Развитие паровозостроительной промышленности

Паровоз Черепановых

Появление паровозов в России было связано со строительством и эксплуатацией Царскосельской железной дороги.

Шесть паровозов для этой дороги строились на заводах Англии и Бельгии. По конструкции паровозы были однотипны: в общей жесткой раме они мели одну движущую колесную пару большого диаметра (в пределах 1700 — 1900 мм), бегунковую и поддерживающую колесные пары меньшего диаметра. Полная испаряющая поверхность нагрева котла составляла 50 — 60 км.м, давление пара достигало 6 — 7 атм., мощность 70 — 75 л.с., наибольшая скорость движения доходила до 60 км/ч. Паровозы имели названия: «Стрела», «Проворный», «Богатырь», «Орел», «Лев» и «Слон».

До начала строительства Петербурго-Московской железной дороги были заказаны один паровоз в Англии, другой в США; в 1843 году они поступили в Россию. Первый отечественный паровоз построили на Александровском заводе в Петербурге в 1845 году.

Александровский механический завод Петербурго-Московской железной дороги явился первенцем железнодорожного машиностроения. В 1845 году по специальной ветке, подведенной к заводу, проследовали изготовленные здесь первые два паровоза.

Первый паровоз Александровского завода

Пассажирские паровозы типа 2-2-0 (число бегунковых осей, число движущих осей и число поддерживающих осей) выпускавшиеся заводом, позднее получили обозначение серии «В». Паровоз имел две спицевые, чугунные, без противовесов движущие колесные пары диаметром 1705 мм, из которых ведущей являлась первая, внутренний эксцентриковый парораспределительный механизм приводил в движение двойные (расширительные) золотники, позволявшие реверсировать машину и изменять степень наполнения цилиндров паром. Это явилось значительным шагом вперед по сравнению с конструкциями, применявшимися на паровозах Царскосельской железной дороги. В трубчатом котле использовалась конусная тяга, что позволило регулировать процесс горения топлива в зависимости от интенсивности горения паровой машины. Давление в котле возросло до 8 атмосфер, а мощность паровоза до 130 л.с. Такие паровозы могли, с учетом равнинного профиля Петербурго-Московской железной дороги, водить поезда из шести вагонов со скоростью 40 км/час. Кроме того, завод строил паровозы с осевой формулой 1-2-0 и 1-2-1.

В 1847 году на Александровском заводе было 230 станков и машин, в том числе уникальное по тому времени оборудование: паровые молоты, стан для протяжки труб, зуборезный станок, специальная установка для испытания металлоконструкций, механический и гидравлический прессы. Он имел механический, лесопильный, литейный, машинно-кузнечный, слесарный и другие цеха, оборудованные новой техникой.

Первые паровозы были без будок и площадок, паровозная бригада находилась под открытым небом. Продувательные краны открывались снаружи при пуске паровоза. Товарный паровоз развивал скорость до 22 км/ч, а пассажирский до 30 км/ч., но поначалу даже и деления на товарные и пассажирские не было. В дальнейшем эти локомотивы модернизировали установив будки, площадки, кулисное парораспределение, инжекторы, буфера. Усовершенствования, для защиты от непогоды паровозной бригады, стали появляться примерно с 1865 года. Сначала это были металлические листы для защиты от встречного ветра, затем зонтики, и наконец закрытые будки, что было особенно важно в условиях северного климата. В это же время вместо ручных насосов для подачи воды в котел стали ставить простые и компактные устройства — инжекторы.

Паровоз завода Мальцева, 1890-е годы

В 1893 году завод вместе с Петербурго-Московской дорогой передали из Главного общества российских железных дорог в казну. К этому времени при содействии МПС предприятие было реконструировано: были построены новые цеха, электростанция, заменена значительная часть оборудования, создана первая лаборатория со стендом для испытания паровозов на месте, организованы ходовые и теплотехнические испытания паровозов. На заводе начали применять электропайку и электросварку, паровой привод большого числа станков заменили на электрический. Планировка цехов завода после реконструкции стала типовой для вновь строящихся предприятий по выпуску и ремонту подвижного состава.

Александровский завод также активно строил вагоны, начиная с 1844 года, с 1850 года помимо постройки новых начинает производить ремонт вагонов и изготовление запасных частей к ним.

В конце 60-х годов XIX столетия появились новые паровозостроительные заводы: Коломенский, Воткинский, Невский, Мальцевский. С 1869 по 1900 годы отечественные предприятия построили 7619 паровозов, всего к 1917 году ведущие заводы выпустили 21101 паровоз, в том числе: Александровский завод с 1844 по 1917 год — 331 ед., Воткинский с 1869 по 1917 год — 565 ед., Путиловский с 1894 по 1917 год — 2347 ед., Сормовский с 1898 по 1917 год — 2164 ед., Невский с 1870 по 1917 год — 3512 ед., Коломенский с 1869 по 1917 год — 4619 ед., Брянский (Мальцевский) с 1892 года по 1917 — 2825 ед., Харьковский с 1897 по 1917 год — 2622 ед., Луганский с 1899 по 1917 год — 2116 ед. Эти предприятия составили основу локомотивостроения в конце XIX и начале XX века.

А.П. Бородин (1848 - 1898)

В России появилась и своя школа паровозостроения, выросли талантливые инженеры-конструкторы, ученые и исследователи. В 1854 году инженер-полковник А.Г. Добронравов опубликовал «Правила для составления проектов паровоза», профессор Петербургского технологического института Л.А. Ераков в 1871 году написал первый «Курс паровозов». Большую работу по испытанию паровозов и организации для этой цели первой в мире лаборатории в Киевских мастерских провел в 1880-х годах инженер Александр Парфеньевич Бородин. Вместе с ним проводил испытания паровозов на линии Киев — Фастов инженер Л.М. Леви. С участием профессора Н.П. Петрова проектировались паровозы типа 0-4-0.

Впервые для испытания паровозов в 1898 году инженер Г.Н. Теодорович использовал на Харьковско-Николаевской дороге динамометрический вагон. Исследованием динамики прохождения паровозов в кривых участках пути в 1898 году занимались инженер А.А. Холодецкий и профессор А.С. Раевский.

Важное значение для развития железнодорожного машиностроения имели совещательные съезды инженеров службы тяги. Первый съезд, организованный по инициативе известного ученого Н.Л. Щукина, проходил в Москве в 1879 году. На этом и следующих съездах обсуждались вопросы, связанные с выбором технической политики в строительстве и эксплуатации паровозов, направленности научных разработок, а также намечались пути модернизации подвижного состава. В дальнейшем совещательные съезды поочередно собирались в разных городах России. Благодаря положительному влиянию этих съездов на развитие отрасли их опыт стали использовать и другие железнодорожные службы (пути, движения). Подобные научно-технические форумы стали практиковаться и в международном масштабе, например в 1885 году состоялся первый международный съезд по паровозостроению в Брюсселе.

К концу XIX столетия испаряющие поверхности нагрева котлов достигли на отечественных паровозах 150 — 160 кв.м. при поверхности нагрева топки до 11 кв.м. и площади колосниковой решетки до 2.2 кв.м. Для уменьшения конденсации пара улучшалась теплоизоляция котла и трубопроводов. В целях уменьшения потери тепла в паровой машине стали использовать принцип двойного расширения пара (компаунд). В России паровозы с системой компаунд стали применять по инициативе А.П. Бородина. Первые шесть таких паровозов типа 2-2-0 серии П^б были построены в 1885 году Одесскими мастерскими для Юго-Западных железных дорог. Применение таких локомотивов давало до 15% экономии топлива. К концу 1890-х годов около 13% паровозов имели машины компаунд преимущественно в двухцилиндровом исполнении.

Рост скоростей движения пассажирских поездов требовал более паропроизводительных котлов паровозов, с давлением пара 11 — 12 атм, и дальнейшего увеличения диаметра движущихся колес. Последнее вызывалось тем, что Правила технической эксплуатации железных дорог ограничивали число оборотов движущих колес: для пассажирских паровозов — до 260 оборотов в минуту, для товарных до 225 об/мин. Реализуемые на ряде дорог высокие скорости вызвали потребность в постройке быстроходных паровозов с большими движущими колесами (диаметром до 2000 мм у пассажирских и 1300 мм у товарных), хотя это в какой-то мере и снижало силу тяги локомотивов.

В связи с необходимостью повышения безопасности движения в 1891 году введены в действие Правила устройства, установки и содержания паровых котлов и их освидетельствования, а также Правила проверки действия измерителей скоростей. Циркуляром МПС предписывалось на лобовой части паровозов, отправляемых с поездами большой скорости, обязательно ставить фонари с посеребренным или никелированным рефлектором.

Постоянные противоречия между требованиями роста силы тяги и ограничения нагрузок от движущихся колес на рельсы заставляли конструкторов искать новые решения. Одним из них явилось объединение нескольких колес посредством тяг (дышел). К концу столетия пассажирские паровозы имели до трех сцепных осей, а товарные — до четырех, нагрузки же от колесной пары на рельсы составляли 13 тонн.

В 1902 году по инициативе Е.Е. Нольтейна Коломенский завод оборудовал первый в стране паровоз (серии Ж типа 2-3-0) пароперегревателем. С началом применения перегретого пара, обеспечивающего экономию до 25% топлива и около 35% воды, широкое распространение получили круглые (поршневые) золотники, надежно выдерживавшие температуру насыщенного пара 300 — 350 градусов по Цельсию.

Увеличение размера и веса котлов, составлявших большую часть общего веса паровозов, привело к росту нагрузок на путь, которые ограничивались нормами. В связи с этим дополнительно стали вводить сцепные колесные пары, число которых достигало пяти. Однако размещение их в одной жесткой раме затрудняло вписывание паровозов в кривые участки пути. Для решения этой проблемы инженеры и конструкторы-паровозостроители шли на некоторые усложнения экипажной части: введение безребордных колес, разбегов осей в буксах, букс в раме, дышловых подшипников на пальцах. Также появлялись и конструкции сочлененных паровозов с двумя паровыми машинами.

Поверхность нагрева котлов достигала 200 кв.м., давление пара 12 — 13 атм. Использование перегретого пара способствовало экономичности машин, Диаметр колес паровозов с целью увеличения силы тяги был установлен в оптимальных размерах: пассажирских 1830 — 1920 мм, товарных — до 1320 мм. Пассажирские паровозы имели конструкционную скорость 115 — 130 км/час, а товарные до 70 км/час. Нагрузки от движущихся колесных пар на рельсы составляли 16 — 17 тонн. Мощности при расчетной форсировке котла и машины достигали 1500 л.с.

С января 1913 года в целях упорядочения обозначений локомотивов была введена единая система серий для всей сети железных дорог. До этого, дороги заказывавшие паровозы на заводах самостоятельно присваивали серии произвольным образом, вследствие этого на разных дорогах имелись паровозы одинаковых по обозначению серий, но при этом разные по характеристикам и колесной формуле.

Паровозный парк на предвоенный 1913 год составлял 18695 паровозов (на всех частных и казенных железных дорогах вместе взятых), в том числе 3550 пассажирских. Из общего числа паровозов 54% было построено в 1900 — 1913 годах. 17 паровозов имели устройства для измерения скорости. В среднем на 100 километров сети приходилось 32 паровоза, при этом на частных дорогах, составлявших примерно 30% от общей сети, паровозов было в полтора раза меньше. Среднесуточный пробег составлял около 112 км. 67% из общего числа паровозов работали на угле, расходуя в год 7,2 млн. тонн, 26% использовали нефть и мазут (1,8 млн. тонн), остальные отапливались дровами (5,2 млн. кубометров). Стоимость всего парка паровозов составляла 642 млн. 71 тысяч рублей.

В целом некоторые серии отечественных паровозов по качеству изготовления и конструкции находились на уровне лучших образцов мирового паровозостроения. Этому способствовали научные разработки, теоретические и экспериментальные исследования, выполненные А.П. Бородиным, Ю.В. Ломоносовым, В.И. Лопушинским, Б.С. Малаховским и другими специалистами в области паровозостроения, получившими признание как в России, так и за рубежом.

В годы первой мировой войны производство паровозов резко сократилось, значительная часть локомотивного парка оказалась выведенной из строя, что вызвало огромные трудности в организации движения поездов.