З паперу і дерева: чому у 19 сторіччі залізничні колеса виготовляли не з металу

Папір має безліч застосувань: від газет, які ми читаємо вранці, до пакетиків, які наповнюють нашу ранкову чашку, від туалетного паперу у ванній кімнаті до декоративних шпалер, які застилають нашу спальню. Цей універсальний матеріал використовується в незліченній кількості виробів. І протягом короткого періоду в кінці 19 століття з нього також виготовляли колеса для залізниць.

Здоровий глузд говорить, що всі несучі конструктивні компоненти повинні бути виготовлені з міцних матеріалів, таких як сталь. Тож звідки виникла ідея зробити колеса з паперу?

Залізничні колеса з паперу

До 1870-х років більшість коліс вагонів виготовляли з чавуну. Деякі колеса були композитними з кованими ободами та дерев’яними серцевинами. Чавунні колеса передавали всі вади колії у вагон над ним, роблячи поїздку на поїзді шумною та незручною. Зі збільшенням ваги вагонів та швидкістю руху поїздів їзда стала більш хиткою, і виникло відчуття невпевненості, оскільки чавунні колеса були крихкими та схильними до раптового руйнування.

Щоб послабити вібрації та зробити поїздки більш комфортними, у 1869 р. інженер Річард Н. Аллен придумав хитре рішення – розробив паперове колесо. Ці колеса не були повністю виготовлені з паперу, а складалися з металевого обідка, чавунної маточини та двох круглих залізних пластин, що поєднують внутрішнє ядро, зроблене з сотень аркушів дощок, склеєних між собою, щоб створити цілісну, щільну стиснуту масу, що здатна витримувати велику вагу. Окрім цього, вони, на противагу чавунним колесам, набагато краще гасили вібрації і стукіт.

Аллен спочатку випробував колеса на залізниці Рутленд і Берлінгтон, і залишився задоволений результатами. Потім він заснував підприємство, що виробляло колеса для залізничних вагонів. Allen Paper Car Wheel Works спочатку базувалося в Моррісі, штат Іллінойс, а основним клієнтом компанії була Pullman Palace Car Company, що знадилося в Чикаго. Пулман був відомий розкішними спальними вагонами з килимовим покриттям, драпіровками та м’якими кріслами, а час винаходу Аллена ідеально відповідав розквіту Пулмана. Перше замовлення від Pullman у 1871 році було на 100 коліс. Згодом паперові колеса стали стандартними елементами всіх вагонів Pullman. Обсяг бізнесу з Pullman змусив Аллена відкрити фабрику в місті Пуллман, що в Чикаго, штат Іллінойс.

Основний завод компанії був розташований у Гудзоні, штат Нью-Йорк, де Аллен наймав тридцять чоловіків, які виготовляли приблизно десять коліс на день. Ядро колеса було зроблено з ламінованого паперу, які були склеєні пачками по десять і спресовані в гідравлічному пресі з тиском 1266 тонна-сили на квадратний метр. Потім стиснуті диски нагрівали парою для висихання протягом декількох днів, а потім процес повторювали, нарощуючи послідовні шари, поки серцевина паперу не досягала товщини 10-13 см і не складалася з 200 аркушів паперу.

При збиранні задню пластину з кованого заліза прикладали до фланця маточини, а круглий блок паперової серцевини притискали до маточини тиском 25 тонн. Потім шину або обод притискали до серцевини, і, нарешті, передню пластину прикручували болтами. Типовий метровий диск важив 502 кг, приблизно 90 кг з яких складали загартована паперова серцевина.

До 1881 року компанія Allen Paper Car Wheel Co. працювала в основному в майстернях у Нью-Йорку та Чикаго, але зберігала завод по переробці у Моррісі. У кожній майстерні працювало приблизно 80 чоловік і вироблялося більше 24 коліс на день. Компанія виробляла та продавала тисячі коліс щороку. До 1893 року на американських залізницях використовувалося 115 000 паперових коліс. Подібні колеса також вироблялися в цей період в Британії та Німеччині.

Паперові колеса відійшли в історію на зламі століть зі зміною конструкції вагонів – з переходом від дерев’яних до сталевих вагонів. Вони були значно важчими і створювали значно більші гальмівні навантаження на колеса. У 1915 році Комісія з торгівлі між штатами визнала паперові колеса небезпечними і поступово вилучила їх з експлуатації. З ним зникли не лише паперові колеса, а й усі композитні колеса, поступившись місцем суцільному сталевому колесу.

Залізничні колеса з дерева (колеса Менселла)

Конструкція колеса Менселла була запатентована Річардом Менселлом у 1840 -х роках. Деревяні колеса широко використовувалися на пасажирських залізничних вагонах у Великобританії. Це цікавий приклад збірного дерев’яного колеса, що базується на тому ж принципі, що і артилерійське колесо, але з суцільним дерев’яним сердечником замість спиць.

Причиною використання деревини було зменшення шуму. Дерев’яний сердечник з тику усував дзвінкий шум ранніх залізничних коліс. Цей тип коліс експлуатувався тривалий час. Крім зменшення шуму, він мав підвищений коефіцієнт безпеки.

Дерев’яні сердечники діяли як електричні ізолятори, тому колеса Менселла не керували колійними колами, які використовувалися в залізничній сигналізації. Ця проблема була вирішена встановленням мідного кріплення до коліс.

Колеса Mansell використовувалися майже виключно на пасажирських вагонах, але є деякі приклади їх використання на локомотивах. 0-4-2WT locomotive “Gazelle” має задні колеса типу Манселл. “Газель” зберігається в залізничному музеї полковника Стівенса.

Читайте також про Вільяма Краша і його атракціон: лобова залізнична аварія.