История электрификации железных дорог. Часть 2

В середине 90-х годов произошли важнейшие качественные изменения, связанные с использованием на железнодорожном транспорте электродвигателей трехфазного тока. В результате упростилась вся система передачи и отпала необходимость в дорогих и требующих постоянного внимания мотор-генераторах или умформерах.

Впервые система трехфазного тока была введена на трамвайной линии в Лугано (Швейцария), построенной в 1895 г. Вслед за ней последовала Электрификация ряда небольших горных дорог в Швейцарии. В 1901 г. железная дорога на трехфазном токе начала успешно функционировать в Италии (Вальтеллинская дорога). В результате проведенных в Пруссии (1902—1903 гг.) знаменитых опытов с системой трехфазного тока была достигнута скорость мотор-вагона 200 км/ч.

Вплоть до 20-х годов текущего столетия во многих странах усиленно велись исследования, связанные с разработкой наиболее оптимальных электрических схем питания железных дорог электрическим током. Наряду с этим большое внимание уделялось непрерывному совершенствованию деталей и узлов электровозов, системам подвески и установки токосъемных проводов и т. п. В результате возросла мощность моторов, повысились их технико-экономические показатели. Большое значение имели усовершенствования в системе управления электровозами.

В 1897 г. американский специалист Спрэг предложил систему управления, названную «системой многочисленных единиц» или «системой объединенного управления». Предложение сводилось к следующему. Все локомотивы поезда (их может быть несколько), как бы они ни располагались, взаимно соединяются электрической схемой, что позволяет вожатому (машинисту) переднего локомотива управлять остальными локомотивами. Образуется своего рода единая система, как бы один локомотив со многими моторами. Система объединенного управления позволила также формировать состав и из одних моторных вагонов, которые работают в одинаковых режимах и управляются одним машинистом. Это замечательное новшество способствовало быстрому прогрессу мотор-вагонной тяги, ускорило электрификацию метрополитенов и пригородных участков магистралей.

В особом ряду стоят локомотивы с «автономной электрической тягой». К ним относятся локомотивы, на которых в качестве энергоносителя начали устанавливать аккумуляторы электрической энергии. Такие локомотивы впервые стали применять на городских трамваях Берлина и Гамбурга в 1885 г. В начале 90-х годов XIX в. после значительных усовершенствований аккумуляторов оснащенные ими электровозы получили распространение в Европе. Однако после 1894 г. их стали вытеснять быстро распространявшиеся электровозы, получавшие питание электрической энергией от контактных проводов. К достоинствам локомобилей с аккумуляторным энергоносителем необходимо отнести плавность хода, способность допускать перегрузку, удобное регулирование, бесшумность и бездымность.

Интересная работа по использованию аккумуляторов электрического тока на железнодорожном транспорте была проведена в 1920 г. в нашей стране инженером И. И. Махоииным. Примечательным в его новшестве было использование для приведения в движение железнодорожного состава очень мощных по тому времени аккумуляторных батарей и попытки применить аккумуляторную тягу для эксплуатации поездов на большие расстояния. И. И. Махонин задался целью организовать движение аккумуляторных электропоездов между Петроградом и Москвой. Это было смелое решение.

Все работы по оборудованию первого электропоезда выполнялись на Балтийском судостроительном и механическом заводе в Петрограде. Три моторных вагона были построены ранее на Мытищинском заводе и служили в качестве керосино-электрических автомотрис (вагоны с дизельными двигателями), работавших на некоторых участках бывшей Николаевской (ныне Октябрьской) железной дороги.

30 сентября 1920 г. поезд успешно совершил первый пробный рейс из Петрограда в Любань, пройдя расстояние 155 верст.

Из Петрограда в Москву поезд стартовал 12 октября 1920 г. Он состоял из четырех пассажирских вагонов (из которых три были моторные) и трех приспособленных тендеров с батареями. На каждом моторном вагоне было установлено по два электродвигателя закрытого типа постоянного тока («И-109») напряжением 500 В, часовой мощностью каждый 110 л.с. при 600 об/мин.

Аккумуляторная батарея (типа устанавливаемых на подводных лодках) состояла из 264 элементов размером 305 X 500 X 1090 мм, емкостью около 7500 А-ч при 12-часовом разряде. Полный вес батареи в рабочем состоянии составлял около 120 т. Вес (брутто) всего поезда при минимальном составе в 24 оси был равен около 340 т, причем наибольшая нагрузка на ось тендерных ходов не превышала 16 т.

Управление поездом было устроено по системе «Мультипль» и сосредоточено в двух крайних моторных вагонах, работавших самостоятельно в зависимости от направления поезда. Для получения различных скоростей движения и соответствующего изменения усилий тяги при напряжении батарей 500 В и переключении на 250 В предусматривалось пять способов включения электродвигателей посредством пусковых реостатов.

Расстояние 650 км поезд прошел за 15 ч 55 мин. Время чистого хода 12 ч 5 мин. Состав шел со средней скоростью около 54 км/ч. Отмечалось, что затяжной Веребьинский подъем 0,006 на протяжении свыше 20 км был пройден составом без всяких затруднений при одновременной работе 6 параллельно включенных моторов.

В обратный путь поезд отправился 17 октября. Состав был увеличен на перегоне Москва — Крюково на два пульмановских вагона и вес поезда достиг 460 т (35 осей). После Крюково один вагон был отцеплен и вес поезда составил 410 т. Обратный путь поезд прошел за 19 ч 15 мин при чистом ходовом времени 13 ч 25 мин.

Аккумуляторные батареи после пробега Петроград — Москва были почти совершенно разряжены. В Петрограде и Москве их заряжали от трамвайной подстанции в течение 16—18 ч.

После прибытия поезда в Москву, 13 октября при ВСНХ состоялось совещание «Об электропоезде системы Махонина», на котором присутствовали члены президиума ВСНХ, ответственные сотрудники заинтересованных ведомств Москвы и Петрограда и около 20 московских и петроградских инженеров. Совещание отметило: «Испытание электропоезда и организацию самой постройки экспериментального агрегата, изготовленного не из специальных материалов, а на основе утилизации, признать весьма удачными».

Редакция журнала «Известия Электротреста» «ввиду интереса, вызванного опытами с аккумуляторным электропоездом...» поместила в декабрьском номере 1920 г. статью Н. П. Акимова, начальника тяги Николаевской железной дороги. Автор писал: «...следует считать совершенно бесспорным, что первый аккумуляторный электропоезд, даже в современной его конструкции, окажет весьма существенную пользу для изучения электрической поездной тяги...» и опыт его эксплуатации «несомненно будет влиять на решение многих вопросов по предстоящей электрификации железных дорог, особенно потому, что до сего времени не имеется экспериментальных данных по многим вопросам электрической тяги в условиях действительной работы русских железных дорог».

Тщательное исследование результатов работ И. И. Махонина показало, что по ряду технико-экономических показателей эксплуатации поезда с автономной аккумуляторной электрической тягой значительно уступают электропоездам, работающим от стационарной контактной сети. По данным профессора П. С. Осадчего, расход нефти на зарядку аккумуляторных батарей электропоезда от паровой электрической установки составляет 250—300 пуд., а от дизельной — вдвое меньше. Расход нефти в паровозе, ведущем из Петрограда в Москву поезд того же состава, что и электропоезд, по тем же подсчетам не должен превышать 310—320 пуд .

Для аккумуляторных батарей, установленных на электропоезде, гарантирована исправная работа на 250 зарядов и разрядов, или 125 поездок туда и обратно. После 250 разрядов батарея требует ремонта и постепенной замены элементов. Стоимость одной такой батареи по довоенным ценам 180 тыс. руб., а паровоза сопоставимой мощности — 70 тыс. руб.

Специфические особенности электрической тяги привлекли к электровозам внимание горнопромышленных предприятий и фирм. В 1882 г. фирмой «Siemens & Halske» был построен первый рудничный электровоз. Один из электровозов, построенных в 1896 г., эксплуатировался успешно до 1913 г.

В 1893 г. американская фирма Всеобщая компания электричества (C«AEG») соорудила четырехосный электровоз весом 30 т и мощностью 240 л. с. Немецкая фирма «Brown, Boveri & С0» выпустила электровозы мощностью 900 л. с. В 1906 г. три таких электровоза работали на проводке поездов через Симплонский тоннель.

Электровоз имел два мотора трехфазного тока, работающих при напряжении 3300 В. Моторы передавали движение трем ведущим осям электровоза. Они были непосредственно связаны со средней осью, от которой с помощью кривошипов и шатунов вращение передавалось двум другим осям. Диаметр ведущих колес 1640 мм. Общий вес электровоза 62 т, из них электрическая часть весила 28 т, механическая 34 т. Электровоз развивал скорость от 34 до 68 км/ч. Сила тяги при тихом ходе 6000 кг, а при повышенных скоростях 3500 кг. Вес поездов, обслуживаемых электровозами фирмы «Brown, Boveri & С0», составлял для пассажирских составов до 365 т, товарных 465 т. В 1907 г. в США фирма «Westinghouse Electric» построила электровоз мощностью 960 л. с

В 1909 г. на железных дорогах Италии работало до 180 электровозов трехфазного тока. В период первой мировой войны создают сверхмощные электровозы весом до 275 т.

Среди конструкций железнодорожных локомотивов, появившихся в период интенсивного распространения электровозов, необходимо упомянуть о пароэлектровозе, построенном в 1894 г. во Франции Эльмапом. Конструктор создал локомотив, обладающий высокой скоростью и плавностью хода. Пароэлектровоз приводился в действие от электромоторов, получающих ток от установленной на нем же динамомашины, которой, в свою очередь, передавала движение паровая машина. Ввиду огромного конструктивного веса машины она не получила распространения.

Идея Эльмапа была осуществлена лишь после появления двигателя внутреннего сгорания. В период между 1900 и 1909 гг. велись работы по созданию «бензо-электрической» тяги.

В 1909 г. на Коломенском заводе разработали проект тепловоза с электрической передачей. Энергетическая установка состояла из двух трехцилиндровых дизелей общей мощностью 1 тыс. л. с, которые приводили в движение один генератор, расположенный между ними. Ток подавался к четырем электродвигателям тепловоза, опорой кузова которого служили две четырехосные тележки.

В период с 1905 по 1920 г. были в основном завершены проектно-конструкторские работы, связанные с созданием мощного тепловоза с электрической системой передачи. В 20-е годы тепловозы вышли на железнодорожные магистрали ряда стран мира, в том числе и в СССР.

Начало развитию в СССР тепловозостроения с электрической передачей было положено работами профессора Я. М. Гаккеля, разработавшего проект локомобиля в 1920—1921 гг. Для рассмотрения проекта при Госплане была создана Комиссия по тепловозам, преобразованная затем в Комиссию по тепловозам при ВСНХ. 4 января 1922 г. Совет Труда и Обороны принял постановление о постройке тепловозов.

В 1924 г. тепловоз по проекту Я. М. Гаккеля был построен. Это был один из первых в мире крупных работоспособных тепловозов, мощностью около 1 тыс. л. с. В ноябре 1924 г. тепловоз системы Я. М. Гаккеля совершил опытный рейс от Ленинграда до Обухово Октябрьской железной дороги, а 16 января 1925 г. привел грузовой состав в Москву.

Постройка тепловоза, финансировавшаяся ВСНХ, велась на четырех петроградских заводах: Балтийском судостроительном, «Электросиле», «Красном путиловце», «Электрике».

В это время строительство тепловозов началось в Германии, Англии, Швеции и в ряде других стран.

Шухардин С. "Техника в её историческом развитии"