Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Рис. 12.8. Дизель-электрический локомотив

На американских железных дорогах первый высокоскоростной дизель-электрический локомотив для пассажирских перевозок появился в 1935 году, для грузовых перевозок – в 1938 году, двойного назначения – в 1940 году. Начальная стоимость дизель-электрического локомотива была довольно высока в сравнении с паровым локомотивом такой же номинальной мощности. Между тем дизельный локомотив имел важные преимущества. Полезная мощность дизельного локомотива могла быть больше, чем у парового локомотива той же номинальной мощности, потому что дизельная энергия доступна при более широком диапазоне скоростей. Расходы паровозного депо обычно меньше с дизельным локомотивом, поскольку у маневровых машинистов и рабочих меньше работы. Отсутствуют трудности с питательной водой для котлов, весьма значительные в некоторых частях света, где используются паровые локомотивы. Дизельное топливо, сравнительно высококачественная нефть, достаточно дорогое, но с ним легко обращаться и хранить на терминалах. Дизель-электрический локомотив имеет эффективность – коэффициент полезного действия – около 30 процентов, что в четыре-пять раз выше, чем у парового локомотива. Силовую установку можно собирать из многих секций под управлением одной бригады, и эти множественные секции обеспечивают тяговое усилие и концентрацию мощности намного больше, чем паровой локомотив. Нет никаких сомнений в том, что одним из самых важных прорывов в области железнодорожной инженерии XX века является создание дизель-электрического локомотива.

Железнодорожный вагон имеет две основные функции: он должен перевозить груз и при этом являться звеном в цепи вагонов поезда. Грузовые вагоны появились самые разные, для разных видов грузов – живого скота, нефти, цемента, угля, – и это лишь некоторые. Ходовая часть, сцепки, воздушные тормоза и другие устройства, по крайней мере, на американском континенте были стандартизированы, чтобы обеспечить взаимозаменяемость на всех железных дорогах нормальной колеи.

Джордж Стефенсон, позднее построивший локомотив «Ракета», сконструировал первый в мире железнодорожный пассажирский вагон. До этого большинство вагонов были или переоборудованными открытыми четырехколесными повозками со скамьями, или также переоборудованными почтовыми экипажами (рис. 12.9). Все ранние грузовые вагоны в Англии были переоборудованными платформами и могли перевозить груз, вдвое больший собственного веса. Эти ранние вагоны имели сцепки и только ручные тормоза. Между вагонами не было буферов, сцепки не были натянутыми, и, когда машинист использовал на локомотиве тормоза, каждый вагон набегал на впередиидущий, и все они вместе набегали на локомотив. Когда локомотив трогался с места и выбирал слабину сцепок, следовала еще одна серия толчков, которая подбрасывала пассажиров с мест. В 1831 году Росс Винанс построил первый закрытый пассажирский вагон на конной тяге для железной дороги Балтимор – Огайо. В этом вагоне были места для 20 пассажиров. Такие вагоны имели четырехколесные тележки и медные подшипниковые коробки, вроде тех, что долго еще можно было видеть на некоторых вагонах. Хотя тележка была запатентована в 1812 году в Англии, на британских дорогах их не использовали до 1880-х годов. На американских дорогах начали использовать проект Винанса в 1830-х годах, и там очень быстро распространились вагоны длиной 40 футов на двух четырехколесных тележках. И грузовые, и пассажирские вагоны строили из дерева и железа с преобладанием дерева.

Рис. 12.9. Ранний американский железнодорожный пассажирский вагон, 1834 г.

Пассажирские вагоны в Европе появились на основе идеи соединения дилижансов и были разделены на отдельные отсеки – купе. Американские пассажирские вагоны с самого начала были намного длиннее, чем британские и континентальные, и из-за климатических условий не разделялись на купе. Они изначально имели типично американский проход в середине, пружины для плавной езды, печи для обогрева, масляные лампы, а позже – охладители для воды и туалеты. В них не было тамбуров – только открытые платформы, чтобы пассажиры могли переходить из одного вагона в другой. Зато между европейскими вагонами много лет не было проходов для пассажиров.

В течение первых четырех десятилетий развития железных дорог были изобретены и запатентованы сотни устройств для остановки вагонов. Только несколько из них оказались полезными на практике. Из них самым распространенным стал ручной тип, который приводил в действие кондуктор, повернув горизонтальную рукоятку, установленную на вертикальном столбике в конце каждого вагона. По мере возрастания длины и скорости поезда, а также веса вагонов стало очевидно, что необходим контроль торможения по всей длине поезда. В конце 1860-х годов успешное использование сжатого воздуха для прокладки тоннеля Мон-Сени подсказало молодому Вестингаузу (1846–1914) мысль использовать сжатый воздух для торможения состава. Его первый патент на использование прямодействующего пневматического тормоза был получен в 1869 году, когда юноше было 23 года. В кабине локомотива располагался главный резервуар сжатого воздуха, откуда шланг или труба – поездная магистральная линия – была проложена по всей длине поезда под вагонами. Когда было необходимо торможение, машинист открывал клапан, и сжатый воздух приводил в действие каждый тормозной цилиндр почти мгновенно. Эти воздушные тормоза замедляли поезд или останавливали его, если только в шланге не появлялась дырка и не начиналась утечка воздуха, ослаблявшая тормозную силу. Поезд могло разорвать на две части, и тогда у вагонов не оставалось других возможностей для торможения, кроме старых добрых ручных тормозов.

Вестингауз так описывал первые испытания своих новых тормозов: «Управляющий того, что тогда было известно как Панхэндлская железная дорога, мистер У.У. Кард предложил отдать в мое распоряжение стейбенвильский пассажирский поезд, чтобы я мог продемонстрировать работу. Устройство было установлено на этом поезде, состоявшем из локомотива и четырех вагонов. Во время первого же пробега инженер Дэниел Тейт, выехав из тоннеля в Питтсбурге, заметил на путях лошадь и телегу. Экстренное применение воздушного тормоза предотвратило трагедию. Значение изобретения было наглядно доказано, и воздушный тормоз начал славную карьеру на железнодорожном транспорте».