Катки, пыхтящие по циклу Ренкина

Много ли мы знаем сегодня о паровых катках? Эти дорожно-строительные машины остались в прошлом, когда тепловые поршневые двигатели подчинялись при своей работе термодинамическому паровому циклу Ренкина. Однако в XXI столетии можно встретить сохранившиеся и даже действующие паровые катки.

А появились они…

Асфальтовое дорожное покрытие начали использовать еще более 100 лет назад в Калифорнии (США) как связующее вещество для поверхности шоссе. А для уплотнения подложки из щебня и при укладке самого асфальта применяли катки. Началось все с ручных катков, затем стали использовать лошадиный привод, а после – энергию водяного пара.

Первые известия о прокатке улиц дошли до нас с 1619 г. Ее применил Д. Шотбольт в Англии, а шире реализовали в 1829 г. уже французские инженеры. С тех пор прокатка шоссе стала необходимостью, а не предметом роскоши, и ее начали широко использовать в Европе. Никакая дорога не считалась законченной, пока не была уплотнена посредством катка. Однако работа с ручными катками была утомительной, а лошадиная сила обходилась очень дорого (требовалось много лошадей и большой штат прислуги). Еще лошади сдвигали с места уплотненный катком щебень, а навоз перемешивался с камнем и асфальтом.

Паровой каток был впервые успешно применен во Франции в 1860 г. С тех пор, благодаря эксплуатационной надежности и экономичности в работе, если сравнивать его с ручными и конными катками, он нашел всеобщее применение при строительстве и ремонте дорог. По сведениям инженера путей сообщения И. Агунакова, относящимся к первому десятилетию прошлого века, масса паровых катков составляла 3–30 т. Для уплотнения и выравнивания поверхности шоссе были в ходу паровые катки массой 10–15 т.

Металл и водяной пар

Паровые катки (рис. 1–4) для уплотнения щебня или другой каменной подложки под асфальтовое покрытие относились к технике из разряда паровых дорожных локомотивов или самоходов (рис. 5), только поставленных на специализированное шасси в виде металлических барабанов. Кроме этого паровые катки отличались от дорожных паровозов наиболее усиленной конструкцией.

Руководящая идея при создании парового катка – это получение в конечном итоге равномерного давления катка на поверхность дороги. Энергии паровой машины должно было хватать на передвижение катка по некатаной дороге и на разрушение покровного слоя щебня с целью его уплотнения. Компоновка на катке парового котла и поршневого двигателя внешнего сгорания хорошо просматривается (см. рис. 1, 2).

Типовые паровые катки имели массу от 5 до 15 т, а номинальную мощность 4–8 л.с. Однако могли развивать действительную мощность от 10 до 25 л.с., что подчеркивало высокую надежность и перегрузочную способность паросиловых установок с поршневыми двигателями. Трущиеся части конструкции катка можно было заменять, а смазка их не требовала большой трудоемкости.

Паровые котлы (паровики) были цилиндрическими жаротрубно-дымогарными горизонтального типа, какие, в сущности, устанавливались на паровозах (рис. 4). Однако катки для заглаживания асфальта (см. рис. 2), о которых будет рассказано ниже, имели цилиндрические вертикальные котлы. При проектировании котла было важно обеспечить в его конструкции необходимый для нормальной работы уровень воды над трубами и топочной коробкой при возможных уклонах, на которые мог взбираться каток. Рабочая величина избыточного давления пара составляла всего около 8,5 бар (для сравнения: у паровозов – 15 бар). На котле имелся предохранительный клапан от недопустимого превышения давления пара.

Топка котла позволяла сжигать уголь, хотя успешно использовались дрова и даже солома. Большие площади колосниковой решетки топки и поверхностей нагрева котла обеспечивали катку возможность работы с перегрузками, характерными для такого рода дорожной техники. Имелись прочистные отверстия внизу топочной камеры котла.

Паровая машина была горизонтального типа, могла иметь один или два цилиндра. Цилиндры размещались вблизи дымовой коробки котла, а недалеко от топки – коленчатый вал, на котором укреплялось маховое колесо (маховик). Между этим валом и двумя задними неповоротными ведущими колесами-барабанами (у асфальтовых катков – одно широкое колесо-барабан) устанавливалась механическая цепная или зубчатая передача. Таким образом, обеспечивался задний привод, как это было у дорожных паровозов, а передние колеса-барабаны (два либо одно сплошное) были ведомыми и поворотными. Их укрепляли в массивную вилку, которая могла поворачиваться влево либо вправо на некоторые углы вокруг вертикальной оси машинистом с помощью руля через червячный механизм и цепную передачу. Для сравнения: дорожные паровозы имели более легкие передние колеса, смонтированные под дымовой коробкой котла. Тормоза использовались ленточного типа.

Паровая машина катка снабжалась регулятором частоты вращения вала, который еще предотвращал быстрый ход вала в случае разрушения механической передачи. Регулятор часто заключался в кожух для защиты от непогоды и придания катку более красивого вида. Кроме этого, на катке имелись лубрикатор (смазывающее устройство) и паровой свисток.

Паровые катки, предназначавшиеся для заглаживания асфальтового покрытия, т. е. пластического материала, совершенно отличались от катков для уплотнения дорожной каменной подложки. Это касалось их внешнего вида (см. рис. 1, 2), конструктивного устройства и массы. Объясняется все тем, что уплотнение подложки из щебня производится весом (давлением) катка. Асфальтовое же покрытие уплотняется химически, а каток требуется лишь для приведения частиц асфальта в более близкое соприкосновение и образования ровной, гладкой поверхности дороги. Масса таких катков составляла 3–15 т.

Паровые «лошадки»

Эксплуатационные показатели работы паровых катков выражались в потреблении пара и топлива. Так, наилучшими (по данным И. Агунакова, 1912 г.) считались следующие расходы: пара – 13,6 кг/ч, а угля – от 1,36 до 1,81 кг на действительную (эффективную) лошадиную силу. Интересно отметить и тот факт, что наиболее быстро у паровых катков изнашивались обода колес-барабанов, причем задние ведущие – вдвое быстрее передних. Сами колеса служили 20–30 лет, а обода нужно было менять каждые 3–5 лет.

Хороший паровой каток отличался большим и массивным маховым колесом с фрикционными спицами для постепенной передачи энергии к колесам; котлом с сухопарником для производства сухого пара; дымовой трубой из серого чугуна, чтобы она не ржавела, и с искроудержателем. Однако в начале XX столетия паровые катки стали уступать дорогу каткам моторным, т. е. с поршневыми двигателями, но не внешнего, а уже внутреннего сгорания, которые заработали по иному циклу на газолине (бензине) или денатурированном спирте. Более высокий КПД взял верх над экологией и романтикой пара.

В наши дни

Стимроллеры (от англ. steam roller – паровой каток) дошли и до нашего века. Испытание работой и временем выдержали некоторые ныне стендовые экземпляры, а отдельные машины даже остаются на ходу. Увидеть их можно, например, в музеях, частных коллекциях и на фестивалях паровой техники в Великобритании. У нас же на Смоленщине, в селе Остер, возле здания Рославской дорожно-строительной передвижной механизированной колонны установлен раритетный паровой каток (рис. 3), построенный в 1873 г. За рубежом выпускаются и действующие уменьшенные масштабные модели-копии стимроллеров (рис. 6).