Конструкция и принцип работы паровоза

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

Курсовая работа на тему: «Конструкция и принцип работы паровоза»

Санкт-Петербург

2011

Содержание

Введение

2. Развитие отечественного паровозостроения

3. Классификация паровозов

4. Устройство паровоза

5. Технические преимущества и недостатки паровоза

6. Принцип работы паровоза

7. Топливо

8. Обозначения серий паровозов

9. Отличия пассажирского и грузового паровозов

10. Раскраска паровозов

Введение

паровозостроение грузовой пассажирский

Паровоз -- автономный локомотив с паросиловой установкой, то есть использующий в качестве двигателя паровую машину. Паровозы были первыми передвигающимися по рельсам тяговыми транспортными средствами, само понятие локомотив появилось гораздо позже и именно благодаря паровозам. Паровоз является одним из уникальных технических средств, созданных человеком, ведь роль паровоза в истории трудно переоценить. Так благодаря ему появился железнодорожный транспорт, и именно паровозы выполняли основной объём перевозок в XIX и первой половине XX вв., сыграв колоссальную роль в подъёме экономики целого ряда стран. Паровозы постоянно улучшались и развивались, что привело к большому разнообразию их конструкций, в том числе и отличных от классической. Так существуют паровозы без тендера, с шестернями, турбинами, и даже такие, для работы которых не нужно сжигать топливо. Однако с середины XX века паровоз был вынужден уступить более совершенным локомотивам -- электровозам и тепловозам, которые существенно превосходят паровоз по экономичности. Тем не менее, паровозы ещё продолжают работать, водя поезда, а в ряде стран они и поныне продолжают работать на магистралях.

2. Развитие отечественного паровозостроения

Первый паровоз в России был построен в 1833--1834 гг. уральским крепостным механиком Ефимом Алексеевичем Черепановым и его сыном Мироном Ефимовичем на Нижнетагильском заводе. Этот паровоз перевозил до 3,2 т груза со скоростью около 16 км/ч. В 1835 г. Черепановы построили второй, более мощный паровоз, перевозивший около 16 т груза. При постройке этих паровозов русские механики внесли много технических новшеств, которые впоследствии нашли применение в паровозостроении. Паровозы Черепановых имели большую трубчатую поверхность нагрева котла, чем паровоз «Ракета» английского изобретателя Стефенсона. На первом паровозе Черепановых было установлено 30 дымогарных труб, на втором -- 80, а на паровозе «Ракета» -- только 25. Паровые цилиндры на паровозах Черепановых были расположены горизонтально под котлом; для перемены направления движения был установлен специальный переводной механизм.

Паровозостроение в России началось со строительством Петербурго-Московской, ныне Октябрьской, железной дороги (1843 г.). Первый грузовой паровоз-с тремя движущими (сцепными) осями был построен в 1846 г. в Петербурге на Александровском машиностроительном заводе. Затем этот завод, кроме грузовых паровозов, стал строить пассажирские с двумя движущими осями и передней двухосной тележкой. В 1858 г. Александровским заводом впервые в паровозостроении был выпущен более мощный грузовой паровоз с четырьмя движущими осями.

По мере увеличения протяженности сети железных дорог росло и паровозостроение. В 1869 г. началась постройка паровозов на Коломенском и Камско-Воткинском заводах; в 1870 г. -- на заводах Невском в Петербурге и Мальцевском в Людинове; в 1892--1900 гг. -- на заводах Брянском в Бежице, Путиловском в Петербурге, Сормовском близ Нижнего Новгорода (Горького), Харьковском и Луганском (ныне Ворошиловградском).

Исторические материалы свидетельствуют о том, что отечественное паровозостроение имело свой собственный путь развития. Выдающиеся русские инженеры и конструкторы А. П. Бородин, Е. Е. Нольтейн, В. И. Лопушииский, М. В. Гололобов, А. С. Раевский, Б. С. Малаховский и др. создали ряд новых типов паровозов и ввели на них много усовершенствований.

В 1878 г. были построены пассажирские паровозы с тремя движущими осями и передней тележкой (типа 1−3-0). Паровозы с четырьмя движущими осями, появившиеся в России еще в 60-х годах прошлого столетия, непрерывно совершенствовались и к 1893 г. широко применялись на железных дорогах.

А.П. Бородин и Л. М. Леви впервые применили на паровозах принцип двукратного расширения пара. По инициативе Е. Е. Нольтейна на паровозах был введен перегрев пара. Русскими конструкторами К. Ф. Неймайером, Н. М. Ноткиным, С. М. Чусовым и другими изобретателями были созданы оригинальные конструкции пароперегревателей.

Рис. 1. Паровоз Черепановых

На русских железных дорогах в 1889 г. впервые в мире появились мощные сочлененные паровозы, которые дали возможность значительно увеличить провозную способность участков, имевших слабый путь.

В начале XX в. русскими инженерами много было сделано в области усовершенствования типов паровозов.

На Путиловском заводе были построены оригинальные быстроходные пассажирские паровозы серии У, на Харьковском заводе -- паровозы типа 1−4-0 серии Щ, в дальнейшем оборудованные пароперегревателями. Брянский завод спроектировал и построил пассажирский паровоз типа 2−3-0 серии Б; Коломенский завод -- такого же типа паровозы серии К и в дальнейшем усовершенствованные серии Ку. Сормовский завод в 1911 г. построил мощный по тому времени пассажирский паровоз типа 1−3-1 серии С, который явился прототипом паровоза Су. Луганским заводом в 1912 г. был построен мощный грузовой паровоз типа 0−5-0 серии Э, оказавшийся лучшим из всех применявшихся тогда паровозов и получивший впоследствии большое распространение на наших железных дорогах. Однако в условиях капиталистического строя царской России отечественное паровозостроение не получило необходимого развития. Только после Великой Октябрьской социалистической революции, давшей неоценимые возможности для роста творческих сил во всех областях науки и техники, отечественное паровозостроение стало развиваться быстрыми темпами.

Благодаря заботам партии и правительства на железнодорожном транспорте была проведена огромная работа по его реконструкции и оснащению новой техникой. Уже в 1925 г. Коломенский завод спроектировал и построил новый пассажирский паровоз Су, который являлся одним из лучших пассажирских паровозов. Начиная с 1926 г., на протяжении длительного периода на паровозостроительных заводах строили усовершенствованные и усиленные грузовые паровозы Э’У, Эм и Эр. За годы пятилеток локомотивный парк наших железных дорог пополнился новыми мощными и экономичными локомотивами.

Советскими конструкторами и паровозостроителями в 1931 г. был создан самый мощный в Европе грузовой паровоз типа 1−5-1 серии ФД, а в 1932 г. на Ворошиловградском паровозостроительном заводе началась серийная постройка этих паровозов.

В начале 1932 г. был разработай проект мощного пассажирского паровоза типа 1−4-2 серии ФДП. В этом же году первый паровоз этой серии был построен Коломенским паровозостроительным заводом.

Большое значение для развития паровозостроения имели решения XVII съезда Коммунистической партии Советского Союза (1934 г.). Съезд наметил увеличение парка локомотивов с одновременным переходом к более мощным и совершенным типам. Было установлено, что во втором пятилетии мощный паровоз ФД должен стать основной единицей грузового парка, а паровоз ФДП -- основной единицей пассажирского парка.

В 1934 г. на Харьковском паровозостроительном заводе был построен паровоз типа 1−5-0 серии СО. Паровозы этой серии строили на различных заводах до 1950 г. Они имели большее распространение на сети дорог. Коломенский завод совместно с Харьковским с 1936 по 1941 г выпускал паровозы СО с устройством для конденсации отработавшего пара.

В результате Оснащения железных дорог новой техникой и применения передовых методов работы железнодорожный транспорт справился с плановыми заданиями по перевозкам как в период мирного строительства, так и в годы Великой Отечественной войны 1941--1945 гг. После окончания Великой Отечественной войны партия и правительство наметили широкую программу восстановления и дальнейшего развития железнодорожного транспорта и, в частности, оснащения его новыми типами паровозов. Уже в 1947 г. началась серийная постройка грузового паровоза средней мощности типа 1−5-0 серии Л, проект которого по техническому заданию МПС был разработан группой конструкторов Коломенского паровозостроительного завода во главе с Л. С Лебедянским.

В 1950 г. Коломенский паровозостроительный завод выпустил первый опытный мощный пассажирский паровоз типа 2−4-2 (П36), обладающий высокими эксплуатационными качествами. Несколько таких паровозов было построено в 1953 г., а в 1955 г. было начато их серийное производство).

На Ворошиловградском паровозостроительном заводе в 1952 г. был построен модернизированный паровоз Л типа 1−5-1 (с задней тележкой), оборудованный водоподогревателем и особам устройством (увеличителем сцепного веса) для временной передачи нагрузок с бегунковой и поддерживающей осей на движущие оси. В 1955 г. начата серийная постройка этого паровоза, которому, присвоена серия ЛВ. На этом же заводе в 1954 г. были построены три опытных грузовых паровоза типа 1−5-1 с нагрузкой от оси на рельсы 21 тс с роликовыми подшипниками, увеличителем сцепного веса и водоподогревателем.

В создание новых типов паровозов большой творческий труд вложили инженеры-конструкторы К. Н Сушкин, Л. С. Лебедянский, П. М. Шаройко, М. Н. Щукин и др. В разработке теории и конструкции паровозов, а так же в развитии науки о тяге поездов большие заслуги принадлежат советским ученым: С. П. Сыромятникову, В. Ф. Егорченко, И. И. Николаеву, А. М. Бабичкову, Н. И Белокоиь, О. Н. Исаакяну, К. П. Королеву и многим другим.

3. Классификация паровозов

Рис 2. Немецкий паровоз «Expirimental»

Классификация паровозов весьма разнообразна. Чаще всего выделяют семь основных признаков:

1. По осевой формуле, которая описывает число бегунковых, движущих и поддерживающих осей. Методы записи осевых формул (типов), весьма разнообразны. Так русская форма записи учитывают число каждого типа осей, в английской -- каждых типов колёс, а в старогерманской учитывают только общее число осей и движущих. Так осевая формула китайского паровоза QJ в русской записи будет 1−5-1, в английской -- 2−10−2, а в старогерманской -- 5/7. Помимо этого, за многими типами закрепились названия из американской классификации, например: 2−2-0 -- «Америкен», 1−3-1 -- «Прери», 1−4-1 -- «Микадо», 1−5-0 -- «Декапод»;

2. По роду службы -- пассажирские, грузовые (товарные), маневровые и промышленные;

Рис 3. Российский паровоз Р с паровой машиной тандем-компаунд

3. По числу цилиндров паровой машины -- двух- и многоцилиндровые (3 или 4 цилиндра). Наибольшее распространение получили двухцилиндровые паровозы, как более простые и надёжные по конструкции, однако многоцилиндровые имеют лучшие динамические показатели.

4. У трёхцилиндровых паровозов 2 цилиндра расположены снаружи рамы, а третий между её боковинами. Примеры трёхцилиндровых паровозов: советский серии М, немецкий «Expirimental» и чехословацкий «Друг».

5. У четырёхцилиндровых паровозов (паровая машина в этом случае в основном типа компаунд) два цилиндра располагаются снаружи рамы, а остальные два могут располагаться либо между половинами рамы (серии Л, У, Фл), либо снаружи, причём в этом случае 2 цилиндра с каждой стороны в свою очередь могут располагаться либо друг за другом (тандем-компаунд, пример -- серии Р), либо друг над другом (системы Воклена, пример -- паровозы В и Дк американского производства);

6. По роду применяемого пара -- на насыщенном и перегретом паре. В первом случае получившийся после испарения воды пар сразу поступает в цилиндры паровой машины. Такая схема применялась на первых паровозах, но была весьма неэкономичной и сильно ограничивала мощность. С начала ХХ-го века стали получать паровозы, работающие на перегретом паре. В данной схеме пар после получения дополнительно нагревается в пароперегревателе до более высокой температуры (свыше 300 °C), а затем поступает в специальную ёмкость (сухопарный колпак), где очищается от остатков насыщенного пара, после чего поступает в цилиндры паровой машины. Такая схема позволяет получить значительную экономию в паре (до 1/3), а следовательно в топливе и воде, благодаря чему стала применяться на подавляющем большинстве выпускавшихся мощных паровозов;

7. По кратности расширения пара в цилиндрах машины -- с простым и многократным расширениями. В случае применения простого расширения, пар из парового котла поступает в паровой цилиндр, а после, буквально, выбрасывается в трубу. Такая схема применялась на ранних паровозах. В дальнейшем на паровозах стали применять двукратное последовательное расширение пара, вместо простой паровой машины при этом стали применять компаунд. По такой схеме пар из парового котла сперва поступает в один цилиндр (цилиндр высокого давления), а затем в другой (цилиндр низкого давления), лишь после чего выбрасывается в атмосферу. При работе на насыщенном паре, такая схема позволяет получить до 13% экономии в топливе. С паровыми машинами компауд двухратного расширения на рубеже XIX--XX вв. выпускалось достаточно большое количество паровозов (в том числе и знаменитая серия Ов -- овечка), однако с началом применения перегретого пара, паровые машины стали вновь заменять на простые. Это связано с тем, что при перегретом паре машина компаунд позволяет получить до 7% экономии топлива, но сама конструкция при этом излишне усложняется. В связи с этим, уже с 1910-х практически все мощные паровозы стали выпускать с простыми паровыми машинами. Тем не менее на многих паровозах (например российские и советские Оч и Ыч) применялось двукратное расширение перегретого пара, а во многих странах такие паровозы выпускались и в конце 1940-х -- начале 1950-х (например тот же чехословацкий «Друг»). Также есть данные о том, что в ряде стран (в том числе и в Российской империи) были попытки создать паровозы с трёхкратным расширением пара, однако такие паровозы оказались неудачными. ;

Рис 4. Африканский сочленённый паровоз системы Гарратт

8. По числу экипажей, размещённых под котлом. В данном случае наибольшее распространение получили паровозы с одним экипажем, то есть с одной жёсткой рамой, так как такая конструкция довольно проста. Для увеличения силы тяги при неизменной нагрузки от осей на рельсы необходимо увеличивать число движущих осей, но их максимальное число в экипаже ограничивается по условиям вписываемости в кривые. Примером может служить опытный советский паровоз АА20−01, который был единственным в мире паровозом с семью движущими осями в одной жёсткой раме, который оказался технической ошибкой, так как неудовлетворительно вписывался в кривые и часто сходил на стрелках. Поэтому нередко применялись паровозы с двумя экипажами, то есть на 2 поворотных тележках. Паровозы такого типа получили название сочленённые, и существует достаточно большое количество схем их конструкций -- Ферли, Мейера, Гарратт. Основные недостатки всех сочленённых паровозов -- громоздкость конструкции, более высокая стоимость и весьма сложная конструкция паропроводов, а также большие потери пара при его передаче от котла к цилиндрам. Также существует так называемый полугибкий тип (система Маллета), когда на поворотной тележке расположена лишь одна группа (чаще всего передняя) движущих осей, вторая же находится в основной раме.

9. По величине давления пара в котле.

4. Устройство паровоза

Паровоз состоит из трёх основных частей: котла, паровой машины и экипажной части. Кроме того, в состав паровоза включается тендер -- специальный вагон, где хранятся запасы воды и топлива. Если же вода и топливо хранятся на самом паровозе, то тогда его называют танк-паровозом.

Рис 4.

Принципиальная конструктивная схема паровоза: 1 -- топка; 2 -- зольник; 3 -- цилиндрическая часть котла; 4 -- дымовая коробка; 5 -- будка; 6 -- тендер; 7 -- паровой колпак; 8 -- предохранительный клапан; 9 -- клапан регулятора; 10 -- пароперегреватель; 11 -- паровая машина; 12 -- конусное устройство; 13 -- кулисный механизм; 14 -- привод регулятора; 15 -- рама; 16 -- поддерживающая тележка; 17 -- бегунковая тележка; 18 -- осевая букса; 19 -- рессора; 20 -- тормозная колодка; 21 -- паровоздушный насос; 22 -- автосцепка СА-3; 23 -- свисток; 24 -- песочница.

Котёл

Котёл состоит из трёх основных частей: топки, цилиндрической части и дымовой коробки.

Топка. В топке происходит сгорание топлива. Загрузка топлива производилась либо вручную через шуровочное отверстие, закрываемое створками, либо, в поздних сериях паровозов, с помощью специального устройства -- механического углеподатчика (стокера). Топка обычно делалась закреплённой внутри котла на связях и была полностью погружена в воду, чтобы максимально использовать тепло от сгорания топлива и избежать расплавления её стенок.

Зольник (поддувало). Располагается под колосниковой решёткой топки. В зольнике скапливались остатки сгоревшего топлива. Зольник снабжён дверцами либо крышками для регулировки количества поступающего в топку воздуха. Чистка зольника производилась через специальные отверстия металлическими скребками.

Цилиндрическая часть. До определённого уровня заполнена водой. Здесь находятся дымогарные трубы, через которые газообразные продукты горения топлива из топки движутся к дымовой коробке, попутно нагревая воду, находящуюся вокруг. Над дымогарными трубами проходят жаровые трубы, внутри которых смонтированы элементы пароперегревателя.

Пароперегреватель -- устройство, состоящее из труб, находящихся в цилиндрической части котла, и коллектора, сообщающегося с ними при помощи соединительных трубок. Трубки пароперегревателя располагаются в жаровых трубах цилиндрической части котла, которые в отличие от дымогарных имеют больший диаметр, но проходят параллельно им чередуясь, например, в шахматном порядке. Пароперегреватель повышает температуру пара до 350--400 °C, что увеличивает КПД паровоза. Пар из котла попадает сперва в регулятор, установленный, например, в сухопарнике, затем данный насыщенный пар через паровой коллектор, который находится в дымовой камере, распределяется по трубкам пароперегревателя, сделав по которым один или несколько кругов (зависит от конструкции пароперегревателя), направляется в коллектор перегретого пара, откуда уже идет в золотниковые цилиндры.

Паровой колпак (сухопарник) -- пространство для сбора готового пара в виде выступа наверху цилиндрической части котла. Из него пар уходил не только в паровые машины, но и питал дополнительные устройства -- электрогенератор для освещения (в поздних сериях) инжектора, стокер, сервомотор (при порче воздухопровода), паровоздушный насос -- для закачки воздуха на тормоза и т. д.

Регулятор -- устройство, с помощью которого машинист производит впуск пара в машину. Регулятор располагается в паровом колпаке и состоит из двух клапанов. Одноклапанные регуляторы имели очень большое усилие открывания. В двухклапаных регуляторах малый клапан помогал открытию большого, что решало эту проблему. Применение малого клапана также позволяло экономить пар -- для движения могло хватить и пара, даваемого только малым клапаном, что даже породило устойчивое выражение -- «на малом клапане», т. е. движение тихо, неспешно. В самых мощных советских паровозах серии ФД и ИС количество клапанов доходило до 4--5.

Реверс -- управление движением паровоза вперёд и назад, дополнительно регулировка «отсечки» (фазы впуска пара в цилиндр).

Паросепаратор (паросушитель) -- устройство для отделения пара от капель воды.

Инжекторы -- устройства для подачи свежей воды из тендера в котёл. В отдельных паровозах параллельно с инжекторами применялись водогонные насосы системы Шмита.

Дымовая коробка -- передняя часть котла, в которой находятся коллектор пароперегревателя, конусное устройство (форсовый конус) и дымовая труба. В дымовой коробке располагают также коллектор, искроуловительные приборы и сифон (паровой прибор для создания разрежения в дымовой коробке при беспарном ходе паровоза). Спереди дымовая коробка закрывается крышкой на петлях, открываемой для очистки дымовой коробки и для выемки труб при ремонте. Для осмотра коробки и её очистки на фронтонном листе имеется дверца меньших размеров.

Конусное устройство выпускает отработанный пар в дымовую трубу, создавая тягу в топке. В некоторых паровозах величина отверстия конусного устройства могла изменяться, соответственно меняя и тягу. В паровозах с конденсацией пара вместо конусного устройства применялся вентилятор (так называемый «дымосос»), приводимый в действие паровой турбиной.

Предохранительные клапаны -- механические устройства для сброса давления в котле, если оно превышает определённый безопасный предел. Предназначены для предотвращения взрыва парового котла при возникновении аварийных режимов работы.

Плавкие вставки представляют собой предохранительные пробки из легкоплавкого металла, расположенные в нёбе топки. При превышении определённой температуры (например, при чрезмерном выкипании воды) расплавление пробки приводило к разгерметизации котла, быстрому сбросу давления и, одновременно, к заливанию огня в топке водой из котла.

Теплоизоляция -- слой изоляции между стенками котла и внешней стальной обшивкой, служивший для уменьшения потерь тепла снаружи.

Характеристики котла

Котёл характеризуется следующими параметрами:

общая площадь нагрева в м? -- эта площадь складывается из площадей нагрева топки, площади перегревателя, а также площадей дымогарных и жаровых труб;

объём парового пространства в м?;

зеркало испарения в м?;

рабочее давление в атм;

объём заливаемой воды.

Машина

Паровая машина паровоза состоит из цилиндров, отлитых как одно целое с золотниковыми коробками, механизма для передачи усилия на движущие колёса (кривошипно-шатунный механизм) и парораспределительного механизма. Цилиндры паровой машины (которых на паровозе бывает 2 и более) отливаются из стали и укрепляются на раме с помощью болтов, либо отлиты воедино правая и левая паровая машина, как на более поздних паровозах.

В паровозах применялись следующие виды паровых машин:

машина однократного расширения пара -- проста по конструкции, имеет высокую надёжность и неплохую экономичность;

машина однократного расширения пара трёх или четырёх цилиндровая обладает большей мощностью, но сложна по конструкции;

машина компаунд -- также обладает большой мощностью, но по экономичности, как надеялись конструкторы, себя не оправдала. Имеет помимо сложной конструкции проблемы при движении с частыми остановками.

В большинстве паровозов применялись простые двухцилиндровые машины, экономичность была повышена введением пароперегревателя, а мощность -- созданием сочленённых паровозов и повышением форсировки котла.

Рис 5. Схема работы кулисного механизма паровоза: 1 -- кулиса, 2 -- контркривошип, 3 -- радиальная тяга, 4 -- маятник, 5 -- ползун (крейцкопф), 6 -- золотник, 7 -- рабочий цилиндр, 8 -- тяга переводного вала (реверс)

Парораспределительный (обычно кулисный) механизм паровоза состоит из кулисы 1, качающейся на оси и соединённой своим нижним концом с пальцем контркривошипа 2, насаженного на ведущем колесе под некоторым углом к кривошипу. Движение от кулисы передаётся с помощью радиальной тяги 3 верхнему концу рычага (маятнику) 4; нижний конец маятника получает движение от ползуна 5. Движение золотнику 6 сообщается от промежуточной точки маятника. С помощью кулисного механизма осуществляются (золотником) все фазы парораспределения, регулирование мощности паровоза путём изменения степени наполнения (отсечки) пара в цилиндр 7 и реверсирование 8 -- получение обратного хода паровоза.

В некоторых случаях для временного повышения силы тяги (при трогании с места и на подъёмах) на паровозах, кроме основной паровой машины, устанавливают вспомогательную (бустер), передающую работу на поддерживающие оси паровоза или на оси тендера.

Другие элементы машины паровоза:

сальники -- уплотнения, предотвращающие утечки пара;

байпасы -- специальные устройства, которые располагались на золотниковой коробке. Байпасы работали как перепускные клапаны при закрытом регуляторе (при отсутствии подачи пара) и предотвращали торможение паровоза цилиндрами при езде по инерции. Но только на дореволюционных паровозах, впоследствии их не устанавливали.

Экипаж

Экипажная, или рамно-ходовая, часть паровоза состоит из рамы, на которой устанавливаются котёл и цилиндры, колёсных пар с буксами, рессор с балансирами и тележек.

Рама -- металлическая несущая конструкция, к которой крепились остальные части паровоза.

Передняя тележка -- конструкция, помогавшая паровозу вписываться в повороты. Например, в паровозах серии С использовалась тележка Цара-Краусса, объединяющая бегунковую и переднюю движущую пары колес. При этом в момент прохождении поворота бегунковая ось поворачивалась, а движущая пара получала соответствующее боковое смещение в противоположном направлении.

Ведущая колесная пара. Непосредственно на эту пару воздействовала машина через поршневое дышло.

Сцепные колесные пары. Эти колёса вращались от ведущей пары через сцепные дышла. На центрах всех движущих колёсных пар как одно целое отлиты противовесы для уравновешивания сил инерции эксцентрично вращающихся масс (кривошипа, пальцев, спарников, а на ведущем колесе, кроме того, контркривошипа и части ведущего шатуна).

Бегунковые колесные пары. Бегунковых пар было 1 или 2, в некоторых паровозах могли отсутствовать (паровозы формул 0-Х-Х).

Поддерживащие колесные пары. Располагались под будкой или топкой. В зависимости от осевой формулы могли отсутствовать. Паровозы с поддерживающими колесными парами были лучше приспособлены для движения задним ходом.

Осевые буксы -- места крепления подшипников осей колёс.

Рессоры -- упругие элементы, располагающиеся между колёсами и рамой. Рессоры смягчают вибрацию. На оси надеты коробки (буксы), в которых помещёны подшипники, соприкасающиеся с шейками осей. В буксы заливается смазка. На буксу опирается рессора, при колебании которой букса перемещается в раме вверх и вниз. В вырезах рамы прикрепляются буксовые направляющие: одна из этих направляющих делается наклонной, а между буксой и направляющей ставится клин (буксовый), которым можно регулировать зазор. Для лучшего распределения нагрузки на отдельные колёсные пары рессоры соединяются между собой балансирами.

Сцепка -- устройство для соединения вагонов и локомотива в состав.

Буфера -- элементы, располагающиеся в месте сцепки и предотвращающие резкие удары при соединении вагонов.

Будка

В будке находились машинисты (паровозная бригада) и были сосредоточены все элементы управления паровозом. В будку также выходила задняя часть топки с шуровочным отверстием для загрузки топлива.

Тендер

Тендер -- специальный вагон, прицепляемый сзади к паровозу, в котором располагались запасы воды и топлива для котла. Зачастую, тендеры имели стандартную конструкцию и использовались с несколькими сериями паровозов. В отдельных паровозах тендер также содержал специальное оборудование для конденсации отработанного пара (тендер-конденсаторы), автоматический углеподатчик.

Оборудование

Тормоза. На паровозы устанавливались, в основном, автоматические воздушные тормоза Вестингауза, Казанцева и Матросова. Сжатый воздух накачивался паровоздушным насосом в специальный резервуар, а из резервуара воздух подавался в тормозные цилиндры, системой рычагов связанные с тормозными колодками. При открытии расположенного в будке крана, давление в общей воздушной магистрали поезда падало, и колодки давлением воздуха из резервуара прижимались к колёсам.

Локомотивный скоростемер, приводимый в действие от одного из колёс.

Паровой манометр -- устройство для измерения давления пара в котле. Песочница. Обычно устанавливалась наверху котла. В песочнице находится специально просеянный речной песок, который давлением воздуха подается к колёсам при трогании и движении вверх по уклону и для экстренного торможения для увеличения трения между колёсами и рельсами.

Свисток. На последних сериях паровозов применялись гармонические многотональные пятитоновые гудки, которые в мире считаются самыми красивыми.

Водомерные стёкла -- показывают уровень воды в котле.

Стокер -- механический углеподатчик (на поздних паровозах).

Сервомотор -- пневматический перевод кулисного камня (на поздних паровозах).

5. Технические преимущества и недостатки паровоза

Как и всем другим типам локомотивов, у паровоза есть как преимущества, так и недостатки. Из преимуществ стоит отметить следующие:

Относительная простота конструкции, благодаря чему их производство было довольно просто наладить на машиностроительном (например Lima и HCP) или металлургическом (например Коломенский и Сормовский) заводе;

Надёжность в эксплуатации, обусловленная уже упомянутой простотой конструкции, благодаря чему паровозы могут эксплуатироваться на протяжении более 100 лет;

Высокая сила тяги при трогании с места. Более того, из всех распространённых видов двигателей транспортных средств единственно паровая машина паровоза может неограниченно долго развивать максимальную силу тяги на его сцепном крюке даже при полной остановке локомотива.

Многотопливность (устар. — Всеядность), то есть возможность работы практически на любом топливе, в том числе на дровах, торфе, угле, мазуте и т. п. В 1960-х годах, после снятия с поездной работы многие паровозы были переданы на подъездные пути предприятий, где их отапливали, часто, отходами производства: щепой, опилками, макулатурой, зерновой шелухой, бракованным зерном, отработавшими смазочными материалами. При этом тяговые возможности паровоза существенно снижались, но для маневров с несколькими вагонами тяги хватало.

Недостатки паровоза:

Крайне низкий КПД, который даже на последних паровозах составлял 5--9%, что обусловлено низким КПД самой паровой машины, который не превышает 20%, а также недостаточной эффективностью сгорания топлива в паровом котле и потерями тепла пара при передаче его от котла к цилиндрам; Необходимость в больших запасах воды, что особенно ограничивало применение паровозов в засушливой местности (например в пустынях), либо в отдалённых регионах стран. Применение паровозов с конденсацией отработанного пара хоть и снижало актуальность этой проблемы, но не устраняло её полностью;

Высокая пожароопасность, обусловленная наличием открытого огня сгорающего топлива. Данный недостаток отсутствует на бестопочных паровозах, однако радиус действия таких машин весьма ограничен;

Большое количество дыма и копоти, выбрасываемых в атмосферу паровозом. Этот недостаток особенно сильно проявлялся при вождении пассажирских поездов и при работе паровоза в черте населенных пунктов.

Невозможность работы паровозов по системе многих единиц, что для вождения тяжеловесных поездов требует применения кратной тяги, а следовательно и увеличения числа локомотивных бригад;

Тяжёлые условия труда локомотивной бригады;

Опасность взрыва котла.

Высокая трудоёмкость ремонта, особенно парового котла.

Стоит отметить, что несмотря на тяжёлые условия работы, паровозы, тем не менее, весьма ценились машинистами. Прежде всего это было связано с тем, что, в отличие от тех же тепловозов с электровозами, теоретически рассчитать рациональные режимы ведения поезда для паровозов практически невозможно, так как слишком много составляющих: температура и давление пара, положения регулятора и реверсора, уровень воды в котле и т. д. и т. п. Из-за этого сильно ценился практический опыт машинистов, благодаря которому и удавалось осуществлять вождение тяжеловесных поездов и с более высокими скоростями, как это делал например советский машинист Пётр Кривонос. С уходом паровозов, авторитет профессии машинист локомотива значительно упал.

6. Принцип работы паровоза

Паровоз приводится в движение паровой машиной, преобразующей тепловую энергию пара в механическую работу. Для приготовления пара, обладающего необходимым давлением и температурой, служит паровой котел, в топке которого сжигается твердое или жидкое топливо. Запас воды, топлива и смазки хранится в специальной повозке, сцепленной с паровозом и называемой тендером.

В топку парового котла с помощью механического углеподатчика или вручную подается твердое топливо (уголь). Жидкое топливо (мазут) подается в топку через специальные форсунки, через клапаны зольника в топку поступает воздух. Сгорание топлива происходит на колосниковой решетке, а жидкое топливо, превращенное в пылевидную смесь, сгорает в огневой коробке. Выделяемые топливом газы, имеющие высокую температуру, отдают часть своего тепла через стенки огневой коробки воде, находящейся в котле. Затем раскаленные газы устремляются через заднюю решетку топки в жаровые (большого диаметра) и дымогарные (меньшего диаметра) трубы. Отдав значительную часть тепла через стенки труб на испарение воды в котле, а также на нагревание насыщенного пара в элементах пароперегревателя, размещенных в жаровых трубах, газы поступают в дымовую коробку котла и пройдя искрогасительное устройство, через дымовую трубу уходят в атмосферу.

Образующийся в котле пар собирается в верхней части котла и в специальном колпаке, называемом сухопарником. При повышении давления пара в котле свыше установленной для каждого паровоза нормы (1215)105 Па срабатывает предохранительный клапан, выпускающий избыток пара, пока не установится нормальное давление.

Насыщенный пар, содержащий во взвешенном состоянии значительное количество частиц воды, при открытии регулятора устремляется в пароперегреватель, в котором, проходя по трубкам элементов, находящимся в жаровых трубах, подсушивается и нагревается до температуры 350-- 420 °C и через камеру перегретого пара и трубы подводится к цилиндрам паровой машины.

В эти цилиндры пар поступает через золотниковую камеру посредством парораспределительного механизма. Свежий пар, впускаемый в цилиндр, давит на поршень, то с одной, то с другой стороны, перемещая поршень и связанный с ним шатунно-кривошипный механизм, приводя во вращение ведущую ось и спаренные с ней дышлами сцепные оси. Отработавший в цилиндрах пар по каналам подводится к конусу, расположенному в дымовой коробке котла на одной вертикальной оси с дымовой трубой паровоза.

При работе паровой машины отработавший пар, выходя из конуса в дымовую трубу, создает разрежение в дымовой коробке, что увеличивает поступление воздуха через зольник в топку котла, При этом происходит интенсивное сгорание топлива, а следовательно, и образование пара в котле.

7. Топливо

В основном на паровозах в качестве топлива использовался уголь. В тех районах, где нефть была доступнее угля, паровозы также эксплуатировались на нефти (мазуте). В тяжёлые времена использовались дрова, торф и даже сушёная рыба.

Пылеугольное отопление

Неоднократно, как у нас в стране, так и за рубежом, предпринимались попытки использования пылеугольного отопления. Теоретически, факельное сжигание угольной пыли позволяло повысить КПД паровоза (либо увеличить мощность при сохранении объёма топки). Но необходимая эксплуатационная надёжность работы пылеугольных паровозов не была достигнута. Сгорание массы угля в потоке факела при высоких температурах, происходящее не только в топочном пространстве, но и в трубчатой части котла, приводило к заносу расплавленными частичками шлака задней решётки топки и жаровых труб, что резко ухудшало процесс сгорания топлива.

Автоматическая подача топлива

Когда объёмы топок мощных паровозов достигли предела возможности их отопления вручную, возникла насущная потребность в создании механического углеподатчика. Первые попытки создания механического углеподатчика -- стокера -- были предприняты в США в 1889 г., но они оказались неудовлетворительными. После многолетних исследований мощные паровозы стали оснащаться стокерами двух видов: с верхней и нижней подачей топлива. Паровозы с большой площадью колосниковой решётки оснащались также стокером «Дуплекс» -- с двусторонней верхней подачей угля в топку. В СССР стокеры впервые были установлены на паровозах ФД и ИС.

Тендеры некоторых мощных американских паровозов оснащались пушером -- механическим устройством, разрыхляющим смерзшийся уголь и продвигающим его к транспортеру стокера.

8. Обозначения серий паровозов

Первые паровозы получали имена собственные («Ракета», «Планета», «Проворный»). Такая система обозначений довольно скоро показала свою несостоятельность, поэтому однотипные по конструкции паровозы стали объединять в группы, которым присваивали единое общее обозначение -- серию. Обозначения серий могли быть выполнены, как с применением букв, так и с применением цифр, а иногда и их сочетанием (например финские H2). Однако в виду того, что обозначения на каждой дороге присваивались по собственной системе, то вскоре сложилась ситуация, когда у паровозов практически одинаковой конструкции было по несколько десятков вариантов серий, что привело к необходимости ввода единых обозначений серий паровозов по стране. Одной из первых такая система была применена в Российской империи, где в 1912 году Циркуляр Управления железных дорог Министерства путей сообщения ввёл буквенную систему обозначений серий паровозов, как для казённых, так и для частных железных дорог. Так согласно ей, все старые товарные паровозы с 3-мя движущими осями (типы 1−3-0, 0−3-0, 0−3-1) получили обозначение серии Т (трёхосные), типа 0−4-0 выпущенные до паровозов «нормального типа» -- Ч (четырёхосные), паровозы «нормального типа» -- О (основные) и т. д. Примерно в то же время в Польше перешли на буквенно-цифровое обозначение серий, при которой первая буква обозначала род службы локомотива (товарный, пассажирский или курьерский), вторая (нижний индекс) -- осевую характеристику, а следовавшая далее цифровая часть -- на конструктивные особенности. Например обозначение паровоза Ty23 имеет следующую расшифровку: Towarowe (польск. Товарный), осевая характеристика -- y (1−5-0), появился в 1923 году. В 1925 году в Германии Рейхсбан (Управление Государственными железными дорогами) ввёл единое двухцифровое обозначение серий паровозов для всех германских железных дорог и общую нумерацию для каждой серии. По такой системе в одну серию объединяли паровозы выпущенные до 1920-х и имевших общую осевую формулу, в результате чего паровозов каждой серии могло быть нескольких разновидностей (например, паровозов серии 56 было шестнадцать разновидностей). Подобную схему обозначений, только трёхцифровую, пытались ввести в 1920-х и в Советском Союзе, причём на начальном уровне сохраняя при этом буквенное обозначение, результатом чего явились буквенно-цифровые обозначения серий, например Су212. Однако такая система на советских железных дорогах оказалась неэффективной, причём во многом из-за того, что номера каждой серии могли быть лишь в пределах от 1 до 99, тогда как паровозов каждой серии было построено гораздо больше (например тех же Су было построено свыше 2 тысяч).

Также нередко паровозы получали обозначения серии в честь главных конструкторов (например грузовой Л Лебедянского, и его пассажирский тёзка Лопушинского), либо известных личностей (Иосиф Сталин, Серго Орджоникидзе или наиболее мощный отечественный Феликс Дзержинский).

9. Отличия пассажирского и грузового паровозов

Пассажирские и грузовые паровозы внешне заметно отличаются друг от друга, что объясняется следующими причинами:

Пассажирскому паровозу не нужен большой сцепной вес, поэтому может быть уменьшено количество движущих или «сцепных» колёс, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;

Скорость пассажирских паровозов должна быть выше, для этого увеличивают диаметр сцепных колёс и устраивают перед ними «бегунковые» колёса меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колёс.

10. Раскраска паровозов

Паровоз Су-250−64

В России пассажирские паровозы раскрашивались следующим образом:

Зелёный или синий: котёл (кроме дымовой коробки), цилиндры, будка и тендер;

Ярко-красный: Колёсные центры, рама, тележки, буферный брус;

Белый: боковые поверхности ободов колёс и торцы осей;

Чёрный: все остальные детали;

На стенках будки белой краской наносились название дороги, серия и номер. Серия и номер также повторялись на буферном брусе.

Раскраска грузовых паровозов:

Красный: Рама паровоза, буферный брус, колёса, дышла и шатуны, ходовой мостик вдоль котла с торца;

Белый: Окантовка колёс;

Чёрный: Все остальные части паровоза;

Номерной знак белый в красной окантовке. Наносился с обеих сторон на нижней части будки машиниста и на буферном брусе.

Список литературы

1. Раков В. А. Введение. Локомотивы отечественных железных дорог, 1845−1955. -С. 7−10.

2. А. В. Хмелевский, П. Н. Смушков. Паровоз (Устройство, работа и ремонт). Москва, «Транспорт», 1973. -С. 4−6.

3. Сыромятников С. П. Классификация паровозов. Курс паровозов, 1937. -С. 6 4. Дробинский В. А. Основные части паровоза и экипировочные устройства. Как устроен и работает паровоз, 1955. -С. 16.

5. Сыромятников С. П. Составные части паровоза. Курс паровозов, 1937. -С. 4

6. Сыромятников С. П. Общее устройство котла и его работа. Курс паровозов,-1937. -С. 31−34.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой