Сергей Григорьев - Паровоз

Из золотниковых коробок пар пропускается в цилиндры золотниками то с одной стороны, то с другой. Посмотрим теперь, как и чем движутся золотники. Так как золотники распределяют пар, то приводы для их движения называют «парораспределительными механизмами». Есть несколько устройств-парораспределения для паровозов.

На нашем паровозе парораспределение Гейзингера или, как иногда короче говорят, « кулисса Гейзингера» по названию существенной части этого привода. Кулисса Гейзингера состоит из нескольких связанных между собою тяг и рычагов, игрой которых вы любовались со стороны во время хода паровоза. Они то скрещиваются, то расходятся, движутся то в одну, то в разные стороны, одни скользят, другие качаются и хотя глаз сразу ловит многократное повторение движений, но общую картину его усваивает с трудом — глядя со стороны кажется, что движение кулиссного механизма мудрено и непостижимо. Чтобы показать, что это не так, что, напротив, парораспределительный механизм паровоза прост и доступен пониманию, мы расчленим его движение на части, чтобы затем вернуться ко всей картине движения в целом.

Парораспределительный механизм, или коротко «кулисса Гейзингера», представляет собою сочетание нескольких тяг (штанг) и рычагов, получающих свое движение от поршня и от связанного с ним посредством шатуна и кривошипа ведущего колеса . Движение кривошипа нам достаточно знакомо: центр его пальца, а стало-быть и конец надетого на палец шатуна, совершают круговые движения вокруг центра колеса, конец же шатуна, соединенный шарниром с крейцкопфом, движется прямолинейно взад и вперед от одного мертвого положения до другого. Прежде чем приступить к разбору «кулиссы Гейзингера», нам нужно ознакомиться с некоторыми простыми свойствами рычага. У двуплечего рычага точка опоры, или ось вращения в шарнирном соединении, помещается между концами, а у одноплечего на конце его. При движении рычага вокруг его оси концы его движутся по окружности, как и любая из отмеченных на рычаге точек, и чем дальше возьмем от оси рычага на нем точку, тем бо́льший путь они описывают, и наоборот. В рычаге первого рода точки, отмеченные на разных его концах, движутся при вращении рычага в разные стороны, а в рычаге второго рода — в одну сторону. Само собой понятно, что в рычаге первого рода, т.-е. двуплечем, точки любого его плеча, лежащие по одну сторону от точки опоры (оси), можно считать точками рычага второго рода: они движутся в ту же сторону, как и конец рычага. Эти известные из курса физики свойства рычагов дают нам способ приложить их для перемены направления движения и для уменьшения его размаха. Если рычаг при движении какой-нибудь машины качается между двумя крайними положениями, то мы можем занимать движение в разных расстояниях от оси качания и с той, или иной стороны ее; вот почему мы можем, пользуясь рычагом, перемещать золотник помощью тяги, укрепленной шарниром в избранной точке рычага, в желательном для нас направлении и на заданную величину .

Рис. 12. Схема для модели эксцентрика опережения кулиссного механизма Гейзингера. Точка С неподвижна.

Менять направление движения золотника для нас необходимо потому, что машина паровоза должна быть реверсивна (обратима), т.-е. иметь прямой (вперед) и обратный (назад) ход. Если бы речь шла только об одном ходе, то мы могли бы устроить очень простой парораспределительный механизм. Вспомним подвижной рисунок, которым мы пользовались, рассматривая различные положения поршня в цилиндре при впуске и выпуске пара. Сделаем такой рисунок, прикрепим его к чертежной доске или к доске стола, вырежем из бумаги, как и прежде, поршень и золотник с их штоками, согласно размерам в миллиметрах, написанных на рисунке 9; наложим их на рисунок так, чтобы поршень был в правом мертвом (крайнем) положении. Затем возьмем полоску бумаги длиною в 200 миллиметров и сколем один ее конец с концом поршневого штока (крейцкопф) кнопкой так, чтобы кнопка лежала своим кружком на рисунке, а острием вверх; другую кнопку так же снизу воткнем в конец золотникового штока. Припомним, что, когда поршень находится в правом крайнем положении (обозначенном цифрой I), золотник должен быть сдвинут со своего среднего места и открывать внутренней кромкой правого своего поршенька впуск пара в правый впускной канал цилиндра; в то же время в левой стороне должен быть открыт выпуск пара. Расстояние, на которое сдвинута кромка поршенька от края впускного канала, называют линейным опережением выпуска. В нашем паровозе «С» это очень небольшая величина, — всего 4 миллиметра! Прикиньте глазом это смещение, и вы поймете, насколько точно конструируются (строятся) современные паровозы. Как ни огромен паровоз, но в его машине излишек или нехватка в размере одного миллиметра, то, что металлисты называют «допуском», имеет очень большое значение.

Установив, как сказано, золотник на нашем подвижном рисунке, наколем теперь полоску бумаги на острие кнопки, торчащее из-под конца золотникового штока, на расстоянии 20 миллиметров от верхнего конца, а конец полоски приколем к чертежной доске или к столу, на котором лист рисунка лежит, кнопкой или булавкой. Теперь осторожно начнем двигать поршень так, как бы он двигался в натуре, и не давая золотнику сдвигаться в стороны, будто он движется в своей камере. Наблюдая взаимные перемещения поршня и золотника, мы увидим, что они в точности соответствуют тому, что должно происходить при работе машины паровоза: золотник своевременно впускает и выпускает пар, и под его давлением поршень должен притти в возвратно-поступательное движение. Подобное парораспределение и устраивается в паровых насосах Вортингтона, где не надо ни менять скорости движения, ни его направления. Для паровоза ограничиться таким устройством нельзя. Поэтому в кулиссном приводе Гейзингера движение золотника от рычага, присоединенного к концу поршневого штока, применяется единственно для предварения впуска и выпуска, почему верхнее плечо рычага делается очень коротким, т.-е. шарнирное соединение золотникового штока с рычагом очень близко к его неподвижному на нашем рисунке концу; рычаг этот, следуя за движением кривошипа, если смотреть со стороны, качается, подобно маятнику, почему его и называют иногда маятником кулиссного механизма (на рисунке 11 маятник обозначен буквой L). Посмотрев на паровоз, вы после сказанного легко отыщете маятник; при этом вы, конечно, обратите внимание на то, что нижним своим концом маятник соединен шарниром не прямо с крейцкопфом, а посредством серьги к отростку, протянутому вниз от крейцкопфа. Сделано это для избежания подергиваний привода, искажающих его работу. Эти подергивания и вас, наверное, неприятно удивят, когда вы будете работать с своим подвижным рисунком. Дело в том, что крейцкопф движется по прямой линии (эта линия — ось цилиндра), а нижний конец маятника, качаясь, движется по дуге круга и, если он не особенно длинен, от этого подергивает золотниковый шток, раскачиваясь слегка вверх и вниз. Присоединяя маятник к отростку крейцкопфа, мы можем его сделать более длинным, и тогда его нижний конец будет двигаться по окружности большего радиуса, и поэтому путь его будет более похож на прямолинейный, отчего подергивания вверх и вниз станут меньше, а если сделать еще промежуточную серьгу (Г на рис. 11), то она и совсем устранит подергивание маятника; выгода устройства серьги еще та, что благодаря ей мы можем укоротить золотниковый шток и, подвинув привод ближе к цилиндру, дать простор другим частям кулиссного механизма. Именно так и устроено «опережение» впуска в парораспределении нашего паровоза. На рис. 12 даны в миллиметрах размеры маятника, отростка и серьги, подходящие к модели цилиндра с золотником, изображенных на рисунке 9.