Розвиток нових видів тяги

Прогресивні види тяги  електрична та тепловозная  почали розвиватися на залізничному транспорті в XX столітті. В 1923 р. було ухвалено рішення про будівництво перших тепловозів, а в 1924 р. у Ленінграді завершилася споруда поїзного локомотива серії Щ з електричною передачею. У 1926 р. був зданий в експлуатацію перший електрифіковану ділянку Баку  Сабунчи  Сурахани.

У наступні роки були електрифіковано багато приміські лінії Московського вузла, важкі гірські ділянки залізниць Закавказзя, Уралу, заполярний ділянку Мурманськ-Кандалакша, лінія Запоріжжя  Долгінцево, ряд дільниць у Кузбасу та інших районах країни.

Однак до Великої Вітчизняної війни основним видом тяги на залізницях продовжувала залишатися парова. У 1940 р. електричної та тепловозною тягою виконувалося лише 2,2% від загального вантажообігу залізниць, а в 1950 р. — 5,4%. При паровій тязі залізничний транспорт витрачав до 30% загального видобутку вугілля в країні, собівартість і трудомісткість перевезень були високі, а умови праці великого числа працівників важкі.

У другій післявоєнної п'ятирічці (1951-1955 рр.) впровадження електричної та тепловозної тяги здійснювалося кілька швидше, однак темпи розвитку були ще недостатні. Залізничний транспорт, як правило, не освоював засоби, що відпускаються на реконструкцію тяги. Основним напрямком посилення тяги залишалося підвищення потужностних характеристик паровозів. Разом з тим, у 1955 р. електровози і тепловози освоїли вже 14,1% загального вантажообігу залізничного транспорту, а протяжність ліній з електричною та тепловозною тягою становила близько 12 тис. км.

Переломним став 1956 р., коли був затверджений Генеральний план елек-трификации залізничного транспорту СРСР. Особливістю даного періоду (1956-1970 рр.) є переведення на електричну тягу цілих напрямків великої протяжності. Якщо в 1951-1955 рр. щорічний приріст електрифікованих ліній становив близько 0,5 тис. км, то вже в 1956-1960 рр. він дорівнював 1,7 тис. км, а у 1961-1970 рр. перевищив 2 тис. км. Одночасно всі ці роки на тепловозну тягу щорічно переводилося по 7-8 тис. км. В результаті реалізації Генерального плану елек-трификации в 1970 р. тільки електричною тягою було освоєно 48,7%, а тепловозами і електровозами разом — 96,5% вантажообігу. Протяжність електрифікованих ліній склала 25,1% експлуатаційної довжини мережі, а ліній з тепловозною тягою — 56,4%.

Електрифікація залізниць і переклад їх на тепловозну тягу супроводжувалися вдосконаленням локомотивів, поліпшенням їх техніко-економічних характеристик.

Одним з вирішальних техніко-економічних переваг елек-ної та тепловозної тяги, що зумовили повну заміну ними парової тяги, є високий коефіцієнт використання енергоресурсів, тобто коефіцієнт корисної дії (ККД) електровозів і тепловозів. Він характеризується відношенням корисно використаної енергії до витраченої енергії при роботі локомотивів. У сучасних електровозів ККД становить близько 0,85— 0,90 (машини), а у тепловозів — 0,28—0,32 (найдосконаліші паровози мали ККД 0,07—0,10). Однак ці показники не відображають рівень використання первинних енергоресурсів від видобутку палива або виробництва електроенергії на ТЕС, ГЕС або АЕС до їх перетворення в корисну роботу по пересуванню поїздів.

Слід розрізняти ККД електровоза і ККД електричної тяги в цілому. Сумарний коефіцієнт корисної дії електротяги враховує всі втрати енергії: на ТЕС при спалюванні палива, у високовольтних ЛЕП, на тягових підстанціях, контактної мережі і на самому електровозу. Крім того, враховуються також втрати палива при його видобуванні, транспортуванні і зберіганні.

При прогресивних видах тяги істотно зростає пропускна і провізна спроможність залізниць. Заміна тяги тепловоза електричної на одноколійних лініях при профілі середньої труднощі підвищує пропускну здатність на 10-20%. На одноколійних лініях з гірським рельєфом і невеликою часткою перегонів з легким профілем електрична тяга може дати приріст пропускної здатності порівняння-нію з тепловозної 30-35% і більше.

Зростання пропускної і провізної спроможності електричної тяги як більш надійною порівняно з тепловозної відбувається, по-перше, за рахунок відвели-чення маси поїзда, що пояснюється особливістю тягових характеристик електровозів, потужність яких при невеликих швидкостях в умовах важкого профілю значно підвищується, у тепловозів ж вона постійна у великому діапазоні швидкостей; по-друге, за рахунок збільшення ходової та технічної швидкості руху поїзда, а також дільничної швидкості, осо-бенно на одноколійних лініях.

Середні ходові і технічне швидкості при електричній тязі на 10-15% вище, ніж при тепловозній. На завантажених двоколійних лініях застосування електричної тяги дозволяє завдяки зростанню ходової швидкості і скорочення інтервалу попутного прямування між поїздами збільшити максимальну пропускну здатність у перегонах з 144-160 до 180-200 пар поїздів (на 25%).

В результаті підвищення маси і швидкості руху поїздів при електричній тязі істотно збільшується продуктивність електровозів порівняно з тепловозами. Вона росте ще й тому, що електровози можуть працювати на довгих тягових плечах, здійснюючи великі безупинні рейси, при яких значно збільшується час їх корисної роботи. Найбільший приріст продуктивності електровозів досягається в умовах важкого профілю колії, так як швидкість руху електровоза на керівному підйомі може майже вдвічі перевищувати швидкість руху тепловоза. Електровози, крім того, можуть працювати за системою багатьох одиниць, тобто сочленяться один з одним при синхронному управлінні ними з одного поста, що дозволяє збільшити масу поїзда в кілька разів.

Продуктивність праці робітників локомотивного господарства при електричної тязі значно вище, ніж при тепловозній, а витрати по локомотивному господарству нижче. Це обумовлюється більш високою продуктивністю електровозів порівняно з тепловозами, а також значним скороченням чисельності працівників, зайнятих на ремонті і технічному обслуговуванні електровозів. У співставних умовах при однаковому обсязі перевізної роботи в тонно-кілометрах брутто вартість ремонту електровозів приблизно вдвічі, а технічного обслугову-вання — втричі нижче, ніж тепловозів.

Разом з тим, при електричній тязі виникає потреба в додат-обов'язкове штаті працівників і додаткових експлуатаційних витратах, яких немає при тепловозній тязі. До них відносять витрати на утримання, ремонт і амортизацію контактної мережі, тягових підстанцій і дистанцій електропостачання. Але ці витрати відносно невеликі і становлять приблизно 5% в собівартості перевезень при електричній тязі. В цілому, впровадження електричної тяги замість тепловозної скорочує експлуатаційний контингент працівників на 20-30%. Витрати на паливо в грошовому вираженні при тепловозній тязі у співставних умовах при-мірно в 1,5 рази більше витрат енергії при електричній тязі.

У співставних умовах (при однаковій грузонапряженности) впровадження електричної тяги замість тепловозної знижує собівартість перевезень на 10-15%. Розходження фактичної собівартості перевезень порівнюваних прогресивних видів тяги більш істотні. Це пояснюється тим, що полігон мережі, що обслуговується електричною тягою, має приблизно вдвічі більшу грузонапряженность і краще технічне оснащення. Це переважно двоколійні лінії з більш високою дільничної швидкістю, меншою кількістю зупинок і меншими витратами механічної роботи на розгони і гальмування.

Застосування електричної тяги дозволяє здійснювати рекуперацію електроенергії, тобто повернення її в електричну мережу при русі поїзда під ухил, коли тягові двигуни працюють як електрогенератори. Економія електроенергії при цьому досягає при важкому профілі 20-30%, а при профілі середньої труднощі — 10-15%. При рекуперації одночасно забезпечується плавне гальмування, зменшується знос гальмівних колодок і підвищується безпека руху поїздів, хоча при обладнанні електровозів пристроями рекуперативного гальмування не-скільки збільшується їх первісна вартість. Рекуперація робить також вплив на стан ходових частин вагонів і верхньої будови колії.

Особливо ефективно застосування електричної (мотор-вагонної) тяги в приміському пасажирському сполученні і в метро. Роздільні пункти на лініях розміщені часто, багато зупинок, розгонів і гальмувань. Економиться значна час при швидкому наборі і зниженні швидкості при роботі електродвигунів мотор-вагонних секцій. Дільнична швидкість руху приміських електропоїздів на 15-20% вище, ніж приміських дизель-поїздів.

Електрична тяга дозволяє використовувати низькосортне дешеве паливо (вугілля, сланці та ін) при спалюванні його на ТЕС, а також електроенергію ГЕС і АЕС. При тепловозній ж тязі використовується, в основному, дороге дизельне паливо.

Великий економічний ефект дає застосування прогресивних видів тяги на маневровій роботі. Тут істотні переваги тепловозної тяги в порівнянні з електричною. Застосування тепловозів на маневрах в порівнянні із звичайними що харчуються від контактної мережі неаккумуляторными електровозами не вимагає дорогого устаткування цієї мережі над усіма станційними коліями в місцях виробництва маневрів. Особливо ефективно застосування на маневровій роботі тепловозів з гідромеханічною та електричної передачами.

З соціально-економічних позицій охорони навколишнього середовища, особливо у великих містах, частка електровозів у маневровій роботі має підвищуватися. Можливі три варіанти застосування електровозів на маневрах:

 найбільш дорогий — харчування від електровоза контактного проводу при роботі на великих станціях та прилеглих до них великих під'їзних коліях невеликої протяжності;

 використання спеціальних контактно-акумуляторних електровозів, здатних працювати як на великих станціях, обладнаних контактною мережею, так і на невеликих, де спорудження контактної мережі над шляхами неефективно;

 застосування дизель-контактних маневрових локомотивів — при поїздах великої маси і високій частці автономного режиму роботи цей варіант найбільш ефективний за вартісними показниками.

Електрифікація магістральних залізниць, даючи істотну економію експлуатаційних витрат порівняно з тепловозною тягою і скорочуючи час просування вантажів і пасажирів, потребує, проте, великих капітальних вкладень у будівництво тягових підстанцій і контактної мережі. Крім того, в кошторисну вартість електрифікації включається велика кількість супутніх робіт, які технологічно з впровадженням електротяги не пов'язані, але потрібні для підвищення ефективності її застосування або для поліпшення якості обслуговування пасажирів. До таких робіт відносять подовження шляхів на станціях і роздільних пунктах, посилення верхньої будови колії, пристрій автоблокування та диспетчерської централізації, спорудження тунелів, пішохідних мостів, пасажирських платформ і павільйонів на станціях і деякі інші роботи. Такого роду роботи при тепловозній тязі виконують зазвичай за планами капітальних вкладень інших господарств залізничного транспорту і фінансують за окремими кошторисами. Тому при порівнянні ефективності варіантів тяги по капітальних вкладеннях витрати на супутні роботи повинні або виключатися з капітальних вкладень в електрифікацію, або додаватися в тому ж обсязі до капітальних витрат на тепловозну тягу. Частка супутніх капітальних витрат, не викликаються специфічними особливостями електротяги, становить в середньому 20-25% загальної кошторисної вартості і підвищується до 35-40% і більше, якщо в кошторисну вартість включають великі роботи з подовження приймально-выдправних шляхів, впровадження автоблокування та диспетчерської централізації. Якщо ж не враховувати супутні та сполучені витрати, пов'язані з електрифікацією, то понад 2/3 всіх інших капітальних витрат припадає на будівництво тягових підстанцій і споруд контактної мережі.

Сумарні капітальні вкладення в постійні пристрої і рухомий склад при електричної тязі зазвичай в кілька разів вище, ніж при тепловозній. Тому застосування електротяги стає ефективним лише при певних умовах, в першу чергу, при більш високій грузонапряженности.