Вопросы для подготовки к зачету

1. Исторические, экономические, технические предпосылки создания железнодорожного транспорта. 4

2. История строительства первых железных дорог мира. 4

3. Создание железной дороги С.-Петербург - Царское Село 4

4. Развитие железнодорожной сети мира во второй половине XIX-XX в. 4

5. Международные железнодорожные организации, транспортные органы ООН 4

6. Высокоскоростной железнодорожный транспорт — современное направление в развитии железных дорог 4

7. Создание трансконтинентальных и межконтинентальных магистралей. 4

8. Железные дороги Европы. Прошлое и настоящее. 4

9. Железные дороги Америки. Прошлое и настоящее. 4

10. Железные дороги Азии. Прошлое и настоящее. 4

11. Реформирование железных дорог мира в конце XX в. 4

12. История создания и развитие паровозов в XIX—XX вв. 4

13. Тепловозы, электровозы — основные виды локомотивов во второй половине XX вв. 6

15. Развитие пассажирских вагонов. 11

16. Грузовые вагоны: история и современность. 11

17. Развитие железнодорожных тормозов, сцепных приборов. 11

18. Железнодорожный путь в XIX-XX вв. 11

19. Возникновение и основные этапы развития железнодорожных станций 14

20. Вокзалы, вокзальные комплексы в XIX—XX вв. 14

21. Развитие сигнализации, средств железнодорожной связи. 14

22. Отец и сын Черепановы. (Вклад Черепановых в создание железнодорожного транспорта в России) 37

23. Проектирование и сооружение первой в России железнодорожной магистрали Санкт-Петербург-Москва 38

24. Железные дороги России на рубеже XIX-XX вв. Строительство Транссибирской магистрали. 43

25. Участие железнодорожников в рабочем и демократическом движениях, революционной борьбе в начале XX в. 45

26. Железные дороги СССР в 1920-е - 1930-е годы, их роль в социально-экономическом развитии страны. 48

27. Туркестано-Сибирская магистраль. История создания и развития. 50

28. Железнодорожная магистраль Москва-Донбасс. 55

29. Вклад железнодорожников в победу в Великой Отечественной войне. 56

30. Развитие железнодорожной сети, техническое перевооружение железнодорожного транспорта в СССР в 1950—1980-е годы. 56

31. Строительство БАМа. 59

32. Развитие железнодорожного транспорта в Российской Федерации в 1990-е гг 66

33. Всероссийский съезд железнодорожников (май 1996 г.). 68

34. Структурные реформы на железнодорожном транспорте Российской Федерации (конец 1990-х — начало 2000-х гг.) 68

35. Цели и задачи деятельности акционерного общества «Российские железные дороги» 71

36. Московская железная дорога. История развития. 75

37. Северная железная дорога. История развития. 76

38. Горьковская железная дорога. История развития 79

39. Приволжская железная дорога. История развития. 81

40. Юго-Восточная железная дорога. История развития. 82

41. История уставов железных дорог России. 83

42. Зарождение и развитие службы военных сообщений и железнодорожных войск. 88

43. Транспортная печать. 89

44. История подготовки инженеров путей сообщения в вузах России. 89

45. Подготовка специалистов среднего звена и массовых профессий для железнодорожного транспорта 93

46. ВЗИИТ, РГОТУПС, РОАТ: история и современность. 95

47. Ученые РОАТ — железнодорожному транспорту (внедрение научных разработок академии на железнодорожном транс­порте). 98

48. Библиотеки и музеи железнодорожного транспорта. 98

1. Исторические, экономические, технические предпосылки создания железнодорожного транспорта. 3

2. История строительства первых железных дорог мира. 3

3. Создание железной дороги С.-Петербург - Царское Село 3

4. Развитие железнодорожной сети мира во второй половине XIX-XX в. 3

5. Международные железнодорожные организации, транспортные органы ООН 3

6. Высокоскоростной железнодорожный транспорт — современное направление в развитии железных дорог 3

7. Создание трансконтинентальных и межконтинентальных магистралей. 3

8. Железные дороги Европы. Прошлое и настоящее. 3

9. Железные дороги Америки. Прошлое и настоящее. 3

10. Железные дороги Азии. Прошлое и настоящее. 3

11. Реформирование железных дорог мира в конце XX в. 3

12. История создания и развитие паровозов в XIX—XX вв. 3

13. Тепловозы, электровозы — основные виды локомотивов во второй половине XX вв. 5

14. Развитие пассажирских вагонов. 9

15. Грузовые вагоны: история и современность. 9

16. Развитие железнодорожных тормозов, сцепных приборов. 9

17. Железнодорожный путь в XIX-XX вв. 9

18. Возникновение и основные этапы развития железнодорожных станций 12

19. Вокзалы, вокзальные комплексы в XIX—XX вв. 12

20. Развитие сигнализации, средств железнодорожной связи. 12

21. Отец и сын Черепановы. (Вклад Черепановых в создание железнодорожного транспорта в России) 35

22. Проектирование и сооружение первой в России железнодорожной магистрали Санкт-Петербург-Москва 36

23. Железные дороги России на рубеже XIX-XX вв. Строительство Транссибирской магистрали. 42

24. Участие железнодорожников в рабочем и демократическом движениях, революционной борьбе в начале XX в. 44

25. Железные дороги СССР в 1920-е - 1930-е годы, их роль в социально-экономическом развитии страны. 46

26. Туркестано-Сибирская магистраль. История создания и развития. 48

27. Железнодорожная магистраль Москва-Донбасс. 53

28. Вклад железнодорожников в победу в Великой Отечественной войне. 55

29. Развитие железнодорожной сети, техническое перевооружение железнодорожного транспорта в СССР в 1950—1980-е годы. 55

30. Строительство БАМа. 57

31. Развитие железнодорожного транспорта в Российской Федерации в 1990-е гг 64

32. Всероссийский съезд железнодорожников (май 1996 г.). 66

33. Структурные реформы на железнодорожном транспорте Российской Федерации (конец 1990-х — начало 2000-х гг.) 66

34. Цели и задачи деятельности акционерного общества «Российские железные дороги» 69

35. Московская железная дорога. История развития. 73

36. Северная железная дорога. История развития. 74

37. Горьковская железная дорога. История развития 77

38. Приволжская железная дорога. История развития. 79

39. Юго-Восточная железная дорога. История развития. 80

40. История уставов железных дорог России. 81

41. Зарождение и развитие службы военных сообщений и железнодорожных войск. 85

42. Транспортная печать. 87

43. История подготовки инженеров путей сообщения в вузах России. 87

44. Подготовка специалистов среднего звена и массовых профессий для железнодорожного транспорта 90

45. ВЗИИТ, РГОТУПС, РОАТ: история и современность. 93

46. Ученые РОАТ — железнодорожному транспорту (внедрение научных разработок академии на железнодорожном транспорте). 96

47. Библиотеки и музеи железнодорожного транспорта. 96

1. Исторические, экономические, технические предпосылки создания железнодорожного транспорта.

2. История строительства первых железных дорог мира.

3. Создание железной дороги С.-Петербург - Царское Село

4. Развитие железнодорожной сети мира во второй половине XIX-XX в.

5. Международные железнодорожные организации, транспортные органы ООН

6. Высокоскоростной железнодорожный транспорт — современное направление в развитии железных дорог

7. Создание трансконтинентальных и межконтинентальных магистралей.

8. Железные дороги Европы. Прошлое и настоящее.

9. Железные дороги Америки. Прошлое и настоящее.

10. Железные дороги Азии. Прошлое и настоящее.

11. Реформирование железных дорог мира в конце XX в.

12. История создания и развитие паровозов в XIX—XX вв.

Паровоз – автономный локомотив с паросиловой установкой, обеспечивающей за счет энергии сжатого пара необходимую силу тяги для движения по рельсовой колее.

Устройство и принцип действия паровоза

Паровозы имеют три основные взаимосвязанные части: паровой котел, паровая машина и экипаж. Паровой котел и паровая машина составляют паросиловую установку.

Паровой котел является первичным источником энергии, служит для получения пара. Нагретый пар из котла поступает в цилиндры паровой машины, где тепловая энергия преобразуется в механическую энергию прямолинейного движения поршня, через кривошипно-шатунный механизм – в энергию вращения колес.

Это оборудование установлено на раме экипажной части паровоза, к которой относятся поддерживающие раму тележки с рессорным подвешиванием, буксами, колесными парами и упряжными приборами. Экипаж паровоза является передвижным основанием (остовом) паровоза, служит для несения оборудования и  передвижения паровоза по рельсам.

В прицепляемом к локомотиву вагоне – тендере или на самом паровозе размещают запасы воды, топлива и смазки.

Из истории создания первых паровозов

Первый в мире паровоз был изобретен Ричардом Тревитиком в 1803 г. в Великобритании.

Краткая история строительства первых паровых локомотивов рассмотрена в первой теме, подробнее остановимся на деятельности Дж. Стефенсона, построившего первый практически пригодный паровоз.

Английский инженер Джордж Стефенсон внес решающий вклад в создание паровозов, построив несколько паровозов.

Первый  паровоз Стефенсона «Блюхер» (1814 г.) мог передвигать 8 повозок массой 30 т со скоростью 6 км/ч.  Паровая машина паровоза имела 2 цилиндра, действовавших на зубчатые колеса, последние передавали движения колесам с гладкими ободами. Для усиления силы тяги впервые был применен «выпуск мятого пара» из цилиндров в дымовую трубу через конус, что дало возможность увеличить производительность котла.

В устройство паровоза «Эксперимент» (1815 г.) Стефенсон внес ряд усовершенствований, в т.ч. заменил зубчатую передачу непосредственным соединением поршней цилиндра с ведущими колесами через систему шатуна и кривошипа.

В 1816 г. в паровозе для устранения тряски экипажа впервые были применены «паровые» рессоры, которые позднее были заменены пружинными.

Паровоз «Локомоушн № 1», построенный для дороги Стоктон-Дарлингтон в 1825 г., был аналогичным предыдущим, перевозил грузы со скоростью 18-25 км/час.

В 1829 г. Дж. Стефенсон вместе с сыном Ричардом для железной дороги Ливерпуль – Манчестер построил паровоз «Ракета» (Rocket). В этом паровозе была успешно использована идея многотрубного котла английского инженера Г. Бута. В 25 трубах котла циркулировала не вода, как в предыдущих конструкциях, а горячие газы. Таким образом, Стефенсон  впервые применил жаротрубный котел. После перемены конуса скорость паровоза удалось увеличить до 45 км/час.

Паровоз «Ракета» доказал целесообразность применения паровой тяги, обусловил дальнейшее развитие железнодорожного транспорта и локомотивостроения.

В России первые паровозы были построены в 1834 и 1835 гг. механиками и изобретателями Е.А. и М.Е.Черепановыми, крепостными заводчиков Демидовых. Паровозы развивали скорость до 15 км/час, работали на шахте как вывозные локомотивы. Выпуск отечественных паровозов начался в 1845 г. для строившейся магистрали С.-Петербург – Москва.

Бурный рост промышленности и торговли в XIX веке требовали увеличения провозной способности железных дорог, соответственно повышения мощности, силы тяги, топливной экономичности паровоза. Труды многих инженеров и изобретателей в разных странах сделали паровоз совершенным тяговым средством на уровне науки и техники того времени.

Основные направления совершенствования паровозов:

1) Формирование конструкции паровоза

В течение всего периода производства и эксплуатации паровозов сохранялась их первоначальная компоновка. К началу XX века окончательно сложилась устоявшаяся конструкция паровоза.

В 1930-е гг. во многих странах начали эксплуатироваться паровозы с обтекаемым кожухом, позволявшие экономить энергию и увеличить скорость движения. Среди них: паровоз «Атлантик» для знаменитого поезда «Гайавата» (США), паровоз ИС (Иосиф Сталин) для экспресса «Красная стрела» (СССР).

Английский паровоз «Маллард» в 1938 г. во главе поезда массой 240 т достиг скорости 202 км/ч, что занесено в книгу рекордов Гиннеса как рекорд скорости при паровой тяге.

2) Повышение мощности и тяговой силы паровоза

Для повышения мощности паровоза был изобретен пароперегреватель, позволивший перейти к использованию высоко перегретому пару с температурой более 350 градусов С;-повышалось давление пара в котле (с 1,7-1,8 до 6,0 МПа и более). Были введены новые типы паровых машин (например, компаунд-машины).

Повышение силы тяги локомотива достигалось увеличением числа движущих (ведущих) осей, нагрузки от осей движущих колесных пар на рельсы.

На рубеже XIX – XX веков основным типом грузовых паровозов в Европе были 3-осные машины с осевой формулой 0-3-0, в Америке – 4-осные 1-4-1 (типа «Микадо»). В России массовыми стали 4-осные паровозы серий Ов, С; 5-осный паровоз серии Э.

Осевая формула выражает назначение колесных пар локомотива: I цифра – число передних поддерживающих (бегунковых) осей; II – число движущих (сцепных), III – число задних поддерживающих осей.

В 1920-е – 30-е гг. преобладающими типами грузовых паровозов в странах Европы стали паровозы типа 1-4-0, 1-5-0 при нагрузке на ось 20 т, германские железные дороги имели танк-паровоз типа 1-5-1 с нагрузкой на ось 25 т для вождения тяжелых грузовых поездов. В США и Канаде были распространены грузовые 5-осные паровозы с нагрузкой 27 т. В дальнейшем число спаренных осей увеличивалось.

В СССР с 1930-х гг. выпускались 5-осные паровозы: серии ФД (Феликс Дзержинский) типа 1-5-1 с расчетной силой тяги 233 кН (3,3 тыс. л.с.) – самый мощный в Европе паровоз массового выпуска того времени; серии СО (Серго Орджоникидзе) В 1935 г. был построен опытный грузовой паровоз типа 2-7-2 – единственный в мире с 7 спаренными осями в жесткой раме (мощность 2940 кВт – 4000 л.с). Этот паровоз практически не был использован в поездной работе из-за разрушительных воздействий экипажа на верхнее строение пути.

Самым мощным американским паровозом считается построенный в 1941 г. паровоз Big Boy («Большой Мальчик»). Паровоз имел длину 40 м, весил (вместе с тендером) 541 т и мог тянуть поезд массой 4000 т со скоростью 40 км/ч по пути с уклоном 11 о/оо, на равнине – более 120 км/ч.

Для снижения боковых воздействий движущих осей на путь создавались сочлененные экипажи. Наибольшее распространение получил сочлененный грузовой паровоз типа «Маллет» с осевой формулой 1-5+5-1, впервые построенный в США в 1894 г. В 1915 г. в США был построен тройной сочлененный грузовой паровоз (триплекс) с 12-ю сцепными осями типа 1-4+4+4-1. Это был паровоз гигант-рекордсмен. В России Брянский и Путиловский заводы в 1898 г. создали сочлененные 6-осные паровозы типа 0-3+3-0.

3) Повышение топливной экономичности паровоза

Увеличение энергетической мощности локомотива требовало совершенствования экономических показателей котла и паровой машины, т.е. коэффициента полезного действия преобразования химической энергии топлива в механическую работу (КПД).

Для повышения экономичности паровоза увеличивалась поверхность нагрева в котлах, площадь колосниковых решеток (с 7,7 до 16,9 кв. м), применялись паровые машины с большим числом цилиндров (2-3-4-х цилиндровых).

В результате КПД паровозов увеличился с 1,5% до 8 – 10%. Однако эта низкая энергетическая эффективность не соответствовала уровню развития техники еще в середине 1920-х гг.

Технические преимущества и недостатки паровоза

Преимуществом паровоза является его автономность.

Недостатки паровоза:

 крайне низкий КПД,

 необходимость заправки паровоза водой,

 тяжелые условия труда локомотивной бригады и др.

обусловили необходимость замены паровозов электровозами и тепловозами.

С 1930-х гг. экономически развитые страны стали переводить локомотивы на тепловозную и электрическую виды тяги.

Полностью переход на новые виды локомотивов произошел в 1950-х – 60-х гг.

Однако паровоз является одним из уникальных технических средств, созданных человечеством, поэтому интерес к нему не уменьшается. Во многих странах сохраняются паровозы-памятники: паровоз «Локомоушн» Стефенсона установлен в 1841 г. в Дарлингтоне (Англия). В ряде стран (Индия, Китай, Аргентина, Бразилия, ЮАР) продолжают эксплуатировать паровозы с использованием новейших достижений в области теплотехники и машиностроения.

13. Тепловозы, электровозы — основные виды локомотивов во второй половине XX вв.

Тепловоз – автономный локомотив, первичным двигателем которого является двигатель внутреннего сгорания, обычно дизель.

Принцип работы тепловоза

Двигатель внутреннего сгорания преобразует тепло дизельного топлива в механическую энергию коленчатого вала, вращающего якорь генератора постоянного или переменного тока, который подается к тяговым электродвигателям, приводящим во вращение колесные пары.

История создания тепловоза

Двигатели внутреннего сгорания (газовые) появились в конце XIX века. Первым тепловозом считают вагон-газоход, курсировавший на Дрезденской городской железной дороге в Германии в 1892 г. Мощность его двигателя составляла 7,35 кВт (10 л.с.). Были попытки использования бензиновых двигателей.

В 1892 г. немецкий инженер Рудольф Дизель (1858–1913) взял патент, в 1897 г. построил первый двигатель внутреннего сгорания  – двигатель с воспламенением от сжатого воздуха, вспрыснутого прямо в цилиндр с тяжелым топливом. Двигатель имел мощность 14,7 кВт (20 л.с.), его коэффициент полезного действия превышал КПД паровых машин. Этот экономичный, компактный, простой по устройству двигатель, названный именем Р.Дизеля, получил широкое распространение, в том числе и на транспорте.

В 1908 г. Р.Дизель спроектировал тепловоз – локомотив мощностью около 1000 л.с., приводимый в движение изобретенным им двигателем. В 1912 г. в Швейцарии были проведены испытания первого тепловоза мощностью 705 кВт (960 л.с.), созданного Дизелем и Клозе.

В 1913 г. в Германии на линии Берлин – Мансфельд тепловоз пытались использовать для движения пассажирского поезда. Испытания показали необходимость создания специальной тяговой передачи между двигателем и движущими колесами, т.е. специального промежуточного устройства для передачи вырабатываемой двигателем энергии колесным парам. Тепловозы начали проектировать и строить с механической, электрической, позднее гидравлической, газовой и другими типами передач.

В годы первой мировой войны во Франции были построены узкоколейные тепловозы мощностью 88 кВт (120 л.с.) с электрической передачей, в США заводом Болдуина – с механической передачей автомобильного типа.

Развитие тепловозной тяги

Тепловозная тяга стала внедряться на железных дорогах мира с 1920-х гг. В 1922 г. был построен шведский узкоколейный тепловоз мощностью 88 кВт.

В 1924 г. в СССР был создан магистральный тепловоз ГЭ1 (Щэл 1) системы Я.М. Гаккеля мощностью 735 кВт (1000 л.с.) с электрической передачей. Одновременно в Германии по проекту русских инженеров под руководством Ю.В. Ломоносова был построен тепловоз Ээл2 мощностью 880 кВт (1200 л.с.) с электрической передачей. Эти локомотивы и тепловозы Эмх3 с механической передачей в 1927 г. поступили в эксплуатацию на сеть советских железных дорог, работали на Ашхабадской железной дороге.

В 1930-е гг. тепловозная тяга получила все большее распространение в связи с изобретением гидравлической передачи, на которую в 1932 г. получил патент Феттингер. В США работали тепловозы средней мощности 400 кВт (540 л.с.), маневровые мощностью 220 кВт (300 л.с.), пассажирские тепловозы. В 1940 г. появились первые многосекционные грузовые и универсальные (для грузовой и пассажирской службы) тепловозы, мощность секции с одним дизелем которых составляла 990 кВт (1350 л.с.).

Широкое внедрение тепловозной тяги проходило после II мировой войны. Железные дороги США практически полностью перешли на тепловозную тягу. Значительной была доля тепловозов в работе железных дорог ряда стран Европы.

В СССР с начала 1950-х гг. по программе  реконструкции тяги на железнодорожном транспорте был увеличен выпуск тепловозов. Появились тепловозы ТЭ1 мощностью 735 кВт (1000 л.с.) и 2-х секционные тепловозы ТЭ2 мощностью 1470 кВт (2000 л.с.). С сер. 1950-х гг. началось серийное производство 2-х секционного тепловоза ТЭ3 мощностью 2940 кВт (4000 л.с.). В 1957 – 1970 гг. были разработаны десятки типов тепловозов, построены 15 образцов опытных локомотивов. Среди них магистральные и маневровые тепловозы с электрической передачей ТЭ10, ТЭ50, ТЭ10Л, ТЭП60 и др.; с гидравлической передачей – ТГМ2, ТГ100,ТГП60 и др. В 70-е гг. были построены тепловозы 2ТЭ121 с электрической передачей переменно-постоянного тока мощностью 2940 кВт (4000 л.с.).

Существенной переработке подвергались конструкции водяной и масляной систем охлаждения тепловозных дизелей, системы охлаждения электрических машин, вспомогательное оборудование, другие агрегаты и узлы тепловозов.

С 1980-х гг. выпускались 8-осный тепловоз ТЭ136, 9-осный тепловоз ТЭ126 (их мощность 4412 кВт – 6000 л.с.); пассажирские 6-осные тепловозы ТЭП60 мощностью 2200 кВт (3000 л.с.) и ТЭП70 мощностью 2940 кВт (4000 л.с.) с конструкционной скоростью 160 км/час.

В начале 2000-х гг. были разработаны и поставлены на железные дороги России:

магистральные грузовые тепловозы серий 2ТЭ25А «Витязь», 2ТЭ25К «Пересвет» секционной мощностью 6000 л.с., двухдизельный маневровый тепловоз ТЭМ14.

Технические преимущества тепловозов

По сравнению с паровозами тепловозы более экономичны, позволяют при эксплуатации увеличить массу поезда, сократить простой в ремонте, повысить производительность труда. Современные тепловозы имеют энергетическую эффективность (к.п.д.) 30 – 35% (среднеэксплуатационную – около 25%).

По сравнению с электровозами тепловозы являются автономными локомотивами.

Тепловозы получили наибольшее распространение на мировой сети железных дорог, в т.ч. в США, странах Западной Европы, СССР (наст. время России, СНГ).

Более 1 млн. км магистральных железных дорог мира обслуживаются тепловозами.

Непрерывно растущие требования повышения массы поездов и скоростей их движения определяют потребность создания все более мощных локомотивов, перевод их на альтернативные виды топлива, например газ.

Развитием направления использования газомоторного топлива стало создание российского маневренного газотепловоза ТЭМ19–001 мощностью 1000 кВт с газопоршневым двигателем на сжатом природном газе. Проблемы повышения массы поездов и скоростей решаются при применении в локомотивостроении газотурбинных двигателей.

Газотурбовоз – автономный локомотив, у которого основным силовым двигателем служит газовая турбина.

Краткая история создания газотурбовоза

Первые газотурбовозы были созданы в Швейцарии (1941 г.), США (1948 г.). В 1950-е гг. газотурбовозы были изготовлены в Великобритании, Швеции, Чехословакии.

Наибольший опыт эксплуатации газотурбовозов принадлежит дороге Юнион-Пасифик в США, где начиная с 50-х гг. успешно работали 25 локомотивов мощностью 3500 кВт (4800 л.с.), затем 30 – мощностью 6250 кВт (8500 л.с.), 2-хсекционные газотурбовозы мощностью 7865 кВт (10700 л.с.) возили поезда массой 10-12 тыс. т.

В СССР первый опытный образец газотурбовоза был создан и начал эксплуатироваться в 1965 г. в депо Льгов Московской ж.д. Первый локомотив с газотурбинным двигателем мощностью 2570 кВт (3500 л.с.) был построен в Коломенским тепловозостроительным заводом в 1959 г., эксплуатировался в депо Кочетовка Юго-Восточной ж.д. до 1965 г.

В 1960-е гг. в США, Великобритании, Франции, Канаде и Японии уделялось внимание созданию газотурбовозов для высокоскоростного пассажирского движения.

Наступивший в начале 1970-х г.г. энергетический кризис и резкое подорожание всех видов нефтепродуктов стали основной причиной прекращения работы в области газотурбинных локомотивов.

Перспективы использования газотурбовозов

Газотурбинный двигатель имеет преимущества перед двигателем внутреннего сгорания по массе, размерам, принципу работы, надежности и внешним характеристикам.

В последующие годы экономичность создаваемых транспортных газовых турбин возрастала, в настоящее время приблизилось к 32-34%, т.е. достаточно близка к КПД современных дизелей.

В 2008 г. в России был создан газотурбовоз ГТ1 мощностью 8300 кВт. Газотурбовоз работает на сжиженном природном газе, используя топливо, отвечающее европейским экологическим стандартам «евро-4», проводит составы из более 100 вагонов весом 10 тыс. тонн. В 2013 г. был изготовлен второй промышленный образец газотурбовоза ГТ1h. Российские газотурбовозы ГТ1h–001 и ГТ1h–002 не имеют аналогов в мире.

Опыт работы газотурбовозов показал перспективы их использования:

 возможность получения высокой мощности;

 целесообразность эксплуатации на грузонапряженных линиях в северных районах при низких температурах.

Намечаемые полигоны работы газотурбовозов – линии Новый Уренгой – Сургут – Тюмень, в перспективе – Байкало-Амурская магистраль. До 2020 г. в компанию «РЖД» должны поступить 40 магистральных газотурбовозов.

Электровоз  – неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нем тяговыми электродвигателями.

Принцип действия электровоза

Тяговый электродвигатель получает энергию из внешней энергосистемы. Эта энергия подводится от электростанций к железной дороге по высоковольтным линиям электропередачи, а к электроподвижному составу –  по контактной сети. Обратной цепью служат рельсы и земля. Электродвигатель может получать энергию от установленной на локомотиве аккумуляторной батареи. Тяговый электродвигатель приводит во вращение колесные пары подвижного состава.

История создания электровоза и электрификации железных дорог

Первые попытки использования электрической энергии для тяги поездов относятся к концу 70-х гг. XIX века. Большой вклад во внедрение электрической тяги внес Эрнст Вернер фон Сименс (1816-1892), немецкий электротехник, изобретатель и предприниматель, основатель и владелец крупных электротехнических концернов. Совершенствуя электромашины, Сименс в 1865 г. создал электрическую машину, названную вначале генератором, позже динамомашиной, которая благодаря свойству самовозбуждения могла работать как мотор и служить для электрической тяги.

В 1879 г. Вернер Сименс создал и совместно с механиком Хальске построил электрический локомотив – электровоз, напоминавший современный электрокар. На электровозе был установлен электродвигатель постоянного тока мощностью 9,6 кВт. Электрический ток напряжением 150 Вольт передавался к двигателю по контактному рельсу, обратным проводом служили рельсы, по которым двигался поезд.

Днем рождения электрической тяги принято считать 31 мая 1879 г. – на промышленной выставке в Берлине Сименс продемонстрировал построенную им электрическую железную дорогу длиной 300 м. Электровоз, на котором восседал машинист, вез 3 вагончика с 18 пассажирами-посетителями выставки – со скоростью 7 км/ч. Дорога пользовалась огромным успехом. За время работы выставки «Поезд Сименса» перевез 86 тыс. пассажиров, показав пригодность и эффективность электрической тяги.

Успех электровоза Сименса позволил перейти к практическому применению электрической тяги. В 1881 г. Сименс построил в Берлине первую в мире городскую электрическую дорогу, по существу трамвай, в 1889 г. – железную дорогу Берлин – Лихтерфельд. В 1882 г. фирма создала первый в мире образец безрельсового электрического транспорта – троллейбус – и построила троллейбусную линию в пригороде Берлина. В 1891 г. в Германии (г. Хале) был введен в эксплуатацию трамвай с воздушным контактным проводом. С начала 1880-х годов фирма, став мировым лидером в области электротехники и электрической тяги, построила городские электрические железные дороги в Германии и других странах.

В России идею использования электрической энергии для тяги рельсового транспорта осуществил Ф.А. Пироцкий: в 1880 г. в Петербурге на рельсовом пути был испытан вагон с электрическим приводом – прототип современного трамвая, вмещавший 40 пассажиров.

В 1880 г. в США знаменитый электротехник Томас Алва Эдисон, разработал конструкцию своего электровоза, в 1882 г. испытал его на железной дороге Нортен – Пасифик.

Электрическая тяга сначала применялась на городских трамвайных линиях, на промышленных предприятиях, особенно на рудниках и угольных копях, затем на перевальных и тоннельных участках железных дорог, а также в пригородном движении.

В 1895 году в США для электрифицированного тоннеля в Балтиморе и тоннельных подходов к Нью-Йорку был построен электровоз «Единство» мощностью 185 кВт (200 л.с.) со скоростью 90 км/ч. В начале 1900-х гг. в США на пригородных путях появились электропоезда, состоявшие из моторных и прицепных вагонов – настоящие электрички.

В конце XIX века на электрическую тягу перевели метрополитены – городские внеуличные (подземные и надземные) железные дороги: подземном метро в Лондоне (построено на паровой тяге в 1863 г.) и надземный метрополитен в Нью-Йорке. В 1896 г. был построен метрополитен в Будапеште, в 1900 г. –  в Париже, в начале 1900-х гг. – в Берлине, Мадриде, Чикаго, Филадельфии, Мехико, Буэнос-Айресе и других городах. На линиях метрополитенов использовались моторные вагоны, приводившиеся в движение тяговыми двигателями.

После первой мировой войны во многих странах мира электрическая тяга получила распространение на магистральных линиях с большой плотностью движения, в странах, имевших сложный горный рельеф – в Германии, Австрии, Франции, Швейцарии и др.

Поскольку передача электрической энергии на расстояние является довольно сложной и дорогостоящей, в разные годы многие изобретатели стремились использовать для тяги аккумуляторные источники питания. Энергия поступала от аккумуляторных батарей, размещенных в специальном вагоне. В 1887 г. впервые были применены подвагонные электрические батареи. Моторвагонный подвижной состав с аккумуляторами использовался в Германии с 1890-х до 1960-х гг.

В СССР электрификация железных дорог началась в 1920-е гг. В 1926 г. было открыто движение электропоездов на участке между Баку и нефтепромыслами Сабунчи, в 1932 г. – на магистральном участке Хашури – Зестафони через Сурамский перевал на Кавказе. Выпуск отечественных электровозов и оборудования был налажен в 1930-е годы.

В 1932 г. был построен первый отечественный магистральный 6-осный электровоз ВЛ19 (ВЛ – Владимир Ленин) для равнинных дорог. Электровоз развивал скорость до 90 км/ч. Для железных дорог с горным профилем поставлялись электровозы серии СС.

В 1934 г был выпущен первый пассажирский электровоз ПБ (Политбюро), в то время самый мощный электровоз (2040 кВт), развивал скорость 85 км/ч.

В пригородном движении использовались мотор-вагонные поезда серии СЭ, состоявшие из одного моторного и 2-х прицепных вагонов.

В конце 1930-х гг. в СССР было электрифицировано более 1900 км путей.

Работы по электрификации железных дорог были продолжены после Великой Отечественной войны. Рекордными по темпам электрификации были 1960-е годы – введено в эксплуатацию 20 тыс. км электрифицированных линий. К началу 1991 г. общая протяженность электрифицированных железных дорог СССР составила 54,3 тыс. км (первое место в мире по протяженности электрифицированных линий).

В начале 2000-х гг. в России протяженность электрифицированных железных дорог составляет 40,3 тыс. км.

Общая протяженность электрифицированных линий в мире в конце 1980-х гг. составляла около 100 тыс. км, в начале 2000-х гг. – достигла 200 тыс. км. Это наиболее грузонапряженные линии, горные участки с крутыми подъемами и многочисленными кривыми участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением электропоездов, высокоскоростные магистрали.

Совершенствование техники электрических железных дорог

За время существования электрических железных дорог при сохранении принципа действия электровоза коренным образом изменялись техника электрических железных дорог, механическое и электрическое оборудование.

Применяются три системы электрической тяги:

1) постоянного тока,

2) переменного тока пониженной частоты,

3) переменного тока стандартной промышленной частоты 50 Гц.

До второй мировой войны применялись две первые системы, третья получила распространение в 1950-х – 60-х гг., когда началось интенсивное развитие преобразовательной техники и систем управления приводами.

В системе постоянного тока к токоприемникам подвижного состава подводится ток напряжением 3000 В (в некоторых странах 1500 В). Такой ток обеспечивают тяговые подстанции, на которых переменный ток высокого напряжения общепромышленных систем понижается до нужного значения и выпрямляется мощными полупроводниками выпрямителями. Система постоянного тока получила широкое распространение во многих странах мира.

Достоинством системы постоянного тока  в то время была возможность применения коллекторных двигателей постоянного тока, обладающих превосходными тяговыми и эксплуатационными свойствами.

К числу ее недостатков относится сравнительно низкое значение напряжения в контактной сети, ограниченное допустимым значением напряжения двигателей, По этой причине по контактным проводам передаются значительные токи, вызывая потери энергии и затрудняя процесс токосъема в контакте между проводом и токоприемником.

Простота конструкции электровозов постоянного тока имела решающее значение для широкого использования системы постоянного тока во многих странах, в т.ч. на железных дорогах СССР. Построенные в 1930-е гг. электровозы серий ВЛ19, ПБ21-01, СС и др.  – это электровозы постоянного тока.

В послевоенные годы были созданы электровозы постоянного тока серии ВЛ22. В 1950-е и начале 60-х гг. выпускался более мощный 8-осный 2-секционный электровоз постоянного тока ВЛ8, затем – серии ВЛ10.

Применение и развитие системы переменного тока было вызвано стремлением поднять напряжение в контактной сети и исключить из системы электрического питания процесс выпрямления тока. В странах Европы (ФРГ, Швейцария, Норвегия, Швеция и др.) использовалась система переменного тока напряжением 15000 В, имеющая пониженную частоту 16,6 Гц.

С 1960-х гг. в СССР и Франции создавалась новая более экономичная система электрической тяги переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением в тяговой сети 25000 В. Для новых линий были созданы 6-осные электровозы ВЛ60, с ртутными выпрямителями, затем 8-осные электровозы ВЛ80, ВЛ80с с полупроводниковыми преобразователям. Во всем мире электрификация железных дорог развивается по системе переменного тока промышленной частоты.

Научно-техническая революция отразилась на конструкции электровозов и электропоездов. Новый электроподвижной состав изменился конструктивно и внешне. Увеличилось число осей у локомотивов.

Наиболее существенные изменения произошли в механическом и электрическом оборудовании. Созданы 8-осные ВЛ80Р и 12-осные ВЛ85 – электровозы переменного тока, отличающиеся высокими тяговыми и тормозными характеристиками.

В 1980-е гг. были разработаны конструкции мощных 2-х секционных 12-осных электровозов переменного тока ВЛ75 и постоянного тока ВЛ15, предназначенные для вождения тяжеловесных поездов на особо грузонапряженных участках; скоростной электропоезд ЭР200.

В начале 2000-х гг. были разработаны локомотивы новых серий, это:

 скоростной мультисистемный пассажирский электровоз ЭП20;

 грузовой электровоз с асинхронным тяговым приводом 2ЭС10 «Гранит» (мощность 8800 кВт, максимальная скорость 120 км/ч).

 Электровоз «Гранит» построен на заводе «Уральские локомотивы» – совместном предприятии ЗАО «Группа Синара» и концерна «Сименс АГ»,

Собственный КПД электровозов достигает 88-90 % при общем КПД электрической тяги (с учетом КПД ТЭЦ или ГЭС, тяговых подстанций, линий электропередачи и контактной сети) 22-24 %.

15. Развитие пассажирских вагонов.

16. Грузовые вагоны: история и современность.

17. Развитие железнодорожных тормозов, сцепных приборов.

18. Железнодорожный путь в XIX-XX вв.

Железнодорожный путь – комплекс инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеей для движения подвижного состава.

Термин «путь» ввел профессор Н.И. Липин в публикации о строительстве железных дорог в «Журнале путей сообщения» (1840 г.).

Классификация.

Железнодорожные пути делятся на: главные, станционные и специального назначения.

Главные пути – это пути, соединяющие станции или другие раздельные пункты.

К станционным относятся приемно-отправочные, сортировочные, погрузочно-выгрузочные, ходовые, соединительные и другие пути.

Пути специального назначения – подъездные пути промышленного железнодорожного транспорта, предохранительные и улавливающие тупики.

Конструкция железнодорожного пути.

Железнодорожный путь состоит из:

 верхнего строения (рельсовая колея),

 нижнего строения (земляное полотно с укрепительными устройствами и сооружениями),

 искусственных сооружений (выемки, насыпи, мосты, тоннели).

Путь оборудуется специальными путевыми и сигнальными знаками.

 Верхнее строение пути

К верхнему строению пути относятся рельсы, шпалы, рельсовые скрепления, балластный слой (балластная призма). Все эти элементы инженерного сооружения взаимосвязаны, изменения в условиях работы одного из них отражаются на остальных элементах.

Рельсы (англ. rails, множеств. число от rail – рельс, от латинского regula – прямая палка, брусок, планка) являются наиболее ответственным элементом верхнего строения пути.

Впервые «рельсы» – простые деревянные продольные лежни-брусья появились в рудниках и угольных шахтах в XVI в. Первые металлические рельсы были изготовлены в Великобритании на чугунно-литейном заводе в Колбрукдейле Р. Рейнольдсом в 1767 г. Дорогу Рейнольдса считают родоначальницей железнодорожного пути.

Особые требования предъявлялись к материалу для рельсов. Первые рельсы были чугунными, затем перешли к изготовлению рельсов из железа, позже – из специальной рельсовой стали, качество которой определяется способом производства и химическим составом.

В России чугунные рельсы были применены в 1788 г. для рудничных и заводских путей на Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. Со II половины XIX века начали распространяться катаные стальные рельсы (в России, например, изготавливались на Путиловском заводе в Петербурге).

При строительстве первых железных дорог применялся различный профиль рельсов. Рельсы Рейнольдса имели корытообразный (U-образный) профиль. Дж. Курр (1776 г.) применил уголковые рельсы. В 1798 г. Джессоп предложил рельс грибовидный формы. Применялись также рельсы: рыбообразный, английский двухголовый, корытообразный.

В XIX в. распространение получили две конструкции рельсов – двухголовый и широкоподошвенный. Русские инженеры выбрали широкоподошвенный рельс: такие рельсы, изготовленные на Людиновском заводе, были уложены на линии С.- Петербург – Москва. Впоследствии широкоподошвенные рельсы распространились по всем железным дорогам мира.

При строительстве железных дорог шло увеличение массы рельса (с 20-24 до 75-77 кг/м) и увеличение длины рельса. Рельсы Рейнольдса имели длину около 1,5 м. В России на железной дороге С.-Петербург – Москва укладывались рельсы длиной в 5,5 м.

С начала 1930-х гг. начали укладывать длинные рельсы (60 – 100 м); с 1950-х гг. – внедрялся бесстыковой путь. Современный бесстыковой путь, в основном, представляет собой чередование 550 – 800-метровых сварных рельсов с участками звеньевого пути уравнительных рельсов. К 2003 г. бесстыковой путь был уложен на полигоне более 50 тыс. км российских железных дорог.

Шпалы (от голланд. spalk - подпорка) – подрельсовые основания имели разнообразные формы.

Сначала рельсовые опоры изготавливались из целого куска дерева, затем использовались деревянные шпалы брусковой формы. На большинстве первых железных дорог укладывали непропитанные шпалы, их древесина выходила из строя через 8-12 лет.

В России при строительстве дороги С.-Петербург – Москва шпалы пропитывали под давлением, на Московско-Нижегородской железной дороге – медным купоросом.

В настоящее время на всех дорогах мира в путь укладываются деревянные шпалы, пропитанные антисептиком, что повышает срок их службы в 2 раза.

За рубежом применяются шпалы из деревьев твердых пород (дуб, бук). На отечественных железных дорогах – из древесины хвойных пород (в основном сосна). На ряде европейских железных дорог с 1890-х гг. применялись металлические шпалы.

В начале ХХ века были изготовлены железобетонные шпалы, которые получили широкое применение в Европе и Азии с 1950-х гг., срок их службы достигает 50 – 60 лет.

Рельсовые скрепления

Рельсошпальная решетка состоит из двух рельсов, уложенных на поперечные балки – шпалы, которые соединяются со шпалами промежуточными скреплениями с помощью костылей или шурупов.

В США, Канаде, СНГ и других странах это, как правило, костыльное соединение. В Западной Европе типовым решением является шурупное прикрепление рельса к шпале.

Новым за последние 60 лет явился переход к промежуточным скреплениям пружинного типа, применение клеммных бесподкладочных скреплений (например, на линии «Синкансен» (Япония).

Рельсы в непрерывные рельсовые нити соединяются стыковыми скреплениями. Первые стыковые скрепления состояли из плоских накладок, стягиваемых болтами. Стыки устраивали на шпалах. С 1860-х гг. стали использовать фартучные накладки.

С 1950-х гг. на отечественных дорогах стали применять двухголовые накладки, с 1990-х гг. – изолирующие стыки АПАТЭК с металлокопозитными накладками.

Основанием верхнего строения железной дороги служит балласт (от голланд. ballast).

Балластный слой может быть двухслойным или однослойным.

Чаще используется двухслойная балластная призма, состоящая из основного слоя – щебня твердых пород, и расположенной под ним песчаной или песчано-гравийной подушки. Двухслойная балластная призма была применена на Петербург-Московской  и других первых железных дорогах.

Однослойная балластная призма может быть из щебня, песчано-гравийной смеси, отходов асбестового производства, песка, ракушечника, шлака.

На мостах различаются балластная конструкция (на пролете устраиваются специальные корыта для размещения балласта) и безбалластная – мостовые брусья или плиты крепятся непосредственно на мостовые конструкции.

Особые требования к конструкции и состоянию пути предъявляются на скоростных линиях. Особенностью устройства верхнего строения пути для высокоскоростных магистралей является монолитный безбаластный железнодорожный путь.

Стрелочный перевод является важным элементом конструкции железнодорожного пути, позволяющим подвижному составу перемещаться с одного пути на другой при пересечении и соединении путей.

На многих линиях за рубежом и на первых русских дорогах укладывали стрелочные переводы с подвижными рельсами.

С середины XIX века появились остряковые стрелки с двумя подвижными остряками – прототипы современных стрелок

Совершенствование стрелки проходило в направлении улучшения конструкции остряков, их прикрепления в корне, изготовления их из высококачественной стали, применения методов термообработки.

История ширины рельсовой колеи

Важнейший параметр рельсовой колеи - ее ширина (измеряется по внутренним граням головок рельсов). Ширина колеи явилась результатом исторического процесса развития колейных дорог. Первоначально она была приспособлена к ширине колеи деревянных конных дорог, по которым двигались уличные экипажи, составляла около 5 футов. Первая железная дорога Стоктон – Дарлингтон имела ширину колеи 1372 мм, так как по этой линии пассажирские вагоны следовали с конной тягой.

При конструировании нового типа паровоза для удобного размещения парового цилиндра Стефенсону пришлось расширить колею, и на магистрали Ливерпуль – Манчестер он применил ширину колеи 1435 мм. Такая колея получила название "стефенсоновская", широко применялась в Европе и США, т.к. паровозы Стефенсона, строившиеся на его заводе, покупали многие страны. Это была не единственная колея. Железные дороги в Англии, Германии, США имели ширину колеи 1600, 1676, 1880, даже 2135 мм.

По мере развития железнодорожного строительства в середине 1840-х годов встал вопрос о создании единой сети железных дорог стран, затем и континентов. Там, где соединялись дороги с разной шириной колеи, для продолжения пути пассажирам требовалось пересаживаться из одних вагонов в другие, а грузы – перегружать.

Вопрос о ширине колеи решался на государственном уровне. В Англии в 1846 г. специальная парламентская комиссия приняла ширину колеи 1435 мм, т.к. уже более 80% железных дорог страны имели "стефенсоновскую" колею. В США решением Конгресса (1886 г.), была выбрана единая ширина колеи 1435 мм. Подготовительные и доводочные работы заняли 4 месяца, а перешивка колеи на длине в 21 тыс. км была проведена за 2 дня.

На Европейском континенте в результате межгосударственных соглашений основной стала "стефенсоновская” колея. В целом 75% железных дорог в мире имеют стефенсоновскую или как ее называют "нормальную широкую железнодорожную колею".

Железные дороги шириной колеи более 1435 мм называют ширококолейными. Таких дорог в мире – около 12%, в том числе и в России. Первая железная дорога С.-Петербург – Царское Село была построена с шириной колеи 1829 мм. Железная дорога С.-Петербург – Москва имела ширину колеи 1524 мм, эти параметры учитывались при строительстве железных дорог в стране. Ширина колеи 1524 мм стала общегосударственной на сети российских железных дорог вплоть до нашего времени (с 70-х годов XX века ширина колеи стала 1520 мм).

Железные дороги с колеей менее 1435 мм называют узкоколейными. Всего в мире около 13% с узкой колеей. Такие дороги строятся в Африке, на юго-востоке Азии, в Латинской Америке, в нашей стране –  в основном на путях промышленного транспорта.

Содержание пути

С первых лет существования железных дорог создавалась и развивалась система ведения путевого хозяйства. В России ее определяли «Правила Содержания и Охранения железных дорог» (1883 г.). Система содержания пути, его технического обслуживания, ремонта:

 дорожная рабочая артель – низовое подразделение, осуществлявшее содержание пути (состояла из 3-х человек и старшего мастера, для осмотра пути выделялись обходчики на сторожевой участок в 1,5 версты);

 околоток – объединял несколько артелей (возглавлялся дорожным мастером);

 участок – формировался из околотков;

 дистанция пути  – состоял из участков (протяженностью около 100 верст).

В СССР с 1930-х гг. начали организовывать специальные путевые колонны для производства капитальных путевых работ, машинно-путевые станции для реконструкции, капитального и среднего ремонта пути, дорожные мастерские службы пути.

В середине 1930-х гг. сформировалась структура управления путевого хозяйства:

 центральное управление пути,

 службы пути железных дорог,

 дистанции пути (протяженность – 120 км на двухпутных и до 170 км – на однопутных линиях).

В это же время началась комплексная механизация путевых работ, были созданы путевые машины и механизмы: путевой струг, балластеры, путеукладочный кран. Балластировочная машина в 1938 г. на Всемирной выставке была удостоена «Гран-при».

В 1960-е гг. был завершен переход на механизированное содержании железнодорожного пути; в 1980-х гг.  –  на машинизированное содержание пути.

К середине 1990-х гг. сформирована новая система ведения хозяйства, основанная на широкой машинизации путевых работ и внедрении ресурсосберегающих технологий.

Современная система ведения путевого хозяйства основана на классификации путей в зависимости от грузонапряженности и скоростей движения поездов – главных факторов, оказывающих влияние на работу железнодорожного пути.

Технология, организация и механизация путевых работ прошли путь от выполнения отдельных путевых работ простейшими ручными приборами и инструментами до сложных ремонтных работ и технологий.

На железных дорогах применяются комплексы современных путевых машин (для глубокой очистки и вырубки балласта, выправки пути и стрелочных переводов, машины для замены шпал, хоппер-дозаторы и др.), средства путевой диагностики (вагоны-путеизмерители, дефектоскопы и подвижные лаборатории), используются восстановительные, рельсошлифовальные поезда, локомотивы-рельсосмазыватели и другая техника.