Паровые тягачи: история и развитие

Введение

Паровой тягач

Тягач – это трактор, работающий на паровой тяге и используемый для перемещения тяжелых грузов по дорогам, вспашки земли или обеспечения энергией в выбранном месте. Название происходит от латинского слова *tractus*, означающего «тянуть», поскольку основная функция любого тягача – тянуть за собой груз. Их иногда называют дорожными локомотивами, чтобы отличать от железнодорожных локомотивов, то есть паровых двигателей, работающих на рельсах. Тягачи, как правило, большие, прочные и мощные, но также тяжелые, медленные и сложные в управлении. Тем не менее, они произвели революцию в сельском хозяйстве и дорожных перевозках в то время, когда единственной альтернативой был тягловый конь. Они стали популярными в индустриально развитых странах примерно с 1850 года, когда были разработаны первые самоходные переносные паровые двигатели для сельскохозяйственных нужд. Производство продолжалось до начала XX века, когда конкуренция со стороны тракторов с двигателем внутреннего сгорания привела к их вытеснению, хотя некоторые продолжали использоваться в коммерческих целях в Великобритании вплоть до 1950-х годов и позднее. Все типы тягачей в настоящее время заменены в коммерческом использовании. Однако во всем мире сохранились тысячи экземпляров, многие из которых находятся в рабочем состоянии. В течение года в Великобритании и других странах проводятся паровые фестивали, где посетители могут увидеть тягачи в работе вблизи. Тягачи были громоздкими и плохо подходили для передвижения по мягкой или тяжелой почве, поэтому их сельскохозяйственное использование обычно было либо «на ремне» – приводом сельскохозяйственной техники с помощью непрерывного кожаного ремня, приводимого в движение маховиком (форма передачи мощности), либо в паре, перетаскивая орудие по кабелю с одной стороны поля на другую. Однако, когда позволяли условия почвы, предпочтение отдавалось прямому буксированию орудий («с тягового устройства»); в Америке это привело к отличному развитию парового трактора. Помимо этого, американские конструкции были гораздо более разнообразными, чем британские, с различными положениями котлов, количеством колес и расположением поршней.

A traction engine is a steam powered tractor used to move heavy loads on roads, plough ground or to provide power at a chosen location. The name derives from the Latin tractus, meaning 'drawn', since the prime function of any traction engine is to draw a load behind it. They are sometimes called road locomotives to distinguish them from railway locomotives – that is, steam engines that run on rails. Traction engines tend to be large, robust and powerful, but also heavy, slow, and difficult to manoeuvre. Nevertheless, they revolutionized agriculture and road haulage at a time when the only alternative prime mover was the draught horse. They became popular in industrialised countries from around 1850, when the first self propelled portable steam engines for agricultural use were developed. Production continued well into the early part of the 20th century, when competition from internal combustion engine powered tractors saw them fall out of favour, although some continued in commercial use in the United Kingdom well into the 1950s and later. All types of traction engines have now been superseded in commercial use. However, several thousand examples have been preserved worldwide, many in working order. Steam fairs are held throughout the year in the United Kingdom and in other countries, where visitors can experience working traction engines at close hand. Traction engines were cumbersome and ill suited for crossing soft or heavy ground, so their agricultural use was usually either "on the belt" – powering farm machinery by means of a continuous leather belt driven by the flywheel, a form of power take off – or in pairs, dragging an implement on a cable from one side of a field to another. However, where soil conditions permitted, direct hauling of implements ("off the drawbar") was preferred; in America, this led to the divergent development of the steam tractor. This aside, American designs were far more varied than those of the British with different boiler positions, wheel numbers and piston placements being used.

История

Ограничения технических знаний и технологий производства означали, что практически осуществимые дорожные транспортные средства, работающие на паровом двигателе, начали появляться только в первые годы XIX века. В 1841 году компания Ransomes, Sims & Jefferies произвела ранний тягач. Конструкция (управляемая лошадью) не привлекла покупателей. Коммерчески успешный тягач был разработан в результате эксперимента 1859 года, когда Томас Эвеллинг модифицировал портативный двигатель Clayton & Shuttleworth, который ранее перевозился от работы к работе лошадьми, в самоходную машину. Первый двигатель Эвелинга все еще требовал лошади для управления. В Америке тягачи с гусеничным ходом использовались с 1869 года. В 1881 году были внедрены конструкции двигателей с компаундом. До улучшения качества дорог спрос на более быстрые машины был невелик, и двигатели были соответствующим образом сконструированы для работы на неровных дорогах и полевых путях. Вплоть до первых десятилетий XX века производители продолжали искать способ реализации экономического потенциала прямого тягового плуга, и, особенно в Северной Америке, это привело к разработке парового трактора в США. Британские компании, такие как Mann's и Garrett, разработали потенциально жизнеспособные двигатели для прямой пахоты; однако рыночные условия были неблагоприятными, и они не получили широкого распространения. Эти рыночные условия сложились после Первой мировой войны, когда из-за политики британского правительства наблюдался избыток излишнего оборудования. Большое количество пахотных двигателей Fowler было построено для увеличения площади обрабатываемой земли во время войны, и с 1917 года было импортировано много новых легких тракторов Fordson F.

Упадок

Паровые двигатели исчезли с дорог из-за ограничений и сборов, которые увеличивали их эксплуатационные расходы. К 1921 году паровые тракторы продемонстрировали явные экономические преимущества перед лошадиной тягой при тяжелых перевозках и на короткие расстояния. Однако бензиновые грузовики начали демонстрировать более высокую эффективность и могли быть приобретены дешево как военный излишек; на оживленном маршруте 3-тонный бензиновый грузовик мог сэкономить около 100 фунтов стерлингов в месяц по сравнению со своим паровым аналогом, несмотря на ограничительные ограничения скорости и относительно высокие цены на топливо и затраты на техническое обслуживание. На протяжении 1920-х и 1930-х годов действовали более строгие ограничения на перевозку грузов паровыми машинами по дорогам, включая ограничения скорости, выбросов дыма и пара, а также "налог на смачиваемую поверхность", размер которого был пропорционален площади смоченной поверхности котла; это делало паровые двигатели менее конкурентоспособными по сравнению с отечественными двигателями внутреннего сгорания (хотя импорт облагался налогами до 33%). В результате доклада Салтера о финансировании дорожного строительства в 1933 году был введен "налог на осевую нагрузку", чтобы увеличить плату за использование автомобильных дорог и устранить мнение о том, что бесплатное использование дорог субсидирует конкурентов железнодорожных грузоперевозок. Налог уплачивался всеми автоперевозчиками пропорционально осевой нагрузке и особенно ограничивал использование паровых машин, которые были тяжелее своих бензиновых аналогов. Первоначально импортная нефть облагалась налогом значительно выше, чем британский уголь, но в 1934 году Оливер Стэнли, министр транспорта, снизил налоги на жидкое топливо, одновременно повысив плату за дорожный фонд для дорожных локомотивов до 100 фунтов стерлингов в год (что эквивалентно примерно 9000 фунтов стерлингов сегодня, в 2024 году), что вызвало протесты производителей двигателей, перевозчиков, организаторов представлений и угольной промышленности. Это происходило в период высокой безработицы в горнодобывающей промышленности, когда бизнес паровых перевозок представлял собой рынок сбыта в 950 000 тонн угля в год. Налог оказался губительным для бизнеса тяжеловесных перевозчиков и организаторов представлений и привел к утилизации многих двигателей. Последние новые тягачи, построенные в Великобритании, были изготовлены в 1930-х годах, хотя многие из них продолжали использоваться в коммерческих целях в течение многих лет, пока были доступны опытные машинисты для их управления.

Road steam disappeared through restrictions and charges that drove up their operating costs. Through 1921, steam tractors had demonstrated clear economic advantages over horse power for heavy hauling and short journeys. However, petrol lorries were starting to show better efficiency and could be purchased cheaply as war surplus; on a busy route a 3 ton petrol lorry could save about £100 per month compared to its steam equivalent, in spite of restrictive speed limits and relatively high fuel prices and maintenance costs. Throughout the 1920s and 1930s there were tighter restrictions on road steam haulage, including speed, smoke and vapour limits and a 'wetted tax', where the tax due was proportional to the size of the wetted area of the boiler; this made steam engines less competitive against domestically produced internal combustion engined units (although imports were subject to taxes of up to 33%). As a result of the Salter Report on road funding, an 'axle weight tax' was introduced in 1933 in order to charge commercial motor vehicles more for the costs of maintaining the road system and to do away with the perception that the free use of roads was subsidising the competitors of rail freight. The tax was payable by all road hauliers in proportion to the axle load and was particularly restrictive on steam propulsion, which was heavier than its petrol equivalent. Initially, imported oil was taxed much more than British produced coal, but in 1934 Oliver Stanley, the Minister for Transport, reduced taxes on fuel oils while raising the Road Fund charge on road locomotives to £100 per year (equivalent to around £9000 today, 2024) provoking protests by engine manufacturers, hauliers, showmen and the coal industry. This was at a time of high unemployment in the mining industry, when the steam haulage business represented a market of 950,000 tons of coal annually. The tax was devastating to the businesses of heavy hauliers and showmen and precipitated the scrapping of many engines. The last new UK built traction engines were constructed during the 1930s, although many continued in commercial use for many years while there remained experienced enginemen available to drive them.

Сохранение

Возможно, первой организацией, проявившей общий интерес к сохранению тяговых двигателей, было Общество дорожных локомотивов, основанное в 1937 году. Начиная с 1950-х годов, "движение за сохранение" стало набирать обороты, поскольку энтузиасты осознали, что тяговые двигатели находятся под угрозой исчезновения. Многие из сохранившихся двигателей были приобретены энтузиастами и восстановлены до рабочего состояния. Начались сборы (ралли) тяговых двигателей, которые первоначально представляли собой соревнования между владельцами и их машинами, а затем превратились в значимые туристические мероприятия, проводимые ежегодно во многих местах. Реестр тяговых двигателей содержит сведения о тяговых двигателях, паровых дорожных катках, паровых вагонах, паровых пожарных машинах и переносных двигателях, которые, как известно, сохранились в Соединенном Королевстве и Ирландской Республике. По состоянию на 2016 год в реестре было зарегистрировано 2851 самоходный двигатель и вагон, 687 переносных двигателей (несамоходных) и 160 паровых пожарных машин. Выпуск нового издания Реестра запланирован на 2020 год. Ранее, в мае 2011 года, неизвестный источник оценил количество сохранившихся тяговых двигателей в более чем 2000 единиц. Эта цифра может включать двигатели, сохранившиеся в других странах мира, особенно в США, Канаде, Австралии и Новой Зеландии, но если это так, то она является заниженной. Полная информация об исторических британских производителях и их продукции хранится в Обществе дорожных локомотивов, базирующемся в Великобритании.

Операция

Хотя первые тяговые двигатели использовали цепной привод, для передачи мощности от коленчатого вала к задней оси чаще применялись большие зубчатые передачи. Обычно эти машины имели два больших ведущих колеса сзади и два меньших колеса для управления спереди. Однако некоторые тяговые двигатели использовали вариант с полным приводом, а некоторые экспериментировали с ранней формой гусеничного хода.

Типы и использование

Тракционные двигатели нашли коммерческое применение в самых разных областях с середины девятнадцатого до середины двадцатого века. Каждая из этих областей требовала машины с определенным набором характеристик, и в результате тракционные двигатели развивались, приобретая различные типы, чтобы соответствовать этим потребностям.

Сельскохозяйственные двигатели (общего назначения)

Наиболее распространенной формой в сельской местности были двигатели общего назначения. Они использовались для тяга и в качестве стационарного источника энергии. Даже если у фермера не было такой машины, он время от времени прибегал к ее использованию. Многие фермы использовали тягловых лошадей круглый год, но во время жатвы подрядчики с молотильными машинами переезжали с фермы на ферму, перевозя молотилку, которую устанавливали прямо в поле и приводили в действие от двигателя – хороший пример передвижного стационарного двигателя.

Американский (сельскохозяйственный) тяговый двигатель

Благоприятные почвенные условия позволяли американским тяговым двигателям обычно тянуть плуги позади себя, что исключало необходимость в кабельной лебедке и дополнительной передаче, тем самым упрощая техническое обслуживание. Американские тяговые двигатели выпускались в различных размерах, при этом 6 nhp (номинальных лошадиных сил) Russell был самым маленьким из серийно производимых, а самые большие двигатели производились компаниями Russell, Case и Reeves.

Полевой двигатель

Отличительная форма тягового двигателя, характеризующаяся наличием барабана большого диаметра, приводимого в движение отдельной передачей от парового двигателя. На барабан наматывался длинный стальной трос, который использовался для тяги орудия, например плуга, по полю, в то время как двигатель оставался на поворотной полосе. Для использования с плужными двигателями было сконструировано множество орудий. Наиболее распространенными были балансировочный плуг и культиватор – вспашка и культивация были самыми трудоемкими работами на пахотных землях. Другие орудия могли включать в себя подземный дренажер для создания подземного дренажного канала или трубы, или ковш для драгирования рек или рвов. Двигатели часто оснащались "спэд-лоток" на передней оси для хранения "спэдов", которые устанавливались на колеса при движении по вязкой почве. Плужные двигатели были редкостью в США; плуги обычно тянули напрямую сельскохозяйственными двигателями или паровыми тракторами.

История

Первый паровой плуг был построен и испытан в 1837 году, когда Джон Хиткоут, член парламента, продемонстрировал разработанный им паровой двигатель для вспашки очень мягкой почвы. В нем использовалась ранняя форма гусеничного хода, а его двухцилиндровый паровой двигатель мог приводиться в действие либо для плужной лебедки, либо для передвижения. Другой плуг, разработанный Питером Драммондом Берреллом, 22-м бароном Уиллоуби де Эресби, предположительно спроектированный Дэниелом Гучем и построенный на Свиндон-Уоркс, был отмечен Королевским горным и сельскохозяйственным обществом Шотландии премией в размере 100 фунтов стерлингов из возможных 500 за создание парового плуга. Лорд Уиллоуби заявил, что его конструкцию можно свободно копировать, и Фаулер посетил замок Гримсторп, поместье, где использовались эти плужные двигатели. В период с 1855 по 1857 год фермер Уильям Смит и Джон Фаулер разработали плужные машины с тросовым приводом, работавшие от стационарных двигателей. К 1863 году компания W. Savory and Sons представила мобильный плуг и использовала двигатели на обоих концах поля. Производство осуществлялось за пределами Великобритании, в частности, немецкая компания Kemna Bau выпускала плужные двигатели. Использование плужных двигателей сократилось в 1920-х годах, когда их вытеснили тракторы с двигателями внутреннего сгорания.

Паровой трактор (США)

В Северной Америке термин "паровой трактор" обычно обозначает тип сельскохозяйственного трактора, приводимого в движение паровым двигателем и широко использовавшегося в конце XIX и начале XX веков.