Часть 3. Затяжной подъем

Трудности только начинаются

Иногда полагают, что главное - это "пробить решение", "включить в планы", "изыскать средства", "привлечь инвестиции", "найти спонсора" (в разные времена это называлось по разному). При создании же нового тепловоза после этого "главного" трудности лишь только начинаются.

Компоновка тепловоза Гаккеля »» 

К строительству тепловоза Гаккеля приступили в Петрограде в октябре 1922г. заводы "Электрик", "Красный путиловец" и Балтийский судостроительный. Чтобы оценить темпы хода работ, необходимо учесть, что создавать такую сложную машину было практически не из чего, приходилось проявлять верх изобретательности. К примеру, удалось использовать двигатель и главные генераторы, заказанные в 1916 году для подводных лодок. При этом дизель, располагавшийся в середине локомотива, приводил в действие два тяговых генератора, расположенных по обе стороны от него. Тепловоз пришлось делать на трех тележках, а не на двух, как первоначально намечалось. Отчасти это было связано с тем, что вес силовой установки получился чрезмерно велик, отчасти из-за опасений, что вибрации дизеля могут неблагоприятно сказаться на состоянии пути. В связи с этими опасениями рессорное подвешивание тепловоза Гаккеля было сделано двухступенчатым (по классификации того времени - трехступенчатым).
Окончательные параметры построенного тепловоза - мощность 1000 л.с., масса 180 т, сила тяги 22т, конструкционная скорость 75 км/ч.


 ««  Компоновка тепловоза Ломоносова.

Тепловоз Ломоносова первоначально предполагалось строить на шведском предприятии, но в связи с окончанием контракта на поставку паровозов, пришлось срочно искать нового подрядчика. Изготовление удалось начать только в августе 1923 г. в Германии, на заводе Эсслинген неподалеку от Штутгарта. Положение облегчалось тем, что Ю. Ломоносов старался максимально использовать уже проверенные и освоенные в производстве решения, а также предельно упростил конструкцию - в частности, применил отработанную на паровозах бестележечную схему экипажа 1-5-1, отказался от второй кабины (т.к. локомотивы в те времена все равно разворачивали в конечных пунктах и депо), а холодильную камеру с шахтой вентилятора частично разместил перед кабиной локомотивной бригады, частично в нее вдвинул - машинисты все равно привыкли к тому, что на этом месте находится котел паровоза.


Тепловоз Гаккеля  »» 

5 августа 1924г. в Петербурге состоялся первый самостоятельный выезд тепловоза Щэл1- далее будем называть его тем именем, под которым он известен - на заводские пути. Правда, наладочные работы к этому моменту еще не были завершены. В начале сентября 1924г. Щ-эл1 был готов к отправке в Москву, но... помешало наводнение, в результате чего электрооборудование тепловоза было повреждено. Только 4 ноября восстановленный Щ-эл1 был переправлен на погрузочные пути Гуцуевского острова и 6 ноября прибыл в одно из питерских депо.



 ««  Первый выезд тепловоза Ломоносова.

В тот же день - 6 ноября 1924 года - тепловоз Ломоносова, впоследствии получивший серию и номер "Э-эл2", совершил первый пробег на рельсах, специально уложенных во дворе завода Эсслинген. Это событие стало настоящей сенсацией - на испытания были приглашены видные деятели технической науки, прессы... Все могли наглядно убедиться, что локомотив с двигателем Дизеля способен иметь тяговую характеристику, приемлемую для работы с поездами. На заводских испытаниях выявлось и другое - охлаждающее устройство тепловоза неправильно спроектировано и не обеспечивает нормальной работы дизеля в летнее время. Пришлось срочно изготавливать прицепной тендер - холодильник, с которым локомотив и был отправлен в Россию.
В это время Щэл1 еще находился в Питере. Первые пробные поездки выявили низкую надежность работы дизеля и ряда других агрегатов. Перегнать тепловоз Гаккеля в Москву удалось лишь к середине января - всего лишь на неделю раньше, чем туда прибыл Ээл2.

Какой тепловоз считать первым?

Вопрос этот гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд.
С одной стороны, тепловоз Гаккеля первым самостоятельно выехал из цеха, первым совершил опытную поездку с составом и первым прибыл в Москву. В 1924 году формально это был единственный тепловоз, удовлетворяющий требованиям конкурса НКПС, т.к. конструкционная скорость тепловоза Ломоносова была 50 км\ч., а не 75. Компоновка тепловоза Я.М. Гаккеля Щэл1 на протяжении последних 50 лет является классической для большинства магистральных тепловозов западноевропейских железных дорог - тележечный экипаж, двухкабинный кузов вагонного типа, дизель расположен в центре тяжести.
С другой стороны, тепловоз Щэл1 из-за частых поломок не столько эксплуатировался, сколько находился в ремонте. Всего через три года после постройки, в 1927 году, он был вообще отставлен от поездной работы. Его эксплуатационный пробег был величиной чисто символической. И не было в том вины его создателей - в условиях России начала века, при полном отсутствии мирового опыта, вряд ли кому - либо удалось достичь большего. Щэл1, с его оригинальными конструктивными идеями, опережал свое время по крайней мере лет на двадцать.
Тепловоз Ю.В. Ломоносова Ээл2, максимально приближенный к уровню технологии того периода, проработал с поездами... целых три десятилетия. Правда, ряд его узлов, в первую очередь холодильник, неоднократно подвергался переделке. Машина закончила службу в 1954 году, причем по моральному износу.
Конструкция Ээл2 был подробно описана в мировой технической литературе, и поэтому факт его создания стал началом новой волны разработки и строительства тепловозов в разных странах, в т. ч. в США и Германии. Когда в 1931 году было решено заказать локомотив Ээл5, задуманный как прототип машины для развертывания серийного производства в Коломне, то он был сконструирован на основе Ээл2 - как наиболее удачной в то время модели. Можно сказать, что именно Ээл2 дал жизнь довоенному поколению отечественных тепловозов.
Если взглянуть на компоновку тепловоза Ээл2 (см. рис.2), то в ней уже просматриваются отдельные черты "классической" схемы маневрового тепловоза - вспомогательные машины размещены со стороны главного генератора, с противоположной стороны - холодильная камера, кабина машиниста сдвинута назад относительно части агрегатов, прикрытых капотом. Машина напоминает по внешнему виду танк-паровоз. В тридцатых годах конструкторы фирмы Alco довели эту идею до логического завершения, отодвинув кабину за дизель - генераторную установку и закрыв агрегаты и системы капотом, оставив с обеих сторон смотровые площадки - это дало машинисту неоценимое удобство при работе на маневрах.
Если принять в расчет все эти обстоятельства, то, наверное, справедливо было бы считать оба тепловоза первыми в мире.

Кроме того, существовали и другие машины, которые также вполне могли стать первыми...

Часть 4. Они тоже могли быть первыми

На параллельном пути

Надо сказать, что еще за год до решения СТО американские конструкторы вплотную приблизились к созданию своего тепловоза.
Идея создания локомотива с электропередачей появилась в США почти одновременно с Россией. Фирма General Electric в 1907-1909 году организовала производство бензиновых мотовозов небольшой мощности. В 1910 году инженер этой фирмы, доктор Герман Лемп, встречался с Рудольфом Дизелем, чтобы обсудить перспективы использования на мотовозах его теплового двигателя. С 1911 года американские специалисты едут в Англию и Германию, чтобы изучить опыт применения дизелей на легких транспортных машинах, в частности, в авиации. Параллельно совершенствовалась конструкция мотовозов. В 1913 году, для Dan Patch Line в штате Миннесота был построен мощный мотовоз мощностью 350 л.с и весом 57 тонн. На нем были установлены два газолиновых двигателя и четыре электродвигателя на тележках, а его общая компоновка имела много общего с компоновкой современных односекционных тепловозов.
Однако о создании тепловоза было говорить еще рано. Слабым местом построенных мотовозов была несовершенная система управления электропередачей, т.к. мотористу приходилось одновременно вручную регулировать обороты дизеля и напряжение генератора в условиях все время меняющихся скорости движения и нагрузки. Только в 1916 году Лемпу удалось создать систему управления, которую можно было считать приемлемой для локомотивной тяги, она была отработана на построенном в том же году двухосном мотовозе.
Всего фирмой с 1909 по 1917 год было построено более 80 бензиновых мотовозов. В 1917 году General Electric построила первый дизельный двигатель и создала в исследовательских целях макетный образец дизельного мотовоза, у которого была обмоторена только передняя тележка. В 1918 году было построено еще три таких мотовоза. Один из них был продан маленькой городской железной дороге в Бруклине, но был признан ею неудовлетворительным, и в 1919 году был возвращен на завод. Второй мотовоз был продан в Балтимор, но после непродолжительной работы был отставлен в запас до 1926 года, после чего продан заводу обратно для переделки. Третий мотовоз был переделан в бронедрезину и продан армии США, сведения об использовании его неизвестны. А в 1919 году General Electric вообще прекращает производство двигателей внутреннего сгорания, включая мотовозный дизель.

Трудности все же не остановили General Electric. В 1921 году она заключила соглашение с производителем дизельных двигателей, компанией Ingersoll-Rand о создании американского "нефтеэлектровоза" (Oil-Electric Locomotive). Механическую часть взялась делать одна из лидирующих локомотивостроительных фирм США - ALCo. Cовместными усилиями был разработан мотовоз - "теплушка" (boxcab) с электропередачей мощностью 300 л.с. и весом 60 тонн, который в декабре 1923 года совершил опытный пробег, а в июне 1924 г. был представлен публике - но, к сожалению, всего лишь как действующий макет, призванный демонстрировать возможности тепловозной тяги. Хотя у AGEIR, как официально был назан экипаж, было уже все устроено как у настоящего тепловоза, он был слишком маломощным, чтобы работать с поездами нормального веса. Машина совершила тур по ряду дорог США, иногда тянула по нескольку вагонов.


 «« "Теплушка" в демонстрационной поездке.

Следует признать, что у Америки были все шансы стать колыбелью первого тепловоза. Основным препятствием стала неблагоприятная конъюнктура: быстрый рост грузопотока на железных дорогах США потребовал очень мощных магистральных тепловозов (до 6000 л.с.). Дизелей, которые могли бы развивать такую мощность в одном агрегате, и в то же время иметь приемлемые для размещения на локомотиве габариты и массу, тогда никто не производил. На паровозе же высокую мощность удавалось развить за счет ухудшения к.п.д. паровой машины, что для американских дорог того времени было вполне приемлемым.
Поэтому в США в первую очередь начинают создаваться маневровые тепловозы, первая удачная модель которых была выпущена заводом ALCo в 1931 г. Усовершенствованные же варианты "теплушки" (см. рис.) выпускались небольшой серией; как свидетельствует Benn Coifman (http://www.cyberus.ca/~yardlimit/guide/locopaper.html), первые из них были проданы различным дорогам в 1925г. и в конечном итоге нашли применение на маневровых работах.

Нельзя недооценивать и тот факт, что именно постройка мотовозов General Electric позволила заложить основы автоматического регулирования электропередачи тепловоза и привела к созданию одной из первых практических схем такого регулирования – схеме Лемпа. Справедливее всего было бы выделить первую тройку стран, участвовавших в рождении тепловоза – Россию, Германию и США, не пытаясь выявлять первенство между ними.

Проблемы с газовой передачей

Экспериментальная установка Шелеста  »» 

Что же касается тепловоза Шелеста, то он практически сразу выбыл из числа потенциальных первенцев. Его строительство началось в Ньюкасле-он-Тайн, где расположен завод фирмы «Армстронг-Витворт». На постройку англичане установили срок три года, включая проверку всех узлов. Однако в мае 1927 года были прерваны дипломатические отношения между СССР и Англией, и Шелест возвращается в Союз. В том же году в МВТУ по постановлению Совета Труда и Обороны для продолжения работ была организована лаборатория тепловозных машин системы А. Н. Шелеста, ставшая научным центром тепловозостроения в нашей стране. В начале 1928 года силовая установка тепловоза Шелеста (см. Рис.6 ) достигает расчетных параметров: давление генерированного газа доходит до 10,5 атм. что обеспечило бы тепловозу мощность 1200 л. с. Но к этому времени в качестве основного направления в тепловозостроении уже определяется создание тепловозов с электропередачей.

Иногда в литературе можно встретить точку зрения, что тепловоз Шелеста якобы "зажали" Ю. Ломоносов и Ф. Мейнеке. В некоторых публикациях позиция Ломоносова вообще оценивается чуть ли не как "вредительская" - дескать, он предлагал строить сложную и дорогостоящую машину с электропередачей в разоренной стране, в то время как локомотив Шелеста был простой и чуть ли даже не более экономичный...

 «« Компоновка тепловоза Шелеста (проект)

Действительно, трения по работе между Шелестом и Ломоносовым существовали, Ломоносов неоднократно скептически оценивал проект тепловоза с газовой передачей. Все же, если рассматривать вопрос с чисто технической точки зрения, то в начале 20-х больше шансов на успех имели тепловозы с электропередачей - как уже ранее указывалось, они компоновались из уже освоенных в производстве агрегатов, в то время как локомотив Шелеста представлял собой совершенно новую, не до конца исследованную тепловую машину. Например, в проекте 20-х гг. в тепловозе Шелеста не предусматривалось клапана для свободного выхлопа генерируемых газов в атмосферу в режиме выбега (см. рис.7), что приводило бы к повышенному расходу топлива на холостом ходу.
Другой проблемой было то, что выхлопные газы дизеля - генератора газов имели температуру, слишком высокую для поршневой машины. Принципиально этот недостаток мог быть устранен, скажем, вводом промежуточной турбины перед тяговой поршневой машиной, которая вращала бы турбокопрессор наддува генератора газов. Однако теория турбонаддува тогда еще только начинала создаваться.

Вариант с гидравликой

Проект тепловоза Мейнеке с гидропередачей.  »» 

В соответствии с решением Совета Труда и Обороны от 10 марта 1922 года, помимо строительства тепловозов Шелеста и Гаккеля, предполагалось также строить тепловоз с механической передачей. Надо сказать, что в первоначальном варианте это мог бы быть первый в истории тепловоз с гидропередачей.


 ««  Гидропередача Мейнеке.

Гидропередача была сконструирована автором коломенского проекта 1913 года, профессором Ф.Х. Мейнеке. Ее предполагалось делать гидростатической - дизель приводил в действие регулируемый симметричный аксиально - поршневой гидронасос, от которого масло поступало к роторному гидромотору на отбойном валу, связанному через спарниковую передачу с ведущими осями тепловоза. Передаточное число изменялось путем установки угла шайбы гидронасоса. При этом менялся ход поршня и количество масла, подаваемого к гидродвигателю, а соответственно и число оборотов отбойного вала и тяговое усилие.
Десятилетия спустя такая передача стала использоваться на тяжелых грузовых автомобилях, промышленных тепловозах, а также для привода вспомогательных агрегатов в отечественных пассажирских тепловозах. Но в начале 20-х годов, к сожалению, выяснилось, что промышленность того времени еще не в состоянии изготавливать один из самых ответственных узлов передачи - шариковые подшипники между шайбой и подвижным кольцом гидронасоса.

Поэтому было решено создать тепловоз с чисто механической передачей, которому вначале присвоили название Юм005, а позднее переименовали в Эмх3. Его построили по отечественному проекту в Германии на заводе Гогенцоллерн в 1923-1925 году.


Эмх3 – самый мощный в мире тепловоз с механической передачей.  »» 

Тепловоз Эмх3 был снабжен трехскоростной коробкой передач, переключаемых электромагнитными муфтами. Его мощность составила 1200 л.с., и вплоть до нашего времени эта цифра остается абсолютным рекордом мощности для тепловозов с механической передачей. Дело в том, что создатели Эмх3 достигли принципиальных, физических пределов возможностей "коробки скоростей". Как показали испытания, при переключении передач происходили рывки тяги, а сами зубчатые передачи оказались ненадежными. Поэтому тепловозы такой мощности с механическими передачами больше не строили.

Асинхроник в двадцатых?

В двадцатых годах в России были и другие интересные проекты создания тепловозов. Например, в 1923 году Харьковский завод ЭТЦР проводил разработку электрооборудования для привода тепловоза с дизелем 1100 л.с… с асинхронными тяговыми электродвигателями. Поскольку в то время не существовало тиристоров, преобразователь должен был быть электромашинным: предполагалось использовать коллекторный генератор переменной частоты, изобретенный нашим соотечественником, Михаилом Полиевктовичем Костенко, впоследствии академиком, лауреатом Ленинской премии и Героем Социалистического труда. Именно Костенко был основоположником теории частотного управления асинхронными двигателями, и он же еще в 1921 году указывал на тяговый привод, как одну основных важнейших областей его применения. А преобразователь – коллекторный генератор – М.П. Костенко вместе с Н.С. Ямпольским начали разрабатывать еще до революции, в 1916 году. Так что именно Россия стала колыбелью технической новинки, которую сейчас производят ведущие локомотивостроительные фирмы Европы и Америки…

Эпилог

К великому сожалению, из первых отечественных тепловозов на сегодняшний день уцелел только Щэл1, и то случайно. С 1934 года он использовался на Ю.ж.д. в качестве электростанции, в 1941 году был доставлен на кольцо ЦНИИ МПС для переделки, которую по понятным причинам так и не удалось осуществить; там он и стоял, пока о нем не вспомнили при подготовке мероприятий к 50-летнему юбилею Советской власти. Тепловоз Ээл2, отработав свой срок на дороге, был отправлен в переплавку вместе с другими старыми локомотивами, поскольку в пятидесятые годы статуса памятника старины не имел; та же судьба постигла и похожие на него серийные коломенские тепловозы довоенной постройки.

 «« Оглавление...