Тепловоз

Тепловоз — это автономный локомотив, в качестве первичного двигателя которого используется двигатель внутреннего сгорания (обычно дизельный). Тепловоз относится к классу самоходных рельсовых транспортных средств, предназначенных для тяги поездов (пассажирских, грузовых, маневровых) на железных дорогах. В отличие от электровоза, тепловоз не зависит от контактной сети или третьего рельса, что позволяет эксплуатировать его на неэлектрифицированных участках железных дорог, а также в качестве резервного или маневрового средства на электрифицированных линиях.

История

Предпосылки создания

До конца XIX века единственным типом автономного локомотива был паровоз, использующий паровую машину. Недостатки паровозов — низкий коэффициент полезного действия (КПД) (5–7 %), необходимость частых заправок водой и углем, длительный период растопки и высокая трудоёмкость обслуживания — стимулировали поиск альтернатив. С развитием двигателей внутреннего сгорания в конце XIX века появилась идея создания локомотива с дизельным или бензиновым мотором.

Первые образцы

Первый в мире работоспособный тепловоз был построен в 1912 году в Германии компанией «Крупп» (Krupp) по проекту инженера Адольфа Клозе. Он представлял собой локомотив с дизельным двигателем мощностью 1200 л. с., передача крутящего момента на колёса осуществлялась через электрическую трансмиссию (дизель-генератор — электродвигатели). Эта конструкция оказалась удачной и стала основой для большинства последующих тепловозов.

В России первый тепловоз (тогда называвшийся «тепловоз системы Гаккеля — Гаккель-1») был построен в 1924 году на Балтийском судостроительном заводе в Ленинграде под руководством инженера Я. М. Гаккеля. Этот локомотив мощностью 1000 л. с. также использовал электрическую передачу. В том же 1924 году в СССР был построен тепловоз системы профессора А. Н. Шелеста (Щ-ЭЛ-1), но его конструкция оказалась менее удачной. С 1920-х годов началось серийное производство тепловозов в США, Германии, Франции и других странах.

Развитие в СССР и России

В СССР массовое внедрение тепловозов началось в 1930-х годах, но из-за недостатка дизельного топлива и ориентации на электрификацию железных дорог темпы были невысокими. После Великой Отечественной войны, с развитием нефтяной промышленности, тепловозная тяга стала активно вытеснять паровую. В 1950–1970-х годах были созданы и запущены в серию знаменитые советские тепловозы: ТЭ3 (1953), 2ТЭ10Л (1961), ТЭП60 (1960), ТЭП70 (1973), маневровые ТЭМ2 (1960) и ЧМЭ3 (чехословацкого производства, 1963). К 1980-м годам тепловозы полностью заменили паровозы на магистральных линиях СССР. В постсоветской России продолжалось производство новых моделей, в том числе грузовых 2ТЭ25А (2006) и пассажирских ТЭП70БС (2004), а также модернизация существующего парка.

Классификация

Тепловозы классифицируются по нескольким основным признакам.

По роду службы

Магистральные грузовые — предназначены для вождения тяжеловесных грузовых поездов на перегонах. Отличаются большой мощностью (2000–6000 кВт и выше) и высоким тяговым усилием. Примеры: 2ТЭ10М, 2ТЭ25КМ, 3ТЭ25К2М.
Магистральные пассажирские — рассчитаны на высокие скорости движения (до 160–200 км/ч) при меньшей, чем у грузовых, массе поезда. Имеют более высокую конструкционную скорость и улучшенные динамические характеристики. Примеры: ТЭП70, ТЭП80, ЧС2 (электровоз, но аналогичные требования).
Маневровые — используются для перемещения вагонов на станциях, подъездных путях, в депо и на сортировочных горках. Имеют среднюю мощность (500–1500 кВт), высокую маневренность и часто — возможность работы по системе многих единиц. Примеры: ТЭМ2, ТЭМ18, ЧМЭ3.
Промышленные — эксплуатируются на путях промышленных предприятий (шахты, заводы, рудники). Часто имеют сниженную высоту (для прохода в тоннелях) или специальные системы безопасности. Примеры: ТГМ4, ТЭМ7.

По типу передачи

Электрическая передача — дизель вращает тяговый генератор, вырабатываемый ток подаётся на тяговые электродвигатели, которые приводят в движение колёсные пары. Наиболее распространённый тип, обеспечивающий плавное регулирование силы тяги и высокий КПД.
Гидравлическая передача — крутящий момент от дизеля передаётся через гидротрансформатор или гидромуфту к колёсным парам. Менее распространена, чем электрическая, но проще в обслуживании и легче. Используется в основном на маневровых и промышленных тепловозах (например, ТГМ23).
Механическая передача — крутящий момент передаётся через сцепление, коробку передач и карданные валы. Применяется только на самых маломощных локомотивах (например, мотовозах), так как не позволяет эффективно реализовать большую мощность и плавно регулировать тягу.

По числу секций

Односекционные — один локомотив, работающий самостоятельно.
Двухсекционные — две одинаковые секции, управляемые с одного пульта (например, 2ТЭ10М). Позволяют увеличить мощность и сцепной вес без увеличения осевой нагрузки.
Трёхсекционные — три секции, используются для вождения сверхтяжёлых поездов (например, 3ТЭ10М).

Устройство и основные компоненты

Основные узлы тепловоза:

Кузов — несущая конструкция, на которой крепятся все агрегаты. Бывает капотного, вагонного или полувагонного типа.
Дизель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе. Является первичным источником энергии. Современные тепловозы оснащаются 4-тактными или 2-тактными дизелями мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч киловатт.
Трансмиссия — устройство для передачи крутящего момента от дизеля к колёсным парам. Как указано выше, бывает электрической, гидравлической или механической.
Экипажная часть — рама, колёсные пары, рессорное подвешивание, буксы, автосцепки. Обеспечивает движение по рельсам и передачу тягового усилия.
Тормозное оборудование — пневматические, электрические (реостатные) и ручные тормоза.
Вспомогательное оборудование — системы охлаждения (радиаторы, вентиляторы), масляная система, топливная система, система подачи воздуха, компрессоры, генераторы собственных нужд.
Кабина управления — рабочее место машиниста, оснащённое контроллером, приборами контроля, радиостанцией, системой безопасности (АЛСН, КЛУБ, САУТ).

Применение

Тепловозы широко применяются на железных дорогах всех стран мира. Основные области использования:

Неэлектрифицированные линии — основная сфера применения. В России, Канаде, Австралии, Китае и многих других странах значительная часть железных дорог не имеет контактной сети, и тепловозы являются единственным видом автономной тяги.
Маневровая работа — на станциях, в депо, на промышленных предприятиях. Маневровые тепловозы незаменимы для формирования и расформирования составов.
Резервная тяга — на электрифицированных линиях тепловозы используются для подачи пассажирских поездов на пути, где нет контактного провода, или в случае аварийного отключения электроэнергии.
Строительство и ремонт путей — тепловозы используются для доставки материалов, путевых машин и персонала.
Ведомственные и промышленные перевозки — на подъездных путях заводов, шахт, лесопромышленных комплексов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Автономность — не зависит от контактной сети, может работать на любых участках.
Высокий КПД — по сравнению с паровозом (до 25–30 % у современных тепловозов).
Быстрая готовность к работе — не требует длительной растопки, как паровоз.
Меньшие эксплуатационные расходы — по сравнению с паровозом (меньше персонала, проще обслуживание).
Возможность работы по системе многих единиц — позволяет наращивать мощность состава.

Недостатки

Выбросы вредных веществ — дизельные двигатели выбрасывают оксиды азота, сажу, углекислый газ.
Шум и вибрация — работа дизеля создаёт значительный шум, особенно на маневровых тепловозах.
Зависимость от цены топлива — стоимость перевозок сильно зависит от мировых цен на нефть.
Меньшая мощность по сравнению с электровозом — современные электровозы могут развивать мощность до 10–12 МВт, что значительно выше, чем у тепловозов.
Больший вес — из-за наличия дизеля, генератора и топливных баков тепловоз тяжелее электровоза той же мощности.

Интересные факты

Самый мощный в мире тепловоз — американский GE AC6000CW (6000 л. с., около 4470 кВт) или его модификации.
В СССР был построен экспериментальный тепловоз ТЭП80, который в 1993 году установил рекорд скорости для тепловозов — 271 км/ч.
В России и странах СНГ до сих пор эксплуатируется большое количество тепловозов серии ЧМЭ3, выпущенных в Чехословакии в 1960–1980-х годах.
Тепловозы могут работать в условиях Крайнего Севера при температурах до -60 °C, для чего применяются специальные системы подогрева топлива и масла.

Источники

Железнодорожный транспорт: энциклопедия / гл. ред. Н. С. Конарев. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994.
Теория и конструкция локомотивов / под ред. А. А. Вульфсона. — М.: Транспорт, 1990.
Локомотивы и локомотивное хозяйство / В. А. Долгов, В. А. Кротов, В. Н. Маслов. — М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2009.
История железнодорожного транспорта России. Том 1: 1836–1917 гг. — СПб.: Иван Фёдоров, 1994.
Раков В. А. Локомотивы отечественных железных дорог (1845–1955). — М.: Транспорт, 1995.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →