Транспорт. Экономика и новейшая техника транспорта. III. Новейшая техника железнодорожного транспорта

III. Новейшая техника железнодорожного транспорта. Подобно тому, как вскоре после изобретения паровой машины выявилось стремление использовать движущую силу пара для перемещения грузов по рельсовой колее, так же и по завершении электромотора в его простейшей форме, в виде мотора постоянного тока, начались попытки применения нового вида энергии на транспорте.

Первая попытка реализации электровоза принадлежит Вернеру Сименсу, выставившему в 1879 г. на Берлинской промышленной выставке маленькую двухосную машину, приводимую в движение от оси электромотора. Этот маленький электровоз перевозил пассажиров на территории выставки. Один рельс служил для подвода тока к мотору, другой — служил отводчиком тока. Демонстрация этого электровоза имела громадное значение: несмотря на высокую ступень развития паровозного дела, немедленно началась широкая пропаганда электрификации транспорта. Поэтому спустя два года появляется первая электрифицированная дорога в Лихтерфельде под Берлином, протяжением в 2 ½  км. Подобно предыдущему примеру, ток (постоянный) подводился одной рельсовой ниткой и отводился другой. Мотор располагался здесь своей осью не вдоль экипажа с передачей вращения движущим осям через посредство червячной передачи, а опирался непосредственно на ось колесной пары и передавал ей вращение через посредство зубчатых колес. Вскоре способ подведения тока обнаружил значительные трудности вследствие потребной изоляции, а также вследствие небезопасности перехода или проезда поперек полотна. Далее было установлено, что использование рельс для отвода тока не представляет опасности, если только исключена возможность одновременного соприкосновения с подводящей сетью. Это достигалось тем, что рядом с полотном, в качестве подводящего тока, укладывался третий рельс, укрытый сверху деревянной обшивкой, а ток брался снизу этого рельса. Кроме того, при наличии этого третьего рельса удавалась лучшая его изоляция от земли по сравнению с рельсом, нагруженным экипажем.

Это устройство обнаружило впоследствии трудности в отношении изоляции в местах переходов и переездов. Даже расположение этого третьего рельса ниже уровня головок рельс в особом канале не решало  вопроса вполне: в зимнее время возникали затруднения в отношении изоляции, а сильно нагруженные переходы и переезды требовали бдительного наблюдения. При надземных и подземных дорогах, значит — при отсутствии переходов и переездов, третий рельс в том же виде с удобством применяется и теперь. Для равнинных участков такой способ подвода тока нецелесообразен. Поэтому третий рельс стали располагать настолько высоко, чтобы он не мог придти в соприкосновение ни с повозками, ни с людьми, и таким образом пришли к ныне общеупотребительному расположению воздушной сети на значительной высоте над уровнем головок рельс. Подвешивание воздушной линии с течением времени подвергалось различным видоизменениям и улучшениям.

Обширный опыт с первой электрической железной дорогой показал настолько большие преимущества таких дорог, что почти все значительные центры вскоре перешли к замене конной тяги электрической. На первых порах дело касалось главным образом моторов постоянного тока, приводящих в движение отдельные пассажирские вагоны, но — пока что — не электровозов. Городские электрические железные дороги получили быстрее всего права гражданства в Америке. А после того как рядом конструктивных улучшений мощность моторов была значительно повышена, к электрической тяге перешла Германия и другие европейские страны. Однако в Европе, в отличие от американской практики развивавшей далее опыт городских железных дорог и для увеличения мощности превращавшей обычный электрический пассажирский вагон с сохранением устройства электрического оборудования просто в тракционный вагон без посадки пассажиров, — такое распределение данной мощности по целому ряду одиночных моторов казалось неприемлемым, а считали, наоборот, желательным сосредоточивать всю мощность в одном моторе и не более как в двух больших моторах. Вследствие значительной величины эти одиночные моторы не могли действовать непосредственно на движущую ось.

В это же время стали применять большие напряжения тока и, кроме постоянного тока, также и переменный. При постоянном токе напряжение — до 1 500 вольт, а при переменном — до 3 000 - 3 500 вольт у мотора. При постоянном токе указанное напряжение сообщается непосредственно воздушной линией, т. е. без превращения (трансформации); а при переменном токе указанное напряжение трансформируется на самой машине и приспосабливается для мотора. Поэтому здесь возможно работать с значительно большими напряжениями в самой воздушной линии, а кроме того периодически значительно повышать в ней напряжение.

Что касается до выбора рода тока, то предпочтительным является постоянный ток, так как при нем установление степеней скоростей достигается простейшими средствами при относительно одинаково выгодных коэффициентах полезного действия. А так как при постоянном токе по причине изоляции невозможно подавать напряжения из воздушной сети свыше 1 500 вольт на мотор, — значит, при двух моторах на электровозе, при последовательном включении, 3 000 вольт, — то воздушная сеть для потребной силы тока получает весьма значительные поперечные сечения, особенно, если речь идет о более тяжелых машинах на более значительной сети. В этом случае уже более невозможно подводить в воздушную сеть от центральной станции постоянный ток, так как вследствие емкости сети потеря напряжения и утечка достигают больших величин. Поэтому здесь необходимо образуемый на центральной станции ток направлять в воздушную линию в форме высоковольтного трехфазного тока, и отсюда уже питать попутно собственно подводящую линию таким образом, чтобы высоковольтный трехфазный ток мог на отдельных подстанциях, отстоящих на сравнительно небольших расстояниях, преобразовываться в постоянный ток потребного напряжения и питать подводящую сеть.

Агрегаты умформеров можно поместить и на самом электровозе, как это отчасти выполнено на французских электрических железных дорогах; это имеет то преимущество, что расстояния между подстанциями могут быть назначены большими. Благодаря, однако, многократному преобразованию тока, увеличиваются потери, так что этим самым экономичность может быть поставлена под вопрос.

Вообще, можно сказать следующее: чисто постоянный ток применим для более мелких сетей, в то время как трехфазный ток, преобразованный на подстанциях в постоянный ток, применим для более обширных железнодорожных линий. В том случае, если удастся подавать постоянный ток любых напряжений, например 100 000 вольт, и затем применять его в моторах, постоянный ток, вследствие более простого оборудования, станет более целесообразным для электрических железных дорог.

При трехфазном токе напряжение меняется в течение одного периода от положительной максимальной величины, проходя через нуль,  до  такой же отрицательной величины. Поэтому для проводки в сети нужны три линии: одна является нулевым проводом, две другие употребляются для положительного и для отрицательного напряжения. Центральная станция подает трехфазный ток при высоком напряжении.

А так как для моторов применяются только низкие напряжения, то подача требуемой мощности вызывает затрату чрезмерно больших сил тока. Превращение высоких напряжений высоковольтной линии происходит в подстанциях в преобразователях, от которых два провода исходят в качестве верхней линии, в то время как нулевой провод образуется самим рельсом. Необходимость устройства двух параллельных сетей различных напряжений вызывает в эксплуатации в скрещениях и стрелках большие затруднения, а вместе с тем, естественно, увеличивает и затраты. Так как, кроме того, при трехфазном токе применение моторов приспособлено главным образом к двум скоростям электровоза, трехфазный ток, несмотря на многие преимущества, вряд ли получит всеобщее распространение.

 

Фиг. 1. Экипажная часть электровоза.

При однофазном переменном токе требуется только одиночная верхняя проводка, которая, как и при постоянном и трехфазном токе, питается подстанциями из дальней высоковольтной сети, примерно при 100 000  вольт с понижением до 10 000 — 16 000  вольт. Вследствие этого высокого напряжения поперечные сечения проводов могут быть выбраны сравнительно малые; отсутствие второй проводки значительно облегчает прокладку сети. Подводимый к электровозу ток при напряжении от 10 000 до 16 000 вольт преобразуется на нем же с помощью охлаждаемых маслом или водой трансформаторов таким образом, чтобы к мотору подводился ток соответственного напряжения. Этим самым дается возможность наивыгоднейшего использования моторов при самых разнообразных скоростях.

При проектировании электровоза приходится, прежде всего, отличать, будет ли потребная сила тяги реализована одним или многими моторами. Далее, приходится принимать во внимание, будут ли моторы непосредственно действовать на оси, подобно трамвайным моторным вагонам, или же несколько моторов будут размещены высоко над рамой и тем самым принадлежать к обрессоренным массам электровоза. На фиг. 1 показана экипажная часть 4 000 сильного электровоза типа 2-В-В-2 Пенсильванской железнодорожной компании. Каждый мотор приводит в движение по две сцепные оси. Шатуны расположены друг относительно друга так же, как и в паровозе, единственно для плавного взятия с места.

Применение большого  числа малых моторов имеет то преимущество, что при меньшем моменте инерции детали передачи могут быть выполнены легче; при выключении одного мотора или группы моторов все-таки имеется возможность сохранить движение поезда; кроме того, малые моторы с зубчатой передачей и при малой скорости поезда, благодаря большему числу оборотов, работают выгоднее, чем большие моторы, имеющие меньшее число оборотов движущих колес.

Фиг. 2.

Фиг. 2 показывает осе-моторный привод в чистом виде. Мотор постоянного тока опирается двумя подшипниками на ось, а другой стороной подвешен к раме на рессорах (фиг. 3). Передача усилия происходит через малое зубчатое колесо, сидящее на оси мотора, к большому зубчатому колесу, сидящему на шпонке на движущей оси. Понятно, что при таком расположении всякое увеличение силы тяги вызывает приподымание моторной коробки; а с другой стороны — подскакивание движущего ската вызывает либо замедление, либо ускорение ротора. Эти колебания усилий невыгодны для долговечности зубчатой передачи.

Фиг. 3.

Для более конструктивного помещения надлежащей мощности в моторе свободное пространство между гранями бандажей полностью занято. Поэтому рамы приходится помещать вне колес, делать так наз. внешние рамы, что невыгодно для помещения поперечных скреплений между рам.

Во время движения электровоза давление между зубьями передачи вызывает неравномерное распределение давления колес на рельсы.

Для устранения неудобств чисто осе-моторного привода приходится мотор располагать на раме таким образом, чтобы он составлял массу чисто обрессоренную. На фиг. 4 это достигнуто расположением над осью пустотелого вала, подпертого в раме. Этот вал приводится в движение зубчатой передачей от мотора, а отсюда движение передается на ось с колесами. При этом передача реализована таким образом, что легко допускается вертикальное перемещение самой оси от неровностей пути и т. п.

Фиг. 4.

К таким устройствам относится пружинящее зубчатое колесо Вестингауза, Чанца, Лихта, Ганца, компании Броун-Бовери и др.

Несмотря на упругую передачу сил в этих устройствах, включение в передачу рессор, пустотелых валов, шарниров и т. п. обусловливает собой такую сложность, что эти устройства не получили общего распространения. Многие из этих устройств вошли в конструкцию ряда электровозов, но необходимость в тщательном ремонте не дала им широкого распространения. Кроме того, при этих устройствах моторы расположены слишком низко, а вместе с тем перемещается вниз и центр тяжести всей машины, что невыгодно для воздействия на верхнее строение пути в смысле динамики.

Фиг. 5.

Фиг. 6.

Исходя из высоколежащего мотора, требующего промежуточного вала, было получено для быстроходного мотора с зубчатой передачей расположение по фиг. 5. Мотор и промежуточный вал расположены в раме незыблемо; промежуточный вал приводится в движение зубчатой передачей, а от него усилие передается при помощи спарников. На фиг. 6 показана такая передача при помощи наклонного шатуна к движущим осям электровоза. Эта передача допускается при небольшой разнице в высотах промежуточного вала и спаренных осей, так как при вертикальных перемещениях центровой оси изменяется длина этого наклонного спарника. Вместо односторонней передачи силы к одной из спаренных осей возможна симметричная передача при посредстве обратной кандорамы с прорезом (фиг. 7) Отношение превышения осей к длине шатуна должно быть не больше 0,1.

Фиг. 7.

Фиг. 8.

Если превышение выходит очень значительным, то целесообразным является расположение по фиг. 8. Здесь на высоте спаренных осей включается новый промежуточный вал, который соединяется с валом, несущим зубчатую передачу, простым шатуном. В устройствах по фиг. 7 и 8 на одну и ту же зубчатку действуют два мотора; значит, между обеими осями моторов существует жесткая связь, если по крайней мере одно из малых зубчатых колес (шестерен) не подвешено упруго, что в противном случае, вследствие взаимодействия между роторами, может повести к перенапряжениям. Во всяком случае, при этом расположении не может произойти такого явления, чтобы во время буксования весь ток воспринимался одним мотором, как это бывает при неспаренных осях, приводимых в движение каждая своим отдельным мотором.

Фиг. 9.

Развиваемое мотором почти постоянное окружное усилие в зубчатой передаче при наличии кривошипного механизма передается далее неравномерно. Отданная сила на одной стороне электровоза колеблется в пределах отрицательного и положительного максимума. Неравномерные, отчасти ударные усилия невыгодны для зубчатых колес. Для получения возможно равномерного напряжения в зубьях, невзирая на пульсацию сил, выгодно применение упругих колес. Предпочтение дается косозубчатым колесам.

Вместо того, чтобы оба мотора заставлять работать на одно и то же зубчатое колесо, конструктивные соображения заставляют иногда прибегать к двум отдельным передачам, причем лучше всего расположить передаточный вал посредине сцепных осей.

Фиг. 10. 11.

Фиг. 9 показывает расположение двух зубчатых передач. Фиг. 10 и 11 дают устройство в случае кандорам. Взамен наклонного шатуна фиг. 6, на фиг. 12 передача реализована помощью треугольника, передний конец которого направляется обресоренным вспомогательным валом.

Фиг. 12. 13.

Выбор того или иного способа передачи силы от мотора к движущим осям зависит  от общего расположения электровоза. Во всяком случае, замыкание сил между роторами ни в коем случае не должно быть жестким, так как в противном случае возникают дрожания, сопровождающиеся явлениями резонанса. Явления резонанса лучше всего ослабляются включением локализующего звена в общую систему передачи. В зубчатой передаче это лучше всего достигается применением пружинящих шестерен (фиг. 13) завода в Винтертуре.

Фиг. 14.

Фиг. 15.

Фиг. 16.

Фиг. 17.

При высокорасположенных моторах без зубчатых передач также возможны различные передаточные механизмы. На фиг. 14 показана передача от мотора через промежуточный вал, причем мотор расположен вертикально над ним. Устройство по фиг. 15 с наклонным шатуном дает не одинаково спокойный ход в обоих направлениях движения электровоза. Интересна передача помощью раздвоенного шатуна, обе части которого расположены под прямым углом друг к другу (фиг. 16). Этим достигается меньшее напряжение в частях механизма. На фиг. 17 изображена передача от двух моторов на общий передаточный вал, что дает хорошие условия работы подшипников передаточного вала.

Расположение на фиг. 18 и 19 показывает привод от двух моторов на два лежащих по концам рамы промежуточных вала, от которых оси приводятся в движение спарниками.

Фиг. 18. 19.

В конструкции по фиг. 20 передача силы  от моторов производится тоже при помощи двух шатунов, направляемых по идеальному кругу, промежуточный вал, или отбойный вал, здесь совершенно опущен.

Фиг. 20.

Преимуществом является простота устройства, а недостатком — большая нагрузка шипов. В устройствах по фиг. 21 в 22 применена кандорама. Первоначальная конструкция по фиг. 21 при наличии верхнего шатуна, т. е. при жестком треугольнике, показывает то неудобство, что под влиянием колебаний роторов верхний шатун испытывал изменения своей длины. Фиг. 23 показывает передачу без отбойного вала, применяемую при трехфазном токе.

Фиг. 21. 22.

Фиг. 23.

Упомянутые колебания, вызываемые роторами, значительно усиливаются при кривошипных передачах с возрастанием размеров моторов. Поэтому жесткость движущего механизма приходится прерывать вставкой упругого звена. Применение пружинящих шатунов довольно затруднительно вследствие значительной величины передаваемых усилий и центробежных сил. Пружинящие устройства отбойного вала в вертикальном направлении для восприятия перенапряжений тоже не приводят к желательному действию. В передаточном механизме Эрликона также устроен податливый шатун; однако, этот механизм пригоден лишь для малых машин вследствие ослабления спарников. Лучше всего и здесь ослаблять перенапряжения поближе к ротору или прямо непосредственно в нем самом. Этим самым получается пружинящий ротор, оказавшийся весьма целесообразным во многих применениях. Можно также воспользоваться скользящей муфтой в роторе, начинающей действовать с того момента, когда сила достигнет определенной величины, причем энергия превращается в теплоту. Конструкция иного рода упругого звена в движущем механизме была предложена Овером. Здесь усилие от высоко расположенного мотора передается на колеса при помощи двойного рычага, причем центр вращения этого двойного рычага находится в соединении с поршнем, управляемым воздухом. Вследствие податливости воздуха устраняются маленькие перенапряжения и связанные с этой причиной колебания. Для электровозов применяется с успехом механизм Ленца (фиг. 24): при постоянном числе оборотов мотора возможно изменение не только скорости, но и направления движения. Направление вращения мотора должно совпадать с продольной плоскостью электровоза. Мотор приводит в движение многоступенчатый масляный насос, прогоняющий в круговороте масло сквозь вращающееся колесо в форме крыльчатого насоса и сообщает ему вращательное движение. Изменением степени впуска и сужением поперечных сечений возможно изменять скорость упомянутого вращающегося колеса. Коэффициент полезного действия этой передачи настолько высок, что мало отличается от шатунной или зубчатой передачи. Эта передача особенно ценна потому, что позволяет совершенно отделить мотор от движущего механизма, что — вследствие большого момента инерции мотора — имеет весьма важное значение в смысле безопасности.

Фиг. 24.

Будка для машиниста, в отличие от паровозной будки, представляет из себя со всех сторон закрытое помещение и с переднего и заднего конца имеет законченное устройство для поста машиниста. Машинист стоит здесь не на заднем конце, а спереди электровоза и имеет свободный вид на железнодорожный путь и все путевые сигналы. На посту машиниста помещаются все контакты и вспомогательные устройства вместе со всеми измерительными приборами, которые необходимы для обслуживания машины. Между передним и задним постами машиниста помещается машинное отделение, в котором расположены собственно аппараты, как то: моторы, трансформаторы, распределительные устройства, масляные включатели, насосы и т. д., в удобном для обслуживания порядке. Части под высоким напряжением уединяются от соприкосновения с ними особенно надежно. Будка служит не только для защиты бригады и аппаратов, но и для несения токоприемников. Фиг. 25 дает электровоз Швейцарских Союзных железных дорог типа 1—В—В—1 для пассажирских поездов (завода Броун-Бовери и К^о, Баден—Швейцария). Вследствие большей живой силы электровоза приходится особенное внимание обращать на устройство тормозов. Потребный воздух доставляется электрическим насосом в количестве 90 куб. метров в час, при давлении в 8 атмосфер, вследствие большого расхода воздуха.

Фиг. 25. Электровоз швейцарских железных дорог.

Важнейшим преимуществом электрической тяги является возможность использовать находящиеся в природе низкосортные виды топлива и энергию воды для транспорта. В то время как низкие сорта топлива могли бы быть применены на паровозе лишь в случае нужды, на центральных электрических станциях такие виды топлива, как торф, бурый уголь и т. п., могут быть использованы весьма экономично. Будучи сами расположены непосредственно у топлива, центральные станции значительно избавляют транспорт, именно товарное движение, от перевозки угля. С освобождением от необходимости подвозить топливо для нужд самой дороги, товарный грузооборот может быть увеличен на 8% без увеличения количества подвижного состава; а отсутствие необходимости возить с собой тендер с запасами воды и топлива освобождает дальнейшие 5%. Устранение тендера с его нечистоплотностями и водой, заливающей стрелки и путь, значительно повышает безопасность движения при электровозах. Материальная служба собственно железнодорожного хозяйства значительно упрощается и рационализируется с применением электровозов. По службе тяги получается также целый ряд разгружающих моментов — прежде всего меньшая забота в отношении водоснабжения. Само обслуживание помощью электровозов несравненно чище и менее напряженно. Паровозная бригада находится в значительно худших условиях работы и нередко страдает профессиональными болезнями. На электровозе бригада защищена со всех сторон закрытым помещением. Вместо помощника машиниста ставится главный кондуктор, находящийся на самом электровозе, чтобы в случае нужды заменить машиниста. Пожарные убытки от паровозных искр совершенно устранены при электрификации транспорта. Немалые хлопоты доставляет борьба с дымом, особенно в туннелях, чего нет в электровозах. На фиг. 26 дан современный курьерский паровоз типа 1—D—0, постройки завода Ганомаг, Ганновер—Линден, у которого спереди дымовой коробки поставлены для направления вверх разрезаемого лобовой поверхностью воздуха два параллельных щита. Этим самым дым из трубы паровоза подымается вертикально и не мешает видимости сигналов, особенно семафоров. Готовность электровоза к действию гораздо выше, необходимые простои после постановок в депо значительно меньше. Ввиду симметричного расположения машин нет надобности в постановке на поворотный круг, так как моторы электровоза, как на передний, так и на задний ход работают с одним и тем же коэффициентом полезного действия. Все служебное время электровозной бригады может быть отнесено прямо к полезному километру.

Фиг. 26. Современный курьерский паровоз.

Быстрейшая готовность электровоза к работе позволяет легкое включение ряда машин для преодоления максимальных нагрузок и легкую приспособляемость к транспорту, как в нормальных условиях, так и во время каких-либо происшествий. Произвольное увеличение мощности в паровозах ограничено необходимостью целесоответственного выполнения машины. Невозможно увеличить площадь колосниковой решетки сверх определенного размера, так как возникают затруднения в обслуживании топки. Правда, в Америке были поставлены два человека на обслуживание отопления, а по использовании всей их мощности пришлось перейти к автоматическому отоплению помощью т. н. стокера. Но так как паровозная машина вообще не знает установившегося режима, то работа стокера гораздо труднее приспосабливается к изменяющимся обстоятельствам работы паровоза, чем ручное отопление, а посему получаются значительные перерасходы топлива. Сложность работы стокера заключается в трудности ее регулирования. Далее, использование тепла в котле не может быть выполнено достаточно полно вследствие ограничительных данных габарита, равно как по причине необходимого ограничения длины котла. Слишком длинный котел вызывает затруднения при проходе кривых. Правда, в Америке стали разделять котел на две между собой сочлененные части, т. е. строить гибкий котел, но заметных выгод от этого не получилось. Итак, высший предел мощности в паровозе совершенно определенным образом ограничен, в электровозе же можно сочетать любые мощности. В этом отношении Америка дала разительный пример: придерживаясь системы городских железных дорог, включают в общую раму экипажа целый ряд тележек, приводимых в движение моторами. Таким образом, в одной машине сосредоточивается свыше 8—12 моторов, и сила тяги получается очень высокая, какая при том же самом весе не может быть реализована в паровозе. Разделение всей мощности на несколько моторов имеет то преимущество, что при выключении некоторых из них, целых групп моторов, можно еще двигаться с пониженной мощностью.

Весьма важно, с точки зрения динамики, что окружные усилия моторов превращаются вновь в окружные усилия на ободе движущих колес. Значит, в колесной паре могут развиваться постоянные окружные усилия в противоположность паровозной машине, в которой применение 3 и 4 цилиндров дает, тем не менее, постоянное изменение тангенциальных усилий, а, следовательно, и силы тяги паровоза. Так как, кроме того, в электровозах применяются только чисто вращающиеся части, центробежная сила которых может быть полностью уравновешена противовесами, то давления колес на рельсы имеют постоянную величину или меняются лишь незначительно под влиянием колебаний экипажа на рессорах. Нагружение верхнего строения полотна постоянной нагрузкой весьма важно в смысле его сохранности, благодаря отсутствию вертикального избытка, дающего ± 15 % изменения давления колеса на рельс от центробежной силы избыточного противовеса за каждый оборот колеса. Надрессорное строение электровоза находится в значительно более покойном состоянии, чем в паровозе. Взятие поезда с места электровозом идет энергичнее, чем паровозом. Ускорения при электровозах составляют обычно 0,7 м /сек.², а в паровозах достигаются с трудом 0,3 м/сек.². На горных участках с продолжительными уклонами имеется возможность заставлять ротор работать как динамо и, следовательно, возвращать часть энергии в процессе торможения. Благодаря этому происходит сбережение бандажей и тормозных колодок, так как тормоз в данном случае может служить резервом.

Рис. 27. Турбовоз германских железных дорог.

В то время, как низкая температура воздуха в зимнее время снижает для паровоза его работоспособность, наоборот — для электровоза получается значительный выигрыш в работе его. При езде двойной тягой электровозами достигается абсолютный контакт между обеими бригадами, чего никогда не достигается в паровозах. Но все же электровоз имеет и свои недостатки, так что проблема тяги на транспорте далеко еще окончательно не разрешена.

Сочетание подвижной центральной станции и электрической передачи составляет ныне проблему тепловоза (см.), в которой техника СССР приняла активнейшее участие. Из новейших исканий в этой области следует упомянуть тепловоз по принципу профессора А. Н. Шелеста, работающего ныне над своим опытным агрегатом в лаборатории Института локомотивостроения. Сохраняя в этом принципе одну из важнейших особенностей и вместе с тем ценных сторон паровоза, именно эластичность действия, А. Н. Шелест указывает на разрешение всей тепловозной проблемы без электрической передачи.

Конечно, локомотив, работающий паром, за последние два десятилетия не остался безучастным в соревнования. Тут следует отметить высокое развитие турбовозостроения (см. турболокомотив), успешно начатое и законченное в Швеции, благодаря трудам братьев Юнгстэм. Сохранение пара, как движущего средства, было вполне естественно и последовательно. Все вспомогательное оборудование и материальная служба могли быть использованы без изменений. Примерно двойная экономия в расходе пара открыла широкие перспективы турбовозостроению, особенно в направлении развития высокомощных паровозов. Наличие роторов делает турбовоз весьма приспособленным с точки зрения динамики. Но надо сказать, что передача усилий от роторов к сцепным осям представляет и здесь самую трудную часть проблемы турбовоза. Вместе с тем сильно было повышено и давление пара в котле. Ныне 20 атмосфер считаются низким давлением. Начиная с 20 атмосфер идет высокое давление, достигая 100 и свыше атмосфер Эго обстоятельство имеет существенное значение для теплоиспользования и для компактности сооружения. Паровоз и турбовоз имеют каждый свою специфическую область применения. Так, например, маневренная служба должна всецело остаться за паровозом. Хорошо приспосабливается к этому и тепловоз. Далее, реализация графиков движения с частыми остановками должна остаться тоже за паровозами, тогда как турбовоз прекрасно приспосабливается к длительному движению без частых остановок. Отдельные попытки в различных странах носят довольно пестрый характер в отношении конструкции машин. Особенно велики отличия в системе устройства и практики действия конденсации отработавшего пара. На фиг. 27 дан турбовоз типа 2—3—0, построенный заводом Маффей в Мюнхене для германских государственных железных дорог.

Значительные успехи были сделаны обыкновенным поршневым паровозом (см. локомотив) на базе применения высокого давления, благодаря трудам В. Шмидта, Лёфлера и др. Конечно, высокое давление коренным образом изменило обычную форму паровозного котла, плоские стенки которого оказались окончательно непригодными. Благодаря усовершенствованиям в котлостроении, введенное заводом Круппа применение высоких давлений стало вполне надежным. Несомненный выигрыш от применения высоких давлений получился не только в смысле теплоиспользования, но и со стороны динамики паровозов, так как благодаря меньшему удельному объему пара размеры паровых цилиндров получаются весьма умеренными. Очень характерным является применение дистиллированной воды, где эта вода работает в круговом процессе для подачи тепла. Она применяется не только в котлах высокого давления, но и в обыкновенных отопительных котлах в пассажирских вагонах. Отсутствие накипи дает большое сбережение в топливе. В настоящее время по борьбе с накипью сделаны большие успехи в СССР; благодаря применению галлоидального графита по способу инженера-механика В. А. Гавриленко срок между промывками котла увеличен почти в 5 раз.

Фиг. 28. Паровоз системы Гэррэта.

Построение высокомощных паровозов потребовало значительного улучшения конструкции экипажной части паровозов. Здесь мы имеем оси поперечно-подвижные, поворотные; далее, усовершенствованные тележки, например Лоттера и др., применяемые во всех видах локомотивов. Теоретическая проработка вопросов устойчивости локомотивов на ходу является одной из важнейших задач по технике безопасности.

В целях уменьшения сопротивления движению поездов следует упомянуть роликовые подшипники букс и исключительную заботу по обработке шеек осей помощью Präge-Polier-Schleifmaschine (Patent Krupp). Эти усовершенствования сильно подняли срочность движения поездов. Отцепки вагонов вследствие горения букс совершенно изжиты.

Упорядочение срочности движения поездов потребовало в Германии полного пересмотра нагрузок поездов. Так, например, товарные паровозы одинаковой с существующей у нас мощностью не догружаются — против наших норм — на 20%. Этим самым машинист имеет всегда готовый резерв мощности  на случай ликвидации возникшего опоздания. Вагон считается, безусловно, обязательным. Главный кондуктор имеет в одном из товарных вагонов отделение, где он покойно, удобно может разобрать имеющиеся при нем путевые документы. Паровозная бригада чувствует себя тоже во многом разгруженной. Особенно следует отметить отсутствие контрольных пробок топки паровоза, детали, ныне совершенно устаревшей в наших условиях работы.

Движение паровоза с закрытым регулятором значительно усовершенствовано благодаря трудам И. О. Трофимова, давшего т. н. раздвижные золотники, которые при закрытом паре сообщают обе полости цилиндра для свободного перепуска воздуха. Этим самым сопротивление движению самого паровоза, как повозки, значительно уменьшено. Это изобретение ныне принято в мировом масштабе.

Ныне И. О. Трофимов работает над инжектором низкого давления, долженствующим вытеснить ныне употребительные системы подогревателей питательной воды в паровозах. Подогрев ведется за счет отработавшего пара. Обычные подогреватели должны давать до 10—12% сбережения топлива. Фактически дают меньше. По статистическим данным железная дорога Париж-Орлеан-Средиземное море, сбережение составляет от 4 до 9%. На наших дорогах нередко бывают отказы рабочих подогревателей, что делает их непопулярными среди паровозных бригад, жалующихся на подогреватели, как на вредительство.

Надо заметить, что за последние два десятилетия криминальная техника значительно усложнилась, и появилась даже специальная литература, столь важная для профилактики в области крушений («Техника движения и случаи в пути», профессор Е. Г. Кесгнер. Паровоз. Том II). Только всестороннее исследование различных несчастных случаев на транспорте и проведение в жизнь всех выводов и результатов исследований по всем рабочим звеньям аппарата смогут наладить транспорт. Заграничная практика нисколько не отстает в этом. В настоящее время на германских железных дорогах шлагбаум переезда, расположенного на станции, закрывается и открывается самим дежурным по станции непосредственно с своего поста на платформе при проходе поезда. Сигнальные приспособления заменяются исключительно автоматическими. Научно-исследовательские институты непрерывно работают над их усовершенствованием.

В настоящее время транспорт  СССР озабочен введением высокомощных паровозов. Идет обсуждение вопроса о введении машин Гэррэта либо Малле, либо сложных машин, расположенных на одной жесткой раме. Последнее вполне возможно по условиям движения по кривым. Но значительное повышение нагрузки на ось потребовало бы бетонных шпал. Для существующего верхнего строения самой подходящей машиной был бы тип Гэррэта, где котел покоится на особой раме, опирающейся на две концевые тележки. Поэтому длина колодки, на которую располагается вся нагрузка, весьма значительна. Тележка прекрасно вписываются в кривые. Там, где требовалось значительное увеличение провозной способности дороги, при наличии крутых подъемов и крутых кривых, как, например, в Южной Африке, машины Гэррэта оказались весьма выигрышными. Фиг. 28 дает паровоз системы Гэррэта типа 2—С—1+1—С—2 построенный для Южно-Африканских железных дорог заводом Маффей в Мюнхене. При площадях колосниковых решеток свыше 6 кв. м приходится ставить автоматического кочегара, т. н. стокер, работающий от сепаратной машины. Конечно, работа стокера не отличается той тщательностью, как ручное отопление (ср. выше). Поэтому получаются перерасходы топлива: в Америке на склонах насыпей видна сплошь угольная заваль, образовавшаяся от выноса частиц топлива в паровозную трубу. Конечно, форсировка котла весьма интенсивная, т. к. приходится ему подготовлять пар и на машину, обслуживающую тендер, но часто ставящуюся ныне и на самом паровозе. Эта вспомогательная машина, т. н. бустер, ставится в помощь паровозной машине на случай необходимости увеличить силу тяги паровоза. Такая бустер-машина предполагается вскоре к постановке и у нас. Подвижной состав должен будет оборудоваться автоматическими сцепками и автоматическими тормозами, чтобы иметь возможность значительно поднять скорость движения поездов главным образом на подъемах. Знаменитая Берлинская окружная железная дорога показывает ныне, что паровая тяга на ней явно устарела и что электрические поезда побивают рекорд. Надо отметить, что делаемые до Мировой войны частые возражения против всеобщей электрификации транспорта по чисто военным соображениям ныне все более и более затихают и отходят на задний план.

Литература: Е. Г. Кестнер и И. И. Николаев, «Динамика и парораспределение паровозов», 1931; «Паровоз», ч. I и II, коллективное издание под ред. С. П. Сыромятникова, 1929. 2-е изд.; С. П. Сыромятников и Р. П. Гриненко, «Результаты работы паровозных водоподогревателей», 1927; С. П. Сыромятников, «Опытные поездки с паровозами», 1929; его же, «Тепловой расчет паровоза», 1927; L. R. von Stockert, «Die Elsenbahnunfäile»; «Das Deutsche Eisenbahnwesen der Gegenwart»; А. Н. Шелест, «Проблема локомотива»; ІV. Bauer, «Berechnung und Konstruktion von Dampflokomotiven mit einem Anhang über elektrische Lokomotiven», В. 1923; Hans Günther, «Das Buch von der Eisenbahn», Stuttgart. 1927.

Е. Кестнер.