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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
機関車。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト 蒸気機関車は、蒸気機関をエンジンとして使用する蒸気発電所を備えた自律型機関車です。
蒸気機関車の歴史は、線路の歴史と機関車の歴史の 1541 つの物語を組み合わせたものです。 さらに、最初のものは1801番目のものよりもはるかに早く発生しました。 Sebastian Munster は、XNUMX 年に出版された著書の中で、採掘における木製レールの使用について書いています。 XVIII世紀に、レールは鋳鉄で作られ始め、XIX世紀の初めには軟鉄から作られました（鋳鉄は壊れやすいため、すぐに崩壊しました）。 長い間、線路は鉱山だけに建設されていましたが、その後、馬車の旅客道路が普及しました。 このような最初の鉄道は、XNUMX 年にイングランドのウォンズワースとクロイドンの間に建設されました。 機関車に関して言えば、それはワットの偉大な発明の後にのみ存在することができました. 蒸気エンジンがある程度の人気を得るとすぐに、蒸気エンジンを自走式カートのエンジンとして使用するなど、輸送のニーズに適合させようとした多くの発明者がいました。 この種の最初の試みは、ワットの助手マードックによってなされた。 彼は、蒸気自動車のエンジンは定置式の蒸気エンジンとは設計が異なるに違いないことを他の人よりも早く理解していました。 ワゴンがそれ自体に加えてペイロードを運ぶことができるようにするために、エンジンはコンパクトで軽量で強力でなければなりません。 まず、マードックはシリンダー内の圧力を3〜3気圧に上げることを提案しました（その後、この圧力は非常に高いと見なされました）。 彼はまた、復水器を放棄し、「排気用」の排気蒸気を大気中に放出する必要があると考えました。 5年、マードックは蒸気カートの実用モデルを構築しました。 しかし、ワットは彼の助手の実験に非常に冷たく反応し、マードックは彼の実験をやめなければなりませんでした。 幸いなことに、明るく好奇心旺盛な1786代のリチャード・トリヴァイティックは、マードックのレッドレスでの実験中に出席しました。 彼が見たものは彼に大きな印象を与え、成熟した後、彼は蒸気自走車の作成に人生を捧げました。 Trivaitik は、Murdoch が中断したところから始まりました。 最初に、彼は凝縮器なしで「排気用」に働く高圧蒸気エンジンを設計しました。
それから1801年から1803年に彼はカムボーンからプリマスへの悪路で大成功を収めて走った多くの蒸気ワゴンを作りました。 実際、これらは歴史上最初の車でした。 しかし、空気入りタイヤが発明される前は、愛好家だけがそのような機械を運転することができました。 良い道路はほとんどなく、車とそのドライバーを激しい揺れから救う泉はありませんでした。 さらに、これらの構造物はすべて、未舗装の道路に沿って移動するために非常にかさばり、重くなりました。
Trivaitik は蒸気自動車をレールに乗せるというアイデアを思いつきました。 1804 年に彼は最初の蒸気機関車を作成しました。 この機関車は、210 つの車軸で支えられた円筒形の蒸気ボイラーでした。 火室は煙突の下の正面にあり、機関車の前にテンダー (石炭を積んだ貨車で、ストーカーが座っていた) をつないでおかなければならなかった。 直径1 mmの長い水平シリンダーのピストンストロークは4 mで、ピストンロッドは機関車のはるか前方に突き出ており、特別なブラケットで支えられていました。 機関車の片側には、両方の車軸に複雑なギアとホイールのトランスミッションがあり、反対側には、工場の蒸気機関のような大きなフライホイールがありました。 この史上初の蒸気機関車は、多くの点で驚くべき特徴を備えていました。 そのため、自重 5 トンで、総重量 8 トンの貨車 25 台を時速 26 km で輸送し、空の場合は時速 XNUMX km で移動しました。
Trivaitikは、車輪とレールの間の摩擦が機関車の前進に十分であるかどうか確信がありませんでした。 そのため、レールを超えて突き出たホイールの外側部分に釘の頭がちりばめられ、レールと平行に配置されたバーに押し込まれました。 しかし、すぐにTrivaitikは、これらの追加の装置は必要ないと確信しました。機関車は滑らかなレールに沿って完全に移動し、その後ろにいくつかの貨車を引きずることができました。 その優れた運転性能にもかかわらず、最初の蒸気機関車は興味をそそりませんでした。 事実、トリヴァイティックはマーサー・ティドビルの馬の鉄道で彼の子孫を実演しなければなりませんでした。 重い蒸気機関車は常に鋳鉄製のレールを壊していました。 彼のために特別な道を作らなければならないことは明らかでした。 しかし、トリヴァイティックが蒸気機関車に興味を持ちたかった鉱山の所有者は、新しい道路の建設に投資することを望まず、発明者への資金提供を拒否しました。 その後、Trivaitikはさらにいくつかの蒸気機関車を設計および製造しました。 1808年の蒸気機関車はさらに一歩前進しました。 Trivaitikはかさばる歯車列を取り外しました。 垂直シリンダーからの動きは、クランク付きのシンプルなコネクティングロッドを介してリアアクスルに伝達されました。 排気蒸気の一部はボイラー内の水を加熱するために使用され、一部は狭い穴から煙突に放出され、炉内のドラフトが増加しました。 この改良された蒸気機関車は、空車状態では時速 30 km の速度に達しました。 しかし、そんな素晴らしい車にも誰も興味を持ちませんでした。 1811 年、ついに破滅したトリヴァイティクは実験を中止せざるを得ませんでした。 彼の問題は、発明が早すぎたということだった。 鉄だけでなく鋳鉄もまだ高価でした。 したがって、鉄道建設は採算が合わないと思われた。 高精度の金属切断機もほとんどありませんでした。 機関車の部品はすべて手作りする必要があり、コストが高かった。 さらにナポレオンとの戦争があり、イギリスは大陸封鎖に制約され、多額の投資を必要とするあらゆるプロジェクトは実行できなかった。 しかし、もちろん、技術的な思考を止めることは困難ではありません。 蒸気機関車の作成を始めた新しい発明者がいました。 長い間、滑らかな車輪は滑らかな鉄のレール上を転がることができないという信念が整備士の間で広まりました。 この想像上の危険を回避しようとして、一部の発明者は間違った道を進んだ。 1812 年に、 ヨークシャーのミドルトン炭鉱 (Middleton Colliery) の所有者の 6 人であるブレンキストン (Blenkiston) は、 ミドルトン (Middleton) とリーズ (Leeds) の間に長さ 90 km の小さな鉄道を、特に蒸気機関車のために建設した。 同年、メカニックのマレーはブランキストン計画に従って蒸気機関車を製造し、これはかなり優れた技術的性能を持っていた。 彼は普通のレールの上を移動し、縁が滑らかな車輪を持っていました。 しかし、滑らかなレールの隣に置かれたギアラックに沿って転がるギアホイールの助けを借りて、移動が行われました。 機械には XNUMX つの蒸気シリンダーがありました。 エンジンのクランクは互いに XNUMX 度ずれていました。 片方が静止している時、もう片方が最大の力を発揮した。
これは、クランクの任意の位置から始動できる最初の複動式蒸気エンジンでした。 マレー蒸気機関車は、時速20kmの速度で6トンのペイロードを輸送できます。 軽い荷物で、彼は非常に急な上り坂をとることができました。 これらの蒸気機関車のいくつかは鉱山に使用するために作られましたが、速度が非常に遅く、価格が高く、線路が壊れているためにアイドル状態になることが多かったため、広く使用されていませんでした。 別の発明家であるブラントンは、1813 年に脚のように地面を押して車両を前進させる XNUMX つの機構を備えた蒸気機関車を製造しました (最初のテスト中に、この機関車は爆発しました。ボイラー）。
滑らかな車輪が滑らかなレールに沿って動くことができることがすぐに証明されました。 BlackettとHeadleyの50人の発明家は、滑らかなリムを備えた特別なカートを作成しました。このカートは、乗客がギアトレインで駆動していました。 鉄がカートに積み込まれ、重量が変化しました。 これらの実験の過程で、台車の駆動輪（つまり、エンジンから回転を受けた車輪）の摩擦は、レールに沿って自由に転がる車輪の摩擦よりも50倍高いことが示されました。 したがって、駆動輪の停止のおかげで、どの機関車もその結合荷重（エンジンとペアになっている蒸気機関車の車輪にかかる重量）のXNUMX倍の荷重を引くことができます。 1815年、BlackettとHadleyは、「PuffingBilly」と名付けられた非常に優れたエンジンを組み立てました。 Trivaitikの絵を自由に使えるようにして、彼らは彼の開発の多くを利用することができました。 非常に長い間、設計者は当時の蒸気機関車のすべての発明者が直面した問題、つまり機関車がレールを壊さないように車軸荷重を減らす方法に苦労していました。 最初はこれがあまりにも頻繁に起こったので、各旅行の前に入札は鋳鉄製のレールの供給を積まなければなりませんでした。 最後に、BlackettとHadleyは、ボイラーを入札と同じフレームに配置し、1865対の車輪を提供して、ビリーがXNUMXつの従動車軸を持つようにしました。 その後、彼はトラックを台無しにするのをやめました。 この機関車はXNUMX年まで鉱山で運転され、その後ロンドン博物館に引き渡されました。
一方、ナポレオンに対する最後の勝利は、市況の変化につながりました。 イングランドは新たな産業の急増の時期に入りました。 石炭の需要は急激に増加し、その結果、鉱山の所有者は蒸気輸送の必要性をますます意識するようになりました。 今、彼らの多くは蒸気機関車の建設に関する実験に資金を提供する準備ができていました。 当時、蒸気機関車のアイデアは空中にあり、数十人の整備士がイギリスのさまざまな場所で一度にそれに取り組み、さまざまな設計の蒸気機関車を開発しました。 ジョージ・スチーブンソンによって設計および製造された機関車は、他の機関車よりも成功していることが判明しました。 1812 年、キリングワース鉱山の主任整備士として、スチーブンソンは主人のトーマス リデルに最初の蒸気機関車の設計を提案しました。 彼はその建設費を支払うことに同意した。 1814 年に工事が完了しました。 「Blucher」という名前が付けられた蒸気機関車は、鉱山のメンテナンスに携わっていました。 設計はブレンキンストン蒸気機関車に非常に似ていましたが、歯車付き駆動輪はありませんでした。 垂直に配置された 30 つの蒸気シリンダーがありました。 ピストンからの動きは、コネクティングロッドによって 5 つの主要ランプに伝達されました。 これらの斜面は、歯車駆動によって接続されていました。 テンダーは機関車から分離され、後部に連結されていました。 "Blucher" は 6 トンの荷物を運ぶことができましたが、急な上り坂を登ることができず、荷物を積んだ状態で時速 XNUMX km しか出ませんでした。 多くの点で、彼は「パフビリー」より劣っていて、XNUMX年の手術の後、以前に使用された馬よりわずかに利益があっただけであることが判明しました。 失敗の理由は弱い牽引力でした。 排気蒸気は、パイプではなく空気中に直接放出され、炉内のドラフトを増加させる可能性がありました。 スティーブンソンはそもそもこの欠点を取り除きました。 排気蒸気がパイプに流れ始めた後、推力が増加しました。 改良された機関車はすでに馬と真剣に競争しており、リデルは実験を続けるために喜んでお金を与えました。
1815年、スティーブンソンは1816台目の蒸気機関車を製造しました。 この設計では、彼は車軸と歯車駆動装置の接続を断念しました。 垂直蒸気ボイラーは車軸の真上に配置され、ピストンからの動きはチェーンとペアになってドライブ車軸に直接伝達されました。 XNUMX年にXNUMX番目のエンジン「キリングワース」が完成しました。 彼のために、スティーブンソンは最初にばねを発明して適用しました（その前に、ボイラーはフレームに直接取り付けられ、その結果、機関車は文字通りドライバーから魂を振り払い、関節で跳ね返りました）。 同時に、スティーブンソンはトラックの改善に取り組みました。 当時は脆い鉄レールが広く使われていました。 重い蒸気機関車を動かすとき、彼らは時々関節で破裂します。 スティーブンソンは斜めの関節を思いつき、その特許を取得しました。 しかし同時に、鋳鉄製のレールが鉄製のレールに交換されない限り、基本的な改善は期待できないことが彼に完全に明らかになりました。 鉄は鋳鉄より数倍高価であり、所有者はそのような高価な道路を建設することを躊躇していました。 しかし、スティーブンソンは、蒸気機関車を使用することは、その牽引力が十分に強い場合にのみ有益であることを証明しました。 蒸気機関車が大型列車を運び、かなりの速度を発揮できるようにするためには、最初の蒸気機関車が通らなければならなかった既存の馬道を、XNUMXつの点で再建する必要があります。レールを強化します。 スティーブンソンは、数年でこれらのアイデアを実現することができました。
1821 年、ダーリントン鉱山の所有者の 56 人であるエドガー ピーズは、ダーリントンからストックトンまでの鉄道を建設する会社を設立し、スティーブンソンに建設を依頼しました。 側枝を含む道路の全長は 3 km でした。 これは当時としては重要な事業であり、スティーブンソンは熱心にその実施に着手しました。 彼は非常に苦労して、ピサと彼の仲間を説得して、道路の長さの半分に鉄のレールを設置することに成功しました.XNUMX倍の費用がかかりました. 19年1825月34日、XNUMX両の始発列車が厳粛に道路を通過しました。 そのうちのXNUMXつには石炭と小麦粉が積まれており、残りには一般向けのベンチがありました。 これらの貨車はすべて、スティーブンソン自身が運転した新しい蒸気機関車「ムーブメント」によって牽引されました。 音楽の音と乗客の陽気な叫び声に、列車はストックトンに無事通過しました。
列車の平均速度は時速10キロでした。 機関車の前で、旗を持ったライダーが疾走し、観客に線路を解放するように頼んだ。 一部のセクションでは、列車が時速24 kmに加速したため、彼は全速力で急いで行かなければなりませんでした。 合計600人以上の乗客がこのフライトで運ばれました。 残りの貨物と合わせて、この聴衆の体重は約90トンでした。
ダーリントン-ストックトンロードの建設に成功したことで、スティーブンソンの名前は広く知られるようになりました。 1826年、マンチェスター-リバプール道路輸送会社の取締役会は、スティーブンソンに1000ポンドの給与で機関長のポストを提供しました。 この道路は非常に起伏の多い地形を通過したため、建設は非常に困難でした。 堤防、発掘、トンネルなど、さまざまな人工構造物を建てる必要がありました。 いくつかの橋は63で建設されました。リバプール自体の下で、岩場に2kmの長さのトンネルを敷設する必要がありました。 それから私は高い砂の岩に切り込みを入れなければなりませんでした（この作業の間に、合計で4万立方メートルの石が取り除かれました）。 特に困難だったのは、幅480 km、深さ6 mのチェットモス泥炭湿地を通る帆布の建設でした。作業の総費用はすぐにすべての予備見積もりを上回りましたが、スティーブンソンは安価なキャストの代わりに高価な鉄のレールを敷設することを強く要求しました。鉄のレール。 これが鉄道の建設方法であり、そうでない場合ではないことを取締役に証明するには、彼のすべての雄弁さとすべての権限が必要でした。 最後に、すべての障害がうまく克服されました。 1829年、道路が完成に近づき、すでに車両について考える必要があったとき、同社は最高の機関車設計を求める無料の競争を発表しました。 レインヒルの近くに、長さ3kmの新しいセクションが割り当てられました。 競技に参加した蒸気機関車は、この距離を20回カバーする必要がありました。 スティーブンソンはレインヒルで、当時の最新技術に基づいて彼の工場で製造された新しい蒸気機関車「ロケット」を展示しました。 1826年に、彼は傾斜したシリンダーを備えた機関車の設計を開発しました（蒸気機関車「アメリカ」で初めてテストされました）。 これにより、シリンダー内の有害なスペースを減らすことができました。これは、垂直方向の配置で非常に重要でした。 蒸気ボイラーも大幅に改良され、さらに言うべき煙管が初めて使用されました。 一般に、蒸気ボイラーは蒸気機関車の最も重要なコンポーネントの XNUMX つであり、その技術的特性はこれに大きく依存していました。 彼には多くの要件が課されました。石炭と水の消費量が少ないため、可能な限り多くの弾性蒸気を与えなければなりませんでした。 この効果は、まず第一に、水と高温ガスとの接触面積を増やすことによって達成できます。
初期の蒸気機関車は単純な円筒形のボイラーを使用していました。 ここで、D は蒸気が集められるキャップで、チューブ B の XNUMX つを介して蒸気バルブに導かれます (もう XNUMX つは安全弁に接続されていました)。 ボイラーには傾斜した火格子 R があり、そこから大気が漏斗 T から注がれた石炭に送られました。 そこからの炎は、ボイラーの下の最初の煙突 F に高温のガスが入る開口部 b があった傾斜したボールト G の下で上昇しました。 次に、これらのガスは c に入り、側面の煙突 F に入り、前側の接続 d を通って、再び F に沿ってボイラーの後ろに流れ、そこからすでに煙突に流れ出していました。 このように、ボイラーは、いわば、四方から熱風が流れていました。 アッシュドア K とダンパー S は、ストーカーが火室への空気の流れを調整する単純な装置でした。
円筒形ボイラーの最も単純な変更は、最初の煙突がボイラーの下ではなく内部を通過する火炎管を備えたボイラーでした。 次のステップは、1828年にフランスのエンジニアSeguinによって発明された管状ボイラーでした。 金属製の煙管がこのボイラーの内部を通過し、そこを通って高温ガスが炉から煙突に移動しました。 管状ボイラーでは、加熱面は円筒形ボイラーよりもはるかに大きかった。 同時に、熱のはるかに大きな部分が気化に行き、比較的小さな部分が煙突に飛んでいきました。 「ロケット」では、ボイラーの総加熱面は約13平方メートルで、そのうち11平方メートルがチューブでした。したがって、同じ寸法で、ボイラーの生産性ははるかに高くなりました。
レインヒル競技会は、機関車の歴史における主要なイベントになりました。 彼らは彼の子供時代を終わらせたと信じられています。 競技会には約 10 万人の観客が参加しました。これは何よりも、蒸気輸送に対する一般大衆の大きな関心を物語っています。 スチーブンソンが彼の創造物に託した希望は完全に正当化されました。 10月48日空になった「ロケット」は、時速4 kmの記録的な速度を達成しました。 自重5トン、総重量17トンの列車を時速21kmで自在に牽引した機関車。 客車38両の蒸気機関車の速度は時速XNUMXkmに達しました。 すべての点で、「ロケット」は他のすべての機関車よりも桁違いに優れており、500ポンドの賞金がスティーブンソンに授与されました。 彼はそれを彼のアシスタントブースと共有しました、彼は管状ボイラーのアイデアを提案しました（当時のブースもスティーブンソン自身もセギンの発明について何も知りませんでした）。 「ロケット」は、後の機関車の最も重要な機能をすべて備えていたため、完全に完璧な蒸気機関車と見なすことができます。1）炉はボイラー水に囲まれていました。 2）ボイラーは水平に配置され、火管がありました。 3）蒸気が煙突に入り、ドラフトが増加し、炉の温度が上昇しました。 4）蒸気の力は、ギアなしでコネクティングロッドを介してホイールに伝達されました。 翌年、リバプール-マンチェスター線が開通しました。 道路の建設には、当時としては前例のない設備投資が必要でした。 それを敷設するための総費用は739千ポンドに達した。 しかし、この道路の必要性は非常に大きかったので、かなり早く報われました。 これは、新しい輸送モードの最良の推奨事項でした。 数年後、世界中で急速な鉄道建設が始まりました。 蒸気機関車の時代が始まりました。 このプロセスにおけるリバプール-マンチェスター道路の重要性を過大評価することはできません。これは、歴史上最初の大規模で技術的に正しい鉄道建設プロジェクトでした。 堤防の建設、ダムとトンネルの建設、線路と寝台の敷設などに関するスティーブンソンの発見の多くは、後に他のエンジニアのモデルになりました。 蒸気機関車の普及による大規模な変化は、誇張ではなく、世界の様相を一変させたと言っても過言ではありません。 鉄道が発明される前は、最も重要な産業都市は海岸沿いまたは航行可能な川沿いにありました。 帆船が主要な輸送手段として機能しました。 国内では、物資の輸送は馬車で行われ、すべての国で道路は非常に劣悪な状態でした。 道路がなければ、産業は発展しません。 それにもかかわらず、ミネラルを持っていた多くの地域は活動が停止する運命にありました。 蒸気輸送への移行により、輸送コストが大幅に低下したにもかかわらず、移動速度と貨物回転率が大幅に向上しました。 最も辺鄙な地域は、すぐに鉄道で産業の中心地、港、原材料の供給源に接続され、経済生活の一般的なリズムに関与しました。 距離が障害になることはなくなり、産業はその発展に強力な推進力を得ました。 著者：Ryzhov K.V.
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