Ранние рельсовые виды транспорта. Электровозы и тепловозы

Расширение сети железных дорог, изменивших жизнь общества в XIX в., неразрывно связано с появлением и развитием парового локомотива-паровоза. Простейший локомотив был создан впервые в 1804 г. английским изобретателем Ричардом Тревитиком (1771-1833).

Первым коммерческим локомотивом оказался локомотив Ричарда Тревитика, сконструированный в 1804 г. для железного рудника Пени-Дерран (Южный Уэльс). Он имел четыре ведущих колеса и не имел ни направляющих, ни опорных колес.

Слабые непрочные рельсы часто ломались, но Тревитик доказал, что локомотив с гладкими колесами способен двигаться по гладким рельсам, перемещая при этом тяжелый груз.

Ранние рельсовые виды транспорта. Первые паровозы были созданы для нужд угольных шахт на севере Англии в 1813-1820 гг. В 1825 г. была открыта первая железная дорога общественного пользования Стоктон-Дарлингтон. Движение предполагалось обслуживать конной тягой, однако Джордж Стефенсон (1781-1848), один из конструкторов шахтных локомотивов, доказал, что паровоз перевозит более тяжелые грузы, чем лошади. Успех этой линии способствовал постройке железной дороги Ливерпуль-Манчестер. Последняя была открыта в 1830 г., несмотря на ожесточенное сопротивление землевладельцев, ломовых извозчиков, лодочников и просто консервативно настроенных людей, считавших извергающие дым локомотивы исчадием ада. Для этой дороги многим паровозам предпочли «Ракету» Стефенсона [2]. Она была невелика, относительно легка и не разрушала недостаточно прочных железных рельсов.

«Ракета» Джорджа Стефенсона - первое механическое транспортное средство, получившее мировую известность. Два колеса были ведущими, два-опорными (0-2-2), а котел- жаротрубного типа. «Ракета» выиграла гонку на железной дороге Ливерпуль-Манчестер, а без вагонов показала рекордную скорость 47 км/ч. Наконец-то человек смог обогнать лошадь

Постепенно котлы и цилиндры стали более прочными, а поршни-более точно обработанными и лучше прилегающими к стенкам цилиндров.

Почти сто лет все железнодорожные перевозки в мире обеспечивались паровозами. И хотя конструкция их не претерпела принципиальных изменений, размеры, мощность и скорость непрерывно росли. Большинство европейских железных дорог было сооружено с укладкой высококачественного тяжелого рельсового пути, способного пропускать 100-тонные паровозы со скоростью до 160 км/ч. Однако в США на начальном этапе и в большинстве других развивающихся стран пользовались более легкими рельсами и укладывали их хуже, стремясь удешевить строительство железнодорожной колеи. Это вызывало необходимость распределения массы локомотива на большее число колес. Типы локомотивов стали обозначать по числу колес: формула 4-6-2 означала, что локомотив имеет четыре направляющих, шесть ведущих и два опорных колеса. Скорости движения обычно не превышали 80 км/ч.

Расцвет паровозов приходится на 30-е гг. XX в. Европейские паровозы, были нарядно выкрашены в цвета компаний, которым принадлежали; пассажирские составы развивали скорость до 160 км/ч. Американские паровозы строились более утилитарно.

Электровозы. Конкурентом паровой машине стали электродвигатели постоянного тока, нашедшие применение в городах (особенно на подземных ж.д.) благодаря отсутствию дыма. Первый электропоезд обслуживал Всемирную выставку 1879 г. в Берлине. Оказалось, что экономичнее строить гидроэлектрические станции, чем сжигать бурый уголь или дрова в топках. В результате железные дороги Норвегии и Швейцарии полностью перешли на электрическую тягу.

Сегодня электродвигатели линейного типа признаны наилучшими для тяги на железных дорогах. Но из-за очень высоких капиталовложений их применяют лишь на самых загруженных линиях. Еще в 1955 г. французские железнодорожники показали, что поезда на электрической тяге обычного типа [9] могут двигаться со скоростью свыше 320 км/ч, однако средние скорости пассажирских поездов возрастают медленно.

Французский локомотив класса СС 7100 с легким составом в 1955 г. достиг скорости 331 км/ч. Это был серийный электровоз с переделанной для увеличения передаточного числа коробкой передач

На линии Токио-Осака (Япония) достигнут резкий скачок скорости поездов [10], но эта линия была спроектирована и уложена специально для обеспечения столь высоких скоростей.

Электропоезда «Нью-Токайдо» на линии Токио-Осака (1964) развивают мощность 12000 л.с. и преодолевают расстояние 515 км за 3 ч. Стоимость такого сообщения все еще очень высока.

Тепловозы. Первые дизельные локомотивы и дрезины появились примерно в 1920 г. Воспламенение топлива в них происходит в результате разогрева рабочей смеси при ее сжатии в цилиндрах. Обычно шумные, дизельные двигатели быстрее разгоняются и преобразуют в полезную мощность 25-45% энергии сгорающего в них топлива (для паровых двигателей этот показатель не превышает 8%). Тепловозы постепенно вытеснили паровозы, и сегодня последние встречаются лишь кое-где в Африке и Азии. Дизельные двигатели легко запускаются, не расходуют топлива на остановках и способны работать в режиме, близком к режиму максимальной мощности, часами без присмотра и без аварии. Пробег многих тепловозов превышает 160 ООО км в год, а их последние конструкции отличаются надежностью, эффективностью и скоростью [11,12].

Дизель-электровоз, созданный в Монреале (1972). Его масса распределяется на 8 осей, собранных в двух отдельных тележках, а тяга достаточна для перевозки тежеловесных составов

Ведущие колеса тепловоза через механическую коробку передач, аналогичную коробке передач грузовика, могут изменять число оборотов лишь в небольших пределах. Поэтому чаще всего на них применяют гидравлическую или электрическую передачу. Гидравлическая передача представляет ряд масляных турбин высокого давления и способна передавать мощность 2000 л. с., плавно изменяя соотношение скоростей на входе и выходе. На дизель-электровозах дизель приводит в движение генератор постоянного или переменного тока, который питает тяговые электродвигатели типа электродвигателей электровозов.