История паровозостроения

Введение.

Наверное, ни одна машина, вошедшая в историю развития транспорта, не оставила о себе такого впечатления, как паровоз. Причем с течением времени интерес к ней постоянно растет. Многочисленная армия любителей железных дорог, целые группы или клубы во всем мире коллекционируют литературу по паровозам, фотографии, открытки, марки и чертежи с их изображением, делают и собирают модели и, наконец, сохраняют и даже воссоздают натурные образцы ушедших из эксплуатации машин. Интересной областью деятельности для любителей истории железнодорожной техники является определение происхождения тех или иных специальных названий, их трансформация в историческом развитии. Сюда относится и специфическая паровозная терминология. Ведь по сказанному или написанному можно безошибочно отличить паровозника от дилетанта.

Начнем с очень распространенного названия "паровоз". Используя этот термин, многие не задумываются о его происхождении и, конечно, большинство не только людей, далеких от транспорта, но даже тружеников железных дорог, не знает, что встречается такое название только в русском языке. Когда же оно появилось, кто впервые ввел его в обиход и как назывались такие машины за рубежом? Все это требует особых исследований.

Следует отметить, что рельсовые дороги с паровой тягой являлись первыми транспортными средствами, приводимыми в движение механическими двигателями, созданными человечеством. Поэтому вместе с освоением этих машин в разных странах, где они применялись, использовалась и соответствующая терминология.

Английские истоки «локомотива»

Первый в мире паровоз был изобретен и построен в Англии. Там и следует искать его первые названия. Но они появились не сразу, а только спустя несколько лет и носили не вполне определенный характер. Вот как, например, описывала катание на такой повозке одна английская актриса:

Небольшая веселая машинка состоит из печи и лавки, на которой помещается котел с водой... Дул резкий ветер, заставлявший меня закрывать глаза. Рядом со мною стоял бесстрашный Стефенсон. Я безумно влюблена в него и его машину.

Наиболее частыми тогда названиями, получившими распространение, были «паровая повозка» и «паровой экипаж». При этом, почти каждой машине, как кораблям, присваивалось собственное имя. Пока подобных экипажей было немного, такая система обозначений вполне удовлетворяла, но с открытием новых рельсовых дорог и ростом числа паровых экипажей возникла необходимость в их единообразном названии. Оно появилось совершенно неожиданно. В 1825 году Д. Стефенсон построил на только что им открытом первом в мире паровозостроительном заводе паровой экипаж, предназначенный для первой рельсовой дороги общего пользования, между Стоктоном и Дарлингтоном. Этой машине он дал собственное имя «Локомоушн», происходящее от латинских «locus» - место и «motio» - движение. Другими словами, - «передвижение», или «сдвигаю с места». Такое название заключало в себе рабочие признаки парового экипажа, что послужило поводом для трансформации собственного имени конкретной машины в нарицательное название транспортных рельсовых повозок с паровыми двигателями.

Биография Георга Стефенсона.

175 лет назад 27 сентября 1825 года между городами Стоктон и Дарлингтон (Англия) прошёл первый грузопассажирский поезд, локомотив для которого изобрёл и построил великий сын английского народа самоучка Георг Стефенсон (1781 - 1848).

Георг был сыном бедного английского рабочего-горняка, который жил недалеко от города Ньюкасла. Отец работал по 12 часов в сутки и получал 12 шиллингов в неделю. На эти гроши и жила их семья, в которой росли шесть детей. Родители были так бедны, что не могли отправить своих детей в школу учиться. Поэтому Георг и его братья и сестры были неграмотными.

А когда Георгу исполнилось 8 лет, он начал работать на шахте. Два года был коногоном, кочегаром. Работая рядом со старшими, он многому учился. И, как все его сверстники, мечтал быть таким же великим, как Джеймс Уайт - изобретатель парового двигателя. Георг понимал, что без знаний этого не добиться. Но только когда ему исполнилось 18 лет, смог учиться читать и писать, тратя часть своего скудного заработка на самообразование. И

Затем стал изучать и арифметику. Буквально всё свободное время он посвящал учёбе. Вникал во все технические новинки. Прекрасно знал устройство парового двигателя и котла. Когда техника давала сбои, "начальство всегда посылало за ним. А вскоре "ответственному за двигатель" поручили и такое ответственное дело, как транспортировка угля из шахты. Именно это и побудило его задуматься о том, как же заставить паровой двигатель выполнять такую работу.

Первый в мире паровоз.

Первый в мире паровоз был сконструирован английским инженером Ричардом Тревитиком в 1804 году. История паровоза совмещает в себе две истории: историю рельсового пути и историю локомотива. Причем первый возник гораздо раньше второго. О применении деревянных рельсов в горном деле пишет еще Себастьян Мюнстер в своей книге, вышедшей в 1541 году. В XVIII веке рельсы стали изготавливать из чугуна, а в начале XIX века - из мягкого железа (чугун вследствие своей хрупкости, быстро разрушался). Долгое время железнодорожные пути сооружались только на рудниках, но потом получили распространение пассажирские дороги с конной тягой. Первая такая рельсовая дорога была устроена в 1801 году в Англии между Уондсвортом и Кройдоном. Что касается локомотива, то он мог явиться на свет лишь после великого изобретения Уатта.

Паровая машина.

Настоящую революцию в промышленности произвела паровая машина, созданная инженером Джеймсом Уаттом в 1784 г. Говорят, что идея паровой машины зародилась у Уатта еще в детстве, когда он наблюдал за прыгающей крышкой кипящего горшка (!). Может быть, это исторический анекдот. Универсальность паровой машины Уатта позволяла применять ее на производстве и на транспорте. Как только паровая машина получила некоторое распространение, нашлось много изобретателей, старавшихся приспособить ее для нужд транспорта - например, использовать паровую машину в качестве двигателя для самодвижущейся повозки. Первую попытку в этом роде сделал помощник Уатта Мердок. Он прежде других понял, что двигатель паромобиля должен отличаться по конструкции от стационарной паровой машины. Для того чтобы повозка кроме себя самой могла перевозить полезный груз, двигатель должен быть компактным, легким и мощным. Прежде всего, Мердок предложил повысить давление в цилиндре до 3-3,5 атмосфер (тогда это давление считалось очень высоким). Он также посчитал необходимым отказаться от конденсатора и выпускать отработанный пар «на выхлоп» в атмосферу.

Паровые повозки.

В 1786 году Мердок соорудил действующую модель паровой тележки. Однако Уатт отнесся к опытам своего помощника очень холодно, и Мердоку пришлось оставить свои эксперименты. К счастью, при опытах Мердока в Редрете присутствовал смышленый и любознательный подросток - Ричард Тривайтик. Увиденное произвело на него огромное впечатление, и, повзрослев, он посвятил свою жизнь созданию паровых самодвижущихся транспортных машин. Начал Тривайтик с того, на чем остановился Мердок. Сначала он сконструировал паровой двигатель повышенного давления, работавший «на выхлоп» без конденсатора. Затем в 1801-1803 годах он построил несколько паровых повозок, которые весьма успешно бегали по скверной дороге из Кемборна в Плимут.

По существу, это были первые в истории автомобили. Но до изобретения пневматических шин ездить на таких машинах могли только энтузиасты. Хороших дорог было мало, и никакие рессоры не спасали машину и ее водителя от жестокой тряски. К тому же все эти сооружения были очень громоздкими и тяжеловесными для того, чтобы передвигаться по грунтовым дорогам.

Паровоз и рельсы.

Тогда у Тривайтика возникла идея поставить паровой автомобиль на рельсы. В 1804 году он создал свой первый паровоз. Этот паровоз представлял собой цилиндрический паровой котел, покоившийся на двух осях. Топка располагалась впереди под дымовой трубой, так что тендер (повозку с углем, где сидел кочегар) приходилось прицеплять впереди паровоза.

По многим показателям этот первый в истории паровоз имел удивительные характеристики. Так, при собственном весе в 5 т он транспортировал со скоростью 8 км/ч пять вагонов общим весом 25 т. Порожняком он двигался со скоростью 26 км/ч. Тривайтик не был уверен, что трения между колесами и рельсами будет достаточно для поступательного движения паровоза. Поэтому наружная часть колеса, выдававшаяся за рельсы, была утыкана головками гвоздей, которые вдавливались в брусья, уложенные параллельно рельсам. Впрочем, очень скоро Тривайтик убедился, что нужды в этих дополнительных приспособлениях нет: паровоз мог прекрасно передвигаться по гладким рельсам и тащить за собой несколько вагонов. Несмотря на свои хорошие ходовые качества, первый паровоз не вызвал к себе интереса. Дело в том, что Тривайтику приходилось демонстрировать свое детище на Мертир-Тидвилской конной железной дороге. Тяжелый паровоз постоянно ломал чугунные рельсы. Было очевидно, что для него придется строить специальные пути. Однако хозяева рудников, которых Тривайтик хотел заинтересовать паровозом, не хотели вкладывать деньги в строительство новой дороги и отказались финансировать изобретателя. В последующие годы Тривайтик сконструировал и построил еще несколько паровозов.

Паровоз 1808 года был дальнейшим шагом вперед. Тривайтик убрал громоздкую зубчатую передачу. Движение от вертикального цилиндра передавалось посредством простых шатунов с кривошипами на заднюю ось. Часть отработанного пара шла на подогрев воды в котле, часть - выпускалась через суженное отверстие в дымовую трубу для усиления тяги в топке. Этот усовершенствованный паровоз порожняком развивал скорость 30 км/ч. Однако и эта замечательная машина никого не заинтересовала. В 1811 году, окончательно разорившись, Тривайтик должен был прекратить свои опыты. Беда его заключалась в том, что он явился со своим изобретением слишком рано. Не только железо, но и чугун еще были слишком дороги. Поэтому строительство железных дорог казалось нерентабельным. Высокоточных металлорежущих станков также было очень мало. Все детали паровоза приходилось делать вручную, их себестоимость была высокой. Кроме того, шла война с Наполеоном, Англия была стеснена континентальной блокадой, и все проекты, требовавшие больших капиталовложений, не могли быть реализованы.

Но, разумеется, никакие трудности не могли остановить техническую мысль. Появились новые изобретатели, взявшиеся за создание паровоза. Долгое время среди механиков было распространено убеждение, что гладкое колесо не может катиться по гладкому железному рельсу. Стараясь избежать этой мнимой опасности, некоторые изобретатели пошли по ложному пути. В 1812 году Бленкистон, один из владельцев Мидлтонских угольных копей в Йоркшире, проложил небольшую железную дорогу длиной 6 км между Мидлтоном и Лидсом специально для паровоза. В том же году механик Муррей построил по проекту Бленкистона паровоз, обладавший достаточно хорошими техническими показателями. Он передвигался по обычным рельсам и имел колеса с гладкими ободьями. Но движение осуществлялось при помощи зубчатого колеса, катившегося по зубчатой рейке, положенной рядом с гладкими рельсами. Машина имела два паровых цилиндра. Кривошипы двигателей были смещены друг относительно друга на 90 градусов. Когда один из них оказывался в мертвой точке, другой в это время действовал с наибольшей силой. Это был первый паровой двигатель двойного действия, способный начинать работу из любого положения кривошипа. Паровоз Муррея мог транспортировать 20 т полезного груза со скоростью 6 км/ч. С более легкой нагрузкой он мог брать очень крутые подъемы. Несколько таких паровозов было построено для обслуживания рудников, но широкого распространения они не получили в силу того, что имели очень незначительную скорость, высокую цену и часто простаивали из-за поломки путей. Другой изобретатель, Брунтон, в 1813 году соорудил паровоз с двумя механизмами, которые наподобие ног должны были отталкиваться от земли и двигать машину вперед (при первом же испытании этот паровоз взорвался, так как при расчете котла были допущены ошибки). Вскоре было доказано, что гладкое колесо вполне может двигаться по гладкому рельсу. Два изобретателя - Блекетт и Хедлей - соорудили специальную тележку с гладкими ободьями, которая приводилась в движение при помощи зубчатой передачи людьми, находящимися на ней. На тележку нагружали железо, меняя ее вес. В ходе этих опытов было показано, что трение ведущих колес тележки (то есть тех колес, которые получали обороты от двигателя) в 50 раз превышало трение колес, свободно катившихся по рельсу. Следовательно, благодаря упору своих ведущих колес любой локомотив мог тащить груз, в 50 раз превышающий его сцепной груз (вес, приходящийся на колеса паровоза, спаренные с двигателем).

В 1815 году Блекетт и Хедлей собрали очень хороший паровоз, получивший название «Пыхтящий Билли». Имея в своем распоряжении чертежи Тривайтика, они смогли воспользоваться многими его наработками. Очень долго конструкторы бились над проблемой, стоявшей перед всеми изобретателями паровоза того времени, - как уменьшить нагрузку на ось, чтобы локомотив не ломал рельсов. Поначалу это происходило слишком часто, так что перед каждой поездкой тендер приходилось нагружать запасом чугунных рельс. Наконец Блекетт и Хедлей поставили котел на одну раму с тендером, снабдив ее четырьмя парами колес, так что «Билли» имел четыре ведущих оси. Только после этого он перестал портить пути.

Локомотивы Стефенсона.

Удачнее других оказались локомотивы, сконструированные и построенные Георгом Стефенсоном. В 1812 году, будучи главным механиком Киллингуортских копей, Стефенсон предложил своему хозяину Томасу Лидделу проект своего первого паровоза. Тот согласился оплатить его постройку. В 1814 году работа была закончена. Паровоз, получивший имя «Блюхер». Локомотив мог передвигать восемь повозок массой 30 т со скоростью 6 км/ч. Стефенсон построил двигатель с двумя вертикальными цилиндрами и котлом метрового диаметра и длиной около 3 метров. Затем предложил заменить деревянные рельсы гладкими металлическими, чтобы могла двигаться по ним его машина. Паровоз имел два цилиндра, зубчато-колесную передачу. Второй паровоз был создан в 1815 г. Стефенсон заменил зубчатую передачу непосредственным соединением кривошипным механизмом поршней цилиндров с движущимися осями и спарил колеса с помощью жестких дышел паровоз назывался "Локомашен No I"; Он мало отличался от предыдущих и перевозил грузы со скоростью 18-25 км/ч.

В 1821 году один из шахтовладельцев Дарлингтона Эдгард Пиз основал компанию по строительству железной дороги от Дарлингтона к Стоктону и поручил ее сооружение Стефенсону. Общая длина дороги с боковыми ветками составляла 56,3 км. Это было значительное по тем временам предприятие, и Стефенсон с увлечением взялся за его осуществление. С большим трудом ему удалось убедить Пиза и его компаньонов уложить на половине длины дороги железные рельсы вместо чугунных, хотя те и стоили в два раза дороже. 19 сентября 1825 года по дороге торжественно прошел первый поезд из 34-х вагонов. Шесть из них были нагружены углем и мукой, на остальных были размещены скамейки для публики. Тащил все эти вагоны новый паровоз «Передвижение», которым управлял сам Стефенсон. Под звуки музыки и веселые возгласы пассажиров поезд успешно прошел до Стоктона. Средняя скорость его была 10 км/ч.

Многие находки Стефенсона, касавшиеся устройства насыпей, строительства дамб и туннелей, укладки рельсов и шпал и пр., сделались потом образцом для других инженеров. Масштабные перемены, вызванные широким распространением паровозов, были настолько огромны, что можно сказать без преувеличения - они изменили облик мира. До изобретения железных дорог важнейшие промышленные города лежали у морского побережья или на судоходных реках. Главным транспортным средством служили парусные суда. Внутри страны перевозка грузов происходила гужевым транспортом, причем во всех странах дороги находились в очень скверном состоянии. При отсутствии дорог не могла развиваться промышленность. Многие территории, имевшие полезные ископаемые, были, тем не менее, обречены на бездеятельность. Переход к паровому транспорту привел к значительному увеличению скорости передвижения и грузооборота, а цена перевозки заметно снизилась. Самые отдаленные местности оказались вскоре связаны железными дорогами с промышленными центрами, портами и источниками сырья, вовлечены в общий ритм экономической жизни. Расстояние перестало быть препятствием, и промышленность получила мощный стимул к своему развитию.

Джордж Стефенсон заявил: "Я построю машину, которая будет развивать скорость не менее 32 км/час". На эту "дерзость" один из журналов ответил: "Нет ничего более смешного и глупого, чем обещание построить паровоз, который двигался бы в два раза быстрее почтовой кареты. Так же мало вероятно, впрочем, что англичане доверят свою жизнь такой машине, как и то, что они дадут себя добровольно взорвать на ракете". Прочитав эти строки, Стефенсон назвали свой новый паровоз именно "Ракетой" паровоз мог развивать скорость до 30 километров в час. В нём впервые была материализована идея огнетрубного котла: в 25 трубах циркулировала не вода, а горячие газы.

Для передвижения пассажирских вагонов на линии Стоктон - Дарлингтон также использовались лошади. На наиболее крутых участках составы передвигались с помощью канатов. Были уложены и чугунные, и стальные рельсы.

Всего пять лет прошло, как 15 сентября 1830 года тысячи людей вновь пришли посмотреть на огнедышащего коня. "Ракета" вынесла Стефенсона на самую высокую орбиту непререкаемого авторитета в области паровозостроения… Один из пассажиров, американец Эван Томас, возвратившись домой в Балтимор (Мэриленд), убедил своего коллегу-бизнесмена построить в своем городе вместо кана-ла железную дорогу. Первая паровая железная дорога Ливерпуль - Манчестер была открыта в 1830 г. С этого времени началось быстрое развитие железнодорожного транспорта. В том же 1830 г. первая железная дорога была построена в Америке между Чарльстоном и Огеста протяжением 64 км. Паровозы сюда были доставлены из Англии. Затем железнодорожное строительство начали одна за другой европейские страны:

1832-1833 гг.- Франция, Сен-Этьен-Лион, 58 км;

1835 г.- Германия, Фюрт - Нюрнберг, 7 км;

1835 г. - Бельгия, Брюссель-Мехельн, 21 км;

1837 г.- Россия, Санкт-Петербург-Царское Село, 26,7 км.

Люди высоко оценили новое изобретение., Вскоре Георгу предложили строить новые железные дороги в других частях Англии - приглашения посыпались одно за другим. Стало ясно, что паровозы вошли в нашу жизнь не на время, а навсегда.

В 1836 году Георг основал проектную контору, изготовлявшую чертежи паровозов, строившихся в Великобритании и поставлявшихся во многие страны, в том числе и в Россию. Он стал очень богатым человеком. Большим помощником отцу в его делах был его сын Роберт. Георг делал всё, чтобы дать сыну хорошее образование. Обучаясь в школе, Роберт передавал новые знания отцу, расширяя его кругозор. Так они учили друг друга.

Стефенсон прославился не только как изобретатель паровозов. В 1815 году он подучил большую премию за изобретение шахтёрской лампы. Кстати, это помогло ему отправить Роберта в Эдинбургский университет на шестимесячные курсы. С этого времени в течение многих лет отец и сын работали вместе.

Сын продолжил дело отца. После его смерти строил железнодорожную линию Бирмингем - Лондон, первую до британской столицы. Многие годы спустя Роберт строил железные дороги и мосты во многих странах мира. Англичане оценили по достоинству заслуги Стефенсонов. Памятник отцу и сыну сооружён в Вестминстерском аббатстве в Лондоне.

Остаётся только добавить, что в России первая железная дорога протяжённостью 27 километров была открыта 12 ноября 1837 года между Петербургом и Царским Селом. Паровоз, который вёл поезд, был куплен у Георга Стефенсона в Англии.

Всего до 1860 г. было построено примерно 100 тыс. км железных дорог, из них почти 50 тыс. в США, 16,8 тыс. - в Великобритании, 11,6 тыс. - в Германии и 9,5 тыс. км - во Франции. Из других стран, где в этот период разворачивалось железнодорожное строительство, следует отметить Бельгию, где до 1860 г. было построено 1,8 тыс. км железных дорог, Испанию - 1,9 тыс., Италию - 1,8 тыс., Австро-Венгрию - 4,5 тыс. км. В России в 1851 г. было завершено строительство важной для страны линии Ст. -Петербург - Москва длиной 650 км.

В 60-х годах XIX века после отмены крепостного права значительно возросли объемы железнодорожного строительства в России - в десятилетие с 1890 по 1870 г. она заняла второе место после США по вводу новых линий. В России интенсивный рост сети продолжался и далее, и лишь русско-турецкая война (1877 - 1879 гг.) несколько затормозила этот процесс. Но уже с 1892 г. строительство железных дорог возобновилось. Их протяженность за 10 лет увеличилась более, чем на 20 тыс. км.

В 70 - 80-е годы XIX века объемы железнодорожного строительства продолжали возрастать. В 1880 г. наибольшую протяженность железных дорог в Европе имела Германия - 33 838 км, за ней шла Великобритания - 28 854, затем Франция - 26 189, европейская часть России (с Финляндией) - 23 429 и Австро-Венгрия - 19 512 км.

В десятилетие - с 1890 по 1900 г. темп прироста мировой сети снизился до 172,7 тыс. км, но в следующее десятилетие он снова возрос до 239,8 тыс. км.

Усложнение конструкции.

В основном, конструкция паровоза сформировалась к 1900 г. и сохранилась до последних лет его постройки.

Рост грузооборота железных дорог, прокладка трасс в горных условиях потребовали создания паровозов со все большим количеством тяговых осей, число которых доходило до 7. Опасаясь сильного бокового разрушения пути многоосным жёстким экипажем, паровозная техника пошла по пути создания мощных паровозов с сочленённым экипажем. Наибольшее распространение получил паровоз типа «Маллет», впервые построенный в 1894 г. Известны также другие типы сочленённых паровозов, не получившие, однако, широкого распространения из-за своей сложности и дороговизны: паровозы Ферли, Гарратта, Гольве, Дю-Буске и др. Паровоз типа «Маллет» имел, как правило, две рамы: заднюю, жёстко прикрепленную к котлу, и подвижную переднюю, соединенную с задней при помощи шарнира. Каждая рама располагалась на отдельной группе движущих осей (от двух до пяти), имевших свою паровую машину. Наиболее широко эти паровозы использовались на железных дорогах США и Канады.

В 1915--1916 гг. в Соединенных Штатах Америки был создан тройной сочлененный грузовой паровоз (триплекс) «Маллет» с 12 сцепными осями. Третья группа ведущих осей этого паровоза с машиной располагалась под тендером. Для увеличения мощности американских грузовых паровозов применяли вспомогательный паровой двигатель -- «бустер» (паровозы Лайма), который располагался на задней (поддерживающей) тележке паровоза и включался в действие при трогании и разгоне.

В октябре 1929 года в местечке Рейнхилл под Ливерпулем и состоялась "гонка паровозов". Было заявлено пять паровозов, но один из них бдительные судьи сразу же дисквалифицировали, обнаружив спрятанную внутри обшивки лошадь, которая приводила колеса в движение через хитроумные педали. Осталось четыре: "Новинка" Брайтвайта и Эриксона, "Бесподобный" Гаксворта, "Упорство" Бурштеля и "Ракета" Стефенсонов. Победила "Ракета", одолевшая три километра гоночной дистанции со скоростью 44 км/час.