Аутор: Предраг Ђурановић дипл. инж
Енглески рудници довели су до настанка железнице и развоја парних локомотива, због потребе превоза угља на колицима из окана до складишта и пристаништа. Рударство је иницирало проналазак и касније усавршавање парне машине. Када су исцрпљени слојеви угља близу површине, морало се почети са копањем на већој дубини, где се скупљала подземна вода, нарочито у дубљим рововима. Новонастала потреба да се испумпа вода из рударских ровова довела је 1698. године до проналаска прве примитивне парне пумпе за воду. Енглески механичар Томас Савери правио је парне пумпе које су радиле по принципу данашњег пулзометра (врста пумпе за црпење воде помоћу паре).
Џемс Ват се сматра оцем парне машине пошто је дошао до великог проналаска у механичкој радионици Универзитета у Глазгову, који представља најважнију етапу у историји парне машине. Он се већ 1759. године бавио проучавањем парне силе. У јесен 1793. године добија налог да поправи Њукоменов модел парне машине за универзитетску збирку и тада проучава дејство машине и паре у теоретском и практичном смислу. Године 1769. израдио је и патентирао модел парне машине, а 1874. патентирао је три начина претварања праволинијског кретања парног клипа у обртно. Након тога конструисао је машину која је служила за узор нормалне парне машине. После проналаска парне машине која је радила на једном месту, појављује се идеја о покретној парној машини. У почетку, Папин и Савери остварили су идеју да се кола покрећу паром, а и сам Ват је вршио значајне експерименте који нису успели, пошто је пара имала врло мали притисак. Први који је ову замисао практично спровео у дело био је француски артиљеријски официр Николас Јозеф Гугнот, који је направио троосовинска парна кола за превоз топова. Затим следе разни експерименти на конструисању парних машина намењених за друмска возила. Машински инжењер Ричард Тревитик је пројектовао и израђивао друмска парна кола у периоду од 1797. до 1803. године која су изазвала велику пажњу стручне јавности. Међутим, до значајне практичне примене није дошло, првенствено због тадашњег лошег стања друмских саобраћајница. То ће довести до идеје да се конструише парно возило за вожњу по шинама, које су у то време већ дуго биле у употреби. Те шине су биле дрвене и прва употреба вагонета – рударских колица на дрвеној прузи – датира још од 1500. године у рудницима средње Европе. Њихова примена у Енглеској је почела после 1603. године, такође на дрвеним шинама. За вучу ових вагона поред људске снаге коришћени су коњи и пси. Поред тога што су дрвене шине биле скупе, брзо су се хабале и пропадале, тако да је Рејнолд, власник железаре, одлучио да за њихову израду искористити железо, које је случајно имао у складишту. Оно је прерађено у подуже греде са жлебом – шине. Испитивања су се одлично показала и прве шине су изливене 1767. године. Оваква пруга је била трајнија, а смањило се и трење при кретању вагонета. Прву локомотиву је конструисао Ричард Тревитик 1803. године и назвао је Invieta. Пробна вожња је обављена у фебруару 1804. године у Енглеској на индустријском колосеку железаре Mertyr – Tydfil у Јужном Велсу. Пруга је била дугачка 15 км и њоме је брзином од 8 км/ч „протутњаоˮ пробни воз тежине 25 тона, који је превезао 10 тона гвожђа и 70 путника. Он је тиме добио опкладу и награду од 500 фунти. Иако је локомотива имала много делова који су слични данашњој локомотиви, кључни недостатак је био што је била прелака. Због тога је трење између точкова и шина било преслабо, тако да локомотива није могла повући већи терет и једва се кретала. Због овог искуства Тревитик није имао поверења у адхезију – односно привлачну силу између точкова и шина. Он је претпостављао, као и многи други конструктори, да сила трења која се јавља између глатких точкова и шина није довољна ни за кретање по прузи у равници, а камоли на узбрдици. Био је убеђен да би се точкови окретали у месту. Зато је он закуцао ексере у точкове како би обод на точковима био храпав. Неповерење у адхезију стагнирало је правилан развој локомотива и у наредних десет година. Међутим, то је допринело томе да се дође до корисних проналазака као што је зупчаста железница. Прву зупчасту локомотиву на свету је конструисао Мурај и она је вукла композицију на успону 1:15 (60%) брзином од 5 км/ч. Други проналазач Брунтон је конструисао локомотиву са додатком „ногеˮ која би потискивале локомотиву дуж колосека, али она је већ на пробној вожњи експлодирала. Браћа Чампан су извела експеримент са јако затегнутим ланцем међу шинама.
Нова прекретница у развоју локомотива десила се 1813. године, када су власник рудника Блакет и његов рударски надзорник Хендли доказали, након опширних проба, да је трење између глатких точкова и шина довољно за превлачење возова уз услов да је локомотива довољно тешка. Пробна локомотива Puffing Billy је успешно обављала службу на рударској железници за задовољавајућим успехом све до 1862 године.
У истом периоду машиниста рудника угља Килигсворт поред Њукастла, Џорџ Стивенсон, конструисао је локомотиву са глатким точковима. Он је по природи био врло даровит, енергичан и истрајан и имао је смисла за техничке конструкције. Након што је изазвао пажњу стручних кругова усавршавањем рударске пумпе, посветио се конструкцији локомотива. Пошто је пажљиво проучио сва претходна постигнућа у конструкцији локомотива, борба за систем вуче се обновила. Кључно питање је било да ли ће победити стабилна парна машина и вучно уже или машина на точковима – локомотива? Стивенсон је успео да добије поруџбину угљенокопног друштва за израду пробне локомотиве коју је пустио у погон 25. јула 1814. Ова локомотива под називом Blücher вукла је осам вагонета тежине око тридесет тона са брзином од 6 км/ч. Међутим, резултати једногодишњег истраживања нису били задовољавајући пошто је локомотива трошила превише паре због премале грејне површине котла. Зато следеће године конструише нову локомотиву коју је непрестано проучавао и надограђивао. У циљу тога, спојио је точкове ланцима да би повећао адхезиону силу. Касније је ланце заменио полугама. Године 1817. конструисао је још савршенију локомотиву, која се задржала у употреби све до 1848. године. Даљим интензивним радом постигао је да 1822. године у руднику угља Хетон има у погону чак пет својих локомотива, које су превозиле возове на прузи дужине 13 км од рудника до реке Веар. На равним деоницама пруге се користила локомотива, док је на успонима вагонете вукла стабилно парно постројење помоћу ужета. Стивенсон је непрестано усавршавао локомотиве, па је добијао све више поруџбина од разних угљенокопа широм Енглеске. Стални пораст потрошње угља утицао је да управа угљенокопа у Дарлингтону донесе одлуку о изградњи пруге до Стоктона дужине 40 км, која би се поред теретног користила и за путнички саобраћај. Након позива рударског друштва, Стивенсон 1823. године, на основу одобрења енглеског парламента, преузима грађење ове деонице која је првобитно замишљена као железница са коњском вучом. Он је категорички био против тог предлога и као аргумент томе истакао је да је он у том тренутку имао већ шеснаест конструисаних локомотива. Према тадашњим закључцима, ефекат неких од тих локомотива био је идентичан ефекту који би постизало шест до седам коња. Овом снагом „гвоздених коњаˮ, како је народ тада звао локомотиве, сасвим су били задовољни тадашњи стручњаци и сматрали су то као велики напредак саобраћајне технике. На крају, Стивенсон је убедио рударско друштво да употреби локомотиве са парном вучом. За експлоатацију те пруге нарушене су три локомотиве од фабрике Fourth Street Works крај Њукастла коју је он основао, а којом је касније управљао његов син Роберт. Прва локомотива за пругу Стоктон – Дарлингтон под називом Locomotion испоручена је већ 1825. године. Проба ове пруге извршена је у септембру 1825. уз присуство многобројне публике. Какво је неповерење владало међу посматрачима говори чињеница да су они били уверени да ће локомотива експлодирати. Међутим, уместо тога, локомотива је повукла дванаест теретних и двадесет и два путничка вагона, брзином од 19,2 км/ч и њоме је лично управљао Стивенсон. Превоз путника на овој пробној вожњи сматра се првим превозом путника железницом. Сама локомотива била је конструисана по узору на локомотиву из 1815. године. Пошто је котао имао само 3м2 грејне површине, развијао је премало паре и како су и остала конструктивна решења доводила до велике потрошње паре, локомотива је била способна и употребљива само за теретни саобраћај, услед мале брзине. Услед тога путнички саобраћај се вршио коњским вучом све до 1830. године. Касније је локомотива добила ознаку No 1 – број 1.
Резултати на овој прузи били су тако задовољавајући да су подстакли трговце да иницирају изградњу пруге дуге 51 км која би повезала два најзначајнија индустријска града Енглеске: Ливерпул и Манчестер. Сам пројекат је имао много противника, нарочито међу власницима канала по којима се тада са великим закашњењима превозила роба између два града. Такође, ова иницијатива доводи до невероватног отпора цркве која железницу назива „зломˮ и „ђавољим проналаскомˮ. Штампа је свакодневно писала чланке против железнице, како је опасна по живот људи и животиња. Сматрали су да ће затрован ваздух од дима из локомотива потаманити птице и да ће се небо замрачити од димних облака. Предвиђали су да ће стока престати да пасе, да коњи више неће бити потребни, као и да ће железница уништити пољопривреду. Посебно се далеко отишло у истицању опасности по живот путника, јер је штампа тврдила да ће путнике размрскати делови распалог котла. У наредном периоду ипак је победио здрав разум и интереси трговине и 1826. године Стивенсон је добио одобрење и постаје главни инжењер за изградњу пруге. Првобитна замисао је била да се бруто превози ужетом и због тога је на двадесет и једно место поред пруге требало поставити стабилне парне машине које би вукле возове помоћу челичних ужади. Због неповољног мочварног терена при изградњи ове пруге први пут су грађени тешки и велики објекти: велики вијадукт, дугачки мостови, дугачак камени усек испред Ливерпула и насипи у мочварном земљишту.
У том периоду поред Стивенсона постаће чувен и Тимити Хакворт, пословођа железнице Стоктон – Дралигтон, који је прерадио локомотиву добијену из фабрике Вилсон у Њукастлу и дао јој име Royal Georhe. Парне цилиндре је поставио са обе стране котла тако да је покретна полуга покретала само једну осовину. Остала четири точка повезана су помоћу полуга са погонским точком. Локомотива је први пут добила правилно постављену дуваљку, душу локомотивског котла са суженим отвором тачно центрираним у димњаку. То је био огроман напредак, јер је стварање довољног протока ваздуха за ватру задавало тадашњим градитељима много бриге. Стивенсон још није познавао такву правилну дуваљку. У међувремену је његов син Роберт, који је боравио у разним фабрикама у Америци у периоду од 1825. до 1827. године, наставио прављење локомотива у фабрици у Њукастлу и прихватио је осовински погон Хаквортове локомотиве. Он је у периоду од 1825. до 1831. године пласирао серију различитих конструкција. Посебно је била занимљива промена положаја парних цилиндара и то из окомитог правца у коси – тако су најзад цилиндри добили водораван положај између локомотивског рама. Године 1828. Роберт је конструисао локомотиву Америка са две везане осовине за тржиште Северне Америке. Она је имала дрвене точкове покривене гвозденим лимом, а парни цилиндри су били коси, због чега је некористан простор био нешто мањи, а самим тим је и потрошња паре била нешто мања. И поред тога, локомотива је и даље трошила много паре. Исти недостатак имале су локомотиве које је Роберт испоручио за француску железничку трасу Лион – Сент Ејтен и које нису могле да развију већу брзину од 6 км/ч. Због тога је инжењер на тој траси прерадио локомотиву по сопственом патенту за стабилне котлове и значајно поправио њене перформансе.
На инсистирање Стивенсона, који је у међувремену градио пругу Манчестер – Ливерпул, железничко друштво одлучило је да напокон распише конкурс за локомотиву са најбољим карактеристикама. Услови конкурса су били да локомотива мора да има три осовине, да јој тежина не прелази 6,1 тону и да брзином од 16 км/ч на равној прузи може превести терет троструке сопствене тежине. Поред кратког рока за испоруку, на такмичењу које је одржано на станици Рајнхил поред Ливерпула 6. октобра 1829. године учествовале су четири локомотиве. Оне су морале двадесет пута прећи одређен одсек дужине 3,2 км. Све услове конкурса испунила је само Стивенсенова локомотива под називом Ракета. Она ја знатно превазишла постављене услове, посебно у погледу брзине, пошто је достигла брзину од 48 км/ч, а последњег дана такмичења 56 км/ч. Победу је остварила због квалитетне израде, правилног односа између оптерећења и отпорности њених делова, а пре свега због конструктивних решења парног котла и димњака. Локомотива Новост, коју је конструисао чувени градитељ парних машина и лађи Ериксонс, остала је у дефекту већ при самој вожњи. Без обзира на то, ова локомотива је била одлично конструисана и озбиљан конкурент Ракети. Преостале две локомотиве, Sansapereil и Preseverance, имале су разне кварове и нису могле до краја да учествују у такмичењу. Локомотива Sansapereil имала је дуваљку у димњаку за повећање промаје у самом котлу. Стивенсон је брзо схватио велики значај овог уређаја за правилно сагоревање горива, па је применио тај начин за распиривање ватре на својој локомотиви Ракета и остварио велики успех при производњи паре.
Победа Стивенсенове локомотиве Ракета била је од пресудног значаја за даљи развој производње локомотива. У наредне три године Стивенсон је у својој фабрици у Њукастлу избацио серије локомотива са новом конструкцијом. Енглеска постаје водећа земља у подручју изградње железница. Стивенсенова локомотива Планета 1839. године има уобичајени положај парних цилиндара на свом предњем делу, што је имало за последицу промену положаја слободне и погонске осовине. Цилиндри су се налазили између точкова, што је допринело да локомотиве имају сразмерно миран ход и при већим брзинама.
Овим је била завршена прва етапа у историји развоја парне локомотиве. У даљем периоду следи углавном усавршавање конструкције на основу поступно стечених искуства, давање облика и увођење нових направа на котлу и машини, као што су ињектори, аутоматске мазалице и сл. Доба развоја конструкције локомотива до 1850. године је врло битно због целог низа усавршавања појединих делова, нарочито вучних и одбојних уређаја, као и амортизовања локомотива применом бочних носећих гибњева и балансера чиме су се смањиле сметње при кретању. Тако је инжењер Баилие, који је дошао Стивенсеновим локомотивама из Енглеске у Беч, ту и остао и потом пронашао пужасту опругу. До тада су биле познате само спиралне опруге, које су биле недовољно еластичне и отпорне на ударна оптерећења и одбојне уређаје. По његовој замисли почеле су се производити опруге код којих је лист био тако савијен у спиралу да је смер силе био увек у смеру осе спирале. Такве пужасте или еволутне опруге биле су изузетно отпорне и еластичне. Увођењем ових пужастих опруга повољно је решен проблем еластичности одбојних и вучних уређаја. Међутим, проблем се јављао пошто су разне железничке управе причвршћивале одбојнике на различитим висинама и размацима. Тада још нису постојали стандарди, јединствене норме и прописи за израду железничких возила. Тако је размак колосека у дугом периоду био једина мера која је представљала техничко јединство железница. Размак од 5 стопа или 1524 мм мерен са спољашњих страна точкова узет је са старих енглеских поштанских кола и других друмских возила. На почетку изградње првих железничких пруга узет је размак колосека према тим возилима, пошто се планирало да по њему саобраћају та иста кола, која би била опремљена са унутрашње стране точка водећим венцем. Према растојању између тих водећих венаца утврђено је да унутрашњи размак мора износити 4 стопе и 8,5 палца, односно 1438 мм. Тај размак колосека се и до данас углавном примењује у Европи и Америци, пошто су прве локомотиве прављене и увожене из Енглеске. Изузетак од ове ширине је у Шпанији, Португалији, Индији, Русији и још неким земљама.
Даљи нагли развој и ширење железничке мреже довели су до потребе увођења прелазног саобраћаја између европских железничких управа. У првом периоду ово је било неизводљиво због различитих конструктивних решења одбојника и вучних уређаја. Ширина колосека представљала је једино техничко јединство железница. Железничке управе су почеле израду јединствених одредби 1864. године у Немачкој на иницијативу Пруских железница. 1847. године Савезу немачких железничких управа основаном на скупштини у Хамбургу приступиле су железнице Wien – Glognitz и Фердинандова северна железница. На првој седници стручњака овог Савеза одржаној 1850. године одобрене су норме за јединствено грађење железничких возила и обавезни прописи о размаку и висини одбојника од горње ивице шине, као и прописи за извођење вучног уређаја. Пример неусаглашености је размак одбојника на аустријским железницама који је био знатно мањи од нормалног. Због тога су прелазном периоду локомотиве и вагони имали по четири одбојника, што је трајало све до 1862. године, када су сва железничка возила била опремљена са нормално монтираним одбојницима.
Проналазак парне машине био је од немерљивог значаја за успешну конструкцију парних локомотива и интензиван развој железничког саобраћаја.
Литература:
- Грујић М., Бундало З., Железнице Србије. 120, 130, 150 година, Београд 2004.
- Миленковић П., Историја грађења железница и железничка политика код нас (1850 – 1935), Београд 1936.
- Николић Ј., Историја железница Србије, Војводине, Црне Горе и Косова, Београд 1980.
- Сто година железнице у Југославији, зборник чланака поводом стогодишњице железница Југославије, Београд 1951.
- Чонкић М., 100 година железница у Војводини, Београд 1958.
Остави коментар