Тепловоз

Историческая справка

Вопрос о возможности  применения дизельных двигателей в  качестве энергетической установки  локомотива возник в конце 19 в., после  изобретения двигателя Р. Дизелем. На решение этой задачи ученые и  инженеры разных стран потратили  не менее двух десятилетий. Первые проекты  тепловозов в России появились в начале 20 в. Прототипы тепловоза появились в разных странах: создавались и начинали использоваться на подъездных путях промышленных предприятий рельсовые автомобили или тягачи небольшой мощности. В 1904 г. в России инженеры Владикавказской железной дороги разработали технический проект нефтевоза - паровоза с дополнительным двигателем внутреннего сгорания. В 1906-1913 гг. проект неоднократно совершенствовался авторами. В 1905 г. в Санкт-Петербурге инж. Н. Г. Кузнецов и полковник А. И. Одинцов доложили на заседании Российского технического общества о разработанном ими эскизном проекте «автономного электровоза» — первого в мире поездного тепловоза с электрической передачей и индивидуальным приводом ведущих колесных пар. В том же году в Киевском политехническом институте проф. Ю. В. Ломоносов предложил идею создания тепловоза, которую прорабатывал совместно с А. И. Липецом. В 1908 г. они приступили к проектированию тепловоза непосредственного действия с групповым приводом (типа паровозного) колесных пар. Работы велись в Главных мастерских   Ташкентской   железной   дороги (г. Оренбург), были завершены Липецом в 1913 г. В 1909 -13 гг. под руководством инж. Ф. X. Мейнеке на Коломенском заводе разрабатывалось несколько проектов локомотивов нового типа - от маломощного (40 л. с.) типа мотовоза до тяжелого 8-осного поездного локомотива мощностью 1000 л. с. (по другим данным, 1600 л. с). Однако тепловоз, проект которого был предложен в 1909 г., имевший 2 тихоходных дизеля, оказался громоздким и тяжелым.

 Во всех проектах  содержались те или иные оригинальные  технические решения и идеи, однако  ни один из этих проектов  по разным причинам, в т. ч.  и по состоянию техники того  времени, а также из-за отсутствия  необходимого финансирования, не  был осуществлен.

 Первая попытка построить поездной тепловоз относится к 1906 г., когда по инициативе Р. Дизеля управление Прусских ж. д. заказало заводам «А. Борзиг» в Берлине и «Братья Зульцер» в Винтертуре (Швейцария) пассажирский тепловоз типа 2-2-2-2, который был построен к 1913 г. Тепловоз имел двухтактный 4-цилиндровый V-образный дизель мощностью 960 л. с. Вал двигателя размещался перпендикулярно продольной оси тепловоза и был непосредственно связан спарниками типа паровозных с ведущими колесами (тепловоз непосредственного действия). Диаметр цилиндров дизеля 380 мм, ход поршня 550 мм, наибольшая частота вращения вала (при скорости 100 км/ч) составляла 300 об/мин. Для трогания с места и разгона тепловоза (с составом) использовался сжатый воздух из резервуаров. Эксплуатационные испытания прошли в 1913 г. и выявили ряд существенных недостатков, которые являлись следствием свойств дизельного двигателя: мощность дизеля при неизменной подаче топлива почти прямо пропорциональна частоте вращения его вала, а также, в отличие от паровой машины, дизель не способен работать при малых частотах вращения вала, когда при медленном осуществлении процесса сжатия воздуха в цилиндре не может быть достигнута температура, необходимая для самовоспламенения топлива. Недостатки были принципиальными и неустранимыми. Тепловоз оказался непригодным как к курьерской службе, т. к. его мощность была пропорциональна скорости движения и, когда снижалась скорость (например, на крутых подъемах), падала и мощность локомотива и поезд мог остановиться, так и к обычной пассажирской работе, т. к. при частых остановках ему просто не хватало воздуха для последующих разгонов.   После многочисленных  переделок тепловоз был снят с испытаний.

 Неработоспособность  тепловоза непосредственного действия  предвидели отечественные специалисты.  В 1906-1912 гг. проф. В. И. Гриневецкий пытался создать локомотивный двигатель внутреннего сгорания, не имевший традиционных недостатков дизеля, однако опыты, проводившиеся им на Путиловском заводе в С.-Петербурге, не были завершены.

 В 1912- 1914  гг.  его  ученик А. Н.  Шелест еще студентом  МВТУ в дипломном проекте (1913-1915  гг.) пытался найти другой путь  приспособления двигателя внутреннего  сгорания к требованиям тяговой   службы,  разрабатывая идею тепловоза  с газовой передачей, которая  осталась лишь в проектах.

 В 1921 г. разработано  несколько проектов тепловозов  с различными типами передач,  которые по разным причинам  не были осуществлены. Реализацию  проблемы создания тепловоза  ускорило постановление Совета Труда и Обороны РСФСР «О введении тепловозов» от 4 янв. 1922 г. В 1924 г. были построены первые в мире два работоспособных магистральных тепловоза:

Ээл-2 - по проекту группы специалистов Российской ж.-д. миссии в Германии под  руководством Ю. В. Ломоносова,

 и Щэл-1 - в Петрограде  по проекту Я. М. Гаккеля.  Ээл-2 был принят в парк локомотивов  НКПС 4 февр. 1925 г. Эта дата считается  началом введения тепловозной  тяги на ж. д. страны. Тепловоз Ээл-2 проработал на ж. д. страны почти 30 лет и стал  прообразом  локомотивов,   построенных серийно на Коломенском заводе в 1934-1941 гг. Серийные тепловозы Ээл направлялись на Ашхабадскую ж. д., где был организован первый в мире участок тепловозной тяги. В парке депо Ашхабад до 1940 г. было 13 тепловозов.

 В кон. 1944 - нач. 1945 гг. в СССР из США в порядке помощи по лендлизу прибыли 68 маневровых тепловозов мощностью 1000 л. с- серия ДА (Д - дизельный, А - американский). Из них 65 были направлены в депо Ашхабадской ж. д. В 1946 г. поступили 30 тепловозов фирмы «Балдвин» (Baldwin) мощностью 1200 л. с— серия ДБ; они работали в депо Гудермес на участке до Астрахани (длиной более 400 км). Общая протяженность линий, обслуживаемых тепловозами к кон. 1945 г., составила 1,5 тыс. км.

 Производство тепловозовбыло возобновлено после войны на Харьковском заводе транспортного машиностроения - ХЗТМ («Завод им. В. А. Малышева»). Первый послевоенный тепловоз ТЭ1 (по образцу ДА) построен в 1947 г. В 1950-1955 гг. на ХЗТМ выпущено 526 двухсекционных тепловозов ТЭ2, мощность которых (2 х 1000 л. с.) близка к мощности тепловозов Л и СО и превышала мощность паровоза серии Э. Поэтому тепловозы ТЭ2 могли работать на любых участках ж.-д. сети при переводе их на тепловозную тягу. За 1946-1950 гг. полигон тепловозной тяги в СССР увеличился более чем вдвое и составил 3,1 тыс. км. К кон. 1955 г. тепловозы обслуживали движение на 6,4 тыс. км ж.-д. линий.

 В кон. 40-х гг. в СССР  ощущался недостаток жидкого  топлива. С целью расширения  внедрения тепловозов по проекту  ВНИИЖТ в 1950-1951 гг. один тепловоз  серии ТЭ1 был оборудован дополнительной секцией с газогенератором, работающим на каменном угле, что давало возможность уменьшить расход жидкого топлива. В 1952-1954 гг. газогенераторами были снабжены 15 тепловозов ТЭ1, получившие обозначение ТЭ1Г. Газогенераторные тепловозы эксплуатировались в депо Верхний Баскунчак Приволжской ж. д. В реальных условиях эксплуатации тепловозы потребляли значительно больше дизельного топлива, чем при испытаниях, а конструкция газогенератора, действующего при высоких температурах в химически агрессивной среде, не могла быть надежной. Эти обстоятельства, а также изменение ситуации с нефтью в стране, привели к прекращению эксперимента; тогда же была сделана попытка создания газогенераторного тепловоза на основе ТЭ2 (ТЭ4). Этот опыт используется при решении задачи по переводу тепловозов на природный газ.

Коренная реконструкция  тяги (1956 — 1970 гг.) выразилась в массовом переходе ж. д. на новые виды тяги начиная с 1956 г. Большая часть ж.-д. сети СССР подлежала переводу на тепловозную тягу. Для этого были созданы более мощные тепловозы второго (послевоенного) поколения с применением 2-тактных дизелей типа Д100: грузовые ТЭЗ и пассажирские ТЭ7 мощностью 2000 л. с. в секции; организовано их серийное производство. Грузовые 2-секционные тепловозы ТЭЗ сыграли важнейшую роль в послевоенной истории ж.-д. транспорта СССР. Эти локомотивы по мощности (2x2000 л. с.) были равноценны наиболее мощным грузовым паровозам - ФД и ЛВ, значительно превосходили их по силе тяги. Параметры новых тепловозов давали возможность уже не просто заменять ими паровозы, но и получать при этом значительный технический и экономический эффект.

 Развитие производства  поездных тепловозов ТЭЗ позволило  уже к кон. 1960 г. довести тепловозный полигон до 17,7 тыс. км, что составило 14% протяженности сети СССР. К кон. 1970 г. тепловозной тягой обслуживалось 76,2 тыс. км - 62,2% общей протяженности ж.-д. сети. Были разработаны и освоены в производстве более мощные тепловозы (3000 л. с. в секции) с электрической передачей: грузовые типа 2ТЭ10 и пассажирские ТЭП60. В 1956-1970 гг. на ж. д. поступили 13 500 секций магистральных тепловозов. Их внедрение окупалось за счет снижения эксплуатационных расходов за 1-3 года.

 Тепловозы типа 2ТЭ10 с  электрической передачей постоянного  тока в модификациях 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У составляют основную часть  грузового тепловозного парка  ж. д. России. С 1978 г. Ворошиловградский завод выпускал 3-секционные тепловозы ЗТЭ10М, в 1,5 раза более мощные, чем серийный 2ТЭ10В, для обслуживания грузонапряженных участков Средне-Азиатской дороги и ж.-д. линий в Казахстане. На основе опыта их работы решалась задача создания еще более мощного 4-секционного тепловоза 4ТЭ10С для Байкало-Амурской магистрали.

 На первых порах массового внедрения тепловозной тяги интенсивно разрабатывались проекты и строились тепловозы с гидравлическими передачами, в т. ч. и для магистральной службы, например, на Ленинградском тепловозостроительном заводе была выпущена большая партия 2-секционных универсальных поездных тепловозов типа ТГ102 с двумя быстроходными дизелями типа М756 в каждой секции, конструкция которых была разработана на Луганском заводе. Весовые показатели гидропередач и быстроходных дизелей позволяли снизить массу локомотива примерно на 30%. В нач. 60-х гг. самыми мощными в мире были тепловозы ТГ106 (4000 л. с. в секции), построенные на Луганском заводе в 1961-1963 гг. (три локомотива), а также пассажирские тепловозы ТГП50 аналогичной мощности, построенные на Коломенском заводе (два локомотива). Конструкция этих 6-осных тепловозов с гидравлической передачей оказалась слишком сложной, в значительной мере терялись достоинства гидропередачи. Опыт создания мощных тепловозов с гидропередачей не нашел продолжения. Нашли широкое применение маневровые и промышленные тепловозы различных типов, в т. ч. разработанные в тот период и позже (ТГМ1, ТГМ23, ТГМЗ).

Тепловозы СССР (1970-1990 гг.). В 1972 г. Свердловской и Юго-Восточной  ж. д. эксплуатировались первые опытные  тепловозы 2ТЭ116 мощностью 2250 кВт в  секции. Создание этих тепловозов, практически  равноценных серийным 2ТЭ10 по мощности, позволяло оценить возможности  повышения технико-экономической  эффективности тепловозов и разработки локомотивов мощностью 4000 и 6000 л. с. в секции за счет применения

4-тактных дизелей типа  Д49 (Коломенского завода) и электрической  передачи переменно-постоянного  тока. На Ворошиловградском заводе в 1977 г. был построен первый образец 2-секционного тепловоза 2ТЭ121 с дизелями мощностью 4000 л. с. В конструкции этого тепловоза был принят ряд новых для отечественных тепловозов технических решений. В последующие годы было построено несколько партий тепловозов этой серии, проводились их испытания в эксплуатации, которые практически совмещались с доводкой конструкции и устранением неполадок. Тепловоз 2ТЭ121 должен был послужить началом третьего поколения мощных отечественных грузовых тепловозов. Доводка тепловоза до надежного эксплуатационного состояния не была осуществлена; в 1992 г. создание тепловозов этой серии прекращено.

 В 1973 г. на Коломенском  заводе был построен первый  образец пассажирского тепловоза  ТЭП70 мощностью 4000 л. с. После  испытаний началось их серийное  производство вместо устаревших ТЭП60. На базе ТЭП70 разрабатывались проекты более мощных локомотивов.

 В 1984 г. на Луганском  заводе был построен макетный  образец 8-осной секции грузового  тепловоза мощностью 6000 л. с—  ТЭ136 с 20-цилиндровым дизелем типа Д49.

 На Коломенском заводе  в 1976 г. была сделана попытка  поставить такой дизель на  пассажирский тепловоз - ТЭП75. Были  построены две таких машины, которые  в те годы были самыми мощными  в мире односекционными тепловозами,  но оказались слишком тяжелыми  даже для возможности движения  со скоростями до 160 км/ч и не  смогли пойти в серию. 

 На Коломенском заводе  был разработан новый сверхмощный  4-тактный дизель типа Д56 размерностью 32/32 см, мощность на один цилиндр  которого предполагалось довести  до 360 кВт (500 л. с). Двигатель оказался  слишком тяжелым. 

 На Луганском заводе  был построен опытный образец  2-секционного тепловоза серии  2ТЭ126 с двигателями типа Д56, к  4-осным тележкам которого из-за  большой массы дизеля пришлось  добавить еще по одной бегунковой поддерживающей оси (осевая формула каждой секции: 1 + 2о + 2о – 2о + 20 + 1). Такой тепловоз с 10-ос-ными секциями мощностью 4410 кВт и массой 230 т не мог иметь перспективы.

Тепловозы железных дорог  России (1991—2000 гг.). В связи с выделением ж. д. России из ж.-д. сети СССР несколько изменилось соотношение видов тяги и распределение объемов работы по перевозкам между ними. Значительную часть грузового тепловозного парка страны составляют тепловозы типов 2ТЭ10 и М62, конструкции которых были разработаны в 60-е гг. и отстают от современного уровня техники. Весьма велик и средний возраст тепловозов. На нач. 1999 г. выработали ресурс 25% магистральных и 38% маневровых тепловозов ж. д. России. Резкий спад объемов перевозок до 1997-1998 гг. существенно уменьшил потребность в рабочем парке, что позволило снять с эксплуатации старые локомотивы и несколько улучшить техническое состояние и на некоторое время снизить «средний возраст» парка тепловозов. Однако одновременно с 1993 г. резко уменьшилось поступление на ж. д. новых локомотивов.

 Основные тепловозостроительные  заводы (харьковские - «Завод им. В. А. Малышева» и «Электротяжмаш» - и Луганский) остались за пределами России, но разработка новых тепловозов и воссоздание производственной базы продолжается. Построены на Людиновском заводе образцы новых тепловозов (ТГ21 и ТГ22), которые могут иметь специальное исполнение для Сахалинской ж.д., где ширина рельсовой колеи (1067 мм) отличается от стандартной; завод отрабатывает конструкцию нового 12-вагонного дизель-поезда ДП2 для пригородного пассажирского движения на неэлектрифицированных линиях. Прицепные вагоны для ДП2 выполнены на Тверском вагоностроительном заводе. На Коломенском заводе в 1993 г. построены два пассажирских тепловоза ТЭП80, мощностью 4410 кВт, с 8-осной схемой экипажа и оригинальной   конструкцией   4-осной   тележки.

 При испытаниях ТЭП80 на Октябрьской железной дороге  в 1994 г. удалось достичь рекордной  для России скорости движения 265 км/ч, что близко к мировому  рекорду скорости движения на  дорогах с тепловозной тягой.  За создание тепловоза группе  сотрудников завода и МПС присуждена  Государственная премия РФ в  области науки и техники за 1995 г.