Скорость паровозов ограничивает паровой двигатель. Как он работает? Цилиндр наполняется паром и толкает поршень, а его движение через систему тяг и рычагов передаётся колёсам.
Почему у многих паровозов такие большие колёса
Легко заметить, что у тепловозов и электровозов колёса в разы меньше по диаметру. Эта особенность пыхтящих локомотивов прошлого связана с одной особенностью паровой машины.
Union Pacific
Чем больше колёса, тем быстрее может ехать локомотив при той же частоте работы паровой машины.
Ключевая особенность этой системы в том, что паровая машина работает с той же частотой, с какой вращаются колёса. Чтобы увеличить скорость поезда, поршни должны ходить быстрее на такую же величину. Однако на высоких частотах паровой двигатель становится неэффективен по двум причинам:
Быстрое поступательное движение тяжёлого поршня создаёт запредельные рвущие нагрузки во всех соединениях, они очень быстро перегреваются и изнашиваются.
При каждом движении поршня цилиндр должен заново наполняться паром, поэтому расход воды быстро растёт.
В тепловозах этой проблемы нет. Во-первых, цилиндры дизельного двигателя меньше по размеру и имеют меньшую инерцию, а поршни работают в масляной ванне. Во-вторых, крутящий момент передаётся на колёса через редукторы – систему шестерён, которые могут крутиться очень быстро без вреда для прочности.
Выходом для конструкторов паровозов стало увеличение диаметра колёс, потому что большое колесо при той же частоте движения поршня катится быстрее.
Почему у грузовых паровозов колёса меньше, чем у пассажирских
Грузовой паровоз серии Л
У наращивания диаметра колёс есть обратный, негативный эффект: сила тяги, развиваемая паровозом, при этом становится меньше. Поэтому грузовые локомотивы в среднем имеют колёса меньшего размера, чем пассажирские.