйма, установленные горизонтально и прочно приболченные к главной раме и к горизонтальной раскосине фермы, как показано на чертеже; головки устанавливаются на притертом стыке. Зеркало золотника должно иметь паровые окна 14 × 1⅜ дюйма; выхлопное окно 14 × 2½ дюйма; внешняя перекрыша золотника ⅝ дюйма, внутренняя — ноль; опережение 1/16 дюйма при ходе золотника 4¾ дюйма, постепенно увеличивающееся по мере уменьшения хода почти до 5/16 дюйма. Золотниковые коробки приболчены к горизонтальной плоскости, притертый стык с болтами ¾ дюйма с шагом 4 дюйма.

Кулисный механизм.—Сдвижная кулиса с подъемным валом, сектором, рычагом, качалкой и т. д. наиболее одобренной конструкции; четыре сплошных эксцентрика с ходом 5¼ дюйма, закрепленные на оси четырьмя стопорными винтами с квадратными головками, прижимающими закаленные стальные плашки с нарезанными на их концах острыми канавками к оси; трение плашек о ось удерживает эксцентрик на месте. Эксцентриковые хомуты чугунные, с отлитыми масленками и выточенными изнутри канавками так, чтобы охватывать эксцентрик и не допускать пыли. Кулиса кованая цельная и цементированная, размером 17 дюймов на 2¼ дюйма внутри паза; толщина железа вокруг паза 1½ дюйма, общая ширина в поперечнике 2 дюйма. Тяги эксцентриков из железа ⅞ дюйма, глубиной 3 дюйма, 5½ фута между центрами, прикрепленные к кулисе и эксцентрику, как показано на чертеже. Кулиса изогнута радиусом на 6 дюймов меньшим, чем расстояние между центром ведущей оси и центром кулисы на среднем положении. Кулисы, буксы, дымовая труба и т. д. должны быть из кованого железа, цементированными. Поршни с одним наружным кольцом из композитного сплава и двумя кольцами на окружности, заполненными баббитом, и одним внутренним кольцом из кованого железа; внешнее кольцо разрезано наискось в одном месте с небольшим лепестком из кованого железа на каждой кромке для предотвращения утечки пара в точке разделения. Сальники набивных коробок штока поршня и золотника — чугунные со плотными латунными или композитными втулками.

Рама откована из хорошего лома размером 4 × 2 дюйма, причем главный брус прямой от конца до конца с приваренными буксовыми коробами; задняя концевая деталь представляет собой тяжелую кованую опорную плиту, передняя — дубовый брус 7 × 14 дюймов, положенный плашмя. Все буксовые коробки с одной стороны имеют регулируемые клинья. Плоские распорки котла в среднем размером 4½ × ⅞ дюйма с широкими лапами, приклепанными к котлу; крепление у топки должно осуществляться с помощью расширительной распорки Роджерса (Rogers), детали рамы согласно чертежу; рама устанавливается точно везде, где необходимо для приема рабочих частей паровоза.

Колеса, оси и рессоры.—Четыре чугунных ведущих колеса с бандажами из лучших бандажей Эймса с ребордами толщиной 2 дюйма, диаметр с бандажом пять футов, бандажи должны быть обточены до правильного конуса 0,072 дюйма на колесо, колеса должны быть точно сбалансированы. Оси из остатков лома или пудлингового железа, передняя диаметром 7, а задняя 6 дюймов, шейки длиной 8 дюймов, заплечики чугунные, удерживаемые стопорными винтами, оси цилиндрические и не тоньше в центре, чем на конце. Четыре рессоры из семнадцати стальных листов, каждый 4 × ⅜ × 40 дюймов; уравновешивающий рычаг между рессорами. Внутренние рессоры букс тележки подвешены от балансира, который опирается на буксовые коробки.

Параллели, насосы, шатуны и т. д.—Параллели: плоские бруски из кованого железа 3 × 1¼ дюйма, цементированные. Опорная часть крейцкопфа чугунная длиной 16 дюймов и толщиной 2 дюйма. Насосы: латунные насосы полного хода толщиной 5/16 дюйма с плунжерами 1⅞ дюйма, плунжер из кованого железа с проушиной, закрепленной на крейцкопфе и приводимой им в движение. Проходные сечения для воды в корпусе 2 дюйма, в клапанах — 1¾ дюйма. Три шариковых клапана с полыми шарами диаметром 2¼ дюйма, один для всасывания и два для нагнетания; трубы толщиной ⅛ дюйма, диаметром 2 дюйма, всасывающая из железа, нагнетательная из меди, латунный кран на нагнетательной трубе управляется тягой из будки. Воздушный камер на нагнетательной стороне насоса равен емкости цилиндра; на всасывающей стороне — половине оной. Плоские шатуны, кованные из цельных заготовок без сварки. Коробки с баббитовой заливкой на всех головках шатунов. Хомуты удерживаются на каждой двумя болтами, по одному клину на каждую шейку. Предохранительные клапаны: один диаметром 3½ дюйма, расположенный на заднем куполе, и один передний диаметром 4 дюйма, оба должны быть хорошо подогнаны и снабжены надлежащими коромыслами и пружинными безменами. Цилиндрическая часть должна быть покрыта волокнистым войлоком толщиной ½ дюйма и снабжена кожухом из русской листовой стали. Цилиндры должны быть защищены войлочным слоем толщиной ½ дюйма и заключены в латунь.

Паровоз должен иметь все обычные приспособления: колокол, свисток, манометры, подогреватель, продувочный, спускной и прочие краны, таблички с именами, масленки, песочницу, инструменты, масленки и т. д. Путеочиститель длиной 5 футов из плоских горизонтальных деревянных брусков 2½ × 4 дюйма с тяжелой центральной частью, вся конструкция должна быть хорошо подвешена и прочно укреплена. Будка должна быть аккуратно построена, с выступающим карнизом, а окна, двери и т. д. должны быть выполнены наилучшим образом. Весь паровоз должен быть хорошо покрашен и лакирован. Тяговый крюк должен быть прочно прикреплен к раме паровоза на высоте 30 дюймов над рельсом и соединен двойной эллиптической рессорой с центральной балкой тендера.

Тендер.—Бак емкостью 1 600 галлонов, верхние и боковые листы толщиной ⅛ дюйма, а нижний лист толщиной ¾ дюйма, хорошо проклепанные и проконопаченные изнутри и снаружи. Тормоза должны действовать от единого колеса на каждую сторону всех колес, то есть в шестнадцати точках; тормозные колодки подвешены на предохранительных цепях и пружинах для отведения их от колес. Одна рессора длиной 26 дюймов из десяти рычагов 3 × 5/16 дюйма над каждым колесом. Рама из высушенного дуба 10 × 4 дюйма, центральная балка 5 × 20 дюймов. Все изделие должно быть тщательно покрашено и лакировано.

Общее положение.

Весь материал, как паровоза, так и тендера, должен быть самого высокого качества, а все работы по изготовлению выполнены самым тщательным и квалифицированным образом. Паровоз и тендер во всех отношениях должны быть равны лучшим из тех, что до сих пор отправлялись из мастерских ——. Для получения более подробной информации см. прилагаемые чертежи.

H.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ ПЕРЕВОЗОК ПО ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ И ДИЛИЖАНСОМ.

Слишком сильное снижение стоимости проезда ожидалось от железнодорожных компаний и предоставлялось ими в начале развития системы, как покажет следующее:—

Постановлено: «Настоящим директора настоятельно и убедительно просят незамедлительно повысить тарифы на перевозки, как пассажирские, так и грузовые, во всех случаях, когда, по их мнению, они в настоящее время слишком низки, и впредь отказываться от всех перевозок, которые не обеспечат корпорации полное возмещение расходов и справедливую прибыль от их осуществления».

Почему железнодорожные тарифы были установлены столь низкими, объяснить было бы трудно.

Стоимость перевозки восьми пассажиров дилижансом на сто миль выглядела бы следующим образом. Пусть дорога общего пользования стоит одну тысячу долларов за милю, и предположим, что дилижансные поездки используют одну десятую часть затраченного капитала; ежедневные проценты за одну поездку составляют

(100 × 1000 × 6

100)/365 ÷ 10 or
$1.64

 

Ten horses and one stage,
 

(1500 + 500 × 6

100)/365 or
0.33

 

Daily salary of driver and stable hands,
5.00

Daily interest on stable cost, repairs, &c., &c.,
1.03

 

Whole cost of moving 8 passengers 100 miles,
$8.00

Cost of moving one passenger one mile,
.01

 

Again. Let a railroad cost $25,000 per mile, one hundred miles cost $2,500,000, and if we run ten trains per day the daily interest, at six per cent., for one train is

 

(2500000 × 6

100)/365 ÷ 10 =
$41.10

 

A locomotive costs $10,000,
 

Two cars cost 4,000,
 

and (14000 × 6

100)/365 is
2.30

 

And the daily cost of road and equipment,
$43.40

divide by 100, for the cent per mile,
0.43

 

The average number of passengers carried in one car, (see New York State Engineer’s Report,) is 17; two cars, 34, whence 43

34 =
1⅓ cents

 

The daily cost per mile, per passenger, is then, for the use of the road and equipment,
1⅓ cents

 

The cost of maintaining and working is, per passenger, per mile, (see New York State Engineer’s Report for 1854.)
1¼ cents

 

Whence the whole cost of carrying one passenger one mile upon a railroad will be
27

12 cents

 

The relative cost of transport is, then, thus,
 

 

    By stage,
1 cent

    By railroad,
27

12 cents

 

and the relative charge thus,
 

 

    By stage,
5 cents

    By railroad,
3 cents

А сравнительная прибыль как 5 минус 1, или 4; к 3 минус 2 7/12, или 5/12; или как 1 к 9,6.

I.
ФОРМА ДЛЯ ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПОЕЗДОК С ПАРОВОЗАМИ.

При сравнении работы, выполняемой различными паровозами, мы должны знать не только относительные количества израсходованных материалов, но и точный характер проделанной работы в зависимости от скорости, нагрузки, кривых и уклонов. Было обнаружено, что следующий бланк при заполнении дает полную информацию для сравнения.

Station,

Time of arriving,

Time of departing,

Time running,

Time standing,

Distance,

Rise,

Fall,

Degrees of curvature,

Equated distance,

Cars taken,

Cars left,

Load between stations,

Equated mileage of train,

Gauge pressure,

Notch of sector,

Fuel used,

Water used,

Lbs. of fuel per gallon of water,

Lbs. of fuel per equated mileage, per ton or per passenger,

Comparative effect,

K.
НАДЛЕЖАЩИЙ ВЕС ПАРОВОЗОВ.

Для перемещения заданной нагрузки паровозу требуется определенное количество мощности; для развития такой мощности необходима достаточная нагрузка на ведущие колеса, чтобы предотвратить буксование на рельсах. Эта нагрузка варьируется от трехкратного тягового усилия (в лучшем состоянии рельсов) до десятикратного тягового усилия и даже более (в худшем состоянии). Справедливое рабочее среднее значение (без песка) составляет одну шестую; с песком — значительно меньше. Песок должен использоваться на уклонах и при плохих рельсах. Чтобы найти тогда надлежащий вес, нам нужно лишь оценить тяговое усилие в наиболее тяжелой точке дороги и умножить его на шесть.

Examples.

Какой вес паровоза необходим для того, чтобы протащить двести тонн (включая паровоз и тендер) со скоростью двадцать миль в час по шестидесятифутовым уклонам?

Сопротивление на горизонтальном участке составляет

200 ×(20 × 20

171 + 8) =
2,060
pounds.

 

The resistance due to the grade
 
 

 

200 × (60

5280 × 2240) =
5,200
pounds.

 

The resistance due to curves
 
 

 

200 × 5=
1,000
pounds.

 

 

And the whole resistance,
8,260
pounds.

which multiplied by 6, is
49,560
pounds.

или 22,1 тонны, к чему прибавляем 5 тонн в качестве необходимой нагрузки на тележку, и общий вес составляет 27,1 тонны, что является необходимым весом паровоза для перемещения 200 тонн по шестидесятифутовым уклонам со скоростью 20 миль в час.

Или в общем виде,

Let W
=
Weight of engine, tender, and train, in tons,

Let V
=
Speed in miles per hour,

Let a

b
=
Fraction expressing the grade,

Let c
=
Resistance, in pounds per ton due to the sharpest curve, which, assume as 5 lbs., as we have no reliable data,

и мы получаем в качестве веса паровоза

[W(V2

171 + 8) + a

b × 2240 + 5]6/2240 =

вес паровоза без учета веса на тележку.

Если мы примем сцепление равным одной четвертой части веса на ведущие колеса, нагрузку в 150 тонн, скорость двадцать миль в час и уклон сорок футов на милю, приведенная выше формула принимает вид

[150(20 × 20

171 + 8) + (40

52802240) + 5]4/2240 =

около девяти тонн.

К чему прибавляем пять тонн, и в качестве общего веса получаем четырнадцать тонн.

Рис. 158.

ПРИМЕЧАНИЯ ПЕРЕВОДЧИКА

Внесены исправления, перечисленные в «Опечатках», начиная с стр. xv.

Ошибка для стр. 32, строки 2 не была исправлена, так как она относилась к рисунку, а не к тексту.

Изображения с текстом на них были повернуты так, чтобы текст оказался в правильном положении.

Changed “area 2,827 miles” to “area 2,827 square miles” on p. 4.

Добавлен подзаголовок «ОБЩАЯ ТОПОГРАФИЯ» на стр. 12.

«11480.667» изменено на «11,480,667» на стр. 40.

Changed “+ 5,297.334 + 4,437.334” to “+ 5,297,334 + 4,437,334” on p. 54.

Добавлен подзаголовок «УКЛОНЫ» на стр. 89.

Добавлен подзаголовок «ФОРМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СЕЧЕНИЙ» на стр. 97.

Добавлены подзаголовки «ВЫЕМКА СКАЛЬНОГО ГРУНТА» и «ВЗРЫВНЫЕ И КАМНЕДОБЫВАЮЩИЕ РАБОТЫ» на стр. 115.

Добавлен подзаголовок «ТУПИКИ И ПЕРЕСЕЧЕНИЯ» на стр. 298.

«18.24 кубических футов в час» изменено на «18.24 кубических футов воды в час» на стр. 304.

Все запятые заменены на десятичные точки в правой колонке таблицы под названием «Сопротивление в фунтах на тонну» на стр. 314 для соответствия предыдущему выражению.

Добавлен подзаголовок «ТОРМОЖЕНИЕ ПОЕЗДОВ» на стр. 401.

Добавлены подзаголовки «КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ», «РАСПОЛОЖЕНИЕ ЗДАНИЙ» и «ПАССАЖИРСКИЙ ВОКЗАЛ» на стр. 403.

Добавлены подзаголовки «ТОВАРНЫЙ СКЛАД» и «ПАРОВОЗНОЕ ДЕПО И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ» на стр. 405.

Добавлен подзаголовок «ДРОВЯНОЙ НАВЕС И ВОДОНАПОРНЫЙ БАК» на стр. 407.

Опечатки исправлены молчаливо.

Анахроничные и нестандартные написания сохранены в том виде, в каком они были напечатаны.