Транскрипт
1 Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ)) ИСТОРИЯ И РАЗВИТИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В РОССИИ И МИРЕ Тематический реферат по дисциплине «История и философия науки» Выполнил аспирант кафедры ЭЖТ, специальность «Техника и технологии наземного транспорта» Г. Р. Ермачков Научный руководитель к. т. н., доцент А. Н. Смердин Проверил д. и. н., доцент А. В. Гайдамакин Омск 2016
2 Содержание Введение Развитие промышленности в конце XVIII -начале XIX веков Первые попытки создания железных дорог Развитие железнодорожной сети От паровой тяги к электрической Паровозы становятся все мощнее Двигатель внутреннего сгорания приходит на железную дорогу Электровозы — современный вид тяги Заключение Библиографический список
3 Введение Железнодорожный транспорт в его современном понимании зародился в начале XIX века, хотя первые колейные дороги существовали еще в Древнем Риме. Железные дороги для многих стран быстро стали основным видом транспорта. В течение XIX и первой трети XX века длина сети железных дорог мира быстро росла и сегодня насчитывает почти 1,3 млн. км. Железнодорожный транспорт оказал поистине неоценимые услуги человечеству в развитии земной цивилизации. Массовые сухопутные перевозки угля, руды, зерна и многих других грузов, а также перевозки пассажиров и сегодня немыслимы без использования железных дорог. В 80-х годах XX века во многих странах отмечался 150-летний юбилей национальных железных дорог. Его отпраздновали в Великобритании, Бельгии, СССР и других странах. Что это — юность, зрелость или старость? Ответить на такой вопрос непросто. В 80-е годы XX века некоторым специалистам казалось, что железные дороги быстро отомрут. Например, в то время в Великобритании был предложен проект замены железных дорог на автотрассы. Но его отвергли. А в Венесуэле такой проект был реализован. Здесь железнодорожную колею демонтировали, сухопутные перевозки передали автотранспорту. Но век железных дорог не прошел. В Венесуэле обсуждается проект возрождения железных дорог, в частности для пригородно — городских перевозок в столице страны — Каракасе. Город бурно растет, и единственным средством сделать его удобным для жителей считается строительство городов спутников, связанных со столицей современными железными дорогами. Если железнодорожный транспорт будет идти в ногу с развитием технического прогресса, то эта отрасль долго еще останется одной из основных отраслей народного хозяйства. Пример тому — поистине ренессанс, переживаемый железными дорогами благодаря появлению высокоскоростных специализированных пассажирских линий, на которых достигаются скорости 300-3
Габариты на железных дорогах
... в указаниях по применению габаритов приближения строений. Габаритом погрузки Железные дороги принимают к перевозке и негабаритные грузы, которые, при погрузке на открытый подвижной состав, выходят ... за пределы габарита погрузки. установлены зоны ...
4 350 км/ч и более. Пассажиры предпочитают их реактивным самолетам! В Европе, Азии, Америке, Австралии предполагается создать целую сеть таких железных дорог. Много линий уже построено или строится. А ведь еще не получили развития поезда на магнитной подушке, скорости которых могут достигать км/ч. Совершенствуются и грузовые перевозки. Специализированные грузовые вагоны, ускоренные поезда с высокой точностью доставки грузов, четкое взаимодействие с морским, речным и автомобильным транспортом обеспечивают дополнительные преимущества в использовании железных дорог. Так что о старости железных дорог говорить рано. Исторический взгляд на железнодорожный транспорт сегодня особенно необходим. Глубокое осознание роли железных дорог в настоящее время позволит принимать правильные и обоснованные решения по их развитию, а взгляд в прошлое всегда помогает решать задачи будущего. Итак, целью в настоящем реферате является рассматривание в историческом аспекте развитие железных дорог на всех континентах, изменение их роли в различные периоды Новой истории. Основной задачей является рассматривание развития технических средств железных дорог — путей, локомотивов, вагонов, средств и методов управления. Конечно, речь идет не столько о конструктивных деталях, сколько о тенденциях технического прогресса. 4
5 1. Развитие промышленности в конце XVIII -начале XIX веков В х годах XVIII века сначала в Англии, а затем и в других странах начался промышленный подъем. Вместо ручного труда появилось машинное производство, вместо ремесленных мастерских и мануфактур. Создание машинной индустрии началось с ткацких и прядильных машин, так как наиболее развитой отраслью хозяйства в Англии была текстильная промышленность. По мере увеличения числа машин, устанавливаемых на предприятиях, возрастала потребность в универсальном двигателе, который в отличие от насосных был бы способен выполнять механическую работу и приводил в движение различные механизмы. Наступал век паровых машин. Паровая машина в роли двигателя появилась в XVIII веке, но еще за 120 лет до новой эры греческий физик Герон Александрийский соорудил аппарат — механическую игрушку, приводимую во вращательное движение силой пара. Это был прообраз современных паровых турбин. Начало промышленному использованию энергии пара положило изобретение француза Дени Папена. Он изобрел кастрюлю с герметической крышкой, снабженной специальным клапаном. Паровая повозка Кюньо который регулировал давление пара внутри кастрюли. Это было то, что мы сейчас называем автоклавом. В 1690 г. Папен пытался соединить свою кастрюлю — паровой котел с цилиндром и поршнем водяной помпы. По этому принципу были построены первые паровые машины, нашедшие применение в горной промышленности в качестве парового насоса, откачивавшего воду из затопляемых шахт и рудников. В 1763 г. русский инженер И. И. Ползунов представил проект парового двигателя для подачи воздуха в плавильные печи. Машина Ползунова имела удивительную по тем временам мощность — 40 лошадиных сил. Настоящую революцию в промышленности произвела паровая машина, созданная инженером Джеймсом Уаттом в 1784 г. Универсальность паровой 5
Государственное регулирование транспортной системы на примере ...
... к услугам, оказываемым владельцами железнодорожных путей необщего пользования. Государственное регулирование в области железнодорожного транспорта осуществляется путем: проведения государственной политики в области железнодорожного транспорта; определения основы деятельности органов государственного регулирования в области железнодорожного транспорта; утверждения обязательных для исполнения ...
6 машины Уатта позволяла применять ее на любом производстве и на транспорте. В 1769 г. французский артиллерийский офицер Жозеф Кюньо изобрел первую паровую повозку (рисунок 1) для передвижения тяжелых орудий. Уильям Мердок решил поставить на колеса двигатель Уатта. Говорят, что сам Уатт был против этого. Мердок изготовил модель паровой повозки, но дальше модели не пошел. В 1802 г. английский конструктор Ричард Тревитик сделал паровой автомобиль. Его скорость достигла 10 км/ч. Чтобы получить такую скорость движения, Тревитик сделал огромные ведущие колеса, которые были хорошим подспорьем на плохих дорогах. Дороги по-прежнему были в плачевном состоянии, а успех автомобиля зависел от качества дорог. Рисунок 1 — Паровая повозка 2. Первые попытки создания железных дорог В средневековых рудниках существовали дороги, состоящие из деревянных рельсов, по которым передвигали деревянные вагоны. Примерно в 1738 г. быстро изнашивавшиеся деревянные рудничные дороги были заменены металлическими [9].
Вначале они состояли из чугунных плит с желобами для колес, что было непрактично и дорого. В 1767 г. Ричард Рейнольде уложил на подъездных путях к шахтам и рудникам Колбрукдэйла стальные рельсы. Они отличались от современных: в сечении 6
7 они имели форму латинской буквы U, ширина рельса была 11 см, длина 150 см. Рельсы пришивались к деревянному брусу желобом кверху. Постепенно рельсовые пути выходили за пределы рудничного двора. Их стали прокладывать до реки или канала, где груз перекладывался на суда и дальше перемещался водным путем. Решалась проблема предотвращения схода колес с рельс. Использовали угловое железо, но это увеличивало трение колес. Затем стали применять закраины у колес, одновременно с грибовидной формой рельса в разрезе. Сходы с рельсов прекратились. В 1803 г. Тревитик решил использовать свой автомобиль для замены конной тяги на рельсовых путях. Но конструкцию машины Тревитик изменил — он сделал паровоз. На двухосной раме с четырьмя колесами находился паровой котел с одной паровой трубой внутри. В котле над паровой трубой горизонтально размещался рабочий цилиндр. Шток поршня далеко выдавался вперед и поддерживался кронштейном. Движение поршня передавалось колесам при помощи кривошипа и зубчатых колес. Имелось и маховое колесо. Чугунные рельсы быстро выходили из строя под тяжестью паровоза. Вместо того чтобы заменить слабые рельсы более прочными, отказались от паровоза. Уже после Тревитика, забыв о его изобретении, многие пытались создать паровоз. Человеком, который сумел проанализировать, обобщить и учесть весь предшествующий опыт в паровозостроении, был Джордж Стефенсон. Известны три типа паровоза Стефенсона. Первый, названный им «Блюхер», был построен в 1814 г. Паровоз имел два цилиндра, зубчато-колесную передачу. Пар из цилиндров вырывался наружу. Затем Стефенсон создал устройство, которое было этапным в паровозостроении — конус. Отработавший пар стал отводиться в дымовую трубу. Второй паровоз был создан в 1815 г. Стефенсон заменил зубчатую передачу непосредственным соединением кривошипным механизмом поршней цилиндров с движущимися осями и спарил колеса с помощью жестких ды- 7
Железные дороги зарубежных стран
... доля железных дорог в грузообороте всех видов транспорта в стране достигла 70%. Новое железнодорожное строительство практически не ведется. Железнодорожная система США (Безуглый) -одна из самых эффективных и высокотехничных в мире. Избыточность сети ...
8 шел. Стефенсон был первым паровозостроителем, который обратил внимание на путь и на взаимодействие локомотива и пути. Он изменил соединение рельсов, смягчив толчки, снабдил паровоз подвесными рессорами. Стефенсон пришел к выводу, что путь должен быть по возможности горизонтальным и что, несмотря на дороговизну путевых работ, необходимо устройство насыпей и выемок при постройке железной дороги. На первой в мире железнодорожной линии Стоктон — Дарлингтон предполагалось в качестве тяги использовать лошадей как наиболее надежное средство. В 1823 г. Стефенсон стал работать на строительстве этой линии, и в том же году он основал первый в мире локомотивостроительный завод в Ньюкастле. На наиболее крутых участках составы передвигались с помощью канатов. Были уложены и чугунные, и стальные рельсы. В вопросе о тяге возникли разногласия. Предлагалась конная тяга как самая надежная. Джордж Стефенсон заявил, что может построить паровоз, развивающий скорость более 30 км/ч. Был объявлен конкурс. Победу одержал Стефенсон. Его паровоз «Ракета» в 1829 г. развил скорость 56 км/ч. Вопрос о виде тяги был решен в пользу паровоза. На этом паровозе впервые был применен многотрубный котел.
Первая паровая железная дорога Ливерпуль — Манчестер была открыта в 1830 г. С этого времени началось быстрое развитие железнодорожного транспорта. В том же 1830 г. первая железная дорога была построена в Америке между Чарльстоном и Огеста протяжением 64 км. Затем — железнодорожное строительство начали одна за другой европейские страны: гг.- Франция, Сен-Этьен — Лион, 58 км; 1835 г.- Германия, Фюрт — Нюрнберг, 7 км; 1835 г.- Бельгия, Брюссель — Мехельн, 21 км; 1837 г. — Россия, Санкт-Петербург — Царское Село, 26,7 км. Здесь необходимо заметить, что еще в 1834 г. в Нижнем Тагиле была сооружена чугунная дорога протяжением 854 м с паровой тягой. Паровоз был построен отцом и сыном Черепановыми (рисунок 2), русскими промышлен- 8
9 ными инженерами. Они были из крепостных Демидовых знаменитой семьи владельцев заводов. С 1822 года вплоть до своей смерти Ефим был главным механиком всех заводов в Нижнем Тагиле. Сын Мирон был его учеником и в1819 году был назначен его заместителем и, в конечном счёте, заменил отца после его смерти. Первый их паровоз провозил 3,3 т руды со скоростью км/ч. Кроме груза, паровоз мог везти до 40 пассажиров. Вскоре Черепановы сделали второй, более мощный паровоз, который водил составы массой до 16 т [4].
Рисунок 2 отец и сын Черепановы В Азии первая железная дорога была построена в 1853 г. в Британской Ост-Индии, в Африке — в 1856 г. в Египте, в Австралии — в 1854 г. В 1832 г. на заводе в Америке был сделан первый паровоз с поворотной тележкой — важным и необходимым техническим элементом современного подвижного состава. 9
10 3. Развитие железнодорожной сети Железные дороги, зародившись в Англии, распространились по всему миру. Темп их роста вплоть до первой мировой войны был велик. Мировая железнодорожная сеть составляла, тыс. км: 1836 г.- 2,4; 1876 г.- 295,0; 1846 г.- 15,9; 1886 г.- 490,0; 1856 г.-67,0; 1896 г.-705,0; 1866 г.- 146,0; 1916 г ,3. Затем рост сети замедлился, а с середины 50-х годов прошлого столетия общая протяженность сети железных дорог мира, тыс. км, начала уменьшаться: 1937 г ,4; 1955 г ,3; 1985 г ,1. Развитие железных дорог происходило неравномерно в разных странах (Таблица 1).
Развитие железнодорожного транспорта в России
... надлежит знать историю становления железных дорог, соизмеряя ее с историей человечества и теми условиями, в которых происходило развитие транспорта. Железнодорожный транспорт играет исключительно важную роль в развитии экономики любого государства, так ...
Всего до 1860 г. было построено примерно 100 тыс. км железных дорог, из них почти 50 тыс. в США, 16,8 тыс.- в Великобритании, 11,6 тыс. -в Германии и 9,5 тыс. км — во Франции. Из других стран, где в этот период разворачивалось железнодорожное строительство, следует отметить Бельгию — 1,8 тыс. км, а также Испанию — 1,9 тыс., Италию — 1,8 тыс., Австро- Венгрию — 4,5 тыс. км. В России в 1851 г. было завершено строительство важной для страны линии С.-Петербург — Москва длиной 650 км. Поражали темпы строительства железных дорог в США, где с 1850 по 1860 г. было построено 34,8 тыс. км новых линий. В 60-х годах XIX века после отмены крепостного права значительно возросли объемы железнодорожного строительства в России. Все более расширялось строительство железных дорог в Азии, Африке, Австралии. С 1860 по 1870 г. значительно возросла сеть железных дорог в Великобритании, Германии, Франции, Австро-Венгрии, Италии, Испании, Бельгии, Швеции. В е годы XIX века объемы железнодорожного строительства в мире продолжали возрастать. 10
11 В 1880 г. наибольшую протяженность железных дорог в Европе имела Германия км, за ней шла Великобритания , затем Франция , европейская часть России (с Финляндией) и Австро-Венгрия км. С 1890 по 1900 г. темп прироста мировой сети снизился до 172,7 тыс. км, но в следующее десятилетие он снова возрос до 239,8 тыс. км. В 1908 г. протяженность железных дорог Земного шара превысила 1 млн. км. В конце XIX — начале XX века темпы прироста длины железных дорог в Европе начинают постепенно снижаться. Колониальные страны развернули строительство железных дорог в своих колониях, главным образом для вывоза из них сырья. В период гг. железнодорожная сеть Европы возросла на км, в том числе Италия увеличила свою рельсовую сеть на 7,6%, Голландия — на 6,4, Германия — на 6,3, Австро-Венгрия — на 4,1, Франция — на 4,1, Бельгия — на 3,6, Англия — на 2,8, Испания — на 2,4%. Между тем Россия увеличила свою сеть на 22,6%, а США — на 7,9% [6].
К 1916 г. мировая железнодорожная сеть достигла 1145,3 тыс. км, в том числе в Европе — 297,2, Америке — 587,6, Азии- 175,9, Африке — 48,2, Австралии — 36,4 тыс. км. Азия, Африка и Австралия значительно отставали в развитии сети от Европы и Америки. Это предопределило значительную неравномерность распределения сети железных дорог. В Азии важнейшими железнодорожными районами были Британская Ост-Индия и Япония. Средняя Азия и Китай имели лишь зачатки железнодорожной сети. В Африке строительство железных дорог велось наиболее активно в Английской Южной Африке, в Египте и во французских колониях — Алжире и Тунисе. В Австралии железные дороги имелись в районах, находящихся на морских побережьях; были железные дороги и в Новой Зеландии. Первая мировая война затормозила строительство железных дорог. Все же к 100-летию с начала сооружения железных дорог, которое отмечалось в 1922 г., наблюдался рост сети во всем мире. 11
12 Таблица 1 — Прирост протяженности, тыс. км, сети железных дорог разных стран по периодам Страна Длина сети на 1840 г., км гг гг гг гг гг гг гг гг. США ,0 34,8 35,8 65,6 117,7 42,7 77,1 30,6 Германия 549 5,5 5,6 8,0 14,2 9,1 8,5 9,8 3,8 Франция 497 2,6 6,4 8,4 8,3 10,7 5,9 6,6 2,04 Австро-Венгрия 144 1,5 2,9 5,1 8,9 8,6 9,8 7,5 1,8 Великобритания ,4 6,1 8,2 3,9 3,4 2,9 2,4 1,07 Россия 26 0,5 1,1 9,5 12,3 8,7 23,6 14,0 15,7 Италия 8 0,4 1,4 4,3 2,6 4,2 2,9 1,2 1,3 Испания — 0,03 1,9 3,6 2,0 2,4 3,5 1,6 0,4 Швеция — — 0,5 1,2 4,2 2,1 3,3 2,7 1,0 Бельгия 336 0,5 0,9 1,3 1,1 1,1 1,1 2,2 0,3 Голландия — — 0,1 0,3 0,7 0,5 0,5 1,0 0,2 В 1913 г. сеть США достигла максимальной длины тыс. км. К 1937 г. она составила 384 тыс. км. Аналогичная картина наблюдалась и в Мексике. В 1913 г. протяженность сети составляла 25,4, а в 1937 г.- 24,7 тыс. км. В Канаде за рассматриваемый период протяженность сети возросла с 47,2 до 68,8 тыс. км, в Бразилии — с 23,5 до 34,1 тыс. км. Росла протяженность сети и в большинстве стран Азии, Африки и Австралии. К началу второй мировой войны примерно половина мировой железнодорожной сети приходилась на семь государств — США, СССР, Великобританию, Францию, Германию, Италию, Японию. В Европе наибольшую густоту железнодорожной сети имели Великобритания, Франция, Бельгия, Голландия, Дания, Германия, Чехословакия, Австрия, Швейцария. Менее развитая сеть была в СССР, Италии, Польше, Венгрии, Румынии, балканских и скандинавских странах. Как правило, железнодорожные линии сосредоточивались в промышленных районах. Во Франции основные железные дороги соединяли Париж с угледобывающими районами Лилля и железорудными Лотарингии. Важное значение 12
Опыт и использование скоростных и высокоскоростных железных дорог в Германии
... на железных дорогах ведется с момента их возникновения. История развития железнодорожного транспорта насчитывает ... для использования на железных дорогах за пределами Германии, в первую очередь ... железной дороге протяженностью 92 км пассажирские поезда достигали скорости 93 км/ч. В 1890 г. паровоз ... основным типом поездов на дальних направлениях, предоставляемых Немецкими железными дорогами (Deutsche ...
13 имели такие железнодорожные магистрали, как Париж-Кале, связавшая Францию с Англией, Париж — Дижон и далее в Италию, Париж — Бордо и далее в Испанию, Париж — Марсель, Париж — Лион. В Германии основные железнодорожные линии соединили Берлин с Рейнской областью, Гамбургом, Мюнхеном, Дрезденом; в Чехословакии — Прагу с Пльзенем, Брно, Моравской Остравой. В Италии густая сеть железных дорог располагалась в северной промышленной части страны. В Великобритании основные железнодорожные направления протянулись от Лондона на Бирмингем, Глазго, Ливерпуль, Шеффилд, Лидс, Ньюкасл, Эдинбург, к угледобывающему району Южного Уэлса и в югозападную Англию. Железнодорожная сеть Великобритании редеет в северном направлении, кроме района Глазго, где сконцентрировалась основная промышленность Шотландии. В 30-х годах протяженность сети Великобритании начала понемногу сокращаться: в 1933 г. она составила 32,6 тыс. км, в 1935 г.- 32,5, в 1937 г.- 32,3 тыс. км. Железнодорожная сеть СССР на 1 января 1938 г. по протяженности занимала второе место в мире и составляла 85,1 тыс. км [8].
Основные железнодорожные линии меридионального направления связали Донбасс, Кавказ и Нижнее Поволжье с Москвой, Ленинградом и северными районами страны. В широтном направлении важная роль принадлежала железнодорожным линиям, идущим из Москвы, Ленинграда и Донбасса на Урал и в Среднюю Азию. Большое значение имела Транссибирская магистраль, связавшая районы Урала, Сибири и Дальнего Востока. Турксиб обеспечил кратчайший путь из Средней Азии в Сибирь и на Дальний Восток. В Китае основные линии находились в восточных провинциях. Сравнительно развитую, но слабо загруженную сеть железных дорог имела Турция. Иран в то время только начал железнодорожное строительство. Наибольшая в Азии протяженность железнодорожной сети была в Индии. Сравнительно большая сеть железных дорог была у Японии, в которой с 1929 по 1936 г. 13
«Железные дороги России»
... перспективное видение развития железнодорожного транспорта. Компания подготовила проект документа: «Основные направления стратегии развития железнодорожного транспорта России на период до 2030 года», в котором изложены основные моменты будущего роста и развития российских железных дорог. ОАО ...
14 было построено 4,6 тыс. км железных дорог. Важнейшие линии Японии проходили по побережью острова Хонсю, соединяя между собой крупные города прибрежной полосы, а также порты с внутренними горными сельскохозяйственными районами. Остров Кюсю пересекла с севера на юг железная дорога Кагосима, предназначавшаяся для перевозок угольно — металлургической продукции северного района острова и сельскохозяйственных грузов юга. На острове Хоккайдо железнодорожная сеть с 1921 по 1938 г. возросла в три раз. Главная линия острова протянулась от порта Хакодате через Отару и Саппоро до Вакканай в проливе Лаперуза. В Африке довольно развитую железнодорожную сеть создал Южно- Африканский Союз (ЮАР).
Железные дороги связали Южно-Африканский Союзе Родезией (Зимбабве), Конго (Заир), Юго-Западной Африкой (Намибия).
Несколько железнодорожных линий имели Египет, Алжир, Тунис, Марокко. Многие железные дороги были построены параллельно друг другу и водным путям. Некоторые направления обслуживались двумя — восемью параллельными железнодорожными линиями разных компаний. Поэтому уже после первой мировой войны сеть США сократилась, с 1920 по 1936 г. она уменьшилась на 18,3 тыс. км. Значительно меньше была развита железнодорожная сеть Канады, в основном сосредоточившаяся в восточной части страны, наиболее развитой и близкой к границе США. В Мексике основные железнодорожные направления Эль — Пасо и Ларедо протянулись с севера на юг. В Южной Америке железнодорожная сеть была очень невелика. Основная ее часть находилась в Бразилии, Аргентине и Чили и предназначалась для вывоза экспортных грузов. Австралия и Новая Зеландия имели довольно развитые железнодорожные сети. Правда, в Австралии густота сети была неодинакова, более мощная 14
15 сеть располагалась в юго-восточной части, тогда как в северной имелись лишь отдельные линии. За годы второй мировой войны, характер развития железнодорожной сети значительно изменился. В Европе наиболее пострадали железные дороги СССР, Германии, Польши, Великобритании, Франции, Италии, Бельгии, Румынии, Югославии, Бирмы и Японии. В большинстве развитых капиталистических стран не все железные дороги восстанавливались — железнодорожная сеть сокращалась. Вместе с тем в отдельных странах, не принимавших непосредственного участия в военных действиях, сеть железных дорог незначительно, но увеличилась. К числу таких стран принадлежали Испания, Турция, Южно Африканский Союз (ЮАР), Канада, Мексика, Аргентина, Бразилия, Чили, Австралия. В Европе значительное сокращение железнодорожной сети произошло в Великобритании, Бельгии, Франции, ФРГ, Швеции, возросла сеть железных дорог в СССР. В Америке железнодорожная сеть стала меньше в основном из — за сокращения сети железных дорог США. Кроме того, несколько уменьшилась сеть Аргентины, Бразилии, Канады. Вместе с тем в странах Азии железнодорожная сеть постоянно наращивается, кроме Японии, где наблюдается некоторое сокращение протяженности железных дорог стандартной колеи. В то же время здесь развивается сеть высокоскоростных железных дорог. По густоте железнодорожной сети на первом месте в мире находится государство Сент-Кристофер (Сент-Китс и Невис), имеющее примерно 100 км железных дорог на территории площадью 261 км 2 с населением 0,04 млн. чел. Наиболее густую сеть железных дорог имеют такие страны, как Бельгия — 131,2 и Швейцария- 121,1 км на 1000 км 2. По протяженности сети, приходящейся на 10 тыс. чел., приоритет имеют железные дороги Новой Зеландии — 30,8, Канады — 25,9, Австралии — 24,3 15
Назначение и типы автомобильных двигателей
... от сжатия (самовоспламенение) — в дизелях. 1. Основные типы двигателей Применяемые на автомобилях двигатели подразделяются на типы по различным признакам (рис.1). Рис.1. Основные типы автомобильных двигателей, классифицированных по различным признакам У четырехтактных ...
16 км. Самая малая густота сети в Сингапуре — 0,16 км на 1000 км 2. В Непале на каждые 10 тыс. чел. приходится 0,06 км железных дорог. В 90-х годах стабилизируется сокращение железнодорожной сети в высокоразвитых странах, а в странах с недостаточной сетью строительство железных дорог продолжается. 4. От паровой тяги к электрической 4.1 Паровозы становятся все мощнее Бурный рост промышленности и торговли в конце XIX века повлек за собой столь же стремительное развитие железнодорожного транспорта. К началу XX века стало очевидным, что затраты на перевозку грузов уменьшаются с увеличением массы поездов. Увеличение энергетической мощности локомотива целесообразно лишь при наличии возможности преобразования ее во внешнюю механическую работу, затрачиваемую на передвижение поездов, т. е. высокое значение силы тяги. Таким образом, назревшая необходимость возрастания мощности паровозов влекла за собой увеличение числа ведущих осей, нагрузки на ось или того и другого вместе. До начала XX столетия господствующим типом грузовых паровозов в Европе были трехосные машины с осевой формулой 0-3-0, в Америке — паровозы с четырьмя сцепными осями (типа «Микадо»).
В 20-е годы преобладающими типами грузовых паровозов в странах Европы стали паровозы 1-4-0, при нагрузках на ось 20 т, германские железные дороги имели несколько паровозов типа с нагрузкой на ось 25 т для вождения тяжелых грузовых поездов. В Соединенных Штатах Америки и Канаде наибольшее распространение получили грузовые паровозы с пятью движущимися осями типов 1-5-0, 1-5-1,1-5-2 с нагрузкой на ось примерно 27 т; для дорог с более мощным верхним строением были построены паровозы с нагрузкой на ось до 35 т. 16
17 С дальнейшим увеличением мощности грузовых паровозов в Европе и Америке стали создаваться паровозы с числом спаренных осей в жесткой раме более пяти. Впервые паровоз с шестью спаренными осями был построен в 1912 г. в Австрии; в 1918 г. для Вюртемберских железных дорог был построен паровоз 1-6-0; в 1931 г. в Польше был создан паровоз для горных участков Болгарии, сила тяги этого паровоза 270 кн. В 1926 г. для Тихоокеанской железной дороги был построен трехцилиндровый шестиосный паровоз Этот паровоз имел силу тяги 438 кн при мощности 3490 квт. На железных дорогах Советского Союза до создания в 1931 г. мощного паровоза ФД парк грузовых паровозов состоял в основном из паровозов серии Э и паровозов серии Е различных модификаций с расчетной силой тяги кн и осевыми нагрузками 15,6-17,1 т. В 1934 г. был начат массовый выпуск паровоза серии СО, созданного на базе паровоза Эм, имеющего расчетную силу тяги 199 кн при нагрузке на ось 17,5 т. В 1931 г. Луганский паровозостроительный завод начал выпуск грузовых паровозов серии ФД типа с расчетной силой тяги 233 кн (3,3 тс).
Это был самый мощный в Европе паровоз массового выпуска того времени с расчетной мощностью 1910 квт. В течение ограниченного времени реализовались мощности до 2130 квт. В 1935 г. на Ворошиловградском заводе был построен опытный грузовой паровоз типа Это был единственный паровоз в мире с семью спаренными осями в жесткой раме. Его расчетная сила тяги составляла 280 кн, развиваемая мощность — до 2940 квт. В послевоенный период паровозостроения в СССР были выпущены два серийных типа грузовых паровозов с пятью сцепными осями в жесткой раме с нагрузкой на ось 18 т: паровозы серии Л и серии ЛВ с расчетной силой тяги соответственно 221,5 и 231,5 кн. Условия эксплуатации и требования перевозочной работы позволяли обходиться паровозами, имеющими не более четырех-пяти спаренных осей в единой раме. 17
Контейнеровозы, их типы и характеристика
... установкой мощностью 29440-33120 кВт, может иметь контейнеровместимость 2000 ДФЭ при скорости 21 уз и 3000 ДФЭ при скорости 19 уз. Вступающие в строй контейнеровозы вместимостью ... счет устройства парных или тройных крышек люков по ширине. Крышки трюмов понтонного типа позволяют удобно размещать контейнеры на палубе. Отсутствие грузового устройства и сдвинутая надстройка ...
18 Рост грузооборота железных дорог, прокладка трасс в горных условиях потребовали создания паровозов с большим числом осей. Опасаясь высоких боковых воздействий движущих осей на путь при многоосных жестких экипажах, паровозная техника пошла по пути создания мощных многоосных паровозов при экипаже сочлененного типа. Наибольшее распространение получил сочлененный паровоз типа «Маллет», впервые построенный в 1894 г. Американские сочлененные паровозы обеспечивали реализацию расчетной силы тяги 660 кн (паровоз типа ).
В гг. в Соединенных Штатах Америки был создан тройной сочлененный грузовой паровоз (триплекс) «Маллет» с 12 сцепными осями типа для железных дорог Эри и Вергинской. Третья группа ведущих осей этого паровоза с машиной располагалась под тендером. Расчетная сила тяги триплекса составляла 72,6 кн. Для увеличения мощности грузовых паровозов без изменения их размеров и существенного возрастания нагрузки на сцепные оси на американских паровозах применяли вспомогательный паровой двигатель — бустер. Бустерный двигатель, как правило, располагался на задней тележке паровоза и включался в действие периодически: при трогании и разгоне тяжелого поезда, малых скоростях движения на подъемах. В России первые сочлененные грузовые паровозы нормальной колеи были построены Брянским и Путиловским заводами. Паровозы типа получили серию 0. Позже, в 1903 г., такие паровозы были заказаны и для Сибирской железной дороги. Сила тяги паровоза 0 доходила до 140 кн, что приводило к разрывам винтовой упряжи первых вагонов поезда. В 1949 г. Коломенским паровозостроительным заводом им. В. В. Куйбышева был построен опытный образец сочлененного грузового паровоза П-34 типа с расчетной силой тяги 242 кн. Мощный паровоз П-34 с относительно невысокой осевой нагрузкой предназначался для широкого использования на линиях, имеющих верхнее строение пути, соответствующее техническому уровню предвоенных лет. В 1954 г. на том же заводе были построены два опытных сочлененных паровоза П-38 типа «Маллет» Расчетная си- 18
19 ла тяги паровоза составляла 400 кн. Это был самый мощный советский паровоз. Определенный интерес представляла конструкция пароперегревателя поперечно-обтекаемого типа, созданного под руководством академика С. П. Сыромятникова. Пароперегреватель располагался последовательно в газовом потоке за испаряющей поверхностью нагрева котла. Котел такой конструкции был установлен на паровозе ФДМ. В мировой практике паровозостроения до 1927 г. рабочее давление пара в котле, как правило, не превышало 1,7-1,8 МПа, причем на железных дорогах Соединенных Штатов Америки и Канады к 1927 г. парк паровозов с таким давлением был весьма значителен. В последующие годы стали создаваться паровозы с более высоким давлением: в 1931 г. заводом Хеншеля в Германии были построены два опытных четырехцилиндровых паровоза с давлением пара 2,5 МПа при обычном котле «стефенсоновского» типа, т. е. со связевыми топками. Практика постройки и эксплуатации паровозов с повышенным котловым давлением показала, что при давлении пара более 2,2-2,3 МПа следует использовать котлы особых конструкций. Наибольшее распространение на паровозах со средним давлением пара (до 6,0 МПа) получили котлы водотрубного типа. В гг. в США были построены паровозы с водотрубной топкой и котловым давлением 2,8-3,0 МПа, в Канаде — паровоз 800 типа с котловым давлением 6,0 МПа мощностью 2940 квт (4000 л. с).
В Европе паровозы с использованием пара средних давлений применялись в Германии, Франции, Англии. В Швейцарии на заводе «Вентентур» в 1927 г. был построен паровоз с котловым давлением 6,0 МПа. При создании паровозов со средним котловым давлением, в Европе и США наряду с водотрубными котлами типа «Бротан» использовались их разновидности, а также котлы Ярроу, Шмидта. Паровозы с высоким давлением оказались чрезвычайно сложны, дорогостоящи и ненадежны в эксплуатации. Котлы высокого давления не обладают достаточной аккумулирующей 19
20 способностью и требуют двойного или тройного расширения пара, что сильно усложняет и утяжеляет паровую машину. Мощность паровоза, которая может быть реализована достаточно продолжительное время при прочих равных условиях, непосредственно зависит от паропроизводительности котла, количества и качества топлива, которое может быть эффективно сожжено в топке. Площадь колосниковых решеток и объем топок мощных паровозов, все время увеличиваясь, достигли предела возможности их отопления вручную, возникла насущная потребность в создании механического углеподатчика. Так, площадь колосниковой решетки сочлененных американских паровозов и достигла 7,7-16,9 м 2. Первые попытки создания механического углеподатчика — стокера были предприняты в США в 1889 г., но они оказались неудовлетворительными. Потребовались многолетний труд, обширные специальные опыты, эксплуатационные проверки углеподатчиков многих систем, пока было создано несколько типов, отвечающих требованиям эффективного сжигания угля в паровозной топке. В результате мощные паровозы стали оснащаться стокерами двух видов: с верхней и нижней подачей топлива. Паровозы с большой площадью колосниковой решетки оснащались также стокером «Дуплекс» — с двусторонней верхней подачей угля в топку. В Советском Союзе стокеры впервые были установлены на паровозах ФД и ИС; паровоз Луганского завода, имевший площадь колосниковой решетки 12 м 2, был оборудован стокером типа «Дуплекс». Тендеры некоторых мощных американских паровозов оснащались пушером — механическим устройством, продвигающим уголь к транспортеру стокера от задней части угольного бункера. Пушер также использовался для рыхления смерзшегося угля. Успехи применения пылеугольного отопления в стационарной энергетике вызвали интерес к этому виду отопления на паровозах. Факельное сжигание угольной пыли, устойчиво обеспечивающее повышенный коэффициент полезного действия паровоза, явилось чрезвычайно важным резервом увеличения его мощности и экономичности при ограниченном объеме топки. По- 20
21 пытка применения пылеугольного отопления на паровозе впервые была сделана в США в 1900 г., в 1914 г. был передан в опытную эксплуатацию первый паровоз с пылеугольным отоплением. В последующие годы инженерытеплотехники ряда стран неоднократно возвращались к этой проблеме. Наиболее существенные работы в этой отрасли проводились в США и Бразилии в гг., в Германии — в гг., затем в ГДР в послевоенные годы. В Советском Союзе вопросами пылеугольного отопления занимались в гг. и в гг. Был создан паровоз серии ФД с пылеугольным отоплением. В гг. устройствами пылеугольного отопления были оборудованы четыре серийных типа паровоза советских железных дорог. Правда, все эти работы как в нашей стране, так и за рубежом не выходили за пределы опытных, поисковых. В процессе этих работ и создавались варианты конструкций паровозов с пылеприготовлением на паровозе и стационарным, испытывались различные принципы образования пылевоздушной смеси для факела, исследовалось применение углей различных физико-химических качеств. В ряде случаев строились опытные партии паровозов, как это было в Бразилии, Германии. Но необходимая эксплуатационная надежность работы пылеугольных паровозов не была достигнута. Сгорание массы угля в потоке факела при высоких температурах, происходящее не только в топочном пространстве, но и в трубчатой части котла, приводило к заносу расплавленными частичками шлака задней решетки топки и жаровых труб, что резко ухудшало процесс сгорания топлива. Причем при использовании пыли из малозольных углей с высокой температурой плавления шлака время непрерывной форсированной работы котла значительно возрастает, но неизбежно имеет место процесс шлакообразования на трубчатой части котла. В последние десятилетия мирового паровозостроения неоднократно поднимался вопрос о возможных пределах мощности паровозов, что было вызвано наличием конкуренции других видов локомотивной тяги и требованиями непрерывного увеличения пропускной способности дорог. Приведен- 21
22 ный анализ и расчеты с учетом реальных возможностей существующих конструкций и теплотехнических качеств паровозов показали, что для европейских и американских дорог границей мощности является квт, что обусловлено предельными размерами котла. Таким образом, переход на прогрессивные виды тяги — тепловозную и электрическую, происшедший в конце 50-х — начале 60-х годов, был продиктован не пределом мощностных — возможностей паровоза, а 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 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. В КНР, Аргентине, -ЮАР паровозы строят с использованием новейших достижений в области теплотехники и машиностроения: газогенераторных устройств для более полного сгорания топлива, модернизированных котлов, паровой машины, комплексного перехода на подшипники качения, что повышает топливную экономичность и мощность. В 1984 г. в Аргентине был построен усовершенствованный паровоз типа 2-4-2, развивающий мощность 3300 квт. По мнению специалистов, коэффициент полезного действия современного паровоза может быть поднят до 15%. При этих условиях затраты на эксплуатацию таких паровозов, по данным расчетов, существенно ниже затрат на тепловозную тягу. Именно такие соображения явились основой предложений по возобновлению постройки паровозов, оснащенных новейшим оборудованием фирм Великобритании и США. В 1980 г. фирмой «Америкен Коул Энтерпрайз» (АСЕ) по поручению фирм «Берлингтон Нортен» и «Чесси Систем Рейлроуд» (США) был разработан проект усовершенствованного паровоза АСЕ 3000 с колесной формулой 2-4-1, мощностью 2210 квт, максимальная мощность 2930 квт. Нагрузка от сцепной оси паровоза на рельсы составляет 27,2 т, котловое давление 2,1 22
23 МПа; паровоз оборудован четырехцилиндровой паровой компаунд-машиной, что обеспечивает оптимальное динамическое воздействие экипажа на путь. Работа парораспределительного механизма контролируется микропроцессорным устройством, учитывающим мгновенное изменение потребляемой мощности и условий сцепления колес с рельсами. Микропроцессор также регулирует подачу угля в топочную часть, представляющую собой двухступенчатую систему сжигания угля, а затем — регенерируемых летучих газов. Отработавший пар конденсируется в вакуумном охлаждении. Паровоз оснащен системами утилизации тепла отходящих газов, которое используется для подогрева питательной воды и воздуха, подаваемого в топку. Решены вопросы экипировки паровоза водой и топливом, удаления шлака и изгари; пробег паровоза без заправки водой составляет 1600 км, без заправки топливом км. Отдельные технические новшества паровоза АСЕ 3000 проверялись в эксплуатации на паровозах ЮАР. В 1982 г. компанией «АСЕ» были построены два опытных образца паровоза. Фирма «Нейшнл Стим Проподжн» (США) предполагает создание паровоза с использованием атмосферной конденсации, водотрубной конструкции котла с давлением пара 7,03 МПа и пароэлектрической камеры сгорания угля, работающей на псевдосжиженных двухслойных пластах топлива. Расширение пара будет происходить в 16-цилиндровой паровой машине с межступенчатым подогревом, энергия к движущим колесам должна поступать посредством электрической передачи переменно — постоянного тока. Над паровозами нового поколения уже нет шлейфа дыма и пара. 5. Двигатель внутреннего сгорания приходит на железную дорогу 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. Мощ- 23
24 ность его двигателя составляла 7,35 квт. 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, его коэффициент полезного действия превышал коэффициент полезного действия паровых машин и не зависел от размеров двигателя. Очень экономичный, компактный, удобный и простой по устройству дизель быстро получил широкое распространение, в том числе и на транспорте. Правда, железные дороги начали использовать дизель позже других видов транспорта. В 1912 г. на линии Винтертур Ромаспорн в Швейцарии были проведены испытания первого тепловоза мощностью 705 квт, 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» были построены узкоколейные тепловозы мощностью 88 квт с электрической передачей, а заводом Балдвина — с механической передачей автомобильного типа. Шведский узкоколейный тепловоз мощностью 88 квт с электрической передачей был построен в 1922 г. В самом начале отечественного тепловозостроения сложились две научные школы, которые возглавляли сильные творческие личности Я. М. Геккель и Ю. В. Ломоносов [1].
Первый не имел достаточного производ- 24
25 ственного опыта, ему не хватало средств и необходимых материалов. Ю. В. Ломоносов, напротив, обладал знаниями, опытом и мог требовать высокого качества изготовления. В 1924 г. в Ленинграде был создан тепловоз Ю Э 002, построенный по проекту Я. М. Гаккеля. В ноябре 1924 г. тепловоз вышел на железнодорожную магистраль и в январе 1925 г. прибыл в Москву. Одновременно в Германии состоялся первый пробег тепловоза Ю Э 002 мощностью, построенный в Германии по проекту Ю. В. Ломоносова. Широкое внедрение тепловозной тяги началось после окончания второй мировой войны. В СССР один за другим с небольшим интервалом появляются тепловозы ТЭ1 мощностью 735 квт и двухсекционный тепловоз ТЭ2 мощностью 1470 квт. В 1953 г. был построен первый тепловоз ТЭЗ мощностью в двух секциях 2940 квт, 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. Наибольшая протяженность тепловозного полигона достигла в 1979 г. примерно 100 тыс. км. В последующие годы наиболее напряженные тепловозные направления переводились на электровозную тягу и протяженность тепловозного полигона начала несколько сокращаться. 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 25
26 топливо и текущий ремонт односекционных тепловозов составляют соответственно 70 и 95% аналогичных затрат двухсекционных тепловозов, а их стоимость на 20% меньше. Локомотивостроительные 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. 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) [7].
Тепловозы 2ТЭ10Л, серийное производство которых было начато в 1965 г., также имеют электрическую передачу постоянного тока. Двухтактный дизель I ОД 100 с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением надувочного 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. мощностью 4415 квт. Непрерывно растущие требования повышения массы поездов и скоростей их движения определяют потребность создания все более мощных локомотивов. Уже сейчас необходимы автономные локомотивы секционной мощностью квт. Не менее важной задачей является перевод авто- 26
27 номных 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) [2].
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%. 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%. Как известно, масса энергоустановок в высокоскоростных пассажирских поездах приобретает решающую роль в энергетике и экономике перевозок. 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 достига- 27
28 ли конструкционной скорости 257 км/ч. Эти поезда длительное время эксплуатировались на линии между Нью-Йорком и Бостоном. Канадские семивагонные поезда эксплуатировались на линии Монреаль — Торонто. В 1967 г. на участке Ле Ман — Шато дю Луар, а затем на линии Париж — Шербур при испытании двухвагонного турбопоезда была достигнута скорость 236 км/ч. Положительные результаты работы первого турбопоезда позволили французским дорогам в 1968 г. дать заказ на изготовление 10 четырехвагонных турбопоездов типа ETG- С 1970 г. все 10 турбопоездов поступили в эксплуатацию на линии Париж — Шербур. Турбопоезда RTG французской постройки успешно работают в скоростном пассажирском сообщении на железных дорогах Франции, Египта, Ирана и США. В конце 60-х — начале 70-х годов разрабатывались проекты высокоскоростных турбопоездов в Великобритании, в ФРГ. В гг. в СССР был построен макетный турбопоезд с электрической передачей переменно-постоянного тока. При его создании использован ряд принципиально новых оригинальных решений. Испытания поезда показали работоспособность схем и систем, гибкость управления силовыми установками. Наступивший в 70-х годах энергетический кризис и резкое подорожание всех видов нефтепродуктов привели к тому, что работы в области газотурбинных локомотивов повсеместно были прекращены. Вместе с тем в последующие годы экономичность создаваемых транспортных газовых турбин возрастала и в настоящее время приблизилась к 32-34%, т. е. достаточно близка к к. п. д. современных дизелей. Характеристика термодинамического цикла газовой турбины имеет реальные предпосылки для дальнейшего повышения их топливной экономичности. Следует также отметить, что газотурбинный двигатель по массе, размерам, принципу работы, надежности и внешним характеристикам имеет значительные преимущества перед двигателем внутреннего сгорания в качестве локомотивной энергетической установки. Возможно, что газотурбинный двигатель в ближайшем будущем вновь найдет применение на железнодорожном транспорте. 28
29 6. Электровозы — современный вид тяги Днем рождения электрической тяги принято считать 31 мая 1879 г., когда на промышленной выставке в Берлине демонстрировалась первая электрическая железная дорога длиной 300 м, построенная Вернером Сименсом. Электровоз, напоминавший современный электрокар, приводился в движение электродвигателем мощностью 9,6 квт. Электрический ток напряжением 160 В передавался к двигателю по отдельному контактному рельсу, обратным проводом служили рельсы, по которым двигался поезд — три миниатюрных вагончика со скоростью 7 км/ч, скамейки вмещали 18 пассажиров. В том же 1879 г. была пущена внутризаводская линия электрической железной дороги протяженностью примерно 2 км на текстильной фабрике Дюшен-Фурье в г. Брейль во Франции. В 1880 г. в России Ф. А. Пироцкому удалось электрическим током привести в движение большой тяжелый вагон, вмещавший 40 пассажиров. 16 мая 1881 г. было открыто пассажирское движение на первой городской электрической железной дороге Берлин — Лихтерфельд. Рельсы этой дороги были уложены на эстакаде. Несколько позже электрическая железная дорога Эльберфельд — Бремен соединила ряд промышленных пунктов Германии. Как видим, первоначально электрическая тяга применялась на городских трамвайных линиях и промышленных предприятиях, особенно на рудниках и в угольных копях. Но очень скоро оказалось, что она выгодна на перевальных и тоннельных участках железных дорог, а также в пригородном движении. В 1895 г. в США были электрифицированы тоннель в Балтиморе и тоннельные подходы к Нью-Йорку. Для этих линий построены электровозы мощностью 185 квт (50 км/ч).
После первой мировой войны на путь электрификации железных дорог вступают многие страны. Электрическая тяга начинает вводиться на магистральных линиях с большой плотностью движения. В Германии электрифи- 29
30 цируют линии Гамбург — Альтон, Лейпциг — Галле — Магдебург, горную дорогу в Силезии, альпийские дороги в Австрии. Электрифицирует северные дороги Италия. Приступают к электрификации Франция, Швейцария. В Африке появляется электрифицированная железная дорога в Конго. В России проекты электрификации железных дорог имелись еще до первой мировой войны. В 1920 году, менее чем за один год (во время гражданской войны ( ) и интервенции), правительство РСФСР под руководством В. И. Ленина разработало перспективный план электрификации страны ГОЭЛРО [10] (Государственная электрификация России), для чего, в частности, и была создана Государственная комиссия по разработке плана электрификации России под руководством Г. М. Кржижановского. К работе комиссии было привлечено около двухсот учёных и инженеров. В декабре 1920 года выработанный комиссией план был одобрен VIII Всероссийским съездом Советов, через год его утвердил IX Всероссийский съезд Советов. ГОЭЛРО был планом развития не одной энергетики, а всей экономики. В нём предусматривалось строительство предприятий, обеспечивающих эти стройки всем необходимым, а также опережающее развитие электроэнергетики. И всё это привязывалось к планам развития территорий. Среди них заложенный в 1927 году Сталинградский тракторный завод. В рамках плана также началось освоение Кузнецкого угольного бассейна, вокруг которого возник новый промышленный район. Советское правительство поощряло инициативу частников в выполнении ГОЭЛРО. Те, кто занимался электрификацией, могли рассчитывать на налоговые льготы и кредиты от государства. План ГОЭЛРО, рассчитанный на лет, предусматривал строительство 30 районных электрических станций (20 ТЭС и 10 ГЭС) общей мощностью 1,75 млн квт. В числе прочих намечалось построить Штеровскую, Каширскую, Нижегородскую, Шатурскую и Челябинскую районные тепловые электростанции, а также ГЭС Нижегородскую, Волховскую (1926), 30
31 Днепровскую, две станции на реке Свирь и др. В рамках проекта было проведено экономическое районирование, выделен транспортно-энергетический каркас территории страны. Проект охватывал восемь основных экономических районов (Северный, Центрально-промышленный, Южный, Приволжский, Уральский, Западно-Сибирский, Кавказский и Туркестанский).
Параллельно велось развитие транспортной системы страны (магистрализация старых и строительство новых железнодорожных линий, сооружение Волго- Донского канала).
Проект ГОЭЛРО положил основу индустриализации в России. План, в основном, был перевыполнен к 1931 году. Выработка электроэнергии в 1932 году по сравнению с 1913 годом увеличилась не в 4,5 раза, как планировалось, а почти в 7 раз: с 2,0 до 13,5 млрд квт ч. В настоящее время общая протяженность электрических железных дорог во всем мире свыше 200 тыс. км, что составляет почти 20% общей их длины. В России этот показатель составляет [5].
Это, как правило, наиболее грузонапряженные линии, горные участки с крутыми подъемами и многочисленными кривыми участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением электропоездов. Применяются три различные системы электрической тяги — постоянного тока, переменного тока пониженной частоты и переменного тока стандартной промышленной частоты 50 Гц. В первой половине текущего столетия до второй мировой войны применялись две первые системы, третья получила признание в х годах, когда началось интенсивное развитие преобразовательной техники и систем управления приводами. В системе постоянного тока к токоприемникам электроподвижного состава подводится ток напряжением 3000 В (в некоторых странах 1500 В и ниже).
Такой ток обеспечивают тяговые подстанции, на которых переменный ток высокого напряжения общепромышленных энергосистем понижается до нужного значения и выпрямляется мощными полупроводниковыми выпрямителями. 31
32 Достоинством системы постоянного тока в то время была возможность применения коллекторных двигателей постоянного тока, обладающих превосходными тяговыми и эксплуатационными свойствами. А 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. Интенсификация железнодорожных перевозок, увеличение массы поездов привели на некоторых участках постоянного тока к трудностям питания электровозов из-за необходимости увеличения площади поперечного сечения проводов контактной сети (подвешивание второго усиливающего контактного провода) и обеспечения эффективности токосъема. Задача системы тягового электроснабжения — обеспечить эффективную работу электроподвижного состава с ‘минимальными потерями энергии и при возможно меньших затратах на сооружение и обслуживание тяговых подстанций, контактной сети, линий электропередачи и т. д. Стремлением поднять напряжение в контактной сети и исключить из системы электрического питания процесс выпрямления тока объясняется применение и развитие в ряде стран Европы (ФРГ, Швейцария, Норвегия, Швеция, Австрия) системы переменного тока напряжением В, имеющую пониженную частоту 16 2/3 Гц. В этой системе на электровозах используют однофазные коллекторные двигатели, имеющие худшие показатели, чем двигатели постоянного тока. Эти двигатели не могут работать на общепромышленной частоте 50 Гц, поэтому приходится применять пониженную частоту. Для выработки электрического тока такой частоты потребовалось построить специальные «железнодорожные» электростанции, не связанные с общепромышленными энергосистемами. Линии электропередачи в этой системе однофазные, на подстанциях осуществляется только понижение напряжения трансформаторами. В отличие от подстанций постоянного тока в этом случае не нужны преобразователи переменного тока в постоянный, в 32
33 качестве которых применялись ненадежные в эксплуатации, громоздкие и неэкономичные ртутные выпрямители. Но простота конструкции электровозов постоянного тока имела решающее значение, что определило ее более широкое использование. Это и обусловило распространение системы постоянного тока на железных дорогах СССР в первые годы электрификации. Для работы на таких линиях промышленностью поставлялись шестиосные электровозы серии С С (для железных дорог с горным профилем) и ВЛ19 (для равнинных дорог).
В пригородном движении использовались моторвагонные поезда серии С, состоявшие из одного моторного и двух прицепных вагонов. В 50-е годы был создан более мощный восьмиосный электровоз постоянного тока ВЛ8, а затем — ВЛ10 и ВЛ11. В это же время в СССР и Франции были начаты работы по созданию новой более экономичной системы электрической тяги переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением в тяговой сети В. В этой системе тяговые подстанции, как и в системе постоянного тока, питаются от общепромышленных высоковольтных трехфазных сетей. Но на них нет выпрямителей. Трехфазное напряжение переменного тока линий электропередачи преобразуется трансформаторами в однофазное напряжение контактной сети В, а ток выпрямляется непосредственно на электроподвижном составе. Легкие, компактные и безопасные для персонала полупроводниковые выпрямители, которые пришли на смену ртутным, обеспечили приоритет этой системы. Во всем мире электрификация железных дорог развивается по системе переменного тока промышленной частоты. Научно-техническая революция в полной мере отразилась на конструкции электровозов и электропоездов. Новый электроподвижной состав по сравнению с тем, который выпускали еще лет назад, сильно изменился конструктивно и внешне. Увеличилось число осей у локомотивов. В кабинах управления предусмотрено кондиционирование воздуха, имеются холодильники для продуктов и т. д. Труд машинистов в значительной мере автоматизирован. Но наиболее существенные изменения произошли в механическом и 33
34 особенно в электрическом оборудовании. Созданы восьмиосные ВЛ80р и 12- осные ВЛ85 электровозы переменного тока, отличающиеся высокими тяговыми и тормозными характеристиками благодаря плавному регулированию силы тяги и скорости, автоматическому управлению и высоким энергетическим характеристикам. Тиристорные, или так называемые импульсные, регуляторы успешно заменяют устаревшую систему ступенчатого реостатного регулирования. Во многих странах полностью перешли на выпуск электроподвижного состава постоянного тока с тиристорными преобразователями. В СССР еще в 1970 г. был построен первый в мире восьмиосный электровоз переменного тока ВЛ80В-661 с бесколлекторными вентильными (синхронными) тяговыми двигателями мощностью примерно 1200 квт. В 1976 г. были построены еще три электровоза этой системы — два (ВЛ80В) с индивидуальными тяговыми двигателями и один (ВЛ83) с общим для каждых двух колесных пар вентильным двигателем двойной мощности. На современных электровозах широко применяют автоматизацию управления и оптимизацию режимов с помощью микропроцессорной техники. Внедряется бортовое и стационарное диагностирование оборудования. Совершенствуется аппаратура защиты от токов короткого замыкания и перенапряжений. Используют новые, более прочные и легкие материалы. Для увеличения силы тяги все электровозы, как правило, оборудуют системой, позволяющей соединять два или три локомотива и управлять этим сцепом из одной кабины. Применяют также устройство, обеспечивающее ведение (управляя по радио из передней кабины головного электровоза) состава из двух и более сцепленных друг с другом поездов. Электропоезда первоначально предназначались только для пригородного пассажирского движения. В отличие от дальних пассажирских и грузовых составов все вагоны электропоездов (моторные, прицепные, головные) составляют единое целое и в эксплуатации не расцепляются. Для электропоездов, имеющих частые остановки с последующим разгоном, важным пока- 34
35 зателем является ускорение движения. В зависимости от соотношения числа моторных и прицепных вагонов в составе и мощности тяговых двигателей электропоезда развивают ускорение от 0,5 до 1,0 м/с2. Достижения электровозостроения наиболее яркое воплощение нашли в высокоскоростных пассажирских электропоездах, предназначенных для работы на специализированных линиях. Эти поезда способны развивать скорость км/ч и более. Они гарантируют высокий комфорт и безопасность движения. Эти поезда успешно конкурируют с авиацией (поездки на расстояния км), поскольку с учетом поездки в аэропорт, процесса посадки и высадки пассажиров затраты времени на путешествие становятся соизмеримыми. Важно также, что по расходу энергии железнодорожный транспорт существенно экономичнее воздушного. Рисунок 3 Высокоскоростной электропоезд «Синкансен» Японские высокоскоростные электропоезда «Синкансен» (рисунок 3) состоят только из моторных вагонов. Подобные поезда во Франции, ФРГ и Италии имеют прицепные и специальные тяговые вагоны типа локомотивов. Тяговые вагоны располагаются по концам состава, оборудуются мощными тяговыми двигателями с электрической аппаратурой внутри кузова. Эти вагоны имеют одну кабину управления и одинаковые с прицепными вагонами конструктивные формы. 35
