自走式车辆的幻想与探索
尽管古代人们对车辆进行不断地改进和探索,但总要靠牲畜拉,速度和载重量都会受到限制,而且增添了饲养的麻烦,人们渴望能制造出多拉快跑的自动车辆。
公元1250年,现代实验科学的鼻祖,英国著名的哲学家培根预言:“我们大概能制造出比用一群水手使船航行的更快,而且操作这艘船只要一名舵手的机器;我们似乎也可以造出不借助于任何畜力就能以惊人的速度奔跑的车辆;进而我们也可以造出用翅膀,像鸟一样飞翔的机器”。
人们在寻找原动力的过程中,做过训多尝试,公元1600年,荷兰的西蒙.斯蒂芬 根据帆船靠风力推进行驶的原理,制造出“双桅帆车”。
蒸汽机的发明
人类在对代步工具的探索历程中,尽管经历了无数次的失败,但后来者沿着前人开拓的道路,始终不渝地追求一个目标:为车辆装上一颗跳动的“心脏”--发动机。
世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗(Hero of Alexandria)于1世纪发明的汽转球(Aeolipile),但它只不过是个玩具而已。
蒸汽机的工作原理
蒸汽机是一个能够将蒸汽中的动能转换为功的热机,蒸汽机在工业革命中起了基本的作用。蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉,这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气甚至垃圾作为热源。
【纽科门的蒸汽机原理】:
工作的将蒸汽引入气缸后阀门被关闭,然后冷水被撒入汽缸,蒸汽凝结时造成真空。活塞另一面的空气压力推动活塞。在矿井中联结一根深入竖井的杆来驱动一个泵。蒸汽机活塞的运动通过这根杆传到泵的活塞来将水抽到井外。
【蒸汽机车的工作原理】:从锅炉来的新蒸汽,经主汽阀和节流阀进入滑阀室,受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧,推动活塞运动。活塞的直线运动通过曲柄连杆机构,使飞轮圆周运动。而阀门的控制杆通常钩在连接十字头的联动装置上,因此十字头的运动也使阀门滑动。 十字头通常与传动杆相连,从那里连到连杆,由连杆驱动机车的轮子。蒸汽机所需的高压蒸汽来自锅炉。锅炉的任务是加热水来产生蒸汽。
蒸汽车的黄金时代
在库诺之后,欧洲大地掀起了研制蒸汽汽车的热潮,蒸汽汽车的技术水平迅速提高,到19世纪初,已经达到了实用水平。
在英国、法国、德国等国家都开始用蒸汽车进行运输,并逐渐繁荣起来。由于蒸汽车马力大,运量多,逐渐占了上风。当时的中国正处在鸦片战争和太平天国运动时期,生产力处于下降阶段,在车辆技术方面没有任何进展。
1801年,理查德·特雷威蒂克制造了英国最早的蒸汽汽车。两年后,代又制成了形状类似公共马车的蒸汽汽车。这辆公共汽车能乘坐8个人,创造了在平路上时速为9.6km/h,坡道上时速为6.4km/h的世界纪录。
1825年英国公爵嘉内制成了第一辆蒸汽公共汽车。这辆车的发动机装在后部,后轴驱动,前轴转向。它采用了巧妙的专用转向轴设计,最前面两个轮并不承担车重,可由驾驶者利用方向舵柄轻便地转动,然后通过一个车辕,引导前轴转动,使转向可以轻松自如。1831年嘉内利用这辆车开始了世界上最早的公共汽车运营业务,所以这辆车也被认为是世界最早的公共汽车。
1805年,美国人艾文思首次制造了装蒸汽发动机的水陆两用汽车。这种水陆两用汽车是费城港当局为了疏通费城港,委托艾文思负责制造的,原来打算是制造疏浚船,不料船制成以后,因发列作业场地不在海岸边,于是不得不考虑将这艘蒸汽船运送到有港口的地方。艾文思在船底装上了四个车轮,用船上的蒸汽发动机驱动。这样便把船运到了港。因此疏浚船成了水陆两用车。它也成为现代水陆两用汽车的鼻祖。
1928年,法国人配夸尔制造了一辆蒸汽牵引汽车。这辆汽车首次采用将发动机置于车的前端,而由后轴驱动的总布置方案。在发动机和后轴之间,用链条传动。为了转弯灵活,后轴系由两根半轴构成,当中由差速齿轮连接,这就是最早发明的差速器。此外,两个小小的前轮,是各自与车架弹性相接的,这称作独立悬挂。这种独立悬挂设计,在当时有划时代的意义。配夸尔的链条传动、差速器、独立悬挂等设计,对汽车的发展贡献极大,至今仍在汽车上广泛地应用。
蒸汽车的衰落
在蒸汽车的最初发展时期,它们的设计都很简单,就是把一个蒸汽机装上底架和轮了。为了达到一定的输出功率,就要有个尽可能大的锅炉;为了达到一定的行程,又要备有充足的水和煤;车身重了,就要求有一副结实的底架和坚固的车轮。就这样,恶性循环,车越来越笨重,操纵越来越困难。所以,这些大型蒸汽车仅适用于定班的往返行驶,路线固定,沿途又有煤、水供应。
即便如此,仍有许多不可避免的缺陷,如制动困难,车太重,车轮窄,惯性大,转向不灵敏。有时候明知要减速转弯就是慢不下来,转不过去,只能眼睁睁地看着车撞上障碍物,要么就是制动太狠,轮轴断裂。更可怕的是,炉压过高,一时难以控制,经常发生锅炉爆炸事件。
而且,乘坐这种车还得看天气:下雨天车上遮盖不严,道路泥泞不安全;严寒天烧水难,易熄灭,行驶也慢;热天坐在锅炉边没人愿意忍受;刮风天要看风向,顺风时车尾的浓烟会把乘车人熏得喘不过气来。
另外,蒸汽车的迅速发展引起了马车商人的不满,他们利用各种自己的势力使政府不支持蒸汽车,并且对蒸汽车横加指责。这种情况下,在19世纪中叶以后,蒸汽车事业日趋衰落。
1865年英国议会针对蒸汽汽车订出世界上最早的机动车交通安全法规一项“机动车道路法案”——《红旗法》,其中第3条规定,“每一辆在道路上行驶的机动车辆必须遵守2个原则:其一是至少要由3个人来驾驶一辆车;其二是3个人中必须有1个人在车前50米以外步行作引导,并且要手持红旗不断摇动,为机动车开道。”在第4条中又规定,“机动车在道路上行驶的速度不得超过6.4公里/时(4英里/时),通过城镇和村庄时,则不得超过3.2公里/时(2英里/时)。”
1875年美国议会也作出决议,认为汽车是危险车辆,“含有一种与我们任何常识性的概念都不相符合的、极其危险的自然力。”对汽车的使用和制造进行了干预。而最早发明了蒸汽汽车的法国,则由于1789年爆发了资产阶级革命,以及后来的社会和政治上的动荡,使它们在汽车的研制方面中断了半个多世纪。
由于蒸汽机要使用煤炭和水,加上沉重的钢制汽缸、活塞等,重量非常大,很难在普通路面上行走,只好让它们在钢轨上运行,这便是蒸汽火车的发明。我国是淘汰蒸汽火车最晚的国家之一,直到2006年底,我国才完全弃用蒸汽火车。
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《深入浅出说汽车(4):内燃机的发明》
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