В 1844 году при создании Николаевской железной дороги между Санкт-Петербургом и Москвой в управление Главному управлению путей сообщения и общественных зданий был передан Александровский чугунолитейный завод (сегодня он разделен Пролетарский и Октябрьский электровагоноремонтный заводы). Затем ведомство отдало его в концессию американским инженерам Эндрю Маккале Иствику, Джозефу Гаррисону и Томасу Уайненсу, поставив задачу по модернизации производства под выпуск паровозов и вагонов.
В марте 1845 года Александровский завод, ставший уже механическим, выпустил свой первый паровоз. Так 180 лет назад началась история отечественного железнодорожного машиностроения для путей общего пользования. В этот юбилейный год редакция ROLLINGSTOCK собрала исторический обзор первых моделей основных типов подвижного состава, спроектированных российскими конструкторами и инженерами в разные периоды.
Читайте также: Музеи железнодорожного машиностроения России: путеводитель ROLLINGSTOCK
Первые серийные паровозы
Всем известные паровозы отца и сына Ефима и Мирона Черепановых появились, конечно, раньше – в 1833 и 1835 годах, но предназначались для заводской работы, то есть, если говорить в современной терминологии, путей необщего пользования. В свою очередь для запущенной в 1837 году первой железной дороги общего пользования – из Санкт-Петербурга в Царское Село – подвижной состав поступал из-за рубежа. Для следующей более масштабной линии из Санкт-Петербурга в Москву и с учетом дальнейших перспектив развития железнодорожного транспорта в Российской империи принимается решение создавать национальную отрасль производства рельсовой техники.
В качестве прототипа для первых магистральных товарных паровозов типа 0-3-0, выпущенных Александровским механическим заводом под литерой «Д», были взяты передовые модели паровозов Европы и США. Их выбор был произведен специальной комиссией, состоящей из видных ученых и инженеров-путейцев.
Локомотивы, относившиеся к типу 0-3-0, обладали мощностью около 140 л.с. и предназначались для транспортировки составов из 22 вагонов со скоростью 15 км/ч. Рабочий вес паровоза достигал примерно 30 т, диаметр движущих колес составлял 1371 мм, ход поршня – 508 мм.
Три ведущие оси были жестко закреплены в раме. Колеса, изготовленные из чугуна, не имели бандажей и противовесов, что делало ход паровоза очень неспокойным. Конструкция паровоза не предусматривала будок для машиниста и его помощника, площадок и перил вокруг котла, песочниц, клапанов у поддувала. Тендер оснащался четырьмя колесными парами, деревянными рамами, клепаным стальным баком для воды и ручным тормозом с односторонним действием деревянных колодок.
Паровоз типа 0-3-0 на Николаевской железной дороге, гравюра 1854 года
Паровая машина, работающая по принципу простого действия, питалась насыщенным паром и использовала исключительно дровяное отопление. Отечественного угля все еще опасались, а британский решили не завозить как по экономическим, так и по политическим соображениям – надвигалась Крымская война. Топка и связи изготавливались из красной меди, а дымогарные трубы – из латуни.
Распределение пара осуществлялось с помощью экспансионных (расширительных) золотников, позволявших регулировать направление движения и устанавливать необходимую отсечку подачи пара. Подача воды в котел обеспечивалась насосом, поскольку инжекторов в том время еще не было. Цилиндровые краны для продувки открывались только с внешней стороны. В связи с этим, перед отправлением поезда помощник машиниста должен был идти рядом с локомотивом до тех пор, пока не прекращалось выдувание воды, после чего он закрывал краны и запрыгивал на движущийся паровоз.
В дальнейшем, некоторые паровозы типа 0-3-0 были модернизированы путем добавления передней бегунковой колесной пары, что позволило снизить нагрузку на рельсы и создать тип 1-3-0. Общее число паровозов типа 0-3-0 и их модификаций, заказанных Главным обществом Российских железных дорог за весь период эксплуатации, составило 398 штук.
В 1845 году на Александровском заводе началась также постройка первых пассажирских паровозов типа 2–2–0. Они были в высокой степени унифицированы с товарными паровозами, но диаметр движущих колес был много больше — 1705 мм.
Первые грузовые вагоны
Затем в 1846 году Александровский завод построил первые товарные вагоны. Они были четырехосными с деревянными кузовами, грузоподъемность крытого вагона составляла 8,2 т при таре 7,8 т. Таким образом на одну ось приходилось 4 т веса.
Технические параметры вагонов были определены комиссией, созданной при Департаменте железных дорог в период с 1843 по 1844 годы, с учетом передового опыта других стран. Для изготовления колес предполагалось использовать чугун, прошедший термическую обработку для повышения его твердости. В связи с ограниченным производством металла в стране предусматривалось, что металлические элементы вагона могут заменяться аналогичными деталями из дерева: сосны, дуба, вяза или лиственницы.
Первый товарный вагон
Несущие компоненты кузова и рамы первых товарных вагонов (как крытых, так и платформ) изготавливались из древесины. Рама крытого вагона длиной 7,9 м состояла из продольных и поперечных брусьев. Крыша имела арочную конструкцию и была покрыта сплошной деревянной обшивкой, поверх которой настилали плотную просмоленную парусину. Для защиты от возгорания парусину посыпали песком и покрывали густым раствором извести. Пол вагона был выполнен из досок толщиной 50 мм. По центру боковых стенок располагались двустворчатые двери, открывающиеся наружу и фиксирующиеся с помощью засова.
Первая платформа
Для перевозки сыпучих и длинномерных грузов выпускались платформы с фиксированными или откидными бортами, а также со стойками для фиксации длинномерных грузов или без них. Конструкция платформы предусматривала шпренгельные устройства, усиливающие боковые продольные балки рамы. Половые доски общей площадью 22,5 м2 укладывались непосредственно на раму шириной 2,8 м, либо на поперечные и продольные бруски. Грузоподъемность платформы при собственном весе 6 т составляла 10 т.
Все вагоны оснащались ручными тормозными механизмами и оборудовались объединенными ударно-тяговыми устройствами, располагавшимися на концевых брусьях рамы. Эти устройства обеспечивали сцепление вагонов между собой и передачу продольных усилий (как сжимающих, так и растягивающих). Соединение приборов осуществлялось двумя боковыми стяжками, проходящими по всей длине вагона.
Первые товарные вагоны успешно эксплуатировались на Николаевской железной дороге, но имели ряд недостатков. Как уже упоминалось, из-за использования древесины вагоны были подвержены возгоранию и не отличались высокой прочностью. Кроме того, максимальная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы составляла 40 кН, что эквивалентно 4 тс, в то время как рельсовый путь был рассчитан на нагрузку в 10 тс.
Первые пассажирские вагоны локомотивной тяги
Выпуск вагонов для перевозки пассажиров начался на Александровском заводе параллельно с производством товарных вагонов. Как и грузовые, пассажирские вагоны представляли собой четырехосные конструкции на двухосных тележках с деревянным основанием. Корпус вагона был надежно зафиксирован на раме из брусьев длиной 17,1 м, укрепленной шпренгелями. На их постройку шли различные породы деревьев: крыша изготовлялась из сосновых досок, которые затем покрывались крашеной клеенкой для защиты от влаги, несущая рама кузова была выполнена с продольными сосновыми и поперечными дубовыми брусьями, стойки стен и дуги крыши делались из ясеня.
Экстерьер первых пассажирских вагонов
Первые пассажирские вагоны производились трех классов. Вагоны первого класса напоминали дорожные кареты с мягкими креслами и диванами с обивкой из красного бархата. Все кресла и диваны были поворачивающиеся, что позволяло пассажирам садиться лицом по направлению движения поезда. Двери и рамы окон были выполнены из красного дерева. Они были рассчитаны на размещение 12 человек. Вагоны второго класса могли вместить 20 человек и имели скамьи с наружной суконной обивкой, которые разделялись подлокотниками. В вагонах третьего класса располагались ряды жестких деревянных скамеек, на которых могло разместиться до 36 человек.
Первые вагоны не имели полок для размещения багажа, а также систем отопления, вентиляции и туалетов. Освещение обеспечивалось свечами, установленными в настенных светильниках. Для защиты от холода кузова обивали войлоком, а окна делали двойными. Рессорное подвешивание обеспечивало относительно плавный ход, несмотря на примитивную конструкцию ходовой части.
Всего с 1846 по 1851 год для Николаевской железной дороги Александровский завод построил 239 пассажирских вагонов, заложив стандарты для последующего вагоностроения в России.
Первая путевая техника
С появлением первых железных дорог в Российской империи возникает потребность и в их регулярно обслуживании. Вероятно, первой путевой техникой можно считать машины для уборки снега с железнодорожного полотна. Интересно, что идею создания такого подвижного состава высказал великий русский поэт Александр Пушкин. В 1836 году, обсуждая проект строительства железных дорог в России, он в письме князю Василию Одоевскому отметил: «Некоторые возражения против проекта неоспоримы. Например, о заносе снега. Для сего должна быть выдумана новая машина».
Первым воплощением такой машины стал паровоз, оснащенный плугом. К локомотиву присоединялось устройство, отбрасывающее снег в разные стороны от пути. Такой паровоз эксплуатировался на Царкосельской железной дороге, а позднее и на Николаевской железной дороге.
В 1870-80-х годах начался переход к более совершенным механизмам. Инженер Василий Лобачевский создает роторный снегоочиститель, который прицеплялся к паровозу. Его конструкция включала в себя двухосный крытый вагон, внутри которого находились две горизонтальные оси. На концах этих осей крепились лопасти или крылья, вращавшиеся в вертикальных плоскостях. Причем одна ось была слегка выдвинута вперед по отношению к другой. Крылья располагались в металлических кожухах, открытых спереди и с одной стороны, и служили для отбрасывания снега в стороны.
Снегоочиститель системы Василия Лобачевского, усовершенствованный инженером Алексеем Якубенко в феврале 1889 года
Спереди машина оснащалась специальным «носом», который очищал слой снега высотой до 1,5 м, направляя его к лопастям. Горизонтальные оси приводились в движение двумя роторными машинами, пар для которых генерировался в котле паровоза. Однако снегоочистители этой конструкции не оправдали ожиданий на практике и не получили широкого применения.
Балластировочная машина Б-5 Тульского машиностроительного завода. Источник: Шайхет А.С.
Отдельно сфера тяжелых и полноценных путевых машин начинает развиваться позднее. Так, в 1915 году была создана первая диагностическая техника. В путеизмерительном вагоне на ленте записывались ширина колеи, возвышение одной рельсовой нити над другой, продольный профиль пути, обнаруженные дефекты. Тяжелая же путевая техника – укладочные краны и балластировочные машины – появляются только в 1930-х годах на фоне общемирового тренда механизации путевых работ.
Первый тепловоз
Параллельно с развитием путевого хозяйства шла эволюция локомотивного парка. Еще в 1894 году профессор Виктор Кирпичев предложил революционный для того времени проект нефтяного локомотива с двигателем внутреннего сгорания. Разработка получила практическое воплощение в 1899 году, когда на петербургском заводе «Русский дизель» братьев Нобелей был создан опытный образец дизельного двигателя, работавшего на сырой нефти. Однако, несмотря на эти передовые для своего времени разработки, первые российские тепловозы появились только через четверть века.
В 1922 году в Петрограде под руководством профессора Якова Гаккеля началось создание первого российского локомотива с дизельной тягой. В августе 1924 года на путях Балтийского завода официально регистрируется выход из цехов первого в истории отечественного железнодорожного машиностроения тепловоза. Машина в часть создателя сначала получила имя ЯГ, а потом была переименована в ЩЭЛ1.
Тепловоз ЩЭЛ1
Над тепловозом работало несколько предприятий: так, завод «Красный путиловец» отвечал за проектирование основной рамы кузова и ходовых частей, Балтийский и Невский судостроительный заводы – за установку 10-цилиндрового дизеля «Виккерс», завод «Электрик» – за проектирование тяговых электродвигателей. Учитывая значительные длину и вес локомотива, а также возможное воздействие вибрации дизеля на рельсовый путь, была выбрана осевая формула 1-30+40+30 -1.
Мощность тепловоза составила около 800 л.с., он мог разгоняться до скорости 75 км/ч и проходить кривые с радиусом 150 м благодаря наличию десяти движущих колесных пар, расположенных в трех отдельных тележках. Полная масса локомотива составляла приблизительно 180 т, из которых на движущие оси приходилось 10×16 т, а на бегунковые – 2×10 т.
На главной раме тепловоза находилась силовая установка, включающая снятый с подводной лодки четырехтактный нереверсивный десятицилиндровый бескомпрессорный дизель завода Виккерса мощностью 1 000 л.с. (при частоте вращения вала 395 об/мин) и два генератора. Там же располагалась аккумуляторная батарея емкостью 600 А·ч, напряжением 110 В и массой 7 т, которая использовалась для питания генератора при запуске двигателя. В передней и задней частях кузова находились посты машиниста с необходимыми органами управления: реверсивной рукояткой и штурвалом для регулирования тока возбудителей тяговых генераторов.
Особенно впечатляли большие безостановочные пробеги тепловозов: тяговые плечи того времени составляли 160–180 км, а для тепловоза еще на стадии проектирования их определили в 750–800 км. В свой первый рейс по Октябрьской железной дороге тепловоз вышел 6 ноября, а с декабря начались его активные испытания. В ходе опытной эксплуатации ЩЭЛ1 были выявлены существенные недостатки, такие как неустойчивая работа, повышенный расход топлива, неудачная конструкция муфт соединения вала дизеля с валами якорей генераторов, а также несоответствие между сцепным весом тепловоза и мощностью дизеля. Эти недостатки не позволили запустить тепловоз в серийное производство.
Читайте также: Тепловозы России и СССР: локомотивы, которые вошли в историю
Первый электровоз
В начале 1931 года электрификация признается одним из ключевых векторов развития железнодорожного транспорта. Совет народных комиссаров предписывает в 1932 году произвести и сдать для НКПС не менее 24 комплектных электровозов. В марте 1932 года на заводе «Динамо» и в Центральном локомотивопроектном бюро по заданию технического бюро транспортного отдела ОГПУ началась разработка проекта нового грузопассажирского электровоза с шестью движущими осями.
Электровоз ВЛ19, архив завода «Динамо»
Осенью предприятие и Коломенский завод совместно выпускают первый советский грузовой электровоз ВЛ19. В его разработке учтен опыт эксплуатации электровозов С (сурамский тип) от General Electric и собственного производства локомотивов СС на основе американских чертежей. Требовалась машина с меньшими нагрузкой на рельсы и тяговым усилием, чтобы она смогла работать на большинстве советских железных дорог. В результате была полностью заменена механическая часть, укорочены тележки, изменено передаточное число редукторов. Постройка 114-тонного шестиосного электровоза мощностью 2040 кВт заняла менее 3 месяцев. Его затем направляют на эксплуатационные испытания на Сурамский перевал.
В процессе начальной эксплуатации ВЛ19-01 были обнаружены некоторые проблемы: сварной кузов подвергался деформации, из-за чего сварку заменили заклепками, рекуперативное торможение работало нестабильно и впоследствии было заменено реостатным. Это привело к созданию нового типа электровозов с более прочной конструкцией и рекуперативным торможением ВЛ22.
Первый моторвагонный подвижной состав
Электрификация железных дорог в Советском Союзе началась за несколько лет до появления первого электровоза. Решение о переходе на электрическую тягу и использовании моторвагонного подвижного состава Бакинский городской совет принял в 1924 году. Поскольку в Азербайджанской ССР не было собственного производства поездов, в 1926 году Мытищинский вагоностроительный завод изготовил 14 моторных четырехосных вагонов длиной 19 метров. В их основу легли производимые на этом же заводе трамваи. Прицепные вагоны (13 пассажирских и 1 почтово-багажный) в количестве 14 штук были произведены Брянским заводом «Красный Профинтерн» (сейчас Брянский машиностроительный завод). Тяговые двигатели поставил московский завод «Динамо», тормозное оборудование – немецкая Knorr-Bremse, электроаппаратуру – австрийская ELIN Motoren.
Первые моторные электровагоны, построенные в СССР, на Баку-Сабунчинской линии Закавказской железной дороги
Конструкция кузова представляла из себя увеличенный в размерах трамвайный вагон, который установили на тележки Пульмана. На крыше моторного вагона размещено два пантографа, а электрооборудование спрятано в подвагонном пространстве.
Моторные вагоны были оснащены 4 тяговыми электродвигателями мощностью 75 кВт, объединенными в две группы (два двигателя на тележку), и работали в параллельном или последовательном режимах, что обеспечивало вагону две экономичные скорости. Все четыре оси моторного вагона были ведущими.
6 июля 1926 года был открыт первый в стране участок с электрической тягой Баку – Сабунчи протяженностью 20 км. По нему было запущено движение электропоездов с системой постоянного тока напряжением 1200 В. Изначально к каждому моторному вагону полагался один прицепной, но впоследствии их число было увеличено. Недостаточный опыт эксплуатации и ремонта моторных вагонов привел к быстрому износу их электрооборудования. В результате, в 1940 году парк Баку-Сабунчинской линии был пополнен новыми моторными вагонами серии СД, а старые вагоны были выведены из эксплуатации.
Первые поезда метро
Через несколько лет после создания первых электропоездов Мытищинский вагоностроительный завод принял участие в разработке первых поездов метро для московского метрополитена. Руководство предприятия выпустило приказ о начале работ по поездам метро в мае 1933 года. Уже летом началась сварка тележек и кондукторов. Главным конструктором проекта выступил инженер Петр Травин, технический директор предприятия. Прототипом первого отечественного вагона метро стал вагон из Нью-Йорка, который поступил в эксплуатацию в 1932 году. Тщательно изучив проект американского вагона, было принято решение разработать собственную модель вагона, сделав акцент на прочность и надежность конструкции.
Первый поезд метро на станции «Дворец Советов», 1935 год
Конструкторам пришлось решать множество технических задач, в том числе по созданию сварного кузова вместо ранее применявшейся в подвижном составе клепаного. Особое внимание было уделено конструкции дверей: вместо примитивной ручной системы разработали надежный механический привод. Также специально для проекта изобретатель Иван Матросов, взяв за основу систему Вестингауза, создал модификацию воздушного тормоза. Главным достижением стало устранение опасной задержки срабатывания. Теперь при экстренном торможении система реагировала мгновенно, без характерных для прежних моделей 1-2 секунд промедления. Дополнительным уровнем безопасности стало внедрение системы автостопа., которая автоматически останавливала состав, если машинист пропускал запрещающий сигнал светофора.
В производстве первых поездов метро было задействовано сразу несколько предприятий. Головным был Мытищинский машиностроительный завод, где изготавливались кузова и тележки, а также приводилась финальная сборка. Разработку и выпуск тягового электрооборудования взял на себя московский завод «Динамо». Кроме того, Сормовский завод поставлял тележечные рамы и оси, Коломенский завод – автосцепки, редукторы и колесные пары, Московский тормозной завод – пневматические системы, включая дверные мезенхимы и автостопы, Ярославские электромашиностроительный и тормозной заводы – электрические мотор-компрессоры.
Первые вагоны вышли из цехов предприятия в Мытищах в мае 1934 года. В рамках пробного прогона поезд развивал скорость до 60 км/ч, при заявленной конструкционной в 65 км/ч. Первые 58 вагонов в четырехвагонном исполнении были запущены в мае 1935 года на Сокольнической линии. В 1936 году их составность была увеличена до шести вагонов.
Каждый вагон с 52 сидячими местами был оснащен четырьмя двухстворчатыми дверями шириной 950 мм с каждой стороны. Стены были украшены плотными рельефными обоями, потолок – дерматином, салон освещали 30 электроламп.
В салоне первого поезда метро. Источник: В. П. Гребнев
Всего с 1934 по 1937 год Мытищинский вагоностроительный завод выпустил 112 вагонов типа «А» (56 моторных и 56 прицепных). Они прослужили в столичной подземке в общей сложности около 40 лет, окончательно уступив место более современным моделям только к середине 1970-х годов.
Первые трамваи
Конечно, городской рельсовый транспорт невозможно представить и без трамвая. Создателем первого не только в России, но в мире электрического трамвая считается русский инженер Федор Пироцкий. В 1880 году на территории Рождественского вагонного парка в Санкт-Петербурге он модернизировал двуярусный бельгийский типовой вагон для конки. Под ним Пироцкий разместил электродвигатель постоянного тока, который был соединен с осями колес зубчатой передачей. Энергия в двигатель поступала по рельсам от установленного неподалеку генератора Грамма. Для испытаний был переделан участок пути длиной 85 м. Один рельс служил прямым проводником, второй – обратным, оба были изолированы от земли.
Трамвай Федора Пироцкого во время обкатки в Санкт-Петербурге
22 августа 1880 года газеты сообщали: «…в Санкт-Петербурге, на Песках, на углу Болотной улицы и Дегтярного переулка, г. Пироцким первый раз в России двинут вагон электрической силою, идущей по рельсам, по которым катятся колеса вагона». Трамвай двигался со скоростью 8-12 км/ч (вдвое быстрее конки), делал крутой поворот, останавливался и двигался назад, внутри находилось 40 пассажиров. Испытания продолжались около месяца, но так и остались на уровне эксперимента. Изобретение ученого не нашло поддержки у властей города.
В свою очередь в Российской империи коммерческая эксплуатация первых электрических трамваев началась в июне 1892 года в Киеве на маршруте протяженностью 1,5 км между Подолом и Крещатиком. Стоит отметить, что другой популярный для того времени вид трамвая с паровой тягой появится в стране только через несколько лет.
В мае 1890 года Коломенский завод получил задание на постройку двух первых трамвайных вагонов для Киева. Реализация проекта была доверена инженеру Сергею Лаптеву, который использовал чертежи изобретателя Фрэнка Спрейга, считающегося «отцом электрической тяги» в США. Кроме того, одна из тележек была получена из Бостона, где в то время уже эксплуатировались электрические трамваи Спрейга. Затем ее выпуск был освоен в Коломне. От тележек других трамвайных вагонов того времени она отличалась в первую очередь объедением в один блок электродвигателей и колесной пары.
Открытие первой линии электрического трамвая в Киеве, 1892 год
На производство трамваев ушло два года, они прибыли в Киев в мае 1892 года. В течение следующих нескольких лет было изготовлено еще 4 вагона. После пробного пуска трамвая одна из городских газет писала: «Вагон шел вверх и вниз по крутой горе вполне удовлетворительно и мог останавливаться без всяких затруднений в разных пунктах уклона».
Вес каждого двухосного вагона с пассажирами составлял около 7 т, длина – 6,7 м, ширина – 2,3 м. В салоне было расположено 23 сидячих места вдоль стен для упрощения доступа к электродвигателям. На обеих площадках снаружи, а также внутри вагона было предусмотрено 18 стоячих мест. Максимальная скорость движения составляла 19 км/ч. Трамваи были оснащены ручным и электрическим тормозами, электрическим освещением салона, громоотводом и двумя электродвигателями постоянного тока мощностью в 20 кВт каждый.
Необходимо отметить, что трамваи получали электроэнергию как от рельсов, так и от контактной сети. Так, между рельсами был проложен оголенный кабель из луженой меди сечением 95 мм2, от которого через промежутки шли ответвления из медной проволоки к самим рельсам. Ток, переходя к рельсам через ролик-контакт направлялся в кабель и далее в машинное отделение к электродвигателям. В свою очередь на крыше вагона был расположен токоприемник в виде штанги с роликом на конце, который передавал электроэнергию к двигателям от контактной сети, проложенной на высоте 6 м от рельсов. Это позволяло достичь максимальной силы тока и минимизировать потерю напряжения при преодолении уклонов. На ровной местности трамвай получал электроэнергию исключительно от рельсов.
Следите оперативно за новостями рынков подвижного состава в Telegram-канале ROLLINGSTOCK
