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

Железная дорога между Ливерпулем и Манчестером стала решающим успехом, который понимали ее современники. Историк Генри Бут писал: «Скорость – отправка – расстояние – все еще относительные величины, однако их значение за последние месяцы изменилось». Джордж Стефенсон смог не обращать внимания на стоимость и претворить в жизнь свой принцип относительно того, что уклоны должны быть как можно более плавными. После завершения строительства оказалось, что стоимость дороги увеличилась вдвое. Впоследствии тоже без дополнительных расходов не обошлось. На одном участке длиной 2 мили у горы Олив, недалеко от Ливерпуля, колея местами шла под уклоном 80 футов. Через тоннель длиной 1¼ мили, тоже в районе Ливерпуля, градиент составил 2,1 процента, и в первое время поезда затаскивали на наклонную плоскость с помощью стационарного двигателя, которые убрали только в 1832 году. Другой чертой инженерии Стефенсона, которая увеличила стоимость, но заставила замолчать критиков, была постройка для дороги огромной насыпи напрямик через илистую трясину Кошачье болото. Весьма примечательным стал арочный виадук Санки, проложенный через долину Санки, – самый ранний железнодорожный виадук в мире. Но не он, а паровой локомотив, который Джордж Стефенсон и его сын построили для новой железной дороги, положил конец всем сомнениям в том, сможет ли паровоз заменить лошадь.

Джордж Стефенсон убедил энтузиастов провести публичные испытания и предложить приз 500 фунтов за лучший локомотив, который будет отвечать установленным условиям – весу, скорости, тяговому усилию. Из четырех локомотивов, принявших участие в соревновании, проведенных 6—14 октября 1829 года, два столкнулись с техническими трудностями, а третий оказался слишком слабым. Верх одержала «Ракета» Стефенсона (рис. 9.15), отвечавшая всем поставленным условиям. Во время второго пробега локомотив провез экипаж с пассажирами со скоростью 25–30 миль в час. В этом паровозе сконцентрировались черты, особенно важные для эффективного парового локомотива. Котел Стефенсона был многотрубный, оснащенный 25 медными трубами диаметром 3 дюйма. По ним шел поток горячих газов в дымовую трубу. И совершенно не важно, узнал ли Стефенсон о такой компоновке от Марка Сегена (1786–1875) или француз от него. Возможно, оба разработали ее независимо, как это сделал Джон Стивенс в Америке. Важно лишь то, что Стефенсон использовал ее в своей «Ракете», повысив термическую эффективность двигателя и мощность парообразования. Топка, расположенная в задней части котла, была окружена водяными отсеками – водяными петлями, чтобы сберегать жар. Эти детали со времен Стефенсона не слишком изменились. Стефенсон отправлял отработанные газы в дымовую трубу, а наличие отверстий предохраняло от взрыва. Согласно первому биографу Стефенсона Сэмюэлу Смайлсу, он таким образом удвоил мощность двигателя. Цилиндры располагались под наклоном, но поршни были соединены напрямую с ведущими колесами. «Ракета» с тендером весила около 7¼ тонны. Некоторые паровые локомотивы XX века с тендерами весили 500 тонн.

Рис. 9.15. «Ракета» Стефенсонов

После победы «Ракеты» Стефенсоны несколько модифицировали конструкцию двигателей. Они сделали цилиндры горизонтальными и расположили их в передней части локомотива, чтобы те двигались назад к главной оси. Место оператора двигателя находилось позади котла, так чтобы и он, и кочегар могли следить за огнем и работой двигателя. Много лет европейские локомотивы были с внутренними связями, иначе говоря, шатуны были связаны с кривошипами в осях между колесами. Американские конструкторы довольно рано начали строить локомотивы с наружными связями, с шатунами с внешней стороны ведущих колес. Были и другие перемены, однако можно с уверенностью утверждать, что последующие модели локомотивов были, в большинстве своем, всего лишь модификациями в некоторых деталях «Ракеты» Джорджа и Роберта Стефенсонов.

Рис. 9.16. Четырехколесная тележка XVI в. на рельсах

Совершенствование рельсовых путей началось сразу после того, как испытания в Рейнхилле показали возможность практического применения локомотивов. Самые разные рельсы использовались под землей в средневековых шахтах. Первая иллюстрация четырехколесной тележки на рельсах (рис. 9.16) была опубликована в 1519 году. Представляется, что германские шахтеры принесли эту идею на угольные шахты Нортумберленда в Британии около 1600 года – не первый и не последний раз, когда привозной труд положил начало важным изменениям в стране. Не надо было обладать особенно богатым воображением, чтобы перенести рельсы из подземелья на причал ближайшего водного пути, и никакого воображения вообще не требовалось, чтобы нагрузить тележки другими грузами, помимо угля и руды. «Вагоны» тянули или толкали лошади.

Рис. 9.17. Гранитная дорога в Квинси, одна из первых в США, 1826 г.

Следующим усовершенствованием стало прикрепление железных полос к деревянным рельсам, а потом – установка металлических шин на колеса. Эти два усовершенствования снизили сопротивление движению и продлили срок службы как колес, так и рельсов. Так возникли частные трамвайные линии XIX века. Среди них можно назвать 3-мильную железную дорогу в Квинси, Массачусетс, построенную в 1826 году (рис. 9.17), по которой перевозили гранит из каменоломни на причал для последующей транспортировки к месту строительства монумента Банкер-Хилл, маяка на Майнот-Ледж, здания Бостонской таможни и других памятных сооружений. Эта дорога была лучше всех известна, пусть даже не была самой первой в Соединенных Штатах.

Первая железная дорога протяженностью 8 миль, изначально предназначенная для перевозки пассажиров, была построена от реки Темза в Лондоне на юг до Кройдона, где сегодня находится первый крупный лондонский аэропорт. Эта дорога, получившая название Суррейской, была открыта в 1803 году. Позже она была продлена и работала до 1846 года. Компании, ее эксплуатировавшие, платили сборы и владели или нанимали экипажи. По своей сути эта дорога мало чем отличалась от лежневой, но была сделана по образцу конножелезной дороги. Лежневые дороги впоследствии были популярны в американских и канадских общинах, где было много лесов и, значит, дешевые лесоматериалы, а время мощенных камнем дорог еще не пришло. Хотя лежневые дороги были частными, они были открыты для всех после уплаты сборов. Экипажи предоставлялись владельцами дороги.