Народження та розвиток залізниць. Паровози

Перший  у світі магістральний тепловоз серії "Еш", побудований за проектом інженера Якова Гаккеля, народився у 1924 році в СРСР. Цей локомотив вчинив фурор на Жовтневій залізниці в Москві і послужив прототипом для багатьох подальших моделей тепловозів.

З плином часу тепловози почали все ширше  завойовувати позиції на залізницях світу. Так, наприклад, вже у 1930 році в Данії на тепловозну тягу було переведено четверту частину всієї мережі. На залізницях США у 1936 році експлуатувалося 185 тепловозів середньою потужністю 400 кВт (540 к. с). Перевага там надавалась маневровим тепловозм потужністю 220 кВт (300 к.с.). У 1940 році з'явилися перші багатосекційні вантажні та універсальні (для вантажної та пасажирської роботи) локомотиви. Потужність секції з одним дизелем складала 990 кВт (1350 к. а), а з двома - 1470 кВт.

У СРСР у вантажному та пасажирському русі найбільша поширення отримали тепловози 3 електричною передачею. Вантажний  тепловоз ТЕЗ має електричну передачу постійного струму та обладнаний двотактним дизелем 2Д100 потужністю 1470 кВт (2000 к. а). Тепловози 2ТЕ10Л, серійне виробництво яких було розпочато в 1965 році, також мають електричну передачу постійного струму. Двотактний дизель 10Д100 з газотурбінним наддувом та проміжним охолодженням наддувочного повітря має потужність 2200 кВт (3000 к. а). У подальші роки випускалися модифікації тепловозів типу ТЕ10 з індексами Л, В, М, С. Перші тепловози 2ТЕ116 з електричною передачею змінно-постійного струму та чотиритактним дизелем Д49 потужністю 2250 кВт (3060 к. с.) в секції були випущені в 1971 році, у 1988 році почалося їх серійне виготовлення. Перші тепловози 2ТЕ121 з електричною передачею змінно-постійного струму з дизелем типу Д49 потужністю 1940 кВт (4000 к. с.) з'явилися у 1979 році.

Тепловози постійно вдосконалюються: піддаються суттєвій переробці конструкції водяної та мастильної систем охолодження дизелів, системи охолодження електричних машин, допоміжне обладнання та інші агрегати та вузли. Подальший процес тепловозобудування передбачає створення тепловозів секційною потужністю 4415 кВт (6000 к. с.).

У наш  час тепловози практично повністю витіснили паровози на маневрах, за їх допомогою здійснюється понад 60% перевезень.

Умови сучасності диктують безперервне зростання швидкості руху потягів та їх маси, а отже, визначають потребу нарощення потужності локомотивів. Вже зараз відчувається необхідність у автономних локомотивах секційною потужністю 6000-7350 кВт (8000-10000 к. с.). Не менш важливою задачею є перехід локомотивів на альтернативні види палива - наприклад, газ. Ця проблема успішно вирішується при застосуванні у локомотивобудуванні газотурбінних двигунів. Газотурбовози - автономні локомотиви, в яких газова турбіна є основним силовим двигуном -вже створені та успішно експлуатуються.

Днем  народження електричної тяги вважається 31 травня 1879 року, коли на промисловій виставці у Берліні винахідник Вернер фон Сі-менс вперше продемонстрував збудовану ним електричну залізницю довжиною 300 м. Електровоз, що нагадував сучасний електрокар, приводився в рух за допомогою електродвигуна потужністю 9.6 кВт (13 к.с.). Електричний струм напругою 160 В передавався до двигуна по окремій контактній рейці, зворотним проводом служили рейки, по яким рухався зі швидкістю 7 км/год потяг-три мініатюрних вагончика місткістю 18 пасажирів. У тому ж 1879 році було пущено внутрішньозаводську лінію електричної залізниці протяжністю приблизно 2 км на текстильній фабриці Дюшес-Фурьє у французькому місті Брейль. У 1880 році в Росії Ф.А. Піроцькому вдалося силою електричного струму привести в рух великий вагон, що вміщував 40 пасажирів.

16 травня 1881 року було відкрито пасажирський рух на першій міській електричній залізниці Берлін - Ліхторфсльд, рейки якої було складино на естакаді. Дещо пізніше

електрична  залізниця Ельберфельд - Бремен з'єднала ряд промислових пунктів Німеччини.

На  початку свого існування електрична тяга застосовувалась на міських трамвайних лініях та промислових підприємствах, особливо на рудниках та у вугілоних копальнях. Швидко далися взнаки її переваги па перевальних та тунельних ділянках залізниць, а також у приміському сполученні. В 1895 році в США були електрифіковані тунель у Балтиморі та тунельні підходи до Нью-Йорка. Обслуговувалися ці лінії електровозами потужністю 185 кВт, що сягали швидкості 50км/год.

Після Першої світової війни на шлях електрифікації залізниць стають багато країн. Електрична тяга починає вводитися на магістральних лініях з високою інтенсивністю руху. В Німеччині електрифікуються лінії Гамбург - Альтон, Лейпциг - Галле - Магдебург, гірська дорога в Сілезії, апьпійскі дороги в Австрії. Електрифікуються залізниці півночі Італії. Приступають до електрифікації Франція, Швейцарія. В Африці з'являється електрифікована залізниця в Конго. В Росії проекти електрифікації залізниць, зокрема ділянки Санкт-Петербург - Оранієнбаум, були ще до Першої Світової війни. У 1926 році було відкрито рух електропотягів між Баку та нафтопромислом Сабунчі.

16 серпня 1932 року стала до ладу перша  в СРСР магістральна електрифікована  ділянка Хашурі - Зестафоні, що  проходила через Сурамський перевал  на Кавказі. Обслуговувалася вона першими електросекціями радянського виробництва серії С. Наступного року в країні з'явився перший магістральний електровоз серії ВЛ-19. У 1035 році хвиля електрифікації торкнулася і залізниць України - до ладу стала ділянка Запоріжжя - Довгинцеве. На кінець року в СРСР вже було електрифіковано 1907 км колій та знаходилося в експлуатації 84 електровози.

Процес  електрифікації залізниць України  є практично безперервним — у радянську епоху на електричну тягу переведено усі основні напрямки, а за часів незалежності електричку зустріли Тернопіль, Хмельницький, Полтава, Рівне, Луцьк. Ковель. Електрифікація залізниць сприяє формуванню міжнародних транспортних коридорів.

На  сьогодні загальна протяжність електричних  залізниць у світі досягла 200 тис. км, що складає приблизно 20% від загальної їх довжини. Це, як правило, найбільш вантажонапружені лінії, гірські дороги з крутими підйомами та численними кривими ділянками, приміські вузли з інтенсивним рухом локальних пасажирських потягів.

Техніка, що працює на електричних залізницях, за час їх існування змінилася докорінно, однак принцип її дії залишився незмінним. Колісні осі електричного локомотива приводяться в рух за допомогою електричних тягових двигунів, що використовують енергію електростанцій. Ця енергія підводиться до залізниці по високовольтних лініях електропередач, а до електрорухомого складу - по контактній мережі. Зворотним ланцюгом служать рейки та земля.

Застосовуються  три різні системи електричної  тяги - постійного струму, змінного струму зниженої частоти та змінного струму стандартної промислової частоти 50 Гц. У період до Другої світової війни застосовувались дві перші згадані системи, а третя отримала визнання у 50-60-х роках, коли почався інтенсивний розвиток техніки та систем керування. В системі постійного струму до струмоприймачів електрорухомого складу підводиться струм напругою 3000 В (у деяких країнах 1500 В та нижче). Постачання такого струму забезпечуються тяговими підстанціями, на яких змінний струм високої напруги загальнопромислових енергосистем знижується до потрібного значення та випрямляється потужними напівпровідниковими випрямлячами.

Перевагою системи постійного струму на той  час була здатність застосування коллекторних двигунів постійного струму, що мали чудові тягові та експлуатаційні властивості. До числа її недоліків слід віднести порівняно низьке значення напруги в контактній мережі, обмежене допустимим значенням напруги двигунів. З цієї причини по контактних проводах передаються значні струми, що викликає втрати енергії та ускладнює процес струмознімання в контакті між дротом та струмоприймачем. Інтенсифікація залізничних перевезень, збільшення маси потягів призвели на деяких ділянках, електрифікованих на постійному струмі, до труднощів живлення електровозів через необхідність збільшення площі поперечного перерізу дротів контактної мережі (підвішування другого посилюючого контактного дроту) та забеспечення ефективності струмознімання. Крім того, від значних блукаючих струмів, що виникають на лініях постійного струму, зазнають корозії підземні металеві конструкції, трубопроводи та кабелі. Однак система постійного струму отримала широке поширення у багатьох країнах - вона застосовується більш ніж на половині усіх електрифікованих ліній світу.

Задача  системи тягового електропостачання - забезпечити ефективну роботу електрорухомого складу з мінімальними втратами енергії при якомога менших витратах на спорудження та обслуговування тягових підстанцій, контактної мережі, ліній електропередач тощо.

Прагненням  підняти напругу в контактній мережі та виключити із системи електричного живлення процес випрямлення струму пояснюється застосування і розвиток у ряді країн Європи (ФРН, Швейцарія, Норвегія, Швеція, Австрія) системи змінного струму напругою 15000 В, що має знижену частоту 16,6 Гц. У цій системі на електровозах використовують однофазні колекторні двигуни, що мають гірші показники, ніж двигуни постійного струму. Ці двигуни не можуть працювати на загальній промисловій частоті 50 Гц, тому доводиться застосовувати знижену частоту. Виробіток електричного струму такої частоти потребує спорудження спеціальних "залізничних" електростанцій, не пов'язаних із загальними промисловими енергосистемами. Лінії електропередачі в цій системі однофазні, на підстанціях здійснюється тільки зниження напруги трансформаторами. На відміну від підстанцій постійного струму, в цьому випадку не потрібні перетворювачі змінного струму на постійний, у якості яких застосовувалися ненадійні в експлуатації, громіздкі та неекономічні ртутні випрямлячі. Але простота конструкції електровозів постійного струму мала вирішальне значення, що визначило її більш широке використання.

50-і  роки ознаменувалися створенням  потужного восьмивісного двосекційного електровоза постійного струму ВЛ-8, а в подальші десятиріччя на сталеві магістралі вийшли і його наступники - ВЛ-10 та ВЛ-11. У цей же час у СРСР та Франції почалися роботи зі створення нової більш економічної системи електричної тяги змінного струму промислової частоти 50 Гц із напругою в контактній мережі 25 000 В. У цій системі тягові підстанції, як і о системі постійного струму, живляться бід загальних промислових високовольтних трифазних мереж, але на них немає випрямлячів. Трифазна напруга змінного струму ліній електропередачі перетворюється трансформаторами на однофазну напругу контактної мережі 25 000 В, а струм випрямляється безпосередньо на електрорухомому складі. Легкі, компактні і безпечні для персоналу напівпровідниковівипрямлячі, що прийшли на зміну ртутним, забезпечили пріоритет цієї системи. В усьому світі електрифікація залізниць розвивається по системі змінного струму промислової частоти.

На  залізницях України, електрифікованих на змінному струмі, працують електровози ЧС-4, ЧС-8,ВЛ-60, але переважає двосекційний велетень ВЛ-80, який є одним з найпотужніших локомотивів світу. Використання таких надпотужних локомотивів є одним з чинників зростання популярності залізничного транспорту.

З кожним роком у провідних державах світу  все ширше реалізовуються проекти створення новітніх швидкісних потягів. Вперше їх рух почався у жовтні 1964 року в Японії- потяг під назвою "Куля" долав 500 км шляху з середньою швидкістю 160 км/год.

Сучасним  живим втіленням наисміливіших  мрій про блискавичний потяг, який, окрім того, відрізнявся б якомога  вищим рівнем комфорту, є французька розробка ТGV - результат 20-річних досліджень. У травні 1990 року потяг ТGV було розігнано до рекордної швидкості 515,5 км/год, причому гальмівний шлях склав близько 30 км!

Потяги  обладнані пристроями швидкісного струмознімання, а також оригінальним сучасним "ноу-хау" - системою підвіски, при якій візки розміщуються між вагонами, що дозволяє рухомому складу проходити криві ділянки без зниження швидкості. Середня швидкість потягів ТGV наступного покоління обіцяє сягти 300 км/год.

Крім ТGV, відомими швидкісними потягами є також "Євростар", що курсує між Лондоном і Парижем по тунелю під Ла-Маншем, і японський "Шінкансен" ("Світло").

Керування швидкісними потягами максимально  автоматизоване -на великій швидкості  машиніст вже не в змозі слідкувати за сигналами дорожніх світлофорів, тому вся неоохідна інформація надходить електричним шляхом по рейках безпосередньо у кабіну. У найновіших потягах процес руху повністю контролюється комп'ютером.

Пасажирські та вантажні вагони

На  початку існування залізниць  поняття пасажирського вагона було відсутнє. Для перевезення пасажирів використовували звичайні екіпажі, що ставилися на залізничні платформи або безпосередньо на рейки. Обриси перших пасажирських вагонів дуже сильно нагадували карети чи старі   поштові  дележанси.   Багато   вагонів не мали вікон і дахів; але якщо вікна і були, то не засклені. На лінії Лейпциг-Дрезден пасажирам навіть пропонували купувати маски для захисту обличчя від вітру і паровозних іскор. Вагони не опалювалися, в них не було освітлення, зручних сидінь. Пасажири страждали від тряски і шуму.

У Європі до 70-х років XIX століття широко використовувалися  вагони англійського типу, які ділилися поперечними стінками на три шестимісні відділення. Багаж пасажирів містився на даху вагона. Англійська система передбачала також розподіл вагонів на класи. Найбільш зручними були вагони першого класу. У вагонах другого класу вікна заміняли вузькі отвори в стінках, вагони третього класу мали більш низькі стелі. Тогочасні пасажирські вагони залізниць США зміщали по 60-70 пасажирів. Вони не поділялися на відділення і були прохідними.

У міру розвитку залізничного сполучення пасажирські  вагони вдосконалювалися. Було звернено першочергову увагу на зменшення тряски -ресори стали більш пружними. Задля зниження рівня шуму підлоги і стіни вагонів виготовлялися з внутрішнім наповнювачем.