Розділ 1. Історія розвитку локомотивів (паровози, тепловози, електровози тощо).

Вступ: предмет та задачі вивчення дисципліни, її роль у підвищенні кваліфікації фахівця і в майбутній роботі.

Курс «Локомотиви магістрального транспорту(загальна будова та їх взаємодія з технічними засобами залізниць)» відноситься до природничо-наукового циклу дисциплін, дає знання по класифікації, конструкції локомотивів та їх елементів, загальній компоновці а також їх технічні характеристики та характеристики пристроїв, що входять до них і призначений для ознайомлення студентів з існуючими та перспективними зразками залізничного транспорту, особливостями його створення та взаємодії з технічними засобами залізниць.

Мета курсу – вивчення локомотивів магістрального транспорту в цілому ,а також по його вузлам та деталям і їх взаємодії з технічними засобами залізниць.

Студент повинен:

Знати – конструкцію локомотива та його елементів, загальну компоновку а також їх технічні характеристики та характеристики пристроїв, що входять до них, устаткування і призначення елементів рухомого складу, залізничної колії та системи електропостачання;

Вміти – класифікувати рухомий склад залізниць, розрізняти різноманітні типи тягових двигунів та тягових передач, а також улаштування різних типів верхньої будови колії; складати компоновку локомотива, обчислювати розподіл навантажень по колесам, виконувати розрахунки по екіпажу.

Організація і методика проведення усіх видів навчальних занять, виконання індивідуальних і розрахункових завдань керується вимогами навчальних планів, стандартами СТВНЗ-ХПІ-1.01.2001, СТП-ХПІ-41-92, СТП-ХПІ-43-92, методичними рекомендаціями по організації контролю якості навчального процесу у вищих навчальних закладах Міністерства освіти та науки України

Теоретична частина курсу висвітлює будову, призначення і взаємодію окремих складових, що входять до системи магістрального транспорту. При вивченні питань курсу слід акцентувати увагу студентів на цілісність системи та необхідність використання системного підходу в питаннях аналізу і синтезу як окремих складових, так і всієї системи в цілому.

Методичним забезпеченням дисципліни є навчальна програма, розроблена, навчальні посібники, монографії за темами курсу. При вивченні курсу використовуються наочні схеми, плакати, комп’ютери та сучасні інформаційні технології за потреби.

Система контролю якості навчання студентів включає проведення поточного та підсумкового контролю. Поточний контроль – модульні контрольні роботи на 9 та 17 учбовому тижнях. Підсумковий контроль здійснюється у формі іспиту на 5 семестрі з урахуванням результатів модульних контрольних робот та виконання .

Організація самостійної роботи студентів:

- самостійне вивчення за підручниками або іншими джерелами тем і розділів, визначених викладачем;

- попереднє ознайомлення з матеріалом наступного заняття з метою введення студентів у коло питань, що доведеться вивчати;

- читання тексту підручників з метою закріплення здобутих знань. Такий вид самостійної роботи потребує від студента уміння виявляти, аналізувати, порівнювати, групувати та диференціювати явища, фактори, закономірності;

- підготування доповідей, повідомлень.

 

 

Розвиток парової тяги. Роль російських вчених у будуванні паровозів. Електровози першого покоління. Електровози другого покоління. Електровози третього покоління. Опитні електровози.

В 60 - 80-х годах XVIII века сначала в Англии, а затем и в других странах начался промышленный подъем. Вместо ручного труда появилось машинное производство, вместо ремесленных мастерских и мануфактур - крупные промышленные предприятия.

В 1763 году русский инженер И.И. Ползунов представил проект парового двигателя для подачи воздуха в плавильные печи. Машина Ползунова имела удивительную по тем временам мощность - 40 лошадиных сил. Настоящую же революцию в промышленности произвела паровая машина, созданная инженером Джеймсом Уаттом в 1784 году. Это было одно из величайших изобретений, благодаря которому стало возможно мощное развитие всех областей техники. Универсальность паровой машины Уатта позволяла применять ее на любом производстве и на транспорте.

Железнодорожный транспорт в РФ иУкраине имеет исключительно важное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке грузов, грузобагажа, багажа и пассажиров. Это можно объяснить его универсальностью, то есть наличием возможности обслуживать производящие отрасли хозяйства и удовлетворять потребности населения в перевозках. При этом выполнение данных функций не зависит от погодных условий. Это и является причиной его широкого применения для перевозок большого количества пассажиров и грузов.

Железнодорожный транспорт - это отдельный вид транспорта, который выполняет перевозки пассажиров и грузов по рельсовым путям в вагонах при помощи локомотивной и (или) мотор-вагонной тяги.

Железнодорожный транспорт является универсальным видом транспорта для перевозок всех видов грузов. Он обладает высокой провозной способностью, что делает его особенно эффективным при перевозках массовых грузов на большие и средние расстояния.

Базируясь на современных видах тяги, надежных перевозочных емкостях, мощном рельсовом основании, привлекая прогрессивные средства компьютеризации и сигнализации, железнодорожный транспорт, как и другие отрасли промышленного производства, входит в экономический потенциал страны.

 

§ 1. Появление первых железных дорог.

В Древнем Египте, Греции и Риме существовали колейные дороги, предназначавшиеся для перевозки по ним тяжелых грузов. Устроены они были следующим образом: по выложенной камнем дороге проходили две параллельные глубокие борозды, по которым катились колеса повозок. В средневековых рудниках существовали дороги, состоящие из деревянных рельсов, по которым передвигали деревянные вагоны. Есть версия, что отсюда пошло название «трамвай», то есть «бревенчатая дорога».

Пути сообщения были всегда и везде. Наземный транспорт зародился в глубокой древности. История наземного транспорта, выделившего из себя новый вид—железнодорожный, уходит вглубь веков. Эта история, как нам кажется, представляет собой интереснейшее и увлекательное повествование о развитии человеческого общества, начиная с древнейших цивилизаций. Известный писатель, потомственный железнодорожник Владимир Чивилихин считал, что «история — давняя состоявшаяся реальность жизни, а все героическое в истории нужно человечеству для будущего».

В древних странах строили сухопутные дороги, по которым, используя животных, перевозили грузы и людей. Сохранившиеся дороги Древнего Рима, Великого шелкового пути из Китая в Среднюю Азию и др. вызывают удивление по качеству строительства и протяженности сообщений. По таким дорогам лошади и волы везли повозки, скакали всадники, передвигались караваны верблюдов, шли пешие люди, перемещались воины.

 

 

 

 

 

Развитие путей сообщения проходило в зависимости от культурных преобразований и изменений в обществе. Средневековый период вплоть до XV века характерен ведением войн. Затем наступило бурное изменение в жизни европейских народов. Быстро росло число мануфактур, появились горные и металлургические предприятия, требующие перемещения большого количества грузов, создания новых видов транспорта. Большое количество существующих в то время дорог были совершенно непроходимыми, а скорости движения и количество перевозимого груза зависели от силы и выносливости лошадей.

Первые попытки создания более совершенных колейных дорог были предприняты в древние времена. Так, в Древнем Египте, Греции и Римской империи существовали колейные дороги, предназначенные для транспортировки тяжелых грузов. Они имели две параллельные углубленные борозды, по которым катились колеса повозок.

В средневековых рудниках появились дороги, по деревянным рельсам которых передвигались деревянные вагоны с деревянными колесами. В XV—XVI вв. в копях и рудниках Западной Европы прокладывались деревянные лежни для вагонеток (рис. 1.2).

 

 

 

 

 

На заводских дворах России использовались лежневые пути, по которым перемещались вагонетки, называемые «собаками» за громкий лязгающий звук, издаваемый ими при движении.

В XVI веке на рудниках использовались гладкие деревянные рельсы, зарытые в землю. Телега или вагонетка по таким рельсам, по сравнению с обычной дорогой, катилась легче, и лошадь могла везти значительно больше груза.

В 1680 г. в Англии от рудников Ньюкасла к порту на реке Тайн была проложена первая дорога с деревянными направляющими (лежнями). Груженные углем вагоны (челдроны) сами катились под уклон к порту. Кондуктор регулировал скорость, сидя на рукоятке рычажного тормоза, а лошадь трусила сзади на поводке (рис. 1.3). Лошадь затем тянула в гору пустую повозку.

 

 

 

 

Однако поверхность деревянных брусьев, очень быстро изнашивающаяся, становилась неровной, поэтому люди стали применять металл для изготовления рельсов, а затем искать замену мускульной энергии машинами.

В России начало строительства рельсовых дорог относится к XVII веку, когда первые лежневые пути были использованы в горно-металлургическом производстве.

В 1763 г. на Алтае гениальный русский изобретатель Козьма Дмитриевич Фролов построил на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов чугунную дорогу на опорах, по первым в мире металлическим рельсам (лежням) которой перемещались вагонетки, груженные рудой. На этой же дороге К.Д. Фролов сделал первую попытку использовать для перемещения вагонеток механическую силу, применив колесо, вращаемое водой, систему лебедок и канатов.

Примерно в 1738 году быстро изнашивавшиеся деревянные рудничные дороги были заменены металлическими. Вначале они состояли из чугунных плит с желобами для колес, что было непрактично и дорого. И вот в 1767 году Ричард Рейнольдс уложил на подъездных путях к шахтам и рудникам Колбрукдэйла стальные рельсы. Конечно, они отличались от современных: в сечении они имели форму латинской буквы U, ширина рельса была 11 см, длина 150 см. Рельсы пришивались к деревянному брусу желобом кверху. С переходом на чугунные рельсы стали делать и колеса у телег чугунными. Для передвижения вагонеток по рельсам использовалась мускульная сила человека или лошади.

В Великобритании в 1767 г. на железоделательном заводе в городе Колбрук были отлиты чугунные рельсы и уложены в заводскую колейную дорогу, а на одном из заводов — первые рельсы из железных полос, имевших в сечении профиль уголка, что ограничивало сход с рельсов колес вагонеток. В 1776 г. английский изобретатель Джессон предложил делать колеса вагонеток с ребордой, которая предотвращала соскальзывание колес с гладкой поверхности рельсов.

На Александровском (позже Онежском) чугуноплавильном и пушечном заводе в Петрозаводске под руководством инженера-строителя Аникиты Сергеевича Ярцева в 1788 г. была сооружена чугунная дорога с канатной тягой длиной 175 м, рельсы которой имели уголковый профиль поперечного сечения. По их горизонтальным полкам катились колеса тележек, а вертикальные направляли их движение и не позволяли тележкам соскакивать в стороны. Ширина колеи этой дороги составляла 0,8 м, а сопротивление движению повозки уменьшилось в 12 раз по сравнению с ездой по обычной гужевой дороге.

Подобные «чугунки», так называли в то время первые рельсовые дороги, существовали и на других металлургических заводах. Таким образом, задолго до изобретения паровоза появился первый железнодорожный поезд, а развитие экономически выгодного и технически более совершенного рельсового транспорта в России продолжалось.

В 1789 г. в Великобритании вместо плоских железных рельсов стали отливать рельсы с круглой головкой под углубление в ободе колес длиной 1 м с утолщением посередине в виде «рыбьего брюха». В 1794 г. там же была построена первая конно-железная дорога (конка), а в 1803 г. в графстве Суррей близ Лондона началось движение пассажирских экипажей с конной тягой по первой в мире железной дороге общественного пользования.

Английский изобретатель Ричард Тревитик в 1803 г. построил и испытал повозку с паровым двигателем — первый паровоз, приспособленный для движения по рельсовому пути. Он развивал скорость до 7 км/ч и мог везти состав весом в 7 т. В Лондоне в 1804 г. была построена небольшая рельсовая дорога — первое «испытательное кольцо», на котором Р. Тревитик показывал свой паровоз, названный очевидцами «Лови меня, кто сможет».

В 1806—1809 гг. горный инженер Петр Козьмич Фролов (сын К.Д. Фролова) на Змеино-горском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае построил чугунную рельсовую дорогу с конной тягой. Это уникальное инженерное сооружение длиной 1867 м с шириной колеи 1067 мм располагалось на местности со сложным рельефом. Предельный уклон железной дороги был принят 15 ‰, а при пересечении реки Карболиха был сооружен оригинальный мост-виадук на 20 каменных опорах, соединенных между собой заранее испытанными деревянными арками. Общее протяжение моста составляло 292 м, высота 11 м. Верхняя часть рельсов железнодорожного пути в поперечном сечении имела форму эллипса, а окружность поверхности катания колеса — аналогичную вогнутость, что способствовало более плавному движению вагонеток и удержанию колес на рельсах.

П.К. Фролов применил элементы механизации трудоемких работ по погрузке и выгрузке руды, которую следует описать подробнее. В начале дороги в выемке было устроено четыре бункера, объем каждого из них соответствовал объему дорожной вагонетки, называвшейся в то время «таратайкой». Доставка руды к бункерам производилась по чугунной дороге в ящиках по 110 пудов каждый. Их дно открывалось механически и груз пересыпался в вагонетки. Выгрузка руды также не представляла затруднений, поскольку путь был расположен над уровнем земли. Каждый поезд состоял из трех-четырех вагонеток, соединенных железными кольцами. Так появились первые прообразы конструкции вагонов, позволяющих механизировать трудоемкие погрузочно-разгрузочные операции, что актуально до настоящего времени.

Состав из трех вагонеток тянула одна лошадь, перевозя за один день до 65 т руды, затрачивая на путь в оба конца полтора часа. Транспортировка такого же количества руды по грунтовой дороге требовала 25 лошадей. Руководство с удовлетворением отмечало, что на Змеиногорской дороге «выгода к перевозке руд против обыкновенной перевозки столь очевидна, что делает честь основателю оной».

Бурно развивающейся промышленности не хватало энергии, которую давали сила падающей воды, ветра и мускулы лошади. Технический прогресс, сама жизнь настоятельно требовали создания новых, более сильных двигателей, не зависящих от внешних условий. Такой двигатель дал человечеству наш соотечественник, горный мастер Иван Ползунов, родившийся в 1728 г. в Екатеринбурге. Закончив заводскую школу, он работал в должности «механического ученика». Семнадцатилетним юношей Ползунов в 1745 г. попадает на Алтай, на Колывано-Воскресенские заводы. Здесь, почувствовав требования производства, он решил «пресечь водное руководство» и задумал построить «огненную машину», которая была бы «способной по воле нашей, что будет потребной справлять».

Многочисленные расчеты, схемы, опыты заполнили жизнь изобретателя, и в 1763 г. был готов проект уникальной паровой машины. За три года совместно с двумя юношами-учениками первая в мире паровая машина была построена. Она имела высоту с трехэтажный дом. Для получения пара вода подогревалась в склепанном из медных листов котле. Через специальные распределительные устройства пар поступал в два трехметровых цилиндра, поршни которых были соединены с коромыслами. Эти коромысла приводили в движение меха, нагнетавшие воздух в рудоплавильные печи, и водяные насосы, питающие водой котел (рис. 1.4). Так на Алтае появилась машина, которой в будущем было суждено стать неотъемлемой частью железных дорог.

 

 

 

Идея паровой машины зародилась и у англичанина Джеймса Уатта, когда он наблюдал за прыгающей крышкой кипящего горшка. Это наблюдение привело его к изобретению паровой машины, которая имела удивительную по тем временам мощность — 40 лошадиных сил. В ней были использованы новшества: применен конденсатор, сила давления пара осуществляла возвратное движение поршня, что увеличивало мощность двигателя (рис. 1.5).

 

 

 

 

 

Изобретение парового двигателя дало мощный толчок развитию транспорта. Так в 1769 г. французский артиллерийский офицер Жозеф Кюньо изобрел первую паровую повозку для передвижения тяжелых орудий (рис. 1.6), а Ульям Мердок решил поставить на колеса двигатель Уатта и изготовил модель паровой повозки (рис. 1.7).

 

 

 

 

 

 

 

В 1802 г. английский конструктор Ричард Тревитик сделал паровой автомобиль (рис. 1.8), скорость которого при движении с грохотом и чадом достигала 10 км/ч, что пугало пешеходов. Особенность автомобиля Тревитика заключалась в том, что он сделал огромные ведущие колеса, что позволило обеспечить скорость и плавность движения по плохим дорогам.

 

 

 

Первые предшественники будущего паровоза появились в начале XIX века. В 1803 г. Р. Тревитик изменил конструкцию своего автомобиля и сделал паровоз, паровой котел которого с трубой располагался на двухосной раме на четырех колесах. Движение поршня горизонтального цилиндра передавалось колесам при помощи кривошипа и системы шестерен. Имелось и маховое колесо, обеспечивающее плавность работы механизма (рис. 1.9). Этот паровоз недолго работал на одной из рудничных дорог, так как чугунные рельсы быстро выходили из строя под тяжестью конструкции. От своей идеи Р. Тревитик не отказался и устроил аттракцион (рис. 1.10). Многие, забыв об изобретении Р. Тревитика, пытались создать паровоз.

 

 

 

 

 

 

 

 

В 1811 г. по чертежам изобретателя Д. Бленкинсона механиком Мурреем был построен паровоз с зубчатыми ведущими колесами, которые, вращаясь, зацеплялись своими зубьями за зубья рейки, уложенной посередине колеи вдоль пути (рис. 1.11).

 

 

В 1812 г. появился шагающий паровоз инженера Брентона с ногами, похожий на гигантского кузнечика. К днищу котла паровоза были пристроены две механические ноги, упирающиеся в полотно рельсового пути и толкающие состав поезда, обеспечивая его движение. В 1813 г. У. Хедли установил на повозке сдвоенную паровую машину, назвав паровоз «Пыхтящий Билли».

 

 

Однако не суждено было паровозу с зубчатым зацеплением колес и шагающему паровозу благополучно пройти испытания и быть использованными в качестве движущей силы на железных дорогах, так как зубья часто ломались. Такие конструкции появились потому, что мало были изучены законы сцепления колес с рельсами и люди думали, что колеса самодвижущейся повозки будут скользить по гладкой поверхности рельсов, вращаясь на одном и том же месте.

Идея построить паровоз заинтересовала англичанина Блаккера, но его попытки применить паровую тягу на шахтах оказались неудачными. В те времена на копях работал Джордж Стефенсон, который был любопытным и отзывчивым на технические новшества. Он присутствовал при испытаниях паровозов, изучал их устройство, а его опытный и проницательный глаз практика укрепил уверенность в том, что смог бы сделать такую машину, которая будет безотказно работать вместо лошади. Весной 1813 г. один из владельцев Клингвортских копей лорд Лавенсворт дал согласие на предложение вагонного мастера Дж. Стефенсона и выделил средства на покрытие расходов по созданию «ходячих машин», заменяющих лошадей. Спустя год первый паровоз, названный им «Блюхер», был готов. Он имел четыре колеса диаметром 900 мм и котел длиной 2,4 м. Машина включала в себя два цилиндра, поршни которых передавали вращение колесам посредством зубчатой передачи. 25 июля 1815 г. паровоз был испытан, по словам очевидца, он мог «тащить, помимо собственной тяжести, восемь груженых повозок общим весом около 30 т со скоростью четыре мили в час» (английская миля равна 1609 м).

Постепенно рельсовые пути выходили за пределы рудничного двора. Их стали прокладывать до реки или канала, где груз перекладывался на суда и дальше перемещался водным путем.

Решалась проблема предотвращения схода колес с рельсов. Использовали угловое железо (сплав), но это увеличивало трение колес. Затем стали применять закраины (реборды) у колес одновременно с грибовидной формой рельса в разрезе. Сходы с рельсов прекратились.

В 1803 году Тревитик решил использовать свой автомобиль для замены конной тяги на рельсовых путях. Но конструкцию машины Тревитик изменил - он сделал паровоз. На двухосной раме с четырьмя колесами находился паровой котел с одной паровой трубой внутри. В котле над паровой трубой горизонтально размещался рабочий цилиндр. Шток поршня далеко выдавался вперед и поддерживался кронштейном. Движение поршня передавалось колесам при помощи кривошипа и зубчатых колес. Имелось и маховое колесо. Этот паровоз короткое время работал на одной из рудничных дорог. Чугунные рельсы быстро выходили из строя под тяжестью паровоза. Вместо того чтобы заменить слабые рельсы более прочными, отказались от паровоза. Уже после Тревитика, забыв о его изобретении, многие пытались создать паровоз. Его делали с зубчатыми колесами, с толкачами в виде ног, протягивали вдоль пути цепь, которая навивалась на шкив, укрепленный на паровозе, и т. д.

Человеком, который сумел проанализировать, обобщить и учесть весь предшествующий опыт в паровозостроении, был Джордж Стефенсон. Известны три типа паровоза Стефенсона. Первый, названный им «Блюхер», был построен в 1814 году. Локомотив мог передвигать восемь повозок массой 30 т со скоростью 6 км/ч.

Паровоз имел два цилиндра, зубчато-колесную передачу. Пар из цилиндров вырывался наружу. Затем Стефенсон создал устройство, которое было этапным в паровозостроении - конус. Отработавший пар стал отводиться в дымовую трубу.

Второй паровоз был создан в 1815 году. Стефенсон заменил зубчатую передачу непосредственным соединением кривошипным механизмом поршней цилиндров с движущимися осями и спарил колеса с помощью жестких дышел. Стефенсон был первым паровозостроителем, который обратил внимание на путь и на взаимодействие локомотива и пути. Он изменил соединение рельсов, смягчив толчки, снабдил паровоз подвесными рессорами.

 

 

 

Стефенсон пришел к выводу, что путь должен быть по возможности горизонтальным и что, несмотря на дороговизну путевых работ, необходимо устройство насыпей и выемок при постройке железной дороги. На первой в мире железнодорожной линии Стоктон – Дарлингтон предполагалось в качестве тяги использовать лошадей как наиболее надежное средство. В 1823 году Стефенсон стал работать на строительстве этой линии, и в том же году он основал первый в мире локомотивостроительный завод в Ньюкастле.

Первый вышедший из этого завода паровоз назывался «Локомашен No I». Он мало отличался от предыдущих и перевозил грузы со скоростью 18-25 км/ч. Для передвижения пассажирских вагонов на линии Стоктон - Дарлингтон использовались лошади. На наиболее крутых участках составы передвигались с помощью канатов. Были уложены и чугунные, и стальные рельсы.

Первая паровая железная дорога Ливерпуль - Манчестер была открыта в 1830 году. С этого времени началось быстрое развитие железнодорожного транспорта. В том же 1830 году первая железная дорога была построена в Америке между Чарльстоном и Огеста протяжением 64 км. Паровозы сюда были доставлены из Англии. Затем железнодорожное строительство начали одна за другой европейские страны:

1832-1833 годы - Франция, Сен-Этьен-Лион, 58 км;

1835 год - Германия, Фюрт - Нюрнберг, 7 км;

1835 год - Бельгия, Брюссель-Мехельн, 21 км;

1837 год - Россия, Санкт-Петербург-Царское Село, 26,7 км.

Здесь необходимо заметить, что еще в 1834 году в Нижнем Тагиле была сооружена чугунная дорога протяжением 854 м с паровой тягой. Паровоз был построен отцом и сыном Черепановыми. Первый их «сухопутный пароход» (так в России в то время называли паровозы) провозил 3,3 т руды со скоростью 13-15 км/ч. Кроме груза, паровоз мог везти до 40 пассажиров. Вскоре Черепановы сделали второй, более мощный паровоз, который водил составы массой до 16 т. Но эту дорогу не считают первой железной дорогой в России, так как она вскоре прекратила свое существование - хозяева предпочли гужевой транспорт.

В США первый участок железной дороги общего пользования Балтимор-Огайо протяжением 24 км был открыт в 1830 г. Предприимчивые американцы быстро поняли громадную выгоду паровых железных дорог и уже к 1869 г. построили частными компаниями 85 тыс. км путей (в среднем 2180 км в год) (рис. 1.13). Первый паровоз в США показан на рис. 1.14.

 

 

 

 

 

 

Первая в России рельсовая дорога с паровой тягой была построена в 1832 г. на Нижне-Тагильском металлургическом заводе Демидовых уральскими крепостными механиками Ефимом Алексеевичем и его сыном Мироном Ефимовичем Черепановыми (рис. 1.15).

«Сухопутный пароход» (так был тогда назван паровоз), построенный для этой дороги, имел горизонтальный цилиндрический котел длиной 1676 мм, диаметром 914 мм, опирающийся на деревянную раму, расположенную на четырех колесах одинакового диаметра. Между передними колесами под котлом были размещены два цилиндра длиной 229 и диаметром 178 мм каждый. Давление пара на поршни цилиндров приводило в движение колеса второй коленчатой оси паровоза. К паровозу, длина которого составляла 2,6 м, прицепляли «специальный фургон» для запасов древесного угля и воды.

Машинист, управляющий паровозом, располагался у топки на специальной площадке. Паровоз возил на открытых вагонетках около 3,5 т груза со скоростью 16 км/ч по колесопроводам (так тогда называли рельсы), имеющих ширину колеи 1645 мм. Длина этой первой русской железной дороги с паровой тягой составляла сначала 854 м, а затем была удлинена до одного километра.

После положительных результатов испытаний уральские механики усовершенствовали конструкцию и в 1835 г. построили второй более мощный паровоз, который уже мог везти до 17 т груза (рис. 1.16).

 

 

 

Первые промышленные железные дороги и зарубежный опыт послужили созданию первой в России Царскосельской железнодорожной линии общего пользования, проект которой был утвержден Указом Николая I от 15 апреля 1836 г. Строительство этой дороги началось 1 мая 1836 г. акционерным обществом под руководством известного специалиста в данной области, австрийского инженера, профессора Венского политехнического института Франца Антона Герстнера, приглашенного для этой цели.

Официальное открытие Царскосельской железной дороги длиной 25 км состоялось в 1837 г. Ширина колеи дороги, соединяющей Петербург с Царским Селом (г. Пушкин) и Павловском, составляла 6 футов (1829 мм), что определялось необходимостью перевозки громоздких грузов, в том числе и карет.

Желто-голубые поезда, состоящие из вагонов-карет, вначале передвигались лошадями. Позже появились паровозы, приобретенные за границей, носившие громкие названия «Богатырь», «Слон», «Лев», «Проворный», «Орел», «Сокол», «Россия». Подвижной состав, рельсы и скрепления закупались за рубежом, но часть вагонов для грузов, паровые машины для водоснабжения, дорожные механизмы и др. изготовлялись в Петербурге на Александровском заводе.

В день открытия Царскосельской железной дороги 30 октября (11 ноября) 1837 г. состав из восьми вагонов с паровозом впереди стоял у перрона здания станции. По приглашению членов правления дороги пассажиры заняли свои места и в 12 ч 30 мин по удару колокола поезд, управляемый Ф. А. Герстнером, плавно отошел от платформы. Средняя скорость движения составляла примерно 30 км/ч, а максимальная достигала до 60 км/ч. Ко дню открытия на Царскосельской железной дороге находилось шесть паровозов, 44 пассажирских и 19 грузовых (товарных) вагонов. Царскосельская железная дорога оставалась в России единственной рельсовой дорогой общего пользования на протяжении почти 15 лет (рис. 1.17).

 

Царскосельская дорога стала опытным полигоном транспортного строительства. В 1841 г. на ней проводились исследования с целью установить значение коэффициента сцепления колес паровоза с рельсами, что требовалось при проектировании новых магистралей. В 1843 г. здесь организовали испытания паровозов нескольких зарубежных фирм, чтобы выбрать прототип для производства на Александровском заводе в Петербурге. Жители Петербурга высоко оценили этот новый вид транспорта. Однако эта пригородная линия не позволяла определить экономическую эффективность магистральных дорог, дать оценку доходности грузовых и пассажирских перевозок. В передовых же странах Европы и Америки интенсивно развивалось строительство железных дорог. В России с возрастающей потребностью промышленности и торговли продолжалось противоборство между сторонниками железных дорог и водных путей сообщения. Требовалось научно и объективно обобщить опыт эксплуатации построенных рельсовых линий и всесторонне исследовать их экономические показатели. С этой целью в июне 1837 г. были командированы за границу на 15 месяцев профессора Института Корпуса инженеров путей сообщения П. П. Мельников и С.В. Кербедз. После ознакомления с опытом работы зарубежных железных дорог, а также прослушав лекции и беседы деятелей науки и техники, в том числе Дж. Стефенсона, профессора составили подробный технический отчет, изложив в нем обзор увиденного и результаты собственных исследований по коренным транспортным проблемам.

Вторая командировка профессоров института полковника Н. О. Крафта и подполковника П.П. Мельникова была организована в США на один год, где они подробно изучили строящиеся и эксплуатируемые железные дороги и установили научные контакты со многими специалистами. Они знакомили русскую общественность с опытом строительства и эксплуатации американских железных дорог.

Глубокая эрудиция и результаты командировки позволили П.П. Мельникову в работе «Численные данные относительно железных дорог и применение их к дороге между Петербургом и Москвой» дать научное технико-экономическое обоснование строительства Петербург-Московской железнодорожной магистрали. Строительство ее протяженностью 650 км было начато в 1843 г. Первого ноября 1851 г. самая большая в мире по протяженности двухпутная железная дорога была открыта, и по ней из Петербурга в Москву отправился «народный» поезд. Так начала работать первая русская магистраль, являющаяся частью Октябрьской железной дороги. Эта магистраль была крупнейшим инженерно-техническим сооружением середины XIX века, опыт стройки которой сыграл большую роль в развитии железнодорожного строительства, способствовал экономическому и общественному развитию России.

К 1860 г. железнодорожная сеть России имела протяженность около 1590 км, а во всем мире насчитывалось почти 108 тыс. км железных дорог, в том числе в США — более 49 тыс., в Великобритании — около 17 тыс., в Германии — около 11 тыс. км. К 1875 г. в России было проложено свыше 20 тыс. км железных дорог, к концу XIX столетия длина сети составила 53,2 тыс. км., а вначале 1900-х гг. было построено еще 22,6 тыс. км. Более полутора столетий прошло с тех пор. Неузнаваемо изменились за это время железные дороги в мире и особенно в нашей стране, ставшей поистине железнодорожной державой. Вплоть до конца XIX века на железных дорогах единственным типом локомотива был паровоз (рис. 1.18).

Первым тепловозом можно считать вагон-газоход, курсировавший на Дрезденской городской железной дороге в 1892 г. Мощность его двигателя составляла 10 л. с. (7,35 кВт) (рис. 1.19). Немецкий инженер Рудольф Дизель продемонстрировал в 1893 г. образец двигателя внутреннего сгорания, на который им в 1892 г. был получен патент. В 1897 г. Р. Дизель создал первый надежный двигатель этого типа, который был назван именем инженера. Первый дизель имел мощность 20 л. с. (14,7 кВт), его коэффициент полезного действия был выше, чем у паровых машин, и не зависел от размеров двигателя (рис. 1.20). Технико-экономические преимущества дизеля нашли широкое применение на транспорте, в частности, в тепловозах.

 

 

 

 

 

Первые проекты тепловозов в России появились в начале XX века. В 1905 г. инженер Н. Г. Кузнецов и полковник А. И. Одинцов выступили в Русском техническом обществе с докладом о проекте тепловоза с электрической передачей, названного ими «локомотив». Предложенная схема локомотива явилась прообразом тепловоза с электрической передачей, получившей в последующем наибольшее распространение. В 1906 г. профессор В.И. Гриневецкий изобрел оригинальный двухтактный нефтяной реверсивный двигатель, который мог работать без промежуточной передачи и предназначался для применения и на тепловозах. В 1912—1913 гг. группой инженеров под руководством В.И. Гриневецкого был разработан проект тепловоза с газовой передачей (проект А.Н. Шелеста). На Ташкентской железной дороге в 1913 г. Ю.В. Ломоносовым и А.И. Липецем был разработан проект тепловоза с электрической передачей. В 1916 гг. был создан проект поездного тепловоза, который выполнили Б.М. Ошурков, Е.Н. Тихомиров и А.Н. Шелест под руководством В.И. Гриневецкого.

Первый магистральный тепловоз (рис. 1.21) был создан в СССР в 1924 г. по проекту Якова Модестовича Гаккеля.

 

 

 

 

Первая железная дорога с электрической тягой появилась в 1879 г. Построил ее Вернер Сименс. Длина этой дороги, демонстрация которой состоялась на промышленной выставке в Берлине, составляла 300 м. Электрический локомотив приводился в движение электродвигателем мощностью 9,6 кВт (13 л.с.) (рис. 1.22). В том же 1879 г. в городе Брейль во Франции на текстильной фабрике Дюшен-Фурье была пущена внутризаводская линия электрической железной дороги протяженностью около 2 км.

 

 

Идея использования электрической энергии для тяги рельсового транспорта в России была практически осуществлена Федором Аполлоновичем Пироцким, который в 1880 г. построил рельсовый путь для вагона с электрическим двигателем. В те же годы в США прототип электровоза построил Томас Алва Эдисон (рис. 1.23 и 1.24).

В 1895 г. в США были электрифицированы тоннель в Балтиморе и тоннельные подходы к Нью-Йорку.

В России, несмотря на ряд практических предложений и проектов, электрические локомотивы не производились вплоть до начала электрификации железных дорог, осуществляемой с 1924 г. Первый отечественный магистральный грузовой электровоз ВЛ19 (Владимир Ленин) построен в 1932 г., спроектированный Коломенским заводом совместно с заводом «Динамо» (рис. 1.25). Конструктивная схема электровоза представлена на рис. 1.26.

 

 

 

 

Первый пассажирский магистральный электровоз серии ПБ (Политбюро) был выпу-щен в 1934 г. Коломенским заводом также совместно с заводом «Динамо».

Первая уличная рельсовая дорога появилась в Англии. Название трамвай связано с именем английского изобретателя О Трама: «Трам уэй» — дорога Трама является первоначальным названием железной дороги в Лондоне, позже — электрическая железная дорога в других городах.

В 1879 г. на Берлинской выставке Э. Сименс демонстрировал электрический вагон для перевозки пассажиров. В 1881 г. в Германии была пущена первая трамвайная линия Берлин—Лихтерфельде протяженностью 2,5 км. В последующие годы трамвайное сообщение получило распространение в странах Европы и в США благодаря его очевидным технико-экономическим преимуществам и экологической чистоте по сравнению с паровой тягой. После серии испытаний в сентябре 1880 г. в Петербурге на Болотной улице была впервые проверена возможность движения электрифицированного вагона с пассажирами. Развитие трамвая в России происходило медленно из-за конкуренции с ним конно-железных дорог.

Регулярное трамвайное движение открылось в Киеве в 1892 г., в Петербурге в 1907 г. В Казани первые трамвайные линии появились в 1894 г., в Нижнем Новгороде в 1896 г. В Москве в 1899 г. открыто трамвайное движение между Бутырской заставой и Петровским парком. В начале XX века трамвай появился во многих городах России. Первые отечественные трамвайные вагоны Рижского завода «Двигатель» поступили в московские трамвайные депо в 1908 г., с 1910 г. электрические вагоны стал выпускать Мытищинский вагоностроительный завод, с 1915 г. — завод в Самаре.

До конца 50-х годов прошлого столетия по объему городских пассажирских перевозок в целом по нашей стране трамвай занимал ведущее положение. Только в начале 60-х годов трамвай уступил лидерство автобусу, а с 70-х — троллейбусу, опережая метрополитен. Разновидность трамвая — скоростной, движущийся в 1,5—2 раза быстрее обычного, оснащается малошумными вагонами повышенной вместимости и комфортабельности. При этом используется опыт проектирования и эксплуатации вагонов скоростных железных дорог. Скоростной трамвай признан целесообразным видом транспорта. Строительство скоростного трамвая обходится дешевле строительства метрополитена и его эксплуатация является удобным для пассажиров дополнением метрополитена. Городская внеуличная железная дорога-метрополитен предназначена для массовых скоростных перевозок пассажиров. Название «Метрополитен» происходит от французского слова metropolitain — столичный, в России и во многих других странах — «подземка» от английского underground, американского — subway, немецкого -- Untergrundbahn. Метро отличается большой пропускной способностью, скоростью движения поездов.

Впервые в мире внеуличная подземная железнодорожная линия длиной 3,6 км для поездов с паровой тягой была построена в Лондоне в тоннелях мелкого заложения и введена в эксплуатацию в 1863 г. Эта подземная дорога, соединяющая два железнодорожных вокзала, предназначалась в основном для грузовых перевозок с незначительным объемом пассажирских сообщений. Несмотря на дым от паровозов, метрополитен был необычайно популярен среди жителей Лондона. В 1890 г. в Лондоне была открыта первая в мире электрифицированная линия метро, применение которой ускорило развитие строительства подземных железнодорожных линий, так как позволило освободить тоннели от дыма и копоти, улучшить условия их эксплуатации.

Первая линия городской железной дороги в США была открыта в Нью-Йорке в 1868 г. Эта дорога была уложена на металлических эстакадах, а для движения вагонов применялась канатная тяга. Такое решение позволило ускорить и удешевить строительство линии метро, отпала необходимость в устройствах вентиляции. В 1871 г. канатную тягу заменили паровой, а в 1890 г. — электрической. Однако наземный метрополитен мешал городской застройке, создавал шум.

На Европейском континенте первый метрополитен был построен в Будапеште в 1896 г. В 1900 г. построены подземные линии железных дорог в Париже, позже в Мадриде, Барселоне, Токио, Стокгольме и в других городах мира.

В России проект первого метрополитена был предложен в 1902 г. инженером П.И. Ба-линским для Москвы, но не был принят Городской Думой. В годы Советской власти вопрос о строительстве метро в Москве был поднят в 1922 г., а строительство начато лишь в 1931 г. Первая очередь Московского метрополитена с 13 станциями была открыта в 1935 г. В 1955 г. Ленинградский (ныне Петербургский) метрополитен принял первых пассажиров. Затем были пущены в эксплуатацию метрополитены в Киеве (1960 г.), Тбилиси (1966 г.), Баку (1967 г.), Харькове (1975 г.), Ташкенте (1977 г.), Ереване (1981 г.), Минске (1984 г.), Горьком (ныне Нижний Новгород) и в Новосибирске (1985 г.), в Куйбышеве (ныне Самара) — в 1987 г., Свердловске (ныне Екатеринбург) — в 1991 г.

В комплекс метрополитена входят: станции с пассажирской посадочной платформой и вестибюлями; пристанционные объекты энергетического и вентиляционного хозяйства; перегонные тоннели с устройствами вентиляции и водоотлива; тупики с путевым развитием для оборота и отстоя подвижного состава; мосты и путепроводы на наземных участках линии; наземные здания для диспетчерского управления движением поездов, системой электроснабжения и электромеханическими устройствами; здания для эксплуатационного персонала; электродепо.

Железные дороги, зародившись в Англии, распространились по всему миру. Всего до 1860 года было построено примерно 100 тыс. км железных дорог, из них почти 50 тыс. в США, 16,8 тыс. - в Великобритании, 11,6 тыс. - в Германии и 9,5 тыс. км - во Франции. Из других стран, где в этот период разворачивалось железнодорожное строительство, следует отметить Бельгию, где до 1860 года было построено 1,8 тыс. км железных дорог, Испанию - 1,9 тыс., Италию - 1,8 тыс., Австро-Венгрию - 4,5 тыс. км. В России в 1851 году было завершено строительство важной для страны линии Ст.-Петербург – Москва длиной 650 км.

В 60-х годах XIX века после отмены крепостного права значительно возросли объемы железнодорожного строительства в России - в десятилетие с 1860 по 1870 годы она заняла второе место после США по вводу новых линий. В России интенсивный рост сети продолжался и далее, и лишь русско-турецкая война (1877 - 1879 гг.) несколько затормозила этот процесс. Но уже с 1892 года строительство железных дорог возобновилось. Их протяженность за 10 лет увеличилась более, чем на 20 тыс. км.

В 70 - 80-е годы XIX века объемы железнодорожного строительства продолжали возрастать. В 1880 году наибольшую протяженность железных дорог в Европе имела Германия - 33 838 км, за ней шла Великобритания - 28 854, затем Франция - 26 189, европейская часть России (с Финляндией) - 23 429 и Австро-Венгрия - 19 512 км.

В десятилетие - с 1890 по 1900 годы темп прироста мировой сети снизился до 172,7 тыс. км, но в следующее десятилетие он снова возрос до 239,8 тыс. км. В 1908 году протяженность железных дорог Земного шара превысила 1 млн км. В период 1910 - 1916 гг. железнодорожная сеть Европы возросла на 24 764 км, в том числе Италия увеличила свою рельсовую сеть на 7,6%, Голландия - на 6,4% Германия - на 6,3%, Австро-Венгрия - на 4,1%, Франция - на 4,1%, Бельгия - на 3,6%, Англия - на 2,8%, Испания - на 2,4%. Между тем Россия увеличила свою сеть на 22,6%, а США на 7,9%.

Период между первой и второй мировыми войнами имеет ряд характерных особенностей.

В ряде стран Европы наблюдается фактическая остановка развития железнодорожной сети. В Великобритании строительство новых железных дорог практически не велось. То же самое можно сказать о Чехословакии, Румынии и некоторых других странах. Однако это не относится ко всем странам Европы. В этот период сеть железных дорог Германии увеличилась примерно на 10 тыс. км.

Почти настолько же возросла длина сети во Франции. В СССР сеть увеличилась почти на 30 тыс. км. В Бельгии длина сети возросла на 1,5 тыс., в Швеции - почти на 3 тыс., в Испании - на 2 тыс. км. В Европе с 1913 по 1939 году протяженность сети возросла на 89 тыс. км.

К началу второй мировой войны примерно половина мировой железнодорожной сети приходилась на семь государств - США, СССР, Великобританию, Францию, Германию, Италию, Японию. В этих странах (кроме СССР и Италии) была достигнута очень высокая густота сети, во много раз превосходящая густоту сети стран Африки или Азии. В Европе наибольшую густоту железнодорожной сети имели Великобритания, Франция, Бельгия, Голландия, Дания, Германия, Чехословакия, Австрия, Швейцария. Менее развитая сеть была в СССР, Италии, Польше, Венгрии, Румынии, балканских и скандинавских странах. Железнодорожные линии сосредоточивались в промышленных районах.

Железнодорожная сеть СССР на 1 января 1938 года по протяженности занимала второе место в мире и составляла 85,1 тыс. км. Основные железнодорожные линии меридионального направления связали Донбасс, Кавказ и Нижнее Поволжье с Москвой, Ленинградом и северными районами страны.

В широтном направлении важная роль принадлежала железнодорожным линиям, идущим из Москвы, Ленинграда и Донбасса на Урал и в Среднюю Азию. Большое значение имела Транссибирская магистраль, связавшая районы Урала, Сибири и Дальнего Востока. «Турксиб» обеспечил кратчайший путь из Средней Азии в Сибирь и на Дальний Восток. Но густота сети СССР была невелика.

После второй мировой войны железнодорожная сеть СССР стала восстанавливаться, а затем и возрастать. На 1989 год ее общая длина составила 1234,9 тыс. км.

 

§ 2. Паровозы, тепловозы, электровозы

Бурный рост промышленности и торговли в конце XIX века повлек за собой столь же стремительное развитие всех отраслей железнодорожного транспорта. Возникла проблема увеличения провозной способности железных дорог, а вместе с ней необходимость повышения силы тяги, мощности и топливной экономичности паровоза. Конструкция паровоза в основном сфор-мировалась к 1900 году и сохранилась до последних лет его постройки. Целесообразность увеличения мощности паровозов, особенно грузовых, диктовалась также коммерческими соображениями.

К началу XX века стало очевидным, что затраты на перевозку грузов уменьшаются с увеличением массы поездов. Русский профессор Ю.В. Ломоносов еще в 1924 году говорил, что особо поучителен пример американских дорог: они жгут в час почти вдвое больше угля, чем наши, но они раза в три сильнее наших и в результате, несмотря на дороговизну рабочих рук в Америке, себестоимость тонно-километра перевозимого груза там значительно ниже, чем у нас.

Увеличение энергетической мощности локомотива целесообразно лишь при наличии возможности преобразования ее во внешнюю механическую работу, затрачиваемую на передвижение поездов, то есть при обеспечении надежной реализации высоких значений силы тяги. Таким образом, назревшая необходимость возрастания мощности паровозов неизбежно влекла за собой увеличение числа спаренных (ведущих) осей, нагрузки на ось или того и другого вместе. До начала XX столетия господствующим типом грузовых паровозов в Европе были трехосные машины с осевой формулой 0-3-0, в Америке - паровозы с четырьмя сцепными осями 1-4-1 (типа «Микадо»).

В 20-е годы преобладающими типами грузовых паровозов в странах Европы стали паровозы 1-4-0, 1-5-0 при нагрузках на ось 20 т, германские железные дороги имели несколько танк-паровозов типа 1-5-1 с нагрузкой на ось 25 т для вождения тяжелых грузовых поездов.

В Соединенных Штатах Америки и Канаде наибольшее распространение получили грузовые паровозы с пятью движущимися осями типов 1-5-0 (Декапод), 1-5-1 (Санта-Фе), 1-5-2 (Техас) с нагрузкой на ось примерно 27 т; для дорог с более мощным верхним строением были построены паровозы с нагрузкой на ось до 35 т.

С дальнейшим увеличением мощности грузовых паровозов в Европе и Америке стали создаваться паровозы с числом спаренных осей в жесткой раме более пяти. Впервые паровоз с шестью спаренными осями был построен в 1912 году в Австрии; в 1918 году для Вюртемберских железных дорог был построен паровоз 1-6-0; в 1931 году в Польше был создан паровоз 1-6-2 для горных участков Болгарии, сила тяги этого паровоза 270 кН.

В 1926 году для Тихоокеанской железной дороги был построен трехцилиндровый шестиосный паровоз 2-6-1 для работы на участках с крутыми и затяжными подъемами. Этот паровоз имел силу тяги 438 кН при мощности 3490 кВт (4750 л. с.). Парк этих машин достиг 60 паровозов.

На железных дорогах Советского Союза до создания в 1931 году мощного паровоза ФД парк грузовых паровозов состоял в основном из паровозов 0-5-0 серии Э и паровозов 1-5-0 серии Е различных модификаций с расчетной силой тяги 181-195 кН (18,1-19,5 тс) и осевыми нагрузками 15,6-17,1 т. В 1934 году был начат массовый выпуск паровоза 1-6-0 серии СО, созданного на базе паровоза Э^м, имеющего расчетную силу тяги 199 кН при нагрузке на ось 17,5 т.

В 1931 году Луганский паровозостроительный завод начал выпуск грузовых паровозов серии ФД типа 1-5-1 с расчетной силой тяги 233 кН (23,3 тс). Это был самый мощный в Европе паровоз массового выпуска того времени с расчетной мощностью 1910 кВт (2600 л. с.). В течение ограниченного времени реализовались мощности до 2130 кВт (2900 л. с.).

В 1935 году на Ворошиловградском заводе был построен опытный грузовой паровоз типа 2-7-2. Это был единственный паровоз в мире с семью спаренными осями в жесткой раме. Его расчетная сила тяги составляла 280 кН (28,0 тс), развиваемая мощность - до 2940 кВт (4000 л.с.). Паровоз практически не был использован в поездной работе из-за разрушительных воздействий столь сложного экипажа на верхнее строение пути.

В послевоенный период паровозостроения в СССР были выпущены два серийных типа грузовых паровозов с пятью сцепными осями в жесткой раме с нагрузкой на ось 18 т: паровозы 1-5-0 серии Л и 1-5-1 серии ЛВ с расчетной силой тяги соответственно 221,5 и 231,5 кН. Условия эксплуатации и требования перевозочной работы позволяли обходиться паровозами, имеющими не более четырех-пяти спаренных осей в единой раме.

Рост грузооборота железных дорог, прокладка трасс в горных условиях потребовали создания паровозов с большим числом осей. Опасаясь высоких боковых воздействий движущих осей на путь при многоосных жестких экипажах, паровозная техника пошла по пути создания мощных многоосных паровозов при экипаже сочлененного типа. Наибольшее распространение получил сочлененный паровоз типа «Маллет», впервые построенный в 1894 году. Известны также другие типы сочлененных паровозов, не получившие, однако, широкого распространения из-за своей сложности и высоких ремонтных расходов: паровозы Ферли, Гаратта, Гольве, Дю-Буске и др. Паровоз типа «Маллет» имел, как правило, две рамы: заднюю, жестко прикрепленную к котлу, и подвижную переднюю, соединенную с задней при помощи шкворня. Каждая рама располагалась на отдельной группе спаренных движущих осей (от двух до пяти), имевших свою паровую машину. Наибольшее распространение такие паровозы получили на железных дорогах США и Канады (впервые в 1904 году на железных дорогах штатов Балтимор и Огайо).

Американские сочлененные паровозы обеспечивали реализацию расчетной силы тяги 660 кН (паровоз типа 1-5+5-1). В 1915-1916 гг. в Соединенных Штатах Америки был создан тройной сочлененный грузовой паровоз (триплекс) «Маллет» с 12 сцепными осями типа 1-4+4+4-1 для железных дорог Эри и Вергинской. Третья группа ведущих осей этого паровоза с машиной располагалась под тендером. Расчетная сила тяги триплекса составляла 72,6 кН. Для увеличения мощности грузовых паровозов без изменения их размеров и существенного возрастания нагрузки на сцепные оси на американских паровозах применяли вспомогательный паровой двигатель - бустер (паровозы Лайма). Бустерный двигатель, как правило, располагался на задней (поддерживающей) тележке паровоза и включался в действие периодически: при трогании и разгоне тяжелого поезда, малых скоростях движения на подъемах.

В России первые сочлененные грузовые паровозы нормальной колеи были построены Брянским и Путиловским заводами по проекту завода Хеншеля в 1898-1899 гг. для Московско-Казанской железной дороги. Паровозы типа 0-3+3-0 получили серию Q. Позже, в 1903 году, такие паровозы были заказаны и для Сибирской железной дороги. Сила тяги паровоза Q доходила до 140 кН, что приводило к разрывам винтовой упряжи первых вагонов поезда. В 1949 году Коломенским паровозостроительным заводом им. В. В. Куйбышева был построен опытный образец сочлененного грузового паровоза П-34 типа 1-3+3-1 с расчетной силой тяги 242 кН. Мощный паровоз П-34 с относительно невысокой осевой нагрузкой предназначался для широкого использования на линиях, имеющих верхнее строение пути, соответствующее техническому уровню предвоенных лет. В 1954 году на том же заводе были построены два опытных сочлененных паровоза П-38 типа «Маллет» 1-4+4-2. Расчетная сила тяги паровоза составляла 400 кН. Это был самый мощный советский паровоз.

Мощность паровоза, которая может быть реализована достаточно продолжительное время при прочих равных условиях, непосредственно зависит от паропроизводительности котла, то есть размеров испаряющей поверхности котла, количества и качества топлива, которое может быть эффективно сожжено в топке. Площадь колосниковых решеток и объем топок мощных паровозов, все время увеличиваясь, достигли предела возможности их отопления вручную, возникла насущная потребность в создании механического углеподатчика. Так, площадь колосниковой решетки сочлененных американских паровозов 1-4+4-1 и 1-4+4-2 достигла 7,7-16,9 кв. м. Первые попытки создания механического углеподатчика - стокера были предприняты в США в 1889 году, но они оказались неудовлетворительными. Потребовались многолетний труд, обширные специальные опыты, эксплуатационные проверки углеподатчиков многих систем, пока было создано несколько типов, отвечающих требованиям эффективного сжигания угля в паровозной топке. В результате мощные паровозы стали оснащаться стокерами двух видов: с верхней и нижней подачей топлива. Паровозы с большой площадью колосниковой решетки оснащались также стокером «Дуплекс» - с двусторонней верхней подачей угля в топку. В Советском Союзе стокеры впервые были установлены на паровозах ФД и ИС; паровоз 2-7-2 Луганского завода, имевший площадь колосниковой решетки 12 кв. м, был оборудован стокером типа «Дуплекс». Тендеры некоторых мощных американских паровозов оснащались пушером - механическим устройством, продвигающим уголь к транспортеру стокера от задней части угольного бункера. Пушер также использовался для рыхления смерзшегося угля.

Успехи применения пылеугольного отопления в стационарной энергетике вызвали интерес к этому виду отопления на паровозах. Факельное сжигание угольной пыли, устойчиво обеспечивающее повышенный коэффициент полезного действия (К.П.Д.) паровоза, явилось чрезвычайно важным резервом увеличения его мощности и экономичности при ограниченном объеме топки. Попытка применения пылеугольного отопления на паровозе впервые была сделана в США в 1900 году, в 1914 году был передан в опытную эксплуатацию первый паровоз с пылеугольным отоплением. В последующие годы инженеры-теплотехники ряда стран неоднократно возвращались к этой проблеме.

Наиболее существенные работы в этой отрасли проводились в США и Бразилии в 1917-1929 гг., в Германии - в 1923-1930 гг., затем в ГДР в послевоенные годы. В Советском Союзе вопросами пылеугольного отопления занимались в 1920-1925 гг. и в 1930-1934 гг. Был создан паровоз серии ФД с пылеугольным отоплением. В 1950-1956 гг. устройствами пылеугольного отопления были оборудованы четыре серийных типа паровоза советских железных дорог. Правда, все эти работы как в нашей стране, так и за рубежом не выходили за пределы опытных, поисковых. В процессе этих работ и создавались варианты конструкций паровозов с пылеприготовлением на паровозе и стационарным, испытывались различные принципы образования пылевоздушной смеси для факела, исследовалось применение углей различных физико-химических качеств. В ряде случаев строились опытные партии паровозов, как это было в Бразилии, Германии. Но необходимая эксплуатационная надежность работы пылеугольных паровозов не была достигнута. Сгорание массы угля в потоке факела при высоких температурах, происходящее не только в топочном пространстве, но и в трубчатой части котла, приводило к заносу расплавленными частичками шлака задней решетки топки и жаровых труб, что резко ухудшало процесс сгорания топлива. Причем при использовании пыли из малозольных углей с высокой температурой плавления шлака время непрерывной форсированной работы котла значительно возрастает, но неизбежно имеет место процесс шлакообразования на трубчатой части котла.

В последние десятилетия мирового паровозостроения неоднократно поднимался вопрос о возможных пределах мощности паровозов, что было вызвано наличием конкуренции других видов локомотивной тяги и требованиями непрерывного увеличения пропускной способности дорог. Приведенный анализ и расчеты с учетом реальных возможностей существующих конструкций и теплотехнических качеств паровозов показали, что для европейских и американских дорог границей мощности является 5900-6600 кВт (8000-9000 л.с.), что обусловлено предельными размерами котла. Таким образом, переход на прогрессивные виды тяги - тепловозную и электрическую, происшедший в конце 50-х - начале 60-х годов, был продиктован не пределом мощностных возможностей паровоза, а значительным преимуществом новых видов тяги перед паровой по энергетической экономичности, среднесуточной производительности, а также сокращением числа работающих в локомотивном хозяйстве, улучшением условий труда.

Но паровозы не ушли в небытие подобно Атлантиде, в ряде стран (преимущественно азиатских и африканских) они до сих пор работают, в основном как маневровые локомотивы.

Ведутся и разработки по усовершенствованию паровоза. По мнению специалистов, КПД современного паровоза может быть поднят до 15%. При этих условиях затраты на эксплуатацию таких паровозов, по данным расчетов существенно ниже затрат на тепловозную тягу.

Тепловозы.

Почти столетие на железных дорогах единственным типом локомотива был стефенсоновский паровоз. В конце XIX века появились двигатели внутреннего сгорания. Сначала они были газовыми. Вагон-газоход, курсировавший на Дрезденской городской железной дороге в 1892 году, можно считать первым тепловозом. Мощность его двигателя составляла 7,35 кВт (10 л.с.). Делались попытки использования бензиновых двигателей на небольших узкоколейных маневровых тепловозах для внутризаводского транспорта.

В 1892 году Рудольф Дизель взял патент, а в 1897 году представил вариант двигателя внутреннего сгорания, который был назван его именем. Первый дизель имел мощность 14,7 кВт (20 л.с.), его коэффициент полезного действия превышал коэффициент полезного действия паровых машин и не зависел от размеров двигателя. Очень экономичный, компактный, удобный и простой по устройству дизель быстро получил широкое распространение, в том числе и на транспорте. Правда, железные дороги начали использовать дизель позже других видов транспорта. В 1912 году на линии Винтертур - Ромаспорн в Швейцарии были проведены испытания первого тепловоза мощностью 705 кВт (960 л. с.), созданного Дизелем и Клозэ. В 1913 году в Германии на линии Берлин - Мансфельд попытались использовать этот локомотив для движения пассажирского поезда. Но оказалось, что он не пригоден для поездной работы, так как развивал большую мощность лишь при больших скоростях, а при трогании с места и на подъемах мощности не хватало. Выяснилось, что двигатель внутреннего сгорания без специальной передачи между ним и движущими колесами не может обеспечить необходимые тяговые качества локомотива, диктуемые разнообразными факторами работы железной дороги - профилем пути, скоростью движения, массой поезда, погодными условиями и др. Предлагались, проектировались и создавались тепловозы с механической, электрической, гидравлической, газовой и другими типами передач. В годы первой мировой войны фирмой «Крош» (Франция) были построены узкоколейные тепловозы мощностью 88 кВт (120 л. с.) с электрической передачей, а заводом Балдвина (США) - с механической передачей автомобильного типа. Шведский узкоколейный тепловоз мощностью (88 кВт) с электрической передачей был построен в 1922 году.

В 1924 году в Ленинграде был создан магистральный тепловоз ГЭ1 (Щ^эл 1) системы Я. М. Гаккеля мощностью 735 кВт (1000 л. с.) с электрической передачей. В ноябре 1924 года тепловоз вышел на железнодорожную магистраль и в январе 1925 года прибыл в Москву. Одновременно в Москве появился тепловоз с электрической передачей Э^эл 2 мощностью 880 кВт (1200 л. с.), построенный в Германии по проекту русских инженеров, так же как и тепловоз с механической передачей Э^мх 3, поступивший в эксплуатацию на сеть советских железных дорог в 1927 года.

В 1930 году в Дании на тепловозную тягу была переведена четвертая часть всей сети. На железных дорогах США в 1936 году было 185 тепловозов средней мощностью 400 кВт (540 л. с.). Первоначально здесь строились маневровые тепловозы мощностью 220 кВт (300 л. с.). В 1940 году появились первые многосекционные грузовые и универсальные (для грузовой и пассажирской службы) локомотивы. Мощность секции с одним дизелем составляла 990 кВт (1350 л. с.), а с двумя - 1470 кВт.

До второй мировой войны на заводах СССР, кроме тепловоза Щ^эл 1, были построены единичные экземпляры тепловозов O^эл 6, О^эл 7, О^эл 10, ВМ, О^эл 9 и несколько десятков тепловозов серии Э^эл. Тепловозная тяга впервые была введена на бывшей Ашхабадской железной дороге на протяжении более 700 км.

Широкое внедрение тепловозной тяги началось после окончания второй мировой войны. В СССР один за другим с небольшим интервалом появляются тепловозы ТЭ1 мощностью 735 кВт (1000 л.с.) и двухсекционный тепловоз ТЭ2 мощностью 1470 кВт (2000 л. с.). В 1953 году был построен