Макет паровоза из дерева чертежи. Как работает паровоз? Тяга от реверса к парораспределительному механизму
Паровоз состоит из трех основных частей, объединенных в одно целое: котла, паровой машины и экипажа. К экипажу обычно постоянно прицеплен тендер, который служит для хранения запасов топлива, воды, смазки и обтирочных материалов.
Принцип работы паровоза заключается в следующем. В части котла, называемой топкой А (рис. 1), сжигается топливо. Газы сгорания топлива, горящего на колосниковой решетке 29, огибая свод 3, опирающийся на циркуляционные трубы 2, омывают стенки огневой коробки 4 и входят через отверстия задней трубной (огневой) решетки 5 в жаровые 7 и дымогарные 6 трубы и через их стенки отдают свое тепло воде. Выйдя через отверстия передней трубной решетки 11 в дымовую коробку В, газы огибают искроотбойные щитки, проходят искрогасительную сетку 16 и выходят через дымовую трубу 15 в атмосферу. Шлак и зола проваливаются через отверстия колосниковой решетки в зольник 28. Образующийся в результате нагрева воды в котле пар собирается над водой в замкнутом стенками котла пространстве, отчего его давление постепенно растет, доходя до рабочего.
Чтобы привести паровоз в движение, открывают с помощью привода 30 регулятор 10 и пар из парового колпака 9 поступает в камеру насыщенного пара 12 коллектора пароперегревателя. Затем пар протекает по трубкам (элементам) 5 пароперегревателя, размещенным в жаровых трубах. От нагрева газами сгорания температура пара в элементах пароперегревателя повышается до 400—450°С и он с такой температурой поступает в камеру перегретого пара 13 коллектора пароперегревателя, откуда по паровпускным трубам 14 проходит к паровой машине паровоза.
В цилиндрах 20 потенциальная энергия пара превращается в механическую энергию возвратно-поступательного движения поршня 21, а связанное с ним поршневое дышло 22 и сцепные дышла 23 вращают движущие колеса 24. Отработавший в паровой машине пар выходит по паровыпускным трубам 19 в форсовой конус 18, создавая тягу газов в котле, и далее через дымовую трубу 15 вместе с газами сгорания в атмосферу.
На экипаже паровоза размещены котел, паровая машина, будка машиниста 1, а на бестендерных паровозах и баки для запасов топлива и воды. Взаимодействие движущих колес экипажа с рельсами при работе паровой машины вызывает появление силы тяги, которая по сцепке 27 между паровозом и тендером, и далее через автосцепку 26 воздействует на прицепленные к паровозу вагоны и заставляет их двигаться вместе с ним.
Для облегчения прохода и безопасности движения с высокой скоростью на кривых участках пути быстроходные паровозы снабжают передней тележкой (бегунком) 40. В паровозах большой мощности с широкой и тяжелой топкой экипаж дополняли задней (поддерживающей) тележкой 25, имеющей колеса небольшого диаметра, позволяющие разместить ее под топкой.
Паровозы, построенные для обслуживания внутризаводских и подъездных путей промышленных предприятий, тендеров не имеют (танк-паровоз).
Наглядное представление, о распределении тепла, содержащегося в расходуемом паровозом топливе, может дать диаграмма, изображенная па рис. 2.
Потери в топке 1, в среднем оцениваемые в 8%, складываются из химического и механического недогорання топлива. Химический недожог объясняется невозможностью сжечь весь углерод С в окись—-С0 2 ; некоторая часть углерода, из-за недостатка воздуха, сгорает в закись углерода СО, не отдавая всего тепла, которое может выделиться при полном окислении углерода. Механический недожог складывается из уноса несгоревшпмп мелких частиц топлива из топки с потоком воздуха и газов, а также из попадания в шлак н провала через колосники в зольник некоторого количества топлива.
Служебный расход пара 2, составляющий в среднем около 6,5%, необходим для работы паровой машины углеподатчика, разбрасывания угля по колосниковой решетке, подачи воды в котел, продувки жаровых и дымогарных труб, работы паровоздушного насоса и питания турбины электрогенератора.
Потери на внешнее охлаждение котла 3, оцениваемые в среднем в 1,5%, пояснений не требуют. В зимнее время они возрастают в связи с понижением температуры окружающего котел воздуха.
Вторую по величине потерю —с уходящими газами 4 — в среднем можно принять 17—18%. Она может быть уменьшена за счет подогрева воздуха уходящими газами.
Неизбежные утечки пара 5 через сальники и различные уплотнения принимают обычно равными 5%. Однако, при тщательном уходе за паровозом и высококачественном ремонте эти потери могут быть существенно уменьшены.
Наибольшие потери составляет тот запас тепла, который заключен в покидающем паровую машину отработавшем паре 6; они составляют 52—53% и могут быть уменьшены за счет использования некоторой части отработавшего пара для подогрева питательной воды, хорошей регулировки парораспределения в грамотного управления паровозом.
Механические потери в машине и в шейках на трение 7 оцениваются в 1,5—2%. Кроме применения подшипников качения в дышловом механизме и в буксах, эти потери можно несколько уменьшить хорошим уходом, своевременным и правильным смазыванием мест трения.
Из приведенных данных явственно выделяется большое значение экономного расходования топлива.
Попробуйте выпилить вот такой паровоз.
Работа сложная.
Такая поделка наверняка приглянется Вашим близким разместив ее на видном месте, например, на полке. Для изготовления такой поделки Вам понадобятся следующие:
Инструменты по выпиливанию.
Подготавливаем свой рабочий стол
Первым делом Вам необходимо подготовить свой стол, на котором Вы будете работать. На нем не должно быть лишних вещей и каждый инструмент должен находиться под рукой. Не у всех есть свой рабочий стол и наверняка уже задумались над его созданием. Сделать стол не сложно - сложно выбрать для него место в доме. Идеальный вариант - это утепленный балкон, на котором Вы в любой момент сможете выполнить поделку. Я уже писал про подготовку стола в отдельной статье и постарался как можно подробнее описать весь процесс его создания. Если Вы не знаете как подготовить свое рабочее место, то прочитайте следующую Статью. После того как завершили процесс создания стола, попробуйте приступить к выбору вашей будущей поделки.
Выбираем качественный материал
Основной материал - это фанера. Выбор ее всегда сложен. Каждый из нас наверняка сталкивался с такой проблемой как расслаивание фанеры с торцевой части и задавался таким вопросом, от чего же такое расслаивание? Ну как же, в основном это из-за некачественной фанеры. Если Вы взяли лобзик в руки не в первый раз, то можно подобрать фанеру из остатков от предыдущей поделки. Если же Вы новичок в выпиливании и у Вас нет фанеры, то купите ее в строительном магазине. Выбрать материал для выпиливания всегда сложно. Выбирать фанеру нужно всегда внимательно, чаще смотреть на пороки дерева (сучки, трещины) и делать выводы. Сложность выбора фанеры заключается в том, что как бы ни прогадать ее пороки и срок хранения. К примеру, купили Вы фанеру, зачистили ее, перевели чертеж и вдруг она начала расслаиваться. Конечно же, такое бывало почти у каждого и это ох как неприятно. Так что лучше уделить внимание при выборе и выбрать хорошую фанеру. Я написал специальную Статью, в которой поэтапно описаны все принципы выбора фанеры.
Зачистка фанеры
Зачищаем нашу фанеру при помощи наждачной бумаги. Как Вы уже знаете, для зачистки фанеры в выпиливании применяют «Среднезернистую» и «Мелкозернистую» шкурку. В строительных магазинах Вы наверняка видели шкурки (по-другому наждачная бумага), именно они нам и понадобятся. В работе Вам понадобится «Крупнозернистая», «Среднезернистая» и «Мелкозернистая» шкурка. У каждой из них свое свойство, но совсем разное напыление, при котором она и классифицируется. «Крупнозернистая» шкурка служит для обработки грубой фанеры, т.е. у которой множество пороков, сколов, а так же трещин.
«Среднезернистая» шкурка служит для обработки фанеры после «Крупной» шкурки и имеет небольшое напыление. «Мелкозернистая» или по другому «Нулевка». Такая наждачная бумага служит завершающим процессом зачистки фанеры. Она придает фанере гладкость, а следовательно фанера будет приятна на ощупь. Шлифуйте заготовленную фанеру поэтапно, начиная со среднезернистой и заканчивая мелкой наждачной. Шлифовку осуществляйте вдоль слоев, а не поперек. Хорошо отшлифованная поверхность должна быть ровной, совершенно гладкой, глянцевой на свету и шелковистой на ощупь. Как лучше подготовить фанеру к выпиливанию и какую наждачную бумагу лучше выбрать Читайте здесь. После зачистки проверьте фанеру на заусенцы и на небольшие неровности. Если нет видимых дефектов, то можно преступать к процессу перевода чертежа.
Перевод чертежа
Для меня перевод чертежа был всегда главным процессом в работе. Я расскажу Вам пару правил, а так же советов для качественного перевода чертежа. Многие переводят чертеж на фанеру не только при помощи карандаша и копировки, но и при помощи «Черной ленты», склеивают чертеж с фанерой, затем смывают чертеж водой и на фанере остается разметка чертежа. Вообще способов много, но я расскажу о самом распространенном способе. Для перевода чертежа на заготовленную фанеру необходимо использовать копировку, линейку, острый карандаш и не пишущую ручку. Чертеж закрепите, в фанере при помощи кнопок или просто придерживайте левой рукой. Проверьте, подходит ли чертеж по габаритам. Чертеж часов расположите так, чтобы как можно экономичнее использовать лист фанеры. Переводите чертеж при помощи не пишущей ручки и линейки. Торопиться не стоит, ведь от чертежа зависит Ваша будущая поделка.
Просверливаем отверстия в деталях
Как Вы уже заметили, что в деталях присутствуют части пазов, которые необходимо выпилить изнутри. Чтобы выпилить такие детали необходимо просверлить в них отверстия про помощи ручной дрели или, как по старинке проделать отверстия шилом. Кстати, диаметр отверстия должен быть не менее 1-мм иначе можно повредить элементы чертежа, которые, увы, иногда, сложно восстановить. Чтобы при просверливании отверстий не повредить Ваш рабочий стол необходимо подложить под заготовку дощечку, чтобы не повредить рабочий стол. Просверливать отверстия одному всегда трудно и поэтому попросите товарища помочь Вам в вашем деле.
Выпиливание деталей
Правил по выпиливанию много, но основываться нужно к самым распространенным. Первым делом необходимо выпилить внутренние детали, только потом по наружному узору. При выпиливании торопиться не нужно. Главное, при выпиливании держать лобзик всегда прямо под углом 90 градусов. Выпиливайте детали по точно размеченным вами линиям. Движения лобзика должно быть всегда ровными вверх-вниз. Так же не забывайте следить за своей осанкой. Старайтесь не допускать скосов и неровностей. Если при выпиливании вы сошли с линии, не стоит переживать. Такие скосы, неровности можно удалить при помощи плоских напильников или «Крупнозернистой» шкуркой.
Отдых
При выпиливании мы часто устаем. Зачастую устают пальцы рук а так же глаза, которые всегда в напряжении. При работе, конечно же, все устают. Для того чтобы уменьшить нагрузку, нужно делать пару упражнений. Упражнения вы можетеПосмотреть здесь. Упражнения проделывайте в процессе работы несколько раз.
Зачистка Деталей
Зачищать детали будущей поделки нужно всегда тщательно. В самом начале работы Вы уже зачищали фанеру наждачной бумагой. Сейчас Вам предстоит уже малая часть зачистки фанеры. «Среднезернистой» шкуркой зачищайте ребра деталей и заднюю часть фанеры. «Мелкозернистая» шкурка считается завершающей стадией зачистки деталей. Мелкой шкуркой лучше зачищать лицевую часть деталей. При обработке фанеры не торопитесь. Можно воспользоваться и закругленным напильником, при помощи которого удобно зачищать внутреннюю часть отверстий. Старайтесь, чтобы детали получились без заусенцев и неровностей.
Сборка деталей
Сборка деталей нашей поделки здесь не такая уж и сложная. Для того чтобы осуществить правильную сборку деталей Вам необходимо прочитать следующую Статью, в которой подробно написано обо всех мелочах сборки. После того как детали собираются в одну общую поделку без особых проблем, то приступайте к их склеиванию.
Склеиваем детали
Склеивать детали полки необходимо при помощи клея «ПВА» или «titan». Много клея лить не нужно. Собранную поделку на клею лучше связать прочной нитью, затянуть и положить на просушку. Поделка склеивается примерно 10-15 минут.
Выжигание поделки
Чтобы украсить нашу поделку узором (к примеру, по краям поделки) Вам понадобится электровыжигатель. Красиво выжечь узор бывает очень сложно. Выжигать узоры, нужно предварительно нарисовав узор карандашом. Как работать с электровыжигателем и добавить узоры на полку Вы можете Прочитать здесь.
Лакировка поделки
По желанию можно преобразить нашу поделку, покрыв ее лаком «По дереву» лучше бесцветным. Читайте как лучше Лакировать поделку. Постарайтесь выбрать качественный лак. Лакирование производите при помощи специальной кисти «Для клея». Не торопитесь. Старайтесь не оставлять видимых разводов и царапинок на поделке.
Изображение паровоза кликабельно
Паровоз использует энергию пара высокого давления. Этот перегретый пар толкает ряд поршней, которые с помощью соединительных тяг (рисунок ниже) заставляют вращаться колеса. Относительная простота конструкции и надежность паровоза сделали его самым популярным средством передвижения со времени появления первых локомотивов в начале 1800-х годов и до конца второй мировой войны.
Хотя паровозы и сейчас широко используются в Индии и Китае. Однако их главным недостатком является низкий коэффициент полезного действия: даже в лучших паровозах не более 6 процентов энергии, выделяющейся при сгорании угля, переходит в энергию движения.
В современном паровом двигателе уголь на сгорание подается автоматически из тендера в топку. Где он и сгорает при температуре около 2550 градусов по Фаренгейту (что соответствует 1400°С). Холодная вода, запасы которой тоже хранятся в тендере, дважды нагревается в паровом котле и превращается в перегретый пар высокого давления. Этот пар, попадая затем в цилиндры, двигает поршни и заставляет крутиться колеса поезда. Часть пара, остывая, превращается снова в воду и возвращается в паровой котел. Остальной пар выбрасывается наружу через дымовую трубу.
Сохранение тепла
Пар, который отработал на поршнях, все еще горячий. В некоторых конструкциях паровозов часть отработанного пара используется для предварительного подогрева холодной воды - перед тем, как эта вода поступает в паровой котел.
Увеличение температуры
Теплая вода, находящаяся внутри водотрубного котла, проходит по трубам, окружающим топку, и превращается в пар. Затем этот пар по другим трубам проходит уже внутри топки.
Поршень, приводимый в движение паром
Открывается левый поршневой клапан, и пар под высоким давлением входит в цилиндр (как показано на (1) рисунке сверху). Пар заставляет поршень двигаться направо и поворачивает колесо (2.). Затем левый клапан закрывается. Открывается правый клапан, и свежий пар попадает на другую сторону поршня (3). Теперь под действием энергии пара поршень возвращается в первоначальное положение, заставляя колесо к этому времени проделать один оборот (4). Дальше все повторяется сначала.
Паровозы, устройство которых на фоне других технологий сегодня является примитивным, до сих пор применяются в некоторых странах. Они представляют собой автономные локомотивы, использующие в качестве двигателя паровую машину. Самые первые подобные локомотивы появились в XIX веке и сыграли ключевую роль в становлении экономики целого ряда стран.
Устройство паровоза постоянно совершенствовалось, в результате чего появлялись новые конструкции, которые сильно отличались от классической. Так возникли модели с шестернями, турбинами, без тендера.
Принцип работы и устройство паровоза
Несмотря на то, что существуют разные модификации конструкций этого транспорта, все они имеют три основные части:
- паровую машину;
- котел;
- экипаж.
В паровом котле получают пар - именно этот агрегат является первичным источником энергии, а пар - основным рабочим телом. В паровой машине оно преобразуется в возвратно-поступательное механическое движение поршня, которое в свою очередь при помощи кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное. Благодаря этому колеса паровоза вращаются. Также пар приводит в движение паровоздушный насос, паротурбогенератор и используется в свистке.
Экипаж машины состоит из ходовой части и рамы и представляет собой передвижное основание. Эти три элемента являются основными в устройстве паровоза. Также к машине может примыкать тендер - вагон, который служит хранилищем угля (топлива) и воды.
Паровой котел
При рассмотрения устройства и принципа работы паровоза начинать нужно с котла, так как это первичный источник энергии и главный компонент данной машины. К этому элементу предъявляются определенные требования: надежность и безопасность. Давление пара в установке может достигать 20 атмосфер и более, что делает его практически взрывчаткой. Нарушение работы какого-либо элемента системы может привести к взрыву, что лишит машину источника энергии.
Также данный элемент должен быть удобным в управлении, ремонте, обслуживании, быть гибким, то есть уметь работать с разным топливом (более или менее мощным).
Топка
Основной элемент котла - топка, где сжигают твердое топливо, которое подается при помощи углеподатчика. Если же машина работает на жидком топливе, то его подают через форсунки. Выделяемые в результате сгорания высокотемпературные газы передают тепло через стенки огненной коробки воде. Затем газы, отдав большую часть тепла на испарение воды и нагрев насыщенного пара, выводятся в атмосферу через дымовую трубу и искрогасительное устройство.
Образованный в котле пар аккумулируется в колпаке-сухопарнике (в верхней части). При достижении давления пара свыше 105 Па, специальный предохранительный клапан его сбрасывает, выпуская избыток в атмосферу.
Горячий пар под давлением подается через трубы к цилиндрам паровой машины, где он давит на поршень и шатунно-кривошипный механизм, приводя ко вращению ведущей оси. Отработанный пар поступает в дымовую трубу, создавая разрежение в дымовой коробке, что увеличивает поступление воздуха в топку котла.
Схема работы
То есть, если описывать принцип работы обобщенно, все кажется исключительно простым. Как выглядит схема устройства паровоза, можно увидеть и на фото, размещенном в статье.
В паровом котле сжигается топливо, которое нагревает воду. Вода преобразовывается в пар, и, по мере нагрева, давление пара в системе увеличивается. Когда оно достигает высокого значения, то его подают в цилиндр, где располагаются поршни.
За счет давления на поршни осуществляется вращение оси, и колеса приводятся в движение. Излишки пара выбрасываются в атмосферу через специальный предохранительный клапан. Кстати, роль последнего исключительно важна, ведь без него котел разорвало бы изнутри. Вот так выглядит устройство котла паровоза.
Преимущества
Как и другие типы обладают определенными достоинствами и недостатками. Плюсы следующие:
- Простота конструкции. Из-за несложного устройства паровой машины паровоза и его котла, наладить производство на машиностроительных и металлургических заводах было несложно.
- Надежность в работе. Упомянутая простота конструкции обеспечивает высокую надежность работы всей системе. Ломаться практически нечему, из-за чего паровозы работают в течение 100 и более лет.
- Мощная тяга при трогании.
- Возможность использования разных видов топлива.
Ранее было такое понятие как "всеядность". Оно применялось к паровозам и определяло возможность использовать древесину, торф, уголь, мазут в качестве топлива для этой машины. Иногда локомотивы отапливали отходами производства: разными опилками, зерновой шелухой, щепой, бракованным зерном, отслужившими смазочными материалами.
Конечно, тяговые возможности машины при этом снижались, однако это в любом случае позволяло экономить солидные средства, так как классический уголь стоит дороже.
Недостатки
Без недостатков тоже не обошлось:
- Низкий КПД. Даже на самых совершенных паровозах КПД составлял 5-9%. Это и логично, учитывая невысокий КПД самой паровой машины (около 20%). Неэффективность сгорания топлива, большие теплопотери при передаче тепла пара от котла к цилиндрам.
- Необходимость в огромных запасах топлива и воды. Особенно актуальной эта проблема становилась при эксплуатации машин в условиях засушливой местности (в пустынях, к примеру), где сложно раздобыть воду. Конечно, немного позже придумали паровозы с конденсацией отработанного пара, однако это не решало проблему полностью, а лишь упрощало ее.
- Пожароопасность, объясняемая открытым огнем сгорающего топлива. Этого недостатка нет на бестопочных паровозах, но дальность их следования ограничена.
- Дым и копоть, выбрасываемая в атмосферу. Серьезной эта проблема становится при движении паровозов в черте населенных пунктов.
- Тяжелые условия для бригады, которая обслуживает машину.
- Трудоемкость ремонта. Если в паровом котле что-то выходит из строя, то ремонт осуществляется долго и требует вложения средств.
Несмотря на недостатки, паровозы очень ценились, так как их использование существенно подняло уровень промышленности в разных странах. Конечно, сегодня применение подобных машин не актуально, в силу наличия более современных двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей. Тем не менее, именно паровозы положили начало созданию железнодорожного транспорта.
В заключение
Теперь вы знаете устройство двигателя паровоза, его особенности, плюсы и минусы эксплуатации. Кстати, сегодня на железнодорожных магистралях слаборазвитых стран (например, на Кубе) эти машины до сих пор применяются. До 1996 года они использовались и в Индии. В европейских странах, США, России этот вид транспорта существует лишь в виде памятников и музейных экспонатов.
