瓦特(27)_學達書庫

二七

　　瓦特馬上就想到了採用導向丁字頭和連接杆，但這種簡單的解決辦法對瓦特要達到的目的來說，卻存在著若干嚴重的缺陷。由於當時還沒有大型的刨床，因此，要想製造出表面確實十分平滑的長丁字頭導杆來，會是極端困難而又昂貴的，無論如何這種導杆是無法採用的。因為要在這些導杆和橫樑之間留出空隙，就必須有一根很長的連接杆，這會使發動機的整個高度增加，這無疑會使那些可能成為買主的人感到心灰意冷。因此，瓦特便試圖尋求別的解決辦法。安裝在索荷的被瓦特稱之為第一台的「上下往復式發動機」，在活塞杆的末端有一個導軌齒輪，它同橫樑扇形輪上的一部分齒輪口齒合在一起。不用說，這種既原始又臨時的辦法是不會成功的。瓦特很快就抱怨齒輪的凸齒斷了。他曾在此後不久寫道：這台引擎「運轉的動力真大，以至一再把所有的絞輪都弄斷」。這就意味著整套裝置都報廢了。

　　由於想不出有效的辦法，這套齒輪系統還是持續運轉了一段時間，與此同時，瓦特仍在不斷地盡力解決這個問題。1784年6月，他寫信給博爾頓說：

　　我已開始著手研究一個新問題啦！我已摸索到一種能使活塞杆上下垂直運動的方法，只要把活塞杆固定在橫樑的一塊鐵板上，既不需要鏈條，也不要垂直導杆，外部也不需要摩擦件軸、弓形頭和其他笨拙的玩藝兒，這個新裝置，完全能夠使我們如願以償……

　　迄今，我只用小模型進行過試驗，因此還不能製造它，不過，我認為它很可能會成功的，在我所設計過的所有機械裝置中，它要算最精巧、最簡單的一件了。

　　僅僅一周之後，他便又宣佈說，他已經為這種新裝置做了一個非常大的模型，並且「可望成功」。但他由於習慣於小心謹慎，所以提醒博爾頓說：「請您先別為此而得意洋洋，這個裝置還沒有經過合理的試驗，也許還有一些尚未發現的缺點。」

　　這個裝置，後來被稱之為三杆傳動裝置。活塞杆上的丁字頭通過耳軸，連接到兩根連杆的中部，這兩根連杆以橫樑的一端為樞軸而轉動，並且從橫樑上垂直地掛下來。在它們底下的那一端，這兩根連杆用銷釘連在一個半徑杆上，半徑杆的長度與橫樑的半徑相等。半徑杆的另一端，則固定在機房牆壁上的一個固定支點上，這種裝置運轉良好，並且實際應用於兩台發動機上，但是，它卻有著一個重大的缺陷，即機房因此不得不大大擴建，以便裝下那根長長的半徑杆。

　　為了克服這一缺陷，瓦特最初用的辦法是改變幾何運動的形式。通過移動垂直連扡中點上面的丁字頭耳軸的連接點，就可以減少半徑杆的長度。但是，這僅僅是一種改良措施而已。在這一演變過程中所走的第三步是具有決定性的，就是在橫樑上掛一個平行連杆縮放儀，來取代外半徑杆，而內垂直連杆則由半徑杆控制著。這個難題就這樣最終得到了解決，因為現在整個機械裝置都安排在橫樑之下，並且沒有超過它。人們把這種三杆裝置和縮放儀的結合，稱之為平行傳動裝置。在內部附屬垂直連杆的一點上，現在有了垂直運動，而縮放儀下部的連杆則把這種運動傳送到與丁字頭耳軸相連的主垂直連杆的底端。

　　瓦特在退休時，對自己在漫長生涯中所取得的傑出的設計和發明成就進行過回顧，他感到最得意的並不是那個最初使他走上成名之道的分離冷凝器，而是這個平行傳動裝置。他曾對他的兒子說：「雖然我並不太注重名聲，但我對平行傳動裝置的自豪感，卻勝過我對我所做出的任何其他機械發明。」

　　瓦特之所以會選擇這一傑作，是不難理解的，因為只有它，才如此明晰地體現了應用科學與實際工藝的結合，而這種結合又正是他的創造力的秘密所在。如果有一位詩人會對這種傳動情景賦詩的話，那麼，由這些杆和鏈節在傳動時的精確的幾何運動所組成的韻律節奏，實在是充滿了詩意的。任何一位名符其實的機械工程師，在觀看一台大橫樑式引擎上的這種平行傳動裝置運動時，都會情不自禁地對其發明者能在以前這麼久的年代裡就能有這種設想而感到敬佩。與瓦特同時代的人稱這種裝置是「精美的」，儘管「精美的」

　　這個形容詞被許多人濫用，但用在此卻是含義貼切。雖然瓦特的橫樑式引擎現在已是博物館裡的展品，但是他的平行傳動裝置卻成了現代賽車上的「瓦特式連杆」，在帶動單獨凸出的後輪方面的作用，就好像當年它牽動橫樑式引擎上的長活塞杆一樣可靠。

　　當這種新型的複動式引擎用來作為一種非旋轉式泵機時，如何最有效的利用引擎活塞上提時的動力，成了一個問題。這兩位合夥人，在初期就這個問題的相互通信中，瓦特曾提議加重引擎橫樑的一端。活塞在上提時將把這重物托起，這樣，當它降落時，就可以對泵機產生輔助作用。他認為，通過這種辦法，就能夠使一台單動式引擎產生雙倍的效力。博爾頓在回信中對這一點提出了更明智的建議，他說複動式引擎也許可以用來帶動兩台泵機，一台是普通的提升鬥式的，另一台是柱塞泵。十分奇怪，瓦特並不贊成這項建議，儘管柱塞泵在康沃爾很時興，但是博爾頓和瓦特卻一直沒有採用，直到1800年瓦特退休之後，這種泵機才有人採用。

　　在康沃爾最早的兩台複動式抽水機引擎，其中一台於1784年至1785年的冬季開始在「托萬錫礦」運轉，另一台則是翌年在「梅薩錫礦」開始運轉，前者在最初時用的是導軌和分段裝置，而「梅薩錫礦」的那台引擎則從一開始便配備了平行傳動裝置，那些杆是木制的。這兩台引擎各帶動兩台提升式泵機，其中附加的那個泵機是通過安裝了粗笨的木制曲柄和連杆帶動的。它的運轉方向同主泵相反。在「隆盛錫礦」的那台45英寸汽缸的較大型的引擎，雖然開始安裝的時間較晚，但實際使用卻早於「梅薩錫礦」的那一台。博爾頓延長了在康沃爾住留的時間，以便在1785年11月能觀看到它啟動。他寫信告訴在伯明翰的瓦特說：「看來這是個驚人的壯舉。」未經試驗的大型連接部件如此之多，以至使我望而生畏。「然而，博爾頓的顧慮實際上是多餘的。這台引擎運轉良好。不久以後，在」處女錫礦「安裝的那台新型的複動式引擎，比這一台還要大，它的汽缸為63英寸，衝程為9英尺，這被稱為當時世界上功率最大的引擎。

　　在後來的複動式抽水機引擎上，沒有再使用曲柄裝置來帶動輔泵機，而在引擎橫樑的一端連結了一個斜泵杆，這種裝置的缺點是妨礙了閥門和冷凝器泵杆的正常佈局，使得它們不得不通過一個在主橫樑上的小型輔助橫樑來驅動，而橫樑則要穿過機房的牆壁，所以冷凝器和泵機也都要安裝在機房的外面。

　　也許由於變得更加複雜的原因，所以這種泵用複動式引擎在康沃爾從未像原來的引擎那樣廣泛使用，而是當把它與旋轉式傳動結合起來之後，這種新的原理才真正有了名氣。人們很可能會問，為什麼在費了很大的勁兒把它們變為旋轉運動而使其靈活得多以前，紐科門式和瓦特式引擎，作為往復泵機還存在了那麼多年。即使是那些比較老式的單動式引擎，只要適當地加上一個大而重的飛輪，就能夠改裝成旋轉式傳動引擎。那麼，為什麼像約翰。斯米頓這樣一位大工程師竟會直言不諱地宣稱：要使紐科門式引擎改成旋轉運動的惟一恰當的方法，就是使它把水抽給磨輪使用呢？詹姆斯·瓦特本來只要加上連接杆、曲柄和飛輪，就能使他已經成功的引擎做旋轉式運轉，而為什麼他卻一直拖延到1779年仍在弄那已半途而廢的蒸汽輪呢？當時他已領會了曲柄原理卻把它用於其他目的了。

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