Этот механизм требует некоторых пояснений.
Представим себе два стрежня ОА и O1B, лежащие в одной плоскости и вращающиеся вокруг осей точек О и O1. При таком вращении их концы А и В будут описывать дуги, обращенные выпуклостями друг к другу.
Если соединить их свободные концы стержнем AB, то на этом стержне будет некоторая точка С, которая при этом движении стержней будет двигаться по прямой[6]. Если считать, что ОА—плечо балансира машины, a O1B вспомогательный рычаг, «регулирующий радиус», как его называл Уатт, то можно конец штока поршня присоединить на шарнире в этой точке С, и в то время, как конец балансира будет описывать дугу, шток поршня будет двигаться прямолинейно.)
«Уклонение от прямой линии, — определял Уатт в своем патенте от 24 августа 1784 года свой механизм, — движущегося конца одного из этих стержней компенсируется подобным же уклонением, но в обратном направлении конца другого стержня».
«Так как выпуклости дуг, описываемые концами балансира и регулирующего радиуса (вспомогательный рычаг), лежат в противоположных направлениях, то на соединяющем их стержне имеется точка, которая имеет очень мало заметные уклонения от прямой линии». Так описывал Уатт свое приспособление Болтону.
Схема параллелограма Уатта.
В общих чертах эта комбинация возникла у Уатта, может быть, уже в конце 1783 года. Через несколько месяцев она выкристаллизовалась совершенно отчетливо.
«Я, кажется, убил нового зайца, «меня осенила идея о новом способе придать штоку поршня перпендикулярное движение вверх и вниз, прикрепив его только к куску железа на балансире без всяких цепей или препендикулярно направляющих, без всякого трения, без дуг на коромысле и всяких прочих неуклюжих вещей, и это приспособление полностью соответствует всем ожиданиям… Оно годится и для двойных машин и для простых. Я пока попробовал его только на небольшой модели, поэтому не могу сделать окончательных выводов, но я думаю, что весьма вероятно, что эта вещь удастся. Это одно из самых остроумных простых механических приспособлений, которые я когда-либо придумал, но я прошу вас ничего об этом не говорить, пока я не подам спецификацию».
Вскоре он сделал большую модель «этой замены зубчатки и сектора, которая, как мне кажется, оправдывает все ожидания. Шток поршня идет вверх и вниз совершенно в перпендикулярном направлении».
Это был так называемый неполный параллелограм, или, как Уатт называл его впоследствии, трехрычажное движение. Немного времени спустя, осенью 1784 года, в Сохо испытывали уже машину для маслобойни Котса — первую, снабженную этим остроумнейшим механизмом.
«Новое центральное перпендикулярное движение полностью оправдывает все наши ожидания. Оно не производит даже и намека на шум», — писал Уатт Болтону.
Это было в октябре, а в ноябре он уже наносил на чертеж машины, заказанной лондонским пивоваром Уайтбрэдом, дальнейшее усовершенствование этого трехрычажного движения, так называемого «параллельного движения». Механизм этот теперь известен под названием «параллелограм Уатта». Действие его следующее (см. чертеж).
Продолжим мысленно рычаг ОА до точки G и построим параллелограм OGHJ, причем OJ и GH параллельны AB. Проведем диагональ ОН. Она пройдет через точку С.
Если двигать точку С по прямой уу, а это, как мы знаем, вполне возможно, то вся система придет в движение, и точка Н пойдет при этом тоже по прямой хх и параллельной уу, и все вообще точки пересечения диагонали с линиями, параллельными AB, например точка F на DE или на КМ, будут двигаться по прямым, параллельным уу.
Если принять, что OG плечо балансира машины и к нему подвешен параллелограмм (из металлических стержней на шарнирах) AGHB, то в точках С и H можно подвесить концы штоков поршней, и они при качании балансира будут двигаться по прямым параллельным линиям.
Уатт считал этот механизм своим самым остроумным изобретением. Задача соединения балансира с штоком поршня была блестяще разрешена.
Другую, довольно сложную задачу в машине Двойного действия представляло устройство парораспределения. В своих прежних машинах он применял клапанное парораспределение. В машине двойного действия Уатт устроил две распределительные камеры (прототип будущих золотниковых коробок), по одной у верхнего и нижнего конца цилиндра. Каждая камера имела сообщение с котлом, цилиндром и конденсатором. Открывая соответствующие отверстия (окна), можно было выпускать пар из котла в ту или иную часть цилиндра (над или под поршень) или выпускать его из цилиндра в конденсатор. Эго достигалось при помощи так называемых тарелочных клапанов, т. е. металлических дисков, поднимавшихся или опускавшихся над соответствующими окнами и частично входивших в них. Клапаны приводились в движение путем довольно сложной системы рычагов, действующих от балансира. (Впоследствии от эксцентрика на коренном валу машины). Одновременно всегда действовали два клапана, например, паровпускной в части цилиндра над поршнем и паровыпускной из нижней части цилиндра под поршнем.
6
Путь точки С, строго говоря, не вполне прямая линия, но для практических надобностей ее можно считать прямой.