ЧАСТЬ 3. ТЕПЛОВОЗЫ
Как отмечалось в предыдущей статье (N° 9, 2015 г.), крайне низкое значение КПД паровой машины и паровоза в целом не устраивало специалистов железнодорожного транспорта и уже в начале XX в. в ряде стран велись активные поиски путей повышения эффективности локомотивной тяги. Одним из путей решения проблемы создания экономичного локомотива стала замена пароэнергетической установки внешнего сгорания паровоза на более эффективный тепловой поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Наиболее пригодным для установки на локомотиве оказался двигатель, работающий по способу, предложенному немецким инженером Рудольфом Дизелем, который в честь его создателя называют дизелем.
Особенно активная работа по созданию нового типа локомотива велась в России, в которой, с одной стороны, была собственная нефть, используемая в ряде случаев в качестве топлива на паровозах, с другой — было много участков железных дорог, где воды не было вообще или не было хорошей (мягкой) воды, необходимой для работы паровозов.
Итак, тепловозом называется локомотив, на котором в качестве первичной энергетической установки используется наиболее экономичный тип двигателя внутреннего сгорания — дизель, КПД которого достигает 45 %.
Название «тепловоз» сложилось в России по типу названия паровоза. На других языках тепловоз обычно называют «дизельным локомотивом» — diesel locomotive (анг.), Diesellokomotive (нем.), locomotive Diesel (франц.), lokomotora diesel (испанский) и т.п.
К тепловозам, как к типу локомотивов, относят также специализированные виды автономного пассажирского моторвагонного подвижного состава, энергетическими установками которых являются дизели — рельсовые автобусы, моторные и прицепные вагоны дизель-поездов, автомотрисы.
Тепловоз на сегодня — самый распространенный в мире тип локомотива. Из примерно 1 млн. 200 тыс. км магистральных железных дорог стран мира около 85% их протяженности обслуживаются исключительно тепловозной тягой (тепловозами). А на двух американских континентах (Северная и Южная Америки) тепловозы обслуживают порядка 97 % эксплуатационной длины магистральных железных дорог.
Первые дизели. В конце 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель, живший и работавший во Франции, создал двигатель
внутреннего сгорания, в котором тяжелое жидкое топливо самовоспламенялось в цилиндре от высокой температуры сжатого в нем воздуха. Такие двигатели, как отмечалось выше, вскоре стали называть и называют сейчас по имени их создателя — дизельными или просто дизелями.
Рудольф Дизель, приобретя хорошее техническое образование и производственный опыт, специализировался по холодильным установкам, получил сам ряд патентов в этой области, управлял различными фабриками, выступал в роли инжене-ра-консультанта. Он интересовался двигателями внутреннего сгорания, был в курсе новых разработок, видел их недостатки и искал пути их преодоления. В течение 10 лет работы он перепробовал ряд вариантов работы двигателя на различных видах топлива — от аммиака до угольной пыли. Остановился на тяжелом нефтяном топливе, однако для облегчения его самовоспламенения добавлял к нему при подаче в цилиндр порции более легкого топлива — газолина, на котором работали карбюраторные двигатели.
Идею нового рабочего процесса он изложил в 1892 г. в заявке на патент «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового и многоцилиндрового двигателя» и опубликовал на немецком языке в Берлине в брошюре «Теория и конструкция рационального теплового двигателя». Первые опытные образцы были малоудачными, однако в 1897 г. был построен стационарный одноцилиндровый двигатель, работающий на керосине, который при частоте вращения коленчатого вала 170 об/мин развивал мощность примерно 15 кВт.
Р. Дизель создал так называемый компрессорный тип двигателя с самовоспламенением топлива (компрессорный дизель), где топливо подается в цилиндр через форсунку при помощи сжатого воздуха, давление которого должно быть значительно больше давления в цилиндре в конце сжатия. Следовательно, для работы такого двигателя в составе энергетической установки требовался отдельный агрегат — компрессор, который должен был обеспечивать сжатие воздуха. Принцип подачи топлива, собственно, и был главным элементом в изобретении Р. Дизеля.
Строго говоря, Р. Дизель не изобрел нового двигателя, поэтому впоследствии его патент неоднократно оспаривался. Ведь еще в 1862 г. француз Альфонс Бо де Роша в своей книге «Новые исследования над практическими условиями для большего использования тепла и, вообще, движущей силы», помимо четырехтактного цикла, упомянул не только необходимость предварительного высокого сжатия воздуха,
но и теоретическую возможность обеспечения самовоспламенения топлива при этом. Тем не менее, новый тип двигателя внутреннего сгорания стали называть именем его реального создателя — Р. Дизеля, а идеальный воздушный цикл теплового двигателя с постепенным горением топлива (при постоянном давлении в цилиндре) в современной термодинамике также именуется циклом Дизеля.
В 1896 г. российский специалист Г.В. Тринклер, работавший в Нижнем Новгороде, построил бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия, в котором при механической (непосредственной) подаче топлива обеспечивался цикл его двухэтапного (смешанного) горения, частично при постоянном объеме, как в цикле Отто, и частично при постоянном объеме, как в цикле Дизеля. Тринклер, сделав заявку в 1899 г., получил патент только в 1904 г. По этому «смешанному» циклу (циклу Тринклера) и работают все современные бескомпрессорные дизельные двигатели. К сожалению, и сейчас иногда этот цикл называют именем французского инженера Сабате, который лишь спустя четыре года после Тринклера (в 1908 г.) получил в России патент на форсунку с двухэтапной подачей топлива.
Р. Дизель с помощью немецких промышленников (Круппа и др.) организовал производство двигателей по своему патенту сначала в Германии, потом во Франции, затем в других странах. В России патентные права у Дизеля приобрел известный нефтепромышленник Э.Л. Нобель, который на своем машиностроительном заводе в Петербурге (впоследствии «Русский Дизель») организовал производство мощных дизельных двигателей, работающих на сырой нефти (первый из них был построен уже в 1899 г.). Вторым после завода Нобеля дизелестроительным предприятием в России стал Коломенский завод, где производство двигателей было начато в 1903 г.
Только с переходом на сырую нефть, осуществленным впервые отечественными заводами, двигатели с самовоспламенением топлива от высокой температуры сжатого воздуха получили признание как наиболее экономичные. Мощные дизели стали постепенно вытеснять паровые машины сначала в промышленности, а затем и на транспорте. Первыми транспортными средствами с дизельной энергетической установкой в России стали речные дизельные суда — теплоходы.
В 1903 г. на Сормовском заводе был построен первый дизельный речной танкер с тремя дизельными двигателями мощностью по 120 л.с. каждый и электрической передачей на гребные винты. В 1908 г. Коломенский завод построил первый в мире морской теплоход «Дело» суммарной мощностью дизелей 1000 л.с.
Проекты первых тепловозов. Первые проекты тепловозов в России появились в начале XX в. В 1904 г. в России инженеры Владикавказской железной дороги разработали проект теплопаровоза (первое название нового локомотива было «нефтевоз») — паровоза с дополнительным дизелем, который предполагалось использовать параллельно с паровым двигателем для создания силы тяги.
В 1905 г. в Санкт-Петербурге инженер Н.Г. Кузнецов и полковник А.И. Одинцов разработали проект магистрального тепловоза с электрической передачей мощностью 265 кВт (360 л.с). Свой проект они назвали «автономный электровоз». Ряд технических решений этого проекта (теле-жечный тип локомотива, электрическая передача и др.) и сейчас используются в локомотивостроении.
В 1908 — 1913 гг. профессор
Ю.В. Ломоносов и инженер А.И. Липец в г. Оренбург (Ташкентская железная дорога) разработали проекты теплопаровоза и тепловоза с электрической передачей (1913 г.). В 1909-191 Згг. под руководством Ф.Х. Мейнеке на Коломенском заводе разрабатывалось несколько проектов тепловозов на разные мощности, в том числе 8-осного магистрального тепловоза мощностью 1000 л.с.
Существенный вклад в разработку проектов новых автономных локомотивов внес профессор высшего технического училища (ныне МГТУ) В.И. Гриневецкий, который разработал требования к транспортному двигателю внутреннего сгорания. В1909 — 1912 гг. опытный образец такого двигателя был построен и испытывался на Путиловском заводе.
Большое значение для отечественного тепловозостроения имела книга
В.И. Гриневецкого «Проблема тепловоза и ее значение для России», опубликованная в 1923 г. после смерти автора.
В 1912 г. студент МВТУ (ныне МГТУ)
А.Н. Шелест под руководством профессора В.И. Гриневецкого разработал проект тепловоза с газовой передачей. Он предполагал использовать дизельный
двигатель только в качестве теплового генератора — генератора газов (высокотемпературных продуктов сгорания топлива). А в качестве теплового двигателя предусматривалась поршневая газовая машина, соединенная с ведущими осями локомотива по типу паровозной. Идея А.Н. Шелеста, в какой-то мере, была сходной с идеей Хельмана применить на паровозе электрическую передачу и не могла быть осуществлена из-за неизбежно высоких потерь энергии в газовой передаче.
Позднее российские специалисты (Ю.В. Ломоносов, А.Н. Шелест и др.) проводили теоретический анализ, подтверждавший неизбежную неработоспособность тепловоза с непосредственной передачей.
Несмотря на то, что проекты российских специалистов содержали те или иные прогрессивные технические решения и идеи, ни один из проектов по разным причинам не был реализован.
Первые тепловозы. С развитием ди-зелестроения в ряде технически развитых стран встал вопрос о применении дизельных двигателей в качестве энергетической установки на локомотивах. Это оказалось достаточно трудной задачей, на решение которой ученые и инженеры разных стран потратили не менее двух десятилетий.
Первая попытка построить поездной тепловоз относится к 1906 г., когда, в какой-то мере по инициативе самого Р. Дизеля, управление Прусских железных дорог заказало двум крупнейшим европейским заводам: паровозостроительному «Аугуст Борзиг» в Берлине и двигателестроительному «Братья Зульцер» в Винтертуре (Швейцария) пассажирский тепловоз с двухтактным двигателем Р. Дизеля. В его проектировании вместе с Дизелем принимал участие известный специалист по локомотивам инженер Клозе.
Тепловоз Р. Дизеля был построен к 1913 г. Он имел четырехцилиндровый V-образный двигатель мощностью 960 л.с., вал которого был размещен перпендикулярно продольной оси локомотива и был непосредственно связан спарниками типа паровозных с его ведущими колесами. Диаметр цилиндров — 380 мм, ход поршня — 550 мм, наибольшая частота вращения вала (при скорости 100 км/ч) составляла
300 об/мин. Для разгона тепловоза (с составом) использовался сжатый воздух из резервуаров.
Эксплуатационные испытания тепловоза в 1913 г. выявили ряд существенных недостатков. Сейчас очевидно, что в отличие от паровоза тепловоз нельзя построить без преобразования вращающего момента двигателя, передаваемого от вала дизеля на колесные пары, без промежуточной передачи. Дело в том, что мощность дизельного двигателя при неизменной подаче топлива почти прямо пропорциональна частоте вращения вала. Поэтому необходимо обеспечивать возможность работы дизеля с постоянной (наибольшей для реализации его расчетной мощности) частотой вращения вала при переменной частоте вращения ведущих колес локомотива, зависящей от скорости его движения.
Другая особенность дизельного двигателя — это его неспособность, в отличие от паровой машины, работать при малых частотах вращения вала, когда при медленном процессе сжатия воздуха в цилиндре не может быть достигнута температура, необходимая для воспламенения топлива.
Недостатки тепловоза Дизеля были принципиальными и неустранимыми, они были связаны с отсутствием передачи,
о которой шла речь ранее. В результате тепловоз оказывался непригодным как к курьерской службе (его мощность была пропорциональна скорости движения и, когда последняя снижалась, например, на крутых подъемах, падала и мощность локомотива и он мог остановиться с поездом), так и к пассажирской, так как при частых остановках ему просто не хватало воздуха для последующих разгонов. Его подвергали переделкам, в частности, установили на нем дополнительно вспомогательный дизель-компрессор, посредством работы которого пополнялся запас сжатого воздуха. Однако испытания продолжали сопровождаться многочисленными поломками, и после 14-й неудачной поездки тепловоз был снят с эксплуатации, попытки его совершенствования были прекращены.
Эту неудачу, или точнее, неработоспособность тепловоза непосредственного действия предвидели некоторые отечественные специалисты. Уже в советское время, в 1920-х годах, именно отечественным специалистам удалось найти технические решения по использованию дизельных двигателей на локомотивах, что позволило к 1925 г. построить два первых в мире работоспособных поездных магистральных тепловоза.
Один (тепловоз серии Юэ-001) был создан по проекту группы инженеров под руководством известного в стране специалиста-тяговика, профессора Ю.В. Ломоносова и был построен на заводах Германии в июне 1924 г. 6 ноября тепловоз Юэ-001 был испытан в поездке на участке железной дороги с шириной колеи 1524 мм в г. Эслинген и принят к эксплуатации для выполнения грузовой работы международной комиссией, состоявшей из представителей Советской России, Германии, Голландии, Великобритании и ряда других стран. В протоколе комиссии было следующее заключение: «Судя по результатам опытов над тепловозом Юэ-001, создание этого тепловоза и опыты с ним вывели идею тепловоза из стадии академического изучения и воплотили ее в формы, пригодные для несения регулярной товарной службы. Последний факт заслуживает быть отмеченным на страницах истории железнодорожной техники».
Другой (тепловоз серии Юэ-002) был построен в Петрограде по проекту и под руководством опытного инженера-элек-трика Я.М. Гаккеля. В изготовлении тепловоза участвовали Петроградские заводы «Красный путиловец» (ныне Кировский), «Балтийский судостроительный»,
«Электрик» и «Электросила». 7 ноября 1924 г. тепловоз Юэ-002 совершил первую поездку по путям Октябрьской железной дороги.
Оба тепловоза Юэ-001 (в последующем серии Ээл-2, так как соответствовал по мощности 880 кВт паровозу Э; индекс «эл» — электрическая передача) и Юэ-002 (в последующем Щэл-1, соответствовал по мощности 735 кВт паровозу серии Щ) в январе 1925 г. поступили в опытную эксплуатацию на железные дороги нашей страны. Сравнительные испытания этих двух тепловозов, проводившиеся в январе-феврале 1925 г., показали, что оба тепловоза в принципе были работоспособными, но эксплуатационная надежность работы узлов первого Ээл-2 заметно превосходила тепловоз Щэл-1.
Построенный под руководством Ю.В. Ломоносова тепловоз Ээл-2 (рис. 1 ,а) был принят в инвентарный парк локомотивов НКПС (аналог МПС) 4 февраля 1925 г. — эта дата считается началом введения тепловозной тяги на железных дорогах России. Тепловоз Ээл-2 работал на железных дорогах страны почти 30 лет и стал прототипом многих советских тепловозов, серийно построенных на Коломенском заводе до 1938 г. Локомотив Ээл-2 по праву считают первым в мире работоспособным поездным тепловозом магистральных железных дорог.
Тепловоз Щэл-1 (рис. 1,6) после пробега от начала постройки около 60 тыс. км в 1927 г. был снят с эксплуатации. Однако тепловоз удалось сохранить. В 1974 г. к 50-летию тепловозостроения тепловоз Щэл-1 был установлен на «вечную стоянку» в Москве у депо Ховрино Октябрьской дороги.
Этапы развития тепловозной тяги в стране. В развитии тепловозной тяги России можно выделить несколько этапов:
Первый этап — с 1924по 1940гг. — начало опытного производства и эксплуатации тепловозов. Первые два тепловоза в январе 1926 г. сначала поступили в паровозное (Ээл-2) и вагонное (Щэл-1) депо станции Москва III Октябрьской дороги для опытной эксплуатации, а затем в опытно-эксплуатационную тепловозную базу, которая была организована на станции Люблино Московской дороги. В 1931 г. по решению правительства СССР тепловозы из базы Люблино были переведены в локомотивное депо города Ашхабад, т.е. в безводный по тому времени район Средней Азии, и которое на долгие годы стало центром развития тепловозной тяги.
В 1932 г. Коломенский паровозостроительный завод (ныне ОАО «Коломенский
завод») приступил к серийному выпуску тепловозов с электрической передачей серии Ээл. Всего за период 1932 — 1938 гг. на Коломенском заводе было построено более 30 ед. тепловозов этой серии. В табл. 1 приведены основные технические характеристики первых тепловозов СССР. Серийные тепловозы Ээл направлялись на Ашхабадскую дорогу, где был организован первый в мире участок тепловозной тяги.
В январе 1934 г. на Коломенском заводе закончили постройку первого в мире двухсекционного тепловоза серии ВМ мощностью 2x880 кВт, который также эксплуатировался на Ашхабадской дороге. Несмотря на то, что в 1937 г. перестали заказывать тепловозы, Коломенский завод вплоть до 1941 г. продолжал их выпуск для эксплуатации в качестве передвижных электростанций. Надо отметить, что практически все построенные в этот период тепловозы были бестележечными (по аналогии с паровозами) и отличались невысокой эксплуатационной надежностью, в чем они заметно уступали поездным паровозам.
Второй этап —с 1946 по 1955 гг. — развитие тепловозной тяги в послевоенные годы. В первой половине 1945 г. в СССР из США в порядке союзнической помощи по лендлизу прибыли 68 маневровых тепловозов американской локомотивостроительной компании АЛКО. Серия получила обозначение ДА (Д — дизельный локомотив, А — АЛКО). Тепловозы ДА имели четырехтактный дизель мощностью 735 кВт (1000 л.с.) и электрическую передачу. Почти все тепловозы ДА были направлены в депо Ашхабад, что позволило существенно удлинить полигон железных дорог, обслуживаемых тепловозной тягой. В 1946 г.
поступили дополнительно 30 тепловозов американской компании «Балдвин» мощностью 880 кВт (1200 л.с.). Серия получила обозначение ДБ. Тепловозы ДБ работали в локомотивном депо Гудермес Северо-Кавказской дороги и обслуживали участок длиной 400 км.
Заметным событием в развитии тепловозной тяги стала поездка советской делегации во главе с И.В. Сталиным на пра-
вительственном поезде в июле 1945 г. в Германию на Потсдамскую конференцию глав правительств великих держав. Дело в том, что правительственный поезд провели тепловозы серии ДА, что обеспечило быстрое передвижение этого поезда из Москвы до Потсдама с малым числом остановок. Правда для поездки советской делегации в Германию была построена специальная железная дорога с шириной колеи 1524 мм до г. Потсдам.
Правительству страны на тот период было известно, что в наиболее развитых промышленных странах Западной Европы и США шла активная модернизация железных дорог с заменой паровозной на новые виды тяги, в том числе на тепловозы, и СССР имел заметное отставание в реконструкции железнодорожного транспорта. Только что закончилась Вторая мировая война и И.В. Сталина, как Верховного главнокомандующего, заинтересовал новый вид тяги, позволявший в кратчайшие сроки, почти без остановок доставлять войска и вооружение к западной границе СССР. После прибытия с Потсдамской конференции уже 5 августа 1945 г. было принято правительственное решение о возобновлении в кратчайшие сроки тепловозостроения в СССР на «Заводе № 75» в Харькове, который был восстановлен на месте разрушенного Харьковского паровозостроительного завода, позже Харьковском заводе транспортного машиностроения (ХТЗМ) и затем «Заводе им. В.А. Малышева».
Уже в марте 1947 г. на ХТЗМ был построен первый отечественный послевоенный тепловоз ТЭ1 (рис. 2) с двумя трехосными тележками и четырехтактным дизелем Д50 мощностью 735 кВт. Прототипом для ТЭ1
послужил американский тепловоз серии ДА с кузовом капотного типа, какие и сейчас применяют на тепловозах США. А в декабре следующего 1948 г. на Харьковском заводе начался серийный выпуск оригинального двухсекционного тепловоза ТЭ2 мощностью 2x735 кВт, которая была близка к мощности магистральных паровозов серий Л и СО и превышала мощность паровозов серии Э, составлявших основу парка грузовых локомотивов. Тепловозы серии ТЭ2 могли работать практически на любом полигоне железных дорог страны. Всего на ХТЗМ до 1955 г. было построено 526 двухсекционных тепловозов серии ТЭ2. В табл. 2 приведены основные технические данные первых послевоенных тепловозов СССР.
Третий этап —с 1956 по 1970 гг. — коренная реконструкция тяги. Этот этап развития тепловозостроения характерен началом серийного изготовления в Харькове магистральных тепловозов второго поколения с отечественными двухтактными дизелями типа Д100. Первыми представителями этого поколения были тепловозы ТЭЗ и ТЭ7 мощностью 1470 кВт в секции.
В феврале 1956 г. на XX съезде КПСС были приняты директивы по плану развития народного хозяйства страны на период 1956 — 1960 гг., в соответствии с которыми было прекращено строительство новых паровозов и признана необходимость перевода всех железных дорог СССР на новые виды тяги, в основном, на тепловозную тягу. В частности, в «Директивах» были сформулированы основные задания по тепловозостроению:
• поставить в течение пятилетия железнодорожному транспорту не менее 2250 магистральных двухсекционных тепловозов;
• обеспечить создание новых мощных тепловозов и изготовить в 1956 — 1957 гг. опытные образцы грузовых тепловозов мощностью 3000 л.с. (2200 кВт) в секции.
Для выполнения заданий правительства СССР по резкому увеличению выпуска тепловозов на их производство были переориентированы крупнейшие в стране паровозостроительные заводы: Луганский (Ворошиловградский), Коломенский и Брянский. Уже в июне 1956 г. по чертежам Харьковского завода выпустили свои первые тепловозы ТЭЗ Ворошиловградский и Коломенский заводы, ставшие теперь называться тепловозостроительными (ВТЗ и КТЗ). Всего в период 1956 — 1973 гг. были выпущены почти 6800 секций тепловозов ТЭЗ, которые, в основном, обеспечили за-
мену паровозов на тепловозную тягу в грузовом движении и получение значительного технического эффекта и экономию затрат. В 1957 г. Харьковский завод начал выпуск пассажирской модификации тепловоза ТЭЗ — двухсекционный тепловоз ТЭ7 с конструкционной скоростью 140 км/ч.
В 1958 г. Харьковский завод изготовил более мощный опытный тепловоз ТЭ10 (3000 л.с.), а спустя год —двухсекционные грузовые тепловозы 2ТЭ10 мощностью 2x2210 кВт с двухтактными 12-цилиндро-выми дизелями 9Д100. Затем посредством применения двухступенчатой системы наддува и форсировки дизеля 9Д100 мощность 2200 кВт была получена в 10 цилиндрах. Новый дизель получил обозначение 10Д100 и сейчас этот двухтактный дизель применяется на ряде серий грузовых тепловозов.
В 1961 г. на Ворошиловградском (Луганском) заводе разработали конструкцию тепловоза 2ТЭ10Л. Завод быстро стал наращивать выпуск новых тепловозов 2ТЭ10Л и сокращать выпуск ТЭЗ. Тепловозы 2ТЭ10Л стали основным типом грузового локомотива на тепловозном полигоне. По мере внесения усовершенствований в конструкцию заводом строились тепловозы с индексами В, М, У.
Кроме грузовых локомотивов, серийно строились пассажирские тепловозы. В 1961 г. Коломенский завод начал выпуск тепловозов ТЭП60, а Харьковский в 1960 г. — ТЭП10 мощностью 2210 кВт (табл. 3).Так, к концу 1987 г. на Коломенском заводе было построено 1240 тепловозов ТЭП60 и 116 ед. двухсекционных тепловозов 2ТЭП60.
В начальный период реконструкции железных дорог и массового внедрения тепловозной тяги в стране строились также магистральные тепловозы с гидропередачами. В 1961 — 1963 гг. на Луганском заводе были построены три грузовых тепловоза ТГ106, а на Коломенском — два пассажирских тепловоза ТГП50 мощностью 2940 кВт (4000 л.с.) в секции. Это были на тот период самые мощные в мире магистральные тепловозы. В 1961 г. на Ленинградском тепловозостроительном заводе начался серийный выпуск двухсекционных универсальных тепловозов серии ТГ102 с двумя быстроходными дизелями М756 в секции (табл. 3). Всего до 1968 г. было построено более 200 секций тепловозов ТГ102. К началу 70-х годов по целому ряду причин интерес к магистральным тепловозам с гидропередачами у руководителей Министерства путей сообщения ослаб, и заказы на их выпуск были прекращены.
В целом в 1956 — 1970 гг. на железные дороги страны поступили 13500 секций магистральных тепловозов, а к концу 1970 г. тепловозы обслуживали движение уже на
76,2 тыс. км, что составляло 62,2 % общей протяженности железных дорог СССР.
Четвертый этап — с 1970по 1991 гг.
— тепловозы СССР. Этот этап характеризуется массовым выпуском магистральных тепловозов третьего поколения. В тепловозостроении СССР сложилась определенная специализация: на Луганском
заводе строились преимущественно грузовые, Коломенском — пассажирские, Брянском — маневровые тепловозы. Промышленные тепловозы (в основном с гидропередачами) выпускались на заводах в городах Людиново, Муром, Калуга и Камбарка.
В эти годы в стране постепенно заканчивалось использование паровозов в поездной работе. С 1972 г. на полигонах Свердловской и Юго-Восточной дорог начали эксплуатироваться опытные партии тепловозов третьего поколения серии 2ТЭ116 с четырехтактными дизелями типа Д49 мощностью 2250 кВт и перспективной электрической передачей переменно-по-стоянного тока.
В 1977 г. Ворошиловградский завод построил первый образец двухсекционного грузового тепловоза серии 2ТЭ121 с дизелями мощностью 2940 кВт, который должен был стать первым в третьем поколении мощных грузовых тепловозов. Всего было построено 76 тепловозов серии 2ТЭ121, однако по эксплуатационной надежности эти локомотивы заметно уступали тепловозам 2ТЭ10В, и в 1992 г. завод прекратил их производство.
Коломенский завод также работал над созданием более мощных пассажирских тепловозов. В 1973 г. был построен первый односекционный тепловоз ТЭП70 с дизелем типа Д49 мощностью 2940 кВт и электрической передачей переменно-постоянного тока, который стал выпускаться серийно вместо устаревшей серии ТЭП60.
В Коломне в 1976 г. были построены два пассажирских тепловоза серии ТЭП75 с 20-цилиндровым дизелем типа Д49 мощностью 4410 кВт, а в 1984 г. в Луганске был построен макетный образец восьмиосной секции грузового тепловоза серии ТЭ136 с тем же самым дизелем типа Д49 мощностью 4410 кВт (табл. 4). Однако тепловозы этих серий в серийное производство не были приняты.
Пятый этап — с 2002 по 2015 гг. — тепловозы железных дорог России. После выделения железных дорог России из железнодорожной сети СССР основные тепловозостроительные заводы в Луганске и Харькове остались вне России. Значительную часть грузового тепловозного парка страны составляют тепловозы типов 2ТЭ10 и М62, конструкция которых отстает от современного уровня техники и имеют весьма солидный средний возраст.
Коломенский завод в 2002 г. на базе тепловоза ТЭП70 построил первый образец современного пассажирского тепловоза ТЭП70БС с дизелем 5Д49 мощностью 2940 кВт. В 2004 г. на ОАО «Коломенский завод» начат выпуск оригинальных грузовых тепловозов четвертого поколения серии 2ТЭ70 мощностью 2x3000 кВт с опорнорамным подвешиванием тяговых электродвигателей (табл. 5).
Брянский машиностроительный завод (БМЗ) был перепрофилирован на выпуск грузовых тепловозов. В 2005 г. на БМЗ был построен двухсекционный грузовой тепловоз серии 2ТЭ25К «Пересвет» мощностью 2x2500 кВт с коллекторными тяговыми электродвигателями, а в 2006 г. современный грузовой тепловоз серии 2ТЭ25А «Витязь» с электрической передачей переменного тока и асинхронными тяговыми электродвигателями. В 2014 г. на Брянском заводе начат выпуск более мощного грузового тепловоза четвертого поколения серии 2ТЭ25КМ с передачей переменно-постоянного тока и коллекторными тяговыми электродвигателями. Нужно отметить, что БМЗ, который входит в ЗАО «Трансмашхолдинг», продолжает серийный выпуск маневровых тепловозов серий ТЭМ18ДМ, ТЭМ19 и ТЭМ18В.
Общие принципы работы тепловоза. Принцип работы тепловоза ясен из схемы общего устройства и структурной схемы (рис. 3.). На тепловозе используется жидкое дизельное топливо, которое получают путем перегонки нефти. Запасы топлива на тепловозе находятся в топливном баке, из которого оно топливными насосами подается в дизель 1 (рис. 3,а). В цилиндрах дизеля 1 топливо сгорает, в результате чего
его внутренняя химическая энергия (ВХЭ) преобразуется в тепловую энергию газообразных продуктов сгорания. Последняя, при помощи поршня и кривошипно-шатун-ного механизма, преобразуется в механическую работу (МЭ) — вращение коленчатого вала дизеля.
По ряду причин (сделавших неработоспособным тепловоз Р. Дизеля), о которых шла речь выше, коленчатый вал дизеля нельзя соединить непосредственно с колесными парами, поэтому между ними устанавливается тяговая передача 2 (см. рис. 3,6), которая может состоять из тягового генератора 2А и тяговых электродвигателей 2Б. В последних электрическая энергия (ЭЭ), вырабатываемая генератором 2А, преобразуется вновь в механическую (Мк), а затем на колесных парах реализуется в работу силы тяги FK. Таким образом, тяговая передача 2 преобразует вращающий момент МЕ (на валу дизеля), который по условию постоянства мощности дизеля должен быть неизменным при постоянном положении рукоятки контроллера машиниста, в переменный момент Мк на колесных парах тепловоза.
Тепловоз пока самый эффективный тип локомотива с точки зрения процессов преобразования и передачи энергии, его максимальное значение КПД составляет 27 — 32 %. Он автономен, пробег его без набора топлива, песка и т.д. составляет более 1000 км, легко осуществить автоматизацию систем управления, контроля и диагностики узлов при эксплуатации тепловоза. Тепловозы могут эксплуатироваться практически в любых климатических условиях, с разнообразным рельефом местности по всем железнодорожным линиям, в том числе по дорогам промышленного назначения. Эксплуатация тепловозов не требует сооружения дорогостоящих устройств электроснабжения железных дорог (контактная сеть, тяговые подстанции и др.).
Основным недостатком тепловозов является более сложная конструкция, чем у паровозов и, соответственно, меньшая надежность в работе и сложность в обслуживании.
B.C. РУДНЕВ,
профессор МИИТа
