Паровозыжелезнодорожный транспорт

Для приготовления сжатого воздуха на каждом паровозе ставится насос (фиг. 156), приводимый в действие паром из котла. Пуск насоса осуществляется вручную (открытием парозапорного 14*

вентиля), но вся его дальнейшая работа протекает автоматически: специальный регулятор давления останавливает насос, если давление сжатого воздуха достигает заданной величины (обычно 8— 9 am), и снова пускает его в ход, когда давление снизится на 0,2—0,3 am, т. е. на величину чувствительности работы регулятора давления. Современный паро-воздушный компаунд-насос нагнетает в одну минуту до 3 ООО л атмосферного воздуха. Сжатый воздух, нагнетаемый насосом, подводится в место его накопления — в главный воздушный резервуар. Обычно на паровозе устанавливаются два соединённых воздухопроводом главных воздушных резервуара общей ёмкостью от 900 до 1 ООО л. Из главного воздушного резервуара сжатый воздух подаётся к крану машиниста и отсюда в длинный, уложенный вдоль всего поезда, воздухопровод (тормозную магистраль), а от него через воздухораспределители •— в запасные резервуары. Кран машиниста предназначен для управления давлением воздуха в магистрали, т. е. для управления автотормозами. Между паровозом, тендером и вагонами магистраль соединяется резиновыми соединительными рукавами. Под каждым паровозом и тормозным вагоном находятся запасные резервуары, тормозные цилиндры и воздухораспределители. Воздухораспределитель — сердце тормоза — распределяет сжатый воздух между магистралью, запасным резервуаром и тормозным цилиндром. Иными словами, тормозной цилиндр прямого сообщения с тормозной магистралью не имеет. При таком устройстве воздухораспределитель в одном случае сообщает магистраль с запасным резервуаром и тогда последний наполняется (заряжается) сжатым воздухом из магистрали (в этом случае тормозной цилиндр через воздухораспределитель сообщён с атмосферой), а в другом случае устанавливает прямое сообщение между запасным резервуаром и тормозным цилиндром и тогда последний наполняется сжатым воздухом из запасного резервуара. В процессе поступления в тормозной цилиндр сжатый воздух перемещает поршень со штоком, а вместе с ним и рычажную передачу, с помощью которой тормозные колодки прижимаются к колёсам. Чтобы представить действие автоматических тормозов, проследим за чередованием важнейших процессов (зарядки, торможения и отпуска), происходящих при управлении тормозами (см. фиг. 156). Зарядка. Перед отправлением поезда тормоз заряжается или, как принято говорить, производится зарядка тормозов. Зарядка тормозов заключается в наполнении магистрали и запасных резервуаров сжатым воздухом из главного резервуара паровоза. Для зарядки нужно повернуть рукоятку крана машиниста в положение (первое), при котором главный резервуар получит сообщение с тормозной магистралью поезда (фиг. 156, а).

Зарядка считается оконченной, когда давление в магистрали и запасных резервуарах достигнет установленной величины (для грузовых поездов 5,3—5,5 am и пассажирских 5,0—5,2 am). Это давление устанавливается краном машиниста и контролируется по манометру. После того как давление в магистрали достигает указанных величин, рукоятку крана машиниста переводят в следующее положение, называемое поездным, при котором указанное давление поддерживается автоматически, независимо от утечек. При зарядке давление сжатого воздуха в магистрали повышается; части (внутренние органы) воздухораспределителя устанавливаются в такое положение, при котором воздух из магистрали направляется в запасный резервуар. В тормозной цилиндр сжатый, воздух при этом пройти не может, цилиндр остаётся сообщённым с атмосферой, и тормозные колодки, как это видно из фиг. 156, а, не прижимаются к колёсам. Торможение. Для торможения необходимо, чтобы воздух из запасного резервуара был выпущен в тормозной цилиндр, который предварительно должен быть изолирован от атмосферы. Это достигается тем, что машинист, ставя рукоятку крана машиниста в тормозное положение, выпускает часть воздуха из тормозной магистрали в атмосферу. При некотором снижении давления в магистрали воздухораспределитель приходит в действие и его части устанавливаются в такое положение, при котором запасный резервуар соединяется с тормозным цилиндром и разобщается с магистралью, как показано на фиг. 156, б. Тогда
под напором
сжатого воздуха, перетекающего из запасного резервуара в тормозной цилиндр, поршень последнего будет перемещаться вместе со штоком и, воздействуя на рычажную передачу, прижмёт тормозные колодки к бандажам колёс. В зависимости от силы нажатия колодок поезд или остановится или скорость его уменьшится. Чтобы ещё раз понизить давление в магистрали, нужно повернуть рукоятку крана машиниста в положение, при котором магистраль снова соединяется с атмосферой. Разумеется, что в этом случае давление в магистрали понизится, воздухораспределитель вновь сообщит запасный резервуар с тормозным цилиндром и тормозные колодки с помощью рычажной передачи с большей силой прижмутся к колёсам. Схема расположения и подвески тормозных колодок на паровозе показана на фиг. 157. Отпуск. Получив нужную степень торможения, машинист выключает тормоза или, как говорят железнодорожники, производит отпуск тормозов. Для этого он с помощью крана машиниста соединяет главный резервуар с магистралью (см. фиг. 156, а). Впуск сжатого воздуха в магистраль сопровождается повышением давления в ней до установленного. После этого рукоятка крана машиниста переводится в поездное положение, при котором давление в магистрали в дальнейшем автоматически поддерживается 5—5,2 или 5,3—5,5 am. При этом части воздухораспределителя устанавливаются в первоначальное положение, т. е. выпускают сжатый воздух из тормозных цилиндров в атмосферу и одновременно наполняют запасные резервуары сжатым воздухом из магистрали. Тормоз вновь готов (заряжен) для следующего торможения. Итак, понижение давления воздуха в магистрали вызывает торможение поезда, а повышение давления — отпуск тормозов. Наполнение сжатым воздухом тормозных цилиндров происходит из запасных резервуаров,предварительно заряженных до давления 5—5,2или 5,3—5,5 am в зависимости от рода поезда — пассажирский или грузовой. В этом и заключается общий принцип действия всех автоматических воздушных тормозов, применяемых на железнодорожном транспорте. Хотя рассмотренный нами тип тормоза является автоматическим, но он непрямодействующий (истощимый). Это значит, что при длительном торможении запас сжатого воздуха (в запасном резервуаре) может истощиться: в процессе торможения запасный резервуар воздухораспределителем разобщён с магистралью, а магистраль краном машиниста разобщена с главным резервуаром. Поэтому воздух в тормозной цилиндр может поступать только из запасного резервуара, объём которого ограничен, и утечки воздуха восполняться не будут. Вследствие этого давление в тормозных цилиндрах, а значит, и тормозная сила поезда, постепенно уменьшатся. Чтобы вновь восстановить высокое давление воздуха в тормозном цилиндре, необходимо сообщить магистраль с главным и запасными резервуарами. Для этого машинист должен произвести отпуск и зарядку тормоза. Лишь после такой перезарядки можно снова начинать торможение. На это требуется затратить некоторое время, потеря которого при торможении, особенно на спусках, весьма опасна, а иногда и вовсе недопустима. Таким образом, главным недостатком непрямодействующего автоматического тормоза является его истощимость.

Автоматическим тормозам системы Матросова и Казанцева не присуща истощимость. Воздухораспределители советских тормозов так устроены, что при недостатке воздуха в запасных резервуарах они пополняются из магистрали, которая в свою очередь получает воздух из главного резервуара паровоза через кран машиниста. Таким образом, при любых условиях запасные резервуары всегда обеспечены нужным количеством сжатого воздуха. Тормоза системы Матросова и Казанцева являются неистощимыми, поэтому они называются прямодействующими автоматическими тормозами. Лучший из них тормоз Матросова в 1930 г. принят типовым для грузового подвижного состава железных дорог СССР. С 1953 г. подвижной состав оборудуется тормозом Матросова (МТЗ-135), который наряду с указанными достоинствами обладает также лёгким отпуском, более быстрым наполнением тормозных цилиндров и наличием ускорителей для экстренного торможения. . Отпуск тормозов называется лёгким потому, что тормозные колодки в длинносоставном поезде отходят от бандажей в течение 40—50 сек. вместо 2—3 мин. при старом тормозе. Быстрое наполнение тормозных цилиндров обеспечивает значительное сокращение тормозных путей.

Локомотив, первичным двигателем которого является газовая турбина, а в качестве рабочего тела используются воздух или смесь воздуха с продуктами сгорания топлива, называется газотурбовозом. Первый в мире газотурбовоз мощностью на валу турбины 2 200 л.с. был построен в 1941 г. в Швейцарии фирмой Броун Бовери. Этот локомотив и в настоящее время эксплуатируется на швейцарских железных дорогах. В дальнейшем газотурбовозы были построены в Англии, Франции, Швейцарии и США. Сейчас в США работают 25 газотурбовозов, построенных в 1953—1954 гг. На фиг. 152 показан общий вид современного газотурбовоза, построенного фирмой Дженерал Электрик Алко (США). Вес его равен 249,5 т. Основное достоинство газотурбинного локомотива — компактность и простота устройства при высоком коэффициенте полезного действия, равном 15—19% (на низкосортном жидком топливе), и большой мощности в одной секции (4 500 — 5 000 л. с. при длине секции 25 — 27 м), что позволяет снизить расход металла на единицу мощности. Таким образом, существующие газотурбовозы при температуре газов 700° по своему к. п. д. приближаются к тепловозу, хотя и работают на более дешёвом и менее дефицитном жидком топливе. А если удастся поднять температуру газов перед турбиной до ЮОО— 1100°, то к. п. д газотурбовоза будет равен к. п. д. тепловоза (28—29%). Газотурбинная установка состоит из трёх главных частей (фиг. 153): газовой турбины, камеры сжигания и компрессора. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре до давления 5—6 am, поступает в камеру сжигания, в которую впрыскивается жидкое топливо (или газ). В камере сжигания происходит процесс сгорания топлива. Горячие газы направляются на лопатки газовой турбины, где, расширяясь, приводят во вращение турбинное колесо.

Фиг. 152. Общий вид современного газотурбовоза Чтобы компрессор засасывал и сжимал атмосферный воздух до давления 5—6 am, его нужно вращать. Для этого вал компрессора соединяется муфтой с валом турбины. Таким образом, турбина вращает не только генератор электрического тока, питающий тяговые двигатели движущих осей локомотива, но и компрессор, насаженный на тот же вал. Компрессору газовая турбина отдаёт весьма значительную часть своей мощности (около 70%) и только остальную часть мощности (около 30%)— тяговым двигателям. Отработавшие в лопатках турбинного колеса газы выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Имеются газотурбовозы, у которых тепло отработавших в турбине газов используется в так называемых регенераторах, в которых происходит подогрев сжатого воздуха, поступающего из компрессора в камеру сжигания. Учитывая преимущества газотурбовозов, июльский (1955 г.) Пленум ЦК КПСС признал необходимым развернуть в широких масштабах работы по созданию газотурбинных локомотивов, электровозов и тепловозов для дальнейшего технического оснащения железных дорог. В нашей стране сейчас ведётся проектирование ряда газотурбо-возов, в том числе газотурбовоза мощностью в двух секциях в 6 800 л. с. В ближайшие годы отечественные газотурбовозы будут эксплуатироваться на наших железных дорогах наряду с тепловозами и электровозами. Газотурбовоз может работать и на твёрдом топливе по трем основным схемам: 1) сжигание угольной пыли, 2) применение транспортных газогенераторов (газификация угля под давлением), 3) сжигание любых сортов топлива в схемах с воздушным котлом. Однако газотурбовозы, работающие на твёрдом топливе, пока не созданы, хотя исследования в этой области ведутся в ряде Фиг. 153. Схема газотурбинной установки стран. Реальное решение этой многообещающей проблемы связано с преодолением серьёзных трудностей (быстрый износ лопаток турбинного колеса под действием горячих газов, содержащих твёрдые частицы, создание жаропрочных сплавов, выдерживающих высокие температуры). Высокую экономичность имеют газотурбовозы с так называемым безвзльным поршневым генератором газа. В этой схеме роль компрессора выполняет дизель со свсбоднодвижущимися поршнями. Однако безвальные генераторы, так лее как и дизели на тепловозах, потребляют высококачественное дизельное топливо. Первый в мире опытный локомотив с турбиной, в которой рабочим телом является газ от генератора газа со свободно движущимися поршнями, построен фирмой Рено (Франция) в 1952 г. 27 июня 1954 г. в нашей стране была пущена в эксплуатацию и дала электрический ток для промышленности и сельского хозяйства прилежащих районов первая в мире атомная электростанция полез
ной м

По сравнению с котлом паровая машина расходует тепловую энергию пара ещё более расточительно. Подсчитано, что даже самый высокий к. п. д. лучшей паровой машины паровоза не превышает 12—14%. Больше всего энергии теряется из-за того, что отработавший пар, покидая паровую машину, уносит с собой большую часть тепловой энергии, сообщённой пару в котле. В самом деле, отработавший пар уходит через конус в атмосферу, обладая давлением до 1,5 am и температурой 120—180°. Теплосодержание его составляет 647—676 килокалорий, в то время как теплосодержание перегретого пара при давлении 16 am и температуре -380° составляет 766 килокалорий.Чем больше отсечка пара, тем большее количество энергии уносится с выхлопным паром. Эта огромная потеря тепла называется потерей с выхлопным паром, она достигает 38—40%. Неполное расширение пара, так называемое мятие пара при впуске и выпуске, теплообмен со стенками цилиндров и утечка пара через неплотности, противодавление на нерабочую сторону поршня вследствие несовершенства конусно-вытяжных устройств – всё это увеличивает потерю тепла. В результате полезная работа паровой машины резко снижается. Если при этом учесть, что часть энергии расходуется на преодоление постоянно действующих в движущем механизме сил сопротивления (сил трения), то фактически полезная работа машины окажется ещё меньше. Вот почему к. п. д. её не превышает 12—14%. Для наглядности баланс тепловой энергии современного паровоза при средних режимах его работы приведён в таблице и иллюстрирован на фиг. 144, из которых видно, что наибольшую долю тепла поглощают: а) в котле — потери с уходящими газами и потери, связанные с уносом топлива, и б) в машине — потери с выхлопным паром. Теперь не трудно подсчитать и полный к. п. д. паровоза. Его можно представить как произведение к. п. д. котла на к. п. д. машины, что при взятых нами средних данных составит 0,55 • 0,13 • 100 = 7,1%. Примерный баланс тепловой энергии паровоза Приход Расход Получено энергии от каменного угля, сжигаемого в топке …..100% Итого 100% Котёл 1. Потери от уноса и провала, потери со шлаком (механические потери)]………… 25% 2. Потери с уходящими газами . . 14% 3. Потери вследствие неполного сгорания (химические потери) . 5% 4. Потери на внешнее охлаждение котла …………. 1% Машина 5. Потери с выхлопным паром . . 38% 6. Потери от утечек пара….. 8% 7. Потери на внешнее охлаждение машины ……….. 1% 8. Потерн на трение в шарнирах механизма……….. 1% 9. Энергия перегретого пара, прекращённая в полезную работу . 7% Итого……..100%.

В поршневую группу объединены детали, совершающие только возвратно-поступательное движение. К ним относятся поршень (фиг. 103) и ползун (фиг. 104). Поршень паровоза должен быть очень прочным, так как ему приходится воспринимать значительные усилия. Диск поршня в сечении имеет воронкообразную форму. В средней части диска сделано сквозное отверстие для крепления его на штоке. На ободе диска проточены ручьи (канавки) для уплотнительных колец (поршневых). В один ручей вставляется два кольца, каждое из которых раз* резано на пять частей (секций). Когда кольцо собрано и вставлено в ручей диска, оно имеет в сечении вид буквы Т. Чтобы кольцо плотнее прилегало к стенке цилиндра, внутри кольца помещают круглую распорную пружину, которая, разжимаясь, заставляет секции кольца равномерно и плотно прижаться к цилиндру. Чтобы не допустить пропуска пара из одной полости в другую, устанавливается не одно кольцо, а два или три. Для уплотнения цилиндрического золотника, распределяющего пар, также применяются уплотняющие кольца, однако у них делается только один разрез и они не имеют пружин. На каждом диске золотника ставится 6 — 8 золотниковых колец. Уплотняющие кольца

Фиг. ЮЗ. Поршень паровой машины

Сочленённые паровозы отличаются большой мощностью. Если, например, наиболее мощный паровоз серии ФД может водить поезда весом 2 500 т, то сочленённый паровоз обеспечивает обращение поездов весом 4 500 т, т. е. на 80% больше. Значительное повышение весовой нормы поездов, позволяющее увеличить провозную способность дорог, достигается за счёт резкого увеличения сцепного веса. Для этого число движущих осей доводится до 8 вместо 5. Такой паровоз не требует специального усиления верхнего строения пути, так как нагрузки на ось остаются в прежних пределах. Восемь движущих осей размещаются не в одной раме, как это имеет место у обычных паровозов, а в двух шарнирно сочленённых между собой (с помощью шкворня) рамах по четыре оси в каждой. На фиг. 112 представлена схема сочленённого паровоза с восемью движущими осями, одноосной передней тележкой и двухосной задней тележкой, построенного в 1954 г. Коломенским паровозостроительным заводом (главный конструктор Л. С. Лебедянский). Общий вид его показан на фиг. 10 (стр. 15), а основные размеры приведены в приложении 1 в конце книги. На паровозе установлена четырёхцилиндровая паровая машина (по два цилиндра на каждой раме); свежий перегретый пар сначала поступает к задним цилиндрам (фиг. 113), а потом к передним; отработавший пар из всех цилиндров направляется в конус Фиг. 112. Схема сочленённого паровоза. Уместно отметить, что в России значительное количество сочленённых паровозов было построено Брянским заводом ещё в 1898 г. Тогда они имели сцепной вес 83 т, что примерно в 1,5 раза превышало сцепной вес четырёхосных паровозов, строящихся в то время. Преимущества сочленённых паровозов подтверждаются и зарубежной практикой. шшш свежий пар Фиг. пз Схема паропроводов Р22273 отработавший пар Сочленённого паровоза Интерес конструкторов к этим локомотивам объясняется тем, что большая мощность при малых размерах цилиндров паровой машины и невысокой нагрузке на ось не являются единственным достоинством их. Немаловажное значение имеет также и тот факт, что сочленённые паровозы оказывают меньшее воздействие на путь. Так как давление пара в цилиндрах сочленённого паровоза приходится на четыре поршня, то сила, действующая на каждый поршень, оказывается меньше, чем в двухцилиндровой машине. Это позволяет уменьшить вес деталей движущего механизма.

Тормозным путём называется расстояние, проходимое поездом или отдельным локомотивом от момента приведения в действие тормозных средств поезда (отдельного локомотива) до полной его остановки. Степень эффективности тормоза в основном определяется длиной тормозного пути. Длина тормозного пути зависит главным образом от веса поезда.его скорости, профиля пути и удельного тормозного нажатия, т. е. суммы нажатия тормозных колодок на 100 т веса поезда. Тормоза, применяемые в вагонах метро, обеспечивают тормозной путь примерно 200 м, тормоза пассажирских поездов — около 400 м и грузовых поездов около 800 м (для скоростей порядка 70 км/час на 8°/00 спуске). Если взять два поезда (тяжёлый и лёгкий), то при одинаковой скорости кинетическая энергия первого поезда больше, чем второго пропорционально весу. Следовательно, тяжёлый поезд при одном и том же нажатии колодок должен пройти и больший тормозной путь. Чтобы этого не произошло, т. е. чтобы тормозной путь не изменился, надо увеличить тормозную силу пропорционально весу поезда. Например, если вес тяжёлого поезда в два раза больше лёгкого, то во столько же раз надо увеличить и тормозную силу. Это мы вправе сделать, так как у тяжеловесного поезда нагрузка на каждую ось гружёного вагона больше; в результате увеличивается и сцепление колёс с рельсами. Сложнее обстоит дело со скоростью: если увеличить скорость поезда перед торможением в два раза, то тормозной путь возрастёт почти в четыре раза; если увеличить скорость вчетверо, то тормозной путь возрастёт в 16 раз. Для сохранения же постоянного тормозного пути необходимо увеличивать тормозную силу приблизительно во столько же раз, во сколько возрастает тормозной путь. Таким образом, скорость движения влияет на величину тормозного пути гораздо больше, чем вес поезда. Ещё труднее остановить поезд или уменьшить скорость его движения на крутом и затяжном (длинном) спуске, когда скорость поезда, даже при закрыто^ регуляторе, увеличивается под действием составляющей силы тяжести.

Котлы паровозов питаются водой из рек, озёр, артезианских •скважин и искусственных водохранилищ. Воды этих источников содержат разнообразные примеси (частицы глины, песка, газы и растворённые соли). В среднем одна тонна природной воды содержит 300—500 г примесей. Состав и количество этих примесей неодинаковы для источников водоснабжения различных районов. Так, например, воды Донбасса особенно богаты солями, а воды многих источников водоснабжения Северного Кавказа отличаются присутствием в них большого количества щелочей. Органические вещества преобладают в водоёмах, питающихся болотными торфяными водами. Если питательная вода не подвергается специальной обработке, то, попадая в котёл паровоза, она приносите собой много различных примесей в растворённом виде или в виде взвешенных частиц. При испарении воды в котле количество примесей возрастает в несколько -раз. Если котловая вода загрязнена незначительно, то пузырьки пара, образующиеся при кипении, достигая её поверхности, мгновенно лопаются. Если же котловая вода сильно загрязнена, то парообразование ухудшается, так как процесс разрушения пузырьков пара при выходе их в паровой объём замедляется. Это происходит потому, что примеси, содержащиеся в воде, делают плёнку пузырьков более прочной. «Срок жизни» пузырьков пара в этом случае удлиняется. Это приводит к тому, что поступающие на поверхность воды новые пузырьки наслаиваются на пузырьки, не успевшие разорваться. Многослойная масса пузырьков представляет собой пену, которая накапливается под свободной поверхностью воды и поднимает эту поверхность. При этом объём парового пространства уменьшается и пар, захватывая с собой пену, загрязняется солями, механическими примесями, делается более влажным. Для вод с высоким содержанием солей, наряду со вспениванием, »в котле наблюдаются и случаи бросания, заключающиеся в мгновенных выбросах значительного количества воды вместе с паром в пароперегреватель и даже в паровую машину. Это явление большей частью имеет место при резком открытии регулятора. На фиг. 48 изображён «бросок» воды в котле при резком открытии регулятора. При «броске» воды влажность пара может увеличиться: во много раз. Выше указывалось, что унос влаги из котла снижает температуру перегрева пара. Падение температуры перегретого пара на 10е вызывает пережог топлива паровозом примерно на 1%, что снижает его экономичность и приводит к перерасходу до 1,5% воды. Но это не всё. При испарении влаги в пароперегревателе примеси,, содержащиеся в ней, осаждаются на стенках трубок элементов. От*

Фиг. 48. «Бросок» воды в котле при резком открытии регулятора этого сечение трубок уменьшается; передача тепла от стенок трубок к пару ухудшается, а стенки трубок перегреваются и прогорают. Ещё недавно только из-за накипи, образующейся в трубках элементов, потери топлива на сети дорог достигали 600 тыс. твгод. Из этого видно, как сильно влияет унос влаги из котла на расхож топлива. Часть примесей в виде мелких частиц уносится паровым потоком в цилиндры паровой машины, что приводит к усиленному износу трущихся частей и образованию твёрдого нагара. Во время работы котла примеси осаждаются на стенках топки,, жаровых и дымогарных труб в виде накипи или шлама. Теплопроводность стенок, покрытых накипью, уменьшается. От этого парообразование ухудшается. Таким образом, нормальная эксплуатация паровоза при плохом качестве пара сильно осложняется, а в отдельных случаях может произойти поломка деталей движущего и парораспределительного механизмов. Вопросы борьбы за качество пара, которое зависит от его влажности и содержания солей, уносимых из котловой воды в процессе парообразования, приобрели особое значение при вождении: тяжеловесных поездов на высоких скоростях, когда съём пара ■ с каждого квадратного метра поверхности нагрева значительно возрастает. До последнего времени самым распространённым способом борьбы с влажностью пара был способ механического отделения влаги от парового потока на его пути к пароперегревателю. Для этого применялся простой прибор, известный под названием паросушителя. Устройство его основано на использовании лабиринта перегородок, через которые пропускался пар ■ (фиг. 49). При резких поворотах (на 180°) капельки воды, обладающие значительно большим весом по сравнению с частицами пара, отбрасываются силами инерции на стенки прибора и возвращаютс

Поршневые и золотниковые кольца работают в" очень трудных условиях. Они подвергаются действию высокой температуры перегретого пара, воспринимают большие удельные давления при переменной скорости движения. В то же время система смазки поршней и золотников недостаточно совершенна. В этом одна из причин быстрого износа (истирания) колец, а следовательно, появления паропроницаемости, т. е. ухудшения работы машины. Поэтому мысль конструкторов направлена на повышение теплоустойчивости и износоустойчивости колец, а также на улучшение устройств для смазки золотников. В настоящее время предложен ряд приборов для отключения подачи смазки, к золотникам при беспарном ходе паровоза. Применение этих приборов наряду с экономией смазки даст воз- можность уменьшить нагарообразование и улучшить работу золотниковых колец. Усилие, воспринимаемое поршнем, посредством штока передаётся другим деталям шатунно-кривошипного механизма, находящимся вне цилиндра. Чтобы достигнуть большой прочности соединения, шток запрессовывается в диск под большим давлением (50—70 т). Другим концом ■ шток жёстко соединяется с. ползуном посредством клинового соединения. В последнее время в ЦНИИ МПС разработана новая технология соединения поршня со штоком газопрессовой сваркой. Применение сварки не только уменьшает вес этого узла (примерно на 25 кг), но, что самое главное,—повышает надёжность соединения. Такое укрепление диска поршня на штоке осуществлено на опытном сверхмощном сочленённом паровозе, построенном Коломенским заводом.

Итак, паровая машина, которая совершает колоссальную работу по передвижению поезда, выбрасывает с отработавшим паром в окружающий воздух большое количество тепла. Возникает вопрос: нельзя ли использовать это тепло? В стационарных установках большая часть отработавшего пара-используется для отопления зданий и снабжения горячей водой населения. Благодаря этому полезно используется более половины тепла,, заключённого в топливе. Однако, решение этой задачи для паровоза значительно осложняется тем, что он является подвижной теплосиловой установкой, размеры которой ограничиваются габаритом подвижного состава, а вес —• допустимой нагрузкой на рельс. В самом деле, если стационарная теплосиловая станция мощностью до 4 000 л. с. для своего размещения требует здания объёмом около 10 000 м8, то паровоз подобной мощности должен быть «вписан» в объём, не превышающий300—350ж3, т. е. в 30 раз меньший. Кроме того, стационарное здание опирается на каменно-бетонное основание, которое в состоянии нести очень большие нагрузки. Фундаментом для паровоза является рельсовый путь, который

в зависимости от типа рельсов допускает нагрузку от каждой оси •колёсной пары обычно не более 23—25 т. Отсюда понятно, что не всякое устройство, повышающее к. п. д. локомотива, даже небольшое по своим размерам и весу, может быть использовано по условиям размещения на паровозе. Таким образом, сложность задачи конструирования устройств, повышающих экономичность паровоза, состоит в том, что они должны быть не только безотказны в работе, просты в уходе, но также компактны и легки. * * Вводимый в топку холодный воздух, нагреваясь, поглощает некоторую часть тепла. Естественно, что это снижает и без того низкий к. п. д. котла. Если же воздух предварительно подогреть, то эта потеря тепла будет устранена. Для подогрева воздуха можно использовать тепло отработавшего пара или тепло уходящих газов. Расчёты показывают, что в первом случае экономия топлива составляет 3—4% (воздух подогревается до 80—90°), а во втором случае экономия должна составить около 8% (воздух можно подогреть до 200°). Значит, подогрев воздуха выгоднее осуществлять уходящими газами. А как целесообразнее использовать запас энергии отработавшего пара? Удовлетворительным решением этого вопроса является использование пара для подогрева питательной воды. Расчёты показывают, что если паровоз оборудовать пароперегревателем, дающим температуру перегретого пара до 450°, и водо-подогревателем, который бы нагревал воду до 95°, то общий к. п. д. паровоза можно повысить до 9—9,5%. На современных паровозах типа 2-4-2 и 1-5-1, которые обеспечивают высокую температуру перегретого пара (400—420°), оборудованы водоподогревателями и имеют удачные конусные дымовытяжные установки, был достигнут к. п. д. паровоза 9,2 — 9,3%. Предварительный подогрев воды до 90—95° позволяет сберечь 8—10% топлива и до 10—12% воды. За последние 20 лет было испытано на паровозах большое количество различных водоподогревателей и воздухоподогревателей. Широкое практическое применение нашёл водоподогреватель смешения типа Брянского завода (см. стр. 80), которым оборудованы паровозы типов 2-4-2, 1-4 + 4-2, серии ЛВ, а также паровозы старых серий. Гораздо сложнее дело обстоит с подогревом воздуха: ни один из воздухоподогревателей не нашёл практического применения на паровозах; это свидетельствует о трудностях, с которыми сталкивались конструкторы при создании таких устройств.

Букса с подшипником скольжения До недавнего времени в колёсных парах паровозных и тендерных осей применялись исключительно подшипники скользящего трения.

Фиг. 116» Букса с подшипником скольжения в разрезе Теперь на железнодорожном транспорте" начато оборудование подвижного состава роликовыми подшипниками, имеющими несомненные преимущества перед подшипниками скольжения. Чтобы оценить их, рассмотрим сначала устройство буксы с обычным подшипником скольжения. Такой подшипник виден на фиг. 116, где показана букса в разрезе. .< Подшипник внутренней поверхностью обхватывает шейку оси; при движении паровоза шейка оси скользит по этой поверхности. bs а. дробвяский

Поэтому такой подшипник и называют подшипником скольжения. Чтобы уменьшить трение, к трущимся поверхностям подводится смазка (см. главу X). Благодаря смазке облегчается движение и трогание поезда с места. При движении поезда вращающаяся ось увлекает смазку из подшипника и между осью и подшипником может не оказаться масляной плёнки; трение будет сухим. В этих случаях мельчайшие неровности подшипника начнут цепляться за поверхность шейки. При смятии и срезе неровностей создаётся большое сопротивление движению, на преодоление которого расходуется часть силы тяги паровоза. При сухом трении на шейке образуются риски (задиры), которые приводят к нагреванию подшипника и даже поломке оси. Учитывая это, конструкторы отделили подшипник от шейки оси не только масляной плёнкой, но ещё и тонким слоем мягкого сплава — баббита (баббитовой заливкой, см. фиг. 116). Подшипник запрессовывается в корпус буксы. ■ Корпус буксы представляет собой стальную отливку П-образ-ной формы, достаточно жёсткой и прочной конструкции. Букса должна выдерживать большие по величине и разнообразные по направлениям нагрузки: давление от веса надрессорного строения паровоза; поперечные усилия при прохождении паровоза по кривым участкам пути; толчки от неровностей пути, а также все усилия, действующие на раму от паровой машины и при торможении. Чтобы воспринять воздействие указанных сил и обеспечить подвижную связь рамы с колёсными парами, буксы должны не только плотно устанавливаться в буксовых вырезах, но вместе с тем иметь возможность перемещаться относительно рамы. Для этого в корпусе буксы с боков прострагиваются пазы (фиг. 116). Букса вставляется в буксовый вырез рамы снизу так, что её пазы обхватывают боковые поверхности (грани) буксового выреза. Для уменьшения трения при вертикальных перемещениях буксы в её пазах укрепляются бронзовые пластины с буртами, называемые наличниками, или между рамой и буксой ставятся чугунные буксовые прокладки. Положение буксы в буксовом вырезе регулируется клином. Клин, помещаемый между наличником и стенкой буксового выреза, позволяет точно расположить буксу в раме по отношению к оси колеса и в то же время обеспечивает свободное перемещение буксы вверх и вниз. В настоящее время на паровозах применяются так называемые самоустанавливающиеся клинья, которые автоматически «подтягиваются» пружиной, «выбирая» зазоры, образующиеся от износа наличников букс и направляющих. Самоустанавливающиеся клинья освобождают машиниста от необходимости выполнять трудоёмкую работу по регулировке и подтяжке клиньев, способствуя увеличению пробегов паровозов без обточки, благодаря своевременной и правильной регулировке буксовых клиньев. Прибор для автоматической подтяжки клина укрепляется •снизу к буксовой струнке. В нижнюю часть буксы вставляется подбуксовая коробка, внутри которой помещается так называемая «подбивка» из войлока, пропитанного маслом. Она смазывает нижнюю часть шейки оси колёсной пары и предохраняет её от загрязнения. Мы рассмотрели буксу с подшипником скольжения. Букса с роликовым подшипником Основным достоинством подшипников качения является то, что в них трение скольжения заменено трением качения; в результате сопротивление в буксе уменьшается в несколько раз; подшипники качения для своей работы требуют значительно меньше смазки, чем подшипники скольжения. Из-за уменьшения трения облегчается трогание подвижного состава с места и уход за ним в эксплуатации.

Фиг. 117. Упрощённая схема буксы с подшипником качения (роликовая букс
а) Идея устройства
буксы с роликовым подшипником очень проста (фиг. 117 и 118). На шейке оси колёсной пары укреплено кольцо (внутреннее), которое вращается вместе с осью. Другое кольцо (наружное), большего диаметра, остаётся неподвижным в корпусе буксы. Между двумя кольцами помещаются ролики. Чтобы удержать ролики на равном расстоянии друг от друга, применяется сепаратор — латунное или стальное кольцо с гнёздами для роликов. Когда паровоз трогается с места, внутреннее кольцо начинает вращаться и увлекает ролики, которые перекатываются между кольцами, образующими дорожки качения для роликов. Для того чтобы ещё больше уменьшить трение и отвести тепло выделяемое при трении, в корпус буксы закладывается смазка, которая в свою очередь предохраняет кольца и сепаратор от коррозии. На, первый взгляд кажется, что нагрузка Р (фиг. 117, а) на буксу воспринимается одновременно всеми роликами. Однако это не, так. Дело в том, что изготовить детали подшипников (кольца и ролики) абсолютно правильной формы почти невозможно. А если бы даже это и удалось, то всё равно при износе роликов и колец появятся радиальные зазоры, хотя и очень малой величины. Из-за радиальных зазоров (фиг. 117, б) часть роликов, находящихся в нижней части подшипника, не испытывает никакой нагрузки; удерживаемые сепаратором они в этой части подшипника продвигаются «безучастно». В верхней части подшипника зазора нет, поэтому вся нагруз-Фиг. 118. Общий вид роликового ка Р на буксу восприни-подшипиика: мается перекатываемыми — ролик; 2, S — наружные кольца; 4 — сепаратор; здесь РОЛИКЭМИ, глзвным В – внутреннее кольцо обрЗЗОМ, ДВуМЯ-тремя рО- ликами. Разумеется, что сопротивление качения роликов в десятки раз меньше сопротивления, возникающего в обычных подшипниках скольжения. Этим и объясняется тот факт, что трогание с места поезда на роликовых подшипниках значительно облегчается по сравнению с поездом на подшипниках скольжения. В том, что роликовые подшипники намного уменьшают трение в буксах, можно убедиться, рассматривая фиг. 119. Здесь показана величина удельной (т. е. приходящейся на 1 т веса поезда) работы, которую необходимо затратить на разгон поезда, вагоны которого оборудованы в одном случае подшипниками скольжения, а в другом роликовыми подшипниками. Чтобы развить, например, скорость в 70 км/час, необходимо произвести работу, равную примерно 30000 кгм/т, если состав оборудован роликовыми подшипниками, и почти в 2 раза больше (свыше 50 000 кгм/т), если состав оборудован подшипниками скольжения. ,. График, приведённый на фиг. 119, составлен на основании опытных поездок с поездом, проведённых на экспериментальном кольце Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. ; Важное преимущество роликоподшипников состоит также в’ том, что менять смазку в буксах нужно только два раза в год* тогда как в обычные буксы приходится добавлять смазку ежедневно.

На подвижном составе железных дорог применяются ролики различной формы: цилиндрические, конические, бочкообразные (сферические). Каждый из них имеет достоинства и недостатки. Так, цилиндрический ролик прекрасно выдерживает радиальную (вертикальную) нагрузку, в том числе и кратковременную ударную нагрузку, например при проходе рельсовых стыков. Конические и сферические ролики хорошо воспринимают осевые (горизонтальные) нагрузки и стремятся сохранить своё положение в случае изменения направления нагрузки. Движущие колёса паровоза, как правило, оборудованы коническими роликами, а тендерные и поддерживающие оси паровозов — цилиндрическими и сферическими роликами.