Ατμομηχανή: ο ατμός, οι τροχοί και τι δείχνει το μοντέλο

Η ατμομηχανή είναι ένας λέβητας πάνω σε τροχούς. Η φωτιά στην εστία, δηλαδή σε έναν κλειστό φούρνο στο πίσω άκρο του λέβητα, ζεσταίνει το νερό, που γίνεται ατμός. Ο ατμός υπό πίεση ρέει στους κυλίνδρους στα πλάγια της μηχανής και σπρώχνει το έμβολο εναλλάξ μπροστά και πίσω. Μέσω του διωστήρα, μιας μακριάς ράβδου στερεωμένης έξω από το κέντρο του τροχού, το έμβολο γυρίζει τον μεγάλο κινητήριο τροχό, όπως περίπου το πόδι στο πεντάλ γυρίζει τον στρόφαλο ενός ποδηλάτου.

Στην ατμομηχανή αυτή η κίνηση συνήθως φαίνεται απ’ έξω: οι κύλινδροι, οι διωστήρες και οι ράβδοι που ενώνουν τους τροχούς δουλεύουν στο πλάι της μηχανής. Και γι’ αυτό είναι ευγνώμον πρότυπο για μοντέλα, ειδικά όταν η μηχανή έχει διάσημη ιστορία. Σε αυτές ανήκουν για παράδειγμα η Rocket του Στίβενσον από το 1829, της οποίας τις λύσεις υιοθέτησαν σχεδόν όλες οι μεταγενέστερες ατμομηχανές, και η βρετανική Mallard, που το 1938 πέτυχε ρεκόρ ταχύτητας ατμομηχανών που ισχύει ως σήμερα. Ένα μοντέλο σού δείχνει τη μορφή και την κίνηση της πραγματικής μηχανής, όμως τους τροχούς του τους γυρίζει το χέρι σου ή ένας κουρδισμένος μηχανισμός, όχι ο ατμός.

Πώς ο ατμός στην ατμομηχανή γυρίζει τους τροχούς

Ο ατμός διανύει μέσα στην ατμομηχανή μία διαδρομή από τη φωτιά ως την καμινάδα, και σε κάθε τμήμα της δουλεύει άλλο μέρος της μηχανής. Όταν ξέρεις τη σειρά, θα βρεις αυτά τα μέρη και στη φωτογραφία μιας πραγματικής ατμομηχανής και στο μοντέλο:

1. Εστία και λέβητας. Ο θερμαστής ρίχνει κάρβουνο στην εστία. Τα καυτά αέρια της φωτιάς περνούν μέσα από τον λέβητα από πολλούς σωλήνες, γύρω από τους οποίους υπάρχει νερό. Το νερό περιβάλλει και την ίδια την εστία, έτσι παίρνει θερμότητα από μεγάλη επιφάνεια και γίνεται ατμός.
2. Θόλος ατμού και ρυθμιστής. Ο ατμός μαζεύεται πάνω από τη στάθμη του νερού, συχνά σε ένα στρογγυλό εξόγκωμα στην κορυφή του λέβητα που λέγεται θόλος ατμού. Μέσα του βρίσκεται συνήθως ο ρυθμιστής, μια βαλβίδα με την οποία ο μηχανοδηγός αφήνει τον ατμό να πάει στους κυλίνδρους και έτσι ελέγχει τη δύναμη της μηχανής.
3. Κύλινδρος και συρτάρι. Σε κάθε πλευρά της ατμομηχανής υπάρχει ένας κύλινδρος με έμβολο. Μια συρόμενη βαλβίδα, που λέγεται συρτάρι, αφήνει φρέσκο ατμό εναλλάξ μπροστά και πίσω από το έμβολο και ταυτόχρονα βγάζει τον χρησιμοποιημένο ατμό από την άλλη πλευρά του εμβόλου. Γι’ αυτό το έμβολο σπρώχνει και προς τις δύο κατευθύνσεις, μπροστά και πίσω.
4. Σταυρός και διωστήρας. Από το έμβολο βγαίνει το βάκτρο, μια ράβδος που καταλήγει σε έναν σταυρό, ο οποίος γλιστρά σε έναν ευθύ οδηγό. Στον σταυρό συνδέεται ο διωστήρας, και η άλλη του άκρη κάθεται σε έναν πείρο έξω από το κέντρο του κινητήριου τροχού. Ακριβώς εδώ η ευθύγραμμη κίνηση του εμβόλου γίνεται περιστροφή του τροχού.
5. Ζευκτήριες ράβδοι. Τους κινητήριους τροχούς της μίας πλευράς τους ενώνει μια οριζόντια ράβδος, η ζευκτήρια ράβδος. Χάρη σε αυτήν γυρίζουν όλοι μαζί και η δύναμη της μηχανής μοιράζεται σε περισσότερους τροχούς, που έτσι πιάνουν καλύτερα τη σιδηροτροχιά.
6. Εξάτμιση και καμινάδα. Ο χρησιμοποιημένος ατμός φεύγει από τους κυλίνδρους προς τον καπνοθάλαμο, το μπροστινό μέρος του λέβητα κάτω από την καμινάδα, και εκτινάσσεται προς τα πάνω από την καμινάδα μέσα από ένα στενό ακροφύσιο. Παρασύρει μαζί του τα αέρια του λέβητα και έτσι τραβά φρέσκο αέρα μέσα από τη φωτιά. Όσο περισσότερο δουλεύει η ατμομηχανή, τόσο πιο δυνατός είναι ο ελκυσμός και τόσο καλύτερα καίει η φωτιά.

Μια ατμομηχανή με δύο κυλίνδρους έχει τους στροφάλους στην αριστερή και τη δεξιά πλευρά μετατοπισμένους κατά ένα τέταρτο της στροφής. Όταν ο διωστήρας στη μία πλευρά είναι σε ευθεία με τον πείρο του τροχού, στο λεγόμενο νεκρό σημείο, δεν μπορεί να γυρίσει τον τροχό. Η άλλη πλευρά τότε είναι μακριά από το νεκρό σημείο και γυρίζει τον τροχό, γι’ αυτό η ατμομηχανή ξεκινά σε οποιαδήποτε θέση των τροχών. Σε μία στροφή του τροχού τα δύο έμβολα μαζί παίρνουν τέσσερις δόσεις ατμού και από την καμινάδα ακούγονται τέσσερα χτυπήματα της εξάτμισης, που τα ακούς σαν ρυθμικό φύσημα.

Τα συρτάρια τα κινεί ο μηχανισμός διανομής, ένα σύνολο από ράβδους και μοχλούς στο πλάι της μηχανής ανάμεσα στον κινητήριο τροχό και τον κύλινδρο. Με αυτόν ο μηχανοδηγός αλλάζει την κατεύθυνση κίνησης και ορίζει πόση ώρα, σε μία διαδρομή του εμβόλου, ρέει φρέσκος ατμός στον κύλινδρο. Στο ξεκίνημα τον αφήνει να μπαίνει περισσότερο, ώστε η μηχανή να έχει όσο γίνεται μεγαλύτερη ελκτική δύναμη. Στη διάρκεια της πορείας τον αφήνει λιγότερο, και την υπόλοιπη δουλειά την κάνει ο ατμός που εκτονώνεται στον κύλινδρο. Έτσι η ατμομηχανή εξοικονομεί κάρβουνο και νερό.

Το κάρβουνο και το νερό η ατμομηχανή τα μεταφέρει είτε σε ένα τέντερ, ένα ξεχωριστό βαγόνι συνδεδεμένο ακριβώς πίσω από τη θέση του μηχανοδηγού, είτε, στις μικρότερες μηχανές, σε δεξαμενές πάνω στην ίδια την ατμομηχανή. Ο ατμός του λέβητα δεν κινεί μόνο τους τροχούς, αλλά και τη σφυρίχτρα, τον συμπιεστή των φρένων και την αντλία που συμπληρώνει νερό στον λέβητα.

Ποιες ατμομηχανές έγιναν πρότυπα μοντέλων και γιατί

Οι Rocket, Flying Scotsman, Mallard και Albatros κυκλοφόρησαν όλες ως μοντέλα για μοντέλα σιδηροδρόμων. Η καθεμία έγραψε ιστορία στους σιδηροδρόμους με ό,τι άλλαξε, με ένα ρεκόρ ή με το μέγεθός της, και από την καθεμία σώζεται τουλάχιστον ένα κομμάτι, οπότε μπορείς να δεις το πρότυπό της και από κοντά. Επιπλέον, την καθεμία την αναγνωρίζεις από τη μορφή της:

Η διάταξη των τροχών είναι για μια ατμομηχανή κάτι σαν υπογραφή. Στη Βρετανία και στην Αμερική γράφεται με τον αριθμό των τροχών: η Flying Scotsman και η Mallard έχουν και οι δύο τον συμβολισμό 4-6-2, δηλαδή τέσσερις τροχούς μπροστά, έξι κινητήριους και δύο πίσω. Στην ηπειρωτική Ευρώπη μετρούν τους άξονες, δηλαδή τα ζευγάρια τροχών. Ένα ψηφίο σημαίνει άξονες χωρίς κίνηση, ένα κεφαλαίο γράμμα κινητήριους άξονες (A ένας, B δύο, C τρεις, D τέσσερις) και ένας μικρός τόνος (′) μετά από ένα σύμβολο δείχνει ότι οι άξονες βρίσκονται σε φορείο. Οι δύο βρετανικές μηχανές είναι λοιπόν 2′C1′ και η Albatros 2′D1′. Στο μοντέλο μετράς τους άξονες σε λίγα δευτερόλεπτα και ξέρεις αμέσως με ποιον τύπο μοιάζει.

Οι Rocket, Flying Scotsman και Mallard κυκλοφορούν ως μοντέλα εδώ και δεκαετίες, και η ιστορία της καθεμιάς λέγεται σε μία πρόταση: η ατμομηχανή που καθόρισε πώς θα χτίζονταν οι ατμομηχανές, τα πρώτα επίσημα 100 μίλια την ώρα, η ταχύτερη ατμομηχανή του κόσμου. Η Σλοβακία έχει τη δική της ιστορία στην Albatros. Από τις δεκαπέντε μηχανές σώζονται τρεις, και μία από αυτές, η 498.104, βρίσκεται στη Σλοβακία, όπου τη φροντίζει ο Albatros klub στη Μπρατισλάβα.

Τι δείχνει το μοντέλο από την πραγματική μηχανή και τι απλοποιεί

Ένα ξύλινο μοντέλο δείχνει τη μορφή και την κίνηση μιας ατμομηχανής, όχι τη δύναμή της. Δεν έχει ούτε φωτιά ούτε ατμό, οπότε η κίνηση σε αυτό πηγαίνει ανάποδα: τους τροχούς τους γυρίζει το χέρι σου ή ένας κουρδισμένος μηχανισμός, και αν το έμβολο κινείται, το σπρώχνουν οι τροχοί μέσω του διωστήρα. Στην πραγματική μηχανή το έμβολο σπρώχνει τους τροχούς. Τι ακριβώς δείχνει το μοντέλο σου θα το μάθεις από τις οδηγίες και τις εικόνες του. Όταν το κοιτάς, εστίασε σε αυτά τα σημεία:

• Διάταξη τροχών. Μέτρησε τους άξονες μπροστά, τους κινητήριους άξονες που ενώνονται με ζευκτήρια ράβδο και τους άξονες πίσω, και σύγκρινέ τους με τον πίνακα παραπάνω. Όταν ταιριάζουν με κάποια μηχανή, το μοντέλο έχει τον ίδιο τύπο φορείου. Όταν όχι, μιμείται μια ατμομηχανή πιο ελεύθερα.
• Διωστήρας και ζευκτήρια ράβδος. Γύρισε αργά τον κινητήριο τροχό και παρακολούθησε και τις δύο ράβδους. Η ζευκτήρια ράβδος μένει συνέχεια οριζόντια και διαγράφει έναν μικρό κύκλο, ενώ ο διωστήρας ταλαντεύεται πάνω κάτω. Όταν οι ράβδοι κινούνται έτσι, το μοντέλο μιμείται την πραγματική κίνηση της ατμομηχανής.
• Έμβολο και σταυρός. Στο ίδιο γύρισμα παρακολούθησε τον κύλινδρο. Αν από αυτόν βγαίνει και ξαναμπαίνει μια ράβδος με σταυρό, το μοντέλο δείχνει πώς η ευθύγραμμη κίνηση γίνεται περιστροφή. Αν στον κύλινδρο δεν κινείται τίποτα, το μοντέλο δείχνει μόνο τη μορφή του.
• Αριστερή και δεξιά πλευρά. Σταμάτησε τον τροχό όταν ο διωστήρας στη μία πλευρά είναι σε ευθεία με τον πείρο, και κοίτα την άλλη πλευρά. Σε μια πραγματική δικύλινδρη ατμομηχανή ο πείρος εκεί είναι μετατοπισμένος κατά ένα τέταρτο της στροφής. Το μοντέλο μπορεί να το μιμείται ή όχι, και κανένα από τα δύο δεν είναι λάθος.
• Μηχανισμός διανομής. Ψάξε για πιο λεπτές ράβδους και μοχλούς ανάμεσα στον κινητήριο τροχό και το πάνω μέρος του κυλίνδρου. Αν κινούνται όταν γυρίζει ο τροχός, το μοντέλο υποδηλώνει τον μηχανισμό διανομής, που στην πραγματική μηχανή κινεί το συρτάρι. Αν δεν τους βρεις, το μοντέλο τον απλοποίησε ή τον παρέλειψε.
• Λέβητας, θόλος, καμινάδα και τέντερ. Στο μοντέλο αυτά είναι κούφια σχήματα. Πρόσεξε πού βρίσκονται: η καμινάδα μπροστά, ο θόλος ατμού στην κορυφή του λέβητα, η θέση του μηχανοδηγού πίσω και πίσω της το τέντερ. Η διάταξη αντιστοιχεί στην πραγματική μηχανή, αν και μέσα δεν υπάρχει νερό, φωτιά ούτε κάρβουνο.

Μια πραγματική ατμομηχανή είχε και μέρη που στο ξύλινο μοντέλο είναι μόνο υποδηλωμένα ή λείπουν εντελώς: βαλβίδες ασφαλείας που αφήνουν τον ατμό να βγει όταν η πίεση είναι πολύ υψηλή, έναν διάφανο σωλήνα στον οποίο ο θερμαστής παρακολουθούσε τη στάθμη του νερού στον λέβητα, ή μια αντλία για τη συμπλήρωση νερού. Χωρίς αυτά ένας πραγματικός λέβητας δεν θα μπορούσε να δουλεύει με ασφάλεια, το μοντέλο δεν τα χρειάζεται.

Αν οι τροχοί ή οι ράβδοι στο έτοιμο μοντέλο γυρίζουν δύσκολα ή κολλάνε, τη διαδικασία για να βρεις την τριβή θα τη βρεις στο άρθρο Ο μηχανισμός κολλάει: βρες την τριβή και διόρθωσέ την.

Αν θέλεις να δεις αυτά τα μέρη σε δικό σου μοντέλο, μπορείς να διαλέξεις το μοντέλο Ξύλινο τρισδιάστατο παζλ - μοντέλο ατμομηχανής ROKR MC501, που σύμφωνα με την περιγραφή στο κατάστημα έχει κινούμενο έμβολο και, αφού κουρδίσεις τον μηχανισμό, ξεκινά με δική του δύναμη· σύμφωνα με τα στοιχεία του καταστήματος προορίζεται για ηλικίες από 14 ετών. Λιγότερο απαιτητικό σύμφωνα με τα στοιχεία του καταστήματος είναι το μοντέλο Ξύλινο τρισδιάστατο παζλ - Ατμομηχανή Little Story E012, με δυσκολία 2 αντί για 4 και επίσης για ηλικίες από 14 ετών.

Πώς να εκθέσεις το μοντέλο ως κομμάτι ιστορίας

Το μοντέλο μιας ατμομηχανής μοιάζει με κομμάτι ιστορίας όταν το εκθέτεις όπως τα μουσεία εκθέτουν τις πραγματικές ατμομηχανές: πάνω σε γραμμή, με μια σύντομη περιγραφή και με τους διωστήρες σε κοινή θέα. Αρκούν τέσσερα βήματα:

1. Βρες το πρότυπο. Από τη διάταξη των τροχών και το σχήμα του λέβητα και της καμινάδας, βρες με ποιον τύπο μοιάζει το μοντέλο. Αν δεν μπορείς να προσδιορίσεις συγκεκριμένη μηχανή, αρκούν ο τύπος και η εποχή, για παράδειγμα μια ατμομηχανή ταχείας με διάταξη 2′C1′ από τη δεκαετία του 1930.
2. Βάλε το σε γραμμή. Στήσε το μοντέλο σε ένα κοντό κομμάτι γραμμής ή σε μια στενή ξύλινη σανίδα λίγο μακρύτερη από το μοντέλο. Η βάση το ξεχωρίζει από τα άλλα πράγματα στο ράφι, και όταν ξεσκονίζεις το σηκώνεις μαζί με αυτήν, χωρίς να πιάνεις τις λεπτές ράβδους.
3. Γράψε μια καρτέλα. Σε μια μικρή καρτέλα γράψε τον τύπο ή το όνομα του προτύπου, τη χρονιά και μία πρόταση για το τι το έκανε διάσημο: ένα ρεκόρ, μια γραμμή ή τον αριθμό των μηχανών που κατασκευάστηκαν. Έτσι το μοντέλο λέει την ιστορία του ακόμη και σε επισκέπτες που δεν ξέρουν τίποτα για τρένα.
4. Ρύθμισε τους τροχούς. Πριν το εκθέσεις, γύρισε τους κινητήριους τροχούς έτσι ώστε ο διωστήρας στην πλευρά που βλέπει προς το δωμάτιο να στέκεται λοξά και το βάκτρο να είναι βγαλμένο από τον κύλινδρο. Σε αυτή τη θέση φαίνεται καλύτερα απ’ ό,τι στο νεκρό σημείο πώς οι ράβδοι ενώνουν το έμβολο με τον τροχό.

Αν σε ενδιαφέρει πώς κινείται πάνω σε ράγες ένα όχημα που αντί για ατμό παίρνει ρεύμα από ένα καλώδιο πάνω από τη γραμμή, συνέχισε με το άρθρο Το τραμ: από πού παίρνει ρεύμα και πώς κινείται στην πόλη.

Συχνές ερωτήσεις