Появление паровой машины и прообраза локомотива

Межвоенный период

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 электрифицируют 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 ещё до первой мировой войны. Уже начали электрификацию линии. С.-Петербург — Ораниенбаум, но война помешала её завершить. И только в 1926 г. было открыто движение электропоездов между Баку и нефтепромыслом Сабунчи. Первый советский электровоз С[с]16 августа 1932 г. вступил в строй первый магистральный электрифицированный участок Хашури — Зестафони, проходящий через Сурамский перевал на Кавказе. В этом же году в СССР был построен первый отечественный электровоз серии Сс. Уже к 1935 году в СССР было электрифицировано 1907 км путей и находилось в эксплуатации 84 электровоза.

Современность

В настоящее время общая протяженность  электрических железных дорог во всем мире достигла 200 тыс. км, что составляет примерно 20 % общей их длины. Это, как правило, наиболее грузонапряженные линии, горные участки с крутыми подъемами и многочисленными кривыми участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением электропоездов.

Техническое развитие

Техника электрических железных дорог  за время их существования изменилась коренным образом, сохранился только принцип  действия. Применяется привод осей локомотива от электрических тяговых  двигателей, которые используют энергию  электростанций. Эта энергия подводится от электростанций к железной дороге по высоковольтным линиям электропередачи, а к электроподвижному составу — по контактной сети. Обратной цепью служат рельсы и земля.

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 50-60-х годах, когда началось интенсивное развитие преобразовательной техники и систем управления приводами. В системе постоянного тока к токоприёмникам 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, ранее использовались электромеханические или ртутные выпрямители.

Достоинством системы постоянного  тока в то время была возможность  применения коллекторных двигателей постоянного  тока, обладающих превосходными тяговыми и эксплуатационными свойствами. А к числу её 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  токосъёма 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 токосъёма.

Всё же система постоянного тока получила широкое распространение  во многих странах, более половины всех электрических линий работают по такой системе.

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 15000 В, имеющую пониженную частоту 16,6 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 качестве которых применялись ненадежные в эксплуатации, громоздкие и неэкономичные ртутные выпрямители. Но простота конструкции электровозов постоянного тока имела решающее значение, что определило её 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 Сс (для железных дорог с горным профилем) и ВЛ19 (для равнинных дорог). В пригородном движении использовались моторвагонные поезда серии Сэ, состоявшие из одного моторного и двух прицепных вагонов.

B первые послевоенные годы во  многих странах была возобновлена  интенсивная электрификация железных  дорог. В СССР возобновилось  производство электровозов постоянного  тока серии ВЛ22. Для пригородного  движения были разработаны новые  моторвагонные поезда Ср, способные работать при напряжении 1500 и 3000 В.

В 1950-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 25 000 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 25 000 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.

Для новых линий, электрифицированных  на переменном токе частотой 50 Гц, напряжением 25 кВ, были созданы шестиосные электровозы ВЛ60 с ртутными выпрямителями и коллекторными двигателями, а затем восьмиосные с полупроводниковыми выпрямителями ВЛ80 и ВЛ80с. Электровозы ВЛ60 также были переоборудованы на полупроводниковые преобразователи и получили обозначение серии ВЛ60к.

Опыты с другими видами тяги

Одним из результатов эволюции железной дороги является поезд, висящий под  действием магнитной силы. Испытания  этой системы многообещающие. С другой стороны, эксперименты были направлены на создание гравитационного поезда, приводимого в движение силой тяжести, наподобие поездов парка аттракционов, которые, будучи запущенными один раз, движутся вперед благодаря своей собственной инерции.

В СССР предпринимались попытки разработать локомотив с атомной энергетической установкой. Его положительные стороны (неограниченная автономность, высокая тяговооружённость) перекрывались серьёзными недостатками (экологическая опасность, необходимость реконструкции инфраструктуры железных дорог), и разработки в этой области были прекращены.

.

Применение железных дорог в  военных целях

В военное время железные дороги приобретали важнейшее значение в первую очередь как транспортные артерии и во вторую очередь как  ещё одно место ведения борьбы с противником. В условиях военного времени на железных дорогах широко применяются санитарные и банно-прачечные поезда, передвижные пункты дегазации и дезактивации, поездахимзащиты.

Вдоль линии фронта для обеспечения  перевозки войск и для снабжения  войск строились лёгкие в возведении узкоколейные полевые железные дороги или рокадные дорогинормальной колеи.

В качестве боевого средства начиная  с Первой мировой войны применялись бронепоезда, изобретённые ещё во время англо-бурской войны.

Во время Второй мировой войны немецкие войска при отступлении начали применять путевой разрушитель «Крюк» для полного уничтожения рельсо-шпальной решётки. Аналогичную конструкцию имели на вооружении и советские войска.

В 70-е годы XX века был разработан боевой железнодорожный ракетный комплекс имеющий на вооружении межконтинентальные баллистические ракеты с разделяемыми ядерными боеголовками РТ-23УТТХ «Молодец» (по натовской классификации — SS-24 «Sсаlреl»). Благодаря усилиям американского правительства и договорам СНВ-1 и СНВ-2 вышеуказанные комплексы стали достоянием истории, но по данным «военной программы» (февраль 2011 г.) военное ведомство ведет разработки нового вида вооружения дальностью до 300 км, которое помещается в контейнер с готовностью 5 минут.