Индивидуальные цилиндры. Тип цилиндра и материал, из которого он отлит, определяет конструкция паровозной рамы, для которой цилиндр предназначен. На паровозах с листовой рамой 7 (рис. 76), например Э^в/иустановлены чугунные индивидуальные цилиндры. Каждый из них имеет отлитые заодно поршневую 5 и золотниковую 3 бочки, патрубки для присоединения паровпускной 2 и паровыпускной 1 труб и фланцы по торцам бочек для установки цилиндровых и золотниковых крышек. В толще отливки между бочками цилиндра и золотниковой коробки имеются каналы, через которые происходит наполнение цилиндра паром и опорожнение его.

Рис. 76. Разрез по привалочным цилиндрам

Ребра жесткости 9 обеспечивают прочную связь бочек с привалочным фланцем 10 цилиндра. В соответствующих местах сделаны приливы (бонки) 4, в которые после рассверливания отверстия и нарезки резьбы ввертывают смазочные штуцера, цилиндропродувательные клапаны для спуска конденсата из цилиндра и золотниковой камеры и др. Часть отверстий, служащих для осмотра и проверки, закрыта нарезными пробками.

Цилиндры удерживаются на раме с помощью болтов 6, которые, чтобы сделать крепление более надежным и прочным, делают точеными диаметром на 0,1 мм больше диаметра проверенных разверткой дыр под них в фланце цилиндра и в раме. Поэтому болты загоняют на место ударами кувалды.

Следует обратить внимание, что привалочный фланец снабжен разгрузочной полкой (см. выноску I), которой он опирается на верхний торец рамы 7. Иногда такие полки расположены в средней части отливки, и тогда они опираются на торец выреза в раме. Благодаря полке болты избавлены от срезывающего напряжения, которое возникает под действием массы цилиндра..

От значительных усилий, возникающих при работе пара в цилиндре и стремящихся сдвинуть цилиндр в продольном направлении, болты защищены пологими разгрузочными клиньями, имеющими уклон 1:140. Забивают их между боковыми торцами привалочного фланца цилиндра и упорами, приваренными в этих местах к рамным листам. Иногда используют торцы не привалочного фланца, а, как показано на рис. 76, боковые поверхности коробки, образованной из ребер жесткости и отлитой заодно с цилиндром. Пологость клиньев обеспечивает их надежную посадку, однако, учитывая особую ответственность крепления и потребность в любой момент удостовериться в его исправности, после забивки клинья приваривают. В дальнейшем Достаточно следить — цела ли сварка.

Правая и левая машины паровоза работают не синхронно, а с отставанием фаз левой на 90°. От этого в правом и левом полотнищах рамы возникают большие усилия, направленные в разные стороны. Поэтому в месте привалки цилиндров рамные полотнища соединены весьма мощным и жестким креплением 8, по форме представляющим прямоугольный ящик.

Боковые фланцы сваренного или склепанного скрепления снабжены отверстиями под цилиндровые болты, которые проходят одновременно через эти фланцы, рамные листы и привалоч-ные фланцы цилиндра и соединяют их в одно целое.

В местах повышенных нагрузок на междуцилиндровом креплении подклепаны или подварены усиливающие листы или плиты. Например, в месте установки шкворня передней тележки.

На междуцилиндровом рамном скреплении стоит постамент 11— опора передней части котла. Поэтому верхний торец его описан наружным радиусом барабана дымовой коробки. Постамент соединен болтами, заклепками или сваркой с междуцилиндровым креплением, а на продольных боковинах имеет каблучки или заплечики (см. выноску / на рис. 76), которыми опирается на верхние торцы рамных листов. Соединение постамента с рамой 7 и междуцилиндровым скреплением воспринимает от котла и наполняющей его воды мощные инерционные усилия, которые гасятся только на нем, поскольку это единственное неподвижное соединение котла с рамой паровоза.

Рис 77. Постановка крышки

Внутренняя поверхность бочки цилиндра 4 (рис. 77) расточена точно цилиндрически, а на концах сделаны цилиндрические заточки, соединяющиеся с рабочей поверхностью цилиндра коническим приемом. Диаметр заточек на 15—20 мм больше диаметра цилиндра. Благодаря этому облегчается постановка поршня в цилиндр, создается опора для цилиндровых крышек, а главное, обеспечивается возможность не менять крышки при расточке цилиндра. Когда запас по диаметру после нескольких расточек будет выбран или толщина стенки бочки дойдет до предельно допустимой, в цилиндр запрессовывают чугунную втулку, которую затем растачивают на месте.

Цилиндровые крышки 2 ставят на притирке и крепят с помощью шпилек 3, ввернутых в тело цилиндра. Иногда шпильки пропущены сквозь фланец крышки, как показано в нижней части рис. 77. Однако тогда притирку невозможно делать непосредственно крышкой о торец цилиндра, приходится пользоваться притирами. Кроме того, при неравномерной затяжке шпилек возникает опасность облома борта крышки. Гораздо целесообразнее крепить крышки, как показано на рис. 77, вверху, т. е. с помощью нажимного стального кольца 1. Этот способ практически исключает возможность излома борта у крышки и позволяет производить притирку крышки прямо по месту постановки. Наружное кольцо обеспечивает и правильность постановки крышки, и равномерность ее обжатия.

Так как заточка в процессе работы цилиндра не участвует, то она и не изнашивается и потому всегда концентрична оси цилиндра. Это обстоятельство позволяет использовать ее при проверке положения оси цилиндра.

Отливка и обработка окон в золотниковой бочке невозможны. Поэтому в золотниковой части цилиндра отливают только установочные ребра для чугунных втулок. Сами же втулки после тщательной обработки окон и проточки на внешней поверхности уплотнительных канавок под шнуровой асбест запрессовывают в золотниковую бочку по одной с каждой стороны цилиндра и растачивают под золотник уже на месте. Вместе с объемом средней части золотниковой бочки втулки образуют золотниковую камеру, закрываемую крышками, которые притирают к торцам втулок и крепят шпильками, как и крышки цилиндра

Рис. 78. Золотниковая втулка: 1, 2 — прямой и косой простенки

Окна для прохода пара делают треугольной формы или в виде скошенного четырехугольника. Они охватывают весь периметр втулки, чтобы уменьшить мятие пара из-за малого сечения. В местах, где перемещаются замки уплотнительных колец, делают прямые простенки 1 (рис. 78). Будучи прижаты крышкой через бурт к установочному ребру золотниковой бочки, золотниковые втулки надежно закреплены от сдвига.

Цилиндровую втулку от смещения удерживают стопорные болты, ввернутые в соответствующие бонки.

Блочные цилиндры. На паровозах с брусковой рамой цилиндровая и золотниковая бочки, междуцилиндровое скрепление, постамент и паровыпускные каналы отлиты из стали в виде единого мощного блока (паровозы Е^а, Е^м) или выполнены как два полублока, соединенных по вертикальному фланцу болтами. Исключение составляют паровозы Л, у которых по технологическим причинам верхняя часть постамента изготовлена отдельно и после фланцевого соединения со сболченными полублоками приварена к ним по периметру фланца. Другим исключением является часть паровозов Е^а и Е^м, у которых блок цилиндров отлит заодно с брусковой паровозной рамой.

На рис. 79 представлены двухчастевые блочные цилиндры. Цилиндровые 8 и золотниковые 5 бочки соединены короткими н достаточно прямыми каналами 7. Имеется патрубок 4 с фланцем для присоединения паровпускной трубы. Выпуск пара происходит через торцовые части золотниковых бочек в 11-образные патрубки, играющие роль крышек и соединяющие золотниковые камеры с фланцами паровыпускных каналов 3, отлитых внутри постамента 2, поддерживающего дымовую коробку и заканчивающихся привалочным фланцем форсового конуса. В цилиндровые бочки 8 запрессованы чугунные втулки 9, удерживаемые от сдвига стопорными болтами 15.

Рис. 79. Блочные цилиндры

По наружной стороне цилиндровые втулки ступенчатые: до половины длины — одного диаметра, на второй половине диаметр меньше на 2 мм. Этим облегчается их постановка, так как почти до половины они свободно заводятся в бочку и лишь потом начинается запрессовка. У концов втулок заранее разделывают окна против паровых каналов. Против них же внизу бочки делают отверстия для спуска конденсата, а на середине вверху — отверстие для подвода смазки. В золотниковые бочки также запрессованы чугунные втулки 6 с паровыми окнами 12. Для подвода смазки имеются отверстия 13 для ввертывания цилиндропродувательных клапанов —16, а закрываемые пробками отверстия 14 служат для проверки золотников.

Блок крепко сидит междуцилиндровым скреплением 10 на параллельных брусках рамы 11 и соединен с нею болтами. Клинья от сдвига в продольном направлении забиты спереди между выступами блока и вырезом в раме.

Необходимо отметить, что соединение полублоков осуществлено коническими болтами для большей плотности постановки. В блочных цилиндрах ставят обычно три золотниковые втулки: две крайних без свеса внутренних торцов и промежуточную, в которой имеется широкое отверстие для прохода свежего пара из паровпускного патрубка в золотниковую камеру (паровозы Л).

Задние золотниковые крышки отлиты заодно с кронштейнами для направляющих золотниковых ползунов. Поскольку отъем притертых крышек от места требует значительных усилий, а пытаться сорвать их с притирки ударами недопустимо, в трех местах через 120° в промежутках между гладкими отверстиями для крепящих болтов или шпилек рассверливают и нарезают при изготовлении крышки отверстия для съемных болтов. При снятии крышки болты ввертывают в отверстия, и их концы, упираясь во втулку, отрывают крышку от места.

Поршневая и золотниковая скалки требуют во избежание пропуска пара постановки уплотняющих лабиринтных сальников.

Лабиринтный сальник представляет собой набор уплотнительных элементов, каждый из которых составлен из обоймы 7 (рис. 80, а) с находящимися внутри нее двумя чугунными уплотняющими кольцами 5. Каждое кольцо (рис. 80, б) состоит из четырех частей, которые соприкасаются друг с другом по плоскости прямых разрезов (стыков) 11 и стянуты по окружности браслетными пружинами 6 (см. рис. 80, а).

Рис. 80. Конструкция (а) и уплотняющее кольцо (б) лабиринтного сальника

В местах прилегания торцов уплотнительных колец обоймы имеют кольцевые проточки 9 и, будучи вставлены в расточку цилиндровой крышки 8 и плотно прижаты друг к другу торцами внешних ободков, не лишают уплотнительные кольца некоторой свободы перемещения благодаря остающемуся между ними зазору 0,15—0,30 мм. Крайние обоймы уплотнены медным прокладным кольцом 10 и упорным кольцом 4, притертым к обойме. Полной герметизации этим сальником не достигается, пар может, перетекая через зазоры между торцами уплотнительных колец, проходить по направлению к крышке 2 сальника, плотно сжимающей весь набор уплотнительных элементов через упорное кольцо. Однако, просачиваясь через щели между уплотняющими кольцами и обоймами и много раз изменяя направление движения, т. е. следуя по своеобразному лабиринту, пар встречает на своем пути внезапные расширения в виде проточек 9. Поэтому по мере движения по лабиринту пар довольно быстро теряет давление и конденсируется в воду, что затрудняет проникновение через сальник каждой следующей порции пара и, наконец, «запирает» сальник. Для очистки поверхности скалки перед ее входом в сальник в проточке крышки имеется зажатая с помощью наружного кольца 1 асбестовая или войлочная набивка 3. Между основным уплотнением и очищающей набивкой подводят смазку, нагнетаемую пресс-масленкой, так что мягкая набивка дополнительно препятствует утечке смазки.

Каждый цилиндр оснащен тремя продувательными клапанами: для передней и задней полостей цилиндра и для золотниковой камеры (средней). Через них удаляется конденсат. На большинстве паровозов стоят шариковые цилиндропродувательные клапаны с воздушным приводом (рис.81).

Рис. 81. Продувательный клапан с воздушным приводом

Штуцер 2 ввернут в соответствующую бонку на нижней образующей цилиндра. При открытом регуляторе через этот штуцер пар попадает в камеру 1 и заставляет шарик 10 прижаться к конусу чашки 9, предотвращая выход пара наружу. Если требуется продувка, машинист поворачивает рукоятку особого крана на себя и тогда воздух из главного резервуара через штуцер 3 заполняет камеру 4, заставляя поршень 5, удерживаемый пружиной 6, сдвинуться в направлении шарика 10. Изготовленный заодно с поршнем стержень 7 отталкивает шарик от его седла, и пар из цилиндра и золотниковой камеры устремляется через штуцер 2, камеру 1, между шариком и стенками чашек в выходное отверстие 8.

При движении без пара в момент разрежения в цилиндре шарик 10 под давлением атмосферного воздуха садится на конус чашки 11, препятствуя засасыванию в цилиндр воздуха и пыли. На стоянке шарик под действием собственной массы скатывается в середину между двумя чашками, открывая конденсату выход из цилиндра, т. е. автоматически соединяет объем цилиндра и золотниковой камеры с атмосферой.

На паровозах, у которых по габаритным условиям невозможно поставить шариковые продувательные клапаны с воздушным приводом (например, Э^в/и ), остаются в эксплуатации продувательные клапаны с механическим — ручным — приводом (рис. 82). Смонтированный внутри фланца 1 тарельчатый клапан 2 притерт к ввернутому в отросток фланца 1 седлу 3. Прокладка 4 препятствует прорыву наружу пара и конденсата из цилиндра при закрытом клапане.

Рис. 82. Продувательный клапан с механнческим приводом

Фланцы с вмонтированными клапанами приваливают на шпильках и прокладных кольцах к расточкам бонок на нижней образующей цилиндра. Поводок 5, проходящий через прямоугольные отверстия в хвостовиках седел всех продувательных клапанов цилиндра, имеет против хвостовика каждого клапана фигурный вырез, благодаря которому при перемещении поводка в направлении стрелки происходит подъем, т. е. открытие клапана на достаточную величину, обеспечивающую продувку цилиндра. Сдвиг поводка в обратную сторону до образования зазора между ним и хвостовиком клапана позволяет последнему под действием собственной массы и давления пара опуститься на седло. Круглое отверстие в седле, показанное штриховой линией, направляет струю пара и конденсата в сторону от паровоза.

Во избежание скопления в цилиндрах паровой машины конденсата паровозные бригады должны на продолжительных стоянках держать продувательные клапаны с механическим приводом открытыми.

Если бригада забыла об этом, то при трогании может произойти в цилиндрах гидравлический удар, выбивающий крышки, вызывающий изгиб поршневого дышла и другие повреждения. Чтобы предотвратить или хотя бы смягчить гидравлический удар, на цилиндрах паровозов, оборудованных продувательными клапанами с ручным приводом, стоят предохранительные тарельчатые клапаны, по конструкции одинаковые с котловыми.

Для уменьшения потерь тепла цилиндры и паровпускные трубы вне котла покрывают изоляцией и обивают листовой сталью толщиной 1,5—2 мм.

Рнс. 83. Секционное поршневое кольцо: а — отдельная секция; б — схема установки кольца в ручье поршня; в — конец пружины со штифтом; К — кольцевая пружина; М — отверстие под штифт пружины

Поршень, делящий объем цилиндра на две полости, представляет собой отлитый или отштампованный из стали диск с развитыми ступицей и ободом (венцом). На некоторых паровозах остались еще литые чугунные поршни. Диски поршней на паровозах Э^р, Л, Е^а, Е^м воронкообразные, а потому более прочные и более легкие, чем плоские. Ступица имеет цилиндрическое или коническое отверстие для прессовой посадки на конец скалки. Натяг выбирают такой, чтобы давление запрессовки было не меньше максимального усилия от пара на поршень при работе, но в то же время превышало его не больше чем в полтора раза. 

Обычно пользуются таблицами, в которых учитывается диаметр цилиндра и рабочее давление пара в котле. Прессуют до упора ступицы в борт скалки. После этого завертывают натуго гайку и фиксируют ее заклепкой или приваркой в двух местах.

На ободе (венце) проточены две-три кольцевые канавки — ручьи, в которые заводят уплотнительные кольца, препятствующие проникновению пара из одной полости цилиндра в другую между поршнем и стенкой.

Наиболее распространены чугунные секционные кольца. Каждое полукольцо состоит из пяти секций, одна из которых показана на рис. 83, а. Внешняя дуга секции описана внутренним радиусом цилиндра Я и стягивает центральный угол около 72°. Полукольца заводят в ручьи парами, как показано на рис. 83, б. В получающийся при этом кольцевой канал заранее вставляют кольцевую пружину К, прижимающую секции к стенкам цилиндра. Во избежание прорыва пара в зазоры между секциями они имеют отверстия М, в которые при сборке вставляют концы штифта, приваренного к торцу пружины (см. рис. 83, в). Смещение отверстия к одному концу секции обеспечивает при правильной сборке расположение замков (промежутков между секциями) одного полукольца против тела секции парного ему полукольца, находящегося в том же ручье. Для этого достаточно, чтобы при сборке короткие концы секций у парных полуколец смотрели в разные стороны от отверстий М.