Основные этапы мирового тепловозостроения

Содержание

 8. Основные этапы мирового тепловозостроения

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, курсировавший на Дрезденской городской железной дороге в 1892 г., можно считать первым тепловозом. Мощность его двигателя составляла 7,35 кВт (10 л. с). Делались попытки использования бензиновых двигателей на небольших узкоколейных маневровых тепловозах для внутризаводского транспорта.

В 1892 г. Рудольф Дизель взял патент, а в 1897 г. представил вариант двигателя внутреннего сгорания, который был назван его именем. Первый дизель имел мощность 14,7 кВт (20 л. с), его коэффициент полезного действия превышал коэффициент полезного действия паровых машин и не зависел от размеров двигателя. [1]

В 1912 г. на линии Винтертур-Ромаспорн в Швейцарии были проведены испытания первого тепловоза мощностью 705 кВт (960 л. с), созданного Дизелем и Клозэ.

В 1913 г. в Германии на линии Берлин – Мансфельд попытались использовать этот локомотив для движения пассажирского поезда. Но оказалось, что он не пригоден для поездной работы, так как развивал большую мощность лишь при больших скоростях, а при трогании с места и на подъемах мощности не хватало. Выяснилось, что двигатель внутреннего сгорания без специальной передачи между ним и движущими колесами не может обеспечить необходимые тяговые качества локомотива, диктуемые разнообразными факторами работы железной дороги – профилем пути, скоростью движения, массой поезда, погодными условиями и др.

Предлагались, проектировались и создавались тепловозы с механической, электрической, гидравлической, газовой и другими типами передач.

В годы первой мировой войны фирмой «Крош» (Франция) были построены узкоколейные тепловозы мощностью 88 кВт (120 л. с.) с электрической передачей, а заводом Балдвина (США) – с механической передачей автомобильного типа.

Шведский узкоколейный тепловоз мощностью (88 кВт) с электрической передачей был построен в 1922 г.

В 1924 г. в Ленинграде был создан магистральный тепловоз ГЭ1 (ЩЭЛ1) системы Я. М. Гаккеля мощностью 735 кВт (1000 л. с.) с электрической передачей.

В ноябре 1924 г. тепловоз вышел на железнодорожную магистраль и в январе 1925 г. прибыл в Москву. Одновременно в Москве появился тепловоз с электрической передачей ЭЭЛ2 мощностью 880 кВт (1200 л. с), построенный в Германии по проекту русских инженеров, так же как и тепловоз с механической передачей ЭМХ3, поступивший в эксплуатацию на сеть советских железных дорог в 1927 г.

В 1930 г. в Дании на тепловозную тягу была переведена четвертая часть всей сети.

На железных дорогах США в 1936 г. было 185 тепловозов средней мощностью 400 кВт (540 л. с). Первоначально здесь строились маневровые тепловозы мощностью 220 кВт (300 л. с).

В 1940 г. появились первые многосекционные грузовые и универсальные (для грузовой и пассажирской службы) локомотивы. Мощность секции с одним дизелем составляла 990 кВт (1350 л. с), а с двумя – 1470 кВт.

До второй мировой войны на заводах СССР, кроме тепловоза ЩЭЛ1, были построены единичные экземпляры тепловозов ОЭЛ6, ОЭЛ7, ОЭЛ10, ВМ, ЭЭЛ9 и несколько десятков тепловозов серии Ээл.

Тепловозная тяга впервые была введена на бывшей Ашхабадской железной дороге на протяжении более 700 км.

Широкое внедрение тепловозной тяги началось после окончания второй мировой войны. В СССР один за другим с небольшим интервалом появляются тепловозы ТЭ1 мощностью 735 кВт (1000 л. с.) и двухсекционный тепловоз ТЭ2 мощностью 1470 кВт (2000 л. с). В 1953 г. был построен первый тепловоз ТЭЗ мощностью в двух секциях 2940 кВт (4000 л. с), а с 1956 г. начато его серийное производство. К этому периоду относится начало бурного развития отечественного тепловозостроения.

Локомотивостроительные заводы Харькова, Луганска, Коломны, Ленинграда, Брянска, Людинова, Мурома за 4-5 лет разработали десятки типов различных тепловозов и построили 15 образцов опытных локомотивов. Среди них магистральные и маневровые тепловозы с электрической передачей ТЭ10, ТЭ50, ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ40, ТЭМ1 и с гидравлической передачей ТГМ2, ТГМЗ, ТП00, ТП02, ТП05, ТГ106, ТГП60. Одновременно росла протяженность линий, обслуживаемых тепловозами. В 1950 г. она составляла примерно 3 тыс. км, в 1960 г. – 18 тыс., в 1970 г. – 76 тыс. км.

В настоящее время предусматривается создание грузовых тепловозов секционной мощностью 4410 кВт (6000 л. с). Это восьмиосный тепловоз ТЭ136 с дизелем Д49 и девятиосный тепловоз ТЭ126. Пассажирское движение обслуживают главным образом шестиосные тепловозы ТЭП60 мощностью 2200 кВт (3000 л. с.) с конструкционной скоростью 160 км/ч. Начато серийное производство тепловоза ТЭП70 мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) с передачей переменно-постоянного тока и дополнительным реостатным тормозом. В перспективе намечен серийный выпуск пассажирского двухсекционного 12-осного тепловоза мощностью 3675 кВт (5000 л. с.) в секции с оборудованием для электрического отопления пассажирских поездов и восьмиосного тепловоза ТЭП80 мощностью 4410 кВт (6000 л. с).

В 1956 г. большинство дорог США полностью перешло на тепловозную тягу. [3]

Значительна доля тепловозов в работе железных дорог Великобритании, Испании, Португалии, Финляндии и некоторых других стран. Менее 10% грузовых перевозок железных дорог выполняют тепловозы в Австрии, Швеции, Италии, примерно 15% - в ФРГ и Франции. В этих странах значительное развитие получила электрификация железных дорог. В Швейцарии железные дороги практически полностью электрифицированы.

По мере замены паровозной тяги тепловозной рост числа тепловозов сопровождался увеличением их секционной мощности и совершенствованием конструкции, что обеспечивало снижение эксплуатационных затрат. Английские исследователи показали, что при одинаковой мощности затраты на топливо и текущий ремонт односекционных тепловозов составляют соответственно 70 и 95% аналогичных затрат двухсекционных тепловозов, а их стоимость на 20% меньше. Парк тепловозов Британских железных дорог в начале 70-х годов отличался такой многосерийностью, что была принята специальная программа значительного сокращения их типов.

В настоящее время большинство магистральных тепловозов европейских стран имеют электрическую тяговую передачу, лишь в ФРГ широкое распространение получила гидравлическая передача. В маневровых тепловозах в основном применяют гидравлическую передачу. На железных дорогах ФРГ используют главным образом унифицированные (для грузовых и пассажирских перевозок) четырехосные тепловозы мощностью 1400-2000 кВт (1900-2700 л. с). На сети Национального общества французских железных дорог во всех видах движения наибольшее распространение получили четырехосные тепловозы серии В В 67000 мощностью 1750 кВт (2400 л. с.) с двумя мономоторными тележками. В США примерно 70% парка тепловозов имеют секционную мощность 2200-2650 кВт (3000-3600 л. с). Локомотивостроительаые фирмы работают над повышением экономичности, тяговых и сцепных качеств и надежности тепловозов. Основные современные тенденции развития – рост секционной мощности и расчетной скорости, повышение эксплуатационных качеств и условий труда локомотивных бригад.

Подготовленные к массовому производству 6- и 4-осные тепловозы серии 60 имеют мощность 2940 кВт.

В СССР в грузовом и пассажирском движении наибольшее распространение получили тепловозы с электрической передачей. Грузовой тепловоз ТЭЗ имеет электрическую передачу постоянного тока, двухтактный дизель 2Д100 мощностью 1470 кВТ (2000 л. с). Тепловозы 2ТЭ10Л, серийное производство которых было начато в 1965 г., также имеют электрическую передачу постоянного тока. [2]

Двухтактный дизель I ОД 100 с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха имеет мощность 2200 кВт (3000 л. с). В последующие годы выпускались модификации тепловозов типа ТЭ10 с индексами Л, В, М, С. Первые тепловозы 2ТЭ116 с электрической передачей переменно-постоянного тока и четырехтактным дизелем Д49 мощностью 2250 кВт (3060 л. с.) в секции были выпущены в 1971 г.

С 1988 г. началось их серийное изготовление. Первые тепловозы 2ТЭ121 с электрической передачей переменно-постоянного тока с дизелем типа Д49 мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) были построены в 1979 г.

Подвергались существенной переработке конструкции водяной и масляной систем охлаждения тепловозных дизелей, системы охлаждения электрических машин, вспомогательное оборудование и другие агрегаты и узлы тепловозов. Дальнейший процесс тепловозостроения предусматривает создание тепловозов секционной мощностью 4415 кВт (6000 л. с).

Непрерывно растущие требования повышения массы поездов и скоростей их движения определяют потребность создания все более мощных локомотивов. Уже сейчас необходимы автономные локомотивы секционной мощностью 6000-7350 кВт (8000-10 000 л. с). Не менее важной задачей является перевод автономных локомотивов на альтернативные виды топлива, например газ. Эти проблемы успешно решаются при применении в локомотивостроении газотурбинных двигателей.

Созданы и эксплуатируются газотурбовозы – автономные локомотивы, у которых газовая турбина – основной силовой двигатель Первый газотурбовоз N1101 мощностью 1610 кВт (2200 л. с), созданный швейцарской фирмой «Броун – Бовери» в 1941 г., находился в опытной эксплуатации в течение ряда лет. Затем фирма в 1949 г. построила для британских железных дорог второй газотурбовоз N18000 мощностью 1840 кВт (2500 л. с).

В 1950 г. английская фирма «Метрополитен-Виккерс» создала газотурбовоз N18100 мощностью 2200 кВт (4000 л. с). Эти газотурбовозы имели электрическую передачу, их к. п. д. не превышал 14%.

Значительно позже (в 1961 г.) в Великобритании фирмой «Инглиш Электрик» был создан газотурбовоз с непосредственной механической передачей тягового усилия на ведущие колеса. Коэффициент полезного действия этого локомотива при номинальном режиме работы турбины достигал 20%.

В США первый газотурбовоз N50 мощностью 3500 кВт (4800 л. с.) был построен в 1948 г. фирмами «Дженерал Электрик» и «Алко».

Применение на высокоскоростном пассажирском транспорте автономной тяги газотурбинных двигателей решает эту сложнейшую проблему. При этом также решается не менее важная задача сосредоточения мощной силовой установки на одном экипаже при обеспечении допустимых для высоких скоростей движения осевых нагрузок на рельсы.

Вот почему при решении проблемы высокоскоростного пассажирского движения в США, Великобритании, Франции, Канаде и Японии очень большое внимание уделялось созданию турбопоездов – автономных моторвагонных поездов с газовыми турбинами в качестве первичных двигателей.

Созданные в 1967 г. корпорацией «Юнайтед Эйркрафт» в США и ее филиалом в Канаде трехвагонные турбопоезда во время испытаний достигали конструкционной скорости 257 км/ч.

3. Возникновение  и развитие сортировочных станций, их основное назначение

Железные дороги, развиваясь, быстро образовали разветвленную сеть железных дорог. Потребовалось отправлять вагоны не только на близлежащие станции, но и на более отдаленные, расположенные на разных направлениях. Для этого в узловых точках сети стали сооружать сортировочные станции, основное назначение которых – переработка вагонопотоков, т. е. расформирование и формирование поездов. Для выполнения этих работ сортировочная станция имеет специальные пути и маневровые средства, составляющие сортировочный комплект (систему), включающий, как правило, парки приема, сортировки, отправления и сортировочные устройства.

В Европе сооружались преимущественно односторонние сортировочные станции, имеющие объединенные парки путей для всех направлений движения поездов. В США предпочтение было отдано двусторонним станциям, т. е. с двумя сортировочными системами, каждая для одного направления движения поездов.

Историю развития сортировочных станций можно разделить на несколько наиболее характерных этапов, отличающихся качественными изменениями.

Первый этап длился от возникновения сортировочных станций до конца прошлого столетия, второй – до конца второй мировой войны, третий продолжается в настоящее время. В каждом из перечисленных этапов, особенно в последнем, также можно выделить периоды наиболее интенсивного развития сортировочных станций.

Техника и технология переработки вагонопотоков особенно интенсивно совершенствовалась в странах Западной Европы (Германия, Франция, Великобритания) и США, а на последнем этапе – также в Японии. Большой вклад в проектирование и развитие сортировочных станций внесли специалисты железных дорог России и других республик бывшего СССР.

В первом периоде развития сортировочного хозяйства расформирование составов и направление отцепов на пути, соответствующие их назначению, осуществлялись, как правило, на горизонтальных путях, расходящихся веерообразно от одного общего (вытяжного) пути с помощью стрелочных переводов. Сначала этот процесс осуществлялся методом осаживания, затем стали применять подталкивание. При этом группы вагонов отцеплялись от подталкиваемого маневровым локомотивом состава, а затем, после затормаживания этого локомотива, отделялись от него и двигались по инерции по нужным маршрутам.

Наряду с этим способом передвижение отцепов на соответствующие пути в ряде стран выполнялось с помощью конной тяги, например в России. В США на станциях Ист-Детройт, Хоторн, Пекертон и др. применялись маневры с помощью шеста. В 1846 г. в Германии станция Дрезден-Фридрихштадт была построена на уклоне. В 1863 г. такая станция была сооружена во Франции (Сен-Этьен), в 1873 г.- в Англии (Эдж-Хилл). [1]