Дизель на рельсах

Шел 1920 год. Молодая Республика Советов переживала трудные времена. Повсюду царила разруха, не обошла она стороной и железные дороги. Не хватало паровозов, вагонов, топлива. Чтобы устоять и выжить, надо было как можно скорее восстановить хозяйство и прежде всего железнодорожный транспорт. И не только восстановить, а по-новому организовать его работу, создать новую техническую базу. Тогда и родилась идея: заменить на паровозе паровую машину дизелем.

Появилась она не на пустом месте. Еще в начале нынешнего столетия русские ученые В. И. Гриневецкий, Я. М. Гаккель, А. Н. Шелест, инженер Н. Г. Кузнецов, полковник А. И. Одинцов и другие разработали и теоретически обосновали проекты первых в мире тепловозов. Но в условиях царской России ни один из них не был осуществлен.

Теперь же она возникла снова, чтобы воплотиться в металле и стать первым в мире локомотивом, имя которого тепловоз.

А началось это так: 20 декабря 1921 года в газете "Известия" была напечатана статья А. Белякова "Новые пути оживления железнодорожного транспорта", в которой говорилось о "грузовиках, поставленных на рельсы". Статью прочел Владимир Ильич Ленин и предугадал в "грузовиках на рельсах" новый тип локомотива. По инициативе Владимира Ильича Совет Труда и Обороны 4 января 1922 года принимает постановление о разработке проектов и строительстве тепловозов. Вскоре было утверждено бюро по постройке тепловозов, которое возглавил Я. М. Гаккель.

Проектирование тепловоза началось в декабре 1922 года. Строился первый отечественный тепловоз в Ленинграде на Балтийском судостроительном заводе. Ходовую часть для тепловоза поставил завод "Красный путиловец", а тяговые электродвигатели - завод "Электрик".

Не прошло и двух лет, как уникальная машина была готова. 5 августа 1924 года тепловоз вышел из ворот Балтийского судостроительного завода. А в дни празднования 7-й годовщины Великой Октябрьской социалистической революции 7 ноября 1924 года первый в мире магистральный тепловоз мощностью 1000 лошадиных сил с электрической передачей совершил свой первый рейс по Октябрьской железной дороге от Ленинграда до станции Обухове и обратно. На его кузове в знак уважения к Владимиру Ильичу создатели локомотива написали: "В память В. И. Ленина".

Вот что сообщала по этому поводу газета "Вечерняя Москва": "На Октябрьской железной дороге была произведена первая проба тепловоза Гаккеля. Тепловоз быстро и плавно брал с места. Предполагается, что тепловоз сможет поднять до 80 000 пудов".

Постройка такого тепловоза была выдающейся победой. Весь мир был удивлен "металлическим чудом", которое сотворили советские люди в невероятно тяжелые 20-е годы, не имея ни опыта, ни специальной технической базы. Советский Союз стал родиной магистральных тепловозов.

Рис. 51. Так устроен тепловоз

Первые отечественные тепловозы ходили сначала на линии Москва -- Курск, а затем были переданы на Ашхабадскую железную дорогу, ведь они почти не нуждались в воде.

Что же представляет собой тепловоз и как он работает?

Тепловоз - это тот же электровоз, но автономный - не привязанный к контактному проводу. Он имеет свою электростанцию.

На первый взгляд то, что осуществлено на тепловозе, кажется по крайней мере странным. В самом деле, механическая энергия, полученная на валу двигателя внутреннего сгорания, сначала превращается в электрическую, а затем снова преобразуется в механическую.

Зачем нужно дополнительное преобразование энергии? Не лучше ли вал дизеля соединить при помощи коробки передач с колесами тепловоза? Кажется, что может быть проще? Однако такая передача, называемая механической, обладает рядом существенных недостатков и пригодна только для тепловозов небольшой мощности. Поэтому и приходится двигатель внутреннего сгорания современных тепловозов соединять с колесами при помощи электрической передачи, состоящей из нескольких машин, агрегатов и аппаратов.

Что же представляет собой эта передача? Вал дизеля вращает непосредственно соединенный с ним вал генератора постоянного тока. Вместе с валом вращается и насаженный на него якорь генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую. В дальнейшем все происходит так же, как и на электровозе. Вырабатываемый генератором постоянный ток поступает к тяговым электрическим двигателям. Вращательное движение якоря каждого двигателя передается колесам с помощью шестерен, сидящих на валу якоря и оси колесной пары. Поскольку и вырабатывается и передается постоянный ток, такую передачу называют передачей постоянного тока.

Такая передача в отличие от механической - коробки скоростей, которая применяется в автомобилях, тракторах и автодрезинах, позволяет получить необходимую силу тяги тепловоза в зависимости от скорости движения, не изменяя скорости вращения вала дизеля; автоматически регулировать вращающий момент в зависимости от изменения сопротивления движению; управлять несколькими локомотивами поезда из одной кабины машиниста - "по системе многих единиц".

При всех своих достоинствах электрическая передача имеет и существенные недостатки. Она очень тяжелая, ее агрегаты - тяговые электродвигатели и главные генераторы вместе со вспомогательным оборудованием - составляют примерно одну треть массы всего тепловоза. Чтобы обеспечить бесперебойное действие электрической передачи, на тепловозе надо разместить огромное количество различных аппаратов, приборов и деталей, одно лишь перечисление которых заняло бы несколько страниц.

На изготовление генератора, тяговых двигателей и других машин идет много дорогих цветных металлов, что сильно повышает стоимость тепловоза. Помимо всего сказанного, двойное преобразование энергии - механической в электрическую, а затем электрической в механическую - является вынужденным, сложным и вызывает снижение коэффициента полезного действия (к. п. д.) тепловоза. Вот почему ученые и конструкторы продолжали поиски более совершенной передачи.

Особую остроту этот вопрос приобрел в связи с ростом мощности тепловозов. Чем мощнее тепловоз, тем тяжелее и без того очень тяжелая передача, тем сложнее ее конструкция, меньше надежность, дороже эксплуатация и ремонт.

Но конструкторы нашли новое решение: генератор постоянного тока заменили генератором переменного тока, он и надежнее и размерами меньше. Переменный ток, вырабатываемый им, выпрямляется в кремниевых выпрямительных установках и поступает в тяговые двигатели постоянного тока. Так появилась более надежная и экономичная электрическая передача постоянно-переменного тока. Она-то и пришла на смену передаче постоянного тока.

Но конструкторы не остановились на достигнутом. Создав что-либо новое, более совершенное, они снова готовы на поиски еще более совершенного. В результате была создана электрическая передача переменного тока. В ней в качестве тяговых двигателей выступают короткозамкнутые двигатели переменного тока. Они значительно меньше, легче, дешевле и надежнее тяговых двигателей постоянного тока. К тому же не надо преобразовывать переменный ток, вырабатываемый генератором, в постоянный, а следовательно, не нужны и выпрямители.

Несколько раньше конструкторами была предложена гидравлическая передача. Она имеет меньшую массу и почти не требует на свое изготовление цветных металлов.

В чем же состоит принцип работы гидропередачи? Вал двигателя приводит в действие центробежный гидравлический насос. Колесо насоса нагнетает жидкость, обычно масло, и под давлением гонит его на лопатки рабочего колеса гидравлической турбины. Энергия потока жидкости заставляет вращаться рабочее колесо турбины, а вместе с ним и ее вал. Турбинный вал передает вращение колесам локомотива, с которыми он механически соединен. Жидкость, отработав в турбине, возвращается в масляный резервуар, откуда снова засасывается центробежным насосом. Благодаря такой непрерывной циркуляции достаточно иметь небольшое количество масла. Как показала практика, гидравлическая передача хороша для тепловозов небольшой мощности.

Со времени постройки первого тепловоза прошло более 60 лет. Эти годы были годами поиска более совершенных конструкций машин. Одно поколение машин сменяло другое - более совершенное, более мощное.

Сначала это были юркие маневровые тепловозы ТГМЗ, небольшие тепловозы ТЭ1 мощностью 736 киловатт (1000 лошадиных сил). Потом на смену пришли вдвое мощнее машины ТЭ2, ТЭМ2, их сменили тепловоз ТЭ10 мощностью 2200 киловатт (3000 лошадиных сил) в одной секции и тепловоз ТЭЗ, построенный, как и его предшественники ТЭ1 и ТЭ2, на Харьковском заводе транспортного машиностроения, мощность каждой из двух секций которого 2200 киловатт (3000 лошадиных сил). Это локомотивы-ветераны. Многие годы они добросовестно выполняли, а немногие из них еще продолжают выполнять поездную и маневровую работу.

Значительно моложе в семействе тепловозов грузовые локомотивы 2ТЭ10Л, 2ТЭ116В мощностью 4400 киловатт (6000 лошадиных сил), 2ТЭ10В, созданный на базе машины 2ТЭ10Л, который может водить грузовые поезда на 10 - 12 процентов тяжелее. Эти машины, пополнив семейство тепловозов, как бы вдохнули в него новые силы, сделали его еще надежнее.

И, наконец, о совсем недавно вышедших из заводских цехов тепловозах. О некоторых из них мы и расскажем.

Начнем с грузового тепловоза 2ТЭ121. Это двухсекционная машина, построенная на Ворошиловградском тепловозостроительном заводе. Конструктивные решения и технико-эксплуатационные показатели этого локомотива уникальны. Это первый отечественный грузовой тепловоз с опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей, а это - повышение их эксплуатационной надежности. Он оборудован электрической передачей переменного тока и развивает мощность 6000 киловатт (8000 лошадиных сил). Для подобных тепловозов - это мировой рекорд.

Именно эта машина послужила основой для создания еще более мощного тепловоза 4ТЭ130, который построен на том же Ворошиловградском заводе в содружестве с харьковским заводом "Электротяжмаш". Цифра 4 в его марке говорит, что новая машина имеет четыре секции, а буквы ТЭ говорят, что тепловоз имеет электрическую передачу. В каждой секции свой дизель, вместе они развивают мощность, равную 8832 киловатта (12000 лошадиных сил). Такой локомотив способен водить грузовые поезда массой до 10000 тонн, преодолевая подъемы крутизной до 19 тысячных.

Каждая секция тепловоза имеет кабину с пультом управления. Благодаря этому локомотив может работать одной, двумя, тремя и четырьмя секциями. Что же касается самой конструкции тепловоза, то она стала совершенней. В ней применены прогрессивные, принципиально новые узлы, дизель стал более надежным. Электродинамический тормоз автоматически поддерживает заданную на спусках скорость. Удобен тепловоз и для ремонта и для технического обслуживания: все его узлы легкодоступны, их можно легко снять и заменить.

Позаботились конструкторы и о машинисте. Управление локомотивом почти полностью автоматизировано. Специальное устройство автоматически регулирует скорость движения локомотива. В кабине машиниста есть холодильник, электроплита; усовершенствована система кондиционирования воздуха.

Локомотивы 4ТЭ130 водят составы на самых грузонапряженных линиях с крутыми подъемами, в том числе и по Байкало-Амурской магистрали. Здесь уже во всю свою мощь трудятся дизельные богатыри 4ТЭ10С, построенные также на Ворошиловградском заводе.

Рис. 52. Тепловоз ТЭ136 для грузовых поездов

И еще об одном тепловозе - ТЭ136, который вот-вот выйдет на железные дороги нашей страны. Построен он на Ворошиловградском заводе. Машина имеет одну секцию, но мощность ее 4400 киловатт (6000 лошадиных сил). Это столько же, сколько у ее двухсекционных предшественниц. Дизель этого тепловоза запускается сжатым воздухом, а значит, отпала надобность в громоздком стартере и тяжелых аккумуляторных батареях. Очень удобная кабина машиниста с дополнительным обогревом: можно работать в самых суровых климатических условиях.

Рис. 53. Тепловоз для пассажирских поездов

До сих пор мы говорили о новых грузовых тепловозах. А как обстоят дела с пассажирскими локомотивами, что нового в их семействе?

Чтобы ответить на этот вопрос, проделаем небольшое путешествие в историю.

1960 год. Впервые в голове пассажирского поезда Москва - Ленинград вместо паровоза тепловоз ТЭ7, ведущий пассажирские экспрессы с невиданной скоростью - 140 километров в час.

1963 год. В один из летних дней, ранним утром от перрона Московского вокзала в Ленинграде отправился не совсем обычный экспресс. В голове вереницы вишневых вагонов - сплотка из двух только что созданных коломенскими тепловозостроителями локомотивов ТЭП60 (160 километров в час).

Рейс был экспериментальным. ТЭП60 шел на рекорд! И рекорд был установлен. Через несколько лет этот рубеж будет достигнут и превзойден уже при электрической тяге, но красавец-ТЭПбО был первым!

Но это прошлое семейства дизельных пассажирских тепловозов. А настоящее?

Чтобы ответить на этот вопрос, отправимся на Коломенский тепловозостроительный завод. Отсюда совсем недавно вышел на стальные магистрали пассажирский тепловоз ТЭП70 мощностью 3000 киловатт (4000 лошадиных сил). Хорошая машина. Но можно сделать еще лучше, решили в Коломне, и создали тепловоз ТЭП75.

Эта машина, созданная конструкторами Коломны, Москвы и Харькова, превзошла все пассажирские отечественные и зарубежные тепловозы. Ее мощность 4400 киловатт (6000 лошадиных сил) позволяет водить пассажирские поезда до 24 вагонов со скоростью 160 километров в час. ТЭП75 экономичнее своих предшественников, ему нужно меньше и топлива и масла, к тому же воздух он засоряет меньше.

Хорошо и машинисту на такой машине. Управление машиной автоматизировано от запуска двигателя до отопления кабины. На локомотиве, помимо обычного тормоза, установлен также электродинамический, благодаря этому машинист может в зависимости от скорости движения задавать различные режимы торможения. В кабине машиниста просторно и уютно, стены ее облицованы светлым пластиком. Два вращающихся кресла - для машиниста и помощника - удобно расположены у двух пультов управления. Отсюда через широкое лобовое стекло открывается хороший обзор пути.

Таков пассажирский магистральный тепловоз сегодня. А конструкторы уже ищут ответ на вопрос: а каким он будет завтра? С уверенностью можно ответить, что он будет еще более мощным, быстрым и надежным.

В заключение нельзя не упомянуть о неутомимых тружениках - маневровых тепловозах. На станциях и подъездных путях перемещают вагоны юркие тепловозы ТЭМ2 и ЧМЭЗ мощностью соответственно 880 и 990 киловатт (1200 и 1350 лошадиных сил).

Рис. 53. Этому тепловозу не страшны самые тяжелые маневровые и горочные работы

Но сегодня масса поезда быстро растет. И это понятно, ведь это основной резерв повышения провозной способности железных дорог. А раз потяжелели составы, то и маневровые тепловозы для их формирования и перемещения по станционным и подъездным путям нужны более мощные. Такой тепловоз создан на Людиновском тепловозостроительном заводе, его серия ТЭМ7. Ему под силу самые тяжелые горочные и маневровые работы. Он в "одиночку" может надвинуть на горку составы массой до 8 тысяч тонн и развить скорость до 100 километров в час, следуя с составом от станции к станции. Ведь его мощность равна 1472 киловатта (2000 лошадиных сил).

В наши дни тепловоз прочно утвердился на железных дорогах нашей страны и разумно делит нелегкую поездную работу с электровозами. Что же касается маневровой работы, то здесь он пока незаменим.