10.2. История развития паровозной тяги

Мысль о применении пара для нужд транспорта возникла еще в XVII в. Вначале пытались приспособить паровые двигатели к обыкновенным повозкам или телегам. Паровые повозки были рассчитаны на движение по прямой дороге без рельсов. В 1763 г. французский инженер Коньо построил первую паровую повозку. Эта машина работала всего 12–15 минут.

Рисунок 10.4. Паровоз Тревитика.

Многие изобретатели в эту эпоху пытались построить локомотив, двигающийся по рельсам. Особенно большое значение для создания железнодорожного транспорта имели работы шотландского инженера и механика Ричарда Тревитика (1771–1833), который первым пришел к идее применения паровых локомотивов на специально устроенных рельсовых путях. В 1803 г. Тревитик сконструировал паровоз для рельсового пути (рис. 10.4).

Рисунок 10.5. Паровоз Дж. Стефенсона «Ракета»

За период с 1803 по 1814 г. появилось множество разнообразных моделей рельсовых паровозов. В области паровозостроения в этот период в Англии работали изобретатели Бленкинсон, Меррей, братья Чемпей, Брентон, Хедли и др.

В 1814 г. сконструировал и испытал свой первый паровоз Джордж Стефенсон (1781–1848), который, в основном, и решил проблему создания парового железнодорожного транспорта (рис. 10.5). До 1825 г. паровозы использовались главным образом на маленьких частных дорогах, обычно обслуживающих нужды рудников или фабричных предприятий. Появление более совершенных конструкций паровозов стимулировало строительство новых железнодорожных линий.

Рисунок 10.6. Паровоз Черепановых.

Первый паровоз в России был построен на Нижне-Тагильском заводе на Урале в августе 1834 г. русскими механиками, крепостными Ефимом Алексеевичем Черепановым (1774–1842) и его сыном Мироном Ефимовичем Черепановым (1803–1849). Паровоз Черепановых (рис. 10.6) возил состав весом в 3,3 т со скоростью от 13 до 16 км в час. Вслед за первым паровозом Черепановы в 1835 г. построили второй, более мощный паровоз. «Горный журнал» в июле 1835 г. писал, что второй паровоз Черепановых «может возить за собой до 1000 пудов груза».

Однако машины Черепановых, достаточно эффективные для того времени, не были использованы для развития железнодорожного транспорта в России, как и паровая машина Ползунова. В 1834 г. австрийский профессор Герстнер сумел добиться от царя привилегии на строительство железной дороги между Петербургом и Царским Селом протяженностью в 27 км (была открыта в 1837 г.)

К середине XIX в. резко возросли темпы сооружения железных дорог общего пользования с паровой тягой. С 1840 по 1870 г., т. е. за 30 лет, протяженность железных дорог во всем мире увеличилась в 14 раз. В 70-х годах XIX в. окончился начальный период в развитии паровозостроения. Новая эра в развитии паровозной тяги была связана с введением на транспорте компаунд-машин, т. е. паровых машин двойного (или многократного) расширения. Главным достоинством паровозов системы «компаунд» являлась большая экономичность, что объясняет быстрое их распространение на железнодорожном транспорте в конце XIX в. Усовершенствование паровозов «компаунд» привело к возникновению нового типа паровозов, так называемых сочлененных, или гибких, паровозов. Первый сочлененный паровоз (рис. 10.7) построил инженер Маллет в 1887 г.

Рисунок 10.7. Паровоз системы «Маллет».

Крупным усовершенствованием конструкции паровоза явилось применение в паровых машинах перегрева пара, что повышало коэффициент полезного действия паровой машины. Первые пригодные для эксплуатации пароперегреватели разработал немецкий ученый Вильгельм Шмидт (1898 г.). В течение семидесяти лет распространения паровозов их скорость увеличилась в 5 раз, мощность – в 100 раз, а сила тяги – в 30 раз, при увеличении веса состава поездов в 10 раз.

Но не только качественно изменялись паровозы, увеличилось и количество паровозов – в конце XIX в. производство паровозов по сравнению с 70-ми годами возросло в 2–2,5 раза. В 90-х годах XIX в. во всех странах производилось два паровоза в год, а уже в 1905–1907 гг. количество выпускаемых ежегодно паровозов увеличилось от 5,5 тыс. до 7,3 тыс. Паровозная тяга использовалась в Советском Союзе и в мире вплоть до начала 70-х годов XX века. Переход на прогрессивные виды тяги – тепловозную и электрическую – был продиктован не столько пределом мощностных возможностей паровоза, сколько значительным преимуществом новых видов тяги перед паровой по энергетической экономичности, среднесуточной производительности, а также сокращением числа работающих в локомотивном хозяйстве, улучшением условий труда. Однако в ряде стран (Индия, КНР, Аргентина, Бразилия, ЮАР и др.) еще достаточно широко используется паровая тяга. Как правило, паровозы работают на полигонах массовых перевозок угля, где угольное топливо дешево.

Рисунок 10.8. Вагон-газоход Дрезденской городской железной дороги.

В конце XX века делались попытки заменить малоэффективную паровую машину другими двигателями, в частности двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем. 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 (рис. 10.8), курсировавший на Дрезденской городской железной дороге в 1892 г., можно считать первым тепловозом. Делались попытки использования бензиновых двигателей на небольших узкоколейных маневровых тепловозах для внутризаводского транспорта.