Самодвижущиеся экипажи

Изобретение колеса позволило более рационально использовать имеющиеся в распоряжении людей энергетические источники для перемещений в пространстве. Со времён неолита, в течение нескольких тысячелетий, в качестве энергетических источников использовали мускульную силу одомашненных животных, совершенствуя, в основном, конструкции средств передвижения, в чём, кстати, немало преуспели.

Например, у легендарного Леонардо да Винчи (1452 - 1519 гг.), наряду с прочими было много изобретений, посвящённых транспортным средствам. Вертолёты, махолёты, водные транспортные средства и наземная техника. На рис. 3.31, показаны, построенные по рисункам да Винчи, деревянный велосипед и образец самоходной платформы. Платформа приводилась в движение потенциальной энергией, запасаемой в упругом элементе в виде свитых воловьих жил.

Рис. 3.31. Леонардо да Винчи и его изобретения

Работоспособность двухколёсника не вызывает сомнений, кроме, конечно, амортизации посадочного места ездока. Деревянная рама и колёса исправно должны передавать в область посадки путешественника все колебания, связанные с неровностями дороги. Но идея, то и внешний облик всецело соответствует современности, если отбросить такие условности, как резиновые надувные шины, многоступенчатую силовую передачу и прочую современную атрибутику в виде металлов, пластмасс и сплавов.

По рисункам Леонардо да Винчи, уже в наше время, была построена самодви- жущаяся платформа, которая оказалась работоспособной. На полном заводе «пружины» по ровной плоскости платформа проезжала по прямой более 200 м.

Не ахти конечно какое перемещение, но не надо забывать, что придумано это всё было в XVI в., во времена, когда присутствие в обыденной жизни ведьм и чертей, было таким же «очевидным», как появление на небе Солнца и Луны.

Леонардо да Винчи был одним из немногих людей, которые по уровню своего мышления опережали современников на столетия.

Кстати о велосипеде, который стал уже фольклорным понятием, его снова изобрели в Европе в 1816 г. и называли беговой машиной Драйза (рис. 3.32). У этой придумки не было даже педального привода, для движения нужно было отталкиваться от земли ногами.

Велосипед - самокат изобрели снова, потому что было большое желание перемещаться быстрее и с меньшими затратами собственной мускульной энергии. Драйз наверное и не подозревал о существовании проекта да Винчи.

Оценив очевидные преимущества стационарных паровых двигателей, конструкторы начали предпринимать попытки поставить их на колёса, получить са- модвижущиеся экипажи, которые бы перемещались без участия лошадей и иных, используемых веками для этих целей животных, ослов, мулов, верблюдов и т.п.

с реальными повозками.

Однако не всё так было просто. Паровые двигатели того времени с позиций экипажей представляли собой многотонных монстров, размеры которых были никак не соизмерим

Идеи о движимых паром экипажей существовали и ранее, так например, по указаниям Исаака Ньютона был выполнен эскиз экипажа, движимого реактивной струёй пара, вырывающегося из сопла, соединенного с котлом (рис. 3.33).

Рис. 3.34. Паровая турбина на колёсах

Сведения о попытках реализации этого проекта отсутствуют.

Проект реализации идеи использования реактивных свойств паровой струи приведен на рис. 3.34. Под медным котлом предполагалось жечь уголь, превращать воду в котле в пар высокого давления и по специальному трубопроводу направлять пар на лопасти турбины. Вращение турбины через понижающий частоту вращения редуктор передавалось ведущим колёсам.

Идею совмещение существовавшего в то время стационарного парового двигателя с колёсами по всей вероятности впервые высказали небезызвестные Денни Папен, и Томас Севери. Однако как их двигатели, так и универсальный двигатель Джеймса Уатта были слишком велики для экипажей. Задача минимизации размеров без потери энергетического смысла была впервые решена французом Николой Жозефом Кюньо.

Конью состоял на службе в армии и носил капитанские погоны. Конью служил в инженерных войсках и по долгу службы был осведомлён о технических новинках. Капитан инженерных войск Франции поставил перед собой задачу, уменьшить габариты парового силового устройства.

Как водится, идея взгромоздить модернизированный паровой двигатель на колёса с налёту не пошла, первый вариант парового агрегата был меньше, чем у Уатта, но всё равно поставить его на колёса было не реально.

Деньги у Конюу на изобретательство закончились, идею пришлось отложить до лучших времён. Наступило время для поиска верного инженерного решения.

Кюньо, после неоднократных обращений к военному министру с просьбой выделения финансов на разработку армейского тягача с паровым приводом, наконец,

Министр поручил генералу де Грибье- ву, разбирающемуся в механике оценить реальность предложения капитана. Генерал поддержал проект и в 1769 г. после длительных экспериментов с паром и переделок устройства состоялись испытания, так называемой, телеги Кюньо (рис.

Испытания прошли в г. Брюксе в присутствии большого числа специалистов и обывателей, пришедших поглазеть на необыкновенный экипаж. Затем испытания прошли в Париже в присутствии министра обороны. К этому времени изобретение получило имя собственное, «Фардье».

Пушечный тягач развивал по прямой скорость до 4,5 км/ч в течение 12 мин, на большее не хватало воды, следовательно и пара. «Фардье» состоял из массивной дубовой рамы на трёх колёсах. В области переднего ведущего колеса был установлен двухцилиндровый паровой агрегат и котёл.

Возвратно-поступательное движение поршней преобразовывалось во вращательное движение сложным храповым механизмом. Масса аппарата в снаряжённом состоянии составляла более двух тонн, поэтому для поворота ведущего колеса вместе с двигателем и котлом требовалось прикладывать значительные усилия.

В первых образцах машины пар из воды получался от костра, который разжигался под котлом. Вследствие экономии места в машине даже отсутствовала топка.

Несмотря на столь скромные показатели, «Фардье» на министра произвёл благоприятное впечатление и он распорядился совершенствовать машину далее, с тем чтобы получить более мощный образец и запустить его в серию в качестве тягача для буксировки тяжёлых орудий. Франция готовилась к большим войнам.

На создание тягача было выделено 20 000 франков, которые инженер использовал для создания образца, снабжённого топкой и способного перемещаться со скоростью, соответствующей скорости движения войсковых колонн. Такой аппарат был построен. Тягач развивал приемлемую скорость и обслуживался экипажем, состоящим из двух человек. Собственно водителя и кочегара. Кстати, слово кочегар на французском звучит как «шофер», откуда, и взялось, собственно современное название профессиональных автомобилистов.

Для запуска его в серию был необходим официальный показ изделия высшему руководству страны. Как это часто бывает, исправно катавшийся тягач, в присутствии начальства взбрыкнул.

Паровой котел, как и положено, взорвался, произведя страшный грохот. Начальство испугалось. Маршалу королевского двора наступили на ногу, с головы министра обороны слетела шляпа. Разве можно после таких потрясений продолжать испытания? Конечно, по просьбе трудящихся их запретили. А вот телегу сохранили, которая впоследствии стала центральной экспозицией в парижском музее искусств и ремёсел.

Несмотря на первые демонстрационные неудачи, модернизация паровых платформ в Европе продолжалась, мощности их выросли в среднем в 10 раз, габариты уменьшались, потребление воды и топлива сокращалось. Вместе с тем, история развития парового транспорта, как и все новшества, полна досадных недоразумений и курьёзов.

Так, например, одного из пионеров паромобильного транспорта церковь заподозрила в общении с нечистой силой. Подозрения были настолько серьёзными, что инженеру пришлось на некоторое время свои эксперименты отложить.

Внедрение энергии пара на транспортных средствах сопровождалось скандалами и юридическими исками. Джеймс Уатт официально обвинил своего бывшего сотрудника Ричарда Тревитика в краже идей фирмы «Болтон и Уатт», когда тот решил снабдить, изготавливаемую самоходную платформу модернизированным универсальным двигателем Уатта.

Мало того, изобретатель первого универсального парового двигателя, используя свой общественный авторитет, пытался лоббировать в английском парламенте закон о запрете разработок паровых самодвижущихся экипажей, как опасных для здоровья людей. Закон провести через парламент не удалось, но Тревитику было указано приостановить работы до появления в окрестностях Лондона подобающим образом устроенных дорог.

Энтузиаст вынужден был тратить своё состояние на расчистку транспортных путей от деревьев и камней. Когда с дорогами разобрались, буквально взбунтовались владельцы конного почтового и пассажирского транспорта.

Запретить разработки парламент не мог, а вот ввести специальный налог соизволил, а кроме того, принятым законом «О дорожных локомотивах» было запрещено движение экипажей с паровыми двигателями со скоростями превышающими 15 км/час. Таким образом, в Англии основные козыри из колоды энтузиастов парового транспорта были выбиты.

Некоторые ученики Джеймс Уатта, несмотря на строжайшие запреты патрона на партизанской основе занимались паровиками, ожидая наступления 1800 г., когда патентные обязательства по отношению к Уатту заканчивались.

Уильям Мердок (1754 - 1839 гг.) будучи помощником Джеймса Уатта принимал активнейшее участие в модернизации универсального парового двигателя и попутно в тайне от руководителя изобретал паровые экипажи, кроме того, он разработал технологию сухой перегонки каменного угля с целью получения газа, который затем предложил использовать для освещения.

Мердок, работая на заводе Джеймса Уатта многому научился, поэтому его са- модвижущаяся платформа по техническим характеристикам была более совершенной, чем творение Кюньо (рис. 2337). Оно и понятно, прошло целых 15 лет с момента запрета испытаний во Франции. Много чего за то время случилось

Английский изобретатель Ричард Тревитик (1771 - 1833 гг.) занимаясь стационарными паровыми двигателями высокого давления в 1800 г. получил патент на своё устройство.

В 1802 - 1803 гг. он провёл успешные испытания своих изделий в Корнуэлле и Лондоне. Им был построен для Мертир-Тидвилской чугунной дороги (Южный Уэльс) первый в истории паровоз, но он оказался для существующих чугунных дорог слишком тяжёлым.

В 1808 г. Тревитик построил самодвижущийся рельсовый экипаж, который мог развивать скорость до 30 км/час. Для демонстрации возможностей нового транспортного средства в окрестностях Лондона была построена специальная демонстрационная площадка (рис. 3.38). Экипаж брал на борт 8 пас- Рис. 3.38. Рельсовый экипаж Тревитика              сажиров              и разгонялся до скоро

сти 13 км/час. В грузовом варианте паровик Тревитика мог перевозись по рельсам 17,3 т грузов со скоростью 27,5 км/час.

Вытеснив экипажи с паровым приводом с городских дорог, путём налогов и ограничения скорости их передвижения, противники самодвижущихся экипажей «упустили» момент появления и развития железнодорожного транспорта.

Железнодорожные пути стали строиться повсеместно, силовые агрегаты совершенствовались, эффективность их росла, а габариты уменьшались. Потребность в наземном паровом транспорте всё возрастала, и в конце концов, паровой двигатель вернулся на безрельсовые экипажи в новом обличье.

В начале XIX в. стали массово появляться проекты паровых тягачей с улучшенными конструктивными параметрами двигателей. Так, например, паромобиль Перкинса был оборудован котлом высокого давления (до 31,5 атм), что обеспечивало частоту вращения коленвала до 1000 об/мин и системой охлаждения отработанного пара перед его возвращением в водяную ёмкость.

Достаточно эффективным оказалось использование паровых приводов пожарных насосов. Перевозимый на конной тяге, малогабаритный паровой насос мог обеспечивать подачу к месту возгорания 5150 литров воды в одну минуту, с дальнобойностью более 100 метров (рис. 339). В Америке совсем отказались от конной тяги и начали строить универсальные паромобили, двигатель которых использовал- Рис. 3.39. Пожарный вариант парового насоса ся, как для перемещения экипажа к месту пожара, так и для работы в качестве насоса.

В 1868 г. появилось ещё одно важное нововведение, Жозеф Равель (отец знаменитого музыканта) предложил использовать в качестве топлива подешевевший многократно, керосин.

Керосиновые горелки, в отличие от дровяных и угольных, более способствовали автоматизации процесса горения. Британская фирма Leyland первой начала выпускать паромобили, использующие в качестве топлива керосин. Первые «керосинки» были более чем прожорливы. Они расходовали на 1 км пути 15,5 литров жидкого топлива. Многовато, не правда ли? Но лиха беда начало.

Дело в том, что это был первый случай использования в качестве источника тепла на транспорте углеводородного топлива. Удельная теплота сгорания древесины составляет 10200 кДж/кг, каменного угля - 25525 кДж/кг, а керосина - 43100 кДж/кг. Вот и весь фокус. Примерно в 1,7 раза теплотворная способность керосина выше, чем угля.

Дальнейшее усовершенствование в конструкцию парового двигателя внёс Леон Серполе, заменив котёл парогенератором в виде змеевика, что позволило снизить массу силового агрегата и его габариты (рис. 3.40). Кроме того, в паромобиле Сер- поле в сравнении с традиционными конструкциями значительно сократилось время начального прогрева агрегата. Парогенераторы, в которых создавалось высокое давление пара, до 21 атм. были, тем не менее, безопаснее водяных котлов.

Рис. 3.40. Паромобили Серполе

В 1896 г. в Англии отменили пресловутый закон «О красном флаге», который предписывал перед движущимся паромобилем пускать специального человека с красным флагом, чтобы тот предупреждал горожан о приближении экипажа. Этот закон, естественно резко ограничивал скорость передвижения, сводя на нет главное преимущество паровиков.

После отмены этого несуразного закона началось соревнование конструкторов в создании всё более скоростных машин. На последующих конструкциях Серполе, например, появились эластичные шины и карданный вал, передававший движение от парового двигателя к ведущим колёсам.

Эти новшества, в частности, позволил Серполе установить мировой рекорд скорости - 120 км/час, годом позже это рекорд был им же побит, паромобили разогнался до скорости 144 км/час. Абсроютный рекорд скорости для паромобилей был установлен американцем Мариоттом и превысил 200 км/час.

Во Франции в 1875 г. стараниями Амадея Боли появился паровой экипаж, способный перевозить 12 пассажиров (рис. 3.41). При общей массе аппарата в 5 т. дилижанс потреблял 2,5 кг угля и 14 л. воды на 1 км пути.

По энергопотреблению машина Боли практически в два раза превосходила все остальные.

Оборудованный двумя двухцилиндровыми паровыми двигателями дилижанс на горизонтальной

л г, /              городской              экипаж

дороге мог развивать скорость до 40 км/час.              ^

Последующие конструкции Боли оснащались более экономичными паровыми двигателями, потреблявшими на 1 км пути 1,5 кг угля и 3,5 л воды, масса снаряжённого транспортного средства снизилась до 3,5 т. Последние варианты паровой повозки Боли имели цельнометаллические кузова и независимую подвеску колёс.

Рис. 3.42. Американский омнибус

Активно строили омнибусы, так назывались дилижансы, в Англии и Америке. В Америке омнибусы впервые начали курсировать по Нью-Йорку (рис. 3.42) и внешним видом уже походили на современные автобусы и трамваи нежели на конные экипажи. Омнибусы имели каучуковые шины, рессорную амортизацию, обслуживались шофёром и кондуктором.

Наряду с неоспоримыми достоинствами паромобили имели один существенный недостаток, перед стартом паровой силовой агрегат должен был около двадцати минут прогреваться, доводя температуру воды до рабочего состояния. Кроме того, обслуживание и управление самодвижущимся экипажем требовало специальных знаний и навыков. Паромобиль был не для массового потребления.

Вместе с тем, наряду с развитием паромобилей конструкторами были предприняты успешные попытки создания двухколёсных транспортных средств, мотоциклов и мопедов с паровыми силовыми агрегатами. Более всех в создании реальных конструкций продвинулся француз Луи Гийом Перро, который одни из первых установил на деревянную раму с двумя колёсами компактный паровой двигатель (левый фрагмент рис. 3.43).

Рис. 3.43. Двухколёсные паровые машины

Мотоцикл Перро был оснащён массивным маховиком, энергии которого хватало на некоторый отрезок пути. В последующих конструкциях деревянная рама была заменена трубчатой металлической.

Новинкой в строительстве самодвижущихся средств стал проект Перро мотоцикла с электрическим приводом. Но электротехническая промышленность была в эмбриональном состоянии, надёжных и компактных электромоторов ещё не выпускалась и проект был так не реализован. Электорпивод на мопедах стал широко применяться только в середине XX в.

Перро разработал паровую мотоциклетную машину с питанием жидким топливом: керосином, винным спиртом или растительным маслом. Скорость мотоцикла регулировалась количеством подаваемого в цилиндр пара.

Тормозная система в этой модификации мотоцикла была не предусмотрена. Колёса мотоциклов Перро были деревянными с металлическими ободьями. Седло перемещалось по изогнутой трубчатой раме. Летом его устанавливали дальше от двигателя, а зимой, наоборот, ближе, чтобы от двигателя можно было путешествующему согреваться (средний фрагмент рис.3.43).

Несмотря на явный прогресс и распространение транспортные средства с паровыми двигателями в стратегическом плане не смогли конкурировать с экипажами, оборудованными двигателями внутреннего сгорания, которые не требовали предварительного разогрева и обладания специальными навыками при эксплуатации.

На рис. 3.44 показан примерный эволюционный ряд экипажей различного назначения с паровыми двигателями.

Рис. 3.44. Эволюция паромобилей

Как было отмечено ранее, первый рельсовый экипаж был построен и успешно испытан ещё в 1804 г. Ричардом Тревитиком, однако эти испытания нельзя назвать полномасштабными, скорее это была первая демонстрация принципиальной возможности перемещаться по рельсам с помощью энергии пара.

Рис. 3.45. Тревитик Р.

Треветик был первым в истории и этого вполне достаточно, чтобы заявить о возможностях использования энергии пара на специально устроенных рельсовых путях. Паровоз Тревитика был настолько тяжёл, что его долго не выдерживали чугунные рельсы, железо в те времена было редкостью и стоило дорого.

Рис. 3.46. Стефенсон Дж.

Следующим успешным энтузиастом паровозостроения был английский изобретатель Джордж Стефенсон (1781 - 1848 гг.), родившийся в семье рабочего - горняка, в которой воспитывались шесть детей, естественно без большого достатка.

Достаток был настолько не велик, что будущему изобретателю пришлось с восьмилетнего возраста идти работать на шахте. В начале он был коногоном, т.е. мальчиком при конях, которые вывозили из шахты уголь.

Отец Джоджа (Георга) был контролёром газовой обстановки в шахте, получал в сутки 12 шиллингов, которых едва хватало на пропитание, вопрос об образовании детей даже не стоял. Все дети, как впрочем, и родители, были, практически, неграмотными.

В те времена, времена бурного развития промышленного развития Англии, всякая инженерия была в большом почёте, поэтому дети мечтали о лаврах славы великого Джеймса Уатта, юный Стефенсон не был исключением.

Увидев картинки двигателя Уатта молодой человек осознал, что такую технику невозможно освоить без образования. К 18 годам Джордж самостоятельно научился читать и писать. Некоторую часть своего ничтожного заработка он стал тратить на книги по арифметике и инженерным дисциплинам. Освоив самостоятельно устройство и принцип действия паровых машин, Стефенсон у себя на шахте стал первым экспертом и наладчиком диковинных устройств, которые использовались, в основном, в режиме насосов для откачивания воды.

Ещё в свою коногонную бытность Стефенсон задумал приспособить паровой двигатель для транспортировки из шахты угля, которого требовалось для развивающего производства всё больше и больше.

Он размышлял об эффективном и дешёвом способе перемещения вагонеток угля, потому что возможности мускульной силы животных уже были исчерпаны.

Свою идею о строительстве железнодорожного транспортного средства Стефенсон реализовал в 1814 г., построив локомотив «Блюхер», который со скоростью 5,5 км/час перемещал восемь вагонов с тридцатью тоннами полезного груза.

Локомотив Стефенсона был оборудован двигателем с двумя вертикальными цилиндрами и цилиндрическим паровым котлом диаметром 1 м и длиной 3 м (рис. 3.47). Паровоз «Блюхер» стал рекордсменом по перемещению грузов по металлическим рельсам.

Уже в 1825 г. неутомимый Стефенсон, окрылённый первыми успехами, построил паровоз для перевозки 6 платформ на расстояние 50 км. между городами Манчестер и Ливерпуль. На грузовых платформах перевозили уголь и муку. Кроме того, к локомотиву были прицеплены платформы со скамейками, на которых смельчаки могли прокатиться, что называется с ветерком.

Поездом управлял лично Стефенсон. В первую поездку прелести железнодорожного транспорта могли оценить более 600 пассажиров, и никто из них, вопреки пророчествам скептиков, не испытал неприятных ощущений (рис. 3.48).

А скептиков было в избытке. Прежде всего, церковь, которая в целом настороженно относилась к огнедышащим чудищам, считая такой способ передвижения не совсем боРис. 3.48. Пассажирские перевозки              гоугодным              делом.

Потом лошадники, они почувствовали нутром, что новые веяния могут разрушить многовековую монополию использования для всякого вида перевозок лошадей, мулов, ослов и верблюдов. Надвигающаяся опасность заставила конных перевозчиков объединиться, подкупить во все времена алчных чиновников и возможными методами и средствами тормозить развитие паровой техники.

Закон об ограничении скорости паромобилей как раз из этой серии. Кроме того в продвинутой Англии на полном серьёзе рассматривался вопрос о запрете само- движущихся экипажей по причине их дурного влияния на психику лошадей.

Действительно лошадки по первости шарахались от паровиков, доставляя некоторые неудобства кучерам. Необученные лошади ещё более входили в смятение и от ружейных выстрелов, но потом привыкали даже к пушечным выстрелам.

Лошадь умное животное, её много чему можно научить. Естественно, что все эти выпады никоим образом не были обусловлены заботой о животных, они диктовались чисто экономическими мотивами.

Помимо надуманных причин, тормозящих прогресс, были и чисто технические трудности. Так, например, некоторое время полагалось, что тяжёлые локомотивы не могут двигаться по гладким рельсовым путям. Гладкие поверхности рельсов и колёс не могли, по мнению инженеров того времени, обеспечить нужное сцепление. Опорные рельсы снабжались специальной зубчатой рейкой, а колёса делались тоже зубчатыми. Локомотив такой конструкции был запущен в 1812 г. и при собственной массе 20 тонн мог со скоростью 11 км/час перемещать груз в 100 тонн.

Однако несмотря на возникающие заморочки, индустриализирующееся английское общество прониклось и авторитет Стефенсона возвысился до пределов приглашения к строительству ещё одной железной дороги Ливерпуль - Манчестер для перевозки грузов текстильной промышленности.

Рис. 3.49. «Ракета» Стефенсона

Стефенсону была заказана новая железная дорога и скоростной паровоз, который не преминул в скорости появиться. Локомотив был назван символически - «Ракета», потому как мог развивать скорость до 22 км/час (рис. 3.49).

В силовой установке была осуществлена идея огнетрубного котла: по 25 трубам циркулировала не вода, а перегретый пар. После испытаний нового детища Стефенсона заказы на новые дороги и локомотивы обрели постоянную основу.

В 1836 г. Стефенсон основал проектноконструкторское бюро, которое придавало инженерный вид его разработкам. По проектам этого бюро строились паровозы, которые экспортировались за пределы Англии, включая и Россию.

Главный паровозный конструктор прославился и в смежных областях. Он изобрёл безопасный фонарь для горняков, за что был премирован. Полученного вознаграждения хватило, чтобы отправить в Эдинбург на стажировку сына Роберта, который в последствии стал соратникам отца во всех его инженерных начинаниях, после смерти отца продолжил его начинания.

Рис. 3.50. Николай Демидов

История внедрения паровых транспортных средств в России имела национальные оттенки и особенности. Можно сказать, что у истоков процесса стоял небезызвестный в отечественной промышленности уральский промышленник Николай Демидов (рис. 2.51), который мнил себя неким владыкой всего Урала.

После смерти Екатерины II повелителем вся Руси стал Павел, о котором справедливо в народе говорилось: «Полунемец, полуфин, в целом - просто сукин сын». Верные люди царедворцам Павла доносили, что Демидов на Урале прямо распоясался. Прячет у себя на заводах беглых крепостных, не по справедливости делится прибылями с казной и вообще, одним словом, сам себе велосипед.

Демидова пригласили пред светлые очи в Питер, намечая грандиозный разнос. Павел, как известно, был подозрительным, злопамятным и жестоким со своими даже потенциальными противниками, а уж тем более с нарушителями финансовых законов, к коим и был причислен Николай Демидов.

Несмотря на суровые намерения сатрапов, Демидов, по российскому обыкновению, путём подношений и неприкрытой лести дело своё смог уладить и без особого для себя вреда направился восвояси, на Урал.

Путь от столицы был не близким, дорога была в высшей мере скучной, добирались лошадьми, с частыми остановками для смены утомлённых быстрой ездой животных.

На одной из станций смотритель, чтобы как-то скоротать время важной путешествующей особы, рассказал об имеющемся у местного купца крепостном человеке, который был горазд в изготовлении всяких забавных механизмов: выплясывающих кукол, часов с поющими петушками и прочих механических забав.

Демидов пожелал такого искусника иметь в собственности. С не очень богатым купцом Свистуновым сладились быстро. За две тысячи рублей умелец поменял хозяина. Это был, знаменитый в последствии, Ефим Черепанов.

Привезя Черепанова в Тагил, новый владелец подстраховался от побега крепостного человека. Была составлена расписка - гарантия на пять тысяч рублей, которые в случае чего Черепанов должен был возместить владельцу. Дорога до Урала, таким образом, была оценена предприимчивым миллионщиком в три тысячи рублей. Умел таки мужчина делать деньги, считая, что крепостной Демидова должен стоить гораздо больше, чем у помещика Свистунова.

Надо сказать, что Демидов купил умельца с дальним прицелом, не только за его умение строить разного рода диковинные игрушки. Путешествуя по столицам иноземных государств и их окрестностям, включая Англию, промышленник воочию убедился, как технический и технологический прогресс благотворно влияет на развитие производства, на интенсивность извлечения прибылей.

В России же, а особенно на Урале, любые машины, не говоря уже о паровых двигателях, были в диковинку. Демидов командировал в 1821 г. Ефима Черепанова в Англию на стажировку.

Робости и смятению Черепанова не было предела. Будучи практически безграмотным и слабо подготовленным технически Черепанов сомневался в успехе своей миссии, сознавая, что мера ответственности в случае провала миссии будет более чем суровой. Крепостной всё же.

Хорошо бы конечно смыться в Англии или по пути туда, много было мест, где о крепостничестве уже давно забыли. Но на Урале остались жена и сын, за которых он сильно переживал, зная крутой нрав хозяина. Вариант побега не катил.

Прибыв в Англию он с головой погрузился в наблюдения за работой различного рода машин. Особо восторженное впечатление на Черепанова произвели паровые двигатели. Один двигатель на рудничном производстве в Англии заменял каторжный труд 35 рабочих на демидовских предприятиях.

Это конечно поражало воображение Черепанова и рисовались радужные перспективы. Будучи одаренным, от рождения, русский самородок многому в Англии научился, став грамотным специалистом в области механики.

К моменту возвращения Черепанова восвояси многие промышленники стали приглашать иноземных специалистов для внедрения в производства машин, а у дальновидного Демидова был свой механик, который мог вполне конкурировать с приезжими профессионалами.

Первым результатом стажировки стало сооружение паровой водокачки на шахте глубиной в 40 м. Второй удачной конструкцией Черепанова был паровой двигатель мощностью 40 лошадиных сил, который исправно работал в течение нескольких лет. Это было достижение на уровне лучших иностранных образцов того времени. Популярность Черепанова в области конструирования и эксплуатации паровых источников энергии была настолько высока, что Демидов начал сдавать своего умельца в аренду другим заводчикам. На Урале не было более грамотного специалиста по паровым двигателям.

С некоторого момента времени в скудном списке документов, где упоминается Ефим Черепанов стал встречаться в качестве действующего лица его сын. Но, как это ни покажется странным, точно неизвестно как звали отца и как звали сына.

Имя Ефим в некотором смысле условное, потому что в ряде бумаг сына тоже называли Ефимом, а отца Михаилом. Отчего так? Дело в том, что в России мало кого заботили имена крепостных. Человек Демидова - вот главная и всеобъемлющая характеристика всякого из многотысячного крепостного племени.

Их персональные данные не имели для окружающих значения. Как бы сейчас сказали: «Они не являлись физическими лицами». Такая ситуация складывалась не только на Урале в горной и металлургической промышленности.

Рис. 3.51. Отец и сын Черепановы

В России в немалом количестве возводились кирпичные сооружения. Имена архитекторов, которые были из иностранцев хорошо известны, а имена отечественных мастеров так и канули в безызвестности.

Вот и с Черепановыми, люди такие были, оставили след в истории отечественного машиностроения, а достоверных сведений о них, даже биографического характера осталось очень мало. Вместе с тем, во многом условно принято считать, что отцом являлся Ефим Алексеевич (1774 - 1842 гг.) Черепанов, а сыном - Мирон Ефимович (1803 - 1849 гг.).

Преуспев в деле освоения механических премудростей Мирон Черепанов стал вместе с отцом специалистом по паровым двигателям. Демидов, памятуя о большой пользе заграничной стажировки отца, направил и сына в Англию с целью знакомства с передовым опытом механизации производственных процессов.

До Петербурга через Москву Черепанов - сын добирался на лошадях, трясясь в «сидейках», а далее морем на парусном судне. Во внутренних водах туманного Альбиона Черепанов впервые увидел паровые суда, сразу оценив их преимущества над парусными, им не нужно было ловить ветер, они всегда могли, хоть и медленно, но идти в нужном направлении.

В Англии в шахтах Черепанов младший увидел в большом количестве паровые силовые агрегаты, которые по конструктивной идеологии и производительности существенно опережали те образцы, которые сооружал его отец.

По настоянию Черепанова в городке Вайдам, его свели с Георгом Стефенсоном - изобретателем первого английского парового Локомотива. Мирона Черепанова поразило, что Стефенсон, величина мирового значения в области паровозостроения, не был так чванлив и надменен, как менее значимые соотечественники.

Стефенсон показал парню из неведомых снежных северных краёв свой паровоз и прокомментировал его устройство и основные технические характеристики. Молодой Черепанов увидел, что движимые паром экипажи уже не были для англичан какой-то диковинкой. Русский стажёр не знал, что за 40 лет до Стефенсона в кругах английских учёных, инженеров и мастеровых людей обсуждались разнообразные идеи самодвижущихся экипажей

В Росси мало кто знал, что в 1829 г. в Англии был объявлен конкурс на конструирование локомотива, который бы был массой не более шести тонн, но мог бы везти со скоростью не менее: 15 км/час груз массой 20 тонн.

В финал конкурса вышли четыре конструкции, лучшей из которых оказался проект Стефенсона «Ракета». Именно с этого конкурса началась триумфальная карьера Джорджа (Георга) Стефенсона. Черепанов тоже не знал предыстории взлёта Стефенсона на олимп великих механиков, поэтому все пояснения мэтра слушал с распахнутыми глазами и не скрываемым восторгом.

К моменту приезда Черепанова в Лондон, там уже были налажены железнодорожные перевозки, перевозящих пассажиров. Небольшие по современным меркам поезда возили грузы и пассажиров. По дорогам Лондона перемещалось более 100 паровых пассажирских омнибусов.

Английские газеты писали о том, что многовековая традиция перемещаться по дорогам на лошадях уходит в прошлое. Говорили, что лошадь превратится в скором времени в реликтовое животное, и его будут изучать как ихтиозавров.

Англичане показывали Черепанову все свои технические новинки, пребывая в глубокой уверенности, что представитель таинственной далёкой страны не сможет их реализовать у себя на родине. Маловероятно, что Черепанов вёл какие-то записи в виде описаний конструкций и их чертежей.

Очевидно, всё увиденное он попросту запоминал. Сомнительно, чтобы англичане позволили бы возить за пределы страны техническую документацию. Уже с те времена она стоила больших денег, на этот счёт действовали достаточно жёсткие законы.

Меж тем в России разгорались дискуссии о применимости железнодорожного транспорта. В 1831 г. в Петербург был приглашён французский профессор Дест- рем для чтения лекций в институте путей сообщения. Помимо занятий со специалистами профессор прочёл цикл публичных лекций, тема одной из которых звучала более чем обескураживающе: «О причинах неприменимости железных дорог к средствам и потребностям России».

Своё заключение профессор аргументировал тем обстоятельством, что суровый климат России с её продолжительными и снежными зимами никак не совместим с прокладыванием железнодорожных путей. Промерзание грунта и снежные заносы, по мнению, француза, были совершенно не совместимы со спецификой организации железнодорожного движения.

Необходимость строительства многочисленных мостов через реки и речушки сводили на нет всю эффективность паровой локомотивной тяги. Этому многие влиятельный чиновники России верили, как же, сам французский профессор так считает. Мнения иностранных специалистов во все времена почиталось у нас на Родине за непререкаемые.

Вместо железных дорог Дестрем предлагал развивать сеть каналов и совершенствовать парусный флот. Одним словом, заезжий профессор предрекал для России вечное бездорожье, в чём он не сильно ошибся.

Уральские властодержцы, однако, не будучи знакомыми с мнением Дестрема, к отчёту Черепанова о лондонском вояже отнеслись с большим вниманием и приняли решение о строительстве экспериментальной железной дороги. Как обычно, провинция, живя насущными потребностями, оказалась более прогрессивнее столиц. Мирону Черепанову были выданы субсидия и полномочия для строительства «Сухопутного парохода» и было приказано «Построить!».

В основе своей конструкции локомотива Мирон Черепанов использовал проверенную схему сына Стефенсона «Планета», но это не было слепым копированием английского варианта (рис. 3.52).

Многие конструкторские задачи были решены Черепановыми самостоятельно и совершенно иначе, чем у англичан. Отец - Черепанов, принял деятельное участие в разработке узлов локомотива и их реализации, оказывая своим бесценным опытом большую помощь сыну.

Рис. 3.53. «Сухопутный пароход»

В «Сухопутном пароходе» Черепановых (рис.

53. была применена оригинальная схема увеличения тяги путём подачи отработанного пара в трубу. Пар под давлением врывался в трубу и увлекал за собой атмосферный воздух, что щественно увеличивало его приток в топку, обеспечивая более интенсивное горение лива, в качестве которого использовались дрова и уголь.

Кроме того, в котле Черепановых две нагревательные трубы большого диаметра были заменены двадцатью трубками малого диаметра, что увеличило площадь соприкосновения нагревательных элементов с водой. Конечно, для современных термодинамиков это кажется более чем очевидным, но ни отец, ни сын не владели теоретическими основами и методами инженерных расчётов.

До всего приходилось доходить методом множественных экспериментов. Ещё одним несомненным достижением было наличие у «Сухопутного парохода» заднего хода. В мировой практике такого ещё никто не делал.

Первый в России паровоз был построен менее чем за год. По специально проложенным рельсам в 1833 г. состав, ведомый Мироном Черепановым, с прицепленными к паровозу вагонетками с рудой отправился в своё первое путешествие со скоростью немногим более 12 км/час. Демидов и другие региональные официальные лица демонстрацией впечатлились и велели Черепановым продолжать работу по усовершенствованию конструкции.

Модернизированный вариант паровоза, поставленный на рельсы с шириной колеи в 2 м, в 1835 г. мог перемещать 16,5 тонн груза со скоростью 15 км/час. Испытания прошли на пароходной улице, названной так в честь первого «Сухопутного парохода» Черепановых.

После успешных испытаний было решено проложить не экспериментальную, а настоящую дорогу от рудника до Нижнетагильского перерабатывающего завода. В этом же 1835 г. дорога была запущена и находилась уже четыре года в эксплуатации, когда в столице империи начали развиваться железнодорожные темы, но, как обычно, по заморским сценариям.

Царь Николай I, прослышав о прелестях железнодорожного транспорта от видевших это техническое чудо своих царедворцев, тоже пожелал иметь у себя этот символ научно-технического прогресса. Как водится, в Россию был приглашён профессор Венского политехнического института Г ерстнер, который при встрече с царём настоятельно рекомендовал начать строительство железной дороги, естественно, под его руководством. Царь проникся. Иностранец всё же.

Г ерстнеру, не за так, конечно, поручили построить железную дорогу Перербург - Царское село. Именно 1 мая 1835 г., когда второй вариант паровоза Черепановых был введён в промышленную эксплуатацию, в столице было принято «судьбоносное» решение о строительстве, как считал царь всея Руси и иже с ним, первой отечественной железной дороги.

На строительство путепровода длиной 25 вёрст было привлечено 2500 крепостных крестьян и 1400 солдат. «Для пристанища и удовольствия публики» в парковой зоне Павловска начал сооружаться «воксал» с рестораном, танцевальным залом, зимним садом и фонтанами.

Рельсы, уголь, сам паровоз и его многочисленная обслуга, естественно были выписаны из-за границы, из Англии. Когда кто-то из царедворцев осмелился проинформировать царя - батюшку о наличии действующей железной дороги на Урале, то тот разгневался, посмотрев на информатора многозначительно и недобро.

Рис. 3.54. «Первая» отечественная железная дорога

Через два года после принятия решения, 30 октября 1837 г. состоялось помпезное открытие «первой» официальной российской железной дороги (рис.

54. . Управлял составом небезызвестный профессор Герстнер.

Железнодорожная ветка стала модной. Как же, сам царь пользовался услугами паровозной тяги. Это была типичная забава, и не более того.

Герстнер после триумфального испытания железнодорожной ветки по собственной инициативе посетил Урал. Его поразили богатства этого края, впрочем, как его убожество. Более всего Герстнера, как и многих иностранцев удивляло то, как можно умудряться жить так бедно при таких богатствах вокруг.

Вернувшись в Петербург, профессор напросился на аудиенцию к Николаю I и представил царю проект сети железных дорог, которые, по мнению Герстнера, должны способствовать развитию промышленного потенциала империи, включая Урал. Профессор полагал, что реализацию его плана надо начинать немедленно, чтобы окончательно не отстать от Западной Европы.

Однако царь отнёсся к идее обласканного ранее заморского профессора прохладно, считая затею не своевременной. Естественно, что царские министры, включая и министра путей сообщения, были, мягко говоря, тоже не в восторге от идеи развития сети железных дорог.

Отечественный чиновник всегда чувствовал предстоящие заботы и по возможности от них вполне профессионально отлынивал. Потребовалось всего 13 лет, чтобы российские столоначальники устыдились своей отсталости от Западноевропейских держав, и соизволили разродится наивысочайшим разрешением на прокладку железной дороги между Петербургом и Москвой.

В 1851 г. поезд из Петербурга до Москвы катился всего сутки. В течение этого времени не нужно было улаживать, путём дачи взяток, вопросы с комфортабельной ночевкой, пропитанием и сменой уставших лошадей свежими.

Станционные смотрители и целая орава обслуги лишилась законных заработков и приработков, а заодно и для цепочки их начальников иссякли ручейки дополнительных поступлений.

Коррупция, борьба с которой снова начала изображаться в нашей стране, началась далеко не вчера. Мздоимство существовало наряду с суровым климатом и плохими дорогами с незапамятных времён.

Вспомните Алексашку Меньшикова или графа Потёмкина, редких профессионалов в области государственных хищений. Ну, приворовывали пацаны, подумаешь, но люди, то хорошие и для престола были в высшей степени полезные.

И таких Меньшиковых и Потемкиных в истории нашей многострадальной Родины было ой как гораздо, причём во все времена, включая и нынешние.

Воровство и мздоимство были приостановлены в период правления И. В. Сталина, порядки были, прямо скажем, суровые, с расстрельными исходами, и мало кто хотел рисковать. Но с приходом Н.С. Хрущёва, наступила политическая оттепель, а вместе в ней воровство на всех уровнях, как та гидра, быстро восстановилось, преумножилось и продолжается по нынешние времена, всё больше поражая государственный организм.

В этой связи, отношение царских чиновников к железной дороге вполне понятно. Оно, примерно такое же, как у современных центурионов асфальтовых трасс к повышению штрафов за нарушение правил дорожного движения. Повышение штрафов приводит к существенному уменьшению нарушений, следовательно, к сокращению потенциальных просителей милости за соответствующее случаю вознаграждение.

К сожалению, даже на Урале, родине первого отечественного паровоза, осталось очень мало свидетельств о творчестве Черепановых. На уровне преданий известно, что младший Черепанов, доживший до глубокой старости, занимался конструированием различных паровых механизмов, включая самолёты и подводные лодки.

Никаких документальных подтверждений этому до настоящего времени не найдено. А железные дороги в России, хотя и позже, чем в Западной Европе, возникли и достаточно бурно развивались.

Железнодорожные перевозки появились в 1825 г. в Англии, а 1837 г. железная дорога была введена в эксплуатацию и в России [82]. На рис. 2.56 приведены данные о протяженности железных дорог пяти ведущих стран, из которых можно проследить динамику их развития. Следует обратить внимание на скорость строительства железных дорог Германией и Россией. До 1870 г. Россию с большой долей условности можно было назвать железнодорожной державой, а вот в последующие годы ситуация изменилась. Россия вошла в тройку промышленно развитых государств.

?

30

20

о

1840              1850              I860              1870              1880              1890 т, годы

Рис. 3.55. Начальный этап развития железных дорог в Европе

3

3 —

J

10

40

Эра паровозов ознаменовала собой очередной рубеж, преодоленный человечеством в постоянном стремлении владеть новыми источниками энергии. Использование энергии пара позволило коренным образом изменить как промышленное производство, так и транспортные и пассажирские перевозки. Энергетические установки паровозов были вопиюще неэффективны Коэффициент полезного действия лучших образцов не превышал 8%. В качестве топлива использовался в основном уголь, но в топках паровозов можно было сжигать дрова и жидкое топливо, включая сырую нефть. На рас. 3.56 приведены образцы паровозов конца XIX в.

1 Курьерскіа паровоз* Фовтеня ьъ Канади.

Рис. 3.56. Лучшие образцы паровозов всех времён и народов

В области паровозостроения в мировые лидеры выбилась уже не Россия, а СССР. Знаменитые сталинские пятилетки, несмотря на всю их жестокость по отношению к людям, тем не менее, вывели страну на передовые индустриальные позиции, включая и паровозостроения.

До 1910 г. многие образцы железнодорожной техники были либо иностранного производства, либо были построены по зарубежным проектам. Начиная с 1910 г. началось массовое строительство отечественных локомотивов.

Рис. 3.57. Дореволюционный паровоз серии «Э»

Наиболее удачной конструкцией был локомотив серии «Э» (рис. 3.57). Этот локомотив, как никакой другой был приспособлен к массовому производству, т.к. детали его и узлы не требовали высокоточного специализированного станочного парка.

Рис. 3.58. Отечественный паровоз У -127

Он выпускался 32 заводами царской и советской России. Всего с 1912 г. и до 1957 г. было построено 10858 паровозов этой серии. Паровозы серии «Э» экспортировались в Швецию, Германию, Румынию, Венгрию, Чехословакию и Польшу. На экспорт было продано 2694 паровоза.

На знаменитом Путиловском заводе в 1910 г. был освоен выпуск паровозов серии У - 127 (рис. 3.58), которые обеспечивали перевозки гражданские и военные перевозки до 1923 г. Эти паровозы приняли на себя тяготы Первой Мировой войны, революции 1917 г., и гражданской войны.

Первый паровоз этой серии работал во время гражданской войны в районе Актюбинска, Оренбурга, где получил серьёзные повреждения, однако в 1923 г. был отремонтирован и снова введён в эксплуатацию.

Рабочие даже избирали почётным машинистом этого паровоза В.И. Ленина, как тогда считалось, - вождя мирового пролетариата. Этот паровоз переместил тело умершего вождя от платформы Герасимовская до Павелецкого вокзала. Легендарный паровоз находился в эксплуатации до 1937 г., превратившись потом в музейный экспонат.

Рис. 3.59. Паровоз С - 245 Малаховского

Машиностроительный завод Сормово в 1913 г. начал выпуск паровозов серии «С» конструктора Малаховского (рис. 3.59), который при универсальности характеристик обладал превосходными скоростными качествами, он мог в пассажирском варианте развивать скорость до 125 км/час.

Сам конструктор и его коллеги по цеху называли этот паровоз «гончей собакой», за его уникальные скоростные качества.

К несомненным достоинствам паровоза следует отнести и его «всеядность» в плане топлива. В топку можно было бросать, как штатный уголёк, так и дрова. В последние годы эксплуатации паровозов топки снабдили простыми мазутными горелками и перевели на жидкое углеводородное топливо. Строился паровоз серийно с 1910 г. до 1918 г. а в эксплуатации находился до середины прошлого XX в. Один из образцов этого локомотива до 1960 г. использовался как стационарная котельная на одном из оборонных предприятий Москвы.

К локомотивам, осуществляющим пассажирские и грузовые перевозки, предъявлялись различные требования. Если пассажирские поезда были меньшими по массе, но двигаться должны как можно быстрее, то пассажирские локомотивы должны тянуть как можно более массивные составы, а скорость является параметром второстепенным.

Рис. 3.60. Пассажирский паровоз Су

В этой связи с 1924 г. начали проектировать специализированные железнодорожные тягачи. Для пассажирских перевозок предназначался скоростной локомотив серии Су, который с успехом использовался для этих целей вплоть до массового перехода на электрическую и дизельную (тепловозную) тягу в шестидесятых годах прошлого века (рис. 3.60).

Рис. 3.61. Грузовой паровоз серии ФД

В отечественной транспортной промышленности, включая паровозостроение, началась эпоха рекордов. Советские самолёты, корабли, самолёты и паровозы должны, по велению партии и лично товарища Сталина, быть совершеннее всех в мире. По этому поводу в г. Луганске, который ныне вследствие полного дебилизма правителей оказался за рубежами России, начали выпускать грузовые паровозы серии ФД (Феликс Дзержинский), самые мощные в Европе (рис. 3.61). В 1931 г. первый образец локомотива этой серии имел мощность 2600 л.с. В последствии мощность была увеличена до 2900 л.с. В период 1931 - 1942 гг. было выпущено 3213 паровозов этой уникальной по мощности серии.

Выпускались массово и менее мощные грузовые локомотивы (рис. 3.62). Так, например, в период с 1934 г по 1951 г. было построено 4487 паровозов серии СО («Сергей Орджоникидзе»). Грузовой паровоз средней мощности, простой в постройке и эксплуатации, он занял в истории отечественного паровозостроения третье место по количеству выпущенных единиц.

Самым продвинутым магистральным паровозом, выпускавшемся в СССР, конечно стал локомотив серии ИС, «Иосиф Сталин, выпускавшийся Коломенским машиностроительным заводом с 1932 г.

Рис. 3.64. Самый мощный в Европе

На рис 3.63 приведена фотография раннего образца этой модели. Существенно отметить, что элементная база ИС была унифицирована с грузовым паровозом ФД. Мощность пассажирского паровоза серии ИС изменялась, в зависимости от года выпуска, в пределах 2500 - 3200 л.с., в зависимости от года выпуска. С составом из 14 пассажирских вагонов локомотив мог развивать на прямом участке пути скорость до 115 км/час.

Последние модификации этого паровоза имели обтекаемый корпус (рис. 3.64). Всего в период 1932 - 1942 гг. было построено 649 паровозов этой серии, в 1938 г. Локомотив с обтекателями демонстрировался на Всемирной выставке в Париже, где получил достаточно высокую оценку специалистов.

Паровозы этой серии работали на железных дорогах СССР и братских стран вплоть до 1966 г. Правда, начиная с 1962 г. название локомотива в рамках компании борьбы с культом личности И.В. Сталина изменили, он стал официально называться ФД (П), можно подумать, что Феликс Дзержинский был большим демократом, чем Сталин. Это иллюстрация к превратностям нашей отечественной истории.

Разговор о паровозах закончим цитированием знаменитого немецкого учёного Рудольфа Клазиуса, который в 1885 г. будучи профессором Боннского университета в небольшой работе «О запасах энергии в природе и пользовании ими для нашего блага» писал: «Из земли добывается угля столько, сколько может быть только добыто при помощи всех технических средств. Между тем, число железных дорог, пароходов и заводов, поглощающих массу угля, возрастает с ужасающей быстротой, поэтому невольно появляется вопрос: что же предстоит человечеству в будущем, когда весь запас угля будет израсходован? Наступление подобного кризиса не относится к бесконечно далекому времени, а к такому, что для жизни народов может оказаться совершенно ничтожным».

Профессор Клаузиус, озабоченный ситуацией с угольными запасами планеты, несколько ошибся. Задолго до истощения источников твердого топлива пытливый человеческий ум освоил новый принцип получения энергии посредством так называемых взрывных моторов, которые были на первых этапах их практического освоения в 2,5 раза эффективнее паровых машин.