所有齿轮轴都安装在加重加厚的铸铁轴承座上,注入大量的油脂润滑。
传动机构的设计与制造,其繁琐与精密程度,甚至超过了蒸汽机本身。
齿轮的啮合间隙、轴的平行度与同心度、轴承的配合……每一个细节都影响着传动的效率和可靠性。
失败是家常便饭。齿轮崩齿、轴被扭弯、轴承烧毁、或者传动起来噪音震天、抖动剧烈根本无法使用。
但“热力所”的匠师们已经习惯了在失败中前行。
冶山矿场的成功给了他们无比的信心。
墨衡坐镇协调,沈知章整日泡在工坊里计算、画图、调试配气机构与飞轮的匹配;欧冶胜则守着炉火和铁砧,反复试验不同的铁料配比和热处理方式,以得到强度与韧性平衡的齿轮材料。
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赵构也时常关注进展,并再次给出了关键性提示:“活塞往复,其力不均。或可于曲轴另一端,加一沉重‘配重铁’,与活塞连杆运动相反,或可抵消部分震动,使转动更稳。”
这便是“平衡块”或“配重”的概念,对于减少单缸蒸汽机那令人头疼的振动至关重要。
时间在叮叮当当的敲打声、齿轮的尖啸声和失败的叹息声中流逝。
又是一个春天过去,“热力所”终于组装出了第一台“可传动试验机”。
这台机器以改进后的“擎初二号”蒸汽机为动力核心,其后连接着一套复杂而坚固的传动系统:巨大的主飞轮安装在曲轴上,曲轴另一端按照赵构的建议,加装了一个沉重的铸铁配重块。
曲轴通过一组经过无数次调试的熟铁齿轮组,将动力传递给一根平行的输出轴,输出轴上除了主传动齿轮,还按照沈知章的设计,加装了两个较小的铸铁均衡轮。
输出轴的末端,设计了一个可以安装不同工作机的“输出法兰”。
第一次试车,他们连接的是一个沉重的石制磨盘模型。
当锅炉压力升起,蒸汽涌入汽缸,活塞开始往复运动时,所有人都屏住了呼吸。
“吭哧——嘎啦——吭哧——嘎啦——”
蒸汽机部分运行还算稳定,但传动系统发出了巨大的、令人牙酸的噪音。
输出轴开始转动,但转速极不均匀,时快时慢,带动着沉重的磨盘模型一顿一顿地转动,整个机器基础都在随之剧烈摇晃,仿佛下一秒就要散架。
“停下!快停下!”欧冶胜大吼。照看的学徒慌忙关闭蒸汽阀门。
失败。传动不平顺,振动过大,根本无法实用。
问题出在哪里?是齿轮加工精度不够?是轴承配合太松?是配重块大小位置不对?还是飞轮和均衡轮的设计有问题?
沈知章带着人,一点一点检查,测量,计算。他们发现,齿轮啮合间隙不均匀,有的地方紧,有的地方松;主轴在受力下仍有微小弯曲;配重块虽然减轻了垂直方向的振动,但水平方向的扭振依然严重……
改进,永无止境的改进。
重新加工齿轮,调整啮合间隙;加强输出轴,采用更粗的锻铁轴;尝试在轴承座下加垫弹性良好的硬木片以减震;调整配重块的质量和位置;甚至重新设计了均衡轮的形状和安装角度……
每一次改进,都伴随着新的问题和挑战。传动系统的复杂性,远超单一的提水机构。
但匠师们没有气馁。冶山矿场的成功如同明灯,指引着方向。