Как построить паровоз?

Адепты, энтузиасты, сочувствующие, заходяще-приходящие – привет!

Сегодняшний пост, как Вы могли подумать, прочитав название, не о последовательных шагах в постройке пусть и маленького, но вполне себе настоящего паровоза, нет! Это именно вопрос или сборник вопросов от нашего постоянного читателя.

Думаю, что многие из нас хотя бы раз задумывались над постройкой своего паровоза. Уверен, что этот вопрос прорабатывался, просматривался сквозь призму дачной железной дороги многими энтузиастами. Так давайте объединим усилия и поможем нашему коллеге, а заодно заложим первый кирпичик в дачное паровозостроение.

Слово автору письма:

Всем доброго времени суток!

Зовут меня Егор:)

Железной дорогой увлекаюсь с детства (ну и вообще техникой):) Есть мечта — сделать пускай и небольшой, но все-таки паровоз. Точнее сказать — модель паровоза, но на паровой тяге. Мой дед в войну и после нее работал на узкоколейке,  с начала помощником, а потом и машинистом, видимо гены….:)) Хотелось бы сделать локомотив, способный тянуть хотя бы одного человека на прицепе, если больше, то лучше:)

Планируемые характеристики:

-масса паровоза — не более 30 кг (чтоб была возможность в одиночку поставить его в багажник авто (я не особо Геракл:-)));

-колея 150 — 200 мм (такие размеры в связи с ограничением по массе, сантиметров 30 было бы куда лучше, но тогда  масса уползет кило за 50-80 , а это уже неприемлемо:(;

-тяговое усилие  приблизительно 15 кгс (проверил опытным путем, при помощи тележки и безмена — столько нужно  чтоб меня с места сдвинуть);

-колесная формула —  0-2-0 или 0-3-0, или 1-2-0 (по мотивам первых паровозов);

-диаметр колес (поверхность катания) — 80-150 мм;

-размеры котла: диаметр 100-200 мм, длинна цилиндрической части 300-400 мм.

Стремления повторить какой-то конкретный паровоз нет — буду исходить из технических и финансовых (ибо студент) возможностей.

Техническая реализация

Колеса

Готовые в интернете есть, но размеры и форма не совсем то что нужно, цены тоже очень печальные:-(

Думал даже поставить его на шкивы вместо колес, у нас в хоз-магазине есть диаметром около 100 мм которые идут для подъемных механизмов под тросы. Но они имеют полукруглую проточку, а рельс будет с плоской головкой и, скорее всего, колесо будет жевать рельс, а, следовательно, износ и потери мощности:(

Пути

Планирую сделать разборный путь в виде рамчаток по примеру Михаила Орехова,

рельсы из труб прямоугольного сечения 10X30 мм  или чуть больше (такие применяют в изготовлении мебели).

Котел

По расчетам температура в котле будет около 150-180 C (температура пара при давлении 4-10 атм. — это из книги «В. А. ДРОБИНСКИЙ как устроен и работает паровоз»).

Хотелось бы, чтоб он по дольше не проржавел. Из-за малых размеров доступ внутрь для обслуживания будет ограничен (люки не сделаешь, а разбирать каждый раз тяжело). Нержавейка — хорошо, но дорого, латунь еще дороже и по прочности уступает в 1,5 раза железу, хотя с ней было бы проще — легко паяется. Думал про «белую» жесть (покрытую оловом), но не знаю насколько она стойка к температуре.

В книге «Романов И. Паровые двигатели для морских моделей (1951)» нашел примитивный расчет котла:

P_max = 2 * C * B / D

где:

P_max — максимальное давление для котла;

B — толщина стенок котла в сантиметрах;

D-диаметр котла в сантиметрах;

сигма — допускаемое напряжение для материала, из которого изготовлен котел.

Для железа оно равно 1200 кг/см^2, для латуни 800 кг/см^2 .

Подшипники

Для колесных осей подшипники качения применить вряд ли получится- т.к. их нужно будет помещать меж колес на оси  (снаружи колес будут кривошипно-шатунные механизмы), а это очень сложно (для замены подшипника придется разбирать кол-пару).

Рассматриваю подшипники скольжения, по типу тех, что в ДВС на коленвалу, состоящие из двух половин — одна закреплена на раме, а вторая привинчивается болтами под установленной осью. Думал даже про деревянные — износятся быстро, но сделать новые и заменить несложно:)

И по данной теме имею ряд вопросов:

1) колеса

какая должна быть ширина поверхности катания и высота реборды (есть ли какие-то формулы?

Как изготовить или где взять?

Возможно, кто-нибудь знает подходящие детали под эту цель?

Если изготавливать с нуля — во сколько примерно это выльется по деньгам?

2) пути

Какой минимальный радиус поворота можно получить, если изгибать такие трубы (их при сильном изгибе начинает коробить)?

Как лучше гнуть — с набивкой песком и нагревом или можно на холодную и пр?

Колея 200 мм — у кого-нибудь есть практический опыт использования данной колеи в хоз-нуждах — как она покажет себя при грузоперевозках — хотелось бы, чтоб пути пригодились еще и в хозяйстве?:)

3) котел

Из чего сделать?

Возможно, кто-нибудь знает, чем можно покрыть стальной котел изнутри, чтоб он не ржавел?

4) подшипники

Из чего лучше сделать?

5) оси

Как рассчитать диаметр осей, зная нагрузки, чтоб их не погнуло?

Тоже относится и к пальцам кривошипов.

С большим запасом брать не хочется чтоб не увеличивать  напрасно плечо силы трения оси в подшипнике.

Пока вроде бы и все:)

Всем отозвавшимся и просто сочувствующим заранее спасибо!:)

P.S. извиняюсь за кучу вопросов «как?» и «из чего?», но обратиться с ними больше не к кому:(