Паровозы 1-4-0 Ц, Ш, Щ, Р
Первый в России паровоз типа 1-4-0 был построен в 1895 г. по проекту В. И. Лопушинского для Владикавказской ж. д. и имел серию Ц. В самом конце прошлого столетия началась постройка Китайско-Восточной ж. д. Обе дороги, Владикавказская и Китайско-Восточная, имели в то время объединенное руководство по заказам подвижного состава, вследствие чего паровозы серии Ц строились одновременно для обеих дорог. Один из паровозов Ц участвовал на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. Паровозы оказались удовлетворительными, но вскоре перестали соответствовать возросшему весу поездов. Потребовались более сильные паровозы, проектирование которых по тому же типу 1-4-0 было поручено В. И. Лопушинскому. Детальная разработка проекта и постройка паровозов производились Брянским заводом.
Паровоз Ц
Первые паровозы Ш были построены в 1902 г. Они оказались тяжелее проектных и имели ряд конструктивных недостатков, что ограничивало их применение только двумя названными дорогами. В паровозах наблюдалась неудовлетворительная работа золотников поршневого типа и часто слабли крепления цилиндров (фиг. 4). Незначительное количество пробных паровозов того же типа находилось также на Екатерининской ж. д.
Паровоз Ш
Особенностью паровозов Ш являлась конструкция цилиндров, отливаемых вместе с половиной крепления рамы и опоры дымовой коробки, представляющих при скреплении цилиндров между собою тот массивный цилиндровый блок, который применяется теперь во всех паровозах при брусковой раме. Это был единственный в России и чрезвычайно редкий в мировой практике случай применения блочных цилиндров при листовой раме. Машина была аксиальной, с наклоном цилиндров 1/30. Оси золотников отнесены внутрь, и передача от наружного парораспределительного механизма к золотнику осуществлялась двухплечим рычагом играющим также роль ходоувеличителя. Эти паровозы были во многих главнейших деталях объединены с пассажирскими паровозами 2-3-0 Г построенными для тех же дорог Брянским з-дом (фиг. 53). В паровозах были объединены котлы, цилиндры, детали парораспределительного механизма.
Дальнейший рост веса товарных поездов на сети казенных железных дорог вызвал необходимость перехода к паровозам большей мощности. Н. Л. Щукин, стоявший тогда во главе паровозостроения был, как уже отмечалось, сторонником применения в товарных паровозах передней тележки. Правильность такой точки зрения в дальнейшем полностью подтвердилась. Следовало не только увеличивать составы, но и повышать скорости. Комиссия подвижного состава и тяги сделала тогда совершенно правильный выбор для товарной службы паровоза типа 1-4-0, так как потребность в пяти спаренных колесных арах, тогда не назрела. Самым сильным в то время паровозом 1-4-0 был паровоз серии Ш, который, однако, по причинам, указанным выше, не удовлетворял Министерство путей сообщения для массовой постройки. По решению комиссии паровоз Ш был принят только в качестве исходного образца, в который вводился ряд конструктивных изменений и улучшений. К переконструированию был привлечен Харьковский з-д,. конструкторское бюро которого в то время возглавлял А. С. Раевский.
Под руководством А. С. Раевского и была осуществлена переделка паровоза Ш в Щ (фиг. 5). Блочные цилиндры были заменены привалочными и поршневые золотники - плоскими.
Паровоз Щ
Построенные паровозы Щ оказались значительно перетяжеленными. Нагрузка от движущих колесных пар на рельсы доходила в них до 17 т вместо заданных 15 т. Кроме того, с устранением конструктивных недостатков, присущих серии Ш, появились новые недостатки. Паровозы не совсем удовлетворительно проходили по кривым и имели склонность к буксованию. С последующим внесением в их конструкцию ряда изменений они были несколько улучшены и облегчены, но уменьшить нагрузку ниже 16,5 т от колесной пары на рельсы не удалось. Их пришлось вводить в эксплоатацию на линиях с неусиленными рельсами и мостами, рассчитанными на 15 т.
Опыт по превышению допускаемых нагрузок показал, что существовавшие тогда нормы принимались с излишней осторожностью, так как никаких вредных последствий установлено не было. В этом заключалась положительная сторона опыта. В 1908 и 1909 гг. паровоз Щ был проведен через цикл опытов на Екатерининской ж. д.
В 1910 г. некоторое количество паровозов Щ с машинами одиночного расширения и пароперегревателями (серия была построено Брянским и Сормовским заводами для Московско-Киево-Воронежской и Екатерининской ж. д. В 1911 г. два из них были испытаны на Николаевской ж. д. Паровозы имели несколько завышенные размеры цилиндров и перегрев в них был довольно низкий (250-280°). Контр-кривошипы были оставлены опережающими. При внутреннем впуске пара это привело к необходимости держать при переднем ходе кулисный камень вверху кулисы, вследствие чего игра камня получилась довольно значительной. Большие размеры цилиндров и склонность к буксованию явились недостатками паровозов Щп.
Паровоз Щп
В 1912-1914 гг. на русских железных дорогах имелись паровозы с машинами двойного расширения и перегревом (Нч, Уу,Ыч). Довольно экономичная работа этих паровозов при низких скоростях показала, что в известных условиях совместное применение двойного расширения с перегревом может оказаться полезным. Как показал опыт*, применение двойного расширения совместно с перегревом уменьшает теплоотдачу от пара к стенкам цилиндра, так как двойное расширение сближает пределы, в которых происходит колебание температуры в каждом цилиндре. Кроме того, уменьшается и утечка пара через поршни и золотники. Это и привело к попытке такую же комбинацию применить в паровозе Щ. Переделка паровозов Щ на перегрев с сохранением машины двойного расширения (серия Щч) была поручена Путиловскому з-ду. Паровозо-техническую контору в то время возглавлял А. С. Раевский, автор первоначального проекта паровоза Щ.
Параллельно с работами, которые велись на Путиловском з-де, над усилением паровоза Щ работал и Харьковский з-д, в лице Б. И. Карчевского. В основу разработки проекта было положено условие возможно большей взаимозаменяемости частей паровозов Щч с основной серией Щ. Проектом предусматривалось, чтобы переделка ранее построенных в Щч по тем же чертежам могла производиться на паровозоремонтных заводах и в железнодорожных мастерских.
Из представленных двумя заводами вариантов одобрение Комиссии подвижного состава и тяги получил вариант Путиловского з-да. В 1914 г. заводу было заказано девять паровозов для испытания, но начавшаяся первая мировая война задержала постройку этих паровозов, и первый паровоз был построен только в 1921 г. Работая в одинаковых условиях с паровозами Щ, паровозы Щч оказались значительно экономичнее по расходу топлива. Опытное исследование одного из паровозов Щч производилось в 1927 г. на Октябрьской ж. д. под руководством Р. П. Гриненко.
Опыты показали высокую экономичность паровозов Щч, что следовало отнести за счет удачно выбранных размеров цилиндров и поверхности нагрева котла.
При сравнении паровозов Щп и Щч, вторые оказались по расходу пара экономичнее первых на 20-30%. Было бы, однако, ошибочным столь значительное превосходство Щч приписывать только совместному применению двойного расширения с перегревом, и тем более сделать отсюда обобщающий вывод. Дело в том, что сам по себе паровоз Щп был спроектирован менее удачно, чем Щч.
Паровозы Щ часто называют щукинскими. Роль Н. Л. Щукина в создании этого типа заключалась, однако, только в определении самого типа 1-4-0, как наиболее приемлемого для русских железных дорог в начале текущего столетия, и его распространении на сети казенных железных дорог. Сама же конструкция паровоза создавалась на Харьковском з-де.
Поэтому распространенное мнение о том, что паровозы Щ представляют собою конструкцию Н. Л. Щукина, исторически неверно. Этому мнению значительно способствовала буква "Щ", которой обозначена серия этих паровозов.
По инициативе кандидатов техн. наук А. М. Евтушенко и И. В. Пирина один из паровозов Щ в 1947 г. был реконструирован и получил серию Щр (фиг. 7). Топка в этом паровозе помещена над рамой и расширена над движущими колесами, цилиндры имеют спрямленные каналы. Контркривошипы изменены в связи с применением внутреннего впуска. Паровоз был передан в Ленинград, где и работал на Ленинградской ж. д.
Паровоз Щр
Паровозы 1-4-0 Р имели машину тандем двойного расширения без перегрева (фиг. 8). Такая машина симметрична и имеет четыре цилиндра - по два с каждой стороны паровоза. Из них передние - высокого давления, а задние - низкого. Поршни обоих цилиндров укреплены на общей скалке. Парораспределение эксцентриковое внутреннее с прямолинейной кулисой. Паровозы были спроектированы Л. М. Леви для Московско-Виндаво-Рыбинской ж. д. в 1898 г. Первоначально их строили заводы Брянский, Коломенский и Путиловский. Некоторая часть паровозов была построена за границей. Паровозы Р применялись также на Московско-Киево-Воронежской, Юго-Восточной и Рязано-Уральской ж. д. Для последних трех дорог паровозы Р строились также на Сормовском з-де.
Паровоз Р
Постройка паровозов велась до 1910 г. Опытные исследования их производились на Московско-Виндаво-Рыбинской ж. д. под руководством А. О. Чечотта Имея нагрузку от движущей колесной пары всего 13 т, паровозы Р по силе тяги почти не уступали паровозам Щ с нагрузкой 16,5 т, но были менее быстроходны, чем последние. Экономичность их в расходе топлива была средней. В конструктивном отношении машина тандем двойного расширения была неудобна в уходе и ремонте, а при двух поршнях на одной скалке создавала извилистость движения. Прохождение паровозами Р кривых происходило удовлетворительно, причем нагрузка от колесной пары передней тележки была принята всего 8т, т. е. была благоприятна для верхнего строения пути.
Кроме рассмотренных паровозов типа 1-4-0, на Московско-Виндаво-Рыбинской, Владикавказской и Китайско-Восточной ж. д. работало некоторое количество паровозов 1-4-0 серии X. Они были построены за границей в 1898 г. Эти паровозы имели машину двойного расширения с четырьмя цилиндрами - по два с каждой стороны, причем цилиндры низкого давления были расположены над цилиндрами высокого давления. Обе поршневые скалки действовали на общий кулак.
На Владикавказской ж. д. паровозы X были переделаны на простую машину и перегрев и имели серию Хп. Внутренний парораспределительный эксцентриковый механизм был в них заменен кулисно-маятниковым.