Герб горада Ліды, наданы 17 верасня 1590 г.
3. Общий обзор
Размеры грузооборота, средняя дальность перевозок и технический уровень средств железнодорожного транспорта позволяют установить экономически наиболее целесообразные веса поездов и средние технические скорости. На основании этих данных определяется потребная мощность товарных паровозов, характеризуемая двумя важнейшими факторами - сцепным весом и площадью колосниковой решетки.
При построении товарных паровозов в недалеком прошлом прежде всего решался вопрос - делать ли паровоз с передней тележкой или без нее. Высказывались мнения о том, что в товарной службе тележечная колесная пара является мертвым грузом; при езде на подъем она приводит к уменьшению состава, а при движении по уклону - бесполезна, так как скорость все равно ограничена по тормозам. Это было одним из положений консервативного взгляда, игнорирующего требования увеличения скорости.
Н. Л. Щукин, будучи сторонником применения тележки в товарных паровозах, позволяющей увеличить размеры котла и колосниковой решетки, боролся за повышение скоростей товарных поездов. Правильность его мнения подтвердилась еще в 1915 г. Расчет, произведенный на основании принятых в то время норм, показал, что при пяти спаренных колесных парах вес паровоза при передней тележке возрастает всего на 12%, а скорость при наибольшей силе тяги - на 21,5%. Этот расчет был полностью подтвержден в действительной службе паровозов 1-5-0 Е (фиг. 22, 23) и 0-5-0 Э (фиг. 15).
Еще более убедительным является сопоставление паровозов Э м и СО (фиг. 17 и 27). При одинаковой машине и почти том же сцепном весе паровоз СО с одинаковым составом на предельном подъеме давал повышение скорости на 50%.
Быстроходность товарных паровозов в зависимости от наличия в них тележек наглядно характеризуется следующими цифрами, которые показывают скорости на расчетном подъеме при одинаковых сцепных весах, форсировках, удельных расходах пара, строительных коэфициентах и коэффициентах сцепления.
| Паровоз | Скорость на
подъеме |
% |
| 0-5-0 | 20,3 | 100 |
| 1-5-0 | 23,3 | 115 |
| 1-5-1 | 25,3 | 125 |
| 1-5-2 | 29,3 | 145 |
Для обоснования выводов в пользу паровозов типов 0-4-0 и 0-5-0 представителями консервативных течений обычно использовалось противопоставление паровозов О в, Ы ч и Э (фиг. 2 и 15) паровозу 1-4-0 Щ (фиг. 5), имеющему низкий строительный коэфициент. Этот пример не мог, однако, служить основанием для обобщающего вывода, а относился только к частному случаю. Все современные товарные паровозы строятся только со вспомогательными тележками.
Повышение сцепного веса шло двумя путями - путем увеличения числа движущих колесных пар и путем увеличения нагрузок от колесных пар на рельсы. После перехода от четырех спаренных колесных пар к пяти повышение силы тяги шло исключительно по пути повышения нагрузок на рельсы.
Практический опыт позволил установить, что пять движущих колесных пар в одной жесткой раме являются пока пределом. Все попытки увеличения числа колесных пар до шести и тем более до семи были неудачны. При этих попытках встречались большие затруднения при движении в кривых, причем не только из-за трудности размещения в рельсовой колее колесных пар, но и по причине уменьшения сцепления, приводящего к недоиспользованию сцепного веса; также чрезвычайно затруднялась работа спарников. При необходимости увеличения числа движущих колесных пар сверх пяти неизбежен переход к сочлененным, более сложным паровозам.
Переход от паровоза Э у к ФД (фиг. 16 и 30) был одновременным переходом от нагрузки 17 т к нагрузке 20 т.
Согласно решениям XVII съезда ВКП(б), паровоз ФД стал основной единицей товарного парка на главнейших реконструированных магистралях и, получив на них быстрое распространение, вытеснил с этих магистралей паровозы Э.
Паровозы 1-5-0 СО (фиг. 27) проектировались сперва для нагрузки 17 т. Применение в них конденсационного оборудования повысило нагрузку до 19 т (фиг. 28). Часть паровозов СО, не имеющих такого оборудования, но в которых применена вентиляторная тяга, имеют нагрузку 18 т (фиг. 29). Ту же нагрузку имеют паровозы Коломенского з-да 1-5-0 Л (фиг. 31).
Соответствие между нагрузкой, передаваемой от движущей колесной пары на рельсы, и типом рельсов определяется коэфициентом, представляющим отношение веса погонного метра рельса в килограммах к нагрузке, допускаемой на рельс от движущей колесной пары в тоннах. По подсчетам, наиболее целесообразная величина этого коэфициента заключается в пределах 2,2-2,4. Этот коэфициент и тип рельсов определяют нагрузки на них от движущих колесных пар (табл. 5.).
Колоссальный расход металла и огромные затраты денежных средств диктуют необходимость тщательнейших исследований при выборе типа рельсов, который является одной из важнейших проблем государственного значения. Отсюда понятна важность установления нагрузок на рельсы от колесных пар локомотивов и вагонов.
Таблица 5. Ориентировочные нагрузки от колесных пар паровозов на рельсы
| Тип рельсов | Вес одного погонного метра в кг | Нагрузка на рельсы от колесной пары паровозов в т | |
| К=2,2 | К=2,4 | ||
| Р 30 (IV a) | 30,9 | 14,1 | 12,9 |
| P 33 (III a) | 33,5 | 15,2 | 14,0 |
| P 38 (II a) | 38,4 | 17,5 | 16,0 |
| P 43 (I a) | 43,6 | 19,8 | 18,2 |
| P 50 | 50,0 | 22,8 | 20,8 |
| P 65 | 65,0 | 29,5 | 27,1 |
На сети железных дорог будет продолжена укладка рельсов типов Р 43 и Р 50, а на самых грузонапряженных магистралях - Р 65.
В начале реконструкции нашего железнодорожного транспорта (1930-1931 гг.) за границей было заказано десять пробных паровозов 1-5-1 Т б и 1-5-2 Т а с нагрузкой на рельсы 23 т.
Паровозы Т а и Т б прибыли в ленинградский порт в октябре 1931 г. и были собраны на Пролетарском паровозоремонтном заводе. Паровозы эти оказались неэкономичными.
Опыт их эксплоатации показал, что от нагрузок колесных пар на рельсы в 23 т целесообразнее было временно воздержаться до соответствующей реконструкции пути. К моменту прибытия этих паровозов в СССР уже был построен первый советский мощный паровоз ФД, значительно более экономичный и по нагрузкам на рельсы удовлетворяющий существующим условиям.
В последующий период быстрое накопление опыта по паровозам ФД позволило с успехом ввести в эксплоатацию большое их количество, благодаря чему был решен важнейший вопрос перевооружения нашего железнодорожного транспорта передовой техникой.
Наряду с указанными достижениями можно отметить и некоторые неудачи.
Паровозы, создаваемые в отрыве от экономических, хозяйственных и технических условий, обычно оказываются нежизненными. Это положение со всей наглядностью подтверждается следующими фактами.
В 1928-1932 гг. существовала группа специалистов, которая вела пропаганду за широкое применение на сети железных дорог СССР паровозов Гаррата. Заказанный по их настоянию в Англии один экземпляр такого паровоза прибыл в СССР в 1932 г. Паровоз Гаррата имел все недостатки, присущие сочлененным и бестендерным паровозам. Но главное в несостоятельности идеи применения этого паровоза заключалось в том, что ее сторонники позабыли, а может быть и не знали тех обстоятельств, которые привели паровоз к столь сложной компоновке. Как известно, увеличение колосниковой решетки требует размещения ее не только над рамой, но и над колесами, что выполнимо только при условии поднятия оси котла на значительную высоту. При невозможности такого расположения котла в условиях низкого габарита размещение широкой топки потребовало удаления из-под нее колесных пар, которые сгруппировались в две обособленные тележки, нагружаемые концами главного строения паровоза. Следовательно, паровоз Гаррата может быть оправдан только в условиях низкого габарита. В СССР, как известно, габарит имеет наибольшую в мире высоту, и потому основная идея паровоза не соответствовала тем условиям, в которых делалась попытка ее применить.
Второй неудачной попыткой являлась постройка паровоза 2-7-2 АА. Паровоз был создан на базе неправильных представлений о перспективах развития народного хозяйства страны. Имея сцепной вес 140 т и мощность 5000 л. с., паровоз не мог соответствовать основным требованиям грузооборота. При выборе семи движущих колесных пар предполагалось этот паровоз противопоставить сочлененным паровозам. В отношении конструкции он был спроектирован также крайне неудачно. Сочетание трех подряд безребордных колесных пар вызвало частые сходы с рельсов на тракционных путях. Сцепной вес недоиспользовался, работа спарников была неудовлетворительной. Несмотря на то, что паровоз был оборудован двумя углеподатчиками, парообразование было неудовлетворительно.
4. Паровозы 0-4-0 Од и Ов
Первые в мире паровозы типа 0-4-0 были построены в России в 1858 г. на Александровском заводе.
К девяностым годам прошлого столетия самыми распространенными товарными паровозами русской железнодорожной сети были паровозы типа 0-3-0. Потребность в более сильных паровозах стала назревать уже к концу восьмидесятых годов прошлого столетия. В это время существовало несколько русских типов паровозов 0-4-0, построенных по проектам Коломенского, Невского и Мальцевского заводов. Паровозы имели преимущественно машины одиночного расширения.
Для дорог Юго-Западных и Владикавказской, находившихся тогда в руках частных обществ, паровозы 0-4-0 строились с машинами двойного расширения. Проекты их были разработаны Л. М. Леви - для Юго-Западных ж. д. и В. И. Лопушинским - для Владикавказской ж. д. Первые имели волнистую топку и наружный эксцентриковый парораспределительный механизм, а вторые - топку обычного устройства и радиально-маятниковый парораспределительный механизм. При заказе паровозов 0-4-0 в 1890 г. для казенной сети Министерство путей сообщения сперва остановилось на паровозах 0-4-0 с машиной одиночного расширения, по проекту Коломенского з-да. В 1892 г., в связи с тем, что принцип двойного расширения уже считался прогрессивным и оправданным практикой при работе насыщенным паром, в Министерстве поднялся вопрос о заказе и для казенной сети паровозов 0-4-0 с машиной двойного расширения. За образец был принят паровоз типа 0-4-0 Владикавказской ж. д.
После ряда внесенных в него изменений паровоз превратился в нормальный тип 1893 г. серии О д русских казенных железных дорог. К 1 января 1895 г. было уже построено 466 паровозов О д. Паровозы, однако, по расходу пара и топлива не могли быть признаны удовлетворительными.
Вопрос об их улучшении обсуждался на Семнадцатом совещательном съезде инженеров службы тяги в 1896 г., после чего их переконструирование было передано Коломенскому з-ду. По инициативе директора завода Глеб-Кошанского в паровоз был внесен ряд изменений, важнейшими из которых явились введение разности наполнений в обоих цилиндрах, увеличение диаметра колес до 1200 мм и поднятие давления пара до 11,5 ати (а позднее - до 12).
Применение принципа разных наполнений, т. е. больших - в левом цилиндре низкого давления и меньших - в правом, являлось следствием классических опытов А. П. Бородина в созданной им паровозной лаборатории в 1880 г. и опубликованных в 1886 г. Получился нормальный и улучшенный тип 1897 г. (серия О д). Паровоз имел значительное распространение на сети русских железных дорог (фиг. 1).
В 1901 г. под председательством Н. Л. Щукина была учреждена комиссия по устранению недостатков нормального товарного паровоза, в составе представителей Инженерного совета, Технического отдела управления железных дорог, служб тяги, мастерских паровозостроительных и вагоностроительных заводов.
В дальнейшем она именовалась Комиссией подвижного состава и тяги и работала под постоянным председательством Н. Л. Щукина с 1901 по 1917 г.
Значительно улучшенный нормальный товарный паровоз типа 1901 года (серия О в) строился с 1901 по 1908 г. и явился самым распространенным в дореволюционной России. Главное улучшение паровоза заключалось в замене радиально-маятникового механизма кулисно-маятниковым механизмом, имеющим ныне исключительное и повсеместное распространение.
Паровозы О в работают и в настоящее время, выполняя маневровую работу (фиг. 2).
С 1898 по 1900 г. паровозы О д прошли через опыты на Харьково-Николаевской ж. д. (позднее вошедшей в состав Южных ж. д.). Опыты были продолжены в 1908 г. на Екатерининской и в 1909 г. - на Ташкентской ж. д. Разработка результатов первых опытов с паровозами О д была закончена в 1906 г., т. е. через пять лет после начала постройки паровозов О в. Поэтому результаты опытов могли быть использованы только для определения тяговых характеристик паровозов и не оказали влияния на их конструкцию. Постройка паровозов О в к этому времени уже подходила к концу. Не вполне удовлетворительные результаты эксплоатации первых паровозов нормального типа привели к временным сомнениям в пользе принципа двойного расширения. В виде опыта, в 1896 г. на Харьково-Николаевской и в 1897 г. - на Рязано-Уральской ж. д. два паровоза О д были переделаны на машину одиночного расширения.
Результаты получились неблагоприятными, и оба паровоза были опять переделаны на двойное расширение. Опытному исследованию они не подвергались.
В 1913 г. была произведена специальная переделка одного паровоза на одиночное расширение для опытов, которые и дали возможность судить о преимуществах двойного расширения при работе насыщенным паром. Несколько раньше в 1907-1908 гг. на Николаевской ж. д. 13 паровозов О в были снабжены пароперегревателями разных систем и машинами одиночного расширения (серия О п). Опыты, произведенные в 1911-1912 гг. с одним из этих паровозов, показали, что для условий товарной службы, особенно на дорогах с затяжными подъемами, выгодность перехода к одиночному расширению с перегревом заключается не только в перегреве, но и в возвращении к симметричному расположению машины, что дает возможность при том же сцепном весе паровоза возить большие составы и улучшить, особенно при малых скоростях, работу котла.
В 1929-1930 г. появились еще две разновидности паровозов О в, полученные в результате их модернизации. В одной из них, при сохранении машины двойного расширения, был применен перегрев (серия О ч).
Таблица 6. Характеристики паровозов 0-4-0 О д, О в и других
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диамерт движущих колес мм | Давление пара ати | Испаряющая поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковай решетки м 2 | Вес т | ||
| высокого давления | низкого давления | сцепной | в рабочем состоянии | ||||||
| О д | 530 | 730 | 650 | 1150 | 11 | 167 | 1,9 | 51 | 51 |
| О д | 530 | 730 | 650 | 1200 | 11,5 | 153 | 1,9 | 51 | 51 |
| О в | 530 | 730 | 650 | 1200 | 12 | 153 | 1,9 | 51 | 51 |
| О п | 500 | - | 650 | 1200 | 12 | 127 | 1,9 | 52 | 52 |
| О ч | 500 | 730 | 650 | 1200 | 12 | 132 | 1,9 | 53 | 53 |
| О у | 530 | 730 | 650 | 1200 | 14 | 153 | 1,9 | 54 | 54 |
В другой были применены новые котлы с давлением пара 14 ати (серия О у). Широкого распространения обе эти разновидности не получили, так как паровозы 0-4-0 постепенно выбывали из поездной службы, и их переделка вызывала дополнительные расходы, не имевшие оправдания в маневровой службе.
Характеристики паровозов О д, О в и других приведены в табл. 6.
5. Паровозы 1-4-0 Ц, Ш, Щ, Р
Первый в России паровоз типа 1-4-0 был построен в 1895 г. по проекту В. И. Лопушинского для Владикавказской ж. д. и имел серию Ц(фиг. 3). В самом конце прошлого столетия началась постройка Китайско-Восточной ж. д. Обе дороги, Владикавказская и Китайско-Восточная, имели в то время объединенное руководство по заказам подвижного состава, вследствие чего паровозы серии Ц строились одновременно для обеих дорог. Один из паровозов Ц участвовал на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. Паровозы оказались удовлетворительными, но вскоре перестали соответствовать возросшему весу поездов. Потребовались более сильные паровозы, проектирование которых по тому же типу 1-4-0 было поручено В. И. Лопушинскому. Детальная разработка проекта и постройка паровозов производились Брянским заводом.
Первые паровозы Ш были построены в 1902 г. Они оказались тяжелее проектных и имели ряд конструктивных недостатков, что ограничивало их применение только двумя названными дорогами. В паровозах наблюдалась неудовлетворительная работа золотников поршневого типа и часто слабли крепления цилиндров (фиг. 4). Незначительное количество пробных паровозов того же типа находилось также на Екатерининской ж. д.
Особенностью паровозов Ш являлась конструкция цилиндров, отливаемых вместе с половиной крепления рамы и опоры дымовой коробки, представляющих при скреплении цилиндров между собою тот массивный цилиндровый блок, который применяется теперь во всех паровозах при брусковой раме. Это был единственный в России и чрезвычайно редкий в мировой практике случай применения блочных цилиндров при листовой раме. Машина была аксиальной, с наклоном цилиндров 1/30. Оси золотников отнесены внутрь, и передача от наружного парораспределительного механизма к золотнику осуществлялась двухплечим рычагом играющим также роль ходоувеличителя. Эти паровозы были во многих главнейших деталях объединены с пассажирскими паровозами 2-3-0 Г построенными для тех же дорог Брянским з-дом (фиг. 53). В паровозах были объединены котлы, цилиндры, детали парораспределительного механизма.
Дальнейший рост веса товарных поездов на сети казенных железных дорог вызвал необходимость перехода к паровозам большей мощности. Н. Л. Щукин, стоявший тогда во главе паровозостроения был, как уже отмечалось, сторонником применения в товарных паровозах передней тележки. Правильность такой точки зрения в дальнейшем полностью подтвердилась. Следовало не только увеличивать составы, но и повышать скорости. Комиссия подвижного состава и тяги сделала тогда совершенно правильный выбор для товарной службы паровоза типа 1-4-0, так как потребность в пяти спаренных колесных арах, тогда не назрела. Самым сильным в то время паровозом 1-4-0 был паровоз серии Ш, который, однако, по причинам, указанным выше, не удовлетворял Министерство путей сообщения для массовой постройки. По решению комиссии паровоз Ш был принят только в качестве исходного образца, в который вводился ряд конструктивных изменений и улучшений. К переконструированию был привлечен Харьковский з-д,. конструкторское бюро которого в то время возглавлял А. С. Раевский.
Под руководством А. С. Раевского и была осуществлена переделка паровоза Ш в Щ (фиг. 5). Блочные цилиндры были заменены привалочными и поршневые золотники - плоскими.
Построенные паровозы Щ оказались значительно перетяжеленными. Нагрузка от движущих колесных пар на рельсы доходила в них до 17 т вместо заданных 15 т. Кроме того, с устранением конструктивных недостатков, присущих серии Ш, появились новые недостатки. Паровозы не совсем удовлетворительно проходили по кривым и имели склонность к буксованию. С последующим внесением в их конструкцию ряда изменений они были несколько улучшены и облегчены, но уменьшить нагрузку ниже 16,5 т от колесной пары на рельсы не удалось. Их пришлось вводить в эксплоатацию на линиях с неусиленными рельсами и мостами, рассчитанными на 15 т.
Опыт по превышению допускаемых нагрузок показал, что существовавшие тогда нормы принимались с излишней осторожностью, так как никаких вредных последствий установлено не было. В этом заключалась положительная сторона опыта. В 1908 и 1909 гг. паровоз Щ был проведен через цикл опытов на Екатерининской ж. д.
В 1910 г. некоторое количество паровозов Щ с машинами одиночного расширения и пароперегревателями (серия Щ п, фиг. 6) было построено Брянским и Сормовским заводами для Московско-Киево-Воронежской и Екатерининской ж. д. В 1911 г. два из них были испытаны на Николаевской ж. д. Паровозы имели несколько завышенные размеры цилиндров и перегрев в них был довольно низкий (250-280°). Контр-кривошипы были оставлены опережающими. При внутреннем впуске пара это привело к необходимости держать при переднем ходе кулисный камень вверху кулисы, вследствие чего игра камня получилась довольно значительной. Большие размеры цилиндров и склонность к буксованию явились недостатками паровозов Щ п.
В 1912-1914 гг. на русских железных дорогах имелись паровозы с машинами двойного расширения и перегревом (Н ч, У у,Ы ч). Довольно экономичная работа этих паровозов при низких скоростях показала, что в известных условиях совместное применение двойного расширения с перегревом может оказаться полезным. Как показал опыт, применение двойного расширения совместно с перегревом уменьшает теплоотдачу от пара к стенкам цилиндра, так как двойное расширение сближает пределы, в которых происходит колебание температуры в каждом цилиндре. Кроме того, уменьшается и утечка пара через поршни и золотники. Это и привело к попытке такую же комбинацию применить в паровозе Щ. Переделка паровозов Щ на перегрев с сохранением машины двойного расширения (серия Щ ч) была поручена Путиловскому з-ду. Паровозо-техническую контору в то время возглавлял А. С. Раевский, автор первоначального проекта паровоза Щ.
Параллельно с работами, которые велись на Путиловском з-де, над усилением паровоза Щ работал и Харьковский з-д, в лице Б. И. Карчевского. В основу разработки проекта было положено условие возможно большей взаимозаменяемости частей паровозов Щч с основной серией Щ. Проектом предусматривалось, чтобы переделка ранее построенных в Щч по тем же чертежам могла производиться на паровозоремонтных заводах и в железнодорожных мастерских.
Из представленных двумя заводами вариантов одобрение Комиссии подвижного состава и тяги получил вариант Путиловского з-да. В 1914 г. заводу было заказано девять паровозов для испытания, но начавшаяся первая мировая война задержала постройку этих паровозов, и первый паровоз был построен только в 1921 г. Работая в одинаковых условиях с паровозами Щ, паровозы Щ ч оказались значительно экономичнее по расходу топлива. Опытное исследование одного из паровозов Щ ч производилось в 1927 г. на Октябрьской ж. д. под руководством Р. П. Гриненко.
Опыты показали высокую экономичность паровозов Щ ч, что следовало отнести за счет удачно выбранных размеров цилиндров и поверхности нагрева котла.
При сравнении паровозов Щ п и Щ ч, вторые оказались по расходу пара экономичнее первых на 20-30%. Было бы, однако, ошибочным столь значительное превосходство Щч приписывать только совместному применению двойного расширения с перегревом, и тем более сделать отсюда обобщающий вывод. Дело в том, что сам по себе паровоз Щ п был спроектирован менее удачно, чем Щ ч.
Паровозы Щ часто называют щукинскими. Роль Н. Л. Щукина в создании этого типа заключалась, однако, только в определении самого типа 1-4-0, как наиболее приемлемого для русских железных дорог в начале текущего столетия, и его распространении на сети казенных железных дорог. Сама же конструкция паровоза создавалась на Харьковском з-де.
Поэтому распространенное мнение о том, что паровозы Щ представляют собою конструкцию Н. Л. Щукина, исторически неверно. Этому мнению значительно способствовала буква "Щ", которой обозначена серия этих паровозов.
По инициативе кандидатов техн. наук А. М. Евтушенко и И. В. Пирина один из паровозов Щ в 1947 г. был реконструирован и получил серию Щ р (фиг. 7). Топка в этом паровозе помещена над рамой и расширена над движущими колесами, цилиндры имеют спрямленные каналы. Контркривошипы изменены в связи с применением внутреннего впуска. Паровоз был передан в Ленинград, где и работает на Ленинградской ж. д.
Паровозы 1-4-0 Р имели машину тандем двойного расширения без перегрева (фиг. 8). Такая машина симметрична и имеет четыре цилиндра - по два с каждой стороны паровоза. Из них передние - высокого давления, а задние - низкого. Поршни обоих цилиндров укреплены на общей скалке. Парораспределение эксцентриковое внутреннее с прямолинейной кулисой. Паровозы были спроектированы Л. М. Леви для Московско-Виндаво-Рыбинской ж. д. в 1898 г. Первоначально их строили заводы Брянский, Коломенский и Путиловский. Некоторая часть паровозов была построена за границей. Паровозы Р применялись также на Московско-Киево-Воронежской, Юго-Восточной и Рязано-Уральской ж. д. Для последних трех дорог паровозы Р строились также на Сормовском з-де.
Постройка паровозов велась до 1910 г. Опытные исследования их производились на Московско-Виндаво-Рыбинской ж. д. под руководством А. О. Чечотта Имея нагрузку от движущей колесной пары всего 13 т, паровозы Р по силе тяги почти не уступали паровозам Щ с нагрузкой 16,5 т, но были менее быстроходны, чем последние. Экономичность их в расходе топлива была средней. В конструктивном отношении машина тандем двойного расширения была неудобна в уходе и ремонте, а при двух поршнях на одной скалке создавала извилистость движения. Прохождение паровозами Р кривых происходило удовлетворительно, причем нагрузка от колесной пары передней тележки была принята всего 8т, т. е. была благоприятна для верхнего строения пути.
Кроме рассмотренных паровозов типа 1-4-0, на Московско-Виндаво-Рыбинской, Владикавказской и Китайско-Восточной ж. д. работало некоторое количество паровозов 1-4-0 серии X. Они были построены за границей в 1898 г. Эти паровозы имели машину двойного расширения с четырьмя цилиндрами - по два с каждой стороны, причем цилиндры низкого давления были расположены над цилиндрами высокого давления. Обе поршневые скалки действовали на общий кулак.
На Владикавказской ж. д. паровозы X были переделаны на простую машину и перегрев и имели серию Х п. Внутренний парораспределительный эксцентриковый механизм был в них заменен кулисно-маятниковым. Характеристики паровозов 1-4-0 приведены в табл. 7.
Таблица 7. Характеристики паровозов 1-4-0 Ц, Ш, Щ, Р
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диамерт движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева котла м 2 | Площадь колосниковай решетки м 2 | Вес т | |||
| высокого давления | низкого давления | испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | |||||
| Ц | 530 | 750 | 650 | 1250 | 12 | 180 | - | 2,5 | 52 | 62,7 |
| Ш | 510 | 765 | 700 | 1300 | 13 | 199 | - | 2,8 | 61 | 75,3 |
| Щ | 510 | 765 | 700 | 1300 | 14 | 206 | - | 2,8 | 65 | 77,2 |
| Щ п | 590 | - | 700 | 1230 | 12 | 169 | 43 | 2,8 | 64 | 77,3 |
| Щ ч | 540 | 765 | 700 | 1300 | 14 | 177 | 51 | 2,8 | 65 | 78,2 |
| Щ р | 575 | - | 700 | 1320 | 14 | 148,3 | 72,5 | 4,46 | 67 | 80,0 |
| Р | 2X400 | 2X600 | 600 | 1270 | 12 | 180 | - | 2,5 | 52 | 60,8 |
| Х | 2X343 | 2X584 | 660 | 1270 | 12 | 181 | - | 2,4 | 52 | 60,0 |
6. Паровозы 0-4-0 V, Ы, Vс
Паровозы этого типа в 1908--1910 гг. назывались "протестом" частных железных дорог против паровоза Щ, который имел распространение на казенных железных дорогах. Мнение частных железных дорог заключалось в
следующем: "...парораспределение паровоза Щ налажено на малые впуски и большие скорости. Это обстоятельство, в связи с мощным котлом и наличием тележки, делает паровозы Щ пригодными больше к смешанной и даже пассажирской (?), а не к тяжелой товарной службе. Последнее обстоятельство было своевременно учтено большинством частных дорог, которые неохотно заказывали паровозы Щ, несмотря на усиленное покровительство им со стороны Министерства путей сообщения в лице Н. Л. Щукина. Точка зрения этих дорог была такова: паровоз Щ сильнее О не потому, что он 1-4-0, а потому, что у него на колесную пару допущена большая нагрузка; если же такую нагрузку допустить у паровоза 0-4-0, мы получим паровоз более экономичный для тяжелой товарной службы, чем Щ". Как видно, это мнение, идущее вразрез мнению Н. Л. Щукина, поощряло частные железные дороги к строительству тихоходных паровозов и увеличивало разнотипность паровозного парка. Главная же оппозиция против паровоза Щ шла по линии его конструктивных недостатков и некоторой перетяжеленности.
Паровозы 0-4-0 V и Ы в отношении конструкции были более удачны (фиг. 9, 10).
Паровоз V был запроектирован Е. Е. Нольтейном для Московско-Казанской ж. д., а паровозы Ы - Н. Н. Байдаком и Н. П. Касьяновым для Армавир-Туапсинской. Детально оба паровоза были разработаны Коломенским з-дом. В паровозах V давление от движущей колесной пары на рельсы доходило до 16,5
т, а в паровозах Ы - до 15
т. Первые паровозы V были построены в 1908 г. и имели машину одиночного расширения и
пароперегреватель. Передняя колесная пара имела боковое перемещение по 12
мм в каждую сторону и была снабжена пружинным возвращающим механизмом, а для уменьшения влияния тендер был снабжен водилами, охватывающими с боков заднюю часть рамы паровоза через спиральные пружины. По расходу топлива паровозы были мало экономичны и на ходу отличались значительной качкой. По причине этих недостатков они не получили распространения на других дорогах.
На одном из паровозов в виде опыта была применена прямоточная машина с клапанным парораспределением. Это был первый в мировой практике случай применения в паровозе прямоточной машины.
Первые паровозы Ы в количестве 16 единиц были заказаны Коломенскому з-ду в 1910 г. Они имели двухцилиндровые машины двойного расширения без перегрева. Подобно паровозам V, передняя колесная пара имела боковое перемещение и тендер был снабжен водилами.
В 1911 г., при заказе следующей партии паровозов Коломенскому з-ду, Армавир-Туапсинская ж. д. по инициативе А. О. Чечотта предложила заводу, при сохранении машины двойного расширения, оборудовать паровозы пароперегревателями. Паровозы, поступившие на дорогу в 1912 г., стали именоваться серией Ы ч. Опытное исследование паровоза Ы ч производилось в 1913 г. на Николаевской ж. д. Паровозы дали рекордно низкий удельный расход пара, т. е. оказались исключительно экономичными. Цилиндр низкого давления в них имеет диаметр 790 мм. Это пока самый большой диаметр, когда-либо применявшийся на русских паровозах. Он достиг почти предела по габариту, что создавало препятствие дальнейшему росту двухцилиндровых паровозов с машиной двойного расширения. Кроме того, уравновешивание машины при столь большом диаметре поршня встречает затруднения. В двухцилиндровых паровозах двойного расширения ухудшается работа конуса, делается менее равномерным распределение касательных усилий, и, кроме того, движущий и парораспределительный механизм изнашивается неодинаково с обеих сторон. На примере паровоза Ы ч можно видеть, что двухцилиндровые паровозы с машинами двойного расширения при существующем давлении пара достигли предела своей мощности (1000-1100 л. с.) и дальнейшего развития иметь не могут.
Кроме Армавир-Туапсинской ж. д., паровозы Ы и Ы ч заказывали и другие частные железные дороги Урала и Сибири.
Строившаяся в 1913-1915 гг. Олонецкая ж. д. также решила заказать Коломенскому з-ду паровозы Ы. По инициативе инженера А. А. Жданко дорога высказала пожелание о переделке машины паровоза на одиночное расширение и перегрев (серия Ы п). Со стороны одного из членов Инженерного совета МПС предложение дороги встретило противодействие. Оно мотивировалось тем, что переделка паровоза Ы ч на одиночное расширение только испортит паровоз. Дорога, однако, получила поддержку у Н. Л. Щукина. Это и решило судьбу паровозов Ы п, которые в количестве 14 единиц были построены в 1914-1915 гг., т. е. в самом начале первой мировой войны (фиг. 11). Тягово-теплотехнические качества их остались невыясненными, так как опытов с ними произведено не было. Сам по себе отход в поездном паровозе от несимметричной машины с ее менее удовлетворительным взятием с места, нарушенным равенством работ в обоих цилиндрах и т. д., при удачно спроектированной машине одиночного расширения был, конечно, шагом вперед, а не назад. Ссылка при этом на паровозы Щ п и Щ ч была бы неверной по причинам, изложенным выше.
С 1913 по 1915 г. Коломенским з-дом были построены паровозы Ыу для Алтайской ж. д., в числе 64 шт., представляющие последнюю и самую мощную разновидность серии Ы. Паровозы имели машину двойного расширения, работающую насыщенным паром. Общий вид паровоза представлен на фиг. 12. В 1914 г., перед самой войной, Варшавско-Венская ж. д. заказала паровозы 0-4-0 Сормовскому з-ду (серия V с). Ввиду срочности заказа завод в проекте нового паровоза использовал готовые штампы и большое количество деталей строившихся в то время пассажирских паровозов 1-3-1 С. Были использованы все штампованные котельные листы, благодаря чему котлы паровоза V с и С одинаковы в поперечном разрезе и отличаются только по длине. Топка была укорочена на 285 мм, длина между решетками на 700 мм и длина дымовой коробки на 210 мм. Были использованы и многие другие детали паровоза С. Паровозы V с были самыми мощными паровозами 0-4-0 и весьма удачными по конструкции. Их тяговые и теплотехнические характеристики остались, к сожалению, невыясненными.
В 1928-1929 г. паровозы V с были построены Брянским з-дом для промышленного транспорта. Они имели серии V б и V н (фиг. 13). Паровозы V н выпускались без пароперегревателей. На всех паровозах V б и V н Брянского з-да были установлены водоочистители.
Характеристики паровозов V и Ы приведены в табл. 8.
Таблица 8. Характеристики паровозов 0-4-0 Ы и V
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диамерт движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева котла м 2 | Площадь колосниковай решетки м 2 | Вес т | |||
| высокого давления | низкого давления | испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | |||||
| V | 540 | - | 650 | 1300 | 12 | 163 | 36 | 3,2 | 64 | 64 |
| Ы | 520 | 750 | 650 | 1200 | 12 | 185 | - | 2,6 | 60 | 60 |
| Ы ч | 550 | 790 | 650 | 1200 | 12 | 147 | 43 | 2,6 | 61 | 61 |
| Ы п | 550 | - | 650 | 1200 | 12 | 147 | 43 | 2,6 | 60,5 | 60,5 |
| Ы у | 520 | 770 | 650 | 1200 | 13 | 205,7 | - | 3,23 | 63,2 | 63,2 |
| V с | 575 | - | 650 | 1300 | 12,5 | 176 | 45 | 3,33 | 64,2 | 64,2 |
| V б | 575 | - | 650 | 1300 | 13 | 176 | 45 | 3,33 | 65 | 65 |
| V н | 575 | - | 650 | 1300 | 13 | 206 | - | 3,33 | 65 | 65 |
7. Паровозы 0-5-0 Э
К 1911-1912 гг. паровозы с четырьмя спаренными колесными парами уже перестали соответствовать возросшим весам поездов, в особенности на линиях с затяжными подъемами.
Сочлененные паровозы с шестью спаренными колесными парами, применявшиеся в то время на Московско-Казанской и Сибирской ж. д., по причинам, излагаемым далее, не нашли широкого распространения. На Закавказских ж. д. уже в течение полутора десятка лет работали два паровоза 1-5-0 американской постройки. Имея длинную жесткую базу, эти паровозы, вследствие потери сцепления в кривых, происходящего от скольжения, не могли полностью реализовать своей силы тяги.
Первый проект паровоза 0-5-0, выполненный Владикавказской ж. д. в лице В. И. Лопушинского, был представлен в Комиссию подвижного состава и тяги еще в 1909 г. Машина была запроектирована двухцилиндровой, одиночного расширения, с четвертой ведущей колесной парой. Котел был снабжен пароперегревателем и имел ось, расположенную над уровнем рельсов на высоте 2890 мм. Для прохода кривых предполагалось снабдить первую, третью и пятую колесные пары боковыми разбегами. Принципиально одобренный Комиссией проект, с рядом поправок, был передан Луганскому з-ду для детальной разработки.
Одновременно с представлением проекта Владикавказской ж. д. аналогичные проекты паровозов 0-5-0 разрабатывались еще двумя дорогами - Московско-Казанской и Рязано-Уральской. Комиссия справедливо обратила внимание Владикавказской ж. д. на необходимость согласовать свой проект с подобными проектами других дорог.
При разработке проекта Луганский з-д внес следующие изменения: ось котла для получения большей глубины топки была поднята до 3100 мм; ведущей колесной парой принята третья, что упрощало конструкцию машины; для придания гибкости движущему механизму, разбеги подшипников спарников взяты на два миллиметра больше разбега осевых буксовых подшипников. Кроме того, подшипники спарников, за исключением подшипников ведущей колесной пары, были выполнены без клиньев, в виде цельных бронзовых втулок.
Такое устройство не только упрощало конструкцию и облегчала ремонт, но и обеспечивало свободное скольжение подшипников по пальцам кривошипов, устраняя всякую возможность помешать свободному перемещению колесных пар при неумелом подтягивании дышловых клиньев. Возможность бокового перемещения первоначально предполагалось сообщить первой и пятой колесным парам.
Сопоставляя первоначальный проект с паровозом Щ п по котлу, Комиссия подвижного состава и тяги отметила отсутствие в первом заметных преимуществ. Поэтому Луганский з-д пошел на значительное увеличение размеров котла и колосниковой решетки.
По расчетам инж. В. И. Лопушинского как в динамическом, так и в статическом отношении наиболее выгодной являлась комбинация подвижности второй и пятой колесных пар, при которой паровоз направлялся первой колесной парой, действующей на большем плече. Столь оригинальная комбинация, превосходящая все другие принципы, предлагалась впервые русским инженером. Принцип В. И. Лопушинского получил одобрение Комиссии. Как известно, он был полностью оправдан дальнейшей практикой и применен во всех паровозах Э со всеми индексами.
Рязано-Уральская ж. д. ходатайствовала о внесении в проект Луганского з-да еще ряда изменений, из которых наиболее существенными были применение клапанного регулятора, золотников с разрезными кольцами при разъемных дисках, постановка опрокидывающейся части колосниковой решетки и, наконец, применение стальных связей и труб без наконечников.
При одобрении объединенного проекта для Владикавказской и Рязано-Уральской ж. д. Комиссия подвижного состава и тяги внесла в него еще ряд изменений.
Толщина бандажей была увеличена с 65 до 75 мм. В связи с этим диаметр колес увеличился с 1300 до 1320 мм. Толщина стенок топки уменьшена для облегчения веса паровоза. Диаметр цилиндров увеличен до 600 мм вместо 590 по первоначальному проекту. В таком виде проект Луганского з-да и был окончательно утвержден. Ему была присвоена серия Э.
Построенные в 1912 г. первые паровозы Э (фиг. 14) полностью подтвердили правильность принципа В. И. Лопушинского, одобренного Комиссией, об установлении разбегов второй и пятой колесных пар. При третьей ведущей безребордной колесной паре было обеспечено вполне свободное и достаточно плавное движение паровоза в кривых радиуса до 150 м. Дальнейшая практика показала также, что вследствие трения подшипников о шейки осей и воздействия рессор подвижные колесные пары, и в особенности пятая, несмотря на поперечные разбеги под давлением рельсов в кривых, способствуют сдерживанию паровоза от виляния.
Столь детальное обсуждение проекта паровоза Э в Комиссии подвижного состава и тяги послужило тому, что этот паровоз оказался по конструкции одним из лучших русских паровозов. Представленный Владикавказской ж. д. первоначальный проект был недостаточно продуман и имел значительно меньшую проектную мощность. Длительность обсуждения явилась поводом к нападкам на Комиссию со стороны отдельных специалистов. Извращая факты, они приписывали Комиссии противодействие типу 0-5-0. Их высказывания нашли, к сожалению, отклик и в советской печати, куда они проникли без должной критики.
Ярким примером этого может служить краткий исторический очерк развития паровоза типа 0-5-0, помещенный в качестве введения в альбом детальных чертежей паровоза 0-5-0 Э м, изданный редак-ционным бюро Главлокомотива в 1936 г., в той части, где освещаются факты дореволюционного периода. Эта часть очерка представляет собою чистейший пересказ того, что говорится в монографии Ломоносова, посвященной паровозам Э, Э г, Э ш.
Не видя тех огромных сдвигов, которые произошли в стране после победы социалистической революции, автор очерка сравнивает трехлетний срок от зарождения мысли о типе 0-5-0 до его постройки - в дореволюционной России с шестимесячным сроком, потребовавшимся для постройки паровоза ФД в советское время. В этом коротком сроке сказалось преимущество передовых методов советского производства перед отсталыми методами капиталистического производства царской России.
Автор же очерка, пересказывая слова из той же монографии, всю вину за медленное проектирование и постройку типа 0-5-0 приписывает Н. Л. Щукину.
Кроме Владикавказской и Рязано-Уральской ж. д., паровозы Э в 1913 г. были заказаны и для Северо-Донецкой ж. д. По инициативе Е. И. Мокршицкого был поднят вопрос об увеличении цилиндров. Вопрос этот несколько раз обсуждался в щукинской комиссии, по решению которой от 30 августа 1913 г. диаметр цилиндров был увеличен до 630 мм. Кроме того, дорогой был предложен еще ряд мелких конструктивных изменений, принятых Комиссией.
Паровоз Э с диаметром цилиндров 630 мм был испытан в 1915 г. на Северо-Донецкой ж. д. 13 августа 1914 г., по решению Инженерного совета Министерства путей сообщения, паровозы Э стали строиться и для казенной сети железных дорог. 20 сентября 1914 г. Комиссией подвижного состава и тяги был решен вопрос об увеличении диаметра цилиндров до 650 мм. Такие цилиндры применены во всех последующих паровозах Э со всеми индексами, в том числе и в после дней, строящейся в настоящее время серии Э р, а также в паровозах СО, имеющих одинаковую с паровозами Э м и Э р машину.
Вместе с увеличением диаметра цилиндров до 650 мм в паровозах типа 1915 г. были несколько увеличены котел и колосниковая решетка - с 4,2 до 4,46 м 2. Поверхность нагрева пароперегревателя уменьшилась вследствие постановки двадцати пяти жаровых труб вместо двадцати семи, примененных в паровозах Э типа 1912 и 1913 гг.
В 1914 г. Инженерным советом был утвержден еще один проект паровоза типа 0-5-0 серии разработанный Рязано-Уральской ж. д. совместно с Путиловским з-дом. Машина была принята четырехцилиндровой, двойного расширения, с коленчатой осью, и должна была работать перегретым паром.
Во время первой мировой войны Путиловский з-д приступил к постройке паровозов, и были изготовлены медные огневые коробки и модели для отливок.
События 1917 г. приостановили постройку паровозов Ѣ, которая больше не возобновлялась. Сам по себе тип 0-5-0, со сложной четырехцилиндровой машиной, вряд ли мог иметь какие-либо преимущества перед паровозами Э.
В первые годы после Октябрьской революции железнодорожный транспорт остро нуждался в пополнении значительным количеством новых паровозов. Существовавший паровозный парк находился в сильно изношенном состоянии и требовал ремонта. Все заводы промышленности, транспорта и железнодорожные мастерские были мобилизованы на ремонт паровозов и вагонов. Строительство новых паровозов не могло быть сразу налажено. Это вынудило пополнить недостаток в новых паровозах за счет поставок их из Швеции (паровозы Э ш) и Германии (паровозы Э г).
Заказанные паровозы строились по русским чертежам и представляли собою паровозы Э 1915 г. (фиг. 15). Таким образом, удачно разработанная конструкция паровозов Э благоприятствовала дальнейшему распространению этого типа в послереволюционный период, в который на советских заводах была построена главная масса этих паровозов. Паровозы отличались от основного типа 1915 г. только деталями. Поступление их на сеть железных дорог СССР происходило в течение 1921-1923 гг.
В этих паровозах, по требованию советского правительства, была проведена взаимозаменяемость частей и изготовление их по допускам. Два паровоза, в виде опыта, имели прямоточные машины с золотниковым распределением и эжекционной выхлопной системой, при которой выпуск пара из одного цилиндра понижал давление при выпуске из другого.
Дальнейшего распространения данная система не получила. Накопление значительного эксплоатационного опыта по применению паровозных пароперегревателей, большой материал, полученный в результате опытного исследования, через которое прошли почти все типы русских паровозов, и, наконец, первые классические труды по тепловому процессу паровоза выдающегося советского ученого, ныне академика С. П. Сыромятникова позволили установить, что размеры применяемых на паровозах пароперегревателей были недостаточны и требовали значительного увеличения.
К началу развития советского паровозостроения, поставленного на прочную основу к 1923 г., вопрос о применении пароперегревателей большой мощности являлся вполне созревшим и технически подготовленным. Практическое их применение начало осуществляться с постройкой первых советских паровозов.
Такое усиление пароперегревателей следовало сделать уже в паровозах Э ш и Э г, но оно не было осуществлено, что являлось ошибкой, на что справедливо указывал А. С. Раевский.
Усиление пароперегревателей шло не только по пути увеличения числа элементов, но и по пути их усовершенствования. Вместо четырехтрубных двухоборотных элементов стали вводиться шеститрубные двухоборотные элементы системы Чусова. Преимущество их заключалось в увеличении поверхности нагрева и более полном использовании теплоты газового потока, текущего по жаровым трубам. Кроме того, такие элементы уменьшали сопротивление проходу пара из котла в машину. Тонкие трубы, примененные в этих элементах (24X18 мм), выгодные с точки зрения повышения перегрева, оказались, однако, мало удовлетворительными в эксплоатации, так как сильно коробились. Поэтому впоследствии установка элементов Чусова была прекращена, а затем начался постепенный отход обратно к старым испытанным четырехтрубным элементам с диаметром труб 33X27 мм.
Вторым усовершенствованием паровозов, получившим массовое внедрение как на вновь строящихся паровозах, так и на ранее построенных, было применение в них водоподогревателей. Сочетание обоих указанных теплотехнических улучшений паровоза, повышающих его мощность и экономичность, было прежде всего осуществлено на паровозах Э, массовая постройка которых началась с 1926 г. Паровозы получили серию Э у. На них, кроме того, были установлены водоочистители, размещаемые в дополнительных питательных колпаках, куда производилась подача питательной воды.
Проект переделки паровозов Э в Э у (фиг. 16) был разработан на заводе "Профинтерн" (б. Брянском).
В 1931 г., в институте Реконструкции тяги, входящем ныне в состав Центрального научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, был поднят вопрос об увеличении силы тяги паровозов Э у по машине за счет повышения давления пара с 12 до 14 ати. Проверкой котла на прочность была установлена полная возможность поднятия в нем давления на 2 ати без увеличения толщины стенок и усиления их креплений. Движущий механизм, однако, имел уже достаточно высокие напряжения, так как с последовательным увеличением диаметра цилиндров с 600 до 650 мм усилению не подвергался. С переходом к давлению в 14 ати потребовалось усилить кулак с параллелью, валик кулака, поршневую скалку, шатун, спарники и ведущий палец. Кроме того, были усилены головки шатуна и спарников по сечениям масленок, так как наблюдались случаи разрывов их по этим местам.
В связи с увеличением веса поршневой системы, шатуна и спарников было пересмотрено уравновешивание паровоза. С увеличением силы тяги по котлу и машине потребовалось обеспечить повышение силы тяги по сцеплению. Для этого паровоз был снабжен песочным резервуаром большой емкости (900 кг) и усовершенствованным механизмом песочницы.
Усиленный указанным способом паровоз Э у был обозначен серией Э м (модернизированный) (фиг. 17).
Водоподогреватели, применяемые на паровозах Э у , а также и на. паровозах других серий, работали крайне неудовлетворительно, и потому постановка их на паровозы Э м не производилась. Питательный колпак и водоочистительное устройство, установленные на третьем барабане трубчатой части в котлах Э у, были в котлах Э м перемещены на первый барабан, для предохранения огневой коробки от резких колебаний температуры, происходящих при питании котла водой. В связи с этим паровой колпак с первого барабана был перемещен на второй. Вследствие уменьшения диаметров барабанов в сторону передней решетки, жолоб водоочистительного устройства, перемещенный в передний барабан, вызвал необходимость удалить из котла шесть дымогарных труб - по три трубы с каждой стороны. Таким образом, вместо 157 дымогарных труб, установленных в котлах паровозов Э у, пришлось применить 151 трубу в котлах паровозов Э м. С 1933 по 1935 г. питательный колпак и водоочистительное устройство на паровозы Э м не ставились. Элементы Чусова были окончательно заменены четырехтрубными двухоборотными.
1932-1933 гг. - годы второй сталинской пятилетки были отмечены началом широкого внедрения сварки в паровозостроении и в особенности в паровозном котлостроении. Значение применения сварки не ограничивалось одним упрощением и удешевлением процессов постройки и отчасти ремонта.
Принципиально важным вопросом сварки являлось значительное облегчение веса сварных конструкций в сравнении с аналогичными литыми или клепанными. Как ни положительно само по себе уменьшение веса конструкций, свидетельствующее о более полном и совершенном использовании металла, все же в применении к паровозу уменьшение веса приводит к понижению его силы тяги по сцеплению, а следовательно, и мощности. Это как раз и произошло с паровозами Э м.
Сцепной вес этих паровозов, построенных до 1932 г., был равен 85,3 т, а в построенных в 1933 г. понизился до 78,1 т. Нагрузки от колесных пар на рельсы у этих паровозов распределяются примерно так:
- от первой - 16,35 т;
- от второй - 16,265 т;
- от третьей - 16,65 т;
- от четвертой - 14,44 т и
- от пятой -14,39 т.
Уменьшение сцепного веса и неравномерное распределение нагрузок на колесные пары вызвали хроническое буксование паровозов. Повышение давления пара на 2 ати дало только повышение мощности машины. Как показали опыты ЦНИИ, экономичность паровоза Э м против паровоза Э у несколько понизилась, хотя и незначительно. Неудачный опыт по облегчению паровоза Э м позволил, однако, найти удачное решение по его рациональной догрузке, предложенное канд. техн. наук И. В. Пириным. При сохранении поперечных размеров топки неизменными, длина ее была увеличена на 539 мм, что вызвало необходимость удлинения полотнищ рамы на 450 мм. В построенных паровозах это технически осуществлялось разрезкой топки между вторым и третьим рядами связей, считая от огневой решетки, с последующей вваркой в кожух и огневую коробку полос указанной ширины. Таким же способом удлинялась и рама. Увеличение размеров топки повысило сцепной вес паровоза до 81 т. Сама топка увеличилась по объему с 7,4 до 8,7 м 3, по поверхности нагрева - с 18,1 до 22,9 м 2 и по колосниковой решетке - с 4,46 до 5,1 м 2. Удлинение топки повысило мощность котла примерно на 15% и к. п. д. на 8%.
Паровозам Э м (фиг. 18) с удлиненной топкой была присвоена серия Э р (реконструированный). Во время Великой Отечественной войны некоторое количество паровозов Э р было построено с котлами паровозов С у.
В 1937-1941 гг. значительное количество паровозов Э с разными индексами было оборудовано водоподогревом в тендере и небольшое количество их - газовыми воздухоподогревателями. Эффективность обоих способов модернизации оказалась, однако, незначительной. Тендерные водоподогреватели обладали весьма существенными недостатками, заключающимися в неудовлетворительной работе их при средних форсировках котла и прекращении работы - при малых, вследствие чего они были сняты.
Газовые воздухоподогреватели с горизонтальным расположением трубок также оказались малоудовлетворительными, так как трубки в них быстро забивались. Кроме того наблюдалось неравномерное обтекание трубок холодным воздухом, приводящее в расстройство места ввальцовки их в решетках.
В 1941 г. Ростовским паровозоремонтным заводом был выпущен паровоз Э м с усиленным пароперегревателем, размещенным в 46 жаровых трубах, газовым воздухоподогревателем с поверхностью 58,7 м 2 и водоподогревателем в тендере. В 1942-1943 г. паровоз был испытан на Томской ж. д. и дал увеличение мощности против обычных паровозов Э м на 15-25% и уменьшение расхода топлива на 12-30%.
Характеристики паровозов Э приведены в табл. 9.
Таблица 9. Характеристики паровозов 0-5-0 Э
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диамерт движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковай решетки м 2 | Вес т | ||
| испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | ||||||
| Э 1912 г. | 600 | 700 | 1320 | 12 | 194 | 52 | 4,2 | 80 | 80 |
| Э 1913 г. | 630 | 700 | 1320 | 12 | 194 | 52 | 4,2 | 80 | 80 |
| Э 1915 г. | 650 | 700 | 1320 | 12 | 207 | 51 | 4,46 | 81 | 81 |
| Э у | 650 | 700 | 1320 | 12 | 195 | 66 | 4,46 | 78 | 78 |
| Э м 1931 г. | 650 | 700 | 1320 | 14 | 193 | 66 | 4,46 | 85 | 85 |
| Э м 1933 г. | 650 | 700 | 1320 | 14 | 193 | 66 | 4,46 | 78 | 78 |
| Э р | 650 | 700 | 1320 | 14 | 200 | 66 | 5,10 | 81 | 81 |
| Ѣ | 2Х460 | 650 | 1300 | 14 | 217 | 60 | 4,63 | 81,3 | 81,3 |
| Ѣ | 2Х650 | 650 | 1300 | 14 | 217 | 60 | 4,63 | 81,3 | 81,3 |
8. Паровозы 0-3-0 + 0-3-0 Θ
Первые в России сочлененные четырехцилиндровые паровозы двойного расширения были применены на узкоколейной линии Уроч-Вологда-Архангельск Московско-Ярославско-Архангельской ж. д. в 1897 г. (ширина колеи 1067 мм). Линия проходила по тундрам северных лесных районов и могла в то время пропускать только облегченный подвижной состав.
Значительный вес поездов в масштабе узкоколейной железной дороги требовал введения довольно сильных паровозов, что при нагрузках от движущих колесных пар на рельсы не более 8
т привело к необходимости применить в паровозе шесть спаренных колесных пар. Для облегчения прохода кривых они были разделены на две самостоятельные группы, из которых передние три колесные пары размещались в передней поворотной тележке и имели наружные колеса, а вторые - в жесткой наружной раме и имели внутренние колеса. Паровозы строились на Путиловском з-де, и некоторое их количество было построено за границей. Цилиндры низкого давления были расположены в передней тележке. Позднее, в 1915 г., на ту же линию поступило 30 сочлененных паровозов военного заказа американской постройки.
Независимо от этого первого опыта, в 1896 г. Е. Е. Нольтейн начал разрабатывать проект подобного сочлененного паровоза для Московско-Казанской ж. д. (на нормальную колею). Первые паровозы были построены Брянским и Путиловским з-дами в 1898-1899 гг. Паровозы получили серию Θ (фиг. 19). В 1S03 г. такие же паровозы были заказаны и для Сибирской ж. д. Кроме двух названных заводов, их строил также Коломенский з-д. Сила тяги первого паровоза в доходила до 14000 кг, что на 60% превысило силу тяги паровозов О д и на 40%- прочность винтовой упряжи. Чтобы выйти из затруднения, по предложению Е. Е. Нольтейна первые 15 вагонов привязывались к тендеру стальными тросами, протягиваемыми вдоль вагонов с обеих сторон и укрепляемыми специальными крючьями. Трос натягивался лебедкой и притяжка ослабляла напряжение в стяжках у первых вагонов. Одинаковое напряжение в тросах с обеих сторон обеспечивалось пневматическим приспособлением, действующим сжатым воздухом из главного тормозного резервуара. В повседневной эксплоатации притяжка, однако, производилась редко, и в 1911 г., по решению Комиссии подвижного состава и тяги, была отменена.
По расходу топлива сочлененные паровозы оказались менее экономичными, чем простые. Недостатком их был весьма длинный рессивер, в котором происходила усиленная конденсация пара. Построенные в 1904 г. Путиловским з-дом для Московско-Казанской ж. д. паровозы Θ были снабжены пароперегревателями малой мощности, состоящими из 15 четырехтрубных двухоборотных элементов, которые скорее подсушивали, чем перегревали пар. Позднее пароперегреватель был усилен до 21 элемента. Паровозу была присвоена серия Θ ч (фиг. 20).
Несмотря на введенные улучшения, паровозы продолжали быть неэкономичными по расходу топлива, что заставило Е. Е. Нольтейна, совместно с Е. Г. Кестнером, произвести тщательное исследование их работы. При испытаниях была установлена одна из причин, повышающих расход пара. Во время одной из поездок наблюдалось сильное буксование колес передней тележки, что навело на мысль о сильном пропуске пара через золотники цилиндров высокого давления. Было обращено внимание на конструкцию золотников. Они были поршневого типа и имели уплотняющее широкое кольцо, разрезанное на три части поперек, прижимае-мые к втулке силой пара. Такие же золотники были применены на пассажирских паровозах 1-3-0 Н в и Н у, которые даже при насыщенном паре работали крайне неудовлетворительно. При замене таких золотников на паровозах Θ ч конструкцией с разрезными кольцами работа паровозов резко улучшилась. Кроме того, было применено более выгодное соотношение элементов парораспределения цилиндров высокого и низкого давлений. Обследование условий эксплоатации паровозов Θ ч показало далее, что повышенный расход ими топлива на измеритель пробега зависел от заниженных весовых норм поездов, установленных в одном на-правлении. Повышение веса поездов, вместе с указанными конструктивными улучшениями паровоза, привело расход топлива к обычной норме.
Таблица 10. Характеристики паровозов 0-3-0 + 0-3-0 Θ
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диаметр движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковой решетки м 2 | Вес т | |||
| высокого давления | низкого давления | испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | |||||
| Θ | 2Х475 | 2Х710 | 650 | 1220 | 12 | 187 | - | 2,5 | 81 | 81 |
| Θ ч | 2Х510 | 2Х710 | 650 | 1220 | 12 | 174 | 39 | 3,5 | 89 | 89 |
| Θ ч б | 2Х510 | 2Х770 | 650 | 1230 | 12 | 178 | 47 | 3,4 | 89 | 89 |
Дорога заказывала такие паровозы еще целый ряд лет. С 1910-1911 гг. паровозы были усилены по проекту Брянского з-да и имели серию Θ ч б (фиг. 21). Они продолжали строиться и после Октябрьской революции, причем Коломенским з-дом с 1920 по 1924 г. было построено 55 паровозов.
В 1916 г. паровоз Θ ч б прошел через цикл опытов, которые показали, что его удельный расход пара может считаться удовлетворительным только для скоростей до 20 км/час. При увеличении скорости расход пара резко увеличивался. Поэтому сочлененные паровозы с машинами двойного расширения получили характеристику идеальных толкачей.
В эксплоатации паровозы Θ ч отличались не совсем удовлетворительным движением в кривых; наблюдались случаи разворачивания пути передней тележкой. Применение сочлененных паровозов с машинами двойного расширения в России на несколько лет опередило США, где впервые паровозы такого типа были построены только в 1903 г., причем американцами был заимствован русский опыт. В 1900 г. паровоз Θ был на Парижской всемирной выставке. На Международном железнодорожном конгрессе в Берне в 1910 г. паровоз Θ был признан торжеством инженерного дела.
Характеристики паровозов Θ приведены в табл. 10.
10. Паровозы 1-5-0 СО
Как уже было отмечено выше, потребность железных дорог СССР в товарных паровозах типа 1-5-0 назрела уже давно. Еще во время первой мировой войны на русские железные дороги поступило большое количество паровозов 1-5-0 Е.
Имея одинаковое с паровозами Э давление колесных пар на рельсы и развивая ту же силу тяги, паровозы 1-5-0 Е не требовали реконструкции пути и усиления сцепных приборов, почему вполне могли обращаться в тех же условиях. В то же время эти паровозы были более быстроходны. Паровозостроительные заводы, строившие паровозы Э и С у, также могли начать постройку паровозов 1-5-0, не требуя значительной реконструкции. Все это и было учтено при создании советского паровоза 1-5-0, получившего серию СО (Серго Орджоникидзе). В проекте паровоза было предусмотрено возможно большее использование частей паровоза Э м. Такая преемственность конструкций была чрезвычайно удобна как в постройке, так и в эксплоатации.
Технический проект паровоза был разработан в бюро мощных локомотивов Ленинградского института инженеров ж.-д. транспорта под руководством проф. К. А. Шишкина, при участии д-ра техн. наук П. А. Слитикова, доц. В. М. Панского, инж. А. А. Клейнмана и др. Детальная разработка проекта и рабочие чертежи производились на Харьковском паровозостроительном заводе под руководством П. М. Шаройко. 7 ноября 1934 г. завод выпустил первый паровоз СО (фиг. 27). Его испытание проводилось на опытном кольце ЦНИИ в январе 1935 г. под руководством д-ра техн. наук проф. В. Ф. Егорченко. Результаты испытаний показали, что мощность паровоза СО превысила расчетную. С 1935 г. ряд заводов приступил к массовой постройке паровозов СО. Машина паровоза СО совершенно одинакова с машиной паровоза Э м и отличается только конструкцией шатуна, спарников и усиленными параллелями и пальцами кривошипов. В экипажной части были использованы колесные пары с буксами, но с усиленной осью ведущей колесной пары, буксовые направляющие и частично рессорное подвешивание. Передняя тележка взаимозаменяема с передней тележкой паровоза ФД. Котел же СО был спроектирован заново. Плоский потолок топки заменен цилиндрическим. Колосниковая решетка увеличена до 6 м 2 и шуровочное отверстие увеличено из расчета возможности применения углеподатчика. Пароперегреватель имеет большую мощность и размещен в 50 жаровых трубах.
При испытаниях паровоз СО развивал силу тяги на 8% больше, чем паровоз Э м при малых скоростях, и на 35% - при больших. Вес паровоза увеличился на 12-15%. Увеличение силы тяги позволило повысить ско-рость на расчетном подъеме на 30-35% при одновременном увеличении веса состава на 6-7%. Столь значительные результаты, даваемые совершенно одинаковыми машинами, являют собою наиболее яркий пример превосходства типа 1-5-0 над типом 0-5-0.
В паровозах СО, принятых затем для массовой постройки, пароперегреватель был еще усилен двумя дополнительными элементами, при общем числе жаровых труб 52. По расходу пара и к. п. д. котла и паровоза в целом паровоз СО также более экономичен, чем паровоз Э м.
В дальнейшей эксплоатации паровозов СО, получивших серию СO17 (17 т нагрузка от колесной пары), обнаружилась некоторая слабость рамы, принятой по поперечным сечениям полотнищ одинаковой с рамой паровоза Э м. Проект усиления рамы разрабатывался в ЦНИИ, и начиная с 1938-1939 г. паровозы СО выпускались с усиленным экипажем. Шатуны и спарники были переконструированы на плавающие втулки.
1 марта 1936 г. Коломенский з-д выпустил первые два опытных паровоза СО с полной конденсацией отработавшего пара (фиг. 28). Следует напомнить, что первый в мире паровоз с конденсацией пара был построен в России тем же заводом еще в 1891 г.
Конструкторами паровоза СО с конденсацией пара были Б. С. Поздняков, А. М. Козякин, А. А. Кирнарский, Т. И. Гринь и Д. С. Крыжановский. Благодаря многократному использованию одной и той же воды с добавлением незначительного количества сырой воды на пополнение утечек, паровоз с конденсацией пара сокращает расход воды по крайней мере в 20-25 раз по сравнению с обычными паровозами и может проходить без набора воды до 800-1000 км, а в отдельных случаях даже до 3000 км.
Значение конденсационного оборудования для безводных районов чрезвычайно велико. Достаточно указать, что на некоторых участках стоимость 1 м 3 воды доходит до 5 руб. 40 коп. по ценам 1947 г. Конденсационное оборудование паровоза СО обеспечивает полную конденсацию пара при температуре наружного воздуха до 40° выше нуля. Для получения тяги в котле, вместо обычного конуса, выпускающего отработавший пар в атмосферу, в паровозах СО с конденсацией имеется вентиляторная тяга, в которой применена турбина, дающая до 4000 об/мин.
Вентиляторная тяга развивает большую мощность и эффективнее использует энергию отработавшего пара. Тяга в котле получается равномернее, что повышает экономичность котла и позволяет сжигать в топке самый низкосортный уголь. Турбина, приводящая в действие вентиляторы тендера-конденсатора, развивает до 7000 об/мин. Большое внимание в паровозах СО с конденсацией уделено маслоотделительным устройствам, препятствующим проникновению смазочных масел в котел при его питании конденсатом. В качестве питательных приборов применены насосы поршневого типа. В декабре 1936 г. паровоз С017 - 635 с конденсацией пара совершил беспримерный в истории железных дорог пробег от Москвы до Владивостока и обратно, пройдя расстояние около 20000 км, при среднесуточном пробеге 450 км.
Паровозы СО с конденсацией строились Харьковским и Ворошиловградским з-дами, а тендера-конденсаторы к ним - Коломенским з-дом.
Главное значение эти паровозы имеют на железных дорогах в безводных районах, а также в районах, где вода неудовлетворительного качества. Недостатком их является некоторая сложность в уходе и ремонте, стоимость которого на 60-70% выше, чем паровозов без конденсации пара. Паровозы СО с 1940-1941 гг. строились без конденсации (фиг. 29). Установленные в практике преимущества вентиляторной тяги, независимо от применения конденсации пара, послужили к сохранению этого вида тяги и при работе без конденсации. Появилась новая разновидность паровозов СО, названная С018, с нагрузкой от движущей колесной пары 18 т.
Во время Великой Отечественной войны вентиляторная тяга, примененная в паровозах СО18, имела большое значение, так как позволяла сжигать самое низкосортное топливо. Следует, однако, отметить, что при многих положительных качествах, вентиляторная тяга имеет и недостатки, заключающиеся в ее большей сложности по сравнению с конусной тягой, в большей стоимости изготовления и ремонта, в большем весе и, наконец, в повышении противодавления на поршни паровой машины при выпуске, что несколько понижает мощность машины. Характеристики паровозов СО приведены в табл. 12.
Таблица 12. Характеристики паровозов 1-5-0 СО
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диаметр движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковой решетки м 2 | Вес т | ||
| испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | ||||||
| СО 17 | 650 | 700 | 1320 | 14 | 227 | 97 | 6,0 | 87,5 | 97 |
| СО 19 | 650 | 700 | 1320 | 14 | 227 | 97 | 6,0 | 94 | 104 |
| СО 18 | 650 | 700 | 1320 | 14 | 227 | 97 | 6,0 | 90 | 100 |
11. Паровозы 1-5-1 ФД
Идея применения на русских железных дорогах паровозов типа 1-5-1 возникла впервые в 1915 г. Она принадлежала Н. Л. Щукину, который еще тогда указывал на необходимость не только поднятия веса состава поездов, но и увеличения скоростей на подъемах, что должно было увеличить провозную способность железных дорог. В то время, однако, прогрессивная идея постройки паровозов 1-5-1 и даже 1-5-0 вызвала сильное противодействие со стороны консервативной группы специалистов. Единственным доводом против типа 1-5-1, имевшим тогда известные основания, была неприспособленность многих депо и поворотных кругов для паровозов со столь длинной базой. После целого ряда споров был принят тип 1-5-0.
Социалистическая реконструкция народного хозяйства страны и непрерывный рост промышленности, а также сельского хозяйства потребовали от железнодорожного транспорта резкого увеличения грузооборота. Уже к 1928-1930 гг., т. е. через пять лет после начала массовой постройки паровозов Э, этот тип паровозов перестал соответствовать растущим из года в год размерам движения, особенно на главнейших магистралях.
Созданное в 1930 г. специальное техническое бюро в порядке помощи НКПС занялось технико-экономическими изысканиями и расчетами, которые должны были служить основой для проектирования и постройки новых и, в первую очередь, мощных товарных паровозов. В конце апреля 1931 г. техническим бюро был разработан эскизный проект нового товарного паровоза типа 1-5-1 с нагрузкой от колесной пары 20 т. Такой паровоз должен был сочетать большую силу тяги, высокую скорость, возможность работать при существующей винтовой упряжи и на низкосортном топливе, не вызывая немедленной рекон-струкции пути. 1 мая 1931 г. это бюро вместе с центральным локомотиво-проектным бюро НКТП начало рабочее проектирование этого паровоза. Работа крайне осложнялась необходимостью разрешения целого ряда новых технических задач, связанных с проектированием совершенно нового типа мощного паровоза, отвечающего всем требованиям современной передовой техники. За 100 рабочих дней проект нового паровоза был готов. В августе рабочие чертежи были сданы на Ворошиловградский паровозостроительный завод, которому была поручена почетная задача - постройка первого паровоза 1-5-1. В постройке паровоза участвовали еще три завода - Коломенский, изготовивший стальные литые части, Сормовский, поставивший котельные штампованные листы, и Ижорский, обеспечивший прокат полотнищ рамы. Постройка паровоза была закончена в рекордно короткий срок - за 70 дней. Вместе с этим завод ликвидировал отставание в выполнении производственной программы. Паровоз в честь Феликса Эдмундовича Дзержинского был назван серией ФД (фиг. 30). 4 ноября 1931 г. первый паровоз ФД повел из Луганска в Москву поезд с рабочей делегацией завода, которая 6 ноября рапортовала правительству о сдаче в эксплоатацию первого паровоза ФД.
Создание мощного паровоза ФД в невиданный в истории короткий срок - всего за 170 дней - могло быть осуществлено только при социалистической организации труда.
По конструктивным деталям паровоз представлял крупнейший шаг вперед. Впервые были применены топка с камерой догорания, углеподатчик, мощный мелкожаротрубный пароперегреватель, многоклапанный, вынесенный за пароперегреватель, регулятор и ряд новых других деталей. Паровые цилиндры, образуя блок, установлены на раму брускового типа сверху и служат одновременно передней опорой котла и передним креплением рамы. Рессорное подвешивание разделено на три самостоятельные группы, образуя статически определимую систему, при которой распределение нагрузок на оси осуществляется автоматически, не требуя специального регулирования. В движущем механизме были применены многоплоскостная параллель, дышла на плавающих втулках и многие другие более совершенные детали. Главнейшие части паровоза, в том числе котлы, цилиндры, детали движущего механизма и ходовых частей, объединены с одноименными деталями мощных пассажирских паровозов 1-4-2 ИС. Паровозы выпускались с шестиосными тендерами. Опытное исследование, проведенное с паровозом ФД, и его сравнение с паровозом Э у показало, что мощность увеличилась вдвое, сила тяги позволила увеличить вес состава на 15-20%, средняя техническая скорость увеличилась более чем на 50%. Паровоз ФД развивает мощность до 3000 л. с.
На первых паровозах ФД обработка полотнищ рамы по шаблону производилась автогенной резкой. Вырезанные места сперва не обрабатывались и с них не снимались зоны термического влияния, а сами полотнища не отжигались. Во время работы паровозов в рамах начали появляться закалочные трещины. Для их устранения был изменен технологический процесс изготовления рам, а с 1938 г. поперечные крепления рам стали усиливаться. Испытание рам ФД было проведено в 1939-1940 гг. группой динамики ЦНИИ - С. С. Зольниковым, К. П. Королевым, С. М. Кучеренко и С. Ф. Маркевичем, с осциллографической записью результатов. Эти испытания дали возможность судить о распределении напряжений в паровозных брусковых рамах.
Массовая постройка паровозов ФД производилась на Ворошилов-градском заводе им. Октябрьской революции до 1941 г. Начиная с 1938 г. в конструкцию паровоза был введен ряд изменений, главные из которых были переход на цельносварные котлы с жаровыми трубами большого диаметра и шеститрубными однооборотными элементами пароперегревателя, замена пятиклапанного регулятора шестиклапанным, указанное выше увеличение числа креплений рамы, замена листовых рессор более широкими с увеличением числа листов, замена ножей в рессорных подвесках валиками, сплошной переход к дисковым колесам и т. д. Паровозы ФД, выпускаемые с 1938 г., имеют серию ФД 21, что означает давление от движущей колесной пары на рельсы, равное 21 т. В действительности эта нагрузка оказалась ниже 21 т, что вызвано облегчением котла при сварке на 3-3,5 т и применением дисковых колес. Свинец, заливаемый в противовесы ведущей колесной пары паровоза ФД, при спицевых колесах весит 1408 кг, а при дисковых - 689 кг.
В 1937-1939 гг. были построены два опытных паровоза ФД: один с конденсацией пара и другой - с пылеугольным отоплением. Пылеугольное отопление, несмотря на значительные перспективы в будущем, пока еще не вышло из стадии опытов. Расход пара на размол угольной массы еще очень высок.
Для сравнения паровоза ФД с паровозами Т а и Т б в табл. 13 приведены их характеристики.
Таблица 13. Характеристики паровозов 1-5-1 ФД
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диаметр движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковой решетки м 2 | Вес т | ||
| испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | ||||||
| ФД 20 | 670 | 770 | 1500 | 15 | 295 | 139 | 7,0 | 101 | 134 |
| ФД 21 | 670 | 770 | 1500 | 15 | 250 | 122 | 7,0 | 104 | 138 |
| Тб | 700 | 760 | 1520 | 14 | 340 | 150 | 7,34 | 115 | 156 |
| Та | 700 | 760 | 1520 | 17 | 381 | 160 | 8,0 | 115 | 168 |
12. Паровозы 1-5-0 Л
В 1942 г. наступил переломный момент в ходе Великой Отечественной войны и началась частичная реэвакуация ряда промышленных предприятий, в том числе и Коломенского машиностроительного завода им. В. В. Куйбышева.
В предвидении недалекого возврата страны после победы к мирному труду возник вопрос о том, какие паровозы будут строиться. Прежде всего требовалось определить тип паровоза и нагрузку от движущих колесных пар на рельсы. Паровозы СО, находящиеся уже в длительной эксплоатации, обнаружили некоторые дефекты в ходовых частях и нуждались в пересмотре ряда конструкций. Кроме того, машина паровоза СО, заимствованная без существенных изменений у паровоза Э, с недостаточным для мощного паровоза диаметром золотников, искривленными паровыми каналами и проч., являлась уже устаревшей. Была образована специальная комиссия из представителей Министерства путей сообщения и Министерства тяжелого машиностроения, с участием работников ЦНИИ, по выбору новых типов локомотивов на ближайший послевоенный период.
Комиссия пришла к выводу, что в первую очередь транспорт нуждается в товарных паровозах. Исходя из того, что железные дороги СССР, пострадавшие на значительном своем протяжении от военных действий, в первые послевоенные годы не смогут по состоянию верхнего строения железнодорожного полотна и мостов сразу перейти к большим нагрузкам колесных пар на рельсы, порядка 20 и более тонн, комиссия утвердила для паровозов предполагаемой послевоенной постройки нагрузку от движущей колесной пары 18 т.
В марте 1944 г. были представлены эскизные проекты паровозов 1-5-0 с такой нагрузкой и колесами 1500 мм Коломенским з-дом, Центральным управлением паровозного хозяйства НКПС и Центральным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ЦНИИ). Последний из этих проектов был спроектирован с возможно большим использованием частей паровоза ФД.
При технической разработке проекта выяснилось, что при принятом диаметре колес 1500 мм и нагрузке от колесной пары в 18 т на паровозе может быть размещен котел большей мощности, чем на СО. Существенным отличием проектов Коломенского з-да и ЦНИИ было размещение передней гибкой опоры топки. В проекте Коломенского з-да эта опора размещалась позади, а в проекте ЦНИИ - впереди четвертой оси. Обсуждение проектов продолжалось до конца 1944 г., а в марте 1945 г. Министерство транспортного машиностроения, приняв проект Коломенского з-да, поручило заводу построить опытный образец паровоза. Завод в это время занимался исключительно ремонтом паровозов и чтобы наладить строительство совершенно нового типа, необходимо было преодолеть большие трудности. Это не могло приостановить выполнение столь важной задачи, и благодаря настойчивости коллектива завода к сентябрю 1945 г. первый опытный образец был построен.
Паровоз, получивший вначале серию П-32, был отправлен на опытное кольцо, где был показан министру путей сообщения Л. М. Кагановичу и министру транспортного машиностроения В. М. Малышеву. К этому времени в СССР уже прибыло большое количество паровозов Еа иностранной постройки, и в порядке дискуссии возник вопрос о продолжении строительства их на советских заводах. В итоге было решено провести параллельные испытания паровозов Е а и П-32. Опыты проводились с двумя паровозами П-32: тяговые - с номером 2 и путевые - с номером 1 (в районе станции Тихорецкая Северо-Кавказских ж. д.) и были закончены к марту 1946 г. Путевые испытания показали не совсем удовлетворительную работу передней тележки. Последнее, однако, не могло происходить от ее конструктивных недостатков, так как на паровозе П-32 применена тележка того же типа, что и на паровозах ФД и СО. Дело заключалось в том, что под этот паровоз была подкачена готовая тележка, взятая с паровоза СО и находящаяся в неудовлетворительном состоянии (в особенности ее возвращающее устройство). По уравновешиванию паровоза результаты оказались удовлетворительными. Сравнительные тяговые испытания второго паровоза П-32 и Е а оказались весьма благоприятными для первого. Паровоз П-32 оказался и мощнее и экономичнее, чем Е а. Таким образом, вариант принятия для массовой постройки паровоза Е а отпал, и к августу 1946 г. конструкторский отдел завода произвел корректировку рабочих чертежей для серийного производства.
В том же 1946 г. началась массовая постройка паровозов П-32. Первые построенные паровозы были направлены на ближайшую к заводу железную дорогу (Московско-Рязанскую), что для завода представляло большое удобство со стороны возможности наблюдения за их работой и накопления полезного опыта, учитываемого при последующих постройках паровозов. Результаты взвешивания, произведенного в ноябре- декабре 1946 г., показали, что паровозы П-32 первого выпуска имели сцепной вес около 94,5 т вместо проектных 91 т. Зимой 1946-1947 г. завод приступил к работе по облегчению паровоза П-32. Были по возможности облегчены рама, котел, площадки и прочее. К апрелю 1947 г. заводу удалось понизить сцепной вес выпускаемых паровозов до 90 т и даже ниже, при общем весе паровоза не выше 103 т. При взвешивании одного из паровозов было обнаружено, что нагрузка от ведущей колесной пары упала до 16-15,5 т. При исследовании причины столь нежелательного перераспределения нагрузок удалось выяснить, что главное строение паровоза, подвешенное на рессорах, занимает несколько высокое и не совсем горизонтальное положение, причем возвышение передней части паровоза над задней доходило в отдельных случаях до 20 мм. Дальнейшее исследование позволило установить, что при изготовлении рессор допускалась завышенная их кривизна в свободном состоянии. При этом в собранном рессорном подвешивании получались сильные перекосы балансиров между ведущей и четвертой спаренной колесной парой. Приходилось производить выравнивание балансиров подкладками. После приведения изготовляемых рессор к проектной кривизне указанные явления были устранены. Колеса применены дискового типа, без заливки противовесов свинцом.
Ввиду хороших тяговых и эксплоатационных качеств новых паровозов 1-5-0 Коломенского з-да, установленных за истекший полуторагодичный период, приказом Совета Министров от 14 января 1947 г. им была присвоена серия Л, по имени их главного конструктора Л. С. Лебедянского (фиг. 31). В том же 1947 г. работа Л. С. Лебедянского была удостоена Сталинской премии. Одновременно Советом Министров паровоз Л был утвержден к дальнейшей массовой постройке. Часть котлов для этих паровозов изготовляется Ижорским з-дом. Тендеры частично строятся Брянским з-дом.
Характеристики паровоза Л приведены в табл. 14.
Таблица 14. Характеристики паровозов 1-5-0 Л
| Серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диаметр движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковой решетки м 2 | Вес т | ||
| испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | ||||||
| Л первого выпуска | 650 | 800 | 1500 | 14 | 222 | 114 | 6 | 94,5 | 107,5 |
| Л серийной постройки | 650 | 800 | 1500 | 14 | 222 | 114 | 6 | 90 | 103 |
13. Паровозы 1-4-0 ША и 1-5-0 серии 52
Во время 
Великой Отечественной войны на железные дороги СССР поступило некоторое количество товарных
паровозов 1-4-0 Ш
А (фиг. 32) и 1-5-0 серии 52.
Паровозы этих серий строились на заграничных заводах с 1942 по 1944 г. Характеристики их приведены в табл. 15.
Таблица 15. Характеристики паровозов 1-4-0 Ш А и 1-5-0 52
| Тип и серия | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диаметр движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковой решетки м 2 | Вес т | ||
| испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | ||||||
| 1-4-0 Ш А | 482 | 660 | 1448 | 15,8 | 165 | 45 | 3,8 | 64,0 | 74 |
| 1-5-0 52 | 600 | 660 | 1400 | 16 | 178 | 64 | 3,9 | 75,0 | 86 |
14. Опытные паровозы 1-5-2 Ворошиловградского завода и 1-3-0 + 0-3-1 Коломенского завода
В конце 1948 г. и в начале 1949 г. было построено по одному опытному экземпляру паровозов обоих типов. Общий их вид представлен на фиг. 33 и 34, а характеристики даны в табл. 16.
В паровозе 1-5-2 Ворошиловградского з-да применена совершенна оригинальная машина. Цилиндры расположены в середине рамы и вынесены кверху. В обоих цилиндрах помещено по два поршня, движущихся в противоположные стороны. Передача усилий от поршней производится через качающиеся рычаги и шатуны, насаженные на пальцы ведущей колесной пары, расположенные в каждом колесе под углом 180°. Противоположно
направленное движение возвратно движущихся частей создает условия наиболее совершенного уравновешивания сил инерции. Недостатком этой машины является некоторая ее сложность, при которой возросло число шарниров, воспринимающих полное усилие, передаваемое от поршней, а также удлинились паропроводы.
Сочлененный паровоз 1-3-0 + 0-3-1 П-34 Коломенского з-да с середины февраля 1949 г. находится в рядовой эксплоатации на Московско-Курской ж. д. и работает совместно с паровозами ФД. К середине апреля того же года паровоз сделал пробег 12 000 км и показал хорошие качества. Увеличение веса состава по сравнению с составом, обслуживаемым паровозом ФД, достигло 30%. Наибольший состав, проведенный паровозом в зимних условиях по Московско-Курской ж. д., имел вес 3200 т, а по Московско-Рязанской ж. д. - 3500 т. По экономии топлива паровоз этого типа превзошел паровоз ФД благодаря высокому перегреву, большей силе тяги и хорошему беспарному ходу, осуществляемому перепускными приборами новой конструкции. По свидетельству паровозных бригад, паровоз отличается плавным ходом и хорошим движением в кривых. Шаровые соединения паропроводов впускных и выпускных, после их доводки на специальном стенде, работают вполне удовлетворительно. Паровоз имеет много взаимозаменяемых частей с паровозом 1-5-0 Л (колесные пары, передняя тележка, буксы, часть дышел, плавающие втулки, детали рессорного подвешивания, тормоза, арматура и ряд других узлов). Топка не имеет камеры догорания, и, несмотря на это, развеска котла по движущим тележкам выполнена вполне удовлетворительно. Нагрузка от колесной пары на рельсы достигает 19,5 т, при общем весе паровоза в рабочем состоянии 147 т.
В паровозах сочлененного типа исключена возможность использования преимуществ многоцилиндровых паровозов по уравновешиванию, но хорошее уравновешивание достигается здесь за счет облегчения дви-жущего механизма каждой отдельной машины.
Кроме этих паровозов, на Улан-Уденском з-де построен паровоз 1-5-2 с машиной обычного устройства. Оба цилиндра, образующие блок, в этом паровозе отлиты как одно целое.
Таблица 16. Характеристики паровозов 1-5-2 и 1-3-0+0-3-1
| Тип паровоза | Диаметр цилиндров мм | Ход поршня мм | Диаметр движущих колес мм | Давление пара ати | Поверхность нагрева м 2 | Площадь колосниковой решетки м 2 | Вес т | ||
| испаряющая | пароперегревателя | сцепной | в рабочем состоянии | ||||||
| 1-5-2 | 2Х520 | 4Х645 | 1500 | 17 | 324 | 184 | 8,2 | 112 | 16,25 |
| 1-3-0+0-3-1 | 4Х500 | 800 | 1500 | 14 | 282 | 147 | 7,8 | 117 | 147,0 |
15. Опытные характеристики товарных паровозов
Общая сравнительная оценка товарных паровозов, рассмотренных в этой главе, прошедших через цикл опытов, приведена в табл. 17.
Таблица 17. Общие опытные характеристики товарных паровозов
| Тип и серия | z m кг/м 2•час | υ км/час | N k(max) л.с. | η % | Топливо | |
| род | Q P H | |||||
| 0-4-0 О в | 45 | 30 | 560 | 5,2 | мазут | 9900 |
| 0-4-0 О о | 45 | 20 | 500 | 4,6 | " | 9900 |
| 0-4-0 О п | 40 | 30 | 480 | 5,2 | брикет | 7750 |
| 0-4-0 О ч | 40 | 30 | 600 | - | уголь | - |
| 0-4-0 Ы | 45 | 60 | 1020 | 6,5 | мазут | 10200 |
| 1-4-0 Щ | 40 | 40 | 670 | 4,8 | уголь | 7700 |
| 1-4-0 Щ п | 40 | 40 | 620 | 6 | брикет | 7750 |
| 1-4-0 Щ ч | 45 | 40 | 1130 | 8,7 | мазут | 9810 |
| 0-5-0 Э | 55 | 40 | 1260 | 6,8 | " | 10030 |
| 0-5-0 Э г | 55 | 40 | 1300 | - | " | - |
| 0-5-0 Э У | 50 | 40 | 1320 | 6,2 | 75% АРШ+25%ПЖ | 6549 |
| 0-5-0 Э м | 50 | 40 | 1250 | 6,5 | 75% АРШ+25%ПЖ | 6247 |
| 0-5-0 Э р | 55 | 40 | 1360 | 5,7 | 75% АРШ+25%ПЖ | 6433 |
| 1-5-0 Е ф | 55 | 30 | 1420 | 6,1 | Ек.-Донецкий уголь | 7200 |
| 1-5-0 Е А | 65 | 40 | 1850 | 5,4 | Г | 6820 |
| 1-5-0 Е пф | 40 | 70 | 1690 | 7,4 | 50%ПЖ+50%АРШ | 6930 |
| 1-5-0 СО 17 | 55 | 40 | 1760 | 6,7 | 75% АРШ+25%ПЖ | 6640 |
| 1-5-0 СО 19 | 55 | 30 | 1510 | 7,4 | 75% АРШ+25%ПЖ | 6337 |
| 1-5-0 52 | 50 | 30 | 1090 | - | уголь | - |
| 1-5-0 ПТ 31 | 55 | 80 | 2070 | уголь | ||
| 1-5-1 ФД | 65 | 50 | 2600 | 6,9 | Д | 5613 |
| 0-3-0+0-30 Θ ч | 45 | 20 | 970 | 6,9 | Ек.-Донецкий уголь | 7200 |