Паровозыжелезнодорожный транспорт

Законами механики установлено, что движение тела может возникнуть в результате отталкивания данного тела от другого внешнего тела. В самом деле, гребец может очень долго просидеть в лодке с погруженными в спокойную воду неподвижными вёслами, но лодка не тронется с места до тех пор, пока он вёслами не оттолкнётся от воды. При отталкивании от воды лодка будет двигаться в направлении обратном движению вёсел. Разница между характером действия сил на лодку и паровоз состоит в том, что у последнего роль гребца выполняет паровая машина, роль вёсел — катящиеся колёсные пары, а роль воды — рельсы. С помощью колёсных пар сила давления пара в цилиндрах (передаваемая на колёса посредством шатунно-кривошипного механизма) отталкивает рельсы назад. Но так как рельсы прочно закреплены, то они остаются на месте, а паровоз стремится двигаться вперёд. Паровоз можно рассматривать как систему, состоящую из большого количества взаимосвязанных деталей (тел). В результате взаимодействия деталей (как подвижных, так и неподвижных) внутри системы возникают силы, которые в механике называют внутренними. Силы эти попарно одинаковы по величине, но прямо противоположны по направлению действия. Поэтому в сумме они равны нулю. Понятно, что такие силы не могут вызвать поступательного движения паровоза. Известный в механике закон о движении центра тяжести гласит: внутренние силы, не передающие своего действия на внешние тела, не могут изменить положения центра тяжести системы тел, т. е. не влияют на его движение. Если приподнять паровоз над рельсами, например, с помощью мостового крана и цепей, и пустить в ход паровую машину, то она вызовет небольшую качку паровоза, заставляя его колебаться в различных направлениях относительно своего центра тяжести, но поступательного движения паровоз не получит. Для возникновения поступательного движения должны быть созданы условия для передачи действия внутренней силы на какую-либо опору. Этой опорой являются рельсы. Чтобы понять, откуда берёт- нагризка ся на гладком рельсе упор, не- на колесо обходимый для движения паровоза, внимательно рассмотрим площадку контакта колёс с рельсами. Для этого воспользуемся сильным микроскопом. В поле зрения мы увидим мельчайшие неровности, напоминающие собой зубцы, беспорядочно расположенные на ничтожном расстоянии друг от друга (фиг. 126). Таким образом, паровозы фактически движутся не по гладким полированным рельсам, какими они кажутся на вид, а по рельсам с шероховатой поверхностью. Такие же мельчайшие неровности имеются и на гладких бандажах колёсных пар. Так как удельное давление паровозного колеса на рельс в месте контакта с ним достигает очень больших величин (до 3 500 кг/см* при диаметре колеса 1 ОООжж), то, естественно, что даже при незначительной величине неровностей бандажей колёса вдавливаются в неровности рельса (в пределах площадки соприкосновения). Вещихобящийся Есди теперЬ маши- нист откроет регулятор и приведёт паровую машину в действие, то все движущие колёса будут стремиться прийти во вращательное движение. Но вращению колёс на месте будет препятствовать сцепление (взаимодействие) с рельсами: выступы бандажей упрутся в неровности рельсов и будут давить на них с некоторой горизонтальной силой, стремясь оттолкнуть рельсы назад. ,И если эта сила не сломает неровности, то колёса оттолкнутся от рельсов потому, что последние надёжно закреплены на шпалах и не могут быть сдвинуты.

Таким образом, на небольшой площадке между каждым движущим колесом и рельсом появляются две равные, но противоположно направленные горизонтальные силы: сила, приложенная от колеса к рельсу, и равная ей сила, приложенная от рельса к колесу (фиг. 127). Получается, что именно эта последняя реактивная сила и является обязательным условием поступательного движения паровоза. Поэтому горизонтальную реакцию рельса (реактивную силу), представляющую собой внешнюю силу (рельсы для паровоза являются явно внешними телами), условно считают силой, вызывающей движение, или силой тяги на ободе колёс. Её называют к а-сательной силой тяги, измеряют в килограммах и обозначают FK.

Если паровозу нужно двигаться только вперёд, то рассмотренный нами парораспределительный механизм вполне удовлетворяет этому требованию. Однако паровоз должен иметь возможность двигаться как вперёд, так и назад. Направление движения паровоза зависит от того, в каком положении находится кривошип и в какую из полостей цилиндра — заднюю или переднюю — первоначально будет впущен пар. Если кривошип находится в верхней половине колеса, то для движения паровоза вперёд пар нужно впустить в заднюю полость цилиндра, а для движения назад — в переднюю. 1 Впуск пара в цилиндры паровой машины и выпуск его, как указывалось, производятся через одни и те же окна. Если же кривошип находится в нижней половине колеса, то для движения паровоза вперёд пар нужно впустить в переднюю полость, а для движения назад — в заднюю полость цилиндра. Чтобы изменить направление движения паровоза, нужно так поставить золотник, чтобы он осуществлял впуск пара в нужную полость цилиндра, т. е. надо иметь возможность изменять направление движения золотника. Это осуществляется с помощью кулисы (фиг. 93). Кулиса представляет стальную поковку, в середине которой имеется прорезь, расположенная по дуге. Радиус этой дуги цапфа-равен длине золотниковой тяги. В прорезь, поверхности которой гладко вРнцлисе обработаны, вставляется особая деталь, на Зля камня зываемая камнем. Камень может сколь- клапан тое зить внутри прорези. Сама кулиса укреп- вой смазки ляется в подшипниках и может качаться на цапфах относительно определённого центра. До сих пор рассматривался случай, когда золотник приводился в движение золотниковой тягой непосредственно от золотникового кривошипа (контркривошипа). А что получится, если мы «разрежем» золотниковую тягу и в месте разреза (примерно посередине) шариирно укрепим кулису (фиг. 94). Чтобы контркривошип мог теперь передавать движение золотнику, соединим его с хвостовиком (нижней частью) кулисы тягой,

называемой кулисной, а камень кулисы с золотником — тягой, называемой золотниковой. Теперь в работе нашего механизма примут участие новые детали-посредники — кулиса и её камень. Если машинист опустит камень ниже центра кулисы, то движение контркривошипа будет передаваться через кулису золотнику в том же направлении, как и в случае, рассмотренном на фиг. 92, т. е. золотник откроет окно для впуска пара в заднюю полость цилиндра и паровоз будет двигаться вперёд. Если же машинист поднимет камень кулисы вверх, выше центра кулисы, то золотник при этом передвинется, открыв окно для впуска пара в переднюю полость, и тогда паровоз будет двигаться назад. Остаётся сделать так, чтобы можно было перемещать камень в кулисе на стоянке и на ходу паровоза. Для этого служит переводной механизм. Он состоит из переводного винта, тяг и рычажной передачи. Посмотрите на фиг. 94. Золотниковая тяга подвеской соединена с двуплечим рычагом, насаженным на переводной вал. Верхнее плечо рычага соединено длинной тягой с переводным рычагом (реверсом), находящимся в будке машиниста. Когда машинист переводит рукоятку реверса вперёд, он заставляет кулисный камень опускаться, когда он переводит рукоятку назад, — камень поднимается. В современных паровозах для перемещения камня кулисы, а следовательно, для изменения направления движения паровоза применяется механизм, действующий сжатым воздухом. Обязанность машиниста сводится к тому, чтобы переставить переводной рычаг по сектору в переднее или заднее положение, которое соответствует переднему или заднему ходу. Перемещение кулисного камня выполняется автоматически благодаря особому механизму — сервомотору, установленному между переводным рычагом и кулисой. Сервомотор (фиг. 95) состоит из цилиндра с поршнем (шток которого соединён с рычагом переводного вала) и распределительной голоеки. Золотник распределительной головки изменяет приток сжатого Еоздуха в цилиндр сервомотора; он связан с переводным рычагом, расположенным в будке машиниста, длинной тягой. Когда машинист переместит переводной рычаг вперёд или назад в требуемое положение, длинная тяга увлечёт за собой рычаг /, который, поворачиваясь вокруг точки А, повернёт золотник в распределительной головке. Перемещаясь, золотник откроет доступ сжатому воздуху в одну из полостей цилиндра сервомотора и выпустит воздух из другой полости. В рез
ультате порш

Палец кривошипа воспринимает усилия от ведущего дышла и передаёт их колесу ведущей колёсной пары. Ведущая колёсная пара (фиг. 108) представляет собой ось с напрессованными на неё двумя колёсами. Колёса состоят из колёсных центров, на которые в горячем состоянии насаживаются бандажи. На шейках осей колёсных пар монтируются буксовые подшипники.

Фиг. 107. Общий вид задней головки ведущего дышла, оборудованной роликоподшипником Чтобы облегчить вес и получить возможность проверять качество металла, оси, как правило, делают сверлёными (пустотелыми). Колёсный центр имеет ступицу оси, обод, соединительную часть между ними, ступицу пальца и противовес. Раньше соединительную часть делали спицевой, но сейчас наибольшее распространение получили дисковые центры: они гораздо прочнее и в то же время легче спицевых. В ступицу пальца запрессовывается палец кривошипа, на который насаживается контркривошип. Противовес в колёсном центре размещается против пальца кривошипа (см. гл. IX). Бандаж — это рабочая часть колеса, соприкасающаяся внешней поверхностью с рельсами. Чтобы бандаж был износоустойчивым, его изготовляют из специальной углеродистой стали. Внутренний диаметр бандажа делают меньше диаметра обода колёсного центра примерно на 1—1,5 мм на каждый метр диаметра обода. Перед насадкой бан- даж нагревают до 250—320°; бандаж при этом расширяется и в таком виде его свободно надевают на колёсный центр. Остывая, бандаж сжимается и прочно стягивает обод центра. Для большей надёжности бандаж укрепляется ещё дополнительно с помощью специального кольца. Рабочая поверхность бандажей (поверхность катания) обтачивается на конус по специальному профилю.

Фиг. 108. Ведущая колёсная пара Такая форма бандажа облегчает паровозу прохождение кривых участков пути (поворотов). Происходит это потому, что при движении паровоза по криволинейному участку оба колеса одной и той же колёсной пары, делая одно и то же число оборотов, вследствие коничности бандажей проходят неодинаковый путь, так как внутренний рельс несколько короче наружного. Если бы поверхность бандажей была цилиндрической, то в кривых участках пути происходило бы проскальзывание колёс. Проскальзывание увеличивает сопротивление движению паровоза и приводит к быстрому износу бандажей. Колёсные пары с коническими бандажами имеют и ещё одно замечательное свойство: когда паровоз движется по прямой, колёсные пары не только сохраняют своё среднее положение, так как противоположные колёса их катятся по рельсам одинаковыми окружностями, но и стремятся воспрепятствовать всякому отклонению от этого положения. Такая устойчивость колёсных пар повышает безопасность движения. В соответствии с коничностью бандажей рельсы укладываются с некоторым уклоном внутрь колеи так, чтобы нагрузка от колёсных пар передавалась по оси рельса. В период эксплуатации паровоза его колёса совершаюг миллионы оборотов. В результате непрерывного качения колеса по рельсу и большой нагрузки в месте контакта (несколько тонн на 1 см2) рабочая поверхность бандажа, особенно ведущей колёсной пары, постепенно изнашивается. Поверхность качения (круг катания) становится желобообразной. Износ бандажей по кругу катания называют прокатом; прокат характеризуется глубиной. Бандажи колёсных пар, особенно ведущих, изнашиваются неравномерно, вследствие чего величина проката в одном месте бандажа (местный прокат) может быть на 2—3 мм больше общего проката бандажа. Это объясняется особенностью работы паровой машины и движущего механизма. Если прокат бандажей колёсных пар достигнет глубины 7 мм, эксплуатировать паровоз становится опасно. При движении паровоза с таким износом бандажей ход его делается менее плавным, учащается боксование, т. е. проворачивание (проскальзывание) движущих колёс относительно рельсов. Всё это вредно отражается на работе важнейших деталей паровоза и прежде всего деталей движущего механизма. При увеличении проката до 7 мл* и его неравномерности рабочая поверхность бандажа теряет форму правильного круга. Такой бандаж расстраивает рельсовый путь, что небезопасно для движения. Кроме того, при прокате более 7 мм гребень бандажа значительно опускается и может повредить и даже срезать стрелочные болты, а при прохождении паровоза по крестовинам стрелочных переводов может произойти даже сход колё

Мы уже знаем, что пар в котле паровоза образуется за счёт использования тепловой энергии топлива, поступившего в топку. Однако не вся тепловая энергия, заключённая в топливе, переходит в энергию пара. Значительная часть её теряется. Эти потери даже в современных паровозных котлах съедают больше 40% содержащегося в топливе тепла. Из чего же они складываются? Во-первых, потери вызываются неизбежным уносом мелких не-сгоревших частиц топлива в дымовую трубу. Это — наибольшая часть потерь тепла в тепловом балансе котла. Они являются следствием сильной и при том пульсирующей тяги, искусственно создаваемой конусной дымовытяжной установкой. Ведь газы сгорания вылетают из топки паровоза со скоростью, достигающей 50—60 м/сек. Кроме того, часть топлива теряется, проваливаясь в зольник через, отверстия колосниковой решётки. Потери тепла, связанные с уносом и провалом несгоревших частиц топлива, называются механическими потерями. Сюда же относится потеря тепла в шлаке (с недогоревшим топливом). В сумме эти потери достигают 25%, а иногда и больше. Во-вторых, часть тепла бесполезно теряется с уходящими из котла газами, так как газы выходят из котла с температурой в среднем от 300 до 400°. Эти потери составляют около 14—16%. В-третьих, тепло теряется вследствие того, что топливо не всегда сгорает полностью. А это бывает из-за недостатка или чрезмерного избытка воздуха, подводимого в топку (см. главу II). В таких условиях углерод сгорает не в углекислый газ, а в окись углерода и при этом выделяется значительно меньше тепла. Эти потери, носящие название химических потерь, достигают 5—8%. В-четвёртых, часть тепла передаётся через наружную поверхность котла непосредственно во внешнюю среду. На этом теряется ещё около 1 % тепла. Если сложить все потери, то и окажется, что только в паровозном котле бесполезно расходуется около 40—45% тепловой энергии топлива, поступившего в топку. Иными словами, общий к. п. д. котла не превышает 55—60%.

Паровая машина паровоза приводится в действие перегретым паром, т. е. таким, температура которого в 2—2,5 раза выше температуры насыщенного пара при том же давлении. На новейших паровозах температура перегретого пара достигает 450°. Чтобы нагляднее представить себе выгоды, связанные с применением перегретого пара, сопоставим два одинаковых паровоза с давлением пара в котле (по манометру) 15 am. Пусть первый локомотив работает насыщенным паром с влажностью 5%, а второй — перегретым паром, температурой 400°. Паровая машина паровоза, работающего насыщенным паром, потребляет в час примерно 10 000 кг пара. Высчитаем, сколько будет расходовать перегретого пара машина второго паровоза. Установлено, что 1 кг насыщенного пара при давлении 15 am по манометру занимает объём 0,126 мя. Значит, 10 ООО кг пара занимают объём, разный 0,126 х 10 ООО = 1 260 м3. Если же 1 кг пара нагреть при этом же давлении до 400°, то он займёт объём 0,194 м3, а 10 000 кг — 1 940 м8, т. е. на 680 м8 больше, чем такое же весовое количество насыщенного пара. Из этого следует, что для заполнения одного и того же цилиндра (объёма) потребуется меньшее весовое количество перегретого пара. Обращаясь к нашему примеру, видим, что для заполнения в течение часа того же объёма (1 260 м3) перегретым паром потребуется уже не 10 000 кг пара, а только 1 260 : 0,194 = 6 500 кг. Сбережение значительного количества пара, а следовательно, и воды даёт возможность сэкономить топливо при выполнении той же работы. Но может возникнуть вопрос, каким же образом получается экономия топлива, если для перегрева пара требуется добавочное тепло? На первый взгляд кажется, что, выигрывая на увеличении объёма пара, мы проигрываем на затрате тепла, которое требуется для перегрева. Однако это не так. Например, при давлении по манометру 15 am и температуре 200° на приготовление 1 м3 насыщенного пара расходуется 5 200 ккал, а при тех же 15 am и перегревании пара до 400° на получение 1 м3 перегретого пара затрачивается только 4 000 ккал. Использование перегретого пара вместо насыщенного даёт экономию примерно 20—25% топлива и 30—40% воды. Другим ценным свойством перегретого пара по сравнению с насыщенным является то, что он не выделяет капелек воды при охлаждении, расширении или снижении давления, т. е. не конденсируется, пока его температура не достигнет температуры насыщенного пара. Почему вредна конденсация? Пар, превратившийся в воду, естественно, работы не производит, вследствие чего в машину надо вводить некоторое количество добавочного пара. В паровых машинах, работающих насыщенным паром, потери от конденсации составляют 25—60%. Они складываются из потерь на так называемую первоначальную и внутреннюю конденсацию. Не останавливаясь подробно на этих довольно сложных явлениях, отметим лишь главное. Читателю известно, что определённому давлению насыщенного пара соответствует определённая его температура. В цилиндры паровой машины пар впускается при давлении примерно 15 am, а выпускается при давлении 1,5—2 am. При этом впуск и выпуск пара производятся через одни и те же каналы цилиндров. Температура стенок каналов после прохода по ним отработавшего пара будет значительно ниже температуры свежего пара, впускаемого в цилиндры через те же каналы. Из-за соприкосновения со сравнительно холодными внутренними поверхностями каналов и цилиндра часть пара оседает на них в виде росы—• происходит первоначальная конденсация. Внутренняя конденсация в отличие от первоначальной происходит не на стенках каналов и цилиндров, а во всём рабочем объёме цилиндров. При высокой же температуре перегрева пар не конденсируется в течение всего времени нахождения его в цилиндрах машины. Следовательно, потери на конденсацию уменьшаются, а это позволяет уменьшить расход пара.

В настоящее время во всех поездах применяются тормоза, которые можно привести в действие не только с локомотива, но и из вагонов. Для этого проводнику или пассажиру достаточно открыть стоп-кран в одном из вагонов, в результате чего все тормоза поезда придут в действие. Автоматичность тормозов заключается в том, что при разрыве магистрали или открытии стоп-кран из вагона автоматические тормоза приходят в действие и поезд останавли-’ вается независимо от машиниста локомотива. Предположим, что в поезде, следующем по участку, внезапно произошёл разрыв упряжи или саморасцеп автосцепки; т. е. поезд разделился на две «части. В этом случае тормоза в обеих частях поезда придут в действие автоматически и произойдёт его остановка. В последнее время автоматические тормоза снабжаются специальными приборами—автостопами (см. XIV главу). Автостоп сигнализирует машинисту о приближении поезда к запрещающему сигналу, и если машинист •почему-либо не реагирует на этот сигнал, автоматически при-!ведёт в действие тормоза и остановит поезд. Таким образом, автоматические тормоза играют важнейшую роль в обеспечении безопасности .движения на железных дорогах. До появления автотормозов поезда приходилось тормозить вручную. Ручной тормоз (фиг. 155) вагона приводился в действие человеком (тормозил ыци-ком), который находился на площадке вагона. Для обслуживания поезда требовалось много тормозильщиков. Сигналы к торможению подавались свистком паровоза. Услышав сигнал, тормозилыцики приводили в действие тормоза, но обладая различной физической силой и расторопностью, они не могли достигнуть равномерного и эффективного торможения. Таким образом, судьба поезда находилась в руках тормозильщиков, а не в руках машиниста. Неудивительно поэтому, что при •ручном торможении допускаемая скорость движения, вес и длина поездов были небольшими. С ростом железнодорожных перевозок, увеличением веса и скорости поездов автоматические тормоза вытеснили ручные. Сейчас ручные тормоза применяются только на случай удержания поезда .на спуске после его остановки автоматическими (пневматическими .или электропневматическими) тормозами.

Если на горизонтальном пути машинист закроет регулятор на паровозе, т. е. прекратит впуск пара в паровую машину, то поезд сразу не остановится, а будет продолжать движение по инерции. Современные поезда развивают во время движения огромную кинетическую энергию (живую силу). Например, поезд весом 2 ООО т (2 ООО ООО кг) при скорости 50 км/час (14 м/сек) обладает кинетической энергией около 20 ООО ООО кгм. А если взять поезд того же веса, но имеющий скорость движения 100 км/час (28 м/сек), то кинетическая энергия его окажется равной 80 000 000 кгм. Чтобы представить себе величину той энергии, достаточно сказать, что её хватило бы на подъём груза в 1 т на 20 км в первом случае и на 80 км во втором случае. Иными словами, кинетическая энергия поезда измеряется несколькими десятками миллионов килограммометров. На что же она расходуется? Движению поезда всегда препятствует ряд сил: сила сопротивления встречного потока воздуха, силы трения, возникающие при качении колёс по рельсам, силы трения, действующие между деталями, трущимися друг о друга. Эти силы сопротивления движущийся поезд преодолевает за счёт работы сил пара, а при прекращении впуска пара — за счёт накопленной при работе пара кинетической энергии, запас которой постепенно уменьшается. Когда он полностью истощится, поезд остановится. Расстояние, которое пройдёт поезд до полной остановки, продолжая движение по инерции, зависит главным образом от скорости поезда в момент закрытия машинистом регулятора, а также от профиля пути, по которому поезд движется в этот период. Чем больше начальная скорость поезда, тем больший путь пройдёт он по инерции. Если машинист закрыл регулятор при скорости поезда 60 км/час, то расстояние, пройденное поездом по горизонтальному пути до полной остановки, составит около 5 000 м. При начальной скорости 70 км/час расстояние увеличится до 6 800 м. Следовательно, при поглощении кинетической энергии только силами сопротивления поезд будет проходить до остановки очень большой путь. Значит, одних сил сопротивления недостаточно для того, чтобы поезд быстро остановился в заранее намеченном месте. Ведёт ли машинист состав по большому спуску или крутому затяжному подъёму, подъезжает ли поезд к станции, если возникнет необходимость в быстрой остановке поезда (впереди красный огонь светофора, на переезде застряла автомашина и т. п.), машинист обязан срочно принять все меры к остановке поезда на кратчайшем расстоянии. Поэтому в руках машиниста должно быть сосредоточено управление такими механизмами, которые давали бы возможность в случае надобности быстро и эффективно поглощать кинетическую энергию поезда (или одиночного локомотива) для его остановки.

со стороны рельса на колесо) Фиг. 154. Силы, вызывающие торможение Такими механизмами прежде всего являются автоматически действующие тормоза (воздушные или электровоздушные), при помощи которых осуществляется быстрое замедление движения всего поезда (или одиночно следуемого локомотива). Имеются также и другие средства для замедления движения и остановки поезда — это ручные тормоза на подвижном составе, рекуперативное торможение на электровозах и контрпар на паровозах. Для того чтобы остановить или замедлить движение поезда, надо искусственно вызвать такие силы, которые были бы направлены против движения, против сил инерции. Это достигается прижатием специальных тормозных колодок к бандажам колёс. Чтобы разобраться в силах, непосредственно вызывающих торможение, будем относить наши рассуждения к одному из двух колёс, насаженных на ось. Явления торможения у второго колеса, а также у других колёсных пар будут аналогичными. Когда тормозная колодка прижимается к бандажу, катящегося по рельсам колеса (фиг. 154), между ними возникает сила трения скольжения. Эта сила вызывает равную себе со стороны рельса в точке опоры колеса горизонтальную реакцию, направленную в сторону, обратную движению. Горизонтальная реакция со стороны рельса на колесо, вызванная силой трения колодки о бандаж, и является тормозной силой, которая задерживает вращение колёс и в конце концов останавливает поезд. Если повышать силу нажатия тормозной колодки на бандаж,то сила трения скольжения между колодкой и бандажом будет повышаться, а вместе с ней повысится и величина горизонтальной реакции со стороны рельса на колесо. Эта реакция возникает в результате упора неровностей на поверхности бандажа в «бугорки» на поверхности рел
ьса. В
еличина силы трения между бандажом и тормозной колодкой равна произведению силы нажатия колодки на величину коэффициента трения, который с увеличением скорости уменьшается. При повышений силы трения между бандажом и колодкой она может срезать бугорки на поверхности рельса и колесо перестанет катиться по рельсу, а начнёт скользить по нему, как скользят санки по снегу. Сцепление колеса с рельсом нарушится, колесо заклинится и наступит явление скольжения, которое называют «юзом». В этом случае тормозная сила значительно уменьшается. Кроме того, на поверхности катания бандажа от стирания металла образуются площадки (ползуны), угрожающие безопасности движения. Отсюда следует, что если сила трения между бандажом и колодкой превысит силу сцепления колеса с рельсом, произойдёт заклинивание колеса. Чтобы ликвидировать начавшийся юз, нужно значительно уменьшить силу трения между бандажом и колодкой. Поэтому нельзя беспредельно увеличивать силу нажатия колодок на колёса. Она должна быть наибольшей (это позволит остановить поезд на возможно меньшем расстоянии), но ни в коем случае не должна превосходить силы сцепления колёс с рельсами (подобно тому, как нельзя увеличить силу тяги паровоза больше силы сцепления движущих колёс с рельсами, см. гл. VIII). Тормозная сила всего поезда складывается из тормозных сил, приложенных к тормозным колёсным парам. Во время нажатия и трения тормозных колодок о колёса движущегося поезда кинетическая энергия его переходит в тепловую энергию. Согласно известному закону физики на получение одной большой калории тепла необходимо затратить 427 кгм работы. Если кинетическая энергия поезда равна 80 000 000 кгм, то она эквивалентна (равнозначна) 188 000 килокалориям тепла. – Чтобы представить себе, как велики тепловые потери, связанные с поглощением тормозами кинетической энергии поезда, достаточно сказать, что этим количеством тепла можно было бы довести до кипения, т. е. до 100° около 1 880 л воды. Процесс торможения сопровождается разрушительной работой. В результате износа чугунных колодок при торможении рассеиваются в пыль сотни тысяч тонн чугуна. Вот почему такое большое значение приобретает проблема повышения износоустойчивости колодок и правильное пользование тормозами.

Когда поезд идёт, например, по длинному спуску, нет нужды подавать пар в паровую машину паровоза, потому что и без пара он будет двигаться под действием составляющей силы тяжести, толкающей поезд вперёд. Для экономии пара машинист иногда закрывает регулятор и в других случаях. Чтобы при езде с закрытым регулятором, а также на стоянках можно было создать интенсивную тягу газов, в дымовой коробке размещается ещё один прибор, называемый сифоном. Сифон (фиг. 56) — это трубчатое кольцо, укрепляемое на’конусе на уровне верхней плоскости конусного насадка. По средней окружности кольца симметрично расположено несколько сопел с расширяющимися в сторону дымовой трубы каналами. Если через сифонное кольцо пропустить пар, то он устремится с большой скоростью сразу из всех сопел. Отдельные струи пара, соединяясь в один общий поток, заполняют дымовую трубу. Пар, вылетающий из сифона так же, как из конуса, увлекает за собой в атмосферу топочные газы, создавая разрежение в дымовой коробке и топке. Разница в работе конуса и сифона состоит в том, что конус действует отработавшим паром только при открытом регуляторе, тогда как сифон— паром, подводимым непосредственно из котла.

Фиг. 56. Сифон Для включения и выключения сифона в будке машиниста установлен специальный вентиль или рычаг. Сифонами машинисты пользуются не только во время стоянки паровоза, но и при езде с открытым регулятором. При малой скорости движения выхлопы отработавшего пара через конус очень редки. Поэтому тяга газов получается пульсирующей: то резко возрастает, то уменьшается. Если в этом случае пустить в действие сифон, то он будет способствовать выравниванию тяги газов, что особенно важно при отоплении слабоспекающимися углями и при тонком слое угля на колосниковой решётке. Совместное размещение конуса, сифона и дымовой трубы на паровозе видно на фиг. 12 (стр. 18).

Огневая коробка, как нам уже известно, снабжена несколькими циркуляционными трубами, которые при интенсивной работе паровоза создают возле лобового листа (т. е. как раз там, где размещено водоуказательное стекло) бурный выброс воды вверх (см. фиг. 68). Из-за этого видимый уровень воды искусственно повышается, хотя на самом деле её в котле не прибавилось. Если малоопытный машинист примет кажущийся уровень воды за действительный, над огневой коробкой может не оказаться минимального слоя воды. Чтобы знать действительный уровень воды в котле, водоуказательное стекло применяется в комбинации с так называемой водо-успокоительной колонкой (см. фиг. 70), устанавливаемой с правой •стороны лобового листа. Водоуспокоительная колонка как бы успокаивает, приводит в равновесие колебания уровня воды в котле. Колонка имеет форму цилиндра, поставленного вертикально и сообщающегося вверху с паровым пространством котла, а внизу — с водяным. Диаметр колонки намного больше диаметра нижнего штуцера, подводящего воду, поэтому колебания воды в котле поглощаются столбом воды в колонке. Кроме того, нижний штуцер колонки введён в котёл ниже выхода передних концов циркуляционных труб. А так как водоуказательное стекло установлено как раз на колонке, то показания его всегда, даже при наличии циркуляционных труб, соответствуют действительному уровню воды в котле.

Для смазывания трущихся частей паровоза употребляются масла с различными смазывающими свойствами. Это вызывается тем, что условия работы трущихся деталей неодинаковы. Например, цилиндры, поршни, золотники, сальники при работе паровоза соприкасаются с перегретым паром, имеющим температуру до 450°. Другие трущиеся детали, например, параллели, дышловые подшипники и шарнирные соединения, работают при невысокой температуре. Смазочные материалы имеют различные свойства. Одним из важнейших является вязкость. Вязкость (или тягучесть) зависит от сил сцепления между молекулами смазки. От величины вязкости зависит способность смазки образовывать сплошную масляную плёнку, сопротивляющуюся выдавливанию с трущихся поверхностей. Чем выше вязкость смазки, тем меньше она выдавливается трущимися поверхностями. С повышением температуры вязкость уменьшается, а с понижением возрастает. Чем меньше снижается вязкость масла при нагревании, тем лучше. Для смазки различных трущихся деталей паровоза подбирают масла соответствующей вязкости. Для смазывания цилиндров, золотников, параллелей, и некоторых других узлов трения применяется главным образом жидкая смазка. Для смазывания валиков рессорного подвешивания, опор топки: и других деталей паровозов некоторых серий применяется консистентная мазеобразная смазка. Для подшипников дышлового механизма с плавающими втулками применяют консистентную твёрдую смазку. На некоторых паровозах твёрдая смазка применяется в дышловых подшипниках без плавающих втулок, а также в буксах.