Паровая машина паровоза, устройство и работа паровой машины
Паровая машина служит для преобразования тепловой энергии пара в
механическую работу. Паровая машина паровоза состоит из паровых
цилиндров с принадлежащей к ним арматурой и движущего и
парораспределительного механизмов.
Движущий механизм передает усилия пара, воспринимаемого поршнем на
движущие оси, и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во
вращательное движение колес.
Парораспределительный механизм распределяет пар в цилиндрах паровой
машины, т. е. впускает пар в цилиндры поочередно по обе стороны поршня,
изменяет количество впускаемого пара в паровые цилиндры и меняет
направление движения паровоза.
Паровая машина паровоза (фиг. 90) имеет следующее устройство: к раме
паровоза прикреплены паровые цилиндры Л отлитые вместе с золотниковой
коробкой 2. Золотниковая коробка 2 располагается выше бочки цилиндра и
соединяется с паровым пространством котла паровпускной трубой, через
регуляторную головку.
В цилиндре находится поршень, соединенный скалкой с ползуном 6. Диск
поршня 3 делит цилиндр на две рабочие полости - переднюю А и заднюю Б.
Для лучшей изоляции одной полости цилиндра от другой на диск поршня
надеты пружинящие уплотняющие кольца, которые плотно прилегают к
поверхности цилиндра.
В золотниковой коробке 2 помещается золотник 4, служащий для
попеременного впуска и выпуска пара в переднюю и заднюю полости
цилиндра, причем, когда в одну из полостей происходит впуск пара из
котла, из другой полости пар выпускается через конус в атмосферу. Таким
образом, пар давит на поршень то с одной, то с другой стороны, заставляя
его перемещаться из одного крайнего положения в другое.
Для предупреждения выхода пара из цилиндра вдоль поршня и золотника, в
крышках цилиндра размещены сальники.
Движение ползуна 6 направляет параллельно , укрепленную передним концом
на задней крышке цилиндра, а задним - на специальном кронштейне,
называемом параллельной рамой, прикрепленном к раме паровоза. Ползун 6
соединен поршневым дышлом 17 с пальцем кривошипа 16 ведущего колеса.
Основание пальца ведущего кривошипа соединено сцепными дышлами с
пальцами кривошипов сцепных колес. Палец обратного кривошипа
(контркривошипа) 13 ведущего колеса соединен эксцентриковой тягой 15 с
нижним концом кулисы 9, подвешенной своими цапфами на кронштейнах
параллельной рамы.
В кулисе 9 помещен кулисный камень, соединенный кулисной
(радиальной) тягой 7 через маятник 5 со скалкой золотника. Кулисная тяга
7 подвеской соединена с двуплечим рычагом 10 переводного вала 14. Второй
рычаг соединен тягой 11 с рычагом 12 реверса, находящимся в будке
машиниста с правой стороны. Нижний конец маятника поводком 18 соединен с
ползуном.
Рассмотрим, как работает паровая машина. Из котла при открытом
регуляторе пар поступает в золотниковую коробку 2, откуда через открытое
окно - в цилиндр паровой машины. Пар давит на поршень 3 и приводит его в
поступательное движение, передаваемое через ползун 6 и дышло на палец
кривошипа 16 ведущего дышла. Возвратно-поступательное движение поршня и
ползуна ведущим дышлом и кривошипом преобразуется во вращательное
движение ведущего колеса, а от ведущего колеса через сцепные дышла
передает вращение сцепным колесам. Движение поршня вперед и назад, как
указывалось выше, достигается чередованием впуска и выпуска пара по одну
и другую стороны поршня. Расстояние, проходимое поршнем от одного
крайнего положения до другого, равное удвоенной длине радиуса кривошипа,
называется ходом поршня. Когда кривошип находится в переднем или заднем
горизонтальном положении, поршень в цилиндре на мгновение
останавливается. Эти крайние положения поршня называются мертвыми.
На паровозе для облегчения трогания с места и для равномерного хода
ставят два паровых цилиндра по обеим сторонам паровозной рамы. Кривошипы
колес правой и левой сторон располагаются под прямым углом друг к другу,
причем правый кривошип опережает левый. Поэтому, когда кривошип левого
колеса находится в переднем мертвом положении, кривошип правого колеса
находится в нижнем вертикальном положении. При этом правая сторона будет
выводить из мертвого положения левую сторону.
Внутренняя сторона цилиндра всегда делается больше хода поршня с таким
расчетом, чтобы при нахождении поршня в мертвом положении он не доходил
до крышки на некоторую величину, называемую линейной величиной вредного
пространства, которая бывает от 8 до 25 мм. Объем же цилиндра,
заключенный между поршнем в его крайнем положении и соответствующей
крышкой цилиндра вместе с объемом канала, по которому впускается и
выпускается пар, называется вредным пространством цилиндра.
Этот объем называется вредным пространством потому, что на заполнение
его приходится затрачивать некоторое количество пара, не производящего в
дальнейшем работы. Однако вредные пространства необходимы во избежание
удара поршня о крышки и для образования паровой подушки, обеспечивающей
спокойную работу всего движущего механизма.
Колесные пары, получив вращательное движение и находясь в сцеплении с
рельсами, перемещают паровоз. Сила сцепления колеса с рельсом зависит от
веса паровоза, а также от состояния погоды. На сухих рельсах сила
сцепления равна от 7з до Vs нагрузки на колеса. При наличии на рельсах
влаги или масла сила сцепления уменьшается. Сумма нагрузок от всех
сцепных колес паровоза называется сцепным весом. Отношение силы
сцепления колесных пар с рельсами к нагрузке на сцепные оси называется
коэффициентом сцепления. Если при движении паровоза по рельсам сила
сцепления колес с рельсами почему-либо уменьшается, паровоз начинает
буксовать; чтобы избежать буксования, прибегают к искусственному
увеличению коэффициента сцепления, посыпая рельсы песком.
Увеличить силу сцепления колеса с рельсом за счет увеличения нагрузки на
колесо можно только до определенной величины, зависящей от прочности
верхнего строения пути. Поэтому, чтобы без усиления пути увеличить силу
тяги паровоза, прибегают не к увеличению нагрузки на ось, а к увеличению
числа сцепных колес, принимающих участие в движении паровоза. Для этого
пальцы кривошипов всех колес соединяют при помощи сцепных дышел.
Использование полной силы тяги зависит: 1) от мощности котла, т. е. от
количества приготовляемого пара в час и его давления; 2) от размеров
паровых цилиндров (диаметра поршня и его хода) и 3) от сцепного веса
паровоза. Все эти элементы должны быть б полном соответствии друг с
другом.
