Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

По мнению многих специалистов, именно Ричард Тревитик первым показал, что сцепление гладких колес и гладких рельсов достаточно при небольших уклонах, и первым использовал паровую струю в дымовой трубе для увеличения тяги, а также попарно соединил четыре колеса транспортного средства, сделав их все ведущими. Это попарное соединение он выполнил с помощью передачи. В двигателе имелся только один цилиндр, и существовала опасность, что поршень застрянет в мертвой точке в момент остановки. Тревитик также использовал пламя отходящих газов в своих котлах. Все это предстояло скоординировать и усовершенствовать, прежде чем паровой двигатель локомотива будет признан экономичным и полезным на практике.

Рис. 9.14. Кольцевая железная дорога Тревитика в Лондоне в 1808 г.

Вряд ли стоит говорить, что такой безусловный талант, как Ричард Тревитик, непременно достиг бы успеха, если бы попытался все это сделать. Но он не пытался. Он занимался драгированием, строил тоннель под Темзой, совершенствовал свои стационарные двигатели и в 1816 году отправился в Перу на шахты, где оставался до начала войны за независимость от Испании. Есть сведения, что он планировал железную дорогу в Центральной Америке от Атлантики до Тихого океана. В 1827 году в Венесуэле он встретился с Робертом Стефенсоном (1803–1859), который также работал на шахтах. Те, кто знает политическую историю Британии и ее роль в освобождении республик Латинской Америки, увидят здесь нечто большее, чем простая антипатия к плохому управлению испанской монархии. Поскольку Тревитик был беден, Стефенсон снабдил его средствами. Вскоре они вернулись домой. Стефенсон добился славы в строительстве железных дорог и мостов, а Тревитик, один из самых талантливых британских изобретателей, умер в нищете.

Джон Бленкинсоп (1783–1831) в 1811 году построил локомотив для железной дороги. Он мог везти 94 тонны со скоростью 3½ мили в час на ровной дороге и преодолевать уклон более 5 градусов. По предложению Мэтью Мюррея из Лидса двигатель имел два цилиндра, причем кривошипы были расположены под прямым углом, чтобы преодолеть мертвые точки. Этот принцип был использован в последующих проектах локомотивов. Двигатель Бленкинсопа мог приносить доход, но работал нестабильно, и, в конце концов, его котел взорвался. Отец Роберта Стефенсона Джордж (1781–1848), талантливый самоучка, видел недостатки творения Бленкинсопа. Он решил, что сможет построить лучший «путешествующий двигатель», чем существовавшие. Еще до завершения работ он внес многие усовершенствования, необходимые для технической эффективности и экономического успеха паровых локомотивов на рельсах.

Стефенсон вернулся к использованию гладких колес и рельсов. Свой первый паровоз он назвал «Блюхер» в честь прусского генерала, воевавшего с Веллингтоном против Наполеона, и испытал его в Киллингсуорте 25 июля 1814 года. Двигатель имел два вертикально поставленных паровых цилиндра и котел. Цилиндры имели диаметр 8 дюймов и 2-футовый ход поршня. Поршни двигались вверх к крейцкопфам, откуда движение передавалось вниз по обе стороны котла через шатуны на кривошипы. Кривошипы были расположены под углом 90 градусов друг к другу, чтобы избежать остановки в мертвой точке. Оси были соединены посредством передаточных цепей и звездочек, так что все колеса, как у Тревитика, работали одновременно. Стефенсон сделал цилиндрический котел из кованого железа длиной 8 футов и диаметром 2 фута 10 дюймов с проходящей через него дымоотводной трубой. Как ранее поступил Тревитик, он отвел отработанный пар в дымовую трубу, тем самым повысив тягу. Локомотив Стефенсона тянул поезд из тридцати вагонов в угольной шахте со скоростью 4 мили в час. Но он был слишком дорогим, чтобы эксплуатироваться постоянно. Нужны были усовершенствования.

В 1815 году Стефенсон построил второй паровоз, в успехе которого был совершенно уверен, но, как выяснилось, зря. К 1818 году он пришел к выводу, что необходимо больше узнать о сопротивлении, которое его локомотив должен преодолеть. Главных было три. Это трение осей, трение колес и рельсов и сила гравитации на уклонах. Он сконструировал инструмент для измерения сопротивления поезда тяговому усилию двигателя и с помощью Николаса Вуда (1795–1865) сделал важнейшее открытие для всех будущих строителей-железнодорожников. Оказалось, что трение постоянно при любой скорости. Сопротивление вагонов на ровном прямолинейном участке достигает примерно 10 фунтов на длинную тонну. Но даже такой небольшой подъем, как 1 фут на 100, требует дополнительного усилия в 22,4 фунта на длинную тонну, чтобы преодолеть силу гравитации. Иными словами, однопроцентный градиент более чем в два раза увеличивает сопротивление движению в сравнении с ровным участком, а значит, тяговое усилие локомотива должно увеличиться больше чем в три раза. Стефенсон посчитал очевидным следующий факт: чтобы железнодорожные локомотивы стали практичными и успешными, они должны работать на максимально ровных путях. Этот важнейший фактор не был применен к первому железнодорожному пути, который Стефенсон начал строить в 1822 году, чтобы соединить угольные разработки Дарлингтона с портом в Стоктоне-на-Тис. Ни средства, ни профессиональный опыт строителей не могли сделать местность идеально ровной. На пути имелось несколько наклонных плоскостей со стационарными двигателями, и на некоторых участках даже приходилось использовать лошадей. Два локомотива, однако, стали заметными усовершенствованиями по сравнению с третьим. В день открытия дороги, 27 октября 1825 года, локомотив номер 1 тронулся в путь с грузом общим весом 90 тонн в 36 вагонах и 600 пассажирами со скоростью 12 миль в час.

Немного раньше в том же году Николас Вуд в первом издании своей книги A Practical Treatise on Railroads написал: «Я далек от мысли объявить миру, что нелепые ожидания, вернее, фантазии исполненного энтузиазма мечтателя будут реализованы, и мы увидим движение поездов со скоростью 12, 16, 18 и даже 20 миль в час. Ничто не может больше повредить их совершенствованию, чем обнародование подобной чепухи». Во втором издании его книги в 1831 году этой фразы не было.

Стоктонская и Дарлингтонская железные дороги привлекли внимание всего мира. Планы, которые некоторое время без особого энтузиазма рассматривались в самых разных местах, наконец обрели форму. Депрессия остановила некоторые из них, но ненадолго. Экономическое значение лучшей связи между текстильным городом Манчестером и портом Ливерпуль, тогда проходившей по Бриджуотерскому каналу Бриндли, было очевидно. В 1797 году прорабатывался вопрос об организации конной трамвайной линии, в 1822 году он возник снова, и в 1826 году, наконец, был выбран прямой путь. Джордж Стефенсон стал главным инженером, его сын Роберт строил локомотивы и отвечал за сооружение земляного полотна. Молодые инженеры, которых он собрал вокруг себя, тоже работали с неиссякаемым энтузиазмом.