6.6　直接作用式蒸汽机

6.6　直接作用式蒸汽机

即使当蒸汽机需要用于旋转式任务时，也没有令人信服的理由来解释为何非要用笨重的摇梁，但是这种形式也有它的优点，即只需要铰链接头来引导十字头，而不需要更难加工制造的滑动杆。为了消除过长的杠杆而又保持这种优点，1803年，弗里曼特尔（WilliamFreemantle）申请了“蚱蜢式”机构的专利，埃文斯在美国也应用了同样的原理。

蚱蜢式机构是基于几何学上的原理，即一根直的连杆由于连着一根半径杆，其中点只能沿着一个圆弧运动。如果连杆的一端被强制沿一条直线路径移动，则连杆的另一端将沿着与第一条直线相垂直的第二条直线移动（图111）。在实际操作中，活塞杆连接着连杆的一端作垂直移动，连杆的另一端自由地在一小段圆弧上移动，几乎相当于一条水平的直线。连杆的中点由一根半径杆支撑住，因此活塞杆的运动就能成为直线而不需要滑动。

平行四边形运动的一种更简单的形式，工作时遵循的是完全相同的原理，却将连杆直接连接在活塞杆的十字头上，这是由拉塞尔（John Scott Russell，1808—1882）设计的。这一设计沿用了很多年，采用这种设计的一台水平蒸汽机直到1898年还在斯托克波特的棉纺厂中作为动力使用。

不用杠杆的直接作用式蒸汽机的先驱是赛明顿（William Symington，1763—1831）。1801年，他把这样一台发动机用在福斯和克莱德运河上的一艘拖船上作推进动力。这台蒸汽机有一只水平的双作用式汽缸，直径为22英寸，有4英尺的冲程，通过连杆直接驱动明轮的曲柄轴。虽然他的设计很简明，但在当时并未引起注意，因为人们持有的某些类型的杠杆是一台优秀发动机的基本要素的信念是根深蒂固的。因此，尽管固定式蒸汽机随后在船舶上也得到了应用，不过不久便将高架的杠杆改成用一对较低的杠杆来代替，它们在汽缸的旁边一边一根（见第Ⅴ卷，第7章）。

在19世纪的早期，特里维西克和埃文斯都曾为工业应用建造过直接作用式蒸汽机（边码189），但是得到广泛使用的这类蒸汽机的第一种形式是莫兹利（Henry Maudslay，1771—1831）在1807年取得专利的台式蒸汽机。在这种蒸汽机中（图112），一只垂直的汽缸置于一个小的铸铁平台的中央，活塞杆带着有轮子的十字头在垂直的铁制导轨间运动，连着十字头端面的一对连杆驱动着一根曲柄轴在平台下面的轴承上转动。这种蒸汽机在小工厂中被广泛使用了至少40年，其简化的一种类型一直使用到19世纪末，尤其在工作空间有限的情况下就会考虑使用它。

由于人们一直相信如果不将汽缸垂直放置，汽缸会遭受因活塞重量引起的过度磨损，这可能是一直没有将汽缸水平放置的原因。这类蒸汽机在1825年以前几乎没有被采用过，直到泰勒（Taylor）和马蒂诺（Martineau）在伦敦引进了现在我们熟悉的小型开式工厂蒸汽机，它的汽缸、滑动杆和曲柄轴轴承都位于箱形桁架截面的水平铸铁底板上。

总结1830年左右蒸汽机的实践情况可以这样说，大型工厂中使用的标准原动机是瓦特的喷射冷凝式杠杆蒸汽机，所使用的蒸汽压力比大气压力稍高一些。在较小的企业中，通常使用的是“蚱蜢式”和“台式”蒸汽机。在矿山和水利工程中供泵水用的是特里维西克的高压康沃尔蒸汽机，通常工作在约70磅/平方英寸的蒸汽压强下，在当时没有任何对手。对于造船工作，明轮的推进总是用侧杆蒸汽机驱动的，这种发动机是喷射冷凝式，工作压力为4磅/平方英寸或5磅/平方英寸。这一时期蒸汽机车的实践（第Ⅴ卷，第15章）尚处于萌芽阶段。

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另参见Transactions of the Newcomen Society.