Паровая повозка Уильяма Мердока 1784 г.
Наш паровоз мы пустим в ход,
Такой, какой нам нужно.
И пусть создастся только фронт —
Пойдем врагов бить дружно.
Песня впервые прозвучала на демонстрации 7 ноября 1922 года в Киеве; её написали молодые рабочие из главных железнодорожных мастерских. Авторы не установлены с точностью. Можно считать её результатом коллективного творчества. В различных источниках автором текста именуют комсомольца Бориса Скорбина или редактора стенгазеты комсомольца Анатолия Красного (Спивака), а композитором – руководителя самодеятельного оркестра Павла Зубакова (1891–1942).
Артефакты истории техники. В каждом городе можно найти памятник «технической мысли» или её воплощению. Не исключение и мой город Пенза. У нас есть танк на постаменте, который обозначен надписью «Пенза мстит» (хотя на самом деле он послевоенного производства), самолеты и вертолеты, «катюша» (как же без неё), грузовики «газоны» военного времени и даже ярко-красный пожарный автомобиль. Также имеется паровоз, причем в области их несколько, и на одном из них регулярно обновляют информацию о количестве лет, прошедших с войны. И вот я прохожу через станцию Пенза-I, мимо современного вокзала, и – о чудо, здесь стоит макет паровоза братьев Черепановых в полном великолепии. Я как раз размышлял о том, какое новое техническое устройство выбрать для нового цикла «артефакты истории техники». И вот он передо мной! Явный знак судьбы, не говоря уж о том, что среди наших читателей есть те, кто просил написать о паровозах. Так что следующий цикл будет именно о них, о паровозах.
Уильям Мердок (1754–1839). Портрет кисти Джона Леннелла (1792–1882)
История паровозов началась давным-давно, в 1784 году. В этом году Уильям Мердок – один из британских инженеров-изобретателей, автор качающегося цилиндра паровой машины и множества других изобретений, создал модель кареты с паровым двигателем, по сути, один из первых паровых автомобилей. Начать можно было бы и с «паровой телеги» Николя-Жозефа Кюньо, который уже в 1769 году продемонстрировал полезность такого устройства, но дело в том, что от разработки Кюньо в появившиеся позже паровозы перекочевал разве что котел с топкой и довольно примитивный паровой двигатель. В то время как Мердок создал конструкцию, на которую затем ориентировались многие создатели подобных машин. Он был выдающимся инженером, но всю свою жизнь работал вместе с Джеймсом Уаттом и оставался в «тени его славы», что не могло не сказаться на его карьере.
Модель автомобиля Мердока в Бирмингемском научном музее
Первый патент на автомобиль в США был выдан Оливеру Эвансу в 1789 году. После этого в Англии стали появляться пассажирские кареты с паровыми двигателями, и так случилось, что в 1801 году на одной из них поездил Ричард Тревитик. Эта поездка подтолкнула его к подписанию контракта с владельцами железной дороги Мертир-Тидвил в Уэльсе, где использовалась исключительно конская тяга и было много каменного угля. Согласно этому соглашению, он обязался создать локомотив, который удешевил бы и упростил перевозку чугуна.
Паровая карета начала XIX в.
Британский пассажирский паровой автомобиль 1828 г.
Сначала он создал паровой автомобиль, на котором ездил по улицам своего городка, пугая местных жителей, прозвавших его «Пыхтящим дьяволом», а через три года представил реальный паровоз «Инвикта», который значительно отличался от всех известных до этого паровиков. В передней части его котла находился горизонтальный цилиндр, создававший давление пара около 0,3 МПа (мегапаскалей; ранее 3 кПа/см2). Поршень через кривошип воздействовал на вал маховика, который соединялся с ведущими колесами посредством двух зубчатых передач. Характерными чертами внешнего вида «Инвикты» были направляющие крейцкопфа (деталь, передающая движение на маховик), которые выступали далеко вперед за габариты двигателя, и дымовая труба, в которую Тревитик додумался выпускать отработанный пар. Пар создавал тягу, а она раздувала пламя в топке, благодаря чему специальные меха стали ненужными. Так Тревитик первым применил этот способ повышения тяги, который и по сей день остаётся ключевым элементом любого паровоза.
Фотография портрета Ричарда Тревитика
Тревитик также понимал необходимость увеличения поверхности нагрева. Поэтому он перепроектировал жаровую трубу котла, собирающую отходящие газы, придав ей U-образную форму, что увеличивало паропроизводительность. Его «Инвикта» развивала скорость от 6 до 8 км/ч с тяговой нагрузкой почти 10 тонн при 40 ходах поршня в минуту.
Паровоз «Инвикта»
В дальнейшем Тревитик создал ещё два локомотива, причем второй паровоз получил весьма амбициозное название «Поймай меня, кто сможет», и его публично демонстрировали в Лондоне за плату. Тем не менее, ему не удалось добиться настоящего прорыва в области паровозостроения, прежде всего потому, что социальный запрос на подобный вид транспорта только начинал формироваться.
Из-за этого эволюция в области паровозостроения с 1810-х по 1820-е годы происходила в угледобывающих регионах севера Британии, преимущественно вдоль побережья реки Тайн в районе Ньюкасла. Самым значительным вкладом Тревитика в историю стали вовсе не паровозы, а… паровая машина, созданная им для Кристофера Блэкета, владельца каменноугольной шахты Тайнсайда в деревне Уайлэм. Именно шахта Блэкета и стала центром паровозостроения в Англии 1810-х годов.
В 1804 году Блэкет узнал о работах Тревитика и попросил его воспроизвести его паровоз в Нортумберленде. Изначально паровоз должен был двигаться по деревянным рельсам, ведущим от его шахты, но он вскоре понял, что они не выдержат веса пятитонного локомотива. Приспособили тянуть вагонетки тросами с помощью стационарно установленной паровой машины. В конце концов, он модернизировал дорогу под чугунные рельсы, а затем в 1808 году снова предложил Тревитику попробовать. Но тот охладел к паровозостроению, переключившись на другие проекты и отказавшись от предложения Блэкета.
Тогда Блэкет, проявив упорство, решил построить паровоз силами своих рабочих под руководством управляющего шахтой Уильяма Хедли и прораба Тимоти Хэкворта. Именно Хедли совершил прорыв в создании практичного локомотива. В своей работе он использовал принципы, характерные для более позднего локомотивостроения, хотя его машины, по понятным причинам, имели множество технических проблем и недоработок начального периода.
Схема паровоза «Механическая лошадь» Уильяма Брантона
Существует вероятность, что Блэкета вдохновила конструкция Джона Бленкиншопа, работавшего на рельсовой дороге угледобывающей шахты Миддлтон близ Лидса. Невежество даже в технической среде в то время было обычным явлением. Не обладая знаниями законов физики, создатели паровозов опасались, что гладкие колеса будут проскальзывать по рельсам, что сделает перевозку тяжелых грузов невозможной. Они также испытывали большие опасения по поводу даже небольших подъемов и спусков, и начали придумывать альтернативные системы движителей для паровозов. В 1813 году один из них, Уильям Брантон, создал «механическую лошадь» на металлических ногах, которая двигалась с помощью этих самых «ног».
Бленкиншоп же решил создать железную дорогу с зубчатым ведущим рельсом, который изготовил механик Мэтью Мюррей. Зубчатое ведущее колесо катилось по гребёнке, прикрепленной к стороне рельсов. Миддлтонская машина работала четыре года без остановки и могла перевозить до 30 вагонеток с углем со скоростью 5 км/ч. Всего построили четыре таких паровоза, на одном из которых произошел взрыв парового котла из-за неумелого обращения машиниста с предохранительным клапаном.
Схема восьмиколёсного локомотива из Уайлэма
Реечный локомотив Бленкиншопа-Мюррея, «Саламанка», названный в честь англо-португальской победы над силами Наполеона
В итоге паровоз был построен Блэкетом. Однако у первой машины оказалась слишком низкая мощность. Второй локомотив, известный как «Пыхтящий Билли» (изначально названный в честь дочери Блэкета, Джейн), показал значительно лучшие результаты: у него было два поршня, движущихся навстречу друг другу, что позволило обойтись без махового колеса. Это упростило передачу движения колёсам с обеих сторон паровоза, и рельсы изнашивались более равномерно. Но «Билли» оказался слишком тяжелым даже для чугунных рельсов. Он постоянно ломал их, поэтому Блэкет решил попробовать в третий раз. Двигатель установили на две четырёхколёсные тележки, равномерно распределив вес на большее количество колёс. И это, наконец, сработало, и в Уайлэме появился первый работоспособный локомотив.
Может возникнуть вопрос: что побудило Блэкета тратиться на новые локомотивы после стольких неудач? Безусловно, упорство в достижении цели присуще многим людям, хотя для современников данный случай мог показаться глупым, а то и безумным. В начале XIX века железнодорожный паровоз выглядел романтичным, но одновременно фантастическим проектом, подобно современным полетам на Марс. Однако в этом случае причиной была сугубо экономическая необходимость, хотя не все это осознавали. Дело в том, что во время наполеоновских войн Британия должна была обеспечивать свои армии на континенте за счет собственных ресурсов. Поэтому цены на лошадей и корм («овес-то нонче почем?») постоянно увеличивались. В 1810-х овёс стоил на 50 % больше, чем в 1790-х, не говоря уже о количестве лошадей, необходимых армии. Эксперименты с паровозами стали вынужденной мерой, продиктованной реалиями войны того времени!
Продолжение следует…
- Вячеслав Шпаковский