Паровозыжелезнодорожный транспорт

В процессе передачи тепла воде температура её всё время возрастает. Когда термометр показывает 100°, вода испаряется не только с поверхности, но и изнутри во всей своей массе. Пар в виде мельчайших пузырьков зарождается главным образом у поверхностей нагрева, так как именно эти поверхности обладают наиболее высокой температурой. Образующиеся пузырьки пара быстро растут, так как они энергично забирают тепло от окружающих перегретых частиц воды, отрываются от поверхности, на которой они образовались, и в вертикальном направлении всплывают на поверхность воды, приводя всю воду в состояние бурного, вихревого движения: спокойное испарение жидкости переходит в интенсивное кипение. Когда жидкость закипит, дальнейшее повышение температуры прекращается, хотя воде, находящейся в открытом сосуде, непрерывно сообщается тепло. На что затрачивается это тепло? При кипении тепловая энергия, сообщаемая воде, идёт только на превращение воды в пар, т. е. на преодоление сил сцепления между молекулами. Для нагревания 1 кг воды от 0 до 100° нужно затратить 100 килокалорий, а для того чтобы полностью превратить 1 кг воды в пар при температуре 100°, требуется ещё 540 килокалорий, т. е. в 5 с лишним раз больше. Это тепло, затрата которого не сопровождается повышением температуры воды, называется скрытой теплотой парообразования. До сих пор мы рассматривали процесс получения пара в открытом сосуде, когда выходу молекул из воды препятствовало только давление окружающего воздуха. Иная картина получается в плотно закрытом сосуде с водой, каким в сущности является котёл паровоза. Здесь выходящему из воды пару остаётся только пространство, ограниченное поверхностью воды и стенками сосуда. Когда вода нагреется до 100°, из неё начнёт выделяться пар той же температуры. Выделяющийся пар, поднимаясь вверх, встретит препятствие в виде стенок сосуда. А так как молекулы находятся в постоянном движении, то в ограниченном пространстве котла участятся удары их друг о друга и о стенки котла. Удары миллиардов молекул в сумме и составляют давление пара. Молекулы пара, заполнившего замкнутое пространство сосуда, будут давить не только на его стенки, — они будут оказывать такое же воздействие на поверхность воды (зеркало испарения), препятствуя выделению пузырьков пара из толщи воды. Но так как нагревание не прекращается, то тепло будет затрачиваться на повышение температуры воды сверх 100°. При этом скорость движения частиц ещё больше увеличится, и как только давление внутри паровых пузырьков превысит давление сверху, новая порция пара поступит в пространство над уровнем воды. Количество молекул в паровом пространстве возрастёт, промежутки между ними уменьшатся, пар уплотнится. От этого число ударов молекул увеличится, а следовательно, возрастёт и давление пара. Это вызовет дополнительное увеличение внутренней энергии пара, т. е. затрату дополнительного тепла на повышение температуры воды, и описанный процесс парообразования повторится снова. Необходимо отметить, что этот процесс протекает непрерывно и очень быстро. Из этого следует, что температура кипения воды зависит от давления, действующего на её поверхность, и повышается с увеличением давления (фиг. 43). Например, при давлении по манометру 4 am температура котловой воды, а значит и пара, равна около 15Г, а при давлении 10 am — 180,3°. Если же довести давление в котле до 15 am* по манометру, то температура увеличится до 200°. Наоборот, при снижении давления температура кипения воды понижается. Таким образом, температура кипения зависит от давления, при котором происходит парообразование. Это обстоятельство и позволило разрешить проблему создания маневрового паровоза, работающего без отопления, и поэтому безопасного в пожарном отношении. Такие паровозы, получившие название безогневых, или бестопочных * На современных паровозах большой мощности давление пара в котле равно 15 — 16 am. (так как они не имеют топки), незаменимы для работы на нефтеперегонных заводах, бумажных и лесопильных фабриках и тому подобных огнеопасных предприятиях, где возможность возникновения пожара особенно велика. Общий вид бестопочного паровоза, построенного Муромским заводом по проекту Коломенского паровозостроительного завода, представлен на фиг. 44. Он имеет обычную паровую Машину и экипажную часть, но у него нет дымовой трубы и тендера, а вместо котла с топкой установлен котёл-аккумулятор, представляющий собой большой стальной резервуар (ёмкостью 21 м3) с хорошей теплоизоляцией.

Фиг. 43. Схема зависимости температуры кипения от давления пара при парообразовании в закрытом сосуде Котёл-аккумулятор до приведения паровоза в действие заполняется примерно на 2/3 водой, а затем паром из обычного парового котла или котельной установки предприятия (начальная заправка занимает 30—50 мин.). Пар, поступающий в самую нижнюю часть котла, нагревает воду. Постепенно температура воды в котле-аккумуляторе увеличивается и наступает момент, когда эта температура соответствует точке кипения при заданном давлении (16 am): паровоз готов к работе. Когда машинист открывает выпускной клапан, пар из котла-аккумулятора поступает в паровую машину, и паровоз трогается. При этом по мере расходования пара давление и температура в котле-аккумуляторе постепенно снижаются. Но так как со снижением давления уменьшается и температура кипения, вода всё время кипит и интенсивно выделяется пар. Бестопочные паровозы могут работать без повторной зарядки до тех пор, пока давление не снизится до 1—2 am. Однако практически они разряжаются до давления 3—4 am, при котором ещё обеспечивается достаточная для маневровой работы сила тяги паровоза. Повторная зарядка занимает 15-—25 мин. Процесс парообразования в котле обычного паровоза отличается интересными свойствами. Если, например, при неизменном подводе тепла выпустить из котла часть пара, то несмотря на частично осво- водившийся объём парового пространства давление находящегося там пара останется прежним. Это происходит потому, что место выпущенного пара сейчас же занимает новая порция пара, образовавшегося из воды.

Фнг. 44. Бестопочный паровоз При кипении пар уносит с собой частицы воды и является влажным. Вот почему непосредственно соприкасающийся с водой пар называют насыщенным. В котле паровоза всегда получается насыщенный пар; он содержит в себе от 3 до 5% влаги, т. е. в 1 кг пара находится в среднем от 30 до 50 г воды.

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

Энергия пара расходуется на преодоление сил сопротивления движению поезда, всегда направленных в сторону, . противоположную его движению. При движении поезда по прямому горизонтальному пути с равномерной скоростью возникает сила сопротивления его движению, как результат воздействия на поезд воздушной среды, а также сил трения (трение между осями и подшипниками, трение бандажей о рельсы, удары на стыках и др.). Эти силы сопротивления постоянно действуют на поезд при его движении, поэтому их отно5-сят к основному сопротивлению. При высоких скоростях резко возрастает доля сопротивление движению, создаваемого воздействием воздушной среды, на движущееся тело, так называемое «воздушное сопротивление». [Наука, изучающая законы движения воздуха или газа и взаимодействие между телом и обтекающим его воздухом, называется аэродинамикой. Знание основных закономерностей аэродинамики позволяет конструкторам правильно решать вопросы, связанные с обтеканием тел воздухом (газом) при больших скоростях. Оказывается, что сила сопротивления воздушной среды движущемуся телу возрастает пропорционально квадрату скорости. Иными словами, если скорость увеличится в два раза, то воздушное сопротивление возрастёт в четыре раза, если же скорость увеличится в четыре раза, то воздушное сопротивление возрастёт в шест--надцать раз. С другой стороны, воздушное сопротивление во многом зависит от формы тела, двигающегося в воздушной среде. Так, например, оказывается, что падающая капля принимает такую форму, при которой наблюдается самое минимальное сопротивление. Вот почему конструкторы стремятся придать различным подвижным экипажам, самолётам, автомобилям, локомотивам и их частям формы, напоминающие форму падающей капли, или, как говорят, создать «обтекаемую форму». Так, паровозы, предназначенные для работы с большими скоростями (свыше 100 км/час), обшивают специальным кожухом, имеющим обтекаемые формы. Часто этот обтекаемый кожух называют «капотом». Кроме придания паровозу обтекаемой формы, капот прикрывает вращающиеся детали (колёса, дышла), что также уменьшает воздушное сопротивление. На фиг. 128 показан общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 постройки Коломенского завода, а на фиг. 129 — общий вид курьерского паровоза того же типа 2-3-2, но постройки Ворошиловград- _

Фиг. 128. Общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 постройки Коломенского завода ского завода. Как видно из фигур, обтекаемые формы капотов п'аровозов несколько отличаются друг от друга. Паровоз Ворошиловградского завода машинисты прозвали «сигарой». Ещё в 1938 г. известный испытатель локомотивов канд. тех. наук П. А. Гурский производил опыты по установлению влияния обтекаемого капота на уменьшение сопротивления паровоза при скоростях движения до 160—170 км/час. П. А. Гурскому удалось определить опытным путём затрату мощности на передвижение высокоскоростного паровоза типа 2-3-2 № 1 Коломенского завода в зависимости от скорости движения при оборудовании паровоза обтекаемым капотом и без него. Эти данные представлены на фиг. 130, из которой видно, что, например, при скорости 140 км/час на передвижение паровоза без капота надо затратить 1 080 л. с, а на передвижение того же паровоза, но в капоте — всего лишь 745 л. с, т. е. в данном случае от применения капота получено сокращение мощности на перемещение самого паровоза в 335 л. с; при скорости 160 км/час — экономия составляет 457 л. с. Эти цифры говорят о той пользе, которая получается от применения обтекаемых форм у паровоза при работе его с высокими скоростями. На фиг. 131 в качестве примера показан общий вид скоростного паровоза немецкой постройки. Когда же поезд движется по подъёму, проходит кривые или трогается с места, то кроме основных сил сопротивления появляются ещё дополнительные силы сопротивления его движению: сила сопротивления от подъёма, сила сопротивления от кривой, сила сопротивления при трогании с места.

Фиг. 129. Общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 ] постройки Ворошиловградского завода Почему возрастает сопротивление поезда при трогании его с места? Исследования показали, что во время стоянки подвижного состава смазка, находящаяся между подшипниками скольжения и шейками осей колёсных пар, выдавливается. Поэтому значительная часть работы силы тяги расходуется на преодоление полусухого трения межд

Паровоз строят с таким расчётом, чтобы нагрузка на рельс от колеса (в месте контакта его с рельсом) не превышала допускаемой. Чем ббльшая нагрузка приходится на рельсы, тем прочнее они должны быть. Иначе в рельсах могут возникнуть опасные напряжения. Напряжение в рельсе зависит также от расстояния между шпалами, скорости паровоза, качества балласта. Например, рельсы типа П-а допускают нагрузку от колёсной пары 18,5 т. Рельсы типа Р50 (1 пог. м таких рельсов весит 50 кг) допускают нагрузку 23 т. На наших железных дорогах уложены рельсы различных типов. Паровозы с нагрузкой на колёсную пару около 18 т могут проходить по любым участкам железнодорожного пути. Такой вездеходной машиной является, например, паровоз серии Л. Если бы полный вес паровоза был распределён только между одной ведущей колёсной парой и несколькими поддерживающими (не движущими), то наш паровоз не мог бы использовать полностью мощность паровой машины. Дело в том, что сила сцепления колёс с рельсами пропорциональна нагрузке. От силы сцепления прямо зависит и сила тяги паровоза: чем больше сила сцепления, тем больше сила тяги. Но так как нагрузку на рельс от ведущей’колёсной пары можно у1еличиватКь только до определённого предела, томила тяги такого паровоза была бы очень невелика. Для увеличения силы тяги паровоза без превышения допускаемой нагрузки на рельс нужно увеличить число движущих колесных пар которые бы подобно ведущей колёсной паре отталкива лись от рельсов и таким образом все вместе сообщали локомотиву поступательное движение. Фиг ПО. Схема распределения сцепного веса по всем колёсным парам Для этого ведущую колёсную пару соединяют (спаривают) с соседними колёсными парами; разумеется, тогда °^чи™ ™е £ приводящих паровоз в движение, увеличится. Такое спаривание осуществляется посредством дышел, которые в отличие от ведущего дышла называются сцепными. Таким образом, все спаренные (сцепные) колёсные пары, приводящие паровоз в движение, называются движущими, а одна из них, связанная ведущими дышлами с поршнями паровой машины, называется ведущей. На ведущую колёсную пару приходится примерно одна треть всех усилий, передаваемых от паровой машины на спаренные колёсные пары. Фиг. 111. Сцепные дышла: а — второе (центровое), б — первое Комплект движущих колёсных пар показан на фиг. 109. Вес паровоза, приходящийся на сцепные колёса, называют сцепным весом. Схема распределения сцепного веса по сцепным колёсным парам показана на фиг. 110. Здесь изображён паровоз,, который опирается на пять движущих колёсных пар и на бегунок. Современные паровозы имеют от трёх до пяти сцепных движущих колёсных пар. Например, грузовой паровоз серии Л имеет 5 движущих колёсных пар с нагрузкой на рельс от каждой 18,2 т. Значит, сцепной вес паровоза серии Л равен 18,2×5 = 91 т. Так как каждое сцепное дышло связывает пару соседних колёс, то число их с каждой стороны паровоза на единицу меньше числа сцепных колёс. По своей конструкции сцепные дышла сходны с ведущим дышлом. На фиг. 111 изображены второе и первое’ сцепные дышла (считая от цилиндров паровой машины).

Второе сцепное дышло (фиг. 111, а) имеет две головки с плавающими втулками и два хвостовика. Эти хвостовики входят в проушины (вилки) соседних дышел; соединение проушин с хвостовиками осуществляется при помощи валиков, называемых дышловыми. Передняя головка второго сцепного дышла пассажирского паровоза типа 2-4-2 оборудована двумя роликоподшипниками с короткими цилиндрическими роликами. Сцепные дышла навешиваются на пальцы кривошипов сцепных колёсных пар. Сцепные колёсные пары устроены аналогично ведущей колёсной паре, но они не имеют контркривошипов. Есть и ещё одно отличие их от ведущих. Ведущая колёсная пара приводится во вращение непосредственно ведущим дышлом и поэтому она работает в более тяжёлых условиях, чем сцепные. Чтобы облегчить прохождение кривых участков пути (если это требуется для данного локомотива), бандажи ведущей колёсной пары современных паровозов обычно делаются без гребней (рекорд). Остальные движущие колёсные пары, как правило, делаются с ребордами. Реборды, расположенные с внутренней стороны бандажей, предотвращают сход паровоза с рельсов. Чтобы реборды не тёрлись о рельсы во время движения по прямым участкам пути
, рабочая поверхно

Сцепление колёс с рельсами не позволяет колёсам вращаться на одном месте (боксовать). Пока усилие пара на поршень соответствует максимальной силе сцепления, колёса будут катиться’по рельсам и перемещать паровоз. Но едва лишь оно превысит максимальную силу сцепления, как колёса начнут проскальзывать или будут вращаться на одном месте (боксовать). В этом случае движение паровоза вперёд может прекратиться. Поэтому сила тяги по машине не должна быть больше силы тяги по сцеплению. Конструкторы в своих расчётах всегда стремятся максимально использовать сцепление колёс с рельсами. Чем оно больше, тем больше сила тяги паровоза. Между силой тяги паровоза и сцепным весом установлена определённая зависимость. В момент трогания паровоза (т. е когда скорость его близка нулю) сила тяги (сила сцепления) каждой колёсной пары будет примерно в четыре раза меньше той нагрузки, которую колёсная пара передаёт на рельс. Если сцепной вес Рк паровоза, имеющего, например, пять сцепных колёсных пар, равен 100 т, то на каждую колёсную пару (при равномерном распределении нагрузки) приходится 20 т (20 000 кг). Значит, сила тяги одной колёсной пары будет равна 20:4 = 5/п(5 000 кг), а сила тяги FK пяти колёсных пар — 2Щт (25 000 кг). Из сказанного можно сделать такой вывод: если наибольшую-силу тяги FK разделить на сцепной вес Рк паровоза, то получим число, которое называется коэффициентом сцепления (обозначается фк). Например, в нашем случае коэффициент сцепле* ния равен фя =25 000: 100 000 = 0,25. Иными словами, коэффициентом сцепления называется отношение наибольшей силь1 тяги паровоза при отсутствии боксования к сцепному весу паровоза. Вес паровоза можно считать величиной постоянной. Значит сила тяги зависит от коэффициента сцепления. Чем больше коэффициент сцепления, тем лучше используется сцепной вес паровоза, тем большую силу тяги он может развить. На практике величина коэффициента сцепления колеблется в широких пределах и главным образом зависит от состояния и степени износа поверхностей рельсов и бандажей, искусства машиниста управлять паровозом, скорости его движения и т. д. Из всех возможных значений коэффициента сцепления в расчётах принимается то его значение, которое позволяет реализовать наибольшую силу тяги. Итак, сила тяги паровоза не может быть больше силы сцепления движущих колёс с рельсами. Таков закон сцепления — важнейший закон движения локомотива. Большая сила тяги позволяет возить более тяжёлые поезда. Так, например, если при коэффициенте сцепления 0,24 паровоз может вести состав весом 3 000 т, то при коэффициенте сцепления 0,25 паровоз способен вести состав весом 3 125 т, т. е. на 125 т больше. Иначе говоря, даже незначительное (на одну сотую) повышение коэффициента сцепления позволяет значительно повысить вес состава. Что может дать повышение коэффициента сцепления? Предположим, что по однопутной линии пропускается 24 пары грузовых поездов. Следовательно, в нашем примере, в первом случае по линии может быть за сутки перевезено грузов 24 • 3 000 = = 72 000 т брутто, а во втором случае 24-3 125 = 75000 т, т. е. на 3 800 т брутто больше в каждом направлении. Иными словами, только за счёт повышения коэффициента сцепления пропускная способность линии может быть увеличена более чем на один поезд. Большинство машинистов наших железных дорог водит поезда, вес которых на 15—20% превышает нормы, а машинисты, в совершенстве владеющие искусством скоростного вождения тяжеловесных поездов, водят поезда полуторного и даже двойного веса. В 1954 г. по сети железных дорог прошло более 2 млн. тяжеловесных поездов, в которых перевезено сверх нормы свыше 700 млн. т грузов, а за первое полугодие 1955 г. около 400 млн. т. Передовые машинисты-тяжеловесники на деле доказали возможность значительного увеличения коэффициента сцепления. Они постоянно вносят существенные поправки в технические нормы веса и скорости поездов, утверждая новые, прогрессивные нормы, и тем самым способствуют более эффективному использованию мощности паровозов.

Котёл не может выработать пара больше определённого количества. Следовательно, и паровая машина сможет потреблять пара лишь столько, сколько его вырабатывает котёл, не больше. В этом заключается существенная особенность работы паровоза. Что же понимают под паропроизводительностью котла и чем оценивается его работа? Вспомним, что тепло газов сгорания передаётся воде через стенки огневой коробки и жаровых и дымогарных труб, которые снаружи омываются водой, а изнутри — газами. Объём котла, занятый водой, называют водяным объёмом. Например, у паровоза серии ФД он равен 13,47 ж3. Поверхность воды, через “которую выделяется пар, называется зеркалом испарения. Площадь зеркала испарения котла паровоза серии ФД приблизительно составляет 11,85 ж2. Поверхности котла, омываемые с одной стороны газами, а с другой — водой, принято называть испаряющей поверхностью нагрева котла. Она измеряется со стороны воды. У паровоза серии ФД испаряющая поверхность нагрева котла составляет 295 ж2. В зависимости от условий работы с каждого квадратного метра поверхности нагрева можно сиять различное количество пара в час. Работоспособность котла обычно оценивается потому количеству пара в килограммах, которое он даёт в течение часа не со всей поверхности нагрева, а только с 1 ж2 её. Именно это количество пара называется форсировкой (или интенсивностью парообразования) котла. Для паровозников эта величина очень важна, ибо от форсировки котла зависят, в конечном счёте, вес и скорость поезда. Чем больше пара образуется с 1 ж2 поверхности нагрева за один час, т. е. чем больше форсировка котла, тем больше паровая машина может расходовать пара. Располагая большим запасом пара в котле, машинист может направлять в цилиндры машины большее количество пара, т. е. увеличивать отсечку, а значит, и силу тяги. Однако при одной и той же форсировке котла сила тяги FK паровоза уменьшается с увеличением скорости. Так как котёл сообщается с цилиндрами паровой машины посредством золотников, то чем выше скорость паровоза, т. е. чем большее число оборотов делают движущие колёса в единицу времени, тем большее число раз золотники откроют окна для впуска пара в цилиндр. Отсюда ясно, что если машинист не уменьшит отсечки, то общий расход пара должен увеличиться с увеличением скорости. Но при одной и той же форсировке общий расход пара машиной должен оставаться постоянным независимо от скорости. Чтобы это условие выполнить при увеличении числа оборотов движущих колёс, надо уменьшить степень наполнения, т. е. отсечку. Но при уменьшении отсечки в цилиндр поступит меньшее количество пара. Поэтому за каждый ход поршня среднее давление пара на поршень уменьшится и уменьшится сила тяги. Значит, при одной и той же форсировке котла с увеличением скорости будет происходить постепенное уменьшение силы тяги.

Если бы конструкторы спроектировали паровоз с большой силой тяги по сцепному весу и по котлу, но со слабой машиной, то такой паровоз оказался бы крайне неудачным. Он не смог бы реализовать наибольшие значения силы тяги по котлу и сцеплению из-за непреодолимого «барьера», создаваемого слабой паровой машиной. Избыток силы тяги по котлу и по сцепному весу оказался бы «мёртвым грузом», так как не оправдывался бы размерами паровой машины. Недостаточная мощность паровой машины по сравнению с мощным паровым котлом и большим сцепным весом паровоза не позволила бы такому паровозу развить силу тяги больше некоторой определённой величины, ограниченной размерами машины. Вот почему при расчёте основных размеров паровоза инженеры стараются выбрать такой вариант решения, который равным образом обеспечивал бы одновременную реализацию высокой силы тяги по сцеплению, силы тяги по котлу и силы тяги по машине (всех вместе). С помощью увеличителя сцепного веса на некоторых паровозах становится возможным привести в соответствие недостаточный сцепной вес с относительно мощным котлом и машиной. ГРАФИК СИЛЫ ТЯГИ Чтобы нагляднее представлять себе одновременно величины силы тяги по сцепному весу, котлу и машине в зависимости от скорости, пользуются так называемыми тяговыми характеристиками паровоза (графиками сил тяги). На таком графике (фиг. 134) нанесены кривые изменения силы тяги в зависимости от скорости для различных значений форси-ровок и отсечек. Из фиг. 134 видно, что чем выше форсировка при одной и той же скорости, тем больше сила тяги, но она не может быть выше силы тяги по сцеплению. Например, пользуясь графиком фиг. 134, можно определить, что при форсировке 70 кг/м2час и отсечке 0,6 паровозом может быть реализована сила тяги 20 200 кг. Скорость паровоза при этом будет 23,5 км/час. При той же форсировке, но при отсечке 0,4 сила тяги упадёт до 11 500 кг, но скорость паровоза увеличится до 50 км/час. Таким образом, пользуясь этим графиком, мы можем определить силу тяги паровоза, а следовательно, и вес поезда при различных режимах работы паровоза и его скорости. Кроме указанных графиков, строятся также графики и для определения расхода пара и топлива на единицу мощности в зависимости от различных режимов работы паровоза. Эти графики известны под названием расходных характеристик. Тяговые и расходные графики получаются в результате специальных испытаний паровозов. По ним судят о конструктивных и эксплуатационных качествах данного паровоза, сравнивают его с другими паровозами. Поэтому указанные графики часто называют паспортными характеристиками, а книжки, в которых они помещены, — паспортами паровозов.

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