Паровозыжелезнодорожный транспорт

Перед отправлением в рейс паровоз снабжается топливом, водой, песком, смазочными и другими материалами. В депо, на ряде станций, а иногда и в пути периодически очищают топку отшлака, продувают котёл для удаления шлама, жаровые и дымогарные трубы для очистки их от сажи, а также производят другие операции, обеспечивающие нормальные условия работы паровоза. Комплекс этих операций называется экипировкой паровозов. Трудоёмкие процессы экипировки — подача угля, песка, воды, уборка шлака и др. — механизированы. Снабжение паровозов углём. На топливных складах железных дорог уголь на тендер паровоза подаётся при помощи паровых или электрических грейферных кра- . нов (фиг. 36, внизу) или через эстакады и бункерные установки (фиг. 36, вверху). Применение эстакад и бункерных установок со-я кращает простои паровоза g- под набором угля до 4 — g 5 мин. На топливных складах о> выгрузка угля из самораз-| гружающихся полувагонов 5 производится на специаль-к ных повышенных путях S без применения ручного £ • труда. Из отвалов разгру-^ зочного пути уголь’ грей- s ферными кранами подаётся g в кустовые бункера (см. S. фиг. 36) или непосредст-к венно—на тендер паровоза, а Наиболее совершенной ё. установкой для подачи уг-•& ля на паровозы является \ углеподающая эстакада со u смесительной станцией п (фиг. 37). Полувагоны с уг- g лём разных марок подают- £■ ся на разгрузочный путь, с совмещённый с углесмеси- S тельной установкой, где и к разгружаются в соответст- вующие бункера. « Из бункеров разгрузоч-« ного пути уголь подаётся j2 на движущийся транспор-. тёр, на ленте которого об-с€ разуется несколько слоев С угля разных марок. Эта © смесь при помощи системы ленточных ‘транспортёров перемещается в раздаточные бункера углеподающей эстакады. При загрузке в бункера эстакады уголь взвешивается. Снабжение паровозов песком. На-

Фиг. 37. Углеподающая эстакада со смесительной станцией

Фиг. 38. Набор песка паровозом

полнение песочниц паровозов сухим кварцевым песком производится из пескораздаточных бункеров (фиг. 38), в которые песок подаётся •с помощью сжатого воздуха из пескосушилки. Пескоснабжающая установка включает в себя склад сырого песка, пескосушилку с устройствами для сушки и просеивания песка, пескопроводы и раздаточные бункера, из которых сухой песок засыпается в песочницы паровозов. В новейших типах песко* снабжающих установок для сушки песка применяются высокопроизводительные механизированные барабанные печи. Снабжение паровозов водой. Быстрое снабжение паровозов водой на промежуточных станциях имеет большое значение для увеличения скорости движения поездов (коммерческой •скорости). Для сокращения простоев паровозов под набором воды на многих станциях применяются башни-ускорители. Ускоритель — это небольшой резервуар (ёмкостью 30—40 ж3), расположенный вблизи гидроколонки. В интервале между набором воды паровозами ускорители наполняются водой, которая по трубопроводу и гидроколонке за 6—10 мин. наполняет тендер паровоза. На фиг. 39 показана принципиальная схема современного железнодорожного водоснабженияс автоматическим управлением насосной •станцией. Такая станция работает без участия человека. Схема работы станции железнодорожного водоснабжения довольно проста. Вода из реки или другого водоёма перекачивается в бак водонапорного сооружения. Отсюда она подаётся в разводящий трубопровод под естественным напором или под давлением. Как же обеспечивается автоматичность работы всех аппаратов и оборудования насосной станции? Установленный в здании насосной станции насос связан (сблокирован) с поплавковым устройством водяного бака. Поэтому пуск и •остановка электродвигателя насоса осуществляются автоматически в зависимости от положения уровня воды в водонапорном сооружении. Если уровень воды в водонапорной башне достигнет верхнего предела, поплавок воздействует на реле (датчик), которое через приборы управления останавливает электродвигатель насоса. Наоборот, при понижении уровня в башне реле заставляет приборы управления привести электродвигатель насоса в действие. Необходимые переключения агрегатов, связанные с изменением режима работы станции, осуществляются при помощи электромагнитных и тепловых р
еле-аппаратов, котор
ые, выполняя разнообразные функции, автоматически воздействуют на другие аппараты и контролируют их работу. Передача электрического сигнала от поплавкового реле к агрегатам насосной станции осуществляется по проводам сигнализации. Всякое изменение режима насосной станции быстро и чётко воспринимается соответствующими аппаратами и агрегатами. Работа каждого агрегата и всей установки контролируется по •приборам; при появлении малейшей неисправности агрегат мгновенно отключается, и в действие приходит резервный агрегат.

Основные преимущества насосной станции с автоматическим управлением перед станцией с ручным управлением заключаются в повышении надежности работы насосно-силового оборудования его сохранности и экономичности эксплуатации. Автоматизация железнодорожного водоснабжения получает всё более широкое распространение на наших железных дорогах.

Уборка шлака. Чтобы обеспечить интенсивное горение топлива, колосниковую решётку паровоза периодически очищают от шлака. Шлак, накопившийся в бункерах зольника, высыпается (в специально отведённых для этого местах) на деповские или станционные пути или в кочегарные канавы и затем убирается в отвал. В дальнейшем шлак используется как строительный материал. Наиболее совершенная установка для уборки шлака (скиповая) показана на фиг. 40. Шлак из зольника высыпается в расположенный под путями приёмный бункер шлакоуборочной установки. При автоматическом открытии затвора шлак из приёмного бункера высыпается в передвижной скип (ковш). При помощи электролебёдки скип выкатывается из-под пути, поднимается и опрокидывается; шлак из него высыпается в железнодорожный полувагон. Все процессы по открытию затворов бункеров, перемещению, подъёму и разгрузке скипа в этой установке механизированы ш управление ими осуществляется нажатием кнопки.

Устройство паровой машины (фиг. 27) подчинено задаче — с наибольшей выгодой преобразовать тепловую энергию пара, созданного в котле, в механическую энергию вращения колёс. Основной частью паровой машины являются цилиндры. Почти на всех паровозах установлено два паровых цилиндра. Размещены они в передней части локомотива, по обе стороны рамы. Для того чтобы при небольших размерах цилиндров получить большую мощность (3 ООО — 3 500 л. с), паровая машина выполняется по принципу двойного действия: пар впускается не с одной стороны поршня, а попеременно с двух сторон. Прежде чем попасть в цилиндры, пар поступает в золотниковые коробки, называемые так потому, что внутри каждой из них находится золот-н и к. Золотник — распределитель пара — осуществляет автоматический впуск свежего пара в цилиндр и выпуск отработавшего. Движение золотников точно согласовано с движением поршней благодаря особому механизму, называемому парораспределитель и ы м. Пар совершает в цилиндре непрерывную работу: поступая в цилиндры попеременно то с передней стороны поршня, то с задней, он заставляет поршень перемещаться то в одну, то в другую сторону. Чтобы использовать работу пара для перемещения паровоза, нужно возвратно-поступательное движение поршней в обоих цилиндрах преобразовать во вращательное движение колёс. Для этой цели служит передаточный механизм, называемый шатунио-кривошипным. Шатунно – кривошипный механизм размещается с каждой стороны паровоза; он состоит из следующих деталей: поршней, ползунов, шатунов (ведущих дышел) и колёсной пары1. Движение поршня через ползун непосредственно передаётся ведущему дышлу, которое и приводит во вращение колёсную пару. Ведущее дышло связано с колесом через палец кривошипа, запрессованный в тело колеса. Все колёсные пары соединяют (спаривают) друг с другом. Делается это для того, чтобы увеличить силу тяги паровоза. Соединение 1 Под колёсной парой понимается ось и наглухо насаженные (напрессованные) на неё два колеса.

колёсных пар осуществляется несколькими сцепными дышлами. Все спаренные сцепные колёсные пары называются движущими, а одна из них, связанная ведущим дышлом с поршнем паровой машины, называется ведущей. Большинства паровозов имеет 3—5 движущих колёсных пар. Система деталей — поршней, ползунов, ведущих и сцепных дышел, колёсных пар с пальцами кривошипов образует движущий механизм паровоза. Таким образом, к паровой машине относятся: 1) цилиндры, 2) парораспределительный механизм и 3) движущий’ механизм.

Котёл паровоза схематично изображён на фиг. 12. На первый взгляд устройство котла кажется простым: есть топка, в которой, сжигается топливо и образуются раскалённые газы, есть резервуар, где нагревается вода и получается сжатый пар, есть и камера с трубой для отвода газов сгорания из топки. Однако, рассматривая котел более внимательно, мы увидим, что он устроен и работает по довольно сложной схеме. Тепло, необходимое для нагревания воды, выделяется в топке. Обычная топка паровозного котла представляет две коробки, вставленные одна в другую и соединённые между собой (фиг. 13). Внутрен-

нюю коробку, в которой при сжигании топлива образуется огонь, называют огневой коробкой, а наружную — кожухом топки. В огневой коробке простейшего вида различают пять листов: потолок и четыре стенки, из которых две боковые, одна задняя и одна передняя с рядом отверстий; последняя называется задней трубной решёткой (в отличие от передней трубной решётки, см.

Фиг. 13. Огневая коробка и кожух топки в разрезе ниже). В отверстия решётки вставляются концы специальных газоходов — дымогарных и жаровых т р у б. По трубам проходят топочные газы (продукты сгорания). Снизу огневая коробка имеет колосниковую решётку, на которую забрасывают уголь или другое твёрдое топливо. Колосниковая решётка (см. фиг. 13) собирается из чугунных плит-колосников, которые по всей площади имеют прорези. Площадь прорезей составляет так называемое живое сечение колосниковой решётки, сквозь которое в топку поступает атмосферный воздух, необходимый для сгорания топлива. К колосниковой решётке воздух попадает через зольник (фиг. 14), имеющий для этой цели боковые клапаны, открывающиеся при помощи рычажного механизма. Зольник размещается под колосниковой решёткой и представляет собой двух- или трёхбункерный ящик. Бункера закрываются днищами. На новых паровозах благодаря специальному механизму днища бункеров можно легко открыть и закрыть. Через прорези в колосниках в зольник проваливаются зола и мелкие несгоревшие частицы топлива. На современных паровозах применяются качающиеся колосниковые решётки, которые можно на стоянках и на ходу паровоза прокачивать для очистки топки от шлака. Рычаги управления качающимися колосниками находятся в будке машиниста. Перемещая тот или иной рычаг, кочегар заставляет группу колосников занимать наклонное положение

(угол наклона не менее 45°). От этого слой шлака взламывается и в виде мелких кусков сбрасывается в зольник. ,[_^] Таким образом, зольник предназначен для подвода воздуха к сжигаемому топливу и для сбора шлака и мелких несгоревших частиц топлива. Эти остатки периодически высыпаются из зольника при открытии днищ бункеров. Новейшие советские паровозы оборудуются колосниковыми решётками с механическим приводом для прокачивания колосников (фиг. 15). Привод действует сжатым воздухом, поступающим в воздушные цилиндры. Такой механизм облегчает труд паровозных бригад. Площадь колосниковой решётки в значительной степени определяет мощность паровоза. Чем больше размеры колосниковой решётки, тем большее количество топлива можно сжечь на ней и тем больше получить тепла. Чем больше площадь колосниковой решётки, тем мощнее паровоз. На протяжении многих лет конструкторы увеличивали площади колосниковых решёток. Есть паровозы, у которых она достигает 12 мг. Но иметь большую площадь решётки — это ещё не всё. Важно получить большой объём и развитую поверхность стенок огневой коробки. Малая поверхность не успеет поглотить большое количество тепла, выделенного при сжигании топлива. Поэтому вода в котле получит мало тепла.

Фиг. 15. Общий вид стенда для испытания и наладки механического привода колосниковой решётки Наилучшее парообразование дают такие топки, у которых поверхность нагрева стенок огневой коробки примерно в четыре раза превышает площадь колосниковой решётки. Хотя топки котлов современных паровозов несравненно более совершенны, чем у их «предков» — черепановских паровозов, всё же до сих пор создание наивыгоднейшей формы топки встречало много трудностей. Огневой коробке придают такие размеры и форму, которые позволили бы сжигать топливо как мо
жно полнее и быстрее и полу

При интенсивной работе современный мощный паровоз расходует только за один час 20 ООО— 25 ООО кг воды и до 5 ООО кг угля. Но где же разместить запасы воды и топлива, которых хватило хотя бы на несколько часов непрерывной работы паровоза? Установить громадные баки для воды и бункера для угля на самом паровозе, конечно, невозможно, так как размеры паровоза при этом выйдут за пределы габарита 1 подвижного состава. Для размещения запасов воды, топлива, а также смазки к паровозу прицепляется отдельная повозка, называемая тендером. На фиг. 32 изображён общий вид, а на фиг. 33 приведена схема устройства шестиосного тендера. Тендеры паровозов большой мощности (2 500—3 ООО л. с.) имеют водяные баки, ёмкость которых доходит до 50 м3\ это целое водохранилище глубиной более 2 м. Запас воды в восьмиосных тендерах новейших грузовых паровозов, построенных Коломенским заводом, достигает почти 60 т. Для удобства наблюдения за уровнем воды водяные баки.снабжены указателями поплавкового типа; шкала указателя вынесена в контрбудку (см. ниже). 1 Габаритом называется предельное поперечное очертание подвижного состава. Все выступающие детали паровоза должны помещаться внутри габарита, иначе при движении паровоз^ может зацепиться, например, за мостовую ферму, тоннель, высокую платформу или другое сооружение. В тендере помещается свыше 20 т топлива. Есть тендеры, в кото» рые загружают 35 т топлива.

Основными частями тендера являются водяной бак с угольным бункером, рама и тележки. Запас угля -25 т

Фиг. 33. Схема устройства шестиосиого тендера Водяному баку придаётся П-образная форма (см. нижнюю проекцию, фиг. 33). Такая форма оказывается наиболее удобной ддв совместного размещения воды и топлива. Водяной бак разделён перегородками с отверстиями на ряд отсеков. Отверстия в соседних перегородках, как это видно на фиг. 33, смещены относительно друг друга. Перегородки смягчают удары от колебания воды при движении паровоза, особенно при внезапных изменениях скорости (например при резком торможении). В средней части тендера размещён бункер для топлива. Задняя и боковые стенки угольного бункера наклонные. Это способствует ссыпанию угля на дно бункера и в корыто углеподатчика.

Фиг. 34. Танк-паровоз Конструкторы изыскивают способы максимально снизить собственный вес тендера, не уменьшая его объёма: чем меньше вес порожнего тендера, тем большее количество топлива и воды можно в него загрузить, не превышая допускаемых нагрузок на рельс. Тендер — неотъемлемая часть магистрального паровоза. Некоторые же паровозы, работающие в пределах станции или завода, не имеют отдельного тендера. Это бестендерные или так называемые танк-паровозы (фиг. 34). Небольшие баки для воды на танк-паровозах размещены обычно по бокам котла паровоза, а ящики для угля — в будке машиниста. Будка машиниста — это помещение, где находится паровозная бригада: машинист, его помощник и кочегар; здесь размещены все приборы и приводы механизмов для управления паровозом. Будка машиниста укрепляется на топке котла. Задняя часть будки — контрбудка — укреплена на тендере; в ней помещается лоток для угля, необходимого при отоплении паровоза вручную. Лобовой лист кожуха топки, «дышащий» зноем, находится непосредственно в будке. Это создаёт неблагоприятные условия для работы паровозных бригад. Чтобы облегчить труд людей, работающих на паровозе, конструкторы и строители паровозов внесли в устройство будки ряд изменений. Будка машиниста пассажирского паровоза, показанного на фиг. 8, — это просторное светлое помещение, размеры которого (объём и рабочая площадь) больше будок многих других отечественных паровозов.

Фнг. 35. Будка машиниста современного паровоза (внутренний вид) Будка, внутренний вид которой представлен на фиг. 35, имеет шесть больших окон: четыре в боковых стенках и два в передней стенке. Помимо этого, поток дневного света вливается в помещение сверху, через световые фонари. Переднее правое стекло оборудовано стеклообогревателем, благодаря которому оно не замерзает даже в самые сильные морозы, а от снега, дождя и пыли стекло очищается пневматическим стеклоочистителем автомобильного типа — «дворнико
м». В будке шесть сидений
, из них четыре откидных. Кресло для машиниста установлено, как обычно, справа, для помощника — слева. Паровое отопление даёт возможность в суровое зимнее время поддерживать в будке необходимую температуру воздуха. Для удаления воздуха, загрязнённого топочными газами и пылью, в потолке будки установлены два вентиляционных люка. Кроме общей вентиляции, применена также местная вытяжная вентиляция в виде специальных вытяжных люков, размещённых против рабочих мест машиниста и его помощника. Будка отделяется от контрбудки раздвижными двухстворчатыми дверями, которые препятствуют прониканию угольной пыли из тендера в будку. Очень важное значение для работы паровозной бригады имеет искусственное освещение контрольных и измерительных приборов. В новейших будках лампочки установлены в отдельные кожуха, снабжённые щелями, которые направлены в сторону того или иного прибора. Благодаря этому в будке создаётся полумрак, обеспечивающий хорошую видимость не только приборов, но и путевых сигналов. Это так называемое рабочее освещение, оно применяется в пути при следовании паровоза. На стоянках включаются плафоны для освещения всей будки. Таким образом в будках новейших паровозов устраивается двух-режимное комбинированное освещение. Будка современного паровоза радиофицирована. Радиоустановка позволяет машинисту в любой момент связаться с диспетчером участка. При конструировании будок большое внимание уделяется их отделке. Внутри помещение обшито тепловлагостойкой фанерой. Между внутренней и наружной обшивками проходят трубопроводы для обогрева будки. Воздушная прослойка между внутренними и наружными стенками зимой сохраняет тепло внутри будки, а летом препятствует прониканию жары извне: воздух, как известно, является плохим проводником тепла. Перечисленные усовершенствования в будках новейших паровозов наряду с применением механической подачи угля в топку, механической прокачки колосников и других механизмов, значительно улучшили условия труда паровозной бригады.

Назначение экипажа (фиг. 28)—нести на себе котёл и паровую машину. Экипаж преобразовывает (с помощью рельсов) механическую энергию, развиваемую в машине, в механическую энергию поступательного движения паровоза. Иными словами, экипаж необходим для движения локомотива. Основной частью экипажа является рама — остов паровоза. Помимо собственного веса (общий вес рамы грузового паровоза серии ФД достигает 15,4 т), рама должна выдерживать тяжесть опирающегося на неё котла, блока цилиндров и других частей, прикреплённых к ней. Кроме того рама воспринимает усилия от давления пара в паровой машине и толчки, возникающие во время движения, особенно при повороте паровоза в кривых участках пути, при торможении, на стыках рельсов и т. п. Поэтому современные паровозы большой мощности имеют массивные брусковые рамы (фиг. 29). Основу их составляют два продольных полотнища брускового типа (толщиной 125—140 мм), которые соединены между собой несколькими поперечными креплениями, буферным брусом, скрепляющим передние концы продольных полотнищ, стяжным ящиком, соединяющим задние концы полотнищ, и цилиндровым блоком (см. фиг. 28), служащим также передней опорой котла. Эти важнейшие крепления связывают продольные полотнища рамы в одну общую жёсткую конструкцию. Как же опирается котёл на раму? Из физики известно, что при нагревании тела расширяются, а при охлаждении сжимаются. Поэтому, например, между рельсами железнодорожного пути оставляются зазоры. В жаркие летние дни зазоры едва заметны, зимой же, в сильные морозы, они увеличиваются. Если соединять рельсы вплотную, то, удлиняясь при нагревании, они изогнутся. То же может получиться с котлом паровоза. Температура стенок котла не постоянна: у интенсивно работающего паровоза она повышается примерно до 160°, а время ремонта в депо) снижается до 15°, т. е. духа в цехе. При повышении температуры паровозный котёл удлиняется приблизительно на 25—30 мм. Поэтому приходится укреплять котёл на раме так, чтобы только одна из его концевых опор была неподвижной. На паровозах такая жёсткая неподвижная опора устанавливается в передней части рамы, где расположены цилиндры. Передняя опора (фиг. 30) и цилиндры объединены в цилиндровый блок, на седлообразной верхней части которого и укреплена дымовая коробка котла. Задняя часть котла (топка) опирается на раму через подвижные опоры. Они позволяют котлу перемещаться вдоль рамы. Подвижные опоры могут выполняться скользящими или гибкими. Скользящие опоры имеют крупный недостаток: между их опорными поверхностями возникает значительное трение/ для уменьшения которого требуется смазка. Иначе неизбежно заедание. Этого недостатка лишены гибкие опоры, которые представляют собой стальные листы, поставленные вертикально. Нижними концами листы жёстко прикрепляются к раме паровоза, а верхними — у охлаждённого (во до температуры воз-

к топочной раме. Легко изгибаясь, они не препятствуют свободному удлинению или сокращению котла. На буферном брусе рамы укрепляются буфера, воспринимающие толчки вагонов, и паровозная автосцепка. Посредством деталей, размещённых в стяжном ящике, осуществляется сцепление между паровозом и тендером. Здесь сила тяги от паровоза передаётся тендеру и от него — составу вагонов. В продольных полотнах рамы имеются вырезы. Одни из них предназначены для размещения букс и деталей рессорного подвешивания, другие сделаны для уменьшения веса рамы. Буксу помещают в буксовый вырез рамы для того, чтобы она была устойчива и не могла повернуться во время движения. Так как буксовые вырезы снизу открыты, то при большой длине (до 12 м) и значительном весе рамы такое ослабление полотнищ угрожало бы прогибу всей рамы. Чтобы этого не произошло, рама в местах вырезов для букс соединяется подбуксовыми связями (струнками). Укрепляя полотно рамы, связи как бы заменяют вырезанную снизу часть металла, и тем самым способствуют сохранению прочности рамы. На паровозах малой и средней мощности применяются листовые рамы. Основу листовой рамы (фиг. 31) составляют два сравнительно высоких продольных листа (полотна), толщина которых в 4 — 4,5 раза меньше, чем у брусковой рамы. Для создания достаточной жёсткости в горизонтальной плоскости листовая рама имеет большое количество креплений, загромождающих междурамное пространство. Междурамные крепления присоедиа няются

Рядом с современным паровозом паровоз Черепановых, построенный 120 лет назад, выглядит очень маленьким (фиг. 11). Несмотря на различие конструкций и размеров, мощный магистральный паровоз имеет те же основные части, что и черепановский — котёл, машину, экипаж и тендер.

Между котлом, машиной и экипажем паровоза существует тесная взаимосвязь. Котёл вырабатывает сжатый пар; машина — основной потребитель пара — превращает тепловую энергию пара в механическую энергию, т. е. приводит во вращение колёса паровоза; экипаж с помощью рельсов преобразует энергию вращения колёс в энергию поступательного движения паровоза, передаёт усилия машины на сцепку паровоза и далее на сцепку тендера.