Самодельный локомобиль

К котлу над отверстием для пара припаивается подставка с цилиндром. Припаиваются к подставкам подшипники, вставляется вал, и подставки с подшипниками припаиваются к котлу. Золотник соединяется с тягой эксцентрика.

Шатун соединяется со штоком и надевается на кривошип. Маховик и шкив припаиваются к валу. На вал, около кривошипа, надеваются колечки, согнутые из медной проволоки. Кольца не дают валу болтаться в подшипниках взад и вперед.

Сальники водомерного стекла и цилиндра смазываются маслом и уплотняются. При вращении маховика рукой все части машины должны легко ходить. Для уменьшения трения все трущиеся части смазываются маслом.

Перед испытанием необходимо отрегулировать предохранительный клапан. Локомобиль работает при давлении пара в 1–1,4 атмосферы. Поэтому предохранительный клапан нужно установить так, чтобы от открывался при давлении в 1,5 атмосферы.

Для определения силы пружины нам придется сделать расчет. При диаметре отверстия в клапане 3 мм площадь отверстия его равна 7,065 кв. мм. Нам известно, что одна атмосфера давит на квадратный сантиметр с силой 1 033,2 г; полторы атмосферы будут давить с силой 1 549,7 г; следовательно, на площадь клапана в 7,065 кв. мм давление будет равно 1549,7:100x7,065–109,486 г.

Для ровного счета возьмем просто 109 г. Значит, для того, чтобы давление в котле доходило до 1,5 атмосферы, пружина должна прижимать клапан с такой же силой. Для установки клапана на это давление выверните его из котла, поставьте вверх пружиной и надавите сверху грузом в 109 г. Только в этот момент он должен приоткрыться. Завинчиванием гайки нужно отрегулировать давление пружины или заменить ее на более сильную или слабую.

Теперь наполните котел на две трети водой и зажгите в топке спиртовку. Когда вода закипит и давление пара поднимется, правильно сделанная и собранная машина, должна заработать.

Испытания

Для определения числа оборотов машины приклейте сургучом на шкив на расстоянии 5–8 мм от центра вала кусочек заостренного графита от карандаша. При вращении машины графит будет описывать окружность. Из белой бумаги вырежьте ленту шириной 20 мм, длиной 300–400 мм. Возьмите ленту в руки, приложите ее к графиту и проведите перед ним. Графит начертит на ленте вереницу петель (рис. 10, внизу). Каждая петля будет соответствовать одному обороту вала.

Заметьте в секундах время, в течение которого вы двигали ленту, сосчитайте число петель, разделите их на число секунд и умножьте на 60. Таким образом вы определите число оборотов в минуту.

Мощность, получаемая на валу машины, называется эффективной. Мощность машины локомобиля можно точно измерить при помощи так называемого тормоза Прони. На рис. 10 показано устройство тормоза.

Этот прибор состоит из двух колодок, сделанных из твердого дерева. Между колодками находятся два вкладыша (тоже из дерева), которыми сжимают вал испытываемой модели.

Рис. 10.

Тормоз изготовляется по размерам, указанным на рисунке. В качестве болтиков можно взять контакты от радио или винты от "конструктора". Нижняя колодка тормоза — это рычаг, на конце которого укреплена чашка для гирь.

Для испытания машины колодки надеваются на вал, который в этом месте должен быть гладким и при испытании смазан маслом.

Когда модель работает, вращающийся вал стремится повернуть весь тормоз вверх. В это время на крючок подвешиваются гирьки и, изменяя при помощи болтиков нажим колодок на вал, уравновешивают систему. Во избежание опрокидывания рычага, во время регулировки, сверху и снизу рычага устраиваются упоры. Рычаг нужно отрегулировать так, чтобы он находился при отсчете веса груза в горизонтальном положении. Вес гирек, употребляемых при измерении мощности, должен быть мал — от четверти грамма до пятидесяти.

Мощность машины в килограммометрах вычисляется по формуле:

а в лошадиных силах по формуле:

где W_e — эффективная мощность, π — 3,14; l — длина плеча рычага между центром вала и точкой подвески груза. В нашем приборе I — 0,1 м (или 10 см), Q — вес подвешенных гирек, Q₁ — вес самого рычага.

При соблюдении всех размеров рис. 10 вес рычага будет равен 1 г; n — число оборотов вала при испытании.

Пример. Модель паровой машины локомобиля при числе оборотов, равном 500, уравновешена при помощи тормоза Прош при весе гирек, равном 59 г. Так как I у нас постоянно и равно 0,1 м, а вес рычага равен 1 г, то пишем:

Таким образом мощности машины хватило бы, чтобы в течение одной секунды поднять груз в 312 г на высоту 1 м, или 1 кг на высоту 0,312 а. Чтобы найти мощность в лошадиных силах, надо полученное число разделить на 75:

При вычислениях I нужно выражать в метрах, a Q и — в килограммах. Поэтому мы брали 7 = 0,1 при длине рычага в 10 см, а Q = 0,059 при нагрузке рычага в 50 г. Число оборотов машины ставится в формулу то, которое получено при подсчете с тормозом Прони, а не скорость на холостом ходу. Сопоставляя мощность, полученную на валу машины, с энергией, заключенной в сожженном топливе, можно определить коэффициент полезного действия машины. В результате испытаний вы получаете характеристику своего локомобиля.

Сделанную модель можно усовершенствовать, введя в нее ряд конструктивных изменений. Например, в котел вместо одной жаровой трубы можно поставить 4–6 дымогарных трубок; благодаря этому увеличится поверхность нагрева, усилится скорость парообразования и возрастет мощность машины. Для подачи воды в котел можно установить маленький насосик. К машине можно пристроить центробежный регулятор.

В довершение всего можно попробовать устроить передачу от машины локомобиля к его колесам. Такой локомобиль будет сам себя возить, и опыты с ним положат начало постройке модели паровоза.