Появление паровой машины и прообраза локомотива

Появление паровой машины и прообраза локомотива

В 60 — 80-х годах XVIII века сначала в Англии, а затем и в других странах начался промышленный подъём. Вместо ручного труда появилось машинное производство, вместо ремесленных мастерских и мануфактур — крупные промышленные предприятия.

Английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты.

В 1763 году русский инженер И. И. Ползунов представил проект парового двигателя для подачи воздуха в плавильные печи. Паровая машина Ползунова имела мощность 40лошадиных сил (в России того времени, паровые машины практически не использовались и всю информацию Ползунов получил из книги “Обстоятельное наставление рудокопному делу” изданную в 1760г. В нем описывалась паровая машина Ньюкомена).

В 1773 году Уатт строит свою первую действующую паровую машину. А в 1774 году, совместно с промышленником Метью Болтоном, Уатт открывает компанию по производству паровых машин.

Настоящую революцию в промышленности произвела первая универсальная паровая машина, созданная инженером Джеймсом Уаттом в 1784 году. С этого момента, паровая машина перестает быть привязана к угольным шахтам. Ее начинают применять на заводах, устанавливать на пароходы, создавать поезда.

Паровой двигатель дал мощный толчок развитию транспорта. В 1769 году французский артиллерийский офицер Жозеф Кюньо изобрел первую паровую повозку для передвижения тяжёлых орудий. Она оказалась громоздкой и во время испытаний на улицах Парижа пробила стену дома. Эта повозка нашла свое место в Парижском музее искусств и ремёсел.

В 1802 году английский конструктор Ричард Тревитик сделал паровой автомобиль. Экипаж двигался с грохотом и чадом, пугая пешеходов. Его скорость достигла 10 км/ч. Чтобы получить такую скорость движения, Тревитик сделал огромные ведущие колёса, которые были хорошим подспорьем на плохих дорогах.

Появление рельсового пути

Шахтный деревянный рельсовый путь и вагонетка, Германия, XVI век.Немецкий технический музей

Сохранившиеся фрагменты Чугунного колесопровода в Петрозаводске

Одним из предшественников рельсового пути был древнегреческий диолк — каменная дорога-волок для перевозки кораблей через Коринфский перешеек. В качестве направляющих служили глубокие желоба, в которые помещали полозья, смазанные жиром.

В XVI веке на шахтах Германии и соседних регионов использовались деревянные рельсовые пути и вагонетки, колёса которых были снабженыребордами^[1]. В некоторых регионах Англии деревянные рельсовые дороги для вагонеток были известны во время правления королевы Елизаветы I (вторая половина XVI века), в XVII веке они получили широкое распространение в горнодобывающих районах Англии, а в XVIII веке их постепенно вытеснили железные рельсовые дороги^[1].

Первой наземной (а не шахтной) железной дорогой считается «Уоллатонская вагонная дорога» (англ. Wollaton Wagonway)^[2]. Эта железная дорога длиной примерно три километра была построена между 1603 и 1604 годами для перевозки угля между посёлками Стрелли (англ. Strelley) иУоллатон (англ. Wollaton) рядом с Ноттингемом. Точное время закрытия дороги неизвестно, но шахты Стрелли были закрыты в 1620 году. Скорее всего, тогда же прекратила своё существование и железная дорога.

В 1755 году для перевозки породы на рудниках Алтая уже был построен узкоколейный путь с деревянными рельсами, по которым двигались деревянные же вагонетки. Вдоль пути была натянута тросовая петля. Для приведения её в движение использовались лошади, вращавшие шкив. На каждой вагонетке имелось по два зажима, которые можно было поочерёдно прицеплять к одной или другой стороне петли ведущего троса. Благодаря этому имелась возможность останавливать вагонетки или изменять направление их движения при непрерывном движении ведущего троса.

В 1788 году в Петрозаводске появляется «Чугунный колесопровод» — первая в России железная дорога (она же — первая железная дорога в мире заводского назначения^{[источник не указан 773 дня]}). Железная дорога была построена на Александровском заводе для нужд предприятия. (Ныне участки первой российской железной дороги хранятся в Петрозаводске около здания музея ОТЗ и в Губернаторском саду; кроме того, в Губернаторском саду сохранены колёса от вагонетки).

Появление паровоза

Паровоз «Ракета» Стефенсона.

Долгое время железнодорожные пути сооружались только на рудниках, но потом получили распространение пассажирские дороги с конной тягой. Первая такая рельсовая дорога была устроена в 1801 году в Англии между Уондсвортом и Кройдоном.

Первый паровоз был построен в 1804 году Ричардом Тревитиком, в молодости знакомым с Джеймсом Уаттом, изобретателем паровой машины. Однако железо в те годы было слишком дорого, а чугунные рельсы не могли выдерживать тяжёлую машину.

В последующие годы многие инженеры пытались создавать паровозы, но самым  удачливым из них оказался Джордж Стефенсон, который в1812—1829 годах не только предложил несколько удачных конструкций паровозов, но и сумел убедить шахтовладельцев построить первуюжелезную дорогу из Дарлингтона к Стоктону (англ.)русск., способную выдержать паровоз. Позднее, паровоз Стефенсона «Ракета» выиграл специально устроенное соревнование и стал основным локомотивом первой общественной дороги Манчестер — Ливерпуль.

Первые железнодорожные опыты

Основная статья: Большая западная железная дорога

Первой железной дорогой, на которой  были организованы регулярные пассажирские перевозки, стала в 1807 году Железная дорога Суонси и Мамблза в Уэльсе. Так как работоспособных паровозов в то время ещё не было, в качестве тяговой силы использовались лошади.

Первая железная дорога в Германии была открыта между баварскими городами Нюрнбергом и Фюртом в 1835 году. 

Становление железных дорог

Европа

Первая в мире железная дорога общего пользования с паровой тягой  была построена в Англии Джорджем Стефенсоном в 1825 году — между Стоктоном и Дарлингтоном, и была протяжностью 40 километров (26 миль). Первая железная дорога между относительно крупными городами была открыта в 1830 году и соединила промышленный центр Манчестер с портовым городом Ливерпуль (56 км). На линии также использовались паровозы Стефенсона.^[3] К 1840 году протяжённость железных дорог в Великобритании составила 2390 км.^[4]

Америка

Железнодорожная история США берёт  свое начало с 1815 года, когда полковник  Джон Стивенс (John Stevens) получил т. н. железнодорожную хартию на строительство железнодорожной компании Нью-Джерси (New Jersey Railroad Company), которая позже станет частью Пенсильванской железной дороги (Pennsylvania Railroad). К тому времени развитого сухопутного транспорта одновременно и удобного, и быстрого, и дешевого не существовало. Поэтому развитие железных дорог являлось прогрессивным решением.

Первые короткие железные дороги на паровой тяге для промышленных нужд появились в США в конце 1820-х  годов. Построить железнодорожные  пути не составляло особого труда. Куда хуже дело обстояло с локомотивами. Тогда в 1826 году всё тот же Стивенс сконструировал и провел первые испытания своего парового локомотива «Steam Wagon» (которые называли «a steam-powered horse carriage» — паровая конка). Для проведения испытаний Д. Стивенс сконструировал круговой трек в своем имении в Хобокен, Нью-Джерси. Испытания прошли успешно.

Далее в 1829 году Гортарио Ален (Hortario Allen) будучи главным инженером судоходной компании Делавер-Хадсон (Delaware & Hudson) провел успешные испытания простого, с точки зрения инженерии, английского локомотива, получившего название Stourbridge Lion между Хонесдейл и Карбонвейл, что в Пенсильвании.

Эти три события (хартия и 2 паровоза) послужили отправной точкой развития железных дорог в США, которое  полноценно началось в конце 20-х  годов XIX века.

Первая дорога для общественного  пользования с пассажирским движением  открылась в 1830 году в штате Мэриленд (Baltimore and Ohio Railroad)^[5].

Для пассажирских перевозок в том  же году были спроектированы паровозы Tom Thumb, построенный американцем Питером Купером (Peter Cooper) и «The Best Friend Of Charleston», построенный «South Carolina Canal and Rail Road Company» в West Point Foudry в Нью-Йорке. Паровоз зарекомендовал себя, как надежный вид транспорта. Поэтому железные дороги стали напрямую конкурировать с судоходством.

Однако общественность считала  паровые машины «Сынами дьявола» и что путешествие на них, кроме  «сотрясения мозга», ни к чему не приводит. Однако преимущество их над  пароходами было бесспорным. Ярким  примером служит эксперимент, точнее соревнование, между паровозом и пароходом. Условия состязания были невероятно просты: пройти определённый путь как  можно быстрее. Для этого был  выбран маршрут между городками Цинциннати и Сент-Луис. Расстояние по воде составляло 702 мили и было преодолено пароходом за 3 дня. Паровоз же затратил всего 16 часов, да и расстояние ему пришлось пройти всего в 339 миль!..

За 10 лет (1830—1840) протяжённость железных дорог в США увеличилась с 40 миль до 2755 миль^[6] (4,4 тыс. км^[7]). А перед началом Гражданской войны, в 1860 году, и вовсе, более чем до 30 тыс. миль!

Развитие сельского хозяйства  привело к бурному росту строительства  железных дорог. Поскольку фермы  с самого начала работали на рынок, для вывоза их продукции необходимы были современные пути сообщения.

Примерно с 1865 года начинается «Золотой век» железных дорог в США. За 50 лет  с (1865—1916) развитие железных дорог приняла  грандиозный масштаб: железнодорожная  сеть увеличилась с 35 000 до 254 000 миль! К 1916 году практически 100 % внутригосударственных перевозок (пассажирских и грузовых) осуществлялись по железной дороге.

История железнодорожного строительства  США — это история мобилизации общественных ресурсов и природных богатств страны в пользу кучки железнодорожных магнатов. Ещё до начала строительства железнодорожным компаниям были предоставлены правительственные субсидии из расчета от 16 до 48 тыс. долларов на каждую милю будущего пути. Трассу при этом определяли сами компании и естественно постарались максимально её удлинить, в результате железные дороги оказались чрезвычайно извилистыми, впоследствии их пришлось спрямлять. Кроме того, компаниям предоставлялась в собственность земля на 10 миль в каждую сторону от прокладываемой дороги. Так, владельцы железных дорог получили в собственность за 1870—1880 годы 242 тыс. миль² земли, в то время как переселенцы согласно Гомстед-акту (за этот период) — только 65. Железнодорожные магнаты вымогали крупные субсидии и участки земли у городов и графств, угрожая в противном случае направить железную дорогу мимо них.

Однако железнодорожное строительство  имело важные последствия для  Соединённых Штатов. Во-первых, была создана инфраструктура, окончательно связавшая в единое целое внутренний рынок. Во-вторых, железнодорожное строительство  способствовало подъему металлургии  и транспортного машиностроения. Особенно это проявилось тогда, когда  чугунные рельсы начали заменять стальными. Железнодорожное строительство  предъявляло настолько большой  спрос на рельсы, что, несмотря на огромный рост металлургии и высокие ввозные  пошлины, вплоть до 90-х годов стальные рельсы ещё частично импортировались  из Англии. Важным результатом железнодорожного строительства было накопление капитала акционерных компаний, бравших подряды  на строительство трансконтинентальных дорог.

Однако во время Первой мировой войны федеральное правительство США взяло под свой контроль железнодорожную сферу. С этого момента можно считать, что Золотой век железных дорог в США начинает заканчиваться. К 1920 году железные дороги вновь были переданы в частные руки, но возвращены они были в ветхом состоянии, и нуждались в кардинальной реконструкции и существенном улучшении.

В 1920 году федеральным правительством был принят «Закон о транспортных перевозках», что стало последним этапом в федеральном регулировании. «Золотой век» в железнодорожном строительстве США завершился.

Железнодорожный бум

Во второй половине 1880-х годов XIX века был достигнут наивысший уровень прироста мировой железнодорожной сети в истории. За десять лет, с 1880 по 1890 г., железнодорожная сеть выросла на 245 тыс. км., достигнув 617,3 тыс. км. Железнодорожные капиталовложения в мировую сеть за этот пятилетний период составили около 2 млрд фунтов стерлингов, достигнув общей суммы 7 млрд фунтов стерлингов. По темпам и абсолютному приросту железных дорог впереди шли США, где гигантский размах железнодорожного строительства стимулировал интенсивный рост промышленного производства средств производства^[11].

Железные дороги в XX веке

Развитие прогрессивных  видов тяги

Электрическая тяга

Появление электротяги

Днём 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 (13 л. с.). 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 году 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 тяжёлый 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 в поперечном креплении, и выложены в двойном размере  от номинальной нормы.

Начальный этап

Несколько позже электрическая  железная дорога Эльберфельд — Бремен соединила ряд промышленных пунктов Германии.

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).