История развития железных дорог

 

Российское правительство озаботилось вопросами прокладки железной дороги в начале XIX века. Базой для этого направления стал Департамент водных коммуникаций, созданный в 1798 году по утверждённому императором Павлом I проекту. Организацию возглавил Н. П. Румянцев^{HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%B6%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%B0" \l "cite_note-.D0.A3.D1.80.D0.B0.D0.BB-2004-7"} . Департамент при Румянцеве действовал успешно, активно развивался и в 1809 году и расширил свои полномочия и был переименован в Управление водяными и сухопутными сообщениями. На базе, построенной Румянцевым, в том же 1809 году был создан военный Институт корпуса путей сообщения.

После победы в Отечественной войне 1812 года работы над усовершенствованием системы коммуникаций были продолжены. В завершающую стадию они вступили во второй четверти XIX века. Институт корпуса путей сообщения выпустил плеяду высококвалифицированных, современных специалистов для строительства и эксплуатации российских железных дорог.

Кроме решения технических и кадровых вопросов, необходимо было преодолеть общественное мнение: в России в это время количество противников строительства железных дорог существенно превалировало над сторонниками.

Основным доводом противников строительства железных дорог был климат - полгода зимы с морозами и вьюгами: да и где взять такую тьму топлива, чтобы вечно не угасал огонь под ходуном- самоваром?

Английская пресса 1820-х годов выдвигала следующие аргументы:

Железные дороги помешают коровам пастись, куры перестанут нести яйца, отравленный дымом воздух будет убивать пролетающих мимо птиц, дома близ дороги погорят, в случае взрыва паровоза будут разорваны на куски все пассажиры.

Но, не смотря на это, развитие железнодорожной отрасли все нашло место для развития в истории.

Проект Царскосельской железной дороги был утверждён 21 февраля 1836г. Строительство началось 1 мая 1836г. Официальное торжественное открытие первой в России железной дороги общественного пользования состоялось в Санкт - Петербурге 30 октября по старому стилю (11 ноября - по новому) 1837 года. Машинистом первого поезда, который состоял из паровоза «Проворный» и восьми вагонов стал сам Ф.Герстнер. Члены Правления дороги пригласили на открытие императора Николая I и других почётных гостей. Пассажиры заняли свои места, и в 2 часа 30 минут пополудни поезд, плавно отошёл от перрона. Через 35 минут под громкие аплодисменты встречавших и крики «Ура!» первый поезд прибыл на станцию Царское село. Поездка от Петербурга до Царского села заняла 35 минут, а обратная поездка - 27 минут; максимальная скорость достигала 64км/ч, а средняя составила 51км/ч.

Днём рождения электрической тяги принято считать 31 мая 1879г., когда на промышленной выставке в Берлине демонстрировалась первая электрическая железная дорога длиной 300м, построенная Вернером Сименсом. Электровоз, напоминавший современный электрокар, приводился в движение электродвигателем мощностью 9,6кВт (13л.с.). Электрический ток напряжением 160В передавался к двигателю по отдельному контактному рельсу, обратным проводом служили рельсы, по которым двигался поезд - три миниатюрных вагончика со скоростью 7км/ч, скамейки вмещали 18 пассажиров.

В настоящее время общая протяженность электрических железных дорог во всем мире достигла 200тыс. км, что составляет примерно 20% общей их длины. Это, как правило, наиболее грузонапряженные линии, горные участки с крутыми подъемами и многочисленными кривыми участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением электропоездов.

 

Техника электрических железных дорог за время их существования изменилась коренным образом, сохранился только принцип действия. Применяется привод осей локомотива от электрических тяговых двигателей, которые используют энергию электростанций. Эта энергия подводится от электростанций к железной дороге по высоковольтным линиям электропередачи, а к электроподвижному составу - по контактной сети. Обратной цепью служат рельсы и земля.

Применяются три различные системы электрической тяги - постоянного тока, переменного тока пониженной частоты и переменного тока стандартной промышленной частоты 50Гц. В первой половине текущего столетия до Второй мировой войны применялись две первые системы, третья получила признание в 50-60-х годах, когда началось интенсивное развитие преобразовательной техники и систем управления приводами. В системе постоянного тока к токоприёмникам электроподвижного состава подводится ток напряжением 3000В (в некоторых странах 1500В и ниже). Такой ток обеспечивают тяговые подстанции, на которых переменный ток высокого напряжения общепромышленных энергосистем понижается до нужного значения и выпрямляется мощными полупроводниковыми выпрямителями, ранее использовались электромеханические или ртутные выпрямители.

Достоинством системы постоянного тока в то время была возможность применения коллекторных двигателей постоянного тока, обладающих превосходными тяговыми и эксплуатационными свойствами. А к числу её недостатков относится сравнительно низкое значение напряжения в контактной сети, ограниченное допустимым значением напряжения двигателей. По этой причине по контактным проводам передаются значительные токи, вызывая потери энергии и затрудняя процесс токосъёма в контакте между проводом и токоприемником. Интенсификация железнодорожных перевозок, увеличение массы поездов привели на некоторых участках постоянного тока к трудностям питания электровозов из-за необходимости увеличения площади поперечного сечения проводов контактной сети (подвешивание второго усиливающего контактного провода) и обеспечения эффективности токосъёма.

В 1950-е годы был создан более мощный восьмиосный электровоз постоянного тока ВЛ8, а затем - ВЛ10 и ВЛ11. В это же время в СССР и Франции были начаты работы по созданию новой более экономичной системы электрической тяги переменного тока промышленной частоты 50Гц с напряжением в тяговой сети 25000В. В этой системе тяговые подстанции, как и в системе постоянного тока, питаются от общепромышленных высоковольтных трехфазных сетей. Но на них нет выпрямителей. Трехфазное напряжение переменного тока линий электропередачи преобразуется трансформаторами в однофазное напряжение контактной сети 25000В, а ток выпрямляется непосредственно на электроподвижном составе. Легкие, компактные и безопасные для персонала полупроводниковые выпрямители, которые пришли на смену ртутным, обеспечили приоритет этой системы. Во всем мире электрификация железных дорог развивается по системе переменного тока промышленной частоты.

Для новых линий, электрифицированных на переменном токе частотой 50Гц, напряжением 25кВ, были созданы шестиосные электровозы ВЛ60 с ртутными выпрямителями и коллекторными двигателями, а затем восьмиосные с полупроводниковыми выпрямителями ВЛ80 и ВЛ80с. Электровозы ВЛ60 также были переоборудованы на полупроводниковые преобразователи и получили обозначение серии ВЛ60к.

С 1987г. в силу объективных и субъективных причин начался спад производства электровозов. В 1995-1998гг. выпуск составлял всего несколько электровозов в год. Несмотря на это, благодаря усилиям руководителей и коллективов удалось избежать разрушения ВЭлНИИ и НЭВЗ, сохранить основных специалистов и профиль производства. Коллектив Новочеркасских электровозостроителей в этот тяжелый период оперативно реагировал на просьбы МПС РФ. В связи с недостатком в пассажирских электровозах на базе секции серийно выпускавшегося грузового электровоза ВЛ85 были созданы пассажирские электровозы ВЛ65 с максимальной скоростью 120км/ч (1993г.), ЭП1-140км/ч (1998г.) и электровоз двойного питания типа ЭП10 с асинхронными тяговыми двигателями 160км/ч (1998г.), электропоезд переменного тока типа ЭНЗ с асинхронными тяговыми двигателями на отечественной элементной базе (2000г.). В этот же период были впервые в практике Новочеркасских электровозостроителей созданы два типа шахтных электровозов: контактный КН10 (1994 г.) и аккумуляторный АРПН14 (1996 г.).

Таким образом, в условиях глубокого системного кризиса в экономике коллектив Новочеркасских электровозостроителей не прекращал работы по созданию тяговых средств, для электрифицированных железных дорог. При создании новых электровозов осуществлялись планы наилучшего выполнения следующих условий: реализация при большой осевой мощности, максимальной силы тока и сцепления, обеспечение минимального воздействия на путь и минимальных энергозатрат.

Однако из-за отсутствия в стране обоснованных долгосрочной экономической стратегии и промышленной политики в условиях резкого спада объемов перевозок катастрофически сократилось количество заказываемых электровозов. Хорошо отлаженный механизм взаимосвязи МПС и промышленности, выпускающей железнодорожный подвижной состав, созданный при плановой экономике, перестал существовать, а новый эффективный механизм взаимодействия потребителей и производителей подвижного состава, финансовых институтов и государства по аналогии с системой, существующей в развитых странах, не был создан. Такой механизм отсутствует и сегодня.

В настоящее время в связи с возрождением экономики страны стремительно растет грузооборот, а произошедший положительный сдвиг в социальной сфере стимулирует транспортную активность населения. С растущими транспортными потребностями при имеющемся парке электровозов российские железные дороги справляются с большим напряжением. Учитывая что и дальнейший грузооборот будет расти примерно на 8-10% в год, что ежегодно будут вводиться в строй новые электрифицированные линии (1800км до 2015г.) и что 40-60% парка электровозов (в зависимости от назначения) выработали свой ресурс (табл. 1), годовая потребность в новых электровозах, по расчетам РЖД, составит от 300шт. в 2007 г. до 750 шт. в 2015г. построены.

Опыты с другими видами тяги.

Одним из результатов эволюции железной дороги является поезд, висящий под действием магнитной силы. Испытания этой системы многообещающие. С другой стороны, эксперименты были направлены на создание гравитационного поезда, приводимого в движение силой тяжести, наподобие поездов парка аттракционов, которые, будучи запущенными один раз, движутся вперед благодаря взаимодействию силы тяжести, действующей на них, и собственной инерции.

В СССР предпринимались попытки разработать локомотив с атомной энергетической установкой. Его положительные стороны (неограниченная автономность, высокая тяговогружённость) перекрывались серьёзными недостатками (экологическая опасность, необходимость реконструкции инфраструктуры железных дорог), и разработки в этой области были прекращены.

 

Классификация электровозов

По роду тока различают электровозы постоянного, переменного тока и двойного питания. На электровозах переменного тока имеются понижающие трансформаторы, поэтому рабочее напряжение тяговых двигателей и вспомогательных машин может быть выбрано независимо от напряжения сети, т. е. изоляция их будет рассчитана на меньшее напряжение. Это позволяет при прочих равных условиях применять тяговые двигатели более высокой мощности.

Принципиально электровозы переменного тока различаются от электровозов постоянного тока основным электрическим оборудованием.

Электровозы постоянного тока включают в себя тяговые двигатели и пускорегулирующую аппаратуру - пусковые резисторы и аппараты, с помощью которых управляют работой тяговых двигателей и вспомогательных машин.

На электровозах двойного питания установлены трансформаторы и выпрямитель, работающие на участках переменного тока, и пусковые резисторы для пуска и разгона тяговых двигателей на участках переменного и постоянного тока.

Электровозы различают также по назначению - грузовые, пассажирские, маневровые и, кроме того, по числу осей - четырех, шести и восьмиосные.

По типу привода, т.е. типу передачи вращающего момента с вала тяговых двигателей на движущие колесные пары различают электровозы с индивидуальным и групповым приводом.

При индивидуальном приводе тяговый двигатель или два спаренных тяговых двигателя через зубчатую передачу соединены с одной движущей колесной парой. В случае группового привода от тягового двигателя вращающий момент передается на несколько движущих колесных пар через зубчатые передачи или спарники. В этом случае тяговый двигатель должен быть по своей мощности больше чем двигатели при индивидуальном приводе.

Ходовые части электровозов характеризуют осевой формулой. Например, осевая формула 30+30 показывает, что электровоз шестиосный, имеет две трехосные тележки. Индекс «о» обозначает индивидуальный привод от тягового двигателя к оси; знак «+» указывает на то, что обе тележки связаны шарнирно и; следовательно, передача тягового усилия к поезду производится через их рамы. Осевая формула.20-20-20-20 показывает, что электровоз восьмиосный, имеет четыре двухосные тележки, которые друг с другом не соединены, и тяговые усилия к поезду передаются через рамы кузова.

Всем электровозам отечественного производства присвоено обозначение ВЛ в честь Владимира Ильича Ленина. Номер в наименовании соответствует определенным типам электровозов: от 1 до 18 - восьмиосные постоянного тока (например, ВЛ8, ВЛ10), от 19 до 39 - шестиосные постоянного тока (ВЛ19, ВЛ23); от 40 до 59- четырехосные переменного тока (ВЛ40, ВЛ41); от 60 до 79- шестиосные переменного тока (ВЛ60К); от 80 - восьмиосные переменного тока и двойного питания (ВЛ80с, ВЛ82м).
На электровозах, помимо механического, может быть применено электрическое торможение. Различают электрическое торможение рекуперативное и реостатное. К обозначению серии электровозов с рекуперативным торможением добавляют букву «р», а с реостатным - букву «т» например, ВЛ80т, ВЛ80р.