Краткий исторический обзор возникновения и развития железнодорожного транспорта в России и за рубежом 1 страница

Пути сообщения были всегда и везде. Наземный транспорт зародился в глубокой древности. История наземного транспорта, выделившего из себя новый вид—железнодорожный, уходит вглубь веков. Эта история, как нам кажется, представляет собой интереснейшее и увлекательное повество­вание о развитии человеческого общества, начиная с древнейших цивилизаций. Известный писа­тель, потомственный железнодорожник Владимир Чивилихин считал, что «история—давняя состо­явшаяся реальность жизни, а все героическое в истории нужно человечеству для будущего».

В древних странах строили сухопутные дороги, по которым, используя животных, пе­ревозили грузы и людей. Сохранившиеся дороги Древнего Рима, Великого шелкового пути из Китая в Среднюю Азию и др. вызывают удивление но качеству строительства и протя­женности сообщений. По таким дорогам лошади и волы везли повозки, скакали всадники, передвигались караваны верблюдов, шли пешие люди, перемещались воины.

Развитие путей сообщения проходило в зависимости от культурных преобразований и изменений в обществе. Средневековый период вплоть до XV века характерен ведением войн. Затем наступило бурное изменение в жизни европейских народов. Быстро росло число ману­фактур, появились горные и металлургические предприятия, требующие перемещения боль­шого количества грузов, создания новых видов транспорта. Большое количество существую­щих в то время дорог были совершенно непроходимыми, а скорости движения и количество перевозимого груза зависели от силы и выносливости лошадей.

Первые попытки создания более совершенных колейных дорог были предприняты в древние времена. Так, в Древнем Египте, Греции и Римской империи существовали колейные доро­ги, предназначенные для транспорти­ровки тяжелых грузов. Они имели две параллельные углубленные борозды, по которым катились колеса повозок.

В средневековых рудниках появились дороги, по деревянным рельсам которых передвигались деревян­ные вагоны с деревянными колесами. В XV—XVI вв. в копях и рудниках Западной Европы прокладыва­лись деревянные лежни для вагонеток (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Рудничная дорога с деревянными рельсами

На заводских дворах России использовались лежневые пути, но которым перемещались ваго­нетки, называемые «собаками» за громкий лязга­ющий звук, издаваемый ими при движении.

В XVI веке на рудниках использовались гладкие деревянные рельсы, зарытые в землю.

Рис. 1.3. Доставка угля к порту вагонами (челдронами) с рычажным тормозом

Телега или вагонетка по таким рельсам, по срав­нению с обычной дорогой, катилась легче, и ло­шадь могла везти значительно больше груза.

В 1680 г. в Англии от рудников Ньюкасла к порту на реке Тайн была проложена первая до­рога с деревянными направляющими (лежнями).

Груженные углем вагоны (челдроны) сами кати­лись под уклон к порту. Кондуктор регулировал скорость, сидя на рукоятке рычажного тормоза, а лошадь трусила сзади на поводке (рис. 1.3). Ло­шадь затем тянула в гору пустую повозку.

Однако поверхность деревянных брусьев, очень быстро изнашивающаяся, становилась не­ровной, поэтому люди стали применять металл для изготовления рельсов, а затем искать замену мус­кульной энергии машинами.

В России начало строительства рельсовых дорог относится к XVII веку, когда первые лежневые пути были использованы в горно-металлургическом производстве.

В 1763 г. на Алтае гениальный русский изобретатель Козьма Дмитриевич Фролов пост­роил на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов чугунную дорогу на опорах, по первым в мире металлическим рельсам (лежням) которой перемещались ваго­нетки, груженные рудой. На этой же дороге К.Д. Фролов сделал первую попытку исполь­зовать для перемещения вагонеток механическую силу, применив колесо, вращаемое во­дой, систему лебедок и канатов.

В Великобритании в 1767 г. на железоделательном заводе в городе Колбрук были отлиты чугунные рельсы и уложены в заводскую колейную дорогу, а на одном из заводов — первые рельсы из железных полос, имевших в сечении профиль уголка, что ограничивало сход с рельсов колес вагонеток. В 1776 г. английский изобретатель Джессап предложил делать колеса вагоне­ток с ребордой, которая предотвращала соскальзывание колес с гладкой поверхности рельсов.

На Александровском (позже Онежском) чугуноплавильном и пушечном заводе в Пет­розаводске под руководством инженера-строитсля Аиикиты Сергеевича Ярцева в 1788 г. была сооружена чугунная дорога с канатной тягой длиной 175 м, рельсы которой имели уголковый профиль поперечного сечения. По их горизонтальным полкам катились колеса тележек, а вертикальные направляли их движение и не позволяли тележкам соскакивать в стороны. Ширина колеи этой дороги составляла 0,8 м, а сопротивление движению повозки уменьшилось в 12 раз по сравнению с ездой но обычной гужевой дороге.

Подобные «чугунки», так называли в то время первые рельсовые дороги, существова­ли и на других металлургических заводах. Таким образом, задолго до изобретения парово­за появился первый железнодорожный поезд, а развитие экономически выгодного и техни­чески более совершенного рельсового транспорта в России продолжалось.

В 1789 г. в Великобритании вместо плоских железных рельсов стали отливать рельсы с круглой головкой под углубление в ободе колес длиной 1 м с утолщением посередине в виде «рыбьего брюха». В 1794 г. там же была построена первая конно-железная дорога (конка), а в 1803 г. в графстве Суррей близ Лондона началось движение пассажирских эки­пажей с конной тягой по первой в мире железной дороге общественного пользования.

Английский изобретатель Ричард Тревитик в 1803 г. построил и испытал повозку с па­ровым двигателем — первый паровоз, приспособленный для движения по рельсовому пути. Он развивал скорость до 7 км/ч и мог везти состав весом в 7 т. В Лондоне в 1804 г. была построена небольшая рельсовая дорога — первое «испытательное кольцо», на котором Р. Тревитик показывал свой паровоз, названный очевидцами «Лови меня, кто сможет».

В 1806—1809 гг. горный инженер Петр Козьмич Фролов (сын К.Д. Фролова) на Змеино­горском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае построил чугунную рельсовую дорогу с конной тягой. Это уникальное инженерное сооружение длиной 1867 м с шириной колеи 1067 мм располагалось на местности со сложным рельефом. Предельный уклон желез­ной дороги был принят 15 %о, а при пересечении реки Карболиха был сооружен оригиналь­ный мост-виадук на 20 каменных опорах, соединенных между собой заранее испытанными деревянными арками. Общее протяжение моста составляло 292 м, высота 11 м. Верхняя часть рельсов железнодорожного пути в поперечном сечении имела форму эллипса, а окружность поверхности катания колеса — аналогичную вогнутость, что способствовало более плавно­му движению вагонеток и удержанию колес на рельсах.

П.К. Фролов применил элементы механизации трудоемких работ по погрузке и выгрузке руды, которую следует описать подробнее. В начале дороги в выемке было устроено четыре бункера, объем каждого из них соответствовал объему дорожной вагонетки, называвш ейся в то время «таратайкой». Доставка руды к бункерам производилась по чугунной дороге в ящиках по 110 пудов каждый. Их дно открывалось механически и груз пересыпался в вагонетки. Выгрузка руды также не представляла затруднений, поскольку путь был расположен над уровнем земли. Каждый поезд состоял из трех-четырех вагонеток, соединенных железными кольцами. Так по­явились первые прообразы конструкции вагонов, позволяющих механизировать трудоемкие погрузочно-разгрузочные операции, что актуально до настоящего времени.

Состав из трех вагонеток тянула одна лошадь, перевозя за один день до 65 т руды, затрачи­вая на путь в оба конца полтора часа. Транспортировка такого же количеегва руды по грунтовой дороге требовала 25 лошадей. Руководство с удовлетворением отмечало, что на Змеиногорской дороге «выгода к перевозке руд против обыкновенной перевозки столь очевидна, что делает честь основателю оной».

Бурно развивающейся промышленности не хватало энергии, которую давали сила падаю­щей воды, ветра и мускулы лошади. Технический прогресс, сама жизнь настоятельно требовали создания новых, более сильных двигателей, не зависящих от внешних условий. Такой двигатель дал человечеству наш соотечественник, горный мастер Иван Ползунов, родившийся в 1728 г. в Екатеринбурге. Закончив заводскую школу, он работал в должности «механического ученика». Семнадцатилетним юношей Ползунов в 1745 г. попадает на Алтай, на Колывано-Воскресенские заводы. Здесь, почувствовав требования производства, он решил «пресечь водное руководство» и задумал построить «огненную машину», которая была бы «способной по воле нашей, что будет потребной справлять».

Многочисленные расчеты, схемы, опыты заполнили жизнь изобретателя, и в 1763 г. был готов проект уникальной паровой машины. За три года совместно с двумя юношами-учениками первая в мире паровая машина была построена. Она имела высоту с трехэтажный дом. Для полу­чения пара вода подогревалась в склепанном из медных листов котле. Через специальные рас­пределительные устройства пар поступал в два трехметровых цилиндра, поршни которых были соединены с коромыслами. Эти коромысла приводили в движение меха, нагнетавшие воздух в рудоплавильные печи, и водяные насосы, питающие водой котел (рис. 1.4). Так на Алтае появи­лась машина, которой в будущем было суждено стать неотъемлемой частью железных дорог.

Рис. 1.6. Паровая повозка Жозефа Кюньо (1769 г.)

Рис. 1.8. Паровой автомобиль Ричарда Тревитика (1802 г.)

Рис. 1.7. Паровая повозка Уильяма Мер ил i (модель)

В 1811 г. по чертежам изобретателя Д. Блеикипеона механиком Мурреем был построен паровоз с зубчатыми ведущими колесами, которые, вращаясь, зацеплялись своими зубья­ми за зубья рейки, уложенной посередине колеи вдоль пути (рис. 1.11).

В 1812 г. появился шагающий паровоз инженера Брентона с ногами, похожий на ги­гантского кузнечика. К днищу котла паровоза были пристроены две механические ноги,

упирающиеся в полотно рельсового пути и толка­ющие состав поезда, обеспечивая его движение.

В 1813 г. У. Хедли установил на повозке сдво­енную паровую машину, назвав паровоз «Пыхтя­щий Билли».

Однако не суждено было паровозу с зубчатым зацеплением колес и шагающему паровозу благо­получно пройти испытания и быть использован­ными в качестве движущей силы на железных до­рогах, так как зубья часто ломались. Такие конст­рукции появились потому, что мало были изуче­ны законы сцепления колес с рельсами и люди ду- мали, что колеса самодвижущейся повозки будут скользить по гладкой поверхности рельсов, вра- Рис. 1.11. Паровоз с зубчатыми колесами щаясь на одном и том же месте.

Рис. 1.13. Такими были пассажирские поезда

Первая в России рельсовая до­рога с паровой тягой была постро­ена в 1832 г. на Нижне-Тагильском металлургическом заводе Демидо­вых уральскими крепостными ме­ханиками Ефимом Алексеевичем и его сыном Мироном Ефимовичем Черепановыми (рис. 1.15).

«Сухопутный пароход» (так был тогда назван паровоз), пост­роенный для этой дороги, имел горизонтальный цилиндрический котел длиной 1676 мм, диаметром 914 мм, опирающийся на деревян­ную раму, расположенную на че­тырех колесах одинакового диа­метра. Между передними колеса­ми под котлом были размещены два цилиндра длиной 229 и диа­метром 178 мм каждый. Давление пара на поршни цилиндров приводило в движение колеса второй коленчатой оси паровоза. К паровозу, длина которого составляла 2,6 м, прицепляли «специальный фургон» для запасов древесного угля и воды.

Машинист, управляющий паровозом, располагался у топки на специальной пло­щадке. Паровоз возил на открытых вагонетках около 3,5 т груза со скоростью 16 км/ч по колесопроводам (так тогда называли рельсы), имеющих ширину колеи 1645 мм. Длина этой первой русской железной дороги с паровой тягой составляла сначала 854 м, а затем была удлинена до одного километра.

После положительных результатов испытаний уральские механики усовершенствова­ли конструкцию и в 1835 г. построили второй более мощный паровоз, который уже мог везти до 17 т груза (рис. 1.16).

Первые промышленные же- . - лезные дороги и зарубежный опыт

послужили созданию первой в Рос­сии Царскосельской железнодо­рожной линии общего пользова­ния, проект которой был утверж- ден Указом Николая I от 15 апре­ля 1836 г. Строительство этой до­роги началось 1 мая 1836 г. акцио­нерным обществом под руковод­ством известного специалиста в данной области, австрийского ин­женера, профессора Венского по­литехнического института Франца Антона Гсрапнсрсц приглашенно­го для этой цели.

Официальное открытие Царскосельской железной дороги длиной 25 км состоялось в 1837 г. Ширина колеи дороги, соединяющей Петербург с Царским Селом (г. Пушкин) и Павловском, составляла 6 футов (1829 мм), что определялось необходимостью перевозки громоздких грузов, в том числе и карет.

Желто-голубые поезда, состоящие из вагонов-карет, вначале передвигались лошадя­ми. Позже появились паровозы, приобретенные за границей, носившие громкие названия «Богатырь», «Слон», «Лев», «Проворный», «Орел», «Сокол», «Россия». Подвижной со­став, рельсы и скрепления закупались за рубежом, но часть вагонов для грузов, паровые машины для водоснабжения, дорожные механизмы и др. изготовлялись в Петербурге на Александровском заводе.

В день открытия Царскосельской железной дороги 30 октября (11 ноября) 1837 г. состав из восьми вагонов с паровозом впереди стоял у перрона здания станции. По приглашению членов правления дороги пассажиры заняли свои места ив 12 ч 30 мин по удару колокола поезд, управляемый Ф. А. Герстнером, плавно отошел от платформы. Средняя скорость дви­жения составляла примерно 30 км/ч, а максимальная достигала до 60 км/ч. Ко дню открытия на Царскосельской железной дороге находилось шесть паровозов, 44 пассажирских и 19 гру­зовых (товарных) вагонов. Царскосельская железная дорога оставалась в России единствен­ной рельсовой дорогой общего пользования на протяжении почти 15 лет (рис. 1.17).

Царскосельская дорога стала опытным полигоном транспортного строительства. В 1841 г. на ней проводились исследования с целью установить значение коэффициента сцепления колес паровоза с рельсами, что требовалось при проектировании новых маги­стралей. В 1843 г. здесь организовали испытания паровозов нескольких зарубежных фирм, чтобы выбрать прототип для производства на Александровском заводе в Петер­бурге. Жители Петербурга высоко оценили этот новый вид транспорта. Однако эта пригородная линия не позволяла определить экономическую эффективность магист­ральных дорог, дать оценку доходности грузовых и пассажирских перевозок. В передо­вых же странах Европы и Америки интенсивно развивалось строительство железных дорог. В России с возрастающей потребностью промышленности и торговли продол­жалось противоборство между сторонниками железных дорог и водных путей сообще­ния. Требовалось научно и объективно обобщить опыт эксплуатации построенных рель­совых линий и всесторонне исследовать их экономические показатели. С этой целью в июне 1837 г. были командированы за границу на 15 месяцев профессора Института Корпуса инженеров путей сообщения П.П. Мельников и С.В. Кербедз. После ознаком­ления с опытом работы зарубежных железных дорог, а также прослушав лекции и бесе­ды деятелей науки и техники, в том числе Дж. Стефенсона, профессора составили под­робный технический отчет, изложив в нем обзор увиденного и результаты собственных исследований по коренным транспортным проблемам.

Вторая командировка профессоров института полковника И.О. Крафта и подполков­ника Г1.П. Мельникова была организована в США на один год, где они подробно изучили строящиеся и эксплуатируемые железные дороги и установили научные контакты со мно­гими специалистами. Они знакомили русскую общественность с опытом строительства и эксплуатации американских железных дорог.

Глубокая эрудиция и результаты командировки позволили П.П. Мельникову в работе «Численные данные относительно железных дорог и применение их к дороге между Петербур­гом и Москвой» дать научное технико-экономическое обоснование строительства Петербург- Московской железнодорожной магистрали. Строительство ее протяженностью 650 км было начато в 1843 г. Первого ноября 1851 г. самая большая в мире по протяженности двухпутная железная дорога была открыта, и по ней из Петербурга в Москву отправился «народный» поезд. Так начала работать первая русская магистраль, являющаяся частью Октябрьской же­лезной дороги. Эта магистраль была крупнейшим инженерно-техническим сооружением сере­дины XIX века, опыт стройки которой сыграл большую роль в развитии железнодорожного строительства, способствовал экономическому и общественному развитию России.

К 1860 г. железнодорожная сеть России имела протяженность около 1590 км, а во всем мире насчитывалось почти 108 тыс. км железных дорог, в том числе в США — более 49 тыс., в Великобритании — около 17 тыс., в Германии — около 11 тыс. км. К 1875 г. в России было проложено свыше 20 тыс. км железных дорог, к концу XIX столетия длина сети составила 53,2 тыс. км., а вначале 1900-х гг. было построено еще 22,6 тыс. км. Более полутора столетий прошло с тех пор. Неузнаваемо изменились за это время железные дороги в мире и особенно в нашей стране, ставшей поистине железнодорожной державой.

Вплоть до конца XIX века на железных дорогах единственным типом локомоти­ва был паровоз (рис. 1.18).

4 1 Рис. 1.18. Конструктивная схема паровоза: 1 — паровая машина; 2 — козел; 3 — топка котла; 4 — экипаж; 5 — задняя тележка; 6 — тендер; 7 — пространство сгорания в топке котла; <У - жаровые и дымогарные трубы; 9 — передняя тележка

Первым тепловозом можно считать вагон-га- зоход, курсировавший на Дрезденской городской железной дороге в 1892 г. Мощность его двигате­ля составляла Юл. с. (7,35 кВт) (рис. 1.19). Немец­кий инженер Рудольф Дизель продемонстрировал в 1893 г. образец двигателя внутреннего сгорания, на который им в 1892 г. был получен патент. В 1897 г. Р. Дизель создал первый надежный двигатель это­го типа, который был назван именем инженера. Первый дизель имел мощность 20 л. с. (14,7 кВт), его коэффициент полезного действия был выше, чем у паровых машин, и не зависел от размеров двигателя (рис. 1.20). Технико-экономические пре-

, . _Л „ имущества дизеля нашли широкое применение на

Рис. 1.19. Вагон-газоход ^J

Дрезденской городской железной дороги транспорте, в частности, в з епловозах.

Первые проекты тепловозов в России появились в начале XX века. В 1905 г. инженер N.Г. Кузнецов и полковник А.И. Одинцов выступили в Рус­ском техническом обществе с докладом о проекте тепловоза с электричес­кой передачей, названного ими «локомотив». Предложенная схема локо­мотива явилась прообразом тепловоза с электрической передачей, полу­чившей в последующем наибольшее распространение. В 1906 г. профес­сор В.И. Гриневецкий изобрел оригинальный двухтактный нефтяной ре­версивный двигатель, который мог работать без промежуточной переда­чи и предназначался для применения и на тепловозах. В 1912—1913 гг. группой инженеров под руководством В.И. Гриневецкого был разрабо- _Рис j _7Q д_{вигатель} тан проект тепловоза с газовой передачей (проект А.Н. Шелеста). НаТаш- Р. Дизеля

кентской железной дороге в 1913 г. Ю.В. Ломоносовым и А.И. Липецем был разработан проект тепловоза с электрической передачей. В 1916 гг. был создан проект поездного тепловоза, который выполнили Б.М. Ошурков, Е.Н. Тихомиров и А.Н. Шелест под руководством В.И. Гриневецкого.