Помоги проекту - поделись книгой:
Потребность в небольшом, удобном для мелкой промышленности двигателе, не нуждающемся в громоздком паровом котле, была настолько велика, что даже маломощный и далеко не экономичный двигатель Ленуара имел большой успех. На новый двигатель возлагались такие надежды, ему сулили такие блестящие перспективы, что немецкий купец Николай Отто, забросив свои торговые дела, взялся за изучение вопроса и без всякой научной подготовки начал производить опыты с придуманным им атмосферным газовым двигателем. В процессе этих опытов ему случилось сделать чрезвычайно важное открытие. Он нашел, что работоспособность двигателя увеличивается, если смесь газа и воздуха перед зажиганием подвергнуть предварительному сжатию в том же цилиндре и тем же поршнем.
Впоследствии, продолжая свои занятия уже на созданном им совместно с инженером Лангеном большом предприятии «Отто-Дейтц» близ Кельна, строившем атмосферные газовые машины, Отто воспользовался своим открытием и создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, топливом которому служил газ. Это было в 1876 году.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Четырехтактный цикл Отто, лежащий в основе современного моторостроения, заключается в том, что приведенный в движение посторонней силой двигатель внутреннего сгорания при первом ходе поршня, делаемом за счет инерции махового колеса, втягивает в цилиндр в нужной пропорции смесь газа и воздуха, а при втором ходе, также да счет инерции маховика, сжимает ее поршнем в запертом цилиндре примерно до одной пятой первоначального объема. При третьем ходе или такте смесь зажигается электрической искрой, взрывается, и образующиеся продукты сгорания толкают с силою поршень. Этот третий, рабочий ход поршня и приводит в движение вал двигателя через шатунно-кривошипную передачу. Четвертым ходом поршня из цилиндра выталкиваются отработавшие продукты сгорания, и цикл повторяется снова за счет инерции махового колеса.
Двигатели Отто, имевшие значительно более высокий коэфициент полезного действия, чем паровые машины и двигатели Ленуара, начали широко распространяться в разных областях промышленности. Уже год спустя после их появления в Германии были выданы два патента на локомотивы с газовыми двигателями.
В те времена изобретатели усиленно изыскивали способы замены паровозов иными видами локомотивов, и появление нового двигателя было как нельзя более кстати. Однако еще до постройки этих запатентованных тепловозов возникла мысль перенести двигатель в самый вагон, вместо прицепки к нему локомотива, и многие изобретатели работали над осуществлением этой идеи.
В 1892 году немецкий инженер Люриг построил такой вагон с газовым двигателем. В следующем году он курсировал, в качестве опытного, на Дрезденской городской железной дороге, возбудив всеобщее внимание.
Это и был первый осуществленный тепловоз. В вагоне помещалось несколько резервуаров с газом, сжатым до шести атмосфер. Специально сконструированные на заводе «Отто-Дейтц» газовые двигатели располагались под сиденьями в середине вагона. Валы их связывались с осями посредством цепей Галля. На крыше вагона находился резервуар с водой для охлаждения цилиндра двигателя.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Опытный вагон работал настолько удовлетворительно, что на газовые железные дороги возлагались большие надежды. В 1894 году в Германии была построена первая железная дорога с газоходами в Дессау. Она довольно долго работала, имея две станции для сжатия газа. Газ к станции подводился с городского газового завода. Линия имела четыре с половиной километра протяжения и обслуживалась десятью вагонами-газоходами системы Люрига.
Зависимость от газового завода и дороговизна топлива не могли содействовать распространению двигателей Отто. Уже на заводе Отто главный инженер предприятия Готлиб Даймлер, оказавший вообще много услуг в создании газового двигателя, пробовал заменять светильный газ парами бензина и керосина. Этот талантливый конструктор, в конце концов, бросил работу у Отто и организовал в Капштадте мастерские, чтобы самостоятельно заняться конструкцией двигателя, работающего на бензине.
В 1883 году Даймлеру удалось построить быстроходный двигатель, работавший по циклу Отто, но не на газе, а на бензине. Он сконструировал особый аппарат, получивший потом название карбюратора, в котором получал смесь воздуха и паров бензина. Эта смесь, поступавшая затем в цилиндр двигателя, и заменила светильный газ; освободив таким образом двигатель Отто от необходимости быть связанным с газовым заводом, Даймлер прежде всего поставил свой двигатель на обыкновенный извозчичий экипаж и построил первый автомобиль, пятидесятилетие которого было недавно отмечено.
Даймлер, отлично ориентировавшийся в запросах современного хозяйства был также одним из первых, стремившихся применить новый двигатель и для железнодорожной тяги. Он построил локомотив с бензиновым двигателем для узкоколейных заводских подъездных путей, а затем и вагон для пассажиров. Этот пробный вагон в 1885-86 годах курсировал в Вюртемберге на Кирхгеймской железной дороге.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Найдя себе широчайшее применение в автотранспорте, бензиновые двигатели, как и газовые, не привились в качестве двигателей тепловозных, главным образом вследствие их небольшой мощности, недостаточной экономичности и дороговизны топлива.
Задачу создания экономичного, удобного и простого двигателя, могущего заменить с успехом паровую машину с ее громоздким паровым котлом и низким коэфициентом полезного действия, разрешил Рудольф Дизель. Дизельмотор не нуждался ни в котле, ни в газогенераторе, ни в карбюраторе. Он обходился без кочегаров. Топливо вводилось прямо в цилиндр. Двигатель работал по новому циклу Дизеля. При первом такте он засасывал чистый воздух, который при втором такте сжимался до 40 атмосфер, при этом воздух раскалялся до такой высокой температуры, что вводимое при третьем такте в цилиндр топливо вспыхивало само по себе, и двигателю не нужны были приборы для зажигания. Вместе с тем дизельмотор мог работать на любом топливе и прежде всего на нефти.
Все эти преимущества дизельмотора и его, несравнимая ни с какими современными двигателями, экономичность обеспечили ему в течение десяти-пятнадцати лет широчайшее распространение. Вместе с распространением дизельмотора развивалось дизелестроение, в котором участвовали все виднейшие заводы Европы и Америки.
В 1906 году швейцарскому заводу бр. Зульцер в Винтертуре удалось сконструировать дизельмотор мощностью в сто сил в одном цилиндре. Соединяя в одном двигателе восемь цилиндров, можно было достичь мощности в восемьсот сил. К этому же времени выяснилось огромное превосходство поставленных на суда дизелей перед паровыми судовыми двигателями. Было поэтому вполне естественно, что стал вопрос о замене паровой машины локомотива дизельмотором. Над решением задачи стал работать сам изобретатель.
По предложению Дизеля постройку дизельлокомотива начал тот же завод бр. Зульцер. С участием Дизеля и инженера Клозе владелец завода организовал в Швейцарии «Общество термолокомотивов», которое и приступило к осуществлению проекта.
Над конструкцией первого дизельлокомотива Дизель и Клозе трудились шесть лет. Только к началу 1912 года тепловоз был готов и начались его испытания.
Этот тепловоз, экипаж которого был выстроен заводом Борзига, имел мощность около тысячи двухсот лошадиных сил и весил до ста тонн. Дизельмоторы, поставленные на нем, были связаны с осями ведущих колес непосредственно путем шатунно-кривошипной передачи. Для пуска локомотива с места употреблялся сжатый воздух, так как крутящего усилия, необходимого для приведения в движение поезда, двигатели Дизеля сами по себе дать не могли.
Железная дорога была последней областью, где дизельмотор вступал в борьбу с паровою машиной, и мало было людей, сомневавшихся в победе дизельлокомотива. Преимущества тепловоза заключались не только в его экономичности, победу ему обеспечивали: малый расход воды, сокращение числа пунктов водоснабжения, экономия времени на набор воды и топлива, сокращение времени стоянок, кратковременность пуска из холодного состояния, отсутствие дыма. В местностях безводных или с плохой водой тепловозы могли иметь исключительное значение.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Владельцы заводов, строивших паровые двигатели, уже давно всячески преследовавшие изобретателя, к этому времени развили бешеную кампанию против Дизеля и его мотора. В Германии, обладавшей запасами угля и не имевшей в своих энергетических ресурсах почти ни одной капли нефти, эта кампания находила всемерную поддержку со стороны немецких патриотов, и прославленный изобретатель вовсе не чувствовал себя победителем.
Общественное мнение никак не реагировало на появление в Швейцарии первого тепловоза. Между тем пробные испытания дизельлокомотива на линии Винтертур — Ромасгорн дали настолько удовлетворительные результаты, что заправилы из дирекции прусских железных дорог решили принять от Зульцера тепловоз для пробного обслуживания линии Берлин — Мансфельд.
Переход из Винтертура в Берлин тепловоз совершил самостоятельно, с полным составом пассажирского поезда. Это был обычный пассажирский поезд. Не было ни флагов, ни оркестров музыки, и на пути вдоль линии встречались только путевые сторожа.
Дизель и Клозе находились на тепловозе. Локомотив хорошо брал с места, отлично реверсировал, и скорость его доходила до ста километров в час.
Однако в практической работе, на которую он был поставлен в Берлине, ответить на все предъявленные к нему требования дизельлокомотив не смог. Он был излишне мощен при больших скоростях и недопустимо слаб при малых, то есть именно тогда, когда локомотиву нужна наибольшая сила тяги, как при страгивании с места.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Дело сводилось к тому, что у паровоза машина, соединенная с движущими осями непосредственно, осуществляет страгивание с места и различные скорости благодаря возможности менять отсечкой пара число оборотов в самых широких пределах, У двигателей Дизеля мощность обусловливается количеством горючего, сжигаемого в цилиндрах, и количеством нужного для сгорания горючего воддуха, всасываемого в цилиндр, и стало быть работа за один оборот зависит от размеров цилиндра, а мощность прямо пропорциональна числу оборотов. Будучи связаны непосредственно с ведущими осями, двигатели тепловоза давали мощность пропорционально скорости движения, и таким образом самого главного требования, предъявляемого локомотиву, именно наивысшей силы тяги при наименьшей скорости, дизельмоторы удовлетворить не могли. Сжатого же воздуха, употреблявшегося при страгивании с места поезда, при практической работе оказалось недостаточно для устранения этого недостатка тепловоза.
Техническая мысль направилась по неверному пути непосредственного связывания движущих осей с дизельмоторами, главным образом потому, что такой способ оказался более выгодным на судовом транспорте.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Дизель, конечно, знал, что «там, где опыт кончается неудачей, часто начинается открытие». Так было с его первыми опытами над аммиачным двигателем, так было при постройке первого дизельмотора, так было с применением дизельмоторов в судостроении. Но в это время ему уже шел пятьдесят пятый год, его преследовали головные боли, сердце ослабело и вокруг него царила невыносимая атмосфера вражды, преследований, клеветы и насмешек.
Дизельлокомотив был брошен на произвол судьбы. Сам изобретатель в ночь с 29 на 30 сентября 1913 года бесследно исчез с парохода на пути из Бельгии в Англию…
Однако идея тепловоза не была забыта, и над осуществлением ее продолжали работать и заводы бр. Зульцер в Винтертуре и ряд других предприятий. Первый, вполне работоспособный, тепловоз удалось построить, однако, только в 1924 году. Это был тепловоз, выстроенный заводом «Красный путиловец» в Ленинграде, по проекту профессора ленинградского электротехнического института Якова Модестовича Гаккеля.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Надо заметить, что в России, располагавшей огромными запасами нефти, двигатели Дизеля, с первого момента их появления, вообще нашли себе широкое распространение, тем более, что они как нельзя лучше удовлетворяли потребности мелкой, полукустарной промышленности. Фирма бр. Нобель, владевшая нефтяными приисками, а также машиностроительным заводом в Петербурге, сыграла видную роль в развитии дизелестроения. Так, фирма Нобель построила первый дизель, работавший на нефти, применила дизель в качестве судового двигателя на барже «Вандал», соединила непосредственно дизель с динамомашиной, построила первый судовой четырехтактный дизельмотор. Фирма также поставила дизеля на подводные лодки и положила начало строительству быстроходных дизелей.
Развитие теплоходостроения в России естественно породило мысль о применении дизельмотора для локомотивной тяги. Почти одновременно с работами Дизеля и Клоде в России велись профессором Гриневицким работы над проектом специального локомотивного дизельмотора. В 1909 году такой двигатель был построен на Путиловском заводе и вплоть до начала войны с ним производились опыты. Война не дала их закончить, но впоследствии проф. Гриневицкий со своими учениками разработал несколько проектов тепловозов со своим локомотивным двигателем.
В то же время на Коломенском заводе под руководством Мейнеке и на Ташкентской железной дороге под руководством Ю. Б. Ломоносова, проектировались тепловозы с применением электрической передачи. Проект Ломоносова был вполне закончен и отдельные части тепловода были даже построены, но в целом проект не был осуществлен. Он погиб в недрах бюрократических канцелярий министерства путей сообщения.
Опыт построенного самим Дизелем локомотива был учтен и помог в дальнейшем избежать крупных ошибок.
В год смерти Дизеля студент А. Н. Шелест, в качестве дипломного студенческого проекта, предложил оригинальный проект тепловода, где в паровозных цилиндрах должна была бы работать смесь продуктов сгорания и пара, Этот проект был высоко оценен специалистами.
В 1915 году появился проект инженера Лонткевича который впервые высказал мысль о применении передачи работы дизельмотора на ведущие оси через трехступенчатую коробку передач или скоростей, напоминающую коробку скоростей автомобиля. Эта система передачи была уже значительным шагом вперед в сравнении с тепловозами Гриневицкого и самого Дизеля.
В царской России не удалось, однако, осуществить ни одного из этих проектов. Отдельными элементами их воспользовались заграничные конструкторы.
Решительный перелом в развитии тепловозостроения у нас наступил только в 1922 году, когда идеей тепловоза заинтересовался В. И. Ленин. Несмотря на тяжелое хозяйственное и финансовое положение молодой Советской Республики, Совет Труда и Обороны 4 января 1922 года вынес постановление о признании в нашей стране за тепловозами особо важного значения.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Владимир Ильич лично оказал поддержку — теперь уже профессору — Шелесту в осуществлении идеи его студенческого проекта. Десятилетняя работа проф. Шелеста над созданием механического генератора газов еще не дала положительных практических результатов. Но самая мысль о таком тепловозе и до сих пор вызывает большой интерес в кругах теплотехников.
По личному распоряжению В. И. Ленина была в октябре 1922 года выдана значительная сумма для заказа за границей трех опытных тепловозов различной конструкции.
Наконец, тогда же постановлением правительства был объявлен международный конкурс на проекты тепловозов. Вместе с тем начата была и постройка тепловоза с электропередачей по проекту проф. Гаккеля на заводе «Красный путиловец». В условиях еще не восстановленной после войны промышленности, при отсутствии оборудования и опыта, постройка столь сложной, требующей точности, машины является одним из примеров большевистской смелости, решительности и веры в свои силы.
Это были годы, когда люди возвращавшиеся на фабрики и заводы с фронта вновь учились держать инструменты в руках, знавших столько лет только пулемет и винтовку; когда из старых станков и нового отношения к труду создавалась советская промышленность; когда еще едка мерцало электричество и с керосиновыми коптилками сидели да чертежными досками техники и конструкторы.
В эти годы Яков Модестович Гаккель, бывший народоволец, проведший в ссылке несколько лет, а теперь профессор Ленинградского электротехнического института по кафедре электрической тяги, не считаясь с трудностями, пошел по пути, указанному Лениным, и взял на себя инициативу создания первого советского тепловоза.
Он учел опыт Дизеля и русских конструкторов, потерпевших неудачу с попыткой непосредственного связывания дизельмотора с ведущими осями, и решил применить электрическую передачу. К этой идее не без колебаний возвращалась в это время и техническая мысль. Дело в том, что первые теплоходы на Волге, построенные Нобелем, приводились в движение именно посредством электропередачи, но их с гораздо большим успехом заменили очень скоро теплоходы, где дизель работал непосредственно на винт. Следуя примеру судового двигателя, конструкторы отказались вначале от электрической передачи. Но так как не удавалось осуществить практически годный тепловоз с непосредственным связыванием дизеля с осями — вновь возникла мысль испробовать на тепловозе электропередачу.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Поделиться книгой: