История развитие железных дорог

Министерство образования  и науки РФ

Ульяновский государственный  технический университет

Кафедра «История и культура» 
 
 
 
 
 
РЕФЕРАТ

на тему: “История развитие железных дорог”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 

 

Ульяновск 2011

Введение

История человечества сопровождается развитием наук и технологий, человек  находит им применение в повседневной сфере жизни. Постепенно возрастают потребности человека, к ним относится  потребность в перемещении. Изобретаются различные способы перемещения  и новые транспортные средства.

 Современные транспортные  средства позволяют человеку  передвигаться по земле, воде, воздуху, и даже , космосу. Сейчас мы можем пересечь за один день расстояние, которое наши предки не могли пересечь за всю жизнь. Например современные скоростные поезда перемещаются на скорости 320 км/ч , а рекорд скорости составляет 574 км/ч. Они проходят путь от Лондона до Парижа всего за 2 часа 15 минут.

Чтобы добиться такого результата в развитии железнодорожного сообщения  человечеству понадобилось около двухсот лет, а началось всё с изобретения паровой машины , которая заменила мускульную силу животных и человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первые рельсы

В Древнем Египте, Греции и Риме существовали колейные дороги, предназначавшиеся для перевозки  по ним тяжелых грузов. Устроены они были следующим образом: по выложенной камнем дороге проходили две параллельные глубокие борозды, по которым катились колеса повозок. В средневековых  рудниках существовали дороги, состоящие  из деревянных рельсов, по которым передвигали  деревянные вагоны. Есть версия, что  отсюда пошло название "трамвай", т. е. "бревенчатая дорога".

Примерно в 1738 г. быстро изнашивавшиеся деревянные рудничные дороги были заменены металлическими. Вначале они состояли из чугунных плит с желобами для  колес, что было непрактично и  дорого. И вот в 1767 г. Ричард Рейнольдс уложил на подъездных путях к шахтам и рудникам Колбрукдэйла стальные рельсы. Конечно, они отличались от современных: в сечении они имели форму латинской буквы U, ширина рельса была 11 см, длина 150 см. Рельсы пришивались к деревянному брусу желобом кверху. С переходом на чугунные рельсы стали делать и колеса у телег чугунными. Для передвижения вагонеток по рельсам использовалась мускульная сила человека или лошади.

Постепенно рельсовые  пути выходили за пределы рудничного двора. Их стали прокладывать до реки или канала, где груз перекладывался на суда и дальше перемещался водным путем.

Решалась проблема предотвращения схода колес с рельсов. Использовали угловое железо (сплав), но это увеличивало  трение колес. Затем стали применять  закраины (реборды) у колес одновременно с грибовидной формой рельса в  разрезе. Сходы с рельсов прекратились.

 

 

Первые паровозы

Первый настоящий паровоз  был построен англичанином Ричардом Тревитиком приблизительно в 1803 г. Этот паровоз короткое время работал на одной из рудничных дорог и, несмотря на скверный путь, вполне оправдал свое назначение. Заслуга Тревитика состоит, между прочим, в том, что он первый опытным путем доказал, что сила трения гладких колес о гладкие рельсы совершенно достаточна для движения паровоза даже в том случае, когда к нему прицеплены груженые вагоны; однако большинство современников Тревитика продолжали оставаться во власти предрассудка, будто на гладкой поверхности колеса паровоза должны буксовать; даже больше того: спустя несколько лет теория Тревитика просто была забыта. Так, в 1811 г. Бленкинсоп построил для своей железной дороги, соединявшей Мидлтоунские угольные копи с Лидсом, паровоз с зубчатым колесом, двигавшимся по проложенной вдоль рельсов зубчатой рейке. Далее в 1813 г. Брунтон, не имея представления о достижениях Тревитика, взял патент на паровоз, снабженный приспособлениями в виде „ног", которые должны были служить в качестве толкачей. Подобные идеи всплывали вплоть до 1824 г.

Однако мы несколько опередили  исторический ход вещей. Дело в том, что Тревитик сначала построил паровой автомобиль для уличного движения, а затем уж только пришел к мысли о паровозе. Таким образом, автомобиль является в некотором роде прародителем паровоза, а не наоборот. В рождественские дни 1801 г. на улицах города Кемборна показался паровой экипаж которым правил молодой инженер. Инженер этот обращался к публике, предлагая желающим составить ему компанию. В тот день впервые за всю историю человечества экипаж, в который не были впряжены лошади или другие упряжные животные, движимый одной лишь силой пара, вез восемь пассажиров. Грохочущий дьявол брал даже подъемы, но повторение опытов с ним в последующие дни привело к поломке его чугунных частей. 
Из этого парового автомобиля и развился в 1803 г. первый предназначенный для рельсового пути паровоз, который Тревитик построил в Южном Уэльсе на железоделательном заводе Самуэля Гемфри. Он заключил с владельцем завода пари на 500 англ. фунтов, что перевезет все железо завода по рельсовому пути длиною в 15 км. К началу 1804 г. паровоз был готов, и 21 февраля он повез по упомянутой линии пять вагонов, загруженных 10 тоннами железа и 70 пассажирами. 
Паровоз развил скорость в 8 км/час, и в течение всего пути ни раз не пришлось возобновлять запаса воды. Без груза паровоз развивал уже 
скорость в 25,7 км/час. При этом дорога изобиловала крутыми поворотами и подъемами. С. Гемфри уплатил пари. Однако этот первый паровоз работал лишь в течение пяти месяцев, ибо С. Гемфри не дооценил великого начинания: тяжелая машина часто ломала непрочные чугунные рельсы, но вместо того, чтобы заменить их более прочными, С. Гемфри укрепил паровоз на месте и стал пользоваться им, как обыкновенной неподвижной паровой машиной. Возможно, что если бы Тревитик энергично вмешался в это дело, он мог бы уберечь свое изобретение от его печальной участи, но у него руки были полны других дел и нехватало времени на то, чтобы убедить С. Гемфри в необходимости замены слабых рельсов более прочными.

 
В 1808 г. Тревитик демонстрировал перед населением Лондона новый паровоз. Он показывал его за 50 копеек на обнесенной забором площади вблизи сквера Юстон. Конструкция нового паровоза была значительно упрощена, на нем не было ни маховика, ни зубчатоколесной передачи. Он развивал будто бы скорость в 30 км/час. Сестра одного из друзей изобретателя, совершившая пробег на паровозе, окрестила его кличкой: „лови меня, кто может". Чтобы показать, что такая кличка имеет свое оправдание, предполагалось устроить состязание в скорости между паровозом и лошадью. Но часто действовавший сгоряча изобретатель повздорил с владельцем выставочной площади, и это обстоятельство вместе с недостаточным интересом со стороны лондонцев побудили его продать свой паровоз на слом кузнецу и посвятить себя более, по его мнению, благодарным задачам.

Но идея паровоза, раз  возникнув, не могла уже заглохнуть окончательно. Хотя достижения Тревитика и были вскоре забыты, но пришли новые люди и начали работу заново. Так, в 1811 г. Бленкинсоп построил занятный зубчатоколесный паровоз. 12 августа 1812 г. этот паровоз начал курсировать по линии Мидлтоун—Лидс. Он без труда тянул 30 груженых углем вагонов и произвел такое сильное впечатление, что Блекетт, владелец Уэйлемских угольных копей, испробовавший уже ранее машину Тревитика, тотчас же заказал себе паровоз. По этому заказу была построена машина, которая представляла собою нечто среднее между типом паровозов Бленкинсопа и Тревитика, с маховиком и зубчатоколесной передачей, т. е., с двумя вспомогательными частями, от которых Тревитик отказался еще в 1808 г. Когда попробовали пустить этот паровоз в ход, в нем лопнул котел, но, к счастью, при этом никто не был ранен. 
Строитель паровоза, видя, что железный конь не трогается, потерял терпение и, закрыв предохранительный клапан, воскликнул: „Либо он пойдет, либо я лягу костьми". В результате паровоз разорвало. 
Второй паровоз, построенный для той же дороги и по той же системе, тянул от 8 до 9 груженых углем вагонов, но полз, как черепаха, а часто и вовсе останавливался. Так как все эти недостатки происходили главным образом от зубчатоколесной передачи, то старший инженер Уэйлемских заводов Хедлей стал производить опыты с целью установить, достаточно ли одной тяжести машины, чтобы между колесами и рельсами вырабатывалась сила трения, способствующая движению машины вперед. Убедившись в правильности этого, давно доказанного Тревитиком, предположения, Хедлей в 1813 г. построил паровоз, близкий по типу к машине Тревитика. Паровоз этот, „Пуффинг-Билли". На новом паровозе пар, идущий из двух цилиндров, приводил в движение зубчатое колесо, которое, в свою очередь, посредством других зубчатых колес передавало движение четырем ведущим колесам.

2 сентября того же 1813г.  по рельсовому пути из Кентона в Кокслодж снова был пущен паровоз типа Бленкинсопа. Он тянул 16 груженых углем вагонов со скоростью неполных 5 км/час. Среди зрителей находился и Джордж Стефенсон, старший механик Келлингвортских шахт, который в течение ряда лет усердно следил за всеми перипетиями „двигающейся паровой машины". Стефенсон заметил своим спутникам, что он надеется построить машину лучше, чем передвигающаяся с помощью механических ног. Он имел в виду при этом эксперимент, произведенный Брунтоном. Этот эксперимент вследствие взрыва котла, происшедшего из-за излишнего зажима предохранительного клапана, стоил нескольких человеческих жизней. Паровоз Бленкинсопа спустя короткое время также погиб от взрыва. Но эти несчастные случаи не отпугнули Стефенсона, вполне справедливо полагавшегося на собственное уменье и знание дела. Ему уже не раз удавалось производить усовершенствования в находившихся под его наблюдением паровых машинах в внутризаводском транспорте. Он непрестанно думал о том, каким огромным шагом вперед явится для человечества действительно пригодная для эксплоатации движущаяся паровая машина. Заинтересованный его идеями, один из арендаторов Келлингвортских шахт, лорд Ревенсворт, предоставил ему средства на постройку опытного паровоза. В знак благодарности Стефенсон назвал этот паровоз „Милорд". 25 июля 1814 г. „Милорд" начал работать. Длина котла была 2,4 м, высота — 0,863 м. Оба цилиндра имели размеры 61 х 20,3 см. В этом паровозе видно несомненное подражание Бленкинсопу и Хедлею. Зубчатоколесная передача напоминала еще первый паровоз Тревитика. Пар из цилиндров вырывался непосредственно наружу; его брызги и шипение пугали лошадей и рогатый скот, и местное население грозило добиться закона, запрещающего пользование такими общественно опасными машинами. Это заставило Стефенсона искать выхода из создавшегося затруднительного положения. Заметив, что газы выходят из дымовых труб с меньшим напором, чем пар из цилиндров, он при помощи соединительных труб отвел мятый пар в дымовую трубу. При этом он открыл то, что Тревитику опять-таки давно было известно, а именно: мятый пар, увлекая с собою отходящие газы через дымовую трубу наружу, производит в топке такое разрежение воздуха, что притекающий снизу внешний воздух вызывает усиленное сгорание топлива, тем самым заметно повышая парообразование. Это устройство — конус — явилось одним из важнейших этапов в развитии паровоза. В конструкции паровозов недоставало теперь лишь одного: многотрубчатого котла, изобретения которого пришлось ждать еще целых 15 лет.

В 1815 г. Стефенсон построил вторую, улучшенную, машину, на этот раз  шатуны приводили в движение ведущие  колеса не посредством зубчатых колес, а сообщались непосредственно с  кривошипом. Спаривание обеих пар  ведущих колес он произвел посредством  цепи, проходящей по двум зубчатым колесам, насаженным на осях ведущих колес. Это  устройство оказалось непрактичным, так как цепь от времени изнашивалась и становилась слишком свободной. Поэтому впоследствии Стефенсон  осуществил спаривание колес соединительными  дышлами, наложенными на колеса снаружи. Только в таком виде паровоз Стефенсона опередил конструкцию машины, построенной  Тревитиком в 1808 г. Машина Стефенсона обладала уже двумя цилиндрами, конусом, внешним соединением колес и непосредственной связью — без зубчато-колесной передачи — между цилиндрами и ведущими колесами. 
Одновременно с опытами постройки наиболее пригодного для работы на Келлингвортских рудниках паровоза Стефенсон стремился улучшить и самый путь. В то время, как мы уже знаем, рельсы были очень коротки. Через каждые несколько шагов приходился стык, проход по которому давал толчок. Стыки рельсов покоились на плоской железной подкладке, которая в свою очередь укреплялась в большинстве случаев на каменной подушке. Если эти подушки были уложены не вполне горизонтально или подавались под тяжестью паровоза, то конец одного рельса поднимался, конец другого опускался. Происходившие вследствие этого сильные толчки, дергание и тряска, конечно, плохо отражались на непрочных частях паровозов того времени. По мнению Стефенсона, паровоз и рельсы должны были, подходить один к другому, как мать и отец. Поэтому Стефенсон раздвинул каменные подушки на большее расстояние, а. стыковым подкладкам придал форму дуги, на вершине которой укладывались концы рельсов, оструганные таким образом, что они входили один в другой. Вследствие этого прежняя поперечная щель на стыке заменилась идущей вдоль рельсов щелью в форме буквы S. Уже одно это обстоятельство очень смягчило толчки. Кроме того, Стефенсон впервые устроил в своем паровозе подвесные рессоры. Затем, путем тщательных опытов, он убедился в разнице между трением на гладком и шероховатом, горизонтальном и наклонном путях. Это привело его к убеждению, что путь должен быть проложен по возможности горизонтально и что неизбежные при устройстве такого пути насыпи и выемки, несмотря на дороговизну земляных работ, все же являются наиболее выгодным способом постройки железной дороги.

Все эти эксперименты и  улучшения, производимые на Келлингвортских рудничных путях, оказались прежде всего на пользу Келлингвортской железной дороге и превратили ее как бы в показательный участок. Когда слухи об этом дошли до Хеттонских угольных копий, в графстве Дердем, владельцы последних пригласили Стефенсона для переоборудования тамошней рудничной дороги в железную дорогу с паровой тягой. Длина дороги, соединявшей Хеттонские угольные копи с пунктом погрузки угля на реке вблизи Сендерленда, равнялась 12 км. Местность была в высшей степени холмиста, а так как в распоряжении Стефенсона не было достаточных средств, чтобы построить соответствующую его взглядам совершенно горизонтальную дорогу, то он пошел на компромисс: на горизонтальных участках линии он применил паровозную тягу, по двум же крутым подъемам вагоны втягивались установленными на вершинах этих подъемов неподвижными паровыми машинами, — точно так же, как на упомянутой выше линии Стоктон—Дарлингтон, построенной позже. Стефенсон включил также в систему пять наклонных плоскостей, по которым спускавшиеся вниз груженые вагоны своей тяжестью поднимали идущие наверх порожние вагоны. Новая дорога начала функционировать 18 ноября 1822 г. На ней работало пять паровозов, каждый из которых вез 17 вагонов со скоростью 6 км/час. О перевозке людей пока еще не думали, так что и эту дорогу все еще нельзя рассматривать, как железную дорогу в современном смысле этого слова.

Линия Стоктон-Дарлингтон

Следующий этап в развитии железных дорог был осуществлен  на линии Стоктон—Дарлингтон, которая также была построена Стефенсоном. Однако дорога эта в известном смысле представляет собою шаг назад, потому что владелец ее, вопреки совету Стефенсона, лишь в редких случаях пользовался паровозной тягой: как правило, перевозки совершались при помощи двух стационарных паровых машин, о которых упоминалось уже выше, и большого количества лошадей. Но зато на этой дороге впервые, помимо грузов, перевозились регулярно два раза в день и пассажиры. Это было нечто совершенно новое, так что история настоящих железных дорог начинается с линии Стоктон—Дарлингтон.

Основателем этой дороги был  Эдуард Пиз из Дарлингтона, который организовал акционерное общество, обратившееся в парламент с ходатайством о разрешении постройки деревянноколейной дороги между Стоктоном и Дарлингтоном. Но против первого предложенного обществом проекта с успехом стал бороться пользовавшийся огромным влиянием герцог Кливелэндский. Он заявил, что железная дорога помешает-де его охоте на лисиц. Тогда общество предложило второй проект, предусматривавший иное направление пути. На этот проект последовало разрешение парламента. Узнав о ведущихся переговорах, Стефенсон явился к Пизу и убедил его вместо деревянной дороги строить железную. Первоначально Пиз предполагал пользоваться лошадиной тягой, но на основании опыта Келлингвортской дороги Стефенсон быстро убедил Пиза в необходимости на ряду с неподвижными паровыми машинами, предназначенными для подъема вагонов на гору, использовать также и движущуюся паровую машину. 
23 мая 1822 г. состоялась торжественная закладка дороги, а в 1823 г., после того, как от парламента последовало разрешение на пользование паровозной тягой и для пассажирского движения, Стефенсон переехал в Дарлингтон в качестве главного инженера. Одновременно он вместе с Пизом и еще одним финансистом основали паровозостроительный завод. Начали они свое дело в скромном масштабе, но с надеждой на то, что оно быстро, как единственное в своем роде, превратится в мощное предприятие. Создание такого завода вытекало из назревшей необходимости в нем, так как Стефенсон очень скоро пришел к заключению, что простая кузница при рудничных мастерских никогда не сможет построить машину высокого качества: постройка такого сложного механизма, как паровоз, требовала самого точного выполнения работ толковыми и опытными мастерами. Поэтому одной из задач владельцев нового предприятия было привлечение к работе высококвалифицированной рабочей силы.