Железные дороги, их развитее и усовершенствование

Первые рельсовые дороги были деревянными и появились не позднее XIV в. Строительство их было вызвано ограничениями, присущими другим видам наземного транспорта. Только рельсовая дорога позволила преодолевать различные рытвины, ухабы и распутицы. Движение по рельсам было связано с меньшим трением скольжения и меньшим трением качения вагонетки, поэтому при одинаковом усилии стало возможно перевозить более тяжелые грузы.

Первые рельсовые дороги. Большинство рельсовых дорог, построенных до 1825 г. [1], по современным понятиям можно было бы назвать трамвайными линиями. Их протяженность составляла не более 3 км, и предназначались они для транспортировки какого-либо одного вида грузов, например угля или камня (от шахты или из карьера на причал для погрузки в баржи).

Первые вагонетки двигались по деревянным рельсам. Гладкие деревянные колеса удерживались на рельсах фланцами, ребордами или другими направляющими самих рельсов. На таких тележках в XVI в. перевозили железную руду

Конной тягой или вручную по рельсам двигали вагонетки - массивные деревянные ящики, связанные железными обручами. Диаметр грубых колес значительно уступал диаметру тележных колес, так как рельсы были достаточно гладкими. Сами рельсы-деревянные или железные-делались с внутренними, внешними и даже двойными ребордами, которые предупреждали сход с рельсов.

Вначале вагонетки отправляли поодиночке. Возросшие объемы перевозок вынудили сцеплять две и больше вагонеток обычными железными скобами или даже канатами в составы. Так появились первые поезда. Обычно лошади или люди перевозили груз только на коротких отрезках или на обратном пути, так как путь с грузом от шахты к пристаням прокладывался с уклоном. Нередко лошадей отправляли вниз на вагонетке, впрягая их в пустой состав для обратного рейса наверх для загрузки в шахте. Сигнализации или регулировки движения не существовало, а при отсутствии тормозов это означало, что загруженные поезда бесконтрольно катились вниз.

Дальнейшие усовершенствования и стандартизация. Примитивные фрикционные тормоза, действие которых основано на трении, появились не ранее 1820 г.; однако большим достижением следует считать пневматические тормозные системы, работающие на сжатом воздухе, паре, или вакуумные. Пневматический тормоз Джорджа Вестингауза (1846-1914) [6] сократил тормозной путь на горизонтальном участке почти на 90%.

Пневматический тормоз Вестингауза, запатентованный в 1869 г., все еще наиболее распространен на железных дорогах. Система работает от сжатого воздуха. При включении тормозов воздух из основной магистрали [1] выпускается. Вспомогательные резервуары [2], где остается сжатый воздух, автоматически соединяются с тормозными цилиндрами, поршни которых [3] перемещаются и прижимают тормозные колодки к колесам

К 20-м гг. XIX в. рельсовый путь стал железным, а в конце 60-х гг. появились стальные высокопрочные рельсы стандартного профиля; реборды с рельсов были перенесены на внутреннюю сторону колес, которые выпускались парами с единой осью. Последнее увеличило скорость и плавность движения поездов.

Ни груз, ни какой-то элемент конструкции вагона не должны выступать слишком далеко за установленные габариты пути, определяемые шириной колеи, иначе можно повредить туннели, мосты или сигналы. С уменьшением ширины колеи связано удлинение состава той же грузоподъемности, однако, чем длиннее состав, тем больше опасность схода с рельсов. Вагонетки были двухосными. Примерно в 1845 г. появились трехосные товарные и пассажирские вагоны; все оси вращались в буксах, укрепленных на раме вагона. Около 1875 г. пассажирские вагоны стали устанавливать на опоры из двухосных тележек, длина вагонов увеличилась, но сократился минимальный радиус закругления, который могли преодолевать поезда.

Необходимость стандартизации железнодорожной колеи [2], тормозных систем, систем управления, обогрева и освещения, а главное, систем сцепки возникла в XX в.

Ширина колеи на железных дорогах мира 1,68-0,6 м. Стандартная колея большинства европейских и североамериканских стран имеет ширину 1,43 м.

Первыми сцепными устройствами были тяжелые крюки и петли, соединяемые вручную, а к 1925 г. появились автоматические сцепные устройства. Они напоминали тяжелые клещи, захлопывающиеся при сближении вагонов. Тем самым предотвращалось опрокидывание вагонов, если их колеса сойдут с рельсов [5].

Первые составы формировали, соединяя вагоны простыми крюками и цепями [А]. Буфера смягчали удары. Автоматическая сцепка [Б] появилась в США в 1882 г. После усовершенствования она приобрела вид современной автосцепки [В]. Некоторые виды сцепок связывают одновременно тормозные системы, электрические цепи управления и обогрева. Американские вагоны снабжены также пружинными, фрикционными или гидравлическими демпферами, поглощающими толчки и удары.

Пассажирские железные дороги. Начало XX в. ознаменовалось строительством городских подземных железнодорожных систем быстрого сообщения - метрополитена. Возник особый тип узкоколейных вагонов с электроприводом [4].

Первая линия подземной железной дороги - метрополитена в Лондоне, открытая в январе 1863 г., в первый же год эксплуатации перевезла 9,5 млн. человек. Сейчас лондонское метро ежедневно перевозит свыше 2 млн. пассажиров. Здесь изображены вагоны линий метро разных городов мира

Для питания электродвигателей предназначались один-два дополнительных токонесущих рельса. В современных поездах метро тяговые электродвигатели располагаются равномерно вдоль состава; ранние наземные поезда передвигались при помощи специального локомотива.

Уже первые пассажирские вагоны были разделены на три класса. Пассажирам 3-го класса предоставлялись примитивные открытые грузовые платформы [А]. Платформы 2-го класса были оборудованы скамьями [Б]. Пассажиры 1-го класса помещались в вагоны, напоминающие три последовательно соединенные кареты, установленные на едином шасси [В]. В составе имелись вагоны всех трех классов

Подземные поезда, состоящие из секций, можно сцеплять из различного числа вагонов и отправлять без переформирования. Они способны быстро набирать скорость и тормозить. Колеса некоторых видов подземных составов снабжены резиновыми ободами, снижающими уровень шума; двери вагонов автоматически раздвигаются и закрываются. Новейшие поезда оснащены системами автоматического управления, на долю машиниста выпадает лишь роль пассивного наблюдателя. Подобные системы существуют и на наземном железнодорожном пассажирском транспорте дальнего следования. Почти все оси современного поезда в одинаковой мере ведущие, а мощные гидротурбинные тормоза позволяют быстро затормозить состав, разогнанный до очень высоких скоростей. Поезда новейшей конструкции благодаря специальной подвеске плавно изгибаются на поворотах. Сталь и дерево сменились легкими сплавами и упрочненными пластмассами.

Один из самых современных железнодорожных вагонов конца 70-х гг. разработан в Великобритании. Вагон предельно облегчен, конструкция тележек позволяет достичь скорости свыше 250 км/ч даже на виражах существующих железнодорожных путей.