2.2.3. Подвижной состав

Подвижной состав является одной из важнейших составляющих (подсистем) системы железнодорожного транспорта. В него входят тяговые средства, локомотивы, и вагоны, средства для размещения, сохранения и перевозки грузов и пассажиров. В некоторых случаях они устроены отдельно; это характерно для использования в поездах прицепных вагонов. В некоторых, - они объединены; это относится к поездам, образованным из самоходных вагонов.

2.2.3.1.Локомотивы (Паровозы. Начало тепловозо- и электровозо-

строения)

Паровозы. Для передвижения грузов нужна сила. Ею могут являться: возможности человека, животного и т.п. Вначале для перемещения грузов по рельсам вместо человека стали использовать лошадей. Конная тяга обходилась недешево, да и хлопот они доставляли немало. Их замена нашлась в изобретении паровой машины Томасом Ньюкоменом в 1712 году. Ее усовершенствованные варианты использовались впоследствии Джеймсом Уаттом, Николаем Жозеф Кюнье, Уильямом Мердоком и др. до тех пор, пока в 1803 году Ричард Тревитик не изобрел на ее основе первый в мире паровоз (рис.2.5). Паровоз стал паровозом благодаря Джорджу Стефенсону и постройке рельсовой дороги для вывозки угля в порт Стоктона из Дарлингтона; эта дорога была открыта 27 сентября 1825 года (рис.2.6). Она вызвала в мире настоящую железнодорожную лихорадку. Железные дороги начали возводить во всем мире. Хронология появления железных дорог в странах мира приведена в [2.3]. В это же время бурно развивалась и паровозостроительная промышленность; изменялись и хорошели паровозы. Они олицетворяли собой железнодорожный транспорт и на долгое время внешний облик паровоза стал брендом (англ. brand, фабричное клеймо – марка, отличительный знак товара) железных дорог (рис.2.7, 2.8).

Рис. 2.5 . Первый паровоз Р. Тревитика (1803)[2.38]

Рис.2.6. Открытие Сторлинг-Дарлингтонской железной дороги)[2.38]

Рис. 2.7. Американский курьерский паровоз 1848 года [2.38]

Рис. 2.8. Российский товарный паровоз серии О^В (1890 год) [2.38]

Первые отечественные локомотивы (паровозы) и вагоны широкой колеи (1524 мм) были построены для Петербурго-Московской железной дороги в 1846 году. Этот год можно считать началом отечественного заводского локомотиво- и вагоностроения. Его колыбелью в России стал Александровский завод; на нем были подготовлены и первые технические кадры, организовавшие в дальнейшем нашу промышленность по производству подвижного состава.

Развитие отечественного локомотивостроения вначале сдерживалось таможенными барьерами. Поэтому с 1868 года на импорт подвижного состава и его комплектующих были введены повышенные пошлины, отечественным заводам гарантировалась выдача заказов и займов, обеспечивался беспошлинный ввоз из-за границы чугуна и железа для производства подвижного состава и пр.

В 1869-1870 годах паровозы начали строить на Невском заводе в Петербурге, на Коломенском, Людиновском и Камско-Воткинском заводах. В 1864 году на Александровском заводе строительство паровозов прекратили, а завод полностью переключили на выпуск вагонов и ремонт подвижного состава Петербурго-Московской железной дороги.

Кроме заводов строительством подвижного состава занимались железнодорожные ремонтные мастерские, расположенные на каждой железной дороге. Ремонтируя подвижной состав, там изучали и устраняли его эксплуатационные недостатки, поэтому на отдельных хорошо оборудованных мастерских были подготовлены квалифицированные кадры, способные для создания собственных конструкций. Они часто по эксплуатационным качествам соперничали с продукцией специализированных заводов. (Этот подход было бы не плохо перенять современным локомотиво- и вагоностроительным заводам и заняться их фирменным обслуживанием).

Оси, колеса, бандажи и рессорную сталь, не производившиеся в России, сначала полностью ввозили из-за границы. С 1870 года в связи с ростом отечественного промышленного производства импорт резко сократился. Поэтому, если за период 1846-1868 годов в России было построено лишь 227 паровозов, то в 1875-1880 годах выпущено уже 1439. Это составляло 239 паровозов в год.

Окончание русско-турецкой войны, спад железнодорожного строительства и прекращение правительством выдачи гарантированных заказов на подвижной состав привели в 1880 году к резкому сокращению строительства подвижного состава на отечественных заводах.

Увеличение перевозок на железных дорогах, а также новое строительство в 1893-1897 годах снова потребовали больше подвижного состава. После 1890 года постройка паровозов возобновилась на Невском, Камско-Воткинском, Брянском, Путиловском, Сормовском, Харьковском и Луганском заводах, а также на Николаевском судостроительном и Краматорском машиностроительном заводах. Всего за 1891 -1917 годы Коломенским, Невским, Брянским, Путиловским, Харьковским, Луганским, Сормовским и Боткинским заводами было построено более 18 тыс. паровозов.

В 60-90-х годах XIX века русские заводы строили паровозы преимущественно трехосные типа.

Несмотря на все возрастающий выпуск, насыщенность дорог подвижным составом до конца XIX века не изменялась, так как его количество возрастало пропорционально увеличению сети железных дорог: Лишь в первые годы XX века она несколько увеличилась: в 1910 году паровозов было 0,31, товарных - 6,9 и пассажирских вагонов - 0,35; в 1917 году - паровозов - 0,31 и товарных вагонов - 8,4:

Виды подвижного состава	Число единиц подвижного состава, приходящееся на один км железной дороги (по годам)
	1880	1890	1900
Паровозы	0,24	0,24	0,23
Товарные вагоны	5,90	5,00	5,20
Пассажирские вагоны	0,31	0,26	0,25

В 1868-1870 годах были разработаны технические условия на: тип (пассажирские, товарные и маневровые), число осей экипажной части и тендера, допускаемую нагрузку на колесную пару и на один погонный метр пути. Мощность паровозов составляла 300-440 л. с.; вес в рабочем состоянии - 32-37 т; конструкционная скорость от 40-45 км/час (товарных) и до 80 км/час (пассажирских).

Несмотря на значительный импорт паровозов, отечественное паровозостроение шло своим самобытным путем. Оно не копировало заграничные конструкции.

Начало тепловозостроения. Проектированию первых тепловозов в нашей стране предшествовала попытка осуществить совместную работу паровой машины и двигателя внутреннего сгорания. Это было сделано в "нефтепаровозах". Один из таких проектов, разработанный Владикавказской железной дорогой в 1904 году, представлял собой танк-паровоз типа 1-4-2 с котлом, работающим на нефти, оборудованный дополнительным двигателем внутреннего сгорания. В передней части нефтепаровоза размещалась двухцилиндровая паровая машина; а в задней, - ДВС.

В 1906 году был разработан нефтепаровоз с паровой машиной, которая имела расходящиеся поршни. Она работала на принципе двойного расширения в одном цилиндре пара и газов.

В 1913 году был разработан проект нефтепаровоза с четырехцилиндровой машиной. Первые цилиндры работали на принципе ДВС, а вторые – как паровые машины. Они работали на общий вал, а от него усилие передавалось на ведущие колесные пары.

Первый в мире проект локомотива, в котором были заложены основные узлы современного тепловоза с электрической передачей, был составлен в 1905 году инженером Н. Г. Кузнецовым и полковником А. И. Одинцовым. Проект предусматривал две индивидуальные дизель-генераторные установки с судовыми двигателями мощностью по 180 л. с., соединенные с генератором трехфазного тока. Кузов и рама тепловоза располагались на двух двухосных тележках с приводными колесными парами.

В 1909 году на Коломенском заводе был разработан проект тепловоза с электрической передачей. Кузов опирался на две четырехосные тележки. Энергетическая установка состояла из двух трехцилиндровых дизелей общей мощно-

стью 1 тыс. л. с., работающих на общий генератор. Током генератора питались четыре электродвигателя, подвешенные к двум средним осям каждой тележки.

Создавая тепловоз с тяговой характеристикой, близкой к паровой машине, профессор В. И. Гриневецкий предложил в 1905-1906 годах реверсивный двухтактный двигатель, который изменял число оборотов в широких пределах и был приспособлен к высокой перегрузке. Такой двигатель был построен Путиловским заводом в 1908 году и прошел испытания в 1909-1912 годах. Результаты испытаний позволили В. И. Гриневецкому и инженеру Б. М. Ошуркову разработать в 1916 году проект пассажирского тепловоза. Ученик В.И. Гриневецкого - А.Н.Шелест изобрел в 1913 году тепловоз с механическим генератором газов.

Проекты тепловозов разрабатывались и на других заводах и железных дорогах нашей страны. Однако в условиях царской России ни один тепловоз построен не был. Тем не менее большая конструкторская и теоретическая работа русских ученых и инженеров подготовила благоприятную почву для создания тепловоза в будущем в нашей стране.

Начало использования электрической тяги. Первая попытка применения электрической тяги на железных дорогах была осуществлена русским инженером Ф.А.Пироцким в 1876 году в Сестрорецке. Он экспериментировал с передачей электроэнергии по рельсам. В 1880 году в Петербурге Ф.А.Пироцкий соорудил самодвижущийся вагон с подвешенным к нему электродвигателем; питание электродвигателя производилось по путевым рельсам.

Интерес наших ученых и инженеров к применению электрической тяги на железнодорожном транспорте особенно выявился на рубеже XX века. Тогда вопросы экономической целесообразности электрификации железных дорог в России неоднократно обсуждались на всероссийских электротехнических съездах. В 1900-1901 годах были электрифицированы подъездные пути Лодзь-Энерж, Лодзь-Пабьянице протяженностью 20 км. Комиссия подвижного состава и тяги в 1907 году рассматривала вопрос о введении электрической тяги на ряде горных железных дорог. Была признана большая экономичность электрической тяги в сравнении с паровой, особенно на крутых подъемах. В результате предлагалось построить электрифицированные железнодорожные линии через Главный Кавказский хребет, электрифицировать горные участки Амурской и Ташкентско-Алмаатинской дороги, Сурамский участок Закавказской железной дороги, горные участки Карской, Пермской, Самаро-Златоустовской линии и ряд других железнодорожных участков с напряженным движением.

Разработкой теоретических и практических основ электрификации железных дорог занимались: Г. К. Мерчинг, Г. Д. Дубелир, Г. О. Графтио, Б. Е. Веденеев, К. Н. Кашкин, Д. И. Каргин, К. Н. Антошин и др.

Мерчинг Генрих Карлович (1860-1916)

Один из пионеров внедрения электричества. Первым в России начал читать лекции по электротехнике и электрической тяге на железных дорогах. Профессор Петербургского института инженеров путей сообщения. Заведовал электротехнической лабораторией института, основанной по его ходатайству и по его планам. Главные научные труды посвящены электрификации железных дорог, механической и электрической тяге судов на искусственных водных путях (каналах), электротехнике в применении к инженерному делу и т. д. Его учениками были многие крупные ученые (Г. О. Графтио и др.)

В 1911 году инженерный совет рекомендовал Г.О. Графтио сделать проект электрификации горного участка Закавказской железной дороги. Он был закончен в 1914 году.

В 1912 году был разработан проект на электрификацию Московского железнодорожного узла. Здесь в 1897 году впервые в России были введены поезда-скороходы с редкими остановками для увеличения пропускной способности пригородных участков железной дороги. Однако первая мировая война прервала эти эксперименты.

До 1917 года наши инженеры создали проекты электрификации станций Москва-Воскресенск, Москва-Подольск-Обираловка (1910), Москва-Одинцово (1911), Петербург-Медный на Финляндской границе (1912), а также участки Крымской железной дороги и перевальной дороги через Главный Кавказский хребет (1913).

В 1913 году был составлен проект и начались работы по электрификации линии Петербург-Ораниенбаум на постоянном токе напряжением 1200 В. Однако, начавшаяся мировая война прервала их.