ВВЕДЕНИЕ:
Тема моей статьи развитие технологий железнодорожного транспорта Я выбрал эту тему, так-как мне стало интересно как создавался и развивался железнодорожный транспорт. Цель моей работы – в том чтобы изучить эту область для дальнейшего поступления в колледж.
Моя задача состоит в том чтобы понять и изучить принцип работы парового двигателя для того чтобы сделать его макет самому. Проектным продуктом будет паровой двигатель который я сделал сам.
Актуальность моего проекта состоит в том чтобы донести до слушателей что такое паровой двигатель и как его применяли в первых поездах. Искал информацию в различных источниках в основном это были книги и интернет.
1 - С ЧЕГО ВСЕ НАЧИНАЛОСЬ
В 1804 году Ричард Тревирик построил паровоз под названием «Поймай меня, если сможешь !». В общем-то, это тоже была аттракцион. Посмотреть на то, что происходит внутри, и даже прокатиться на чудо – машине можно было только по билетам. Но к сожалению , чугунные рельсы часто лопались, и поэтому паровоз сходил с рельс. А поймать его было совсем несложно, ведь двигался он со скоростью всего шесть километров в час. Чуть быстрее обычного пешехода. Вскоре любопытствующая публика потеряла к нему интерес, да и сам паровоз потерпел крушение: опрокинулся и получил серьёзные повреждения. Но в один из дней, когда он ещё грохотал по рельсам, на это диво пришёл посмотреть Джордж Стéфенсон механик –самоучка из одного шахтёрского городка. Увиденное так впечатлило его, что через десяток лет он построил свой паровоз, который и считается родоначальником не только британского, но и вообще мирового железнодорожного транспорта .
2 - Изобретения Джорджа Стефенсона
Для того чтобы облегчить вывоз угля на поверхность, Джордж Стефенсон сначала построил паровую машину, которая с помощью каната тянула вагонетки. А в 1814 году Стефенсон спроектировал свой первый локомотив, предназначенный для буксировки вагонеток с углём для рудничной рельсовой дороги. Этот паровоз ездил не больше километра в час . Стефенсон снова приступил к работе. Необходимо было построить такой паровоз, который мог бы тянуть большие тяжести и передвигаться при этом значительно быстрее лошади. И вот появляется его второй паровоз, который казался тогда настоящим чудом. Это был первый в мире удачный опыт постройки локомотива, использующего для создания тягового усилия силу трения между гладкими колёсами с ребордами и гладкими металлическими рельсами. Он мог вести состав общим весом до 30 тонн. Машина получила название Блюхер в честь прусского генерала Гебхарда Фон Блюхера, прославившегося своей победой в битве с Напалеоном при Вотерлоо.С этих пор строительство паровозов стало главным делом его жизни. В следующие пять лет Стефенсон построил ещё 16 машин.Опыты Стефенсона получили признание, и в 1820 году его привлекли к проектированию и строительству 13-километровой железнодорожной линии от угольной шахты Хэттон до Сандерленда. На ней использовалась комбинированная тяга: в одном направлении (вниз) состав двигался под действием сил гравитации, а обратно (наверх) затягивался с помощью парового локомотива. Эта дорога стала первой, на которой удалось полностью отказаться от мускульной силы животных в пользу механической тяги. В 1821 году началось проектирование железной дороги Стоктон-Дарлингтон . Первоначальным проектом предусматривалось использование конной тяги для передвижения телег с углём по металлическим рельсам. После консультации со Стефенсоном директор компании Эдвард Пис согласился изменить планы и перейти на паровую тягу. В 1822 году Стефенсон приступил к работе. В 1823 году он основал в Ньюкасле первый в мире паровозостроительный завод, на котором уже в сентябре 1825 года был готов новый локомотив, получивший название «Эктив» , а впоследствии переименованный в Локомоушен 1. Открытие линии состоялось 27 сентября 1825 года. «Локомоушен», управляемый самим Стефенсоном, провёл состав, нагруженный 80 тоннами угля и муки. 15 километров поезд преодолел примерно за два часа, показав среднюю скорость порядка 7,5 км/ч, но на некоторых участках он разгонялся до 39 км/ч . Помимо груза в составе поезда был открытый пассажирский вагон «Эксперимент» , в котором ехали члены приёмочной комиссии. Это был первый в мировой практике случай использования железной дороги с паровой тягой для перевозки пассажиров.Уже при строительстве железной дороги Стоктон-Дирлингтон Стефенсон убедился в том, что малейшие подъёмы существенно снижают скорость движения локомотива, а на уклонах примитивные тормоза становятся неэффективны. Исходя из этих наблюдений, Стефенсон пришёл к выводу, что в будущем на новых железных дорогах следует избегать больших неровностей рельефа. При проектировании линий Болтон-Ли и Ливерпуль-Манчестер Стефенсоном были решены сложные задачи железнодорожной техники: заложены несколько сложных выемок, насыпей, мостов, призванных сгладить продольный профиль пути, применены железные рельсы на каменных опорах, способствующие увеличению скорости движения паровоза. Проект L&MR вызвал серьёзное недовольство землевладельцев, интересы которых он затрагивал, и в ходе парламентских слушаний был отклонён. На следующей сессии существенно переработанный проект был принят к исполнению. Сложность его состояла в том, что изменение маршрута привело к необходимости прокладки линии через торфяные болота ЧетМос.В 1829году, когда строительство L&MR уже близилось к завершению, решено было провести сравнительные испытания нескольких локомотивов от разных поставщиков, с тем чтобы выбрать наилучший. Стефенсон выставил на конкурс свой паровоз ракета Его соперниками были:
· СайклопедТомаса Шоу Брэндрета
· Новелти Джона Эрикссона и Джона Брэйтвэйта
6октября 1829года состоялись гонки, вошедшие в историю, как Рэйнхиские испытания.
Паровоз Стефенсона оказался единственным, успешно завершившим все испытания. Он показал среднюю скорость 19 км/ч с грузом 13 тонн. При этом максимальная скорость достигала 48 км/ч. Блистательная победа стефенсоновской «Ракеты» сделала её, пожалуй, самым знаменитым механизмом в истории техники. Состоявшаяся 15 сентября 1830 года церемония открытия железной дороги Ливерпуль-Манчестер стала очень важным событием государственного масштаба.
3 - Паровоз Черепановых
Ефим Черепанов был крепостным, приписанным к одному из заводов, принадлежавших Демидовым. В 1822 году он дослужился до главного механика Тагильских заводов и занимал этот пост до смерти в 1842 году. Его сын Мирон учился у отца, затем стал его заместителем и преемником на ответственном посту главного механика. В 1820 году отец и сын интересовались паровыми машинами. Для изучения машинного дела Ефим в 1825 году ездил в командировку в Скандинавию, а спустя восемь лет Мирон изучал железные дороги в Англии, чтобы перенять опыт. В 1833 году Мирон отправился в командировку в Петербург, а оттуда его направили в Англию. Прибыв на остров, Черепанов начал изучать металлургию английских заводов. Данное ему поручение включало знакомство с английскими паровыми машинами и металлообрабатывающими станками, но не с железными дорогами. Мирон по собственной инициативе изучил устройство железных дорог Великобритании. В октябре 1833 года Мирон Черепанов вернулся на Выйский завод. При поддержке квалифицированных работников завода отец и сын создали проект своей «паровой телеги». Детали будущего паровоза изготавливали на Выйском заводе и других предприятиях Нижнего Тагила. В феврале 1834 года прошли первые испытания паровоза Черепановых. Но в марте того же года у паровоза взорвался котел. Механики решили создать новый, снабженный большим числом дымогарных трубок. Работа была сделана в течение марта - апреля, и новый котел паровоза был снабжен 80 трубками. Параллельно велась работа по постройке чугунной рельсовой дороги, длина которой достигала 854 метров. В начале сентября 1834 года чугунная дорога открылась, и паровоз Черепановых покинул сооруженное для него деревянное депо. Мирон Ефимович лично управлял транспортным средством. К паровозу был прикреплен фургон, содержащий запас воды и дров. Позади него помещалась открытая повозка, сев в которую, желающие могли проехаться по рельсовой дороге. 9 сентября 1834 года Выйский завод посетил губернатор Пермской губернии Г.К. Селастеник. Желая познакомиться с местными достопримечательностями, чиновник прокатился на паровозе Черепановых. Осенью того же года под руководством Черепановых начали готовить второй «паровозный дилижанс», и к марту 1835 года работа была завершена. Новый паровоз мог возить грузы до шестнадцати тонн. Еще после испытаний первого паровоза отец и сын Черепановы предлагали начальству идею создания рельсовой дороги, по которой можно было бы возить руду. Работа началась вскоре после пуска второго паровоза. Черепановы начали эту работу на свой страх и риск, потому что у них еще не было разрешения начальства. Среди руководства заводов было немало противников идеи «пароходных повозок», а перспектива создания чугунной дороги сократила бы прибыли извозопромышленников, которые тоже противодействовали ее созданию.
Летом 1835 года об изобретении Черепановых узнала общественность в столице: статьи о них были напечатаны во многих журналах. Газеты писали и об идее рудовозной дороги. Широкая огласка заставила управляющих Выйским заводом принять проект Черепановых. Спроектированная Мироном Черепановым рельсовая дорога давала возможность перевозить медную руду из рудников на завод в открытых вагонетках.
4 - История пассажирских паровозов
Уже в 1880-е годы XIX века начало ощущаться отсутствие пассажирских паровозов, отвечающих всем потребностям, особенно по силе тяги. Выходить из положения приходилось, цепляя к составу два паровоза.Но частое использование двойной тяги или, как тогда говорили, «двойной траксы», экономически невыгодно хотя бы потому, что один поезд обслуживают две локомотивные бригады, также невыгодно это и чисто технически. Классический пример — знаменитое крушение царского поезда в 1888 году, одной из причин которого была двойная тяга, причём различными паровозами — пассажирским и товарным.В XIX веке основным типом пассажирских паровозов в России последовательно были 1-2-0 и 2-2-0. К последним относятся, например, распространённые паровозы серии П различных модификаций, которые с составами до 300 т на горизонтальных участках развивали скорость до 70 км/ч, или серии Д, скорость которых доходила до 90 км/ч. Но к концу XIX века они уже не удовлетворяли потребности отдельных линий, особенно Николаевской железной дороги. Прямолинейность этой дороги была благоприятным условием для высоких скоростей. По этой дороге часто курсировали императорские поезда, салон-вагоны чиновников и другие специальные поезда. Здесь уже требовался паровоз, способный везти одиночной тягой поезд в 400 тонн со скоростью 80 км/ч.Для выполнения этих требований в 1890-е годы известный в те годы инженер и учёный, а также крупный железнодорожный администратор, профессор Н. Л. Щукин создаёт паровоз по необычной тогда осевой формуле 1-3-0. Паровоз имел двухцилиндровую машину двойного расширения пара , которые тогда широко применялись, хотя и имели существенный недостаток — при трогании с места машина могла попасть в мёртвую точку, что делало движение невозможным. Для решения этой проблемы применялись дополнительные устройства для перепускания пара между цилиндрами. Другим недостатком было торможение паровоза машиной при езде по инерции, что требовало постоянно поддерживать тягу и, соответственно, вело к перерасходу топлива.Паровоз Щукина получил серию Н и был с 1892 по 1914 выпущен в количестве около 1000 штук, став одним из самых массовых пассажирских паровозов в нашей стране. За время выпуска паровозы серии Н прошли 14 модификаций, самой распространённой из которых была НВ.С 1896 года Невский судостроительный и механический завод приступил к выпуску ещё одного паровоза типа 1-3-0 для пригородного пассажирского сообщения, получившего серию Я. Так как пригородное сообщение характеризуется частыми остановками, паровозы серии Я строились с простой машиной, а не компаундом, для которой такой режим работы крайне невыгоден из-за вышеуказанных недостатков.Одновременно с разработкой паровозов осевой формулы 1-3-0 были созданы паровозы типа 2-3-0 — «Десятиколёсники». Двухосная поддерживающая тележка, вращающаяся вокруг вертикальной оси, лучше вписывает паровоз в кривую и позволяет снизить нагрузку на ось, что было очень существенно для российских железных дорог, имевших лёгкие рельсы. При большой скорости двухосная бегунковая тележка повышает устойчивость и безопасность движения.Первыми паровозами, построенными по этой схеме, была паровозы серий А и Ж. Как и серия Н, они имели двухцилиндровые машины компаунд, но были несколько слабее. С 1890 по 1909 годы было построено около 500 паровозов этих серий. В дальнейшем, усовершенствование серии А дало серю Г, более мощную и быструю.На основе серии Ж в 1907 году на Коломенском машиностроительном заводе был создан мощный пассажирский паровоз серии К. В нём впервые котёл был поднят над большую высоту над рельсами, а топка вынесена за пределы рамы. Также в нём было применено самое революционное техническое решение того времени — пароперегреватель — устройство, заметно повышающее КПД паровоза, которое впервые было использовано в 1901 году на паровозах серии З.В 1909—1911 годах завод также построил небольшое количество паровозов типа 1-4-0 серии И, имевшие при таком большом количестве осей колёса небольшого диаметра и развивавшие скорость до 80 км/ч.К этому времени обозначилась новая проблема — высококачественный уголь был всё дороже, а переход к другому топливу — дровам и низкокалорийным углям — требовал существенного увеличения площади колосниковой решётки. В паровозах начала XX века она была равна 2,2—2,8 м² и по ширине была ограничена расстоянием внутри рамы, а по длине — возможностью ручного забрасывания топлива.Решение этой проблемы было в вынесении топки назад за пределы движущих колёс, что вызывало необходимость во введении поддерживающей оси. В Западной Европе такое решение было применено в паровозах типа 2-3-1, однако у нас такие паровозы не помещались на поворотные круги, и их эксплуатация была затруднена. Поэтому в России, а затем и в СССР самыми массовыми стали пассажирские паровозы осевой формулы 1-3-1 серий С и СУ, которых в общей сложности было построено более 3000 шт.Варианты топок пассажирских паровозов начала XX века Справедливости ради надо отметить, что существовал и другой подход к решению проблемы — создание многоцилиндровых машин, которые имели при этом более плавный ход и меньше разрушали рельсы. Однако распространения они не получили из-за чрезмерной сложности конструкции. В России недолго использовались американские паровозы формулы 2-3-0 серии В и отечественные У того же типа.В 1912 году была проведена реформа обозначений паровозов, устранившая разнобой, царивший тогда на разных дорогах, когда одним сериям паровозов присваивались разные обозначения.Во время Гражданской войны производство отечественных паровозов было практически остановлено, за исключением грузовых паровозов серий Э и Щ.В середине 20-х годов было построено несколько десятков паровозов серии ЛП дореволюционной разработки, однако из-за их чрезмерной сложности в серию они запущены не были. После длительных экспериментов и проработки множёства конструкций, за основу нового пассажирского паровоза была взята серия С, а точнее её усовершенствованный вариант СВ, который из-за войны серийно не выпускался. Новый паровоз получил серию СУ и стал самым массовым отечественным паровозом — всего их было выпущено 2680 шт. с 1925 по 1951 годы.К 1930-м годам паровозы старых серий всё меньше удовлетворяли потребности страны, поэтому в 1932 году под эгидой ОГПУ были разработаны более мощные паровозы на основе американской серии Тб — грузовой серии ФД и его пассажирская модификация формулы 1-4-2 серии ИС . ИС мог тащить поезда весом до 1000 т, его конструктивная скорость составляла до 115 км/ч.Последним серийным пассажирским паровозом был П36, первый экземпляр которого вышел с Коломенского завода в 1950, а последний был торжёственно отправлен в 1956.В поздние годы были попытки улучшить аэродинамику паровозов, делая им специальную обтекаемую обшивку.С начала 1950-х годов производство паровозов постепенно сворачивалось, и было полностью прекращено в 1956 г .
5 История грузовых паровозов
На железных дорогах Советского Союза до создания в 1931 году мощного паровоза ФД парк грузовых паровозов состоял в основном из паровозов 0-5-0 серии Э и паровозов 1-5-0 серии Е различных модификаций. В 1934 году был начат массовый выпуск паровоза 1-5-0 серии СО, созданного на базе паровоза Эм.В 1931 году Луганский паровозостроительный завод начал выпуск грузовых паровозов серии ФД типа 1-5-1. Это был самый мощный в Европе паровоз массового выпуска того времени с расчётной мощностью 2600 л. с. В течение ограниченного времени реализовались мощности до 2900 л. с.В 1935 году на Ворошиловградском заводе был построен грузовой паровоз типа 2-7-2. Это был единственный паровоз в мире с семью спаренными осями в жёсткой раме. Его расчётная сила тяги составляла 280 кН , развиваемая мощность — до 4000 л. с. Паровоз практически не был использован в поездной работе из-за разрушительного воздействия столь сложного экипажа на рельсы.В послевоенный период паровозостроения в СССР были выпущены два серийных типа грузовых паровозов с пятью сцепными осями в жёсткой раме с нагрузкой на ось 18 т: паровозы 1-5-0 серии Л и 1-5-1 серии ЛВ с расчётной силой тяги соответственно 221,5 и 231,5 кН. Условия эксплуатации и требования перевозочной работы позволяли обходиться паровозами, имеющими не более четырёх-пяти спаренных осей в единой раме.В 1898—1899 годах Брянским и Путиловским заводами по проекту завода Хеншеля были построены первые российские сочленённые грузовые паровозы. Эти паровозы типа 0-3+3-0 получили серию О;. Сила тяги паровоза О; была такова, что рвались винтовые упряжи первых вагонов поезда. В 1949 году Коломенским заводом был построен опытный образец сочленённого грузового паровоза П34 типа 1-3+3-1. В 1954 году на том же заводе были построены два паровоза П38 типа «Маллет» 1-4+4-2. Расчётная сила тяги паровоза составляла 400 кН. Это был самый мощный советский паровоз.
6 - Общая характеристика тепловоза.
Дизельный двигатель тепловоза преобразует химическую энергию сгорания жидкого топлива или горючего газа в механическую энергию вращения коленчатого вала, от которого момент вращения, преобразуясь тяговой передачей, передаётся ведущим колёсным парам. Назначение передачи — обеспечить оптимальный режим работы дизеля и максимальную силу тяги при любой скорости движения поезда любого веса. Дизель развивает максимальный крутящий момент при относительно высоких оборотах, максимальную мощность — на ещё более высоких оборотах. Локомотиву максимальная тяга необходима при трогании с места, то есть от нулевой скорости. В дальнейшем, по мере разгона поезда, тяга может существенно уменьшаться, то есть локомотив должен иметь гиперболическую тяговую характеристику. Паровоз и электровоз постоянного тока, изначально обладая такой характеристикой, оказались просты в исполнении и эксплуатации и поэтому сразу получили широчайшее распространение. В случае использования на тепловозе электрической передачи дизелем вращается тяговый генератор, преобразующий механическую энергию вращения дизеля в электрическую. Электрическая энергия передаётся тяговым электродвигателям связанным механически с колёсными парами. ТЭДы электроэнергию преобразуют в механическую энергию движения локомотива. При наличии индивидуального привода каждый ТЭД связан с одной колёсной парой, при групповом — один ТЭД приводит несколько колёсных пар. При использовании гидропередачи дизель приводит гидроагрегат, при механической — коробку перемены передач.К основным элементам конструкции тепловоза относятся кузов и рама, дизель — один или несколько, ударно-тяговые приборы , элементы передачи, ходовая часть — тележки и тормозное оборудование. К вспомогательным узлам — системы охлаждения и воздухоснабжения дизеля, система пожаротушения, электрооборудование и т. д. При наличии газодизельного или газового двигателя на тепловозе имеется либо газогенераторная секция, либо оборудование для хранения сжиженного или сжатого природного газа с системой газоснабжения двигателя .
7 - Паровая машина
Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу.Первая паровая машина построена в XVII веке Папеном и представляла цилиндр с поршнем, который поднимался действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума было сделано американцем Оливером Эвансом в 1786 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.В России первая действующая паровая машина была построена в 1766 году по проекту Ивана Ползунова, предложенному им в 1763 году. Машина Ползунова имела два цилиндра с поршнями, работала непрерывно, и все действия в ней проходили автоматически
9 Плюсы и минусы парового двигателя.
Плюсы парового двигателя
- высокая надёжность
- допустимость продолжительных перегрузок
- низкие расходы на эксплуатацию
- простота в обслуживании
- долговечность
Минусы парового двигателя
- низкий КПД по сравнению с другими типами двигателей
- наличие кривошипно-шатунного механизма
P.S Весь текст был взят с моего проекта который я делал когда ещё учился в школе.
#жд #технологии #поезда #it #история #транспорт