瓦特(27)_虚阁网

二七

　　瓦特马上就想到了采用导向丁字头和连接杆，但这种简单的解决办法对瓦特要达到的目的来说，却存在着若干严重的缺陷。由于当时还没有大型的刨床，因此，要想制造出表面确实十分平滑的长丁字头导杆来，会是极端困难而又昂贵的，无论如何这种导杆是无法采用的。因为要在这些导杆和横梁之间留出空隙，就必须有一根很长的连接杆，这会使发动机的整个高度增加，这无疑会使那些可能成为买主的人感到心灰意冷。因此，瓦特便试图寻求别的解决办法。安装在索荷的被瓦特称之为第一台的“上下往复式发动机”，在活塞杆的末端有一个导轨齿轮，它同横梁扇形轮上的一部分齿轮口齿合在一起。不用说，这种既原始又临时的办法是不会成功的。瓦特很快就抱怨齿轮的凸齿断了。他曾在此后不久写道：这台引擎“运转的动力真大，以至一再把所有的绞轮都弄断”。这就意味着整套装置都报废了。

　　由于想不出有效的办法，这套齿轮系统还是持续运转了一段时间，与此同时，瓦特仍在不断地尽力解决这个问题。1784年6月，他写信给博尔顿说：

　　我已开始着手研究一个新问题啦！我已摸索到一种能使活塞杆上下垂直运动的方法，只要把活塞杆固定在横梁的一块铁板上，既不需要链条，也不要垂直导杆，外部也不需要摩擦件轴、弓形头和其他笨拙的玩艺儿，这个新装置，完全能够使我们如愿以偿……

　　迄今，我只用小模型进行过试验，因此还不能制造它，不过，我认为它很可能会成功的，在我所设计过的所有机械装置中，它要算最精巧、最简单的一件了。

　　仅仅一周之后，他便又宣布说，他已经为这种新装置做了一个非常大的模型，并且“可望成功”。但他由于习惯于小心谨慎，所以提醒博尔顿说：“请您先别为此而得意洋洋，这个装置还没有经过合理的试验，也许还有一些尚未发现的缺点。”

　　这个装置，后来被称之为三杆传动装置。活塞杆上的丁字头通过耳轴，连接到两根连杆的中部，这两根连杆以横梁的一端为枢轴而转动，并且从横梁上垂直地挂下来。在它们底下的那一端，这两根连杆用销钉连在一个半径杆上，半径杆的长度与横梁的半径相等。半径杆的另一端，则固定在机房墙壁上的一个固定支点上，这种装置运转良好，并且实际应用于两台发动机上，但是，它却有着一个重大的缺陷，即机房因此不得不大大扩建，以便装下那根长长的半径杆。

　　为了克服这一缺陷，瓦特最初用的办法是改变几何运动的形式。通过移动垂直连扦中点上面的丁字头耳轴的连接点，就可以减少半径杆的长度。但是，这仅仅是一种改良措施而已。在这一演变过程中所走的第三步是具有决定性的，就是在横梁上挂一个平行连杆缩放仪，来取代外半径杆，而内垂直连杆则由半径杆控制着。这个难题就这样最终得到了解决，因为现在整个机械装置都安排在横梁之下，并且没有超过它。人们把这种三杆装置和缩放仪的结合，称之为平行传动装置。在内部附属垂直连杆的一点上，现在有了垂直运动，而缩放仪下部的连杆则把这种运动传送到与丁字头耳轴相连的主垂直连杆的底端。

　　瓦特在退休时，对自己在漫长生涯中所取得的杰出的设计和发明成就进行过回顾，他感到最得意的并不是那个最初使他走上成名之道的分离冷凝器，而是这个平行传动装置。他曾对他的儿子说：“虽然我并不太注重名声，但我对平行传动装置的自豪感，却胜过我对我所做出的任何其他机械发明。”

　　瓦特之所以会选择这一杰作，是不难理解的，因为只有它，才如此明晰地体现了应用科学与实际工艺的结合，而这种结合又正是他的创造力的秘密所在。如果有一位诗人会对这种传动情景赋诗的话，那么，由这些杆和链节在传动时的精确的几何运动所组成的韵律节奏，实在是充满了诗意的。任何一位名符其实的机械工程师，在观看一台大横梁式引擎上的这种平行传动装置运动时，都会情不自禁地对其发明者能在以前这么久的年代里就能有这种设想而感到敬佩。与瓦特同时代的人称这种装置是“精美的”，尽管“精美的”

　　这个形容词被许多人滥用，但用在此却是含义贴切。虽然瓦特的横梁式引擎现在已是博物馆里的展品，但是他的平行传动装置却成了现代赛车上的“瓦特式连杆”，在带动单独凸出的后轮方面的作用，就好像当年它牵动横梁式引擎上的长活塞杆一样可靠。

　　当这种新型的复动式引擎用来作为一种非旋转式泵机时，如何最有效的利用引擎活塞上提时的动力，成了一个问题。这两位合伙人，在初期就这个问题的相互通信中，瓦特曾提议加重引擎横梁的一端。活塞在上提时将把这重物托起，这样，当它降落时，就可以对泵机产生辅助作用。他认为，通过这种办法，就能够使一台单动式引擎产生双倍的效力。博尔顿在回信中对这一点提出了更明智的建议，他说复动式引擎也许可以用来带动两台泵机，一台是普通的提升斗式的，另一台是柱塞泵。十分奇怪，瓦特并不赞成这项建议，尽管柱塞泵在康沃尔很时兴，但是博尔顿和瓦特却一直没有采用，直到1800年瓦特退休之后，这种泵机才有人采用。

　　在康沃尔最早的两台复动式抽水机引擎，其中一台于1784年至1785年的冬季开始在“托万锡矿”运转，另一台则是翌年在“梅萨锡矿”开始运转，前者在最初时用的是导轨和分段装置，而“梅萨锡矿”的那台引擎则从一开始便配备了平行传动装置，那些杆是木制的。这两台引擎各带动两台提升式泵机，其中附加的那个泵机是通过安装了粗笨的木制曲柄和连杆带动的。它的运转方向同主泵相反。在“隆盛锡矿”的那台45英寸汽缸的较大型的引擎，虽然开始安装的时间较晚，但实际使用却早于“梅萨锡矿”的那一台。博尔顿延长了在康沃尔住留的时间，以便在1785年11月能观看到它启动。他写信告诉在伯明翰的瓦特说：“看来这是个惊人的壮举。”未经试验的大型连接部件如此之多，以至使我望而生畏。“然而，博尔顿的顾虑实际上是多余的。这台引擎运转良好。不久以后，在”处女锡矿“安装的那台新型的复动式引擎，比这一台还要大，它的汽缸为63英寸，冲程为9英尺，这被称为当时世界上功率最大的引擎。

　　在后来的复动式抽水机引擎上，没有再使用曲柄装置来带动辅泵机，而在引擎横梁的一端连结了一个斜泵杆，这种装置的缺点是妨碍了阀门和冷凝器泵杆的正常布局，使得它们不得不通过一个在主横梁上的小型辅助横梁来驱动，而横梁则要穿过机房的墙壁，所以冷凝器和泵机也都要安装在机房的外面。

　　也许由于变得更加复杂的原因，所以这种泵用复动式引擎在康沃尔从未像原来的引擎那样广泛使用，而是当把它与旋转式传动结合起来之后，这种新的原理才真正有了名气。人们很可能会问，为什么在费了很大的劲儿把它们变为旋转运动而使其灵活得多以前，纽科门式和瓦特式引擎，作为往复泵机还存在了那么多年。即使是那些比较老式的单动式引擎，只要适当地加上一个大而重的飞轮，就能够改装成旋转式传动引擎。那么，为什么像约翰。斯米顿这样一位大工程师竟会直言不讳地宣称：要使纽科门式引擎改成旋转运动的惟一恰当的方法，就是使它把水抽给磨轮使用呢？詹姆斯·瓦特本来只要加上连接杆、曲柄和飞轮，就能使他已经成功的引擎做旋转式运转，而为什么他却一直拖延到1779年仍在弄那已半途而废的蒸汽轮呢？当时他已领会了曲柄原理却把它用于其他目的了。

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