Железнодорожный транспорт. Первые локомотивы и современные поезда - Александр Алексеевич Прасол

участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением обслуживаются именно электрической тягой. И это не случайно. Ведь и в том, и в другом случае преимущества электроэнергии очевидны. Линии электропередачи не очень протяженные, что не дает большого падения напряжения из-за потерь при сопротивлении. К тому же такая тяга не ухудшает экологическую обстановку, за которую развернулась нешуточная борьба в последние годы.

Но для большинства участков железных дорог целесообразнее использовать автономные локомотивы. Они же играют существенную роль и во время боевых действий, стихийных бедствий и иных катаклизмов. Здесь заменой паровозу давно стали тепловозы, оснащенные двигателем конструкции Рудольфа Дизеля.

Мы уже познакомились с основными видами передачи энергии от дизеля к колесным парам: электрические, гидравлические и механические. Электрическая передача является наиболее эффективной. Тепловозы с такой передачей имеют лучшую тяговую характеристику, электропередача также позволяет соединять несколько секций тепловоза и управлять ими из однои кабины. Кроме того, возможно использование электродинамического торможения, при котором ТЭД используются в качестве генераторов, а вырабатываемая ими электроэнергия гасится в тормозных резисторах. По сравнению с пневматическими тормозами электродинамическое торможение более эффективно, резко уменьшается износ тормозных колодок, снижается опасность юза колесных пар. Недостатками электропередачи является большая масса и относительная дороговизна оборудования.

История возникновения тепловозов очень интересная и изобилует забавными и иногда курьезными примерами. Первый локомотив с ДВС был построен Готтлибом Даимлером. Это была двухосная узкоколейная мотриса, впервые продемонстрированная 27 сентября 1887 года на фольклорном фестивале в Штутгарте. На ней был установлен двухцилиндровый газовый двигатель внутреннего сгорания мощностью 10 л. с.

Однако для применения на железных дорогах нужен был мощный двигатель на жидком или твердом топливе. Самый экономичный, получивший широчайшее распространение двигатель создал немецкий инженер Рудольф Дизель. Он реализовал основную идею дизельмотора – постепенное сгорание топлива, которая была высказана еще С. Карно. Дизель предложил сжимать в цилиндре чистый воздух, а после его нагрева в результате сжатия впрыскивать туда топливо. В 1892–1897 годы он разрабатывает компрессорный двигатель с воспламенением от предварительно сильно сжатого в цилиндре воздуха. Первоначально в качестве топлива предполагалось использовать угольный порошок, так как своей нефти Германия не имела. Однако решить проблему очистки цилиндра от продуктов сгорания Дизелю не удалось. Да и угольная пыль была абразивом, и трущиеся поверхности очень быстро изнашивались. Зато новый двигатель прекрасно работал на отходах перегонки нефти, которые стали называть дизельным топливом и даже на сырой нефти.

Первый двигатель, построенный Дизелем в 1897 году на заводе в Аугсбурге, имел один цилиндр диаметром 250 мм, ход поршня составлял 400 мм. Высота двигателя была 3 м. Двигатель развивал мощность около 20 л. с. при 172 об/мин. Он работал на сырой нефти, расходуя 258 г топлива на 1 л. с. в час. В 1898 году этот мотор был представлен на выставке в Мюнхене. Через год в Мюнхене были представлены уже пять дизельных двигателей, произведенных на Аугсбургском машиностроительном заводе, а также заводах Отто и Круппа. Еще больший успех имел двигатель Дизеля на Парижской выставке 1900 года. В 1904 году в России Г. В. Тринклер создает менее громоздкии и еще более экономичный бескомпрессорный дизель.

Двигатель Дизеля

Первоначально дизели, приводившие в движение станки, мельницы и генераторы, устанавливались с ременнои передачеи, что создавало определенные неудобства, особенно для электростанции, но вскоре стали применять зубчатые передачи. Целыи ряд машиностроительных заводов Европы приступил к выпуску дизелеи. За период 1912–1932 годы только три ведущих дизельных завода: «Братья Зульцер» (Швеицария), «MAN» (Германия) и «Бурмеистер и Веин» (Дания) выпустили различных дизелеи общеи мощностью 9 300 тыс. л. с. Дизель находит широкое применение не только как стационарныи двигатель для замены паровых машин, но и в речном и морском флоте, а также на локомотивах. Особенно бурно дизелестроение начало развиваться с 1930‐х годов, когда они нашли применение в морском флоте, а также в автомобиле- и тракторостроении.

Несмотря на все очевидные преимущества тепловозов перед паровозами, первый экспериментальный тепловоз для работы на магистральных линиях был разработан только в 1909 году. Проект был выполнен Адольфом Клозе под руководством Рудольфа Дизеля. К сентябрю 1912 года 100‐тонный локомотив «Термо» был построен на заводе Борзиг концерна Зульцер. На этом тепловозе были установлены два дизеля – основной мощностью 750 л. с. и вспомогательный – мощностью 250 л. с. Последний использовался для подачи сжатого воздуха в цилиндры в момент движения с места, при маневрах и для турбонаддува в режиме повышенной мощности. Однако из-за возникших проблем с механической передачей, смерти Р. Дизеля, а также начавшейся в 1914 году Первой мировой воины работы над тепловозом в Европе были прекращены.

Их разработка переместилась в США, которые из бремени войны вышли экономически более развитыми. Появлению серийных тепловозов очень поспособствовал закон, запрещавший с 1908 года использование паровозов сначала в районе Манхэттена, а затем с 1931 года и всего Нью-Йорка и его пригородов.

К этому времени у некоторых компаний уже были разработаны удачные модели тепловой тяги. Фирма General Electric (GE) в 1907–1909 годах организовала производство бензиновых мотовозов небольшой мощности. В 1913 году для линии, связывающей Нортфилд и Миннеаполис, в штате Миннесота был построен мотовоз мощностью 350 л. с. весом 57 тонн.

Он оснащался двумя газолиновыми двигателями, приводившими через электропередачу четыре электродвигателя на тележках. Его общая компоновка сохранилась на современных односекционных тепловозах. Всего GE с 1909 по 1917 год было построено более 80 бензиновых мотовозов. В 1917 году General Electric сворнуло производство бензиновых мотовозов и перешло на более дешевое дизельное топливо. Специально для тепловозов в компании был разработан и построен свой дизель. Первые опытные образцы дизельных локомотивов выпускались GE в 1917–1918 годах. Однако три первых проданных локомотива были признаны неудовлетворительными и возвращены компании. К тому же мощность этих локомотивов была невелика, что не позволяло использовать их в качестве магистральных. Вскоре General Electric прекратила работу над тепловозами, возобновив ее только в 1936 году.

Первые грузовые тепловозы появились 1928 году в результате сотрудничества нескольких американских и канадских локомотивостроительных компаний. Однако до 1930‐х годов переводить железные дороги на тепловозную тягу было нецелесообразно. У построенных мотовозов не было системы управления электропередачей, поэтому мотористу приходилось одновременно вручную регулировать обороты дизеля и напряжение генератора в условиях все время меняющихся скорости движения и нагрузки.

Производство двигателей внутреннего сгорания в России началось с дизелей почти одновременно с Западной Европой. Эти моторы очень хорошо подходили для многочисленных небольших предприятий, составлявших