§1.9. История тепловозостроения

Мировое тепловозостроение.

Первый локомотив, использовавший двигатель внутреннего сгорания, был построен Готтлибом Даймлером. Он представлял собой двухосную узкоколейную мотрису с двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания . Первая известная демонстрация произошла 27 сентября 1887 года в Штутгарте на фольклорном фестивале. Фактически это был аттракцион, некоторые последующие модификации этого локомотива использовались в качестве трамвая.

Первый экспериментальный тепловоз для работы на магистральных линиях был разработан под руководством Рудольфа Дизеля в 1909 году, построен к сентябрю 1912 года, однако из-за возникших при испытаниях проблем, а также начавшейся Первой мировой войны его доработка так и не была закончена.

В июле 1913 года американская компания General Electric выпустила мотовоз, работавший на бензине, однако свернула производство подобного вида локомотивов через несколько лет, перейдя на производство дизельного тепловоза с целью удешевить локомотивное топливо. Специально для тепловозов General Electric разработала и построила свой дизель. Первые, коммерчески неуспешные образцы, оставшиеся опытными, выпускались General Electric в 1917 — 1918 гг.

Развитие дизельной тяги в Нью-Йорке получило толчок благодаря закону (Kaufman Act), принятому в 1923 году , который предполагал полное запрещение эксплуатации паровозов в пределах Нью-Йорка в течение последующих нескольких лет. Электрическая же тяга была экономически невыгодна на маршрутах с малым пассажиро- и грузопотоком.

В декабре 1923 года компаниями General Electric и Ingersoll Rand ( en ) был построен демонстрационный тепловоз , 14 августа 1924 года совершивший показательную поездку с 93 пустыми вагонами.

В 1925 году свой первый тепловоз выпускает компания ALCO ( en ). Тепловоз с электропередачей получил обозначение AGEIR, являющееся аббревиатурой трёх компаний-партнёров: электрооборудование для тепловоза производит General Electric, дизель— компания Ingersoll Rand.

Первые тепловозы предназначались для маневровых, а позже и для пассажирских работ. Первый тепловоз, предназначенный специально для вождения пассажирских поездов, появился в 1928 году в результате сотрудничества нескольких американо-канадских локомотивостроительных компаний.

После Второй мировой войны , когда экономически более эффективная дизельная тяга начинает активно вытеснять паровозную, лидером тепловозостроения в Северной Америке становится компания General Motors. General Motors и General Electric остаются флагманами североамериканского тепловозостроения и в новом, XXI веке.

Рисунок 1.72 – Тепловоз М61 (M - от венгерского "mozdony" - локомотив, 6-осный, 1-й тип).

Основные данные
Страна постройки	Швеция
Заводы	NOHAB
Годы постройки	1951-1965
Всего построено	203
Конструкционная скорость	105 или 140 км/час
Технические данные
Осевая формула	20—20, 0-30-0-0-30-0
Мощность дизеля	1950 л.с.
Тип передачи	электрический
Эксплуатация
Страны	Венгрия

В 1929—1930гг. немецкие тепловозы с электро- и гидропередачей поступили на железные дороги Японии, став первыми тепловозами в этой стране. Больше немецкие тепловозы никто нигде, в том числе в Германии, не видел.

В 1934 году было построен первый тепловоз с электропередачей в Китае компанией Dalian Works. В начале 1950-х Китай импортировал тепловозы ТЭ1 из Советского Союза и тепловозы M44 ( hu ) из Венгрии (получившие обозначение ND1 и проработавшие до 1984 года ). На базе венгерских M44 было налажено собственное производство маневровых тепловозов JS. А на базе советских ТЭ3 было организовано производство тепловозов, получивших обозначение DF. Также на рубеже 1960-х— 1970-x годов начали строиться тепловозы с гидропередачей. В дальнейшем Китай не только строил свои тепловозы, но и импортировал их из Германии (NY5, NY6, NY7), Румынии ( ND2 ), Франции (ND4 компании Alstom ) и США (422 локомотива ND5 — C36-7 производства General Electric ; в 2003 году 58 аналогичных тепловозов, ранее эксплуатировавшихся в США, были проданы в Эстонию).

Первый в Великобритании магистральный тепловоз British Rail Class D16/1 ( en ) был построен в 1947 году.

Первыми широко используемыми тепловозами в Индии стали маневровые WDS 1 производства General Electric , импортированные в 1944—1945 гг. Первыми магистральными тепловозами с электропередачей на железных дорогах Индии были WDM 1 производства ALCO, импортированные в 1957 — 1958 гг. из США. С 1967 года маневровые и магистральные тепловозы производит индийская компания Diesel Locomotive Works.

Первые тепловозы на железной дороге Индонезии появились в 1953 году, когда туда начали поставлять построенные в США локомотивы серии CC200.

Рисунок 1.73 – MaK 600 D — 8-колёсный дизельный локомотив.

Производства немецкой фирмы Maschinenbau Kiel , поставлявшиейся в Турцию и на Кубу.

В середине 1950-х годов производство тепловозов было организовано шведской компанией NOHAB ( en ). Основным импортным заказчиком стали Датские железные дороги. Двадцать тепловозов серии M61 ( hu ) были поставлены в Венгрию , впоследствии став причиной создания советского тепловоза М62.

Первыми тепловозами в Турции стали маневровые DH33100 производства немецкой фирмы Maschinenbau Kiel, импортированные в 1953 году . В самой Турции производством тепловозов занимается компания Tülomsaş.

В 1956 году тепловозы стали выпускаться венгерской компанией MAVAG , уже имевшей опыт работы с дизельными двигателями в процессе постройки дизель-поездов . Первыми тепловозами стали дизель-электрический М44 и дизель-гидравлический M31 ( hu ). Оба они были маневровыми. Первым магистральным тепловозом компании MAVAG стал M40 ( hu ).

В Греции тепловозы появились в 1961 году , когда туда из США поступили 10 тепловозов RS-8 производства ALCO. В дальнейшем Греция закупала как маневровые, так и магистральные тепловозы в США, Германии, Франции и Румынии.

Российские предшественники советских тепловозов.

Прародителями тепловозов Ломоносова и Гаккеля в России были:

• Так называемые нефтевозы— паровозы, в которых наряду с паровой машиной имелся и двигатель внутреннего сгорания , работавший на нефти.

• Проект тепловоза инженеров Ташкентской железной дороги , в котором проблема запуска дизеля решалась возможностью расцепления колёс с осью при помощи пневматической муфты. Муфта была практически испытана на паровозе.

• Проект, предусматривавший дополнение паровоза дизель-компрессором, нагнетавшим воздух в паровозные цилиндры. Основной проблемой стало уменьшение температуры воздуха при расширении, вызывавшее замерзание цилиндров во время работы.

• Проект первого в мире тепловоза с электропередачей и индивидуальными тяговыми электродвигателями , разработанный инженером Н.Г. Кузнецовым и полковником А.И. Одинцовым. 8 декабря 1905 года авторы сделали сообщение на заседании Русского технического общества, вызвавшее одобрительные отзывы. Однако проект реализован не был.

• Проект тепловоза непосредственного действия (то есть без передачи, когда валом двигателя является ось колёсной пары) на основе опытного двигателя известного учёного в области дизелестроения профессора В.И. Гриневецкого. На малых оборотах двигатель работал при помощи сжатого воздуха, резервуары которого предлагалось установить на тепловоз. В дальнейшем им же была предложена идея использования гидромуфты в качестве передачи.

• Проект тепловоза с механической передачей инженера Е.Е. Лонткевича, предложенный им в 1915 году . Предлагалось использовать механическую коробку передач с тремя передаточными числами. Для тихого хода первоначально предлагалось использовать дополнительную электрическую передачу, а в дальнейшем была выдвинута идея использования скользящего сцепления наподобие известной муфты инженера Корейво , применявшейся на колёсных пароходах . Проект не был реализован из-за технических сложностей с созданием зубчатых колёс и муфт передачи.

• Проект тепловоза с механическим генератором газа, разработанный студентом Московского высшего технического училища А.Н. Шелестом под руководством профессора В.И. Гриневецкого. В цилиндрах паровозного типа предлагалось применять не воздух, а продукты горения с впрыскиванием в них воды. Тепловоз должен был иметь генератор газа, заменяющий паровозный котёл, и машину, работающую по принципу поршневого паровозного двигателя.

Тепловозы в СССР.

В 1905 г. инженер Н.Г. Кузнецов и полковник А.Н. Одинцов разработали проект автономного электровоза (тепловоза с электрической передачей). Это был первый в мире проект современного тепловоза.

В 1909 г. инженер Ю.В. Ломоносов, работавший начальником паровозной службы на Ташкентской ж/д., создал проект тепловоза непосредственного действия с групповым приводом колес.

В 1912 г. профессор МВТУ В.И. Гринивецкий разработал требования к транспортному ДВС, который был построен на Путиловском заводе в г. Петербурге.

В 1913 г. инженер А.И. Липец совместно с Ю.В. Ломоносовым разработал проект тепловоза, на постройку которого правительство России выделило средства. Однако начало Первой мировой войны сорвало осуществление данного проекта. Первые тепловозы были построены при советской власти и процесс их создания можно разделить на три этапа.

Первый этап (1924–1937 гг.). Советом труда и обороны советской России под руководством В.И. Ленина 4 января 1922 г. было принято решение о постройке тепловозов. Один строится в Петрограде под руководством проф. Я.М. Гаккеля, другой – под руководством проф. Ю.В. Ломоносова в Германии, в счет поставки в нашу страну 1200 паровозов. В ноябре 1924 г. вышли на испытания два магистральных тепловоза: Ю^Э001 (конструктор Ломоносов) и Ю^Э002 (конструктор Гаккель). Позже они были переименованы: первый стал называться Э^ЭЛ2, а второй – Щ^ЭЛ1 (рис. 1.74, 1.75).

Тепловоз Э^ЭЛ имел следующие показатели: тип – грузовой, эффективная мощность N_е = 1000 л.с. (800 кВт), V_K = 50 км/ч, касательная сила тяги F_К = 152 кН, 2П = 177 кН, передача постоянно-постоянного тока, колесная формула 1–5₀–1, запуск дизеля воздушный.

Рисунок 1.74 – Компоновочная схема тепловоза Э^ЭЛ2:

1 – охлаждающее устройство; 2 – вентилятор; 3 – кабина машиниста; 4 – опора; 5 – компрессор; 6 – дизель; 7 – тяговый генератор (ТГ); 8 – большой возбудитель; 9 – малый возбудитель.

Рисунок 1.75 – Компоновочная схема тепловоза Щ^ЭЛ1:

1 – дизель; 2 – тяговый генератор; 3 – возбудитель; 4 – мотор-компрессор; 5 – вентилятор; 6 – радиатор; 7 – ременная передача; 8 – бегунковая колесная пара; 9 – ведущая колесная пара.

Тепловоз Щ^ЭЛ имел следующие показатели: тип – грузовой, мощность Nе = 1000 л.с. (800 кВт), VK = 75 км/ч, F_К = 220 Кн, 2П = 160 кН, передача постоянно-постоянного тока, колесная формула 1 + 3₀ – 4₀ – 3₀ + 1, запуск дизеля электрический.

За рубежом первый тепловоз был создан в Германии в 1912 г. на заводе Зульцера. Он имел два ДВС: один тяговый, второй – вспомогательный. Вспомогательный дизель приводил в действие компрессор, который направлял воздух в цилиндры тягового ДВС. Тяговый дизель начинал запускаться и одновременно, через непосредственную передачу, приводил в действие колесные пары. Мощность ДВС составляла1200 л.с. Данный тепловоз не имел практического применения, так как наблюдались большие затруднения в запуске ДВС и поддержании температуры в рабочих пределах (тепловоз не имел охлаждающего устройства).

Испытания советских тепловозов показали их полную пригодность для работы на железных дорогах и значительную экономию средств по сравнению с паровозами. Тепловоз Э^ЭЛ2 проработал 30 лет (его пробег составил около 1 млн. км и был списан в 1954 г.). Тепловоз Щ^ЭЛ1проработал до 1927 г. (пробег составил около 60 тыс. км) и был отставлен на модернизацию. В настоящее время он находится на почетной стоянке в депо Ховрино Московской ж.д.

В 20-х гг. ХХ в. строятся еще несколько тепловозов: Э^МХ-3, О^ЭЛ, Э^ЭЛ-5, Э^ЭЛ-8. В 1930 г. принимается решение о строительстве серийных тепловозов на Коломенском машиностроительном заводе. В 1931 г. выходит первый серийный тепловоз Э^ЭЛ мощностью 1050 л.с. В 1934 г. строится первый двухсекционный тепловоз ВМ (Вячеслав Молотов, который был в то время Председателем Совета народных комиссаров), мощностью 2100 л.с. Авторами этих тепловозов были инженеры Б.С. Поздняков, А.И. Козявкин, А.А. Кирнарский. Все построенные тепловозы были сосредоточены в депо Ашхабад, где эксплуатация паровозов была затруднена из-за отсутствия воды. В 1937 г. строительство тепловозов было прекращено. Причиной этому послужило строительство паровоза СОК с конденсацией пара, что позволяло их использовать в маловодных районах СССР. За 1930 по 1937 гг. было создано 34 тепловоза, которые успешно выполняли как поездную, так и маневровую работу на железных дорогах нашей страны.

Второй этап (1945–1956 гг.). В 1945 г. из США поступили тепловозы серии Д^А фирмы Алко (120 шт., которые были приписаны к депо Ашхабад) и Д^Б фирмы Балдвин (80 шт., которые были приписаны к депо Гудермес).

В 1946 г. на Харьковском заводе создается тепловоз ТЭ1 мощностью 1000 л.с.

В 1948 г. строится двухсекционный тепловоз ТЭ2 мощностью 2000 л.с. Конструктор этого тепловоза инженер А.А. Кирнарский был удостоен Сталинской премии. За 1946–1950 гг. полигон тепловозной тяги увеличился более, чем в двое и составил 3,1 тыс. км (3 % от общей длины).

В 1953 г. из ворот Харьковского завода тяжелого машиностроения выходит новый тепловоз ТЭ3 мощностью 4000 л.с. в двух секциях. Он стал первым тепловозом второго поколения. В 1955 г. переведено на тепловозную тягу 6,5 тыс. км железнодорожных путей.

Третий этап (с 1956 г по настоящее время). В 1956 г. ХХ съезд КПСС принимает программу коренной реконструкции железнодорожного транспорта, в том числе полной замены паровозов тепловозами и электровозами. За предстоящую пятилетку планировалось построить 2250 шт. магистральных тепловозов. Для чего на тепловозостроение были переведены Коломенский, Луганский и Харьковский заводы. Дизели для них строились на Харьковском и Коломенском заводах, электрооборудование – на Харьковском заводе «Электротяжмаш».

В 1958 г. создается на Харьковском заводе тепловоз ТЭ10 мощностью 3000лс.

В 1960 г. строится пассажирский тепловоз ТЭП10 мощностью 3000 л.с. с конструкционной скоростью 140 км/ч.

В этом же году для работы на станциях выпускается маневровый тепловоз ТЭМ2.

В 1961 г. на Луганском тепловозостроительном заводе строится двухсекционный тепловоз 2ТЭ10Л мощностью 6000 л.с. В этом же году Коломенский машиностроительный завод выпускает пассажирский тепловоз ТЭП60 мощностью 3000 л.с. с конструкционной скоростью 160 км/ч.

С 1956 по 1970 гг. было построено 13500 секций магистральных тепловозов и 5840 электровозов. С заменой паровозов тепловозами и электровозами затраты на перевозки сократились на 35–40 % и повысилась производительность труда в 2,5 раза. За это время участковая скорость возросла в 2 раза, средний вес поезда увеличился на 1000 т и составил 2757 т. Внедрение тепловозов окупалось за 1–3 года. Переход на новые виды тяги позволил только за восьмую пятилетку (1966–1970 гг.) сократить эксплуатационные расходы на 5 млрд. руб. и сберечь 150 млн. тонн условного топлива. В 1970 г. тепловозы уже обслуживали 76,2 тыс. км (62,2 % эксплуатационной длины железных дорог СССР), электровозы – 33,9 тыс. км (25 %). В том числе на тепловозную тягу была переведена и ДВЖД, за исключением ее южной части, которую обслуживали электровозы.

С 1970 по 1992 гг. были созданы тепловозы новых серий 2ТЭ10В, 2ТЭ116, 3ТЭ10М, 4ТЭ10С, ТЭП70, ТЭМ7. Для Сахалинской ж.д. на Людиновском локомотивостроительном заводе были построены тепловозы с гидропередачей серии ТГ16 мощностью 3200 л.с. в двух секциях.