De Belgische Illustratie. Jaargang 2

De locomotief.
(Vervolg en slot.)

De stoomcilinder met toebehooren.

Van alles wat bij een stoommachine behoort is zeker de stoomcilinder met zijn stoomschuif het belangrijkste gedeelte; want al heeft de in den ketel verzamelde stoom eene groote kracht, al staan de wielen gereed, om bij de eerste omwenteling zich in beweging te stellen, geen enkele uitwerking nogtans is mogelijk, zoolang deze twee noodzakelijke deelen niet door een even noodzakelijk doelmatig verband tot één geheel zijn gebracht.

Nogmaals ter verduidelijking onze toevlucht tot den theeketel nemende, wijs ik u op het dikwijls voorkomende verschijnsel, dat het deksel zich van zelf op en neêr beweegt en, was het iets lichter, in de hoogte zou worden geworpen. Dit is een gevolg van den stoom, die zich verzamelt tusschen het wateroppervlak en het deksel, en, waren er geen openingen in den ketel en zat het deksel er vast op, dan zou menige ketel springen. Hieruit besluiten wij, dat stoom in een afgesloten ruimte langzamerhand meer en meer saamgeperst, een geweldigen druk uitoefent. Nu is een eenvoudige druk voldoende, om allerlei soorten van bewegingen te veroorzaken, zoo, bij voorbeeld, draait het wiel van den scharenslijper enkel door het drukken van den voet op eene treê. Derhalve hoeveel arbeid zal er niet kunnen verricht worden door een massa stoom van groote spanning, zooals die in een locomotief aanwezig is? Zien wij, hoe ditgeschiedt, na vooraf begrepen te hebben, wat men verstaat door een cilinder en een excentriek.

Het woord cilinder beteekent uit kracht der grieksche afleiding, in het algemeen iets, dat rond is; doch in meer beperkten zin is het een opgerold plat vlak met twee aan twee onderling gelijke en evenwijdige zijden, bij voorbeeld, een gewoon lampglas, een trom enz,, vandaar ook cilinder-horologe, omdat tot het échappement van zulke horologes eenregelaar of onrust behoort, wiens spil van een hol stukje in dien vorm voorien is.

Het woord excentriek, van het latijnsche ex, uit, en centrum, middelpunt, bezigt men in de werktuigkunde voor hefboomen, die eene beweging om een middelpunt herleiden tot eene uitmiddelpuntige; wellicht wordt dit voor den oningewijde door een voorbeeld begrijpelijk. Veronderstel, dat de lus van een draadje om de wijzerspil van een klok zit, en dat gij zelf het andere eind van het draadje rustig met uw vingers vasthoudt. Hoelang de spil nu ook ronddraaie, nooit zal zij uwe hand dwingen van stand te veranderen; doch bindt gij het draadje vast aan het oog van den wijzer, en houdt gij uw hand, evenals in het vorige geval, bestendig op dezelfde plaats, dan zal, als de wijzerpunt het dichtst bij u is, het draadje slap hangen, doch in het tegenovergestelde geval, zult gij uwe hand hebben moeten laten meêloopen. Er bestaat dus mogelijkheid, om een ronddraaiende spil, bij elke omwenteling, hare beweging op verschillende ongelijke afstanden te doen overbrengen. Dit begrip zal strekken tot verduidelijking van de werking bij de stoomschuif.

Iedereen heeft aan de locomotief, zooals de meeste tegenwoordig zijn, bij de wielen een cilinder opgemerkt, waarin een stang, door een kruk met het grootste wiel verbonden, op en neêr gaat; dit is de stoomcilinder met zijn zuigerstang. Wordt die stang geregeld heen en weer bewogen, dan zal het drijfwiel aanhoudend draaien, en is die stang niets andersdan een verlengstuk van een zuiger in den cilinder, zoo heeft die zuiger slechts beurtelings rechts en links een stoot noodig, om op en neêr te kunnen gaan; is er dus aan beide uiteinden van den cilinder een gat, dat, als de zuiger er zich van verwijderen moet, zich opent, om nog-niet-gebruikten stoom aan te voeren, doch, als de zuiger het nadert, terstond dien aanvoer afsluitende, geopend blijft, om den gebruikten stoom af te voeren, dan moet noodzakelijk de zuiger, den zuigerstang bewegen en door den zuigerstang het wiel in beweging komen.

Ofschoon deze gevolgtrekkingen inziende, zal toch de scherpzinnige lezer, die geen deskundige is, vragen, hoe zijn die gaten te gelijk open en toe? hoe kan door hetzelfde gat nog-niet-gebruikte stoom worden aangevoerd, gebruikte afgevoerd?

Deze twee vragen beantwoordt de stoomschuif door de volgende vernuftige werking. De in den ketel aanwezige stoomleibuis voert den stoom in de stoomkast, die midden op den cilinder bevestigd is. In die stoomkast bevinden zich drie gaten, waarvan er twee samenvallen met de twee gaten des cilinders door twee inwendige kanalen, opdat de stoom aan de beide cilindereinden zou kunnen gevoerd worden; het derde gat is in gemeenschap met den schoorsteen. Over deze drie gaten heen schuift een afzonderlijk stuk, de stoomschuif, die aan de as der drijfwielen door een excentriekstang verbonden, een enkel bepaalde afwisselende beweging krijgt, zoodat beurtelings de stoom uitsluitend slechts toegang heeft tot één der beide kanalen, ten einde den cilinderzuiger voort te drijven, doch, op datzelfde oogenblik is ook telkens het tegenovergestelde kanaal enkel in gemeenschap met het gat naar den schoorsteen, om den gebruikten stoom aan den anderen kant van den zuiger te laten ontsnappen.

Aan weerszijde van de locomotief is een dergelijke stoomcilinder, en beiden zijn afzonderlijk voorzien van het beschreven toestel. Hunne zuigerstangen buitendien worden in hun heen- en weergang recht gehouden door uitstekende stukken, neuten, die in sponningen, als oprichtingsstaven, glijden; aan hun einde is een andere groote vorkvormige drijfstang, die, door middel van een kruk, het groote of drijfwiel rondvoert om zijn as. De beide cilinders werken wel is waar op dezelfde wijze, doch als de eene zuiger aan het einde is, dan is de andere halfweg van den cilinder; derhalve wendt elke zuigerstang op haar beurt de kruk om, juist op het oogenblik, dat de andere die hulp het meest noodig heeft. Daar de stoom altijd eenige waterdeelen in de cilinders achterlaat, heeft de machinist in zijn nabijheid een trekstang, waarmêe hij de spuikranen der cilinders op hun tijd kan openen, om het water te loozen.

Zooals wij zagen, geschiedt de geregelde werking van de stoomschuif door middel van een excentriekstang, die op de as der drijfwielen is bevestigd aan een uitmiddelpuntige schijf; doch is, met die beweging, de locomotief aan het vooruitgaan, dan blijft ze vooruitgaan, en gaat zij achteruit, dan moet zij ook achteruit blijven gaan. Om dit te verhelpen en willekeurige gangsveranderingen mogelijk te maken, heeft men de keerkoppeling aangebracht, waarvan de trekstangshefboom, naast de vuurkast in een getanden cirkelsector, leioog, rust, en wel in een der bepaalde insnijdingen naar believen, overeenkomstig den voor- of achterwaartschen gang. Door den trekstangs-hefboom namelijk wordt de stoomschuif verplaatst, zoodat de machinist, alvorens met den hefboom (die vlak vóór hem is) de stoomschuif te openen, bij machte is, die stoomschuif eerst zoo te plaatsen, dat de stoom den zuiger treft, aan den kant, die overeenkomt met zijne bedoeling, om de locomotief een voor- of achterwaartsche beweging te geven. Dezelfde werking geschiedt bij vele nieuwere locomotieven door de zoogenaamde coulisse of leischalm van Stephenson.

Hiermede is in grove trekken de machine geschetst, beschouwen wij thans haar voertuig, zoowel in de samenstelling, als in het vermogen om lasten te vervoeren.

De locomotief als wagen.

De locomotief, als wagen beschouwd, bestaat enkel uit een langwerpig raam van eikenhout, de berrie genaamd, met een vloer van plaatijzer voorzien en gedragen door de assen van gewoonlijk drie paar wielen (twee, vier en vijf paar komt ook voor). Dit aldus saamgesteld geheel is het voertuig der beschreven machine, en die beiden te zamen vormen den beweger van den geheelen trein.

Sommige locomotieven hebben gekoppelde wielen, namelijk wielen, die door verbindingsstangen aan de drijfwielen zijn verbonden, zoodat de kleinere, of loopwielen, alle bewegingen volkomen volgende, zonder drijfwielen te wezen, toch de trekkracht vermeerderen. De grootte en de stand der wielen is over 't algemeen van zeer veel belang; ten opzichte

[p. 291]

hiervan onderscheidt men ook de locomotieven voor sneltreinen, gewone en goederentreinen. De laatste uitvindingen, ofschoon wijzigingen in alle de behandelde deelen der machine omvattende, leveren echter omtrent dit punt de grootste verscheidenheid op.

Verder behoort nog bij den wagen, de aanspanhaak van den tender (als deze geen geheel uitmaakt met de locomotief), de treden, om op het plat te klimmen, de steenopruimer, bestemd om belemmerende voorwerpen van de rails te schuiven, de stootkussens, de lantaarns enz.

Eindelijk blijft er nog een gewichtige vraag ter beantwoording over, te weten, wat is het vermogen der locomotief?

Voor de berekening van de kracht der stoomwerktuigen neemt men als eenheid de paardekracht aan, dat wil zeggen, den arbeid eener kracht, die, in ééne seconde 75 kilo één meter hoog kan verplaatsen. Stelt men zich hierbij de wezenlijke kracht van het paard voor, dan moet men wel in het oog houden, dat de stoompaardekracht gelijk is in zekeren zin aan de kracht van drie paarden. Ziehier, hoe dit moet verstaan worden. Een gezond en sterk paard kan, in één etmaal van 8 uren, als een machine van één stoompaardekracht werken, doch is daarna genoodzaakt te rusten. Gebruikt men nu achtereenvolgens 3 zulke paarden, dan kan men onafgebroken doorwerken, gelijk dit met de stoommachine, die geen rust behoeft, het geval is. Spreekt men dus van stoompaardekracht, dan ligt hier de wezenlijke paardekracht wel ten grondslag, doch de duur van den arbeid eischt 3 paarden, om de aanhoudendheid der machine te evenaren. Bij menschenkracht vergeleken komen 7 man met één paard overeen, derhalve volgens dezelfde redeneering, zullen 21 man het werk van één stoompaardekracht kunnen verrichten.

Spreekt men van het vermogen eener locomotief, dan moet men onderscheid maken tusschen haar nominaal en haar trekvermogen. Ik wil beproeven van beiden eenig denkbeeld te geven; en op de eerste plaats van het nominaalvermogen.

Wij hebben gezien, dat bij de paardekracht in aanmerking komen, vooreerst, een zeker gewicht te verplaatsen, ten tweede, het in één seconde verplaatsen tot op een bepaalden afstand. Dit passen wij toe op den stoomzuiger, die ook een zeker gewicht verplaatst, namelijk, den drukkenden stoom, en dit eveneens een eind ver, in een bepaalden tijd, te weten, de lengte van den weg, dien de zuigerstang, met zekere snelheid, aflegt. Met deze gegevens, waarbij nog komt de berekening van het zuigeroppervlak - dat, zooals het plat cirkelvlak, gelijk moet zijn aan het vierkant van de straal, vermenigvuldigd met het voor cirkelomtrekken standvastig getal 3, 14 - kan men het aantal paardekrachten van het stoommachine berekenen. Een voorbeeld zal dit ophelderen.

Laat de stoomzuiger 20 duim middellijn (dus 10 duim straal) hebben; laat de stoomdruk 4 atmospheeren meer zijn, dan de dampkringsdruk (dus 5 atmospheeren); dan drukt or, op elken vierkanten duim van den zuiger, een gewicht van ruim 5 kilo, en bijgevolg, op den geheelen zuiger, eene massa, die gelijk is aan het vierkant van de straal, vermenigvuldigd met het standvastig getal voor cirkelomtrekken, en die uitkomst vermenigvuldigd met het gewicht, op één vierkanten duim, of gelijk aan 10 10 X 3,14 X 5-1570 kilo. Is nu de weg, dien de zuiger doorloopt, 1 meter, en zijn er 30 op- en neêrgangen in de minuut (dus 1 slag in elke seconde), dan wordt de 1570 kilo gewicht, in elke seconde, 1 meter opgevoerd; maar 75 kilo, 1 meter opgevoerd, in 1 seconde, is gelijk aan 1 paardekracht, derhalve is 1570 kilo, zoo opgevoerd, bijna 21 paardekrachten. Hier zijn schadelijke en voordeelige wederstanden buiten rekening gelaten.

Wat het trekvermogen der locomotief aangaat, dit is zeer opmerkenswaardig, want hoe eenvoudig het ook moge schijnen, toch heeft men hieromtrent lang in onkunde en onzekerheid rondgetast, en wel zoo erg, dat men, om de eerste locomotief over rails te doen voortgaan, getande raderen over getande staven heeft gebruikt. Over de juistheid der berekeningen van latere toepassingen bestaat nu zelfs nog geen eenheid; ik zal er nogtans eene van mededeelen, die onder de deskundigen voor de hedendaagsche praktijk ingang schijnt te vinden.

Het is bekend, dat de locomotief over ijzeren rails loopt, die, met ijzeren kussens, op houten dwarsleggers, zijn bevestigd. De ijzeren wielbanden, vellingen, zijn glad en hebben, aan den binnenkant, opstaande randen, flensen geheeten, om het derailleeren te beletten. Het wiel en de rail hebben dus een aanraking van ijzer met ijzer, en het is op de daarbij plaats hebbende adhesie (aankleving) vooral der drijfwielen, dat het trekvermogen berust. Veronderstellen wij nu, dat rails en wielen goed droog zijn, dan is ⅙ van het gewicht der geheele locomotief voldoende, opdat de wielen de spoorstaven als het ware vastgrijpen (duidelijkheidshalve gebruik ik deze onjuiste uitdrukking; eigenlijk moet men zeggen, er wordt een tegenstand vereischt van ⅙ van het gewicht, dat de wielen dragen). Bijgevolg, wanneer de locomotief 18,000 kilo weegt (men heeft tenderlocomotieven van 60,000 kilo) dan is ⅙ of 3000 kilo daarvan noodig, opdat de as van haar drijfwielen niet nutteloos ronddraaie, terwijl de overige 15,000 kilo haar in de gelegenheid stelt, een last, dat is een trein, te trekken en wel in zulk een gunstige verhouding, dat zij met elke 4 kilo van dat gewicht 1000 kilo kan voortsleepen. Daar nu 15,000, door 4 gedeeld, 3750 geeft, zal onze locomotief 3750 maal 1000, dat is bijna 4 millioen kilo kunnen voorttrekken. Men begrijpt echter, dat in de practijk de verhouding tusschen kracht en last in verre na niet tot dit uiterste gedreven wordt, omdat men van den eenen kant te veel op de snelheid verliezen zou, en er van den anderen kant ook altijd door temperatuur enz. schadelijke verliezen in het spel komen.

Mag de lezer, die deze beschrijving gevolgd heeft en begrepen, zich vleien, op de hoogte te zijn van de locomotief? Hierop durf ik, ja, te zeggen, indien hij het laatste bepalend lidwoord, niet al te bepalend opvat; want ofschoon ik getracht heb, u de algemeene inrichting en werking duidelijk te maken, is het geheel toch zeer onvolledig en gebrekkig, wanneer men alle soorten van locomotieven er aan zou willen toetsen, te meer nog, daar, bij machines, de bijzaken zoo gemakkelijk den helderen blik voor de hoofdzaak belemmeren.

Wat er ook van zij, ten slotte zullen wellicht eenige cijfers helpen, om ten minste een grootsche gedachte te hebben over dit kolossale kind onzer negentiende eeuw.

De 40,000 locomotieven te samen genomen vertegenwoordigen een kapitaal van omtrent 2000 millioen francs. Zij verbruiken jaarlijks nagenoeg 16,000 millioen kilo's steenkool. Zij verdampen ongeveer 55,000 millioen kan water. Aan elkaar gezet, met hun tenders er bij, zouden zij een lijn vormen van circa 110 uren gaans. Elk voor een trein geplaatst, zouden zij 40,000 treinen voorttrekken, te samen wegende, ten naaste bij, 4000 millioen kilo, of 30 legers, elk van 500,000 man, met ruiterij, geschut, bagage enz. Het is ongeloofelijk, en met dat al...... wat zijn nog de uitvindingen der menschen bij de werken van Gods oneindige almacht vergeleken! Verbeeld u, dat gij met een locomotief rijdt, die 10 uren gaans in het uur aflegt, en dat gij, zonder stil te honden, er mee op weg zijt naar de zon, dan zou uw reis ongeveer 300 jaren duren. Ja, wildet gij van daar uw tocht met dezelfde locomotief voortzetten tot aan de naastbij zijnde vaste ster, dan waart gij veroordeeld, bijna 171 millioenen jaren tusschen de wielen te blijven zitten.

M.

L. de S.