Теплово́з
— автономный локомотив , первичным двигателем которого является дизель .
Появившийся в начале XX века в СССР тепловоз стал экономически выгодной заменой как низкоэффективным устаревшим паровозам , так и появившимся в то же время электровозам , требующим существенных дополнительных затрат на электрификацию пути и рентабельным лишь на магистралях со сравнительно большим грузо- и пассажиропотоком.
За прошедший век в конструкции тепловоза было опробовано и внедрено множество усовершенствований: мощность дизеля возросла с нескольких сотен лошадиных сил до шести тысяч ( ТЭП80 ) и выше, на разных типах тепловозов используются различные способы передачи энергии двигателя на колёсные пары , значительно возросло удобство управления и обслуживания тепловоза, снизились выбросы в атмосферу. Тепловозы строятся и используются во всем мире.
Общая характеристика
Дизельный двигатель тепловоза преобразует химическую энергию сгорания жидкого топлива или горючего газа (ТЭ4) в механическую работу вращения коленчатого вала , от которого момент вращения через тяговую передачу передается ведущим колесным парам. В случае использования на тепловозе
электрической
передачи дизелем вращается тяговый генератор, преобразующий механическую энергию вращения дизеля в электрическую. Электрическая энергия передается тяговым электродвигателям (ТЭД), связанным механически с колесными парами. ТЭДы электроэнергию преобразуют в механическую энергию движения локомотива. При наличии индивидуального привода каждый ТЭД связан с одной колесной парой, при групповом— один ТЭД может приводить несколько колесных пар. При использовании
гидропередачи
дизель приводит гидроагрегат, при
механической
— коробку перемены передач.
К основным элементам конструкции тепловоза относятся кузов и рама, дизель— один или несколько, ударно-тяговые приборы (автосцепное оборудование), элементы передачи, ходовая (экипажная) часть— тележки и тормозное оборудование. К вспомогательным узлам— системы охлаждения и воздухоснабжения дизеля, песочная система, система пожаротушения, электрооборудование ит.д. При наличии газодизельного или газового двигателя на тепловозе имеется либо газогенераторная секция, либо оборудование для хранения сжиженного или сжатого природного газа с системой газоснабжения двигателя (газодизеля или конвертированного дизеля).
Общий принцип работы и конструкция
Схема компоновки советского экспортного тепловоза ТЭ109 с электрической передачей переменно-постоянного тока
на схеме помечены:
1—
дизель
| 2— холодильная камера | 3— высоковольтная камера |
4—
выпрямительная
установка
|
5—
тяговый электродвигатель
|
6— тяговый генератор
| 7— стартер-генератор | 8— глушитель |
9— бак для воды |
10— передняя кабина
машиниста
|
11— задняя кабина
машиниста
|
12—
аккумуляторная батарея
|
13—
топливный бак
| 14— воздушный резервуар | 15— тележка | 16— топливный насос |
17— бункер песочницы |
18—
колёсная пара
|
19—
метельник
|
20—
буфера
|
Зависимость силы тяги от скорости движения является основной характеристикой тепловоза и называется
тяговой характеристикой
. Для случая максимального использования мощности локомотива график такой характеристики представляет собой гиперболу , в каждой точке которой произведение силы тяги на скорость локомотива равно его максимальной мощности.
Модель десятицилиндрового дизеля 2Д100, применявшегося на тепловозах ТЭ3
Дизель-генератор тепловоза ЧМЭ3
При движении механическая энергия на валу дизеля, как правило, сначала преобразуется в электрическую (тепловоз с электропередачей ) или энергию другого вида, а затем уже в механическую, которая и вращает колёса. Цель такой передачи— обеспечить близкий к оптимальному режим работы дизеля в разных точках графика тяговой характеристики локомотива, то есть при любой скорости движения поезда любого веса.
Виды передач
Основная сложность при создании тепловоза заключалась в его неработоспособности при непосредственном соединении вала дизеля с колёсными парами из-за несоответствия скоростной характеристики дизеля и тяговой характеристики локомотива. И история создания тепловоза— как пригодного к эксплуатации локомотива— по сути является историей создания передачи, делающей работоспособной систему «локомотив с дизелем». Дизель развивает максимальный крутящий момент при относительно высоких оборотах, максимальную мощность— на еще более высоких оборотах. Локомотиву максимальная тяга необходима при трогании с места, то есть
от нулевой
скорости. В дальнейшем, по мере разгона поезда, тяга может существенно уменьшаться. Локомотив должен иметь гиперболическую тяговую характеристику. Паровоз и электровоз постоянного тока, появившиеся раньше, оказались долговечными типами локомотива именно потому, что изначально обладают такой характеристикой. Для обеспечения же согласования характеристик дизеля как двигателя и локомотива как тяговой машины требуется передача. В современных тепловозах используются электрическая, гидравлическая/гидромеханическая и механическая передачи. До введения передачи делались попытки создания специальных дизелей (Гриневецкий), использования дополнительных источников энергии в виде подачи в цилиндры дизеля сжатого воздуха (тепловоз Р. Дизеля и Адольфа Клозе), построение теплопаровозов, для тех же целей использовавших пар. Все эти попытки оказались неудачными, а в исторической перспективе— бессмысленными, так как вместо адаптации системы локомотива для работы со вполне удачным двигателем превращали этот двигатель в нечто странное.
Механическая передача
Механическая передача включает фрикционную муфту, коробку передач с реверс-редуктором; а также карданные валы с осевыми редукторами или отбойный вал с дышловой передачей. М. П. обладает относительно высоким КПД и небольшим весом при передаче небольшой мощности, однако при переключении передач неизбежно возникают рывки. На практике её используют на локомотивах малой мощности и на ( мотовозах ), дрезинах и автомотрисах . Единственным в мире магистральным тепловозом с мощностью дизеля 1200 л. с., имевшим такую передачу, был ломоносовский Эмх3, первоначально Юм005. Эксплуатация его на Ашхабадской дороге показала техническую несостоятельность механической передачи в магистральном тепловозе такой мощности— несмотря на специально принимаемые меры, элементы передачи, особенно конические шестерни, при переключении передач из-за рывков выходили из строя. А на дорогах со сложным профилем дело доходило до разрыва поезда. Не изменилось положение и после снижения мощности дизеля до 1050 л. с. Поэтому Эмх оказался первым и последним магистральным тепловозом такого типа.
Электрическая передача
Экспортный советский тепловоз с передачей переменно-постоянного тока ТЭ109
В электрическая вал дизеля вращает тяговый генератор , питающий тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращение вала ТЭД передаётся колёсной паре— при индивидуальном приводе— через осевой редуктор. Редуктор представляет собой соединённые зубчатые колёса, располагающиеся на валу ТЭД и оси колёсной пары. Электропередача постоянного тока обладает гиперболической тяговой характеристикой, при которой увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение— ускорение локомотива, легко управляется и регулируется. Электропередача позволяет управлять несколькими тепловозами по системе многих единиц из одной кабины. Недостатками её являются большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования. Электропередача обеспечивает электродинамическое (реостатное) торможение, при котором ТЭД работают как генераторы, нагруженные тормозными реостатами; за счёт сопротивления вращению валов ТЭД осуществляется торможение. При электродинамическом торможении меньше износ тормозных колодок.
Первоначально в тепловозах ввиду простоты устройства и исключительно удачных характеристик использовалась электропередача постоянного тока. Так, первые в мире тепловозы Ээл2 и Щэл1 вообще оказались концептуально пригодны для поездной работы именно благодаря электропередаче постоянного тока с регулированием по схеме Варда Леонардо. Однако из-за большого веса агрегатов и наличия механически изнашиваемых электрически нагруженных элементов конструкции— коллекторов, требующих тщательного ухода и ограничивающих рабочий ток якорей— в дальнейшем (в СССР с конца 1960-х годов) с ростом передаваемой мощности стали постепенно внедряться агрегаты переменного тока. Их внедрению содействовало появление компактных, недорогих и весьма надежных кремниевых выпрямителей. Первоначально были внедрены тяговые генераторы переменного тока с выпрямителями с ТЭД постоянного (пульсирующего) тока. В СССР первыми серийными тепловозами с передачей переменно-постоянного тока стали грузопассажирский экспортный ТЭ109, пассажирский ТЭП70 и грузовой 2ТЭ116.
Первый в мире тепловоз с асинхронными ТЭД переменного тока был построен компанией Brush Traction , а первым отечественным опытом использования асинхронных ТЭД стал опытный тепловоз ВМЭ1А . Особенностью использования асинхронных ТЭД является необходимость управления частотой питающего их напряжения для получения необходимой характеристики. В 1975 году в СССР на базе тепловоза ТЭ109 был построен опытный тепловоз ТЭ120 с электрической передачей переменного тока, где использовались тяговый генератор и ТЭДы переменного тока. Электрической передачей переменного тока оснащён отечественный маневровый тепловоз ТЭМ21.
Использование генераторов и ТЭД переменного тока позволяет увеличить мощность передачи, снизить массу, существенно повысить надёжность в эксплуатации и упростить обслуживание. Использование асинхронных тяговых двигателей, ставшее возможным после появления полупроводниковых тиристоров , значительно снижает возможность боксования тепловоза, что позволяет уменьшить массу локомотива при сохранении его тяговых свойств. За счет облегчения двигателей, конструктивно интегрированных в тележки, повышается плавность хода тепловоза и уменьшается его воздействие на путь. Даже в случае использования промежуточных блоков— выпрямителя и инвертора— применение синхронного генератора с асинхронными ТЭД оказывается оправданным экономически и технически. Передачи постоянного тока, отличающиеся сравнительной простотой конструкции, продолжают использоваться на тепловозах до 2000л.с.
Гидравлическая передача
Немецкий маневровый тепловоз
с гидравлической передачей
Гидравлическая передача включает собственно гидропередачу и механическую передачу на колесные пары (см. выше). В гидропередаче крутящий момент преобразуется с помощью гидромуфт и гидротрансформаторов . В общем виде гидропередача представляет собою комбинацию нескольких гидротрансформаторов и/или гидромуфт, реверс-редуктора и одной или нескольких шестеренчатых передач. Гидромуфта состоит из насосного колеса, вращаемого двигателем, и турбинного колеса, с которого снимается мощность. Насосное и турбинное колеса находятся на минимальном расстоянии друг от друга в герметической торообразной полости, заполненной жидкостью (маслом), передающей энергию вращения насосного колеса турбинному. В отличие от гидромуфты гидротрансформатор имеет промежуточное— реакторное колесо, именяющее направление и силу потока масла на турбинном колесе. Регулировка передаваемого крутящего момента в гидромуфте осуществляется изменением количества рабочей жидкости (масла) на лопатках насосного и турбинного колеса. Для повышения КПД гидропередачи используются самоблокирующиеся обгонные муфты, пакеты фрикционов, на определенных режимах замыкающие элементы передачи. Гидравлическая передача легче электрической, не требует расхода цветных металлов, менее опасна в эксплуатации. Однако гидропередача— прецизионно точный агрегат, требующий высокой квалификации и технической культуры обслуживающего персонала, а также высокого качества масел; ввиду несоблюдения указанных «условностей» и недоведенности конструкции эксплуатация тепловозов ТГ в СССР не была успешной. В СССР и в России гидропередача применяется главным образом на маневровых тепловозах (ТГМ), а также на магистральных тепловозах малых серий ( ТГ102 — самая многочисленная нормальной колеи; ТГ16 , ТГ22 — узкоколейные для Сахалинской ж. д.).
Подавляющее большинство тепловозов с гидропередачей построено в Германии. На сегодняшний день самым мощным тепловозом сгидропередачей является немецкий Voith Maxima 40CC ( англ. ) мощностью 3600 кВт (5000 л.с. ).
Делались также попытки создания тепловоза с воздушной и газовой передачей (Шелест), однако они стали неуспешными.
Пульт машиниста маневрового тепловоза ЧМЭ3
Пульт машиниста немецкого тепловоза DB-Baureihe 217
Механическая/экипажная часть
Плавность хода тепловоза и его воздействие на рельсы определяется конструкцией экипажной части: тележек с колёсными парами, буксами и рессорным подвешиванием, несущих на себе главную раму и кузов тепловоза, на которых размещается всё остальное оборудование локомотива. Тележки могут быть двух-, трёх-, или четырёхосными, то есть имеющими две, три, или четыре колёсные пары. Колёсные пары могут быть как движущими, так и бегунковыми. На современных магистральных тепловозах, как правило, все колёсные пары являются движущими. Масса локомотива, передающаяся на рельсы через движущие колёсные пары, называется сцепным весом . Обозначение схемы колёсных пар локомотива принято называть его осевой характеристикой .
При индивидуальном приводе тяговые электродвигатели устанавливаются на тележки колёсных пар и закрепляются там двумя возможными способами: опорно-рамным подвешиванием , когда двигатель закрепляется только на раме тележки, и опорно-осевым , когда часть веса двигателя приходится и на ось колёсной пары. Примером первого способа подвешивания могут служить отечественные пассажирские тепловозы ТЭП60 и ТЭП70, а второго— грузовые ТЭ3, М62, 2ТЭ116.
Часть кузова, где размещаются дизельные двигатели, называется машинным отделением , отделение с электрооборудованием— высоковольтной камерой ; также тепловоз (секция тепловоза) может иметь одну или две кабины машиниста .
Кузов может быть несущим или иметь отдельную раму. Вариант с рамой проще в построении и эксплуатации, тогда как несущий кузов отличается меньшей массой и более высокой прочностью.
Рамы тележек опираются на оси колёсных пар через буксы. Букса содержит подшипники качения и по своей конструкции может быть как челюстной , когда она свободно вставлена в специальный вырез в раме тележки, так и бесчелюстной , когда связь между тележкой и буксой обеспечивают специальные поводки с шарнирами. Примерами первого типа букс служат отечественные тепловозы ТЭ3, М62 и ТЭМ2, второго— ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116. Преимуществом бесчелюстных букс является отсутствие возможности их свободного перемещения относительно рамы тележки, что исключает трение скольжения в направляющих, уменьшает виляние колёсной пары, повышает долговечность буксового узла.
Особое внимание уделяется пожаробезопасности тепловоза и эргономике рабочего места машиниста (снижение вибраций, шумоизоляция кабины, сист
ема кондиционирования ит.п.)
- Экипажная часть отечественных магистральных тепловозов
-
Тележка тепловоза ТЭ2 , челюстные буксы
-
Тележка тепловоза ТЭП10 , челюстные буксы
-
Тележка тепловоза ТЭП60 , поводковые буксы, балансиры
Охлаждение дизеля
Охлаждение дизеля чаще всего осуществляется при помощи воды, в свою очередь охлаждаемой в радиаторах, обдуваемых вентиляторами. Радиаторы, вентиляторы и воздушные каналы располагаются в холодильной камере тепловоза (в холодильнике). Масло первоначально охлаждалось аналогичным образом, однако воздушное охлаждение масла значительно менее эффективно и затратно с точки зрения применения меди. Поэтому в дальнейшем на тепловозах стали использовать более компактный
водомасляный теплообменник
, в котором масло охлаждается с помощью воды, также охлаждаемой в воздушном холодильнике. Наддувочный воздух, поступающий в дизель, также нуждается в охлаждении, поэтому часто используется
двухконтурная система охлаждения
дизеля— в первом контуре вода охлаждает детали дизеля, а во втором— наддувочный воздух и горячее масло. Более глубокое охлаждение второго контура позволяет повысить надёжность и экономичность тепловозного дизеля.
СМЕ (СМЕТ)
Тепловозы в СССР выпускались в составе одной, двух, реже— трёх или четырёх секций. Мощность одной секции тепловоза может составлять до 6600 л.с. (американский EMD DDA40X ), но у серийных тепловозов не превышает 4000л.с. (ТЭП70 и 2ТЭ121).
Для увеличения мощности тепловоза используется эксплуатация нескольких секций, объединённых по системе многих единиц ( СМЕТ ). При такой системе все секции управляются машинистом с одного поста. Как правило, возможна совместная работа только секций одной серии, однако в некоторых странах существуют стандарты такого соединения, поддерживаемые многими сериями тепловозов. В частности, такой стандарт существует в странах Северной Америки . В США используется и беспроводной интерфейс связи между двумя тепловозами, ведущими один поезд. Это делается в случае, когда второй тепловоз стоит в середине состава, что облегчает преодоление поездом сложных участков дороги с перевалистым профилем. В России в 1999—2002 годах также проходила испытание система Радио-СМЕТ, но широкого внедрения она не получила.
Классификация
Магистральный грузовой тепловоз с гидравлической передачей ТГ102
По роду службы
тепловозы классифицируются на поездные, маневровые и промышленные. В свою очередь среди поездных, или магистральных, выделяют грузовые, пассажирские и грузопассажирские. Назначение тепловоза определяется его техническими характеристиками— так, для грузовых тепловозов важна в первую очередь значительная сила тяги, тогда как у пассажирских важна высокая скорость. Маневровые и промышленные локомотивы обычно используются для передвижения вагонов в пределах станции или на подъездных путях предприятий с малыми радиусами кривых. Именно поэтому большинство таких локомотивов— тепловозы, так как для работы на любых, в том числе неэлектрифицированных вспомогательных путях, важна автономность энергетической установки
.
Промышленный тепловоз с гидропередачей ТГМ4Б
Маневровый тепловоз ЧМЭ3 с вибропантографом
По типу передачи
выделяются следующие типы тепловозов:
- с электропередачей
- с гидравлической передачей
- с механической передачей
Первые советские тепловозы обозначались буквой серии паровоза схожей мощности, а верхний индекс указывал на тип передачи. Например, Щ
ЭЛ
, Э
МХ
, О
ЭЛ
ит.п.
В наименованиях большинства серийных тепловозов, производившихся в СССР, буквы обозначают следующее:
-
Т
— тепловоз
-
Э
— электрическая передача
-
Г
—
гидравлическая передача
-
П
— пассажирский
-
М
— маневровый
Стоящая впереди цифра обозначает количество секций (например, 2ТЭ116— тепловоз из двух секций. 4ТЭ10С— четырехсекционный тепловоз). Отсутствие впереди цифры указывает на тепловоз из одной секции. В наименованиях большинства магистральных тепловозов по номеру серии можно определить и завод-изготовитель:
-
От 1 до 49
—
Харьковский завод транспортного машиностроения
,
-
От 50 до 99
—
Коломенский тепловозостроительный завод
,
-
От 100 и выше
—
Луганский тепловозостроительный завод
Данная система обозначения сохранилась в России, однако в других странах, входивших в СССР, она изменена. Связано это с переводом обозначений на национальные языки.
В других странах обозначения серий тепловозов устанавливаются либо железными дорогами (как в Англии и Франции ), либо фирмами-изготовителями (например, в США ).
Не следует путать тепловоз с другими видами локомотивов или МВПС .
-
Дизель-поезд (равно как и скоростные дизель-поезда Flying Hamburger , поезда ICE TD системы Intercity-Express и первые образцы TGV )— это самостоятельная разновидность моторвагонного подвижного состава .
Электротепловоз — тип локомотива, который может работать как в режиме тепловоза, так и в режиме электровоза ( не путать! Дизель-электровоз— тепловоз с электропередачей).
Газотурбовоз — локомотив с газотурбинным двигателем .
Локомобиль — автомобиль, который способен становиться на рельсы и осуществлять на них маневровые работы с железнодорожными вагонами, а также выполнять вспомогательные работы, например очистку путей от снега или погрузочно-разгрузочные работы при помощи крана.
История тепловозостроения
Мировое тепловозостроение
Первый локомотив, использовавший двигатель внутреннего сгорания, был построен Готтлибом Даймлером . Он представлял собой двухосную узкоколейную мотрису с двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания . Первая известная демонстрация произошла 27 сентября 1887 года в Штутгарте на фольклорном фестивале. Фактически это был аттракцион, некоторые последующие модификации этого локомотива использовались в качестве трамвая .
Первый экспериментальный тепловоз для работы на магистральных линиях был разработан под руководством Рудольфа Дизеля в 1909 году , построен к сентябрю 1912 года , однако из-за возникших при испытаниях проблем, а также начавшейся Первой мировой войны его доработка так и не была закончена.
В июле 1913 года американская компания General Electric выпустила мотовоз, работавший на бензине, однако свернула производство подобного вида локомотивов через несколько лет, перейдя на производство дизельного тепловоза с целью удешевить локомотивное топливо . Специально для тепловозов General Electric разработала и построила свой дизель. Первые, коммерчески неуспешные образцы, оставшиеся опытными, выпускались General Electric в 1917 — 1918 гг .
Развитие дизельной тяги в Нью-Йорке получило толчок благодаря закону (Kaufman Act), принятому в 1923 году , который предполагал полное запрещение эксплуатации паровозов в пределах Нью-Йорка в течение последующих нескольких лет. Электрическая же тяга была экономически невыгодна на маршрутах с малым пассажиро- и грузопотоком.
В декабре 1923 года компаниями General Electric и Ingersoll Rand ( en ) был построен демонстрационный тепловоз , 14 августа 1924 года совершивший показательную поездку с 93 пустыми вагонами .
В 1925 году свой первый тепловоз выпускает компания ALCO ( en ). Тепловоз с электропередачей получил обозначение AGEIR, являющееся аббревиатурой трёх компаний-партнёров: электрооборудование для тепловоза производит General Electric, дизель— компания Ingersoll Rand.
Первые тепловозы предназначались для маневровых, а позже и для пассажирских работ. Первый тепловоз, предназначенный специально для вождения пассажирских поездов, появился в 1928 году в результате сотрудничества нескольких американо-канадских локомотивостроительных компаний .
После Второй мировой войны , когда экономически более эффективная дизельная тяга начинает активно вытеснять паровозную, лидером тепловозостроения в Северной Америке становится компания General Motors . General Motors и General Electric остаются флагманами североамериканского тепловозостроения и в новом, XXI веке .
В 1929—1930гг. немецкие тепловозы с электро- и гидропередачей поступили на железные дороги Японии , став первыми тепловозами в этой стране. Больше немецкие тепловозы никто нигде, в том числе в Германии, не видел.
В 1934 году было построен первый тепловоз с электропередачей в Китае компанией Dalian Works. В начале 1950-х Китай импортировал тепловозы ТЭ1 из Советского Союза и тепловозы M44 ( hu ) из Венгрии (получившие обозначение ND1 и проработавшие до 1984 года ). На базе венгерских M44 было налажено собственное производство маневровых тепловозов JS. А на базе советских ТЭ3 было организовано производство тепловозов, получивших обозначение DF. Также на рубеже 1960-х— 1970-x годов начали строиться тепловозы с гидропередачей. В дальнейшем Китай не только строил свои тепловозы, но и импортировал их из Германии (NY5, NY6, NY7), Румынии ( ND2 ), Франции (ND4 компании Alstom ) и США (422 локомотива ND5 — C36-7 производства General Electric ; в 2003 году 58 аналогичных тепловозов, ранее эксплуатировавшихся в США, были проданы в Эстонию ) .
Первый в Великобритании магистральный тепловоз British Rail Class D16/1 ( en ) был построен в 1947 году .
Первыми широко используемыми тепловозами в Индии стали маневровые WDS 1 производства General Electric , импортированные в 1944—1945 гг . Первыми магистральными тепловозами с электропередачей на железных дорогах Индии были WDM 1 производства ALCO, импортированные в 1957 — 1958 гг. из США . С 1967 года маневровые и магистральные тепловозы производит индийская компания Diesel Locomotive Works .
Первые тепловозы на железной дороге Индонезии появились в 1953 году , когда туда начали поставлять построенные в США локомотивы серии CC200 .
Тепловоз MaK 600 D производства немецкой фирмы Maschinenbau Kiel , поставлявшийся в Турцию и на Кубу
В середине 1950-х годов производство тепловозов было организовано шведской компанией NOHAB ( en ). Основным импортным заказчиком стали Датские железные дороги. Двадцать тепловозов серии M61 ( hu ) были поставлены в Венгрию , впоследствии став причиной создания советского тепловоза М62 .
Первыми тепловозами в Турции стали маневровые DH33100 производства немецкой фирмы Maschinenbau Kiel, импортированные в 1953 году . В самой Турции производством тепловозов занимается компания Tülomsaş .
В 1956 году тепловозы стали выпускаться венгерской компанией MAVAG , уже имевшей опыт работы с дизельными двигателями в процессе постройки дизель-поездов . Первыми тепловозами стали дизель-электрический М44 и дизель-гидравлический M31 ( hu ). Оба они были маневровыми. Первым магистральным тепловозом компании MAVAG стал M40 ( hu ).
В Греции тепловозы появились в 1961 году , когда туда из США поступили 10 тепловозов RS-8 производства ALCO. В дальнейшем Греция закупала как маневровые, так и магистральные тепловозы в США, Германии, Франции и Румынии .
Российские предшественники советских тепловозов
Прародителями тепловозов Ломоносова и Гаккеля в России были:
-
Так называемые нефтевозы— паровозы , в которых наряду с паровой машиной имелся и двигатель внутреннего сгорания , работавший на нефти .
Проект тепловоза инженеров Ташкентской железной дороги , в котором проблема запуска дизеля решалась возможностью расцепления колёс с осью при помощи пневматической муфты. Муфта была практически испытана на паровозе.
Проект, предусматривавший дополнение паровоза дизель-компрессором, нагнетавшим воздух в паровозные цилиндры. Основной проблемой стало уменьшение температуры воздуха при расширении, вызывавшее замерзание цилиндров во время работы.
Проект первого в мире тепловоза с электропередачей и индивидуальными тяговыми электродвигателями , разработанный инженером Н.Г. Кузнецовым и полковником А.И. Одинцовым. 8 декабря 1905 года авторы сделали с
ообщение на заседании Русского технического общества, вызвавшее одобрительные отзывы. Однако проект реализован не был.
Электровоз предлагаемого нами типа мощностью 360л.с. с составом поезда в шесть гружёных вагонов может пройти из Петербурга в Москву и обратно, ни разу не останавливаясь для взятия топлива и израсходовав на весь прогон только… 1,44т нефти. Такого же запаса топлива для обыкновенного паровоза одинаковой мощности хватило бы всего на 2½ часа хода, или на 150 вёрст. Обыкновенный паровоз должен сделать за это время по крайней мере 15 остановок для взятия воды. … Внастоящее время не представляется затруднительной постройка электровоза в 1000 сил весом не более 120—130т.
— Н.Г. Кузнецов, цитаты из доклада о проекте тепловоза с электрической передачей
-
Проект тепловоза непосредственного действия (то есть без передачи, когда валом двигателя является ось колёсной пары ) на основе опытного двигателя известного учёного в области дизелестроения профессора В.И. Гриневецкого. На малых оборотах двигатель работал при помощи сжатого воздуха, резервуары которого предлагалось установить на тепловоз. В дальнейшем им же была предложена идея использования гидромуфты в качестве передачи.
Проект тепловоза с механической передачей инженера Е.Е. Лонткевича, предложенный им в 1915 году . Предлагалось использовать механическую коробку передач с тремя передаточными числами. Для тихого хода первоначально предлагалось использовать дополнительную электрическую передачу, а в дальнейшем была выдвинута идея использования скользящего сцепления наподобие известной муфты инженера Корейво , применявшейся на колёсных пароходах . Проект не был реализован из-за технических сложностей с созданием зубчатых колёс и муфт передачи.
Проект тепловоза с механическим генератором газа, разработанный студентом Московского высшего технического училища А.Н. Шелестом
под руководством профессора В.И. Гриневецкого. В цилиндрах паровозного типа предлагалось применять не воздух, а продукты горения с впрыскиванием в них воды. Тепловоз должен был иметь генератор газа, заменяющий паровозный котёл, и машину, работающую по принципу поршневого паровозного двигателя.
Тепловозы в СССР
Первыми тепловозами в СССР были тепловозы Щ эл 1 системы инженера Гаккеля и системы инженера Ломоносова Э эл 2 , оба имели электрическую передачу, были построены в 1924 году и совершили свою первую поездку 6 ноября 1924 года.
Много впечатлений осталось в памяти от первых рейсов на тепловозе. Помню, иду на одной из узловых станций к дежурному докладываться, чтобы зря не держал поезд, а дежурный как раз с диспетчером разговаривает. Пришёл состав,— докладывает дежурный, а паровоза ни в голове, ни в хвосте… Пришлось объяснять, что локомотив в голове, что он в полной исправности и что можно давать отправление.
— Инженер тяги В. Овсянников, воспоминание о первом рейсе тепловоза Щ
эл
1
Первые серийные тепловозы выпускались с 1931 года Коломенским заводом (продолжение серии Э эл , первый двухсекционный тепловоз— серии ВМ, маневровые— серии О), однако в 1941 году в связи с началом Великой Отечественной войны выпуск тепловозов был прекращён. В 1945 — 1946 годах на дороги СССР поступают тепловозы серий Д а и Д б , изготовленные в США . На конец 1946 года тепловозный парк СССР составлял 132 единицы. С марта 1947 года возобновился выпуск отечественных тепловозов. К концу 1955 года 25 тепловозными депо обслуживалось уже 6457км пути, а в 1979 году протяжённость тепловозного полигона достигла ста тысяч километров. В дальнейшем наиболее напряжённые направления были электрифицированы и тепловозный полигон стал несколько сокращаться.
В СССР серийно выпускались тепловозы ТЭ1 (1000л.с. (прим.: здесь и далее секционная мощность), 300 секций), ТЭ2 (1000л.с., 1056 секций), ТЭ3 (2000л.с., 13594 секций), ТЭМ2 (1200л.с., 3160 секций), ТЭП10 (3000л.с., 335 секций), 2ТЭ10 , 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 3ТЭ10М, 2ТЭ10У (3000л.с., с учётом всех модификаций 16921 секция— выпуск продолжается), ТЭП60 и 2ТЭП60 (3000л.с., 1473 секции), М62 , 2М62У, 3М62У (2000л.с., 2363 секции), ТЭП70 (4000л.с., 555 секций— выпуск продолжается), 2ТЭ116 (3000л.с., 3400 секций— выпуск продолжается). Кроме того, в странах СЭВ приобретались маневровые тепловозы: в Венгрии ВМЭ1 (600л.с., 310 секций); в Чехословакии ЧМЭ2 (750л.с., 522 секции), ЧМЭ3 (1350л.с., 7356 секций).
Помимо указанных серий выпускались в небольшом количестве опытные и экспериментальные тепловозы, тепловозы узкой колеи, а также в больших количествах тепловозы небольшой мощности, предназначенные для промышленного транспорта.
Тепловоз-рекордсмен ТЭП80 -0002
Тепловозы в России
С начала 1990-х годов кризис экономики привёл к резкому снижению закупок новых тепловозов. В 1996 году тепловозный парк пополнился лишь двумя магистральными локомотивами, а закупки маневровых тепловозов прекратились вплоть до 2000 года . После 2000 года ОАО «РЖД» стало закупать новые тепловозы десятками в год .
По состоянию на январь 2008 года : На Коломенском заводе продолжается выпуск модернизированных пассажирских тепловозов ТЭП70 . Тепловоз 2ТЭ70 , спроектированный на базе тепловоза ТЭП70 , прошёл испытания, но решения о его производстве пока не принято. Брянский машиностроительный завод строит маневровые тепловозы ТЭМ18 и начинает производство маневровых ТЭМ21 и магистральных грузовых 2ТЭ25К «Пересвет» и 2ТЭ25А «Витязь».
В 1998 году Людиновский тепловозостроительный завод совместно с General Motors Electro-Motive Division выпустил два опытных экземпляра грузового тепловоза ТЭРА1 с дизелем компании General Electric.
Мировой рекорд скорости для автономной тяги установлен отечественным опытным тепловозом ТЭП80 во время пробных поездок в 1993 году и составляет 271 км/ч . По состоянию на 2008 год тепловоз-рекордсмен ТЭП80-0002 находится в железнодорожном музее на бывшем Варшавском вокзале Санкт-Петербурга . Памятная запись об установлении рекорда сделана на кузове локомотива.
Рекорд скорости тепловоза, занесённый в « Книгу рекордов Гиннесса », равен 238 км/ч . Такую скорость в 1987 году развил британский тепловоз Class 43 .
Украинский тепловоз ТЭП150
Другие страны
Тепловозы продолжают проектироваться и производиться многими компаниями и эксплуатируются по всему миру. В частности, тепловозная тяга преобладает в железнодорожных перевозках США , Австралии , африканских стран. Используются тепловозы и в множестве стран Азии, Европы и др.
Из стран бывшего СССР производство тепловозов продолжает развиваться на Украине ( Луганский тепловозостроительный завод проектирует и выпускает новые модели пассажирских и грузовых тепловозов, в том числе идущие на экспорт) и в Казахстане (совместное российско-казахстанское предприятие с участием ЗАО « Трансмашхолдинг » организовало сборку маневровых тепловозов; комплектующие российского производства, но планируется организовать частичное производство и в самом Казахстане).
Также в 2007 году компания General Electric объявила о выигранном контракте на поставку в Казахстан 310 тепловозов серии Evolution. Причём если первые 10 локомотивов будут полностью изготовлены в США, то для остальных будут произведены только отдельные компоненты, а их сборку намечено осуществить в 2008—2012 годах в казахстанском Павлодаре .
8 июля 2009 года в Астане открыт завод по сборке тепловозов GE серии Evolution Тепловоз ТЭ33А
(проектная мощность предприятия 100 локомотивов в год, штат сотрудников около 600 человек) из компонентов и сборочных комплектов, произведённых в Гроув Сити и Эри (США, штат Пенсильвания)
. В 2006 году казахские железные дороги («Казахстан Темир Жолы», КТЖ) заказали 310 локомотивов GE Evolution Series, и первые десять уже эксплуатируются в Казахстане, заменив собой тепловозы 2ТЭ10М в соотношении 1:2.
С 2005 года GE Transportation реализует проект по модернизации казахстанских тепловозов серии 2ТЭ10 (установка 16-цилиндрового двигателя с электронным впрыском топлива и новой системой охлаждения). Срок службы тепловоза продлевается на 15 лет. Модернизация выполняется в Казахстане локомотиворемонтными депо в Актобе, Алматы, Таразе, Уральске и тепловозоремонтным заводом в Шу
Локомотив Evolution Series, который будет собираться на заводе в Астане, оснащён 12-цилиндровым дизельным двигателем мощностью 4400 л.с., потребляющим на 5% меньше топлива по сравнению с предшественником, при этом вредные выбросы в атмосферы снижены примерно на 40%.
Распространение и роль тепловозной тяги
Тепловозы на железных дорогах Австралии
По данным Всемирного банка (по состоянию на 2007 год), эксплуатируемый локомотивный парк железных дорог всего мира насчитывает примерно 86 тыс. тепловозов и 27 тыс. электровозов.
В России тепловозы распространены по всей сети железных дорог и выполняют около 98% маневровой работы и около 40% пассажирских и грузовых перевозок. Общее число тепловозов в парке РЖД больше числа электровозов, но за счёт того, что с наиболее грузонапряжённых линий тепловозы вытеснены электровозами, доля тепловозов в грузоперевозках меньше. В последнее время тепловозы промышленного транспорта иногда заменяются локомобилями, например, Mercedes-Benz Unimog , которые применяются для маневровых работ как в Германии (ежегодно выпускается около 100 новых локомобилей Unimog), так и в России. На промышленных предприятиях в качестве средства перемещения вагонов появились также Тракмобили .
Компании— производители тепловозов
Тепловоз узкой колеи ТУ2 -008
СССР, Россия, Украина, Казахстан
-
Коломенский тепловозостроительный завод (основные серии: ТЭ3, ТЭП60, ТЭП70).
Харьковский завод транспортного машиностроения ( Украина ) строил тепловозы с 1947 по 1968 год (основные серии: ТЭ1, ТЭ2, ТЭ3, ТЭ4, ТЭ5, ТЭ7, ТЭ10, 2ТЭ40, ТЭП10).
Луганский тепловозостроительный завод (Украина) строит тепловозы с 1956 года (основные серии: ТЭ3, 3ТЭ3, ТЭ7, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ТЭ109, ТЭ114, 2ТЭ116, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У, 2ТЭ10УТ, 2ТЭ121, М62, ТГ102 , ТЭМ2).
Брянский завод строит тепловозы с 1958 года (основные серии: ТЭМ1, ТЭМ2 всех модификаций, ТЭМ5, ТЭМ18).
Людиновский тепловозостроительный завод строит тепловозы с 1957 года . Основные серии: ТГ16 и ТГ22 (с колеёй 1067мм для железной дороги на острове Сахалин ), ТГМ3, ТГМ4, ТГМ6, ТГМ6А, ТЭМ7, ТЭМ7А.
Муромский тепловозостроительный завод с 1957 года строит тепловозы ТГМ1 , ТГМ20 , ТГМ23 (всех модификаций).
Калужский машиностроительный завод . В 1933 году завод построил первый маневровый тепловоз, получивший наименование АА-1 . С 1958 года завод серийно строил тепловозы ТГК, ТГК2, узкоколейные ТУ2.
Камбарский машиностроительный завод . С 1981 года завод серийно строил тепловозы ТГМ40, узкоколейные ТУ7.
Казахстанский локомотивосборочный завод (Казахстан, г. Астана). Сборка тепловозов серии ТЭ33А
Европа
Чехословацкий маневровый тепловоз ЧМЭ3 , используемый в странах бывшего СССР , в том числе в России
-
Ganz-MÁVAG ( Венгрия ). В России работают маневровые тепловозы ВМЭ1, построенные этой компанией.
ČKD ( Чехия ). В России эксплуатируются маневровые тепловозы серий ЧМЭ.
English Electric ( Великобритания ). В 1960-х годах вошла в состав General Electric .
Brush Traction ( Великобритания )— компания была основана ещё в XIX веке, производила паровозы, а затем, когда Британские железные дороги стали переходить на тепловозную тягу, стала строить и различные типы тепловозов. Первый в мире тепловоз с асинхронными ТЭД был построен компанией Brush Traction .
Тепловоз Class 57, построенный компанией Brush Traction .
-
Clayton Equipment Company Ltd ( Великобритания ) выпускает промышленные тепловозы с гидропередачей (в том числе для России).
Hunslet Engine Company ( Великобритания )— компания была основана в середине XIX века и стала известна в качестве производителя узкоколейных промышленных локомотивов— сначала это были паровозы, а затем, с 1930-х годов, и тепловозы.
Alstom ( Франция )— один из крупнейших европейских концернов, выпускающий также и тепловозы. В этой области компания сотрудничает с североамериканской EMD . В последних проектах специалисты компании уделяют особое внимание экологической безопасности своих тепловозов, стараясь снизить выбросы в атмосферу и уменьшить их шумность . Тепловозы с электропередачей, спроектированные и построенные Alstom, экспортируются во множество стран мира.
Siemens AG . Департамент Siemens Transportation Systems (ныне это Siemens Mobility ) производит дизель-электровозы серии Eurorunner .
ABB Daimler Benz Transportation (Adtranz) ( Германия — Швеция )— один из крупнейших мировых производителей железнодорожной техники. В 1990-х годах совместно с General Electric разработан и построен современный тепловоз под названием Blue Tiger . В 2001 году компания вошла в состав концерна Bombardier .
NOHAB — шведский производитель тепловозов, обанкротившийся в 1979 году .
Electroputere — румынский производитель локомотивов, в том числе тепловозов. По состоянию на 2007 год компания построила свыше 2400 маневровых и магистральных тепловозов с электропередачей, эксплуатирующихся во многих странах, таких как Румыния , Польша , Китай , Болгария .
Tülomsaş ( Турция )— с 1968 года производит тепловозы как собственных проектов, так и по лицензии других европейских и японских концернов, например Toshiba .