«При обкатке колес с помощью «путешественника» (измерительного ролика) в один из стыков сегментов обода необходимо вбить клин с целью уплотнения других стыков в ободе. Затем измерьте длину сегмента обода, и при обкатке шины отрежьте ее на ⅛ дюйма короче, чем показывает измерение обода. В этом объяснении мы предполагаем, что у нас стальная шина, а сейчас у нас есть такой вид стальной шины, которая очень твердая и ее трудно сваривать, и есть много кузнецов, которые извлекут пользу из этого урока, если примут во внимание предостережение, которое мы даем. Эта шинная сталь не выдержит такого сильного нагрева, как даже литая сталь, и если ее хоть немного перегреть, она треснет или сломается пополам, пока горячая».
«С ней связан один любопытный факт, который мы не находим ни в каком другом виде стали, а именно: она склонна к проскальзыванию, как бы хорош ни был нагрев, и чтобы избежать этого, после скашивания концов до острого края сделайте довольно резкий нахлест, и пока горячо, возьмите остроконечный пробойник и пробейте отверстие почти через оба нахлеста, и вбейте острый штифт, сделанный из стальной проволоки ³⁄₁₆ дюйма и длиной ½ дюйма. Это не будет видно снаружи шины, когда она на колесе, и не ослабляет шину, как заклепка. Мы часто видели шины, сломанные там, где проходила заклепка».
«При сварке сначала сделайте огонь совершенно чистым, уголь довольно хорошо обугленным, а огонь горячим, но довольно небольшим, ибо чем меньше огонь, если он горячий, тем меньше он будет расходовать вашу шину с каждой стороны сварки; пусть бура будет обугленной; положите немного на сварку, пока она горячая, раздвиньте огонь кочергой и поместите нахлест в самую горячую часть; подкатите несколько кусочков кокса на сварку, дуйте ровно, перемещая шину вперед и назад через огонь, или остановите дутье на мгновение, пока нахлест не прогреется одинаково по всей толщине; выньте и сварите молотком и кувалдой. С этой предосторожностью вы никогда не промахнетесь с получением хорошего сварочного жара и вам не нужно будет осаживать шину перед сваркой. Если ваша шина осажена перед сваркой, это делает нахлест настолько толще, что прежде чем он прогреется одинаково по всей толщине, возникает вероятность перегрева и расхода шины с каждой стороны сварки».
«При укладке шин самые тяжелые должны лежать внизу и быть выровнены кирпичом, чтобы шина постоянно опиралась на каждый кирпич или опору, а остальные уложены сверху так, как они лучше всего подходят, чтобы предотвратить коробление шины в огне. Для укладки колеса при надевании шины следует использовать ровный камень. Если шины не покоробились в огне, не бейте их молотком вообще, если только при подгонке шин не осталось каких-либо перегибов; избегайте ударов молотком, если это возможно, ибо это оставляет следы на шине; охлаждайте постепенно, поливая водой из носика чайника, пока она не сожмется настолько, что ее можно будет взять; затем прокатите ее в мыльной воде, чтобы предотвратить закалку, пока она не остынет настолько, что не будет обжигать сегменты обода, выправляя, пока помощник прокатывает ее в воде, молотком, покрытым толстой кожей с обоих концов; пусть третий человек возьмет колесо и закончит выправку шины молотком, покрытым кожей; пока она настолько горячая, что вы не можете удержать на ней руку, сегменты обода легко перемещаются под шиной, и ее не следует перемещать после того, как она остыла, если этого можно избежать, по той причине, что когда шина остывает, вся ее шероховатость и несовершенства внедряются в сегмент обода».
«Шина, однажды сдвинутая, в следующий раз сдвинется легче. После того как все шины надеты, осмотрите колеса и посмотрите, нет ли на шине кривых мест, которые не прилегают к ободу; если таковые имеются, нагрейте короткий кусок железа и положите на шину, он вскоре нагреет ее достаточно, чтобы обжечь сегмент обода, но снимите его до этого момента и постучите молотком. Плохая практика — нагревать шины на горне, как делают некоторые, ибо при их выправке при подгонке нам приходится гнуть их холодными, и если нагреть на горне и одно место станет красным, вы часто обнаружите там короткий изгиб ребром. Если некоторые колеса имеют больший развал, чем другие, поставьте их на внешнюю сторону экипажа. Никогда не снимайте шину, если этого можно избежать, если только она не настолько свободна или туга, что портит колесо при эксплуатации».
Когда шина достаточно остыла, она приклепывается к сегменту обода заклепками с потайной головкой, по одной с каждой стороны стыков сегментов обода.
Прочность или слабость колес играет важную роль в долговечности экипажа, ибо каким бы образом различные силы ни встречались механически, в конечном итоге они концентрируются на колесе; поэтому крайне необходимо, чтобы при их изготовлении прилагались большие усилия. Ступица не обязательно является фундаментом, на котором строится колесо, и, более того, существует много возражений против того, чтобы она была таковой. Во-первых, когда ее центр полностью выдолблен для размещения втулки оси, а по бокам выдолблены пазы для приема концов спиц, она представляет собой не что иное, как простую оболочку. Каждое отверстие паза является в большей или меньшей степени вместилищем для воды, которую даже самое лучшее мастерство не может полностью исключить; а поскольку одна часть ступицы всегда более пористая, чем другая, именно эта часть быстрее всего впитает влагу и начнет гнить. Поэтому, если бы можно было обойтись без ступицы, была бы обеспечена большая долговечность.
Fig. 16. Fig. 17.
Задумчивый изобретатель, обдумывая эти вещи, за последние несколько лет создал колесо новой конструкции, которое на практике оказалось лучше используемого повсеместно. Все спицы, вместо того чтобы иметь заплечики для входа в ступицу, сделаны клиновидными на конце, и вместо того, чтобы колесо строилось от центра к ободу, оно строится от обода к центру. Каждый сегмент обода изготавливается и подгоняется со своими двумя спицами, которые, сходясь к центру, давят друг на друга таким образом, что когда вся периферия собрана, спицы сами по себе создают твердый центр, как показано на рис. 16 и 17; так что вместо зависимости от деревянных ступиц спицы зависят друг от друга и, будучи плотно сжатыми вместе, создают взаимную поддержку и сопротивление. Все они закреплены двумя металлическими фланцами, одним сзади и одним спереди центра колеса, которые плотно свинчиваются, благодаря чему достигается максимальная степень прочности всей конструкции колеса.
Это изобретение принадлежит братьям Макнил из компании Patent Steam Wheel and Axle Company, и показательным фактом является то, что колеса аналогичной конструкции уже значительное время приняты на вооружение Королевской артиллерией; более того, они широко использовались на уличных кэбах, тяжелых телегах, особенно на последних, и неизменно сохраняли свою репутацию превосходных. Что касается нас, мы видим, что колесо такой конструкции должно обладать особыми преимуществами. Нет ступицы, которая могла бы сгнить, и колесо ни в каком смысле не может быть «зажато спицами», как это часто бывает с колесами обычной конструкции из-за того, что паз в ступице и отверстие в ободе не совпадают по прямой линии со спицей. В растущем стремлении производить колеса легкой конструкции были предприняты большие усилия по уменьшению размера центра, и изобретатели этих колес очень преуспели в достижении этой цели. В центре их колеса чрезвычайно легкие и имеют декоративный вид, а чтобы сделать их еще более однородными, они укоротили цапфу своих осей и, следовательно, сократили длину втулки оси, так что в центре колеса имеется минимально возможный выступ. В то же время сохранены все преимущества и особенности принципа Коллинджа. В обычной оси Коллинджа опора приходится не на всю длину цапфы, и, практически говоря, братья Макнил в своих осях вырезали всю ту часть, которая бесполезна в этом отношении, так что, хотя их цапфа оси значительно короче, опора такая же, как в оси Коллинджа обычной конструкции.
Одним из самых больших недостатков в производстве колес является отсутствие единообразия между ними. Почти нет двух одинаковых колес. Почти ни одна спица в колесе не расходится одинаково; некоторые находятся на расстоянии до дюйма дальше друг от друга, чем другие у обода; и поскольку усадка шины варьируется, некоторые колеса, как следствие, получают больший развал, чем другие, при этом спицы либо сжимаются в пазах ступицы, либо уступают за счет эластичности в направлении своей длины. Чтобы добиться хоть какой-то точности, необходимо нанимать очень квалифицированных рабочих, а поскольку квалифицированных рабочих не так много, как хотелось бы, стоимость колес значительно возрастает. Их сопровождает еще один недостаток: рабочий может плохо собрать свою работу, и нет способа обнаружить это, пока колесо не будет в реальном использовании. Плохо собранное колесо будет выглядеть так же хорошо, как и хорошее, и пока оно не сломается, никто, будь то производитель или покупатель, не сможет обнаружить неточность. Если мастер не наблюдает за каждым колесом во время забивания спиц, он может полагаться только на добросовестность своих рабочих.
Нет никакого лекарства от этого зла, кроме замены рук людей машинами. Машина, если она режет точно один раз, будет резать точно всегда. Каждая деталь дерева в колесе должна быть сформирована машинами. Сегменты обода должны распиливаться до их точного размера, кривизны и длины машинными пилами; они должны просверливаться машинными сверлами и обтачиваться машинными стругами. Спицы должны иметь шипы, нарезанные машинными пилами, и формироваться машинными токарными станками. Ступицы должны обтачиваться машинным токарным станком, а пазы в них — машинной стамеской. Спицы не должны забиваться нерегулярными ударами молотка, а должны вдавливаться на свои места регулярным давлением машины. А когда надевается шина, колесо должно быть зафиксировано в раме, чтобы сохранить точный размер и форму. Когда все это будет сделано, мы сможем надеяться получить деревянные колеса, одинаковые по форме и качеству, и, более того, точно круглые, чем они очень часто не являются в настоящее время. Все машины должны работать от парового двигателя. Едва ли найдется какой-либо предмет производства, на который существует такой большой спрос, и нет большого разнообразия в способе их конструкции. Каретники, по-видимому, с большим упорством цепляются за старые традиции своего ремесла; возможно, они думают, что это отдает святотатством — позволять прогрессу слишком быстро проникать в их мастерские.
Fig. 18.
Вышеуказанные замечания могут быть уточнены заявлением о том, что некоторые из крупнейших производителей внедрили механизмы в целом в те отделы, в которых они применимы, и более конкретно в отдел колесников. Несколько лет назад фирма Холмс из Дерби имела механические приспособления, работающие от паровой энергии, для следующих целей: нарезка шипов на спицах, выравнивание концов сегментов обода, а также регулировка их длины в соответствии с размером требуемого колеса; узкая вертикальная пила для резки криволинейной древесины; машина для резки сегментов обода требуемого размера и кривизны; машина для сверления сегментов обода для концов спиц и многие другие приспособления для облегчения ручного труда и обеспечения большей точности в производстве. Но мастерские, заполненные таким образом, еще не являются правилом, хотя их число растет, как и изобретения для применения механической энергии к различным процессам.
Fig. 19.
Кажется довольно парадоксальным утверждать, что развальное или коническое колесо является самым прочным. Но факт в том, что его прочность проистекает из твердой обручной шины; со стрейковой шиной прямое колесо было бы самым прочным. При движении большая боковая нагрузка на колесо идет снаружи. Следовательно, если колесо развалено в противоположном направлении, упор будет в направлении наибольшего сопротивления. Спицы не могут податься, потому что, подавшись, они увеличили бы площадь круга, а этого шина не позволит. По тому же принципу в столярном деле, который делает изогнутую или выгнутую балку самой прочной, развальное колесо прочнее прямого.
Вот один очень важный пункт, который нельзя упускать из виду в отделе колесников, а именно размер втулки оси. Втулка оси — это чугунная гильза, на которую опирается цапфа оси. Две формы этих деталей приведены на рис. 18 и 19.
Fig. 20.
Рис. 20 показывает улучшенную форму ступицы. Будет видно, что она применяется к прямым колесам и не требует дальнейшего описания, кроме того, что ступица не ослабляется так сильно, как при обычном способе врезки, благодаря железному обручу A, охватывающему ступицу и образующему опору для спиц.
Колеса должны изготавливаться с достаточным количеством спиц, чтобы правильно разделить пространство у ободьев и обеспечить достаточную поддержку, чтобы предотвратить проседание между спицами, и в то же время избежать слишком большого их количества, чтобы не ослабить ступицу. Чем меньше количество спиц, тем прочнее ступица и слабее обод. Следует использовать суждение при разделении разницы, чтобы сделать каждую часть колеса прочной в пропорции.
ГЛАВА VII. ОСИ.
Ось или осевой брус для локомотивного колесного экипажа — это та часть из дерева или металла, или их сочетания, которая служит осью или центром, вокруг которого вращаются колеса.
Название «осевой брус» (axletree) сразу указывает на материал, изначально использовавшийся для него, а именно дерево. Осевые брусья бывают двух видов: те, которые прочно закреплены в колесах и вращаются в цапфах под колесами, и те, в которых колесо движется независимо от оси. Первые, как наиболее грубые, вероятно, были первыми использованными. Самые ранние фиксированные осевые брусья были просто кусками твердой древесины с концами, скругленными до конической формы, так как эта форма была самой простой для подгонки к колесу. Впоследствии они были обшиты железом для сопротивления износу.
В самых ранних железных осях коническая форма все еще сохранялась по очевидной причине легкой подгонки к колесу. Эти железные оси не изготавливались цельным куском, а были просто короткими концами, вставленными в деревянный центр и привинченными к нему болтами. Примеры таких осей до сих пор можно увидеть в тяжелых телегах и фургонах.
Следующим улучшением стало изготовление осей из одного железного прута, и эта практика теперь стала обычной. Ось технически делится на три части: две цапфы или конечности, на которых вращается колесо, и брус, или та часть, которая соединяет две цапфы вместе. Самые обычные оси, которые производятся ради большей дешевизны, формируются из квадратного прута, просто прокатанного до нужной формы между прокатными валками. Это железо ненадежно по своему качеству, так как оно подвержено песчаным трещинам, пузырям и другим несовершенствам, которые заставляют осевые брусья, изготовленные из него, ломаться при сильных ударах. Чтобы защититься от этого, лучшие осевые брусья формируются из нескольких плоских прутьев или стержней железа, сваренных вместе в массу; это технически называется «фаготированием». Если вы хотите обнаружить, была ли ось сделана таким образом, нагрейте ее до красного каления, и если она была фаготирована, текстура или линии железных стержней, идущих в разных направлениях, будут отчетливо видны. Размер регулируется весом, который она должна нести.
Для очень тяжелой кареты приемлемым размером является диаметр от 2 до 2¼ дюймов и длина цапфы от 10 до 11 дюймов. Для легких экипажей, как четырех-, так и двухколесных, обычным размером является диаметр 1½ дюйма и длина цапфы 8 дюймов. Иногда некоторые изготавливаются диаметром до 1¼ дюйма. Следует отметить, что ось меньшего размера выполнила бы требуемую от нее работу, если бы она была неподвижной, как в мельничном оборудовании; но для локомотивных экипажей необходимо предусмотреть защиту от самых сильных ударов, с которыми они могут столкнуться при обычном применении.
Когда железные оси только начали использоваться, было принято забивать железное кольцо или обруч шириной 2 или 3 дюйма в каждый конец ступицы, чтобы предотвратить слишком быстрый износ. Этот план до сих пор иногда используется в тяжелых телегах, но в остальном оси всегда оснащаются железными втулками, подогнанными к цапфам с большей или меньшей точностью, в зависимости от цены и материала, используемого для смазки. Для предотвращения трения в деревянных осях лучшими материалами являются мыло или графит; для обычных, грубых осей лучше всего подходит густая маслянистая смазка; но для осей, которые точно изготовлены и подогнаны к втулкам, нет смазочного материала, равного маслу самого чистого вида, которое может быть приготовлено, т. е. наиболее свободного от слизи или желатина, в зависимости от того, растительного оно или животного происхождения.
Самые обычные оси, используемые сейчас, имеют коническую форму с подогнанной к ним втулкой из листового железа. Эта втулка изготавливается путем сварки двух краев железа вместе в широкий выступающий шов, который помогает закрепить ее на ступице. Внутренняя часть втулки утоплена в углубления с целью удержания смазочной смазки. На верхнем конце цапфы ось оставлена квадратной, и против этого обычно горячим способом насаживается большая железная шайба. Против этой шайбы работает втулка. Чтобы закрепить колесо от соскакивания, на уменьшенный внешний конец цапфы помещается небольшой железный буртик, и через цапфу за ним забивается чека.
Улучшением этого вида оси является случай, когда буртик на верхнем конце или заплечике делается цельным путем сварки, а вместо буртика и чеки подставляется винтовая гайка с чекой через нее. Эти гайки обычно делаются шестигранными, с пазом или прорезью для чеки через каждую сторону, чтобы обеспечить большую легкость регулировки. Во всех остальных деталях эта ось такая же, как и последняя, за исключением того, что она иногда подвергается цементации для предотвращения износа и трения.
В путешествии эти оси требуют свежей смазки каждые два или три дня, и хлопоты, вызванные этим, весьма значительны, помимо риска упущения, в случае чего ось, скорее всего, будет полностью испорчена.
Самый распространенный тип масляной оси называется «почтовым», поскольку этот особый способ крепления впервые использовался в почтовых каретах. В усовершенствованном варианте цапфа оси не коническая, а цилиндрическая. У заплечика этой оси приварен сплошной дисковый буртик, о который трется ступичная втулка. Позади этого буртика вращается круговой фланцевый диск из кованого железа с тремя отверстиями, соответствующими отверстиям в колесе спереди и сзади; через них пропущены длинные болты, гайки которых затянуты на фланцевом диске достаточно плотно, чтобы обеспечить свободное движение. Таким образом, при вращении колесо движется вокруг буртика, а фланцевый диск удерживает его от соскакивания. Это решение не отличается изяществом или точностью, но оно простое и надежное, не требует гайки или чеки на передней части оси, а переднюю часть ступицы можно полностью закрыть. При сборке для эксплуатации между буртиком и втулкой, а также между буртиком и круговым диском, который закрывает всю заднюю поверхность ступицы, помещается шайба из толстой кожи. Втулка этой оси изготовлена из чугуна. Передняя часть закрыта металлической пластиной, между которой и торцом цапфы оси оставлено пространство около 1 дюйма в качестве резервуара для масла, заливаемого через трубку, проходящую сквозь ступицу колеса и закрываемую винтовой пробкой. В задней части втулки имеется круговой резервуар для масла глубиной ¾ дюйма и шириной ½ дюйма. Когда колесо вращается, движение втулки поддерживает циркуляцию смазочного материала между двумя резервуарами; любая часть, попадающая под цапфу у заплечика, постепенно выходит наружу и теряется. Масло в заднем резервуаре вытекает не так быстро, как в переднем; однако, когда кожаная шайба пропитывается водой, масло из-за своей легкости может всплывать на воду в районе шайбы и таким образом расходоваться впустую.