Паровозыжелезнодорожный транспорт

Сядем на место машиниста и плавно откроем регулятор: паровоз тронется. По мере увеличения скорости мы будем ощущать колебание и раскачивание паровоза и даже толчки. Возникновение различных колебаний связано прежде всего с работой паровой машины и её движущего механизма, так как почти все детали этих частей паровоза совершают движение относительно рамы паровоза. Например, колёсные пары относительно рамы совершают чисто вращательное движение, ползун — поступательное, а ведущее дышло—сложное. Вместе с колёсами вращательное движение совершают и кривошипы с пальцами и сцепные дышла, связывающие колёса. Поршневая группа деталей (поршень, шток, ползун) совершает возвратно-поступательное и притом неравномерное движение. Когда поршень проходит примерно середину цилиндра, его скорость оказывается наибольшей, а когда приближается к крайним положениям (где поршень изменяет направление движения), она падает до нуля. Из механики известно, что всякое тело стремится сохранить состояние относительного покоя или состояние равномерного и прямолинейного движения, в котором оно находилось. При нарушении этого состояния появляются силы, препятствующие его изменению. Так, если автомашина на полном ходу резко останавливается, то мы ощущаем толчок вперёд, и наоборот, если она внезапно рывком трогается с места, нас отбрасывает назад. Это свойство тел препятствовать изменению характера их движения называется инерцией, а силы, которые препятствуют изменению состояния тел, называются силами инерции. Силы инерции передаются в виде активных сил на другие тела (связи). Нечто подобное происходит и на паровозе, в его движущем механизме, части которого перемещаются с различными по величине и направлению скоростями и передают свои силы инерции на параллели и пальцы кривошипов ведущих колёс. В паровозе при его движении возникают центробежные силы инерции от вращающихся неуравновешенных деталей движущего механизма и силы инерции от деталей поршневой группы, совершающих возвратно-поступательное движение. Какова же величина сил инерции движущего механизма? Предположим, что паровоз, имеющий неуравновешенную паровую машину, движется с равномерной скоростью 85 км/час. В этом случае палец кривошипа воспринимал бы силы инерции, наиболь- Фиг. 136. Схема разложения силы инерции, действующей на палец, кривошипа, на горизонтальную и вертикальную составляющие шее значение которых равнялось по горизонтали около 50 ООО кг, а по вертикали около 12 ООО кг (фиг. 136). Если не уравновесить! не «погасить», их действие, то наличие таких громадных неуравновешенных сил инерции угрожало бы безопасности движения.

Конус постоянного сечения Конусное дымовытяжное устройство состоит из двух взаимосвязанных частей: конуса постоянного сечения и дымовой трубы, которая устанавливается над конусом на одной вертикальной оси с ним (фиг. 52). Паровозный конус простейшего вида (фиг. 53) напоминает обычный тройник, в верхней части которого расположен насадок (сопло). К двум нижним отвер->0сь до/мобой стиям конуса присоеди- трубы няются паровыхлопные трубы паровых цилиндров. Фиг. 53. Конус простейшего вида Действие дымовытяжных устройств основано на использовании энергии отработавшего в машине пара. После расширения в паровой машине пар, совершивший полезную работу, обладает ещё значительным запасом энергии. Это объясняется, главным образом, неполным расширением пара в цилиндрах машины, имеющих ограниченный объём. Энергия отработавшего пара используется в конусно-вытяжном устройстве в виде кинетической энергии паровой струи. После выхода из конуса в дымовую коробку струя пара, обладая большой скоростью, на своём пути смешивается с уходящими газами и увлекает их в дымовую трубу, а через неё — в атмосферу. При удалении частиц газа из дымовой коробки давление в ней снижается, т. е. возникает разрежение. Чем больше пара

удаляется через конус и чем выше его скорость, тем большая масса газов увлекается паровой струёй и тем больше разрежение в дымовой коробке. Так как дымовая коробка соединена с топкой жаровыми и дымогарными трубами, то разрежение постепенно создаётся на всём пути (тракте) от дымовой до огневой коробки. В результате давление воздуха перед входом в топку превысит давление газов сгорания внутри газовытяжного тракта паровозного котла от топки до дымовой коробки включительно. Поэтому через открытые клапаны зольника и гделевидные отверстия в колосниковой решётке в топку будет энергично засасываться необходимый для сгорания воздух. Образующиеся при сгорании топлива всё новые и новые порции топочных газов благодаря создаваемой на ходу паровоза тяге выбрасываются в атмосферу. Известно, что скорость истечения любого газа и, в том числе пара, зависит от разности давлений в области, откуда течёт газ, по сравнению с областью, в которую он втекает. С другой стороны, известно также, что чем меньше сечение отверстия, через которое удаляется определённое количество пара, тем выше должно быть давление перед ним и, следовательно, скорость истечения пара. Насадок паровозного конуса именно и является таким отверстием, которое определяет величину скорости паровой струи. В самом деле, уменьшая размеры выхлопного отверстия, мы как бы прикрываем «заслонку» на пути пара. Чем больше прикрыта «заслонка», тем больше увеличивается подпор перед ней, т. е. давление пара, и тем больше увеличивается скорость паровой струи. Вместе с тем это повышение давления перед конусом можно обеспечить лишь за счёт дополнительного усилия на поршень машины в процессе выталкивания пара. Таким образом, даже при незначительном уменьшении выхлопного сечения конуса, с одной стороны, увеличивается скорость пара и тяга газов в котле, но, с другой стороны, возникает дополнительный подпор (противодавление) на нерабочую сторону поршня, уменьшающий полезную мощность паровоза. Установлено, например, что на паровозе серии Эм при уменьшении диаметра конуса с 67 до 61 мм потеря силы тяги составляет 390 кг. Увеличение диаметра выхлопного отверстия, хотя и снижает противодавление в машине, но уменьшает тягу газов. Если пар из обоих цилиндров удаляется через общую головку конуса, т. е. при подходе к выходному отверстию оба потока пара объединяются в один общий поток (конус с общим выхлопом), то наблюдается ещё одно отрицательное явление, а именно — выхлоп пара из одной машины отрицательно влияет на экономичность другой машины. Это явление заключается в том, что пар. удаляемый из одной машины в начальный момент выхлопа,, имеет очень высокое давление и встречается в конусе с паром,, вытолкнутым из другой машины при обратном ходе поршня и имеющим значительно меньшее давление, в результате чего возникает противодавление на нерабочую сторону второй машины. Если в конусе вместо одного общего канала для выпуска пара из ‘ обоих цилиндров устроить для каждого цилиндра свои собственные каналы, изолированные друг от друга, два для правого цилиндра и два для левого (фиг. 54), то отрицательное влияние выхлопа правого цилиндра на левый (и наоборот) уменьшится. Такой конус
назыв

Ползун воспринимает на себя усилие пара, передаваемое через поршень во время его движения вперёд и назад. Чтобы передать силу пара дальше на ведущую колёсную пару, к ползуну посредством валика присоединяют шатун (ведущее дышло) (фиг. 106). Ведущее дышло соединяет ползун с колесом через палец кривошипа и служит, таким образом, для передачи усилия от поршня Спальная втулка

Фиг. 106. Ведущее дышло и его детали к колесу, преобразуя возвратно-поступательное движение во вращательное. Во время движения паровоза ведущее дышло напоминает гигантскую стальную руку, неутомимо вращающую колесо. Силы, действующие на ведущее дышло, разнообразны и велики. Стержень (штанга) дышла должен выдерживать попеременно сжатие и растяжение, продольный изгиб от давления пара и поперечный изгиб от сил инерции. Чтобы не произошло изгиба или излома, ведущее дышло делают массивным, как говорят, металлоёмким. Вес его превосходит 400 кг. Штанга дышла по концам имеет две голоеки — переднюю (малую) и заднюю (большую). Передняя охватывает валик ползуна, а задняя — палец кривошина ведущего колеса. Для уменьшения трения в обе головки вставлены подшипники. Они бывают разных конструкций. В дышлах паровозов новых типов широко применяются подшипники с «плавающими втулками». Такие подшипники хороши тем, что их втулки изнашиваются почти равномерно по есей поверхности, хотя на них и действуют резко изменяющиеся по величине и направлению усилия от поршня. Эта особенность плавающих втулок имеет важное значение, так как при неравномерном износе образуются односторонние зазоры-щели между пальцами кривошипов и подшипниками (обычно по горизонтальной оси колёс). Чем больше этот зазор, тем с большей силой ударяет палец о дышловый подшипник, расстраивая его и весь движущий механизм. При вращении колеса подвижная плавающая втулка в головке дышла постепенно поворачивается, увлекаемая силой трения между ней и вращающимся пальцем кривошипа, на который она свободно насажена. Поэтому втулка изнашивается равномернее по трущимся поверхностям. При непрерывном вращении на пальце кривошипа плавающая втулка изнашивала бы своей наружной поверхностью головку дышла.Чтобы не допустить этого, в головку дышла наглухо запрессовывают стальную втулку, которую всегда легко заменить. Палец и плавающую втулку необходимо непрерывно смазывать. Для этого в ней делаются сквозные отверстия, равномерно расположенные по всей цилиндрической поверхности. Твёрдая смазка, поступающая через клапан в головку дышла, проходит по смазочному каналу в неподвижной втулке и заполняет эти отверстия, а также весь зазор между плавающей и запрессованной втулками. Во время движения паровоза трущиеся поверхности нагреваются, от этого твёрдая смазка расплавляется и вытекает из отверстий на палец. Передние головки ведущих дышел современных паровозов имеют игольчатые подшипники, которые называются так потому, что состоят из двух рядов стальных игл-роликов диаметром 5 мм (фиг. 106). В каждом ряду 91 игла. Иглы помещаются между стальными втулками, одна из котор’ых впрессовывается в головку дышла, а другая насаживается на валик ползуна. Чтобы иглы не могли выпасть из своих мест, с торцов подшипника ставятся два наружных кольца, а внутри между рядами игл — внутреннее кольцо. Во время работы шатунно-кривошипного механизма иглы вращаются и катятся по поверхностям стальных втулок. Для’уменынения зазоров между пальцем кривошипа и подшипником, а также для уменьшения трения конструкторы предложили заменить в дышлах скользящие подшипники роликовыми. Двухрядным роликовым подшипником оборудована задняя головка ведущего дышла пассажирского паровоза типа 2-4-2 (фиг. 107).

Когда поршень подойдёт к крайнему положению., то вредное пространство окажется заполненным паром, уже достаточно сжатым (приблизительно до давления свежего пара). Сжатие отработавшего пара даёт возможность экономить свежий пар. Действительно, если бы периода сжатия совсем не было (окна для выпуска были бы открыты до прихода поршня в крайнее положение), то для заполнения вредного пространства между поршнем и крышкой цилиндра бесполезно расходовался бы свежий пар. В нашем же случае вредное пространство заполняется отработавшим паром. Следовательно, расход свежего пара уменьшится и экономичность машины повысится. Вот почему конструкторы идут на создание такой паровой подушки, тем более что, будучи упругой, она поглощает силы инерции движущего поршня, а это способствует плавной (без толчков и ударов) работе машины. Выходит так, что вредное пространство является в то же время и полезным. Обычно объём вредного пространства равен 1/10 — Vg полезного объёма цилиндра» Полезным (рабочим) объёмом цилиндра называют объём, освобождаемый поршнем при его движении от одного крайнего положения до другого. Линейная величина, характеризующая вредное пространство, т. е. расстояние от поршня до крышки, обычно равна 12—15 мм.

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.

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.

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

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