Народження та розвиток залізниць. Паровози

Історія розвитку залізничного транспорту

Народження та розвиток залізниць.

Паровози

З розвитком  цивілізації виникла нагальна необхідність транспортування на значні відстані великих об'ємів вантажів, тому людський розум невпинно працював над пошуком ефективних рішень пов'язаних з цим проблем. Ще за давніх часів було встановлено, що по колії кінь може пересувати візок у 8 разів тяжчий, ніж по звичайній дорозі.

Колійні дороги, що призначалися для перевезення  вантажів, споруджувалися ще у Давньому Єгипті, Греції та Римі. Влаштовані вони були наступним чином: по брукованій камінням дорозі проходили дві паралельні глибокі борозни, призначені для кочення коліс візків. У середньовічних рудниках для пересування дерев'яних вагонів існували дороги, складені з дерев'яних рейок.

Дерев'яні  рудникові колії швидко зношувалися, і приблизно у 1738 році відбулася заміна їх на металеві, які спочатку складалися з дорогих і непрактичних чавунних плит з жолобами для коліс. У 1767 році Ричард Рейнольдс вклав на під'їзних коліях до шахт і рудників  Колбрукдейла чавунні рейки, які, звісно, відрізнялися від сучасних: у перетині вони мали форму латинської букви U, ширина їх становила 11 см, а довжина -150 см. Рейки прибивалися до дерев'яного бруса жолобом догори. Після переходу на чавунні рейки, колеса у візків також стали виготовлятися з чавуну.Для пересування вагонеток по рейках використовувалася м'язова сила людини або коней.

Поступово рейкові колії виходили за межі рудникового  двору - їх стали прокладати до ріки чи каналу, де вантаж перекладався на судна  і далі транспортувався водним шляхом.

Протягом XVIII—XIX століть колія зазнала  значної еволюції, викликаної пошуком  найбільш  раціональної верхньої будови  та  рейки з найоптимальнішим перерізом .

Для запобігання сходу коліс в  якості рейок використовували металеві кутики, але таке вирішення проблеми було недосконалим, оскільки збільшувалося тертя. Згодом почали застосовуватися закраїни (реборди) у коліс, які, спільно з грибоподібною формою рейки в розрізі, повністю поклали край подібним випадкам.

.

У 1803 році англійський винахідник парових екіпажів Річард Тревітік вирішив використати свій автомобіль в якості альтернативи кінній тязі на рейкових коліях. Адаптація конструкції машини до нового амплуа призвела до появи паровоза, на двовісній чотириколісній рамі якого знаходився паровий котел з однією трубою всередині. У котлі над паровою трубою горизонтально розміщувався робочий циліндр. Шток поршня висувався далеко вперед і підтримувався кронштейном. Рух поршня передавався колесам за допомогою кривошипа зубчастих коліс, було і махове колесо.

Цей паровоз упродовж короткого часу працював на одній з рудникових доріг. Після швидкого виходу з ладу чавунних рейок під його вагою перевагу було надано не заміні слабких рейок більш міцними, а відмові від локомотива.

Після Тревітіка, забувши про його винахід, над створенням паровоза працювало чимало конструкторів. Пропонувалися варіанти машин іззубчастими колесами, зі штовхачами у вигляді ніг, з тягою на ланцюзі закріпленому на локомотиві і розкоченому вздовж колії тощо.

Першим дослідником, який зумів проаналізувати, узагальнити і врахувати весь попередній досвід у паровозобудуванні, був Джордж Стєфенсон. Відомі три типи створеного ним паровоза. Перший, названий "Блюхер", був побудований у 1814 році. Локомотив міг пересувати вісім візків масою30 т. зі швидкістю 6 км/год. Паровоз мав два циліндри, зубчасто-колісну передачу. Пара з циліндрів виривалася назовні. Згодом Стефенсон створив конус - пристрій, що відкрив новий етап у паровозобудуванні. Відпрацьована пара стала видалятися через димар.

У 1815 році народився другий паровоз Стефенсона. винахідник замінив зубчасту передачу безпосереднім з'єднанням поршнів циліндрів з рухомими осями за допомогою кривошипного механізму і, задля забезпечення сумісної роботи ведучих коліс, з'єднав їх жорсткими тягами. Стефенсон був першим паровозобудівником, який звернув увагу на колію і на взаємодію з нею локомотива. Він змінив з'єднання рейок, обладнав паровоз підвісними ресорами, які значною мірою пом'якшували поштовхи при їзді.

Стефенсон дійшов висновку, що колія повинна бути, по можливості, горизонтальною, а тому, незважаючи на дорожнечу шляхових робіт, при будівництві залізниці вимагалося влаштування насипів і виїмок, у 1823 році Стефенсон працював на будівництві першої у світі залізничної лінії Стоктон - Дарлінгтон, і тоді ж він вперше заснував локомотивобудівний завод у Ньюкаслі.

Первістком  завода став паровоз "Локомошен №1", який мало відрізнявся від своїх  попередників і розвивав швидкість 18-25 км/юд. По лінії Стоктон - Дарлінгтон він перевозив лише вантажі, оскільки для пересування пасажирських вагонів застосовувалася кінна тяга, як найнадійніший для свого часу засіб. На найбільш крутих ділянках потяги пересувалися за допомогою канатів. У колію було вкладено як чавунні, так і сталеві рейки.

Першу парову залізницю Ліверпуль - Манчестер  було відкрито 1830 року. З цього часу почався швидкий розвиток залізничного транспорту. В тому ж 1830 році перша  залізниця, протяжністю 64 км, з'явилася  і в Америці між Чарльстоном і Огестом, паровози для якої доставлялися з Англії. Потім залізничне будівництво почали одна за одною європейські країни: 1832-1833 рр. - Франція, Сент-Этьєн - Ліон, 58 км; 1835 р. - Німеччина, Фюрт - Нюрнберг, 7 км; 1835 р. - Бельгія, Брюссель - Мехельн, 21 км; 1837 р. Росія, Санкт-Петербург - Царське Село, 26,7 км.

У 1834 році у Нижньому Тагілі було споруджено чавунну дорогу протяжністю 854 м  з паровою тягою, локомотив для  якої збудували батько і син Черепанови. Перший їх "сухопутний пароплав" (так у Росії в той час називали паровози) пересував вагони з 3,3 т руди зі швидкістю 13-15 км/год.

Крім вантажу, паровоз міг везти до 40 пасажирів. Незабаром Черепанови зробили другий, більш потужний паровоз, що водив потяги масою до 16 т. Але ця дорога не вважається першою залізницеюу Росії, оскільки вона незабаром припинила своє існування – власники віддали перевагу гужовому транспорту.

Залізниці, що зародились у Англії, поширилися по усьому світу. Загалом, до 1860 року було збудовано приблизно 100 тис, км залізниць, з них майже 50 тис. - у США, 16,8 тис, - у Великобританії, 11,6 тис. - у Німеччині і 9,5 тис. км - у Франції. Серед інших країн, у яких в цей період розгорталося залізничне будівництво,слід виділити Бельгію, де до1860 року було побудовано 1,8 тис, км залізниць, та Іспанію -1,9 тис. км. У Росії в 1851 році завершилося будівництво важливої для країни магістралі Санкт-Петербург - Москва довжиною 650 км.

У 60-х  роках XIX століття, після скасування кріпосного права, значно зросли обсяги залізничного будівництва в Росії - у десятиліття з 1860 до 1870 р. вона зайняла друге місце після США по введеннги а експлуатацію нових ліній. У Росії інтенсивне зростання мережі продовжувалося і далі, і лише російсько-турецька війна (1877-1879 рр.) трохи загальмувала цей процес. Але вже з 1892 року будівництво залізниць відновилося, їхня довжина за 10 років розширилася більше, ніж на            20 тис. км.

У 70—80 роки XIX століття обсяги залізничного будівництва продовжували зростати. У 1880 році найбільшу довжину залізниць у Європі мала Німеччина -         33 838 км, за нею Великобританія - 28 854 км, Франція -26 189 км, європейська частина Росії (з Фінляндією) - 23 429 км і Австро-Угорщина - 19 512 км. З 1890 до 1900 років темп приросту світової мережі знизився до 172,7 тис. км. але в наступне десятиліття він знову зріс до 239,8 тис. км.

Тогочасні потужні парові локомотиви зовнішньо  вже мало нагадували перші малогабаритні стефенсонівські екземпляри і набули вигляду майже незмінного аж до припинення масового світового паровозобудування в 50-60-х роках XX століття

У 1908 році протяжність залізниць Земної кулі перевищила 1 млн. км. За період 1910-1916 рр. залізнична мережа Європи зросла на 24 764 км, Італія збільшила свою рейкову  мерржу ня 7,6%. Голландія — на 6,4%, Німеччина - на 6,3%, Австро-Угорщина - на 4,1%, Франція - на 4,1%, Бельгія - на 3,6%, Англія - на 2,8%, Іспанія - на 2,4%. До речі, в Росії мережа збільшилася на 22,6%, а в США - на 7,9%.

Історія будівництва залізниць у період між Першою та Другою світовими війнами характеризувалася рядом особливостей.

У багатьох країнах Європи спостерігалося фактичне припинення розвитку залізничної мережі. У Великобританії будівництво нових  залізниць практично не велося, те саме можна відмітити про Чехословаччину, Румунію та деякі інші країни. Однак у Німеччині за цей період мережа залізниць розширилась приблизно на 10 тис. км, майже на стільки ж зросла довжина мережі у Франції. В СРСР мережа збільшилась майже на 30 тис. км. У Бельгії довжина мережі зросла на 1,5 тис. км, у Швеції -майже на 3 тис. км, в Іспанії - на 2 тис. км. Загалом, в Європі з 1913 до 1939 років протяжність мережі зросла на 89 тис. км.

До  поматку Другої Світової війни приблизно  половина світової залізничної мережі припадала на сім держав - США, СРСР, Великобританію, Францію, Німеччину, Італію, Японію. В цих країнах (крім СРСР та Італії) мережа досягла дуже високої щільності, яка в багато разів перевищувала щільність мережі країн Африки чи Азії. В Європі найбільшу щільність мережі залізніць мали Великобританія. Франція. Бельгія. Голландія, Данія, Німеччина, Чехословаччина, Австрія, Швейцарія. Менш розвинена мережа була в СРСР, Італії, Польщі, Угорщині, Румунії, балканських та скандинавських країнах. Залізничні лінії зосереджувалися у промислових районах.

Залізнична мережа СРСР на 1 січня 1938 року займала друге місце в світі за протяжністю та складала 85,1 тис. км. Основні залізничні лінії меридіонального напрямку сполучили Донбас, Кавказ та Нижнє Поволжя з Москвою, Ленінградом та північними районами країни. В широтному напрямку важлива роль належала залізничним лініям, що йшли з Москви, Ленінграда та Донбасу на Урал та з Середню Азію. Велике значення мала Транссибірська магістраль, що сполучила райони Уралу, Сибіру та Далекого сходу. Турксиб забезпечив найкоротший шлях з Середньої Азії в Сибір тана Далекий Схід. Зважаючи на велику площу території СРСР, вагомий відсоток яко)' складали неосвоєні території, щільність мережі країни все ж таки була незначною. Після Другої світової війни частково зруйнована залізнична мережа СРСР почала відновлюватися, а потім і зростати Станом па 1389рік її загальна довжина склала 1234,9 тис. км. Зараз довжина залізниць загального користування в країнах СНД та Прибалтики складає 150 тис. км.

У середині XX століття неодноразово піднімалося  питання про можливі межі потужності паровозів, викликане наявністю конкуренції з боку інших видів локомотивної тяги та вимогами безперервного збільшення пропускної здаті доріг. Аналіз та розрахунки з урахуванням реальних можливостей існуючих на той час конструкцій та теплотехнічних якостей паровозів показали, що для європейських та американських доріг межею потужності є 5900-6600 кВт (8000-9000 л.с.), що зумовлено граничними розмірами котла. Таким чином, перехід на прогресивні види тяги - тепловозну та електричну, що відбувся в кінці 50-х - на початку 60-х років, був продиктований не межею можливостей паровоза, а вагомою перевагою нових видів тяги в енергетичній економічності, середньодобовій продуктивності, а також у скороченні числа працівників локомотивного господарства, покращенням умов праці.

Однак паровози подібні до Атлантиди, не пішли в небуття - в ряді азіатських та африканських країн вони досі несуть трудову вахту, в основному в якості маневрових локомотивів. Ведуться розробки і щодо їх вдосконалення. На думку спеціалістів, ККД сучасного паровоза можна підняти до 15% - при цих умовах витрати на експлуатацію за даними розрахунків, суттєво нижчі від витрат на тепловозну тягу.

Паровоз, винайдений Стефансоном, панував на залізницях світу більш ніж сто ріків, оскільки був єдиним типом локомотива. Однак наприкінці ХІХ століття з'явилися двигуни внутрішнього згоряння, паливом для яких спочатку слугував газ. Вагон-газохід, що курсував Дрезденського міською залізницею у 1892 році, можна вважати першим тепловозом. Однак через надзвичайно низьку потужність його двигуна - лише 7,35 кВт (10 к. с.) - про конкуренцію з паровою тягою на магістральних лініях не могло бути й мови. Робилися спроби використання бензинових двигунів на невеликих вузькоколійних маневрових тепловозах для внутрішньозаводського транспорту.

У 1892 році Рудольф Дизель запатентував двигун внутрішнього згоряння, що отримав  його ім'я. У 1897 році винахідник вперше продемонстрував новий двигун потужністю 14,7 кВт (20 к. с.) у дії. ККД дизеля був вищим ніж у парових машин і не залежав від його розмірів. Надзвичайно економічний, компактний, зручний та простий у будові дизельний двигун швидко набув широкого розповсюдження, в тому числі й на транспорті. Щоправда, на залізниці він почав використовуватися пізніше, ніж на інших видах транспорту. В 1912 році на лінії Вінтертур - Ромаспорн у Швейцарії пройшов випробування перший тепловоз потужністю 705 кВт (960 к. с), створений Дизелем тя Клозе. У 1913 році в Німеччині на лінії Берлін - Мансфельд спробували використати цей локомотив для руху пасажирського потяга. Однак згодом виявилося, що він непридатний для подібної роботи - велика потужність розвивалася ним лише при значних швидкостях, а при рушанні з місця та на підйомах її

не  вистачало. З'ясувалося, що двигун внутрішнього згоряння без спеціальної передачі між ним та ведучими колесами не може забезпечити необхідні тягові якості локомотива, що диктуються різноманітними чинниками роботи залізниці - профілем колії, швидкістю руху, масою потяга, погодними умовами тощо. Пропонувались та реалізовувались проекти тепловозів з механічною, електричною, гідраолічіюю, газовою та іншими типами передач. У роки Першої світової війни фірмою "Крош" (Франція) були побудовані вузькоколійні тепловози потужністю 88 кВт (120 к. с.) з електричною передачею, а заводом Болдуїна (США) - з механічною передачею автомобільного типу. В 1922 році тепловоз, аналогічний до французького зразка, було виготовлено у Швеції.