Паровозыжелезнодорожный транспорт

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

Недалеко то время, когда па наших дорогах появятся высокоскоростные поезда: пассажирские составы будут проходить в час 150—200км, скорость грузовых достигнет 100—120 км/час. Применение высоких скоростей потребует решения ряда задач: увеличения прочности железнодорожного пути, улучшения динамических и аэродинамических качеств локомотивов, широкого использования современных средств автоматики. Уже сейчас важное значение приобретает проблема электропневматических тормозов, как наиболее совершенных по управляемости и эффективности действия тормозных средств. Перед тем, как познакомиться с этими новыми видами автотормозов, обеспечивающих безопасность движения на высоких скоростях, остановимся на некоторых особенностях чисто пневматического автотормоза. Важнейшими приборами такого тормоза, как уже знает читатель, являются воздухораспределители. Расположенные под каждым тормозным вагоном они приходят в действие не сразу, а последовательно. Первоначально, когда машинист только переставил рукоятку крана в тормозное положение и воздух только начал выходить из магистрали, приходят в действие воздухораспределители передних, головных вагонов. Затем процесс торможения распространяется вдоль поезда со скоростью примерно 150 — 200 м/сек (скорость тормозной волны), заставляя срабатывать воздухораспределители хвостовых вагонов. Процесс падения давления в магистрали происходит с несколько большей скоростью, т. е. опережает тормозную волну. Следовательно, от момента поворота рукоятки крана машиниста в тормозное положение до начала действия тормоза последнего вагона проходит некоторое время тем большее, чем длиннее поезд. Так, в длинносоставных грузовых поездах оно равно около 7 сек. К сказанному следует добавить, что тормозные цилиндры наполняются сжатым воздухом не сразу, а в среднем в течение примерно 18 сек. (у грузовых поездов). Почему так много времени затрачивается на заполнение цилиндров? При пневматических автотормозах резкое сокращение этого времени привело бы к появлению в поезде, особенно длинносоставном, продольно-динамических реакций, так как воздухораспределители головных вагонов имели бы полное нажатие колодок, а хвостовые вагоны ещё не начали бы тормозить, что вызвало бы сильное набегание и оттяжку хвостовой части поезда. Чтобы избежать реакций и, следовательно, достигнуть высокой плавности торможения, приходится намеренно увеличивать время наполнения тормозных цилиндров с таким расчётом, чтобы в момент торможения хвостовых вагонов нажатие тормозных колодок головных вагонов (время заполнения тормозных цилиндров) было бы не более 30% от максимального. При пневматических тормозах грузовых поездов максимальное торможение всего состава начинается примерно через 7 сек., а в пассажирских поездах через 4 сек. За это время (называемое временем подготовки к торможению) успевает прийти в действие только часть тормозов, расположенная преимущественно в передней половине поезда. Этим, собственно, и объясняется значительная длина предтррмоз-ного пути. Если бы удалось уменьшить время подготовки к торможению, то эффективность автотормозов возросла, так как предтормозной путь, а значит, и тормозной путь значительно сократились, что особенно важно при высоких скоростях движения. Как это сделать? Большие возможности для управления воздухораспределителями на расстоянии открывает электротехника. Так как скорость распространения электрического тока практически мгновенна, то и воздухораспределители, управляемые с помощью электричества, будут срабатывать одновременно во всех тормозных вагонах поезда, как бы ни был он длинен. Специальные опыты, проведённые ЦНИИ МПС, показали, что при длине поезда 1 000 м все воздухораспределители срабатывая т б течение 0,4 сек., т. е. практически одновременно. Этими же опытами установлено, что время наполнения тормозных цилиндров сжатым воздухом во всём поезде от нуля до полного расчётного давления составляет 4,0—4,5 сек., что полностью исключает возникновение в поезде продольно-динамических реакций, так как все вагоны тормозятся одновременно и практически с одинаковым замедлением. Таким образом, одновременное срабатывание воздухораспределителей независимо от длины поезда не только способствует сокращению тормозного пути, но и обеспечивает плавность торможения по всему составу. Пневматические автотормоза, воздухораспределители которых управляются при помощи электрического тока, называются электропневматическими тормозами. Элек
тропневматическим тормозом оборудованы пригородные поезда (моторвагопные секции) электрифицированных участков железных дорог. Семилетний опыт эксплуатации этих тормозов полностью себя оправдал с точки зрения гибкости управлениям также по надёжности и эффективности их работы. В настоящее время проводится опытная эксплуатация электропневматических тормозов в пассажирских поездах с паровой тягой. Рассмотрим вкратце принципиальную схему устройства такого тормоза (фиг. 158 и 159). Управление тормозных приборов в поезде производится постоянным током, а контроль состояния электрических цепей —переменным током.

Постоянный и переменный ток вырабатывается турбогенератором типа ТГ-1Р. Основными приборами и аппаратами электропневматического тормоза являются: электровоздухораспределитель, назначение которого регулировать давление воздуха в тормозном цилиндре при электрическом управлении тормозом (Тройной скородействующий клапан в этом случае служит резервным тормозным прибором, действующим автоматически при отказе электровоздухораспределителя, срыве стоп-крана, разрыве тормозной магистрали или при обрыве •одного из поездных проводов электрической схемы, а также для того, чтобы заряжать сжатым воздухом запасный резервуар.); кран машиниста с тормозным контроллером, служащий для управления как чисто пневматическим, так и электропневматическим тормозом; с р ы в н о й клапан, предназначенный для экстренной разрядки магистрали в случае неисправности электрических цепей тоомоза; главный выключатель, служащий для включения проводов электрической схемы к турбогенератору и отключению от него; электромагнитные контакторы, предназначенные для управления работой электровоздухораспределителей; ламповый сигнализатор с тремя контрольными лампами, позволяющими машинисту судить об исправности электрических цепей; сигнал иатор отпуска, имеющий механический привод к поршню тормозного цилиндра и служащий для контроля •отпуска тормозов. Как видно из фиг. 159, все аппараты и приборы электропневматического тормоза при помощи пяти проводов электрической схемы {1,2, 3, 4, 5) и гибких междувагонных соединений связаны между собой в единую электропневматическую систему. Так как тормоз имеет пять проводов, то он и называется пяти-проводным электропневматическим тормозом. В настоящее время разрабатываются опытные образцы однопро-водного электропневматического тормоза для длииносоставных грузовых поездов. Как же работает пятипроводный электропневматический тормоз?

Однако подлинное развитие технической мысли в нашей стране стало возможным только после Великой Октябрьской социалистической революции. Коммунистическая партия и Советское правительство, проявляя большую заботу об учёных, инженерах, изобретателях, рационализаторах, направляют их деятельность на решение важнейших задач во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства и транспорта.
В решение многих проблем и вопросов паровозостроения, динамики паровозов и тяги поездов большой вклад внесли инженеры К. Н. Сушкии, Л. С. Лебедянский, М. Н. Щукин, П. М. Шаройко, академик С. П. Сыромятников, создавший широко известную теорию» теплового процесса паровоза, член-корреспондент Академии наук СССР И. И. Николаев, профессора А. М. Бабичков, О. Н. Исаакян,, К. П. Королёв и многие другие.

Фиг. 6. Грузовой паровоз серии ФД Испытания паровозов и научный анализ этих испытаний являлись основой создания совершенных локомотивов.

Фиг. 7. Грузовой паровоз серии Л Ещё в 1931—1932 гг. на советских заводах были построены мощные магистральные паровозы (фиг. 5 и 6) серии ИС—Иосиф Сталин Эти локомотивы на протяжении второй и третьей пятилеток выпускались как серийные.

На Всемирной парижской выставке в 1938 г. они были представлены в числе лучших образцов локомотивостроения.

Фиг. 9. Грузовой паровоз серии ЛВ В годы четвёртой (первой послевоенной) пятилетки наша промышленность освоила крупносерийное производство магистрального грузового паровоза серии Л (фиг. 7). Имея меньшую нагрузку колёс на рельсы, чем паровоз серии ФД, паровоз серии Л может проходить по всем участкам железных дорог сети, что позволяет называть его вездеходным. В пятой пятилетке, наряду с постройкой паровозов основных сеоий на же™!е дороги страны поступили паровозы новейших ЗРра^^- Сред" нДихР магистральный пассажирский паровоз

Фиг. 10. Новый сочленённый грузовой паровоз типа 0-4-2 (фиг. 8), выпущенный в 1949 г. Коломенским заводом им В. В. Куйбышева, и грузовой паровоз серии ЛВ (фиг 9), построенный в 1952 г. Ворошиловградским заводом имени Октябрь- Фиг. 10а. Новый грузовой парово.? ОР-21 ской революции. В этих мощных локомотивах, серийное производство которых начато в 1954 г., воплощены последние достижения машиностроительной и железнодорожной техники.

Мощность, развиваемая новыми паровозами 2-4-2 и ЛВ, намного превышает мощность широко распространённых на наших дорогах пассажирского паровоза серии Су и грузового паровоза серии Л. Парк опытных локомотивов пополнился рядом грузовых паровозов ещё большей мощности, новейшими из которых являются сочленённый паровоз (фиг. 10), построенный в 1954 г. Коломенским паровозостроительным заводом, и паровоз ОР-21 (фиг. 10а) постройки Ворошиловградского завода (1954 г.). Создавая новые локомотивы и модернизируя имеющиеся, наши конструкторы используют последние достижения советской и зарубежной науки и техники, а также опыт работы и рационализаторские предложения машинистов-новаторов.

В наши дни техника развивается неизмеримо быстро. То, что было достигнуто совсем ещё недавно, уже не удовлетворяет конструкторов сегодня. Непрерывно испытываются новые более совершенные конструкции узлов и деталей, улучшается технология их производства, осваиваются новые качественные марки металлов и сплавов, позволяющие значительно уменьшить общий вес машин и в то же время увеличить их прочность. Приведём лишь один пример. Поршень, установленный в паровой машине паровоза 2-4-2, весит в два раза меньше поршня, установленного на паровозе серии Су (64 кг против 128 кг), хотя диаметры цилиндров у этих паровозов одинаковы, а рабочее давление пара у первого локомотива выше, чем у второго на 2 am. Этого удалось достигнуть благодаря применению качественной углеродистой стали и изготовлению заготовки поршня штамповкой. В паровозах новейшей постройки находят применение водоподо-греватели, увеличители сцепного веса, роликовые и игольчатые подшипники в движущем и парораспределительном механизмах, чугунные сальники, автостопы, локомотивная сигнализация, скоростемеры, радиосвязь и др. Естественно, что паровозы, построенные много лет назад, значительно устарели и неполностью отвечают современным научно-техническим требованиям и задачам повышения их экономичности. Поэтому огромное значение приобретает проблема усовершенствования паровозов действующего парка и внедрения в их конструкцию последних технических достижений. Модернизация и предусматривает приведение паровозов старой постройки в соответствие с современными требованиями науки и техники. В отличие от реконструкции, вносящей коренные изменения в устройство машин, модернизация характерна относительно незначительными изменениями в конструкции и в изготовлении отдельных узлов паровозов. Модернизация локомотивов проводится постоянно, непрерывно и призвана отражать в себе, как в зеркале, богатейший опыт их эксплуатации паровозными и ремонтными бригадами, лучшие достижения научной и конструкторской мысли, предложения многочисленной армии изобретателей. Какие же наиболее важные работы проводятся сейчас по техническому обновлению локомотивов? Проследим это на примере мощных грузовых паровозов серии ФД, построенных 23 года назад, тогда эти машины воплощали в себе лучшие достижения паровозостроительной науки и техники. Сейчас они не строятся, но эксплуатация их продолжается на ряде железных дорог. В процессе модернизации паровозов серии ФД давление пара в котле повышено на 1 am (с 15 до 16 am). Кроме того, на них устанавливаются водоподогреватель смешения Брянского завода, широкотрубный пароперегреватель вместо мелкотрубного, улучшенная конусно-вытяжная установка, парораспределительный механизм с увеличенной отсечкой до 0,7 (чтобы обеспечить увеличение силы тяги по машине), сажесдуватель с выдвигающимся соплом. Применение на паровозах указанных усовершенствований повышает их тепловую экономичность. Наряду с тепловой модернизацией проводится модернизация, направленная на улучшение конструкции паровозов и повышение безопасности движения, в связи с увеличением веса и скорости поездов. Для повышения сцепного веса паровоза серии ФД в период движения на малых скоростях на нём устанавливается увеличитель сцепного веса. Кроме того, применена централизованная смазка экипажа, облегчающая труд паровозных бригад; установлены саморегулирующиеся буксовые клинья,снабжённые пружинами, которые сами поднимают клинья, обеспечивая правильное положение буксы в буксовом вырезе. Важным достижением последних лет является усовершенствование поршневых и золотниковых сальников,в связи с чем старые сальники заменяются так называемыми лабиринтными сальниками ЦНИИ с чугунными уплотнительными кольцами, обеспечивающими паронепроницаемость при меньшем расходовании цветных металлов. Среди мероприятий по модернизации предусмотрено и уже осуществляется оборудование паровозов серий ФД автостопами, радиосвязью, скоростемерами, ускорителями отпуска тормозов, так как при современных длинносоставных поездах сопротивление в воздушной магистрали значительно возрастает, мощными и экономичными паро-воздушными компаунд-насосами. Круг технических задач, разрешаемых в связи с модернизацией паровозов разных серий, весьма велик и не ограничивается, конечно, перечисленными мероприятиями, данными применительно к паровозу серии ФД. Сюда входят вопросы усиления отдельных узлов и деталей паровоза, усовершенствования технологии их изготовления, пов
ышения давления и температуры пара и т. д. В дальнейшем, помимо сказанного, намечается установка на паровозах серий СО и Су водоподогревателей, сервомоторов и другого оборудования, проверенного в эксплуатационных условиях. Многолетний опыт модернизации наличного парка локомотивов показывает, что она позволяет значительно повысить экономичность паровозов, увеличить их мощность и облегчить условия труда паровозных бригад в соответствии с современными достижениями науки и техники. Наряду с модернизацией в настоящее время широко проводится унификация узлов и деталей паровозов. Унификация преследует основную цель: максимально сократить количество типов конструкций одноимённых узлов и деталей, привести их, по возможности, к одинаковым размерам. Благодаря унификации устанавливаются наиболее рациональные формы, размеры, допуски и посадки, а также классы чистоты обработки деталей, становится возможным значительно упростить и удешевить их серийное производство и в то же время повысить надёжность в работе. При пересмотре конструкции деталей и узлов инженеры стараются добиться экономии металла, особенно бронзы, баббита, латуни, свинца. В настоящее время уже унифицированы десятки узлов и деталей парового котла, паровой машины и экипажа. Среди них инжекторы, предохранительные клапаны котла, раздвижные золотники, поршни, ползуны, элементы пароперегревателей, обратные клапаны смазки. Огромное значение унификации можно проиллюстрировать множеством примеров. Так, до унификации на паровозах ставилось 9 типов предохранительных клапанов; после унификации, которая позволила сократить количество разнотипных деталей в 11 раз, остался один предохранительный клапан — простой в изготовлении и ремонте.

Ещё недавно диспетчер участка был лишён возможности передать необходимые распоряжения непосредственно машинистам паровозов, находящихся в пути или на станциях. А машинист, совершая рейс или производя манёвры, не мог срочно переговорить с диспетчером, когда это было нужно (например при непредвиденной остановке поезда на перегоне). Понадобилось не мало лет упорного труда, чтобы решить задачу двусторонней радиосвязи между диспетчером и машинистом. Трудности заключались в том, что радиооборудование для паровозов, в отличие от обыкновенной радиоаппаратуры, должно было быть застраховано от непрестанной тряски движущегося паровоза, ему предстояло безотказно работать при 50-градусной жаре и 50-градусном морозе, оно нуждалось в надёжной защите от действия вредных сернистых газов, угольной пыли и шума, который при высокой скорости становится очень сильным. Советские конструкторы создали радиостанцию, специально приспособленную для работы в этих сложных условиях. До 1954 г. для указанной цели применялась радиостанция типа ЖР-1. В настоящее время широко внедряется новая железнодорожная радиостанция типа ЖР-3 (фиг. 170), отличающаяся хорошей слышимостью передачи на расстоянии 10—12 км между стационарным пунктом и локомотивом. Радиостанции ЖР-1 и ЖР-3 (железнодорожные радиостанции первой и третьей разработки) просты и удобны в эксплуатации. Эти радиостанции получают питание на паровозе от турбогенератора, дающего переменный ток напряжением 41 в и на стационарных пунктах от сети переменного тока напряжением 127 или 220 в. Основными частями паровозной радиостанции является приёмник и передатчик. Эти два блока вместе с блоками питания и вызывным смонтированы в герметически закрытом ящике. Блоки устанавливаются на амортизационной раме внутри ящика и этим обеспечивается устойчивая работа радиостанции на локомотиве при тряске я толчках. Для приёма электромагнитных волн к приёмо-передатчику подключена антенна — прямолинейный провод, подвешенный над котлом, во всю его длину (фиг. 171). Управление радиостанцией и контроль за напряжением сети осуществляются с пульта управления (фиг. 172). Громкоговоритель радиостанции ЖР-3 заключён в ящик с отверстиями, установленный

Фиг. 170. Общий вид радиостанции ЖР-3 в будке машиниста, а громкоговоритель радиостанции ЖР-1 размещён внутри пульта управления. На передней стенке пульта радиостанции ЖР-1 расположены выключатель сети, а также три сигналь-

Фиг. 171. Схема радиоустановки на паровозе ные лампочки, контролирующие напряжение сети и отмечающие исправность приёмника и передатчика. К пульту управления подключается микрофон, защищенный от воздействия внешнего шума. Радиосвязь с паровозом 241 Вот машинист поднёс микрофон ко рту и начал говорить. Звучащие слова есть нечто иное, как колебание воздуха. Попадая в микрофон, звуковые колебания заставляют колебаться находящую-

Фиг. 172. Пульт управления радиостанцией ЖР-3 ся’в нём пластинку (мембрану). Колебания мембраны вызывают изменение тока. Таким образом, в зависимости от звука изменяется ток, протекающий в микрофоне. Но ток, созданный микрофоном, очень слаб. Его приходится усиливать. Преобразование тока низкой (звуковой) частоты в ток высокой частоты осуществляется передатчиком. Ток высокой частоты излучается антенной передатчика в окружающее пространство. Когда по проводу антенны пойдёт ток, то вокруг неё возникнут электромагнитные волны, излучаемые в простран- фиг_ 173_ Схема затухания волны ство. Подобные волны возникают вокруг камешка, брошенного в воду. Высота этих волн по мере удаления от камешка становится всё меньше и меньше и, наконец, волна совсем затухает (фиг. 173). А вот длина / каждой волны, как это видно на фигуре, остаётся постоянной. Каждая радиостанция посылает в эфир электромагнитные волн; определённой, строго установленной для неё длины. Паровозные

радиостанции различных серий излучают волны в пределах 114—144 м, но каждая серия может иметь только две «фиксированные» волны, например 114 и 138 м. Благодаря этому отпадает надобность в подстройке приёмников и передатчиков. Итак, слова машиниста, воспринятые микрофоном, в виде электромагнитных волн несутся в просто