قاطرات البخار. التجارب الأولى
عربة البخار لويليام مردوخ عام ١٧٨٤
سنحرك قاطرتنا البخارية ،
الذي نحتاجه.
ولا ينبغي إلا أن يتم إنشاء جبهة -
دعنا نذهب للتغلب على الأعداء معًا.
عُرضت هذه الأغنية لأول مرة في مظاهرة في 7 نوفمبر/تشرين الثاني 1922 في كييف، وقد لحنها عمال شباب من ورش السكك الحديدية الرئيسية. لم يُحدد مؤلفوها بدقة. ويمكن اعتبارها ثمرة إبداع جماعي. تشير مصادر مختلفة إلى أن مؤلف النص هو عضو كومسومول بوريس سكوربِين، أو محرر صحيفة الحائط، عضو كومسومول أناتولي كراسني (سبيفاك)، وأن مؤلف النسخة الموسيقية هو قائد الأوركسترا للهواة بافيل زوباكوف (1891-1942).
الذي نحتاجه.
ولا ينبغي إلا أن يتم إنشاء جبهة -
دعنا نذهب للتغلب على الأعداء معًا.
عُرضت هذه الأغنية لأول مرة في مظاهرة في 7 نوفمبر/تشرين الثاني 1922 في كييف، وقد لحنها عمال شباب من ورش السكك الحديدية الرئيسية. لم يُحدد مؤلفوها بدقة. ويمكن اعتبارها ثمرة إبداع جماعي. تشير مصادر مختلفة إلى أن مؤلف النص هو عضو كومسومول بوريس سكوربِين، أو محرر صحيفة الحائط، عضو كومسومول أناتولي كراسني (سبيفاك)، وأن مؤلف النسخة الموسيقية هو قائد الأوركسترا للهواة بافيل زوباكوف (1891-1942).
القطع الأثرية قصص تقنية. في بلدنا، لكل مدينة نصب تذكاري يُجسّد "الفكر التقني" أو يُجسّده. مدينتي بينزا ليست استثناءً. لدينا هنا أيضًا دبابة على قاعدة، و"تلك" التي تحمل نقش "بينزا تنتقم" (مع أنه من الواضح أنها ليست مسألة عسكرية، بل مسألة ما بعد الحرب)، وطائرات ومروحيات، و"كاتيوشا" (حسنًا، كيف بدونها)، وشاحنات "غازون" من زمن الحرب، وحتى شاحنة إطفاء حمراء زاهية. هناك أيضًا قاطرة بخارية، وهي ليست الوحيدة في المنطقة، يُنقش عليها بانتظام عدد السنوات التي انقضت منذ الحرب. وها أنا أسير في محطة بينزا-1، مارًا بمحطة سكك حديدها الحديثة، و- يا أمي العزيزة، ها هو نموذج لقاطرة الأخوين تشيريبانوف البخارية بكل روعتها. كنت أسير، أفكر في الجهاز التقني الجديد الذي سأختاره لدورة "تحف تاريخ التكنولوجيا" الجديدة. وها هي! إشارة واضحة إلى القدر، ناهيك عن أن من بين قرائنا من طلبوا الكتابة عن القاطرات البخارية. لذا فإن الدورة القادمة ستكون حولهم، حول القاطرات البخارية.
ويليام مردوخ (1754-1839) صورة بريشة جون لينيل (1792-1882)
حسنًا، يبدأ تاريخنا وتاريخهم منذ زمن بعيد، عام ١٧٨٤. في ذلك العام، بنى ويليام مردوخ، أحد المهندسين والمخترعين البريطانيين، مبتكر الأسطوانة المتأرجحة للمحرك البخاري وغيره الكثير، نموذجًا لعربة بمحرك بخاري، تُعدّ في جوهرها إحدى أوائل العربات البخارية. بالطبع، يبدو أنه كان ينبغي أن نبدأ بـ"عربة البخار" التي ابتكرها نيكولاس جوزيف كونيو، الذي سبق أن أثبت فائدة هذا الجهاز عام ١٧٦٩، ولكن المشكلة هي أنه منذ تطوير كونيو، لم تنتقل سوى غلاية مزودة بصندوق نار ومحرك بخاري بدائي للغاية إلى القاطرات البخارية التي ظهرت لاحقًا. بينما ابتكر مردوخ تصميمًا استلهم منه العديد من مبتكري الآلات المماثلة. وكان مهندسًا بارعًا للغاية، لكنه عمل طوال حياته مع جيمس وات... في "ظل مجده" مع كل ما نتج عن ذلك من عواقب.
نموذج لسيارة مردوخ في متحف برمنغهام للعلوم
حصل أوليفر إيفانز على أول براءة اختراع سيارة في الولايات المتحدة عام ١٧٨٩. بعد ذلك، ظهرت عربات الركاب البخارية في إنجلترا، وصادف أن ريتشارد تريفيثيك ركب إحداها عام ١٨٠١. وقد دفعت هذه الرحلة تريفيثيك إلى توقيع عقد مع مالكي سكة حديد ميرثير تيدفيل في ويلز، التي كانت تعتمد فقط على جر الخيول وكانت تحتوي على كميات كبيرة من الفحم. وبموجب هذا الاتفاق، كان ملزمًا ببناء قاطرة تُسهّل نقل الحديد الزهر وتُقلّل من تكلفته.
عربة بخارية من بداية القرن التاسع عشر.
سيارة ركاب بخارية بريطانية عام 1828
أولاً، صنع سيارة بخارية، وقادها في شوارع مدينته، مُخيفاً سكانها الذين أطلقوا عليها لقب "الشيطان المنتفخ". وبعد ثلاث سنوات، قدّم قاطرة بخارية حقيقية، بمفهومنا الحالي لكلمة "إنفيكتا"، والتي كانت مختلفة اختلافاً كبيراً عن جميع المحركات البخارية المعروفة حتى ذلك الوقت. وهكذا، احتوت مقدمة مرجلها على أسطوانة أفقية، تُولّد ضغط بخار يبلغ حوالي 0,3 ميجا باسكال (3 كيلو باسكال/سم³).2كان المكبس يؤثر على عمود دولاب الموازنة عبر الكرنك، المتصل بعجلات القيادة عبر ناقلي تروس. ومن السمات المميزة لمحرك إنفيكتا، وجود أدلة رأسية متقاطعة (جزء يضمن نقل الحركة إلى دولاب الموازنة)، والتي كانت بارزة بشكل كبير عن أبعاد المحرك، وأنبوب الدخان، الذي ابتكر فيه تريفيثيك فكرة إطلاق بخار العادم. كان البخار يُولّد قوة جر، ويدفع اللهب في صندوق الاحتراق، مما أدى إلى الاستغناء عن المنفاخات الخاصة. وهكذا، كان تريفيثيك أول من استخدم هذه الطريقة لزيادة قوة الجر، ولا يزال اختراعه هذا جزءًا بالغ الأهمية من أي قاطرة بخارية حتى يومنا هذا.
صورة شخصية لريتشارد تريفيثيك
أدرك تريفيثيك أيضًا الحاجة إلى زيادة مساحة التسخين. فأعاد تصميم أنبوب تجميع غازات المداخن في الغلاية ليصبح على شكل حرف U، مما زاد من إنتاج البخار. وحققت طائرته من طراز إنفيكتا سرعات تتراوح بين 6 و8 كم/ساعة مع حمولة جرّ تبلغ حوالي 10 أطنان بمعدل 40 ضربة مكبس في الدقيقة.
قاطرة بخارية "إنفيكتا"
قام تريفيثيك لاحقًا ببناء قاطرتين إضافيتين، حملت الثانية اسمًا طموحًا هو "أمسكني من يستطيع"، وعُرضت علنًا في لندن مقابل رسوم. إلا أنه فشل في تحقيق إنجاز حقيقي في مجال بناء القاطرات البخارية، ويعود ذلك أساسًا إلى أن الطلب الاجتماعي على هذا النوع من النقل كان في بداياته.
لهذا السبب، تطور بناء القاطرات البخارية من عشرينيات القرن التاسع عشر إلى عشرينياته في مناطق تعدين الفحم شمال بريطانيا، وهناك فقط على طول ساحل نهر تاين في منطقة نيوكاسل. لذا، لم تكن أهم مساهمة لتريفيثيك في التاريخ القاطرات البخارية على الإطلاق، بل... محرك بخاري بناه لكريستوفر بلاكيت، صاحب منجم فحم في تاينسايد بقرية ويلام. علاوة على ذلك، أصبح منجم بلاكيت مركز بناء القاطرات البخارية في إنجلترا في عشرينيات القرن التاسع عشر.
في عام ١٨٠٤، علم بلاكيت بعمل تريفيثيك، وأمر بإعادة إنتاج قاطرته في نورثمبرلاند. في البداية، كان من المفترض أن تتحرك القاطرة على قضبان خشبية تمتد من منجمه، لكنه أدرك أنها لن تتحمل وزن قاطرة تزن خمسة أطنان. فقاموا بسحب العربات بواسطة كابلات باستخدام محرك بخاري مُثبّت بشكل دائم. وأخيرًا، أعاد بناء الطريق لسكك حديدية من الحديد الزهر، ثم في عام ١٨٠٨، عرض على تريفيثيك إعادة المحاولة. لكن تريفيثيك كان قد هدأ من روعه في بناء القاطرات، وانشغل بمشاريع أخرى، فرفض عرض بلاكيت.
ثم قرر بلاكيت، بعناد واضح، بناء قاطرة بمساعدة عماله تحت إشراف مدير المنجم ويليام هادلي ورئيس العمال تيموثي هاكوورث. وكان هادلي هو من أحدث نقلة نوعية في ابتكار قاطرة عملية. استخدم في عمله المبادئ التي ميزت صناعة القاطرات في مراحل لاحقة، على الرغم من أن آلاته، لأسباب واضحة، عانت من عدد من المشاكل التقنية وأوجه القصور التي شابت الفترة الأولى.
مخطط قاطرة بخارية ميكانيكية لويليام برونتون
بالمناسبة، من المحتمل جدًا أن يكون بلاكيت قد استلهم تصميمه من جون بلينكينشوب، الذي عمل على خط سكة حديد منجم ميدلتون للفحم بالقرب من ليدز. كان الجهل، حتى في المجال التقني، منتشرًا في ذلك الوقت. بسبب جهلهم بقوانين الفيزياء، كان مبتكرو القاطرات البخارية يخشون انزلاق العجلات الملساء عليها، مما يجعل نقل الأحمال الثقيلة مستحيلًا. كانوا قلقين بشكل خاص بشأن الصعود والنزول البسيط، فبدأوا في ابتكار أنظمة دفع بديلة للقاطرات البخارية. في عام ١٨١٣، قام أحدهم، ويليام برونتون، بتجميع "حصان ميكانيكي" على أرجل معدنية، يدفع بها.
حسنًا، قرر بلينكينشوب إنشاء سكة حديدية ذات سكة قيادة مسننة، صنعها له الميكانيكي ماثيو موراي. كانت عجلة القيادة المسننة تدور على مشط مثبت على جانب السكة. عمل محرك ميدلتون لمدة أربع سنوات دون انقطاع، وفي الوقت نفسه كان يقود ما يصل إلى 30 عربة فحم بسرعة منخفضة تبلغ 5 كم/ساعة. في المجموع، تم بناء أربعة محركات بخارية من هذا النوع، انفجرت غلاية البخار في إحداها بسبب سوء استخدام المهندس لصمام الأمان.
مخطط لقاطرة ويلام ذات الثماني عجلات
قاطرة بلينكينشوب-موراي ذات الرف والترس، "سالامانكا"، سميت على اسم انتصار الأنجلو برتغاليين على قوات نابليون
لذا، بنى بلاكيت قاطرته. لكن المحرك الأول كان ضعيف القوة. أما القاطرة الثانية، المعروفة باسم "بافينغ بيلي" (التي سُميت في الأصل تيمنًا بابنة بلاكيت، جين)، فكانت أفضل بكثير: إذ كانت مزودة بمكبسين يتحركان باتجاه بعضهما البعض، مما ألغى الحاجة إلى دولاب الموازنة. سهّل هذا نقل الطاقة إلى العجلات على جانبي القاطرة، وتآكلت القضبان بالتساوي. لكن "بيلي" كان لا يزال ثقيلًا جدًا، حتى على قضبان الحديد الزهر. استمر في كسرها، فقرر بلاكيت المحاولة للمرة الثالثة. رُكّب المحرك على عربتين رباعيتي العجلات، موزعًا الوزن بالتساوي على ضعف عدد العجلات. أخيرًا، نجحت القاطرة، وحصلت ويلام على أول قاطرة عاملة.
قد يتساءل المرء: ما الذي دفع بلاكيت إلى إنفاق المزيد من المال على القاطرات بعد كل هذه الإخفاقات؟ بالطبع، الإصرار على تحقيق الهدف سمة مميزة للكثيرين، مع أن هذه الحالة كانت تكاد تلامس الغباء، بل الجنون، بالنسبة للمعاصرين. في بداية القرن التاسع عشر، بدت قاطرة بخارية للسكك الحديدية مشروعًا رومانسيًا، ولكنه في حد ذاته خيالي، مثل رحلة اليوم إلى المريخ. لكن في هذه الحالة، كان السبب حسابات اقتصادية بحتة، لم تخطر ببال الجميع في ذلك الوقت. الحقيقة هي أنه خلال الحروب النابليونية، اضطرت بريطانيا إلى توفير الإمدادات لجيوشها في القارة على حساب احتياطياتها الخاصة. لذلك، كانت أسعار الخيول والأعلاف ("كم سعر الشوفان اليوم؟") الخاصة بها ترتفع باستمرار. وهكذا، في العقد الثاني من القرن التاسع عشر، كان سعر الشوفان أعلى بنسبة 1810% مما كان عليه في تسعينيات القرن الثامن عشر، ناهيك عن عدد الخيول التي يحتاجها الجيش. لذا فإن التجارب التي أجريت باستخدام قاطرات البخار لم تكن أكثر من إجراء قسري أملته حقائق الحرب في ذلك الوقت!
يتبع ...
معلومات