Сто лет назад, в августе 1924 года, из ворот мастерской Балтийского завода на обкатку вышел первый в стране и в мире магистральный тепловоз ЩЭЛ1, построенный по проекту известного конструктора и инженера Якова Гаккеля. Во многом с этого момента начинается история тепловозостроения, вобравшая в себя уже десятки тысяч выпущенных локомотивов и огромное разнообразие моделей.
Авторы ROLLINGSTOCK подготовили ретроспективный рассказ по наиболее значимым тепловозам в отечественном железнодорожном машиностроении.
Рождение тепловозной тяги
С появлением двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком топливе и обладающего более высоким КПД, чем паровой двигатель, у российских ученых и локомотивостроителей возникла идея применить его для тяги поездов. Так, в 1894 году по идее профессора Виктора Кирпичева разрабатывался первый русский проект локомотива, который назывался нефтевозом, поскольку должен был иметь двигатели, работающие на нефти. Таким образом, история отечественного тепловозостроения началась даже за три года до всемирно известной технологии Рудольфа Дизеля.
Однако именно немецкий инженер в 1897 году изобрел более эффективный по сравнению с нефтяным двигатель внутреннего сгорания, работавших на тяжелых видах жидкого топлива и имевший высокую степень сжатия, которая обеспечивала самовоспламенение впрыскиваемого в цилиндры топлива. Дизельный двигатель сразу же получил широкое распространение в промышленности и на судах. Но применить его на локомотивах без доработки оказалось невозможным.
Дело в том, что по условиям работы локомотива необходимо обеспечить регулирование силы тяги и скорости. В паровой машине это достигалось сравнительно легко. Обычный двигатель внутреннего сгорания нормально функционировал только в ограниченном диапазоне частот вращения вала и, в частности, не мог работать на малых частотах. Для пуска дизельного двигателя требуется специальный источник энергии в виде сжатого воздуха или аккумуляторной батареи. Таким образом, использование стандартного дизельного двигателя на локомотивах было невозможно без специальных устройств.
В 1905 году инженер Николай Кузнецов и полковник Александр Одинцов выступили в Русском техническом обществе с докладом о проекте тепловоза с электрической передачей. Силовой агрегат тепловоза состоял из двигателя внутреннего сгорания, генератора переменного тока и четырех электромоторов. Предложенная схема локомотива в дальнейшем получила наибольшее распространение.
Первый магистральный тепловоз
В 1921 году, еще задолго до заката паровозной эры, Яков Гаккель представил на рассмотрение свой проект дизель-электровоза мощностью 735 кВт. Инженер указывал, что ни в Европе, ни в Америке еще не созданы подобные мощные тепловозы. Комитет Госплана лично доложил о проекте Владимиру Ленину, который быстро оценив всю важность практического решения проблемы постройки тепловоза, распорядился выделить необходимые для этого ассигнования.
К работе над созданием нового тепловоза были привлечены отделы сразу нескольких заводов: «Красный Путиловец» — для проектирования ходовых частей и основной рамы кузова, Балтийского и Невского судостроительных — для сборки тепловоза (установки кузова и дизеля), а также «Электрик» (бывший «Дека») — для проектирования тяговых электродвигателей. Автором проекта кузова, а также детальной проработки ходовой части был главный инженер Путиловского завода, профессор Александр Раевский.
К сожалению, в России начала ХХ века заводы не могли быстро изготовить нужные агрегаты для тепловоза. Поэтому в качестве первичного двигателя для экономии средств и времени был использован дизель британского завода Виккерса, построенный в 1916 году для подводной лодки «Лебедь». Пуск дизеля осуществлялся одним из генераторов, работавшим во время запуска в режиме электродвигателя, получая питание от аккумуляторной батареи емкостью 600 А и напряжением 110 В. Такая схема запуска дизеля стала классической.
Как уже отмечалось, впервые выкатка тепловоза состоялась 5 августа 1924 года. Через некоторое время он получил обозначение ЩЭЛ1 – это аббревиатура означала, что он сопоставим по мощности с паровозами серии Щ, выпускавшимися до 1919 года. Мощность машины составила 588 кВт, он был способен развивать скорость до 75 км/ч. Тепловоз торжественно встречали партийные руководители Ленинграда и представители прессы.
Тепловоз Щэл1
Однако локомотиву еще предстояло пройти ходовые испытания, которые были завершены к сентябрю. Затем из-за наводнения его электрооборудование вышло из строя: в результате в первый рейс ЩЭЛ1 отправился по Октябрьской железной дороге только 6 ноября. В начале следующего года, 16 января 1925 года, тепловоз Гаккеля торжественно прибыл в Москву, ведя за собой тысячетонный состав.
Затем тепловоз эксплуатировался на Московско-Курской железной дороге и на Кавказе. К декабрю 1927 года общий пробег ЩЭЛ1 от начала постройки составил около 40000 км. В дальнейшем из-за частых ремонтов он был снят с поездной работы и с 1934 года стал использоваться в качестве электростанции. В 1941 году ЩЭЛ1 был передан на экспериментальное кольцо Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта и больше не эксплуатировался. Сегодня он является экспонатом Музея железных дорог России в Санкт-Петербурге.
Первый маневровый тепловоз
Помимо магистрального движения в СССР стали проводить опыты внедрения тепловозов и на маневровых работах. В 1927 году на Коломенском заводе было организовано проектное бюро по тепловозам и началась подготовка к их постройке. В том же году Народный комиссариат путей сообщения заказал заводу изготовление опытных маневрово-магистральных тепловозов с дизелями мощностью по 441 кВт и электрической передачей. Основное оборудование для данных тепловозов было заказано за рубежом – на заводах MAN (Германия), Brown Boveri (Швейцария), Hohenzollern (Германия) и GEA (Германия).
В конце 1930 года был построен первый опытный тепловоз, получивший обозначении ОЭЛ7, впоследствии были построены еще две модели – ОЭЛ6 и ОЭЛ10. Однако серийный выпуск так и не был начат.
Маневровый тепловоз Оэл6. Источник: railtrain.pro
В 1933 году на Калужском машиностроительном заводе (сегодня – «Калугапутьмаш») был построен опытный маневровый локомотив АА (Андрей Андреев). Тепловоз совершил всего несколько опытных поездок, в ходе которых обнаружился ряд дефектов двигателя. По этой причине тепловоз АА тоже так и не поступил в эксплуатацию, однако наработки заложили основу для дальнейшего развития маневровых тепловозов.
Коренные изменения произошли в середине 1950-х годов, когда советское локомотивное хозяйство окончательно переориентировалось на тепловозную и электрическую тягу. Одним из первых отечественных заводов, которые в послевоенный период начали строить маневровые и промышленные тепловозы, был Муромский завод, известный своими танк-паровозами серии 9П. В конце 1956 года он построил два первых трехосных маневровых тепловоза с гидродинамической передачей. Проектировался тепловоз на этом же заводе, унаследовав общую компоновку трофейного немецкого маневрового тепловоза с гидромеханической передачей ДГ14-1. Мощность в 294 кВт и сила тяги в новый локомотив закладывались на том уровне, чтобы он стал аналогом паровозу 9П. Серия получила обозначение ТГМ1 (тепловоз с гидропередачей, маневровый).
Маневровый тепловоз ТГМ1. Источник: Из архива Новочеркасского электровозостроительного завода
Всего с 1956 по 1972 годы завод выпустил 3369 тепловоза серии ТГМ1. Большинство тепловозов этой серии работали на промышленных предприятиях, однако часть локомотивов использовалась для маневровых работ на железнодорожных станциях. Последний тепловоз ТГМ1 был исключен из парка Министерства путей сообщения СССР в 1990 году.
Самый быстрый тепловоз
К сожалению, Россия отсутствует как официальный участник в большинстве книг рекордов скоростей на железных дорогах. Однако один из самых значимых и признаваемых в мире рекордов все-таки есть. В 1993 году на линии Москва – Петербург локомотив ТЭП80 разогнался до 271 км/ч.
В 1980-е годы стране требовались новые локомотивы для удовлетворения потребностей в растущих пассажирских перевозках, в том числе на неэлектрифицированных линиях. За решение проблемы взялась группа инженеров, которой руководил главный конструктор Коломенского завода Юрий Хлебников. За основу перспективного локомотива был взят тепловоз ТЭП70, но на локомотив поставили более мощный двигатель и сделали еще несколько улучшений — в результате его мощность достигла 4413 кВт. Однако и вес локомотива увеличился до 180 т. Понимая, что снизить вес локомотива не получится, инженеры решили поработать с распределением нагрузки и сделать новую машину восьмиосной.
Пассажирский тепловоз ТЭП80 в Твери, 2001 год. Источник: Д. Щукин/train-photo
Первый ТЭП80 построили на Коломенском заводе в 1988 году. Оттуда он весной 1989-го самостоятельно добрался до экспериментального кольца ВНИИЖТ в подмосковной Щербинке, где его показывали в рамках выставки «Железнодорожный транспорт-89». В том же году на заводе собрали второй экземпляр новой модели. Испытания показали, что новые тепловозы имеют допустимую нагрузку на путь, а значит их можно принять в эксплуатацию.
Первые испытания тепловозов прошли удачно, в ходе которых была достигнута скорость 196 км/ч, продемонстрированы хорошие динамические характеристики и удовлетворительное воздействие на путь. Для выявления особенностей поведения экипажной части на более высоких скоростях было принято решение провести испытания со скоростями до 250 км/ч. Испытания на таких больших скоростях можно было проводить только на Октябрьской железной дороге между Москвой и Петербургом (на участке Шлюз – Дорошиха за Тверью). Интересно, что испытания вписывали в существовавший график движения поездов, специально никто линию не перекрывал.
Испытания тепловоза ТЭП80 на высокой скорости, 1993 год
5 октября 1993 года тепловоз прошел 48 км от станции Шлюз до станции Дорошиха за 8 минут, в ходе движения приборы зафиксировали скорость 271 км/ч! Моделирование показало, что ТЭП80 были под силу скорости до 350 км/ч, но локомотив в серию не пошел. Спустя годы тепловозы изучали специалисты немецкой Siemens, а позже локомотив-рекордсмен отправился в железнодорожный музей Санкт-Петербурга Его собрат находится в музее в Новосибирске. Установленный в 1993 году рекорд для тепловозов так до сих пор и не побит никем в мире.
Самый мощный тепловоз
Сложный профиль пути Байкало-Амурской магистрали известен всем железнодорожникам. Поэтому к тепловозам для БАМа, которым предстоит работать в суровом климате и на уклонах до 19‰, всегда предъявляются дополнительные технические требования. В 1976 году, через несколько лет после начала строительства магистрали, МПС СССР выдало заводам заявку на разработку и освоение грузового тепловоза мощностью свыше 8800 кВт
В конце 1982 года производственное объединение «Ворошиловградтепловоз» строит четырехсекционный двенадцатиосный тепловоз 4ТЭ130, спроектированный специально для вождения поездов на БАМе. За основу был взят уже выпускавшийся на тот момент флагман советского грузового тепловозостроения — серийный 2ТЭ121. Однако он имел дизельные двигатели по 2942 кВт на секцию и самые огромные колесные пары диаметром 1250 мм. В тепловозе 4ТЭ130 же был применен более скромный и стандартный диаметр в 1050 мм.
Получилась внушающая машина: четыре секции соединенные вместе выдавали мощность по двигателям в 9560 кВт, а на тягу реализовывали 8800 кВт! Вес 4ТЭ130 составлял внушительные 552 тонны, а длина — 84 метра. При этом конструкционная скорость тепловоза составляла 100 км/ч.
Магистральный тепловоз 4ТЭ130. Источник: Лугансктепловоз
В 1984 году 4ТЭ130 был отправлен на первые межведомственные испытания, результаты которых разнятся в различных источниках. По данным завода-изготовителя, тепловоз их успешно прошел и был рекомендован к производству, однако альтернативные источники утверждают, что 4ТЭ130 не справлялся с климатическими условиями в Сибири. В пользу второй версии можно принять тот факт, что разработки машин этой серии далее не продолжались. В том же 1984 году четырехсекционную машину поделили на два двухсекционные тепловоза и отправили в работу. В эксплуатации они находились до начала 1990-х годов, когда в условиях кризиса их плановый ремонт оказался слишком затратным и неподъемным.
Самый массовый магистральный тепловоз
В 1958 году на Харьковском заводе транспортного машиностроения был произведен первый шестиосный двухкабинный односекционный грузопассажирский тепловоз с электрической передачей, получивший обозначение ТЭ10. Этот локомотив стал самым мощным магистральным тепловозом своего времени – его мощность составляла 2,2 тысячи кВт.
В основу локомотива была положена безрамная, несущая конструкция — кузов тепловоза опирался на две трехосные тележки, унифицированные с тележками тепловозов серии ТЭ3. Для тех лет это было смелое и новаторское решение. Безрамная конструкция позволила снизить общий вес машины, что позволяло применять ее на дорогах, для которых ее предшественники были слишком тяжелыми. Также стоит отметить улучшенную схему электропередачи, которая обеспечила надежную работу тепловоза и послужила образцом для последующих разработок.
После проведенных в течении двух лет испытаний были осуществлены доработки и устранены слабые места в конструкции. Это привело к появлению первых модификаций востребованного локомотива, а география его производства расширилась. С 1960 года такие тепловозы начали собирать и в Ворошиловграде (Луганске).
Тепловоз 2ТЭ10В, 1977 год. Источник: Луганский тепловозостроительный завод
Локомотив проектировался как односекционная версия, но со временем его стали часто компоновать в виде двух секций, обозначая как 2ТЭ10. Причина проста — тепловоз прекрасно справлялся с перевозкой людей на неэлектрифицированных участках дороги, но ему не хватало мощности для работы с грузами.
Конструкция тепловоза была передовой как для советского, так и для мирового производства железнодорожной техники. Полувековой период выпуска только подтверждает это. Всего было выпущено было выпущено более 8 тыс. тепловозов данной серии. Самой массовой модификацией стал 2ТЭ10М, выпускавшийся с 1978 по 2007 годы, общая серия которого составила 3688 штук.
Самые массовые маневровые тепловозы
В 1950-х годах Советский Союз нуждался в мощном и надежном маневровом тепловозе. На Брянском машиностроительном заводе в 1958 году начали производство нового шестиосного локомотива ТЭМ1, имевшего мощность 735 кВт. Однако было стало понятно, что силами только отечественного машиностроения оперативно обеспечить огромные потребности СССР невозможно. В том же 1958 году было принято решение разместить заказ в Чехословакии, на заводе CKD Praha.
Маневровый тепловоз ЧМЭ3 с электропередачей был разработан в 1963 году, серийное производство стартовало в 1965-м. По общей компоновке тепловоз похож на советский ТЭМ1, но мощнее (993 кВт). На тепловозе был применен газотурбинный наддув, что позволило значительно увеличить мощность дизеля при сохранении его габаритов.
Маневровый тепловоз ЧМЭ3, 1965 год. Источник: ПКБ ЦТ
В 1973 году к выпуску ЧМЭ3 подключился Луганский тепловозостроительный завод. Машина за счет надежности и неприхотливости пользовалась большим спросом в СССР, использовалась для маневровых работ на станциях, а также для вывозных и горочных задач.
В процессе производства ЧМЭ3 неоднократно модернизировался. Были созданы версии с более мощным дизелем, улучшенной системой охлаждения, а также с электронным управлением тяговым генератором. На нем же проходила отработка применения аккумуляторных батарей в качестве тяги.
ЧМЭ3 стал одним из самых распространенных маневровых тепловозов на всем постсоветском пространстве. За весь период жизни модели, до 1987 года, было выпущено около 9,6 тыс. таких тепловозов, из которых почти 7,5 тыс. были поставлены в СССР.
Маневровый тепловоз ТГМ23А, 1968 год. Источник: Муромский завод
В свою очередь самым массовым тепловозом с гидропередачей в СССР стал локомотив ТГМ23, имевший мощность 294 кВт. Его в 1962 году создал уже упоминавшийся Муромский тепловозостроительный завод. Тепловоз имел осевую формулу 0-3-0, однако, в отличие от тепловозов серии ТГМ1, отбойный вал был расположен между первой и второй колесными парами. Из-за отсутствия симметрии тепловоз получил прозвище «хромая собака». Простой, экономичный, не требующий частого и дорогостоящего ремонта локомотив был очень востребован и быстро пошел в серию.
Машина получила большое распространение на промышленных предприятиях, суммарно серия превысила 9 тыс. единиц, шла на экспорт, пережила несколько модификаций.
Самый экспортный тепловоз
Вслед за Советским Союзом на железных дорогах стран социалистического блока наметилась тенденция к замене паровой тяги на тепловозную. В рамках Совета экономической взаимопомощи было принято решение, что постройкп магистральных тепловозов для железных дорог социалистических стран будет производиться на заводах СССР. Первым заказчиком стала Венгрия, а подряд на производство локомотивов был размещен на Ворошиловоградском (тогда Луганском) тепловозостроительном заводе.
Проект был разработан в 1963 году и по требованию венгерского заказчика получил обозначение M62 (от венгерского motormozdony – локомотив). Секция тепловоза имела 6 осей.
Серийный выпуск начался в 1965 году, и в первые годы Луганск отправлял эти локомотивы исключительно на экспорт. Поставлявшиеся в разные страны тепловозы M62 имели практически одинаковые основные технические характеристики и отличались только конструктивным исполнением отдельных узлов и агрегатов из-за требований стран-заказчиков: тележками под разную ширину колеи, профилем бандажей колесных пар, ударно-тяговыми устройствами, тормозными системами, приборами безопасности, средствами связи, расположением соединительных мест для экипировочных устройств, а также внешним оформлением.
Магистральный тепловоз M62, 1965 год. Источник: Коломенский завод
Всего за 1965-1991 годы в восемь стран социалистического лагеря было поставлено более 2700 секций M62. Наибольшее количество локомотивов было направлено в Польшу (1191 тепловозов, модель ST44), Чехословакию (599) и Германию (396).
Также в ряде стран локомотив получает свою модификацию. Для Кубы были выполнены доработки для тропических условий – изменена система охлаждения и дефорсирован дизель. Также тепловоз поставлялся в Северную Корею, которая в последствии переоборудовала часть локомотивов в электровозы.
В то же время с 1970 года M62 начинает производится и для нужд МПС СССР, в том числе в двухсекционным и трехсекционном исполнениях. Всего для железной дороги СССР выпущено более 6000 секций.
Самый необычный тепловоз (который так и не случился)
В середине XX века конструкторы в СССР и США начали активно прорабатывать создание транспортных средств, работающих на ядерной энергии. Инженеры даже всерьез рассматривали идею создания поездов дальнего следования, которые могли бы преодолевать огромные расстояния благодаря тепловозам с атомными двигателями.
В апреле 1947 года группа советских ученых – Михаил Первухин, Игорь Курчатов и Авраамий Завенягин – направили министру внутренних дел МВД СССР и по совместительству куратору советского атомного проекта Лаврентию Берии письмо с просьбой одобрить предложения Научно-технического совета по организации работ в области использования тепла ядерных реакций для энергосиловых установок. Авторы письма указывали на пользу в использовании энергии мирного атома и ссылались на ведущиеся в США работы по созданию атомного локомотива и атомной электростанции.
Однако атомовоз так и остался в эскизном проекте. В 1955-1956 годах Институт комплексных транспортных проблем АН СССР начал проводить исследование вопросов по разработке атомных силовых установок для использования их на транспорте. Однако локомотивы оказались на последнем месте, так как акцент был поставлен на создание морских судов с атомным двигателем.
Концепция атомовоза. Иллюстрация из научного популярного журнала 1955 года
В СССР пришли к выводу, что пока нет условий для создания компактной ядерной установки для локомотивов, а вес защитного экрана не удавалось сделать меньше 200 т. Энергетическая мощность атомовоза приводила к резкому увеличению веса поездов, для которых необходимы пути с шириной колеи от 3 до 4,5 м. По сути надо было заново просчитывать и создавать всю железнодорожную инфраструктуру. Одним из проектов предлагалось, что на двухпутных железных дорогах будут убраны по два внутренних рельса, чтобы оставшиеся внешние рельсы образовали колею шириной около шести метров. Но в итоге от этих идей, естественно, отказались по техническим и экономическим соображениям.
В 1983 году к идее атомного тепловоза вернулись ввиду необходимости увеличения автономности прорабатываемого проекта боевого железнодорожного ракетного комплекса. Однако доводом против служило соображение о высокой экологической опасности транспортного средства с ядерной энергетической установкой, а также возможные тяжелые последствия в случае крушения или другой аварии.
В то же время разработки начались и их вели сразу несколько предприятий: Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт, Коломенский завод и др. К 1985 году был разработан конструктивный вариант атомовоза с реактором на быстрых нейтронах БОР-60 (тепловая мощность 60 МВт, электрическая мощность 12 МВт). Однако на этом разработки и остановились: потом случилась авария на Чернобыльской АЭС, а еще через несколько лет Советский Союз, способный на такие прорывные технологические проекты, перестал существовать.
Источники литературы:
Раков В. А. Локомотивы отечественных железных дорог (1845 – 1955) / В. А. Раков. – М.: Транспорт, 1995. – 564 с.
Неревяткин К. А. О возможных направлениях модернизации отечественных тепловозов. Мир трансп.. 2015. 13, № 2, с. 58-62.
Иоффе А. Г., Карянин В. И. Новое поколение автономной тяги. Локомотив. 2015, № 10, с. 6-8.
Иоффе А. П. Отечественному тепловозостроению — 90 лет. Локомотив. 2014, № 11, с. 39-44.
Железнодорожный транспорт : энциклопедия / гл. ред. Н.С. Конарев. – М. : Большая рос. энцикл., 1994. – 567 с.
Тепловозы СССР : отрасл. кат. 18-5-88 / М-во тяжелого, энерг. и трансп. машиностроения СССР, ЦНИИ информ. и техн.-экон. исслед. по тяжелому и трансп. машиностроению. – М. : ЦНИИТЭИтяжмаш, 1988. – 167 с.
Краткие сведения о развитии отечественных железных дорог с 1838 по 2000 гг. : [справочник] / Центр. науч.-техн. б-ка ж.-д. транспорта России ; [сост. Г.М. Афонина]. – 2-е изд., доп. – Москва : Ж.-д. дело, 2002. – 229 с.
Следите оперативно за новостями рынков подвижного состава в Telegram-канале ROLLINGSTOCK
