Вагоны и вагонное хозяйство

Вагоном называют единицу подвижного состава, предназначенную для перевозки пассажиров и грузов.

Вагон появился тогда, когда люди, использовав колеса, стали конструировать первые транспортные средства. Это были простые тележки– четыре деревянных колеса да деревянный же кузов-ящик сверху.

Рисунок 2.64 – Колесный экипаж – "предшественник пассажирского вагона"в состав первых поездов не включался, а устанавливался на платформу

Пассажирский железнодорожный вагон создан на основе экипажей (рисунки 2.64–2.66), в которых люди ездили по безрельсовым сухопутным дорогам. Эти экипажи уже имели все основные элементы конструкции современного

вагона: кузов с окнами, колеса, рессоры. В сос-

таве первых поездов вагоны для пассажиров

еще именовались каретами. В зависимости от

совершенства устройства и удобства езды они

носили названия и других экипажей: простые открытые повозки – шарабаны; более благоустроенные – дилижансы; красиво отделанные удобные – берлины, линейки с мягкими сиденьями. Словом, "предки" современных пассажирских вагонов отличались большим разнообразием.

Рисунок 2.65 – Старинный пассажирский вагон II класса линии Стоктон–Дарлингтон

Собственно вагонами (от английского "waggon" – повозка) называли грузовые вагоны – открытые бункерного типа или платформы для других "неответственных" товаров.

Рисунок 2.66 – Пассажирский вагон I класса линии Ливерпуль – Манчестер

В "Реестре имущества" первой русской дороги общего пользования (Царскосельской) на 1 сентября 1837 года слово вагон впервые упоминается официально. В документе говорится о "восьми вагонах и пяти шарабанках отечественной выделки". По этим данным в состав поезда включалась "повозка с трубной машиной, две берлины, два дилижанса, два вагона, два шара-

бана, повозка длиной 15 метров, предназначен-

ная для строевого леса, на которой были предусмотрены и сидячие места для 100 пассажиров".

В зависимости от назначения вагоны объединены в пассажирский и грузовой парки.

Рисунок 2.67 – Почтовый вагон первых Русских железных дорог

Пассажирский парк составляют вагоны для перевозки пассажиров, а также вагоны-рестораны, почтовые (рисунок 2.67), багажные и специального назначения (служебные, путеиз-

мерительные, вагоны-лаборатории,

вагоны-клубы и др.).

Пассажирские вагоны (рисунок 2.68) бывают дальнего, пригородного и межобластного сообщения (для перевозки пассажиров на расстояние 200–700 км преимущественно в дневное время).

Рисунок 2.68 – Современный пассажирский вагон

Вагоны дальнего следования подразделяют на жесткие, мягко-жесткие, мягкие и спальные (СВ), а по планировке – на купейные

(два или четыре места в купе) и

некупейные. В вагонах межобластного сообщения мягкие кресла расположены в общем пассажирском салоне.

Пассажирские вагоны оборудуются системой отопления, водоснабжения, вентиляции и освещения, а также другими устройствами, обеспечивающими необходимые удобства для пассажиров. Все пассажирские вагоны четырехосные.

Грузовой парк составляют крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны, изотермические, вагоны для перевозки легковых автомобилей, вагоны-хопперы, транспортеры (12–32–осные, грузоподъемностью до 500 т), передвижные мастерские, контрольно-весовые платформы, а также вагоны, приспособленные для технических и бытовых нужд железных дорог, которые в зависимости от перевозимых грузов отличаются устройством кузова.

Рисунок 2.69 – Крытый вагон

Крытые вагоны (рисунок 2.69) предназначены для перевозки разнооб-

разных грузов, их сохранности и защиты от атмосферных воздействий.

Думпкар – вагон-самосвал (рисунок 2.70), так можно перевести это слово с английского языка. Такие вагоны очень удобны для перевозки сыпучих грузов – угля, песка, щебня. От других грузовых вагонов этот отличается тем, что имеет особый кузов. Он может наклоняться, а его борта при этом откидываются. Груз быстро самотеком выгружается из такого кузова. Думпкары используются на магистральных железных дорогах, на рудниках, в угольных разрезах.

Рисунок 2.70 – Вагон-думпкар

На платформах (рисунок 2.71) перевозят длинномерные, громоздкие и тяжеловесные грузы. Платформы строят с невысокими откидными

металлическими бортами, приспособленными для установки стоек, необходимых при перевозке бревен, столбов, досок и т. п.

Полувагоны (рисунок 2.72) служат в основном для перевозки массовых, навалочных, сыпучих грузов (руда, гравий, кокс, щебень, уголь и др.). Разновидно-

Рисунок 2.71 – Четырехосная платформа с цельнометаллическими бортами: 1 – боковой откидной борт; 2 – ограничители бортов; 3 – торцовых откидной борт

стью полувагонов являются вагоны-хоп-

перы для перевозки сыпучих и пылевидных грузов.

Хоппер (рисунок 2.73) имеет высокие боковые стенки, а для перевозки цемента – и крышу. Торцевые стены его наклонены к середине вагона, где расположены разгрузочные люки.

Жидкие грузы перевозят в цистернах (рисунок 2.74). В зависимости от перевозимых грузов цистерны могут быть разделены на две группы:

· общего назначения – для перевоз-

Рисунок 2.72 – Восьмиосный полувагон грузоподъемностью 125 т: 1- кузов; 2 – автосцепка; 3 – двухосная тележка; 4 – тормозной цилиндр; 5 – рама кузова

ки широкой номенклатуры нефтепро-

дуктов;

· специальные – для перевозки от-

дельных видов грузов.

Цистерны общего назначения в свою очередь могут подразделяться на цистерны для перевозки светлых (бензин и т. д.) и темных (нефть, минеральные масла и т. п.) нефтепродуктов.

Рисунок 2.73 – Хоппер-дозатор ЦНИИ-ДВЗ

Ввиду повышенной огнеопасности светлых нефтепродуктов и ненадежной герметичности нижних сливных приборов цистерны для перевозки этих грузов оборудуют устройствами верхнего слива (колпаками). В цистернах для темных нефтепродуктов предусмотрены нижние сливные приборы. Внутренняя по-

верхность цистерн для перевозки

кислот покрыта защитным слоем

(резиной, свинцом), предохраняющим металл от действия кислот. В этих же целях котлы цистерн изготовляют из кислотоупорных металлов, нержавеющей стали, алюминия.

Цистерны для перевозки молока делают из нержавеющей стали, покрытой снаружи слоем тепловой изоляции.

Рисунок 2.74 – Восьмиосная цистерна

Вязкие нефтепродукты перевозят в цистернах, оборудованных паровой

рубашкой для разогрева груза при выгрузке.

Рисунок 2.75 – Изотермический вагон

Скоропортящиеся грузы доставляют в изотермических вагонах (рисунок 2.75). Для поддержания внутри вагонов необходимой температуры их оборудуют приборами охлаждения и отопления, а кузова имеют тепловую изоляцию. Изотермические вагоны соединяются в рефрижераторные поезда или секции по 21, 12, 5 единиц.

Вагоны специального назначения пред-

назначаются для грузов, требующих особых условий перевозки. К ним относят транспортеры – многоосные платформы (рисунок 2.76), вагоны для перевозки скота, живой рыбы, битума, легковых автомобилей и вагоны, предназначенные для технических и бытовых нужд железных дорог.

Для перевозки различных грузов используют контейнеры (деревянные или металлические) с массой брутто 3, 5, 10, 20 и более тонн (рисунок 2.77).

Рисунок 2.76 – Вагон-транспортер

Рисунок 2.77 – Контейнер

Контейнеризация – один из важнейших способов ускорения перевозочного

процесса, снижения транспортных издержек и повышения качества обслу­живания грузоотправителей. Для перевозки большегрузных контейнеров ис­пользуется специализированный подвижной состав – платформы с удлинен­ной базой грузоподъемностью 60 т.

Рисунок 2.77 – Крупнотоннажные контейнеры на специальной длиннобазной платформе

Специальные контейнеры большой грузоподъемности, приспособленные для подкатки под них автомобильных шасси, называют контрейлерами.

На вагон наносятся следующие четкие

знаки и надписи: дорога – собственница вагона (например, БЧ – Беларуская чыгунка), время и место постройки, а также производства установленных видов ремонта, ревизии букс и тормозов; номер вагона, тара, грузоподъемность на грузовых вагонах, а на пассажирских – число мест. Номер вагона состоит из 8 цифр: первая обозначает род вагона; 0 –пассажирские, 2 – крытые, 4 – платформы, 6 – полувагоны, 7 – цистерны, 8 – рефрижератор, 9 – прочие. Вторая и третья цифры кодируют другие технические характеристики, четвертая, пятая, шестая и седьмая – порядковый номер вагона, восьмая – контрольный знак. Каждый вагон должен иметь символ на принадлежность его тому или иному государству.

Основными параметрами для технико-экономической оценки конструкции и эксплуатационных особенностей вагонов являются: грузоподъемность, тара, удельный объем кузова, число осей, удельная площадь пола, коэффициент тары, давление от колесной пары на рельсы, давление на 1 м пути.

По числу осей вагоны бывают 4-, 6-, 8- и многоосные. С осностью связана грузоподъемность – наибольшая масса груза, которая может быть перевезена по условиям прочности конструкции вагона. Четырехосные вагоны имеют грузоподъемность 60 – 65, а восьмиосные – до 125 т.

Сумма грузоподъемности вагона (нетто) и его тара составляет массу вагона (брутто).

Коэффициент тары (к_т )показывает ту часть массы тары (Т) вагона, которая приходится на каждую тонну его грузоподъемности (Р).

к_т = Т / Р. (2.19)

Чем меньше к_т, тем вагон экономичнее. Для пассажирских вагонов коэффициент тары определяется как отношение тары вагона к числу мест.

Показателями вместимости вагона являются удельный объем кузова (v_у ), а для платформ – удельная площадь пола (f_у).

v_у = V / P и f_у = F / P. (2.20)

Допускаемая нагрузка определяется прочностью искусственных сооружений и для основных типов вагонов она равна 88 кН/1 м и 228 кН/1 ось.

Основные элементы вагона. Вагон состоит из ходовых частей, рамы вагона, кузова, ударно-тяговых приборов, тормозного оборудования.

Автосцепка (рисунок 2.78) соединяет вагоны при их соударении, обеспечивая полную безопасность для составителя поездов, так как при этом он не заходит в пространство между вагонами. Введение автосцепки на отечественных железных дорогах началось в 30-е годы. На современных дорогах курсируют поезда, все вагоны которых оборудованы автосцепкой.

Автосцепка служит не только для сцепления вагонов, но и выполняет

Рисунок 2.78 – Устройство автосцепки

роль буфера, воспринимающего на себя удары, которые возникают при встрече одного вагона с другим. С применением автосцепки стало возможным водить поезда массой 8–10 тысяч тонн и более. Машинист теперь уверен – автосцепка не подведет, не потеряет он вагоны в пути. Почти 300 т – такое усилие на разрыв выдерживает автосцепка. Это почти в 5 раз больше усилия, которое может быть у самого мощного локомотива.

Перемещаясь от станции к станции, поезду приходится иногда снижать скорость, а то и останавливаться. Для этого локомо тивы и вагоны оборудуют тормозами. Посмотрите на колеса локомотивов или вагонов и вы увидите возле каждого из них металлические отливки. Это тормозные колодки. Раньше колодку делали из чугуна, и случалось, что ее хватало всего на 2–3 поездки. Сейчас тормозные колодки делают композиционными, то есть из двух частей: стального тыльника и тормозящей части из специального материала. Такие колодки и служат значительно дольше и в 3 раза легче чугунных. Чтобы затормозить поезд, надо лишь повернуть кран машиниста, находящийся на пульте управления локомотивом. Тотчас же сжатый воздух откроет клапаны и поступит из специальных резервуаров, которые находятся под вагонами, в тормозные цилиндры, переместит поршни и через систему рычагов с большой силой прижмет колодки к вращающимся колесам. Если надо, чтобы поезд остановился, машинист подольше подержит открытым вход в цилиндр и впустит в него больше воздуха. Если же нужно лишь притормозить поезд, чтобы он снизил скорость, машинист впустит в цилиндр поменьше воздуха.

Как только необходимость в торможении отпала, машинист перекрывает доступ воздуха в тормозные цилиндры, и пружины, находящиеся в цилиндрах, заставляют тормозные колодки отпустить колеса. Поезд может продолжать путь.

Такие тормоза называют пневматическими (рисунок 2.79), потому что и управление ими и торможение осуществляются сжатым воздухом. Пневматические тормоза хороши, но имеют один недостаток: вагоны состава затормаживаются последовательно, по мере того как сжатый воздух, перемещаясь от локомотива по воздухопроводу, открывает клапаны. Так как скорость движения сжатого воздуха сравнительно невелика, то проходит довольно значительное время, прежде чем "тормозная волна" дойдет до последних вагонов и затормозит их.

Этот недостаток стал особенно ощутим с введением электрической и тепловозной тяги, когда длина состава поездов, особенно грузовых, увеличилась. Следовательно, и путь прохождения "тормозной волны" значительно возрос.

Рисунок 2.79 – Принцип действия пневматических тормозов

Для устранения указанного недостатка создали электропневматический тормоз, в котором, как и в пневматическом, для торможения используется сжатый воздух. Но управляет работой такого тормоза электрический ток.

Проходя от вагона к вагону со скоростью 300 тысяч метров в секунду, он мгновенно открывает клапаны, и все вагоны затормаживаются одновременно, каким бы длинным ни был состав. А это очень важно: сокращается тормозной путь, то есть путь, проходимый поездом от начала торможения до полной его остановки; в составе не возникает усилий, стремящихся разорвать или сжать поезд. Машинисты могут водить длинносоставные поезда с более высокими скоростями, не опасаясь, что тормозной путь окажется недостаточным.

На железнодорожном подвижном составе применяются следующие виды торможения:

· фрикционное (ручного или пневматического действия), использующее силу трения тормозных колодок, прижимаемых к ободьям вращающихся колес, или специального диска, посаженного на ось колесной пары;

· реверсивное (электрическое), которое может быть рекуперативным, когда электроэнергия, выработанная двигателями электровоза, возвращается в контактную сеть, или реостатным, когда энергия поглощается специальными сопротивлениями;

· электромагнитное, основанное на принципе воздействия электромагнитных устройств на рельсы (для скорых поездов).

Основным видом торможения является фрикционное пневматическое.

Тормоза называются прямодействующими, если источник сжатого воздуха, имеющийся на локомотиве (компрессор, главный резервуар), при торможении сообщается с запасными резервуарами и тормозными цилиндрами вагонов.

Вагонное хозяйство.Оно предназначено для обеспечения перевозки пассажиров и грузов, содержания вагонов в исправном состоянии, подготовки их к перевозкам, обслуживания пассажирских вагонов в пути следования. Важнейшим требованием при этом является обеспечение безопасности движения и сохранности перевозимых грузов.

Система технического обслуживания предусматривает:

· техническое обслуживание (ТО) грузовых вагонов, находящихся в составах или транзитных поездах, а также порожних при подготовке к погрузке и т. д.;

· текущий ремонт (ТР-1) порожних вагонов на специализированных ремонтных путях;

· текущий ремонт (ТР-2) вагонов с отцепкой от поездов для ликвидации неисправностей, которые невозможно устранить за время стоянки поезда на станции;

· деповской ремонт (ДР) в вагонном депо;

· капитальный ремонт (КР-1) и (КР-2), выполняемый на вагоноремонтном заводе.

Обслуживание и ремонт вагонов производятся на вагоноремонтных заводах, в вагонных депо, пунктах подготовки вагонов к перевозкам, пунктах технического обслуживания вагонов, пунктах контрольно-технического обслуживания вагонов, механизированных пунктах текущего отцепочного ремонта вагонов, пунктах опробования тормозов, постах безопасности, контрольных постах, вагоноколесных мастерских, перестановочных пунктах, контейнерных депо и мастерских и т. д.

Электрификация

2.8.1 Краткая историческая справка

Развитие электрической тяги неразрывно связано с развитием учения об электричестве. Возникновению электротехники предшествовал длитель­ный период накопления знаний о природе электричества и магнетизма. Исследо­ваниями явления электричества активно занимались такие великие ученые, как М. В. Ломоносов (1711–1765 гг.), Г. В. Рихман (1711–1753 гг.), Б. Франклин (1706–1790 гг.), Ш. Кулон (1736–1806 гг.) и др.

М. В. Ломоносов, продолжая работы Р. Бойля и Д. Бернулли, глубоко изучал сущность и природу электрических явлений. Громад­ное значение для прогресса учения об электрических и магнитных явлениях имело установление М. В. Ломоносовым закона сохранения энергии, положив­шего начало учению об энергетике, объединившего в единый комплекс такие различные виды энергии, как механическая, электрическая, тепловая и др.

Б. Франклин, наряду с проблемами метео­рологии, широко известен своими работами в области взаимодействия электри­ческих зарядов. Он дал ясную картину электризации тел, основываясь на представлении электрической материи как частиц крайне малых, которые прони­зывают любое вещество, не испытывая при этом заметного сопротивления. В наши дни мы эти частицы называем электронами. Он ввел обозначения "+" и "–" для электродов различной полярности. Франклин предложил такие устройства, как молниеотвод, "электри­ческое колесо", использовал электрическую искру для взрыва пороха и др. После работ Франклина наиболее крупным этапом развития науки об электричестве был переход к количественному описанию электрических явлений. Это было впервые сделано Ш. Кулоном в 1785 г. Он сформулировал закон взаимо­действия электрических зарядов и магнитных полюсов, показал, что электри­ческие заряды располагаются всегда на поверхности проводника и т. п.

Началом новой эпохи в изучении электрических явлений явилась дискуссия о природе электричества, возникшая между Л. Гальвани и А. Вольта, получившая широкий резонанс в ученом мире.

Л. Гальвани (1737–1798 гг.), основатель учения об электрофизиологии, преподавая медицину в Болонском университете, обратил внимание на то, что мышца лягушки сокращается при присоединении ее к двум разным металлам. Он назвал это явление "живым" электричеством. В 1791 г. А. Воль­та (1745–1827 гг.), профессор университета в Павии, начал изучать явления "живого" электричества, открытого Гальвани. Однако Вольта убедился на опытах, что никакого "живого" электричества не существует. Он первым понял, что Гальвани открыл новый источник электричества – электрохимический элемент. Истинный источник электричества – контакт разнородных металлов, на­пример серебра и цинка. Поэтому он предложил название "металлическое" электричество.

Однако оба исследователя были правы. Теперь мы знаем, что существует электричество статическое, обусловленное взаимодействием покоящихся на поверхности проводников электрических зарядов, и электричест­во, обусловленное взаимодействием различных металлов. Отсюда получили свое название, например, "гальванический" ток, полу­чаемый от электрических батарей, приборы гальванометры, "вольтов столб", составленный из гальванических элементов, и т. п. В таких элементах источ­ником энергии, поддерживающей прохождение тока в электрической цепи, являются происходящие при этом химические превращения в элементах.

Именем Вольты была названа электрическая дуга, которую сам Вольта не получал и даже не видел. Честь открытия электрической дуги принадлежит В. В. Петрову (1761–1834 гг.), профессору Петербургской медико-хирургической академии, впоследствии академику Петербургской Академии Наук (1802 г.), научные труды которого, опережая время, остались малоизвестными. В начале 1802 г. он получил электрическую дугу между двумя углями на расстоянии от 2,5 до 7,5 мм. Его батарея превосходила все известные к тому времени: 1700 элементов, расположенных в деревянных ящиках длиной 12 м, изолирован­ных воском. Именно он впервые применил наряду с последовательным и парал­лельное соединение элементов. Теперь это кажется простым, но надо помнить, что в то время еще не были известны ни закон Ампера, ни закон Ома и т. д.

С именем М. Фарадея (1791–1867 гг.) связано установление многих зако­нов электротехники. Он ввел понятие электрического и магнитного полей, уста­новил связь между ними, открыл явление индукции, лежащее теперь в основе электротехники. Продолжая и развивая работы Фарадея, Д. Максвелл (1831–1879 гг.) разра­ботал классическую теорию электрических и магнитных полей.

Трудно переоценить научный вклад отечественных и зарубежных ученых того времени в развитие науки об электричестве.

Одновременно с изучением природы электрического тока шло совершенствование способов его получения. Примитивные гальванические батареи были посте­пенно заменены электрическими динамомашинами. Наряду с постоянным током, получаемым от гальванических батарей, появился однофазный переменный ток, вырабатываемый электромагнитными генераторами, а затем и трехфазный.

Все эти достижения относятся ко второй половине XIX в., когда быстро развивающаяся промышленность требовала все больше энергии. Снабжение заводов и фабрик энергией от паровых и гидравлических двигателей с помощью ременных и канатных передач уже не удовлетворяло запросов промышленности, поэтому начались поиски и разработки, во-первых, источников энергии, работающих на новых принципах, и, во-вторых, поиски практических путей передачи этой энергии на большие расстояния, так как сооружать электрические станции было выгодным не в местах потребления вырабатываемой ими энергии, а в районах добычи топлива, обычно далеко отстоящих от промышленных центров.

Характерной чертой технического прогресса в конце XIX – начале XX в. яви­лось быстрое развитие электротехнической промышленности.

Первые опыты в области электрической тяги. В начале XIX в. предпринимались неоднократные попытки использовать электри­ческую энергию для совершения механической работы. Наибо­лее выдающимися из них были опыты Б. С. Якоби (1834 г.). Он применил созданный им электрический двигатель для пере­мещения лодки по реке Неве. В этом двигателе впервые было использовано вращательное движение якоря вместо поступатель­ного, которое ранее применяли в макетах двигателей того времени, но оно не обеспечивало непрерывного движения. Вращение якоря с помощью рычажной передачи, изобретенной Якоби, преобразо­вывалось во вращение винта, установленного на корме. Двигатель питался от гальванических элементов, установленных в лодке: мощность его не превышала 0,5 л. с. (368 Вт), лодка двигалась против течения со скоростью 4 версты в час. Опыты Б. С. Якоби имели принципиальное значение для создания в дальнейшем автономных видов электрической тяги.

Почти одновременно в США Т. Давенпорт, Беккер и Стратинг в Германии, Ботто в Турине проводили опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1838 г. Р. Давидсон, используя принцип Давенпорта, совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 т на участке железной дороги Глазго – Эдинбург. В 1845 г. профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон – Бладенсбург. При опытных поездках локомотив достиг скорости 30 км/ч.

Э. X. Ленц и Б. С. Якоби установили принцип обратимости электрических и магнитных явлений, согласно которому электри­ческая машина будет работать двигателем, т. е. создавать вра­щающий момент, если подводить к ней электрический ток, и генератором, вырабатывающим электрический ток, если приво­дить ее во вращение. Этот принцип позволил англичанину Лэдду в 1867 г. создать самовозбуждающийся генератор – прототип современных машин постоянного тока.

В 1877 г. бельгийский физик З. Грамм построил генератор переменного тока, а М. О. Доливо-Добровольский в 1889 г. создал первый в мире трехфазный асинхронный двигатель.

Одновременно с созданием мощных электрических двигателей, необходимых для тяги, изучалась возможность питания подвиж­ного состава от стационарных генераторов, расположенных на электрических станциях.

Решение этой проблемы было настолько трудным, что некото­рые инженеры искали его в другом направлении, предлагали использовать паровую машину паровоза для выработки электри­ческой энергии, которой бы питались его тяговые двигатели. Так, в 1893 г. во Франции появился первый паровоз с электри­ческой передачей. На нем были установлены обычный котел и паровая машина, вращающая генератор, от которого питались восемь тяговых двигателей общей мощностью 300 кВт. Двигатели имели тяговую упругую передачу и полый вал. Однако из-за сложности конструкции и малой экономичности такая система автономной тяги развития не получила.

Первые опыты по передаче электрической энергии на значи­тельное расстояние были проведены в 1875–1876 гг. инженером Ф. А. Пироцким, который в 1876 г. практически решил проблему питания электрического двигателя, установленного на вагоне, использовав для этого участок конной железной дороги в Петер­бурге. Двигатель, подвешенный к вагону снизу, имел двухступен­чатую зубчатую передачу. Напряжение к нему подводилось по рельсам, из которых один служил прямым проводом, другой – обратным. Рельсы были изолированы один от другого, а для изоляции от шпал под их подошву укладывалось просмолен­ное полотно. Развитию электрической тяги способствовала демонстрация в 1891 г. М. О. Доливо-Добровольским первой в мире электропередачи трехфазного тока высокого напряжения на расстояние около 170 км.

Первая электрическая железная до­рога демонстрировалась в 1879 г. фирмой "Siemens und Halske" на промышленной выставке в Берлине. Электровоз мощностью 2,2 кВт, получав­ший питание с напряжением 150 В от специального третьего рельса, пере­возил три вагончика с 18 пассажи­рами. Этот принцип передачи энергии наряду с подводом ее при помощи контактного провода существует и до сих пор, в частности на метрополитенах.

В 1880 г. в Петербурге инже­нер Ф. А. Пироцкий оборудовал 40-местный вагон конно-железной до­роги электродвигателем мощностью 2,95 кВт и проводил опытные поезд­ки.

Электрическая тяга оказалась очень эффективной. Вскоре во многих городах мира появились электрические локомотивы на магистральных и пригородных железных дорогах многих стран.

Первой в мире в 1895 году была электрифицирована железная дорога Балти­мор – Огайо (США) протяженностью 115 км.

В 1924 году начались разработка проекта и одновременно монтаж обору­дования и контактной сети на 19-километровом участке Баку – Сабунчи – Сураханы. Руко­водил этой стройкой, как и про­ектированием, известный спе­циалист в области электрифи­кации и энергетики Владимир Александрович Радциг. И уже 6 июля 1926 года в торжествен­ной обстановке было открыто движение электропоездов на участке Баку – Сабунчи – Сураханы (19 км). Этот участок сначала работал на постоянном токе напряжением 1,2 кВ.Прав­да, тогда он ещё не входил в со­став Наркомата путей сообще­ния, а был в ведении нефтепромысловиков Азербайджана.

На первом этапе планировалась электрификация пригородного сообщения крупных городов и участков, лимитировавших пропуск­ную способность дорог (с гористым профилем и др.). В 1929 г. был введен в эксплуатацию электрифицированный участок Москва – Мытищи (18 км) на постоянном токе напря­жением 1,5 кВ.

Опыт эксплуатации этих двух участков подтвердил неоспори­мые преимущества электротя­ги на линиях с большим объё­мом пригородных пассажир­ских перевозок. Поэтому в 30-е годы на Московском узле были электрифицированы ещё два направления: Мытищи – Щёл­ково и Мытищи – Софрино.

Важное значение имела электрификация 63-километрового участка Закав­казской магистрали через Сурамский перевал Хашури–Зестафони. Изобилующий за­тяжными подъёмами и боль­шим числом кривых малого ра­диуса, он был крепким ореш­ком для паровозов. Электри­фикация же позволила резко увеличить скорость движения поездов, повысить надёжность работы всей магистрали, по­скольку этот участок был её уз­ким местом. Здесь первый поезд на электрической тяге при постоянном токе напряжением 3 кВ прошел 16 августа 1932 г.

В последующие годы были электрифициро­ваны участки Зестафони – Самтредиа (61 км), Хашури – Тбилиси (126 км), Кизел – Чусовская – Гороблагодатская – Свердловск (493 км), Кандалакша – Мурманск (277 км), Запо­рожье – Долгинцево (теперь Кривой Рог-Гл., 182 км), Ново­кузнецк – Бедово (142 км), Минеральные Воды – Кисловодск с ответвлением на Железноводск (70 км) и ряд пригородных участков Москвы, Ленинграда и Баку.

Электровозы сначала поставлялись из США (серии С – сурамский) и Италии (серии С^и). Эти локомотивы были шестиосными; на них (за исключением первых двух) были установ­лены отечественные двигатели. Одновременно был налажен выпуск отечественных шестиосных электровозов серий С^с (сурамский советский) и ВЛ19 (в память Владимира Ильича Ленина). Велись работы по созданию новых российских электровозов. В 1934 г. был построен первый пассажирский электровоз ПБ21, а в 1938 г. – опытный электровоз переменного тока ОР22 (однофазный ртутный). В 1936 – 1938 гг. выпускались грузовые электровозы серии СК (в память Сергея Мироновича Кирова), а с 1938 г. – серии ВЛ22 (рисунок 2. 80).

Рисунок 2.80 – Электровоз серии ВЛ22

Цифры в сериях всех указан­ных выше электровозов означали нагрузку на ось в тоннах. Поскольку одни участки работали при напряжении 1,5 кВ,

а другие при 3 кВ постоянного тока,

то некоторые электровозы серии ВЛ19

были приспособлены для работы при этих двух напряжениях.

При электрификации первых участков использовались импорт­ные двигатели-генераторы и ртутные выпрямители на тяговых подстанциях, а также некоторые детали контактной сети. Но уже в середине 30-х годов ХХ столетия при монтаже тяговых подстанций и контактной сети использовалось только отечественное обору­дование.

Преимущества электриче­ской тяги говорили сами за се­бя, поэтому к началу 1941 года общая протяжённость электрифицированных линий уже пре­высила 1800 километров. Работы эти продолжались и во вре­мя Великой Отечественной войны. Опыт показал, что в прифронтовых условиях (после бомбёжек) повреждения кон­тактной сети ликвидировали, как правило, раньше, чем вос­станавливали путь, линии связи и другие устройства.

В годы Великой Отечест­венной войны электрификация же­лезных дорог продолжалась (участ­ки Челябинск – Златоуст, Пермь – Чусовская и др.). Электрифициро­ванный участок Мурманск – Кандалакша, оказавшийся в прифронтовой зоне, работал устойчиво.

Начиная с 1956 г. на железных дорогах СССР, кроме систе­мы постоянного тока напряжением 3 кВ, стала применяться более про­грессивная система переменного тока напряжением 25 кВ и частотой 50 Гц.

Примерно в 60 годы определилась стратегия электри­фикации. Оборудовались глав­ным образом наиболее грузонапряженные и протяжённые направления, связывающие ев­ропейскую часть страны с Ура­лом и Сибирью, а также центр страны с югом и западными границами. Одновременно проводилась комплексная тех­ническая реконструкция инф­раструктуры железных дорог – удлинение станционных путей, развитие узлов, устройств свя­зи и СЦБ.

Основное оборудование для элек­трифицированных железных дорог выпускалось различными предприя­тиями: грузовые электровозы на Но­вочеркасском и Тбилисском элект­ровозостроительных заводах, элект­ропоезда пригородного сообщения – на Рижских вагоностроительном и электромашиностроительном заво­дах, в пассажирском движении ис­пользуются электровозы чехословац­кого производства. Таллиннский электротехнический завод и Саранс­кий завод "Электровыпрямитель" поставляют преобразователи для тя­говых подстанций, электровозов и электропоездов.

К середине 70-х годов было электрифицировано около 40 тысяч километров, из них почти 15 тысяч – на переменном то­ке. Эффективность электротяги не вызывала сомнений. Срав­нение в сопоставимых условиях себестоимости перевозок и производительности труда бы­ло в её пользу. Расходы только непосредственно на тягу поез­дов (локомотивное хозяйство, энергия, топливо и содержание устройств энергоснабжения) при тепловозной тяге были на 40 процентов выше, чем при электрической.

Экономический кризис и развал Союза резко снизили темпы электрификации. Вме­сто 1000 – 1500 километров в год сейчас сдаётся в эксплуата­цию в десять раз меньше. Рабо­ты продолжаются главным об­разом на дальневосточном уча­стке Транссиба, а также на Се­верной и Октябрьской магист­ралях. Хотя, как известно, за­траты на электрификацию оку­паются всего за 3 – 5 лет.

Внедрение электротяги осо­бенно рационально с точки зре­ния защиты окружающей сре­ды. Ведь при тепловозной тяге вы­хлопные газы дизеля выбрасы­ваются непосредственно в ат­мосферу. На электростанциях же, откуда поступает ток в кон­тактную сеть, достигается весь­ма высокий уровень очистки с утилизацией полезных компо­нентов. К тому же труд желез­нодорожников стал более ква­лифицированным как на локо­мотивах, так и в депо. А изме­нение условий труда привело к снижению общей заболеваемо­сти, полному исчезновению от­дельных профзаболеваний. Схема электрификации Белорусской железной дороги приведена на рисунке 2.81.В настоящее время общая протяженность электрифицированных линий Белорусской магистрали составляет 875, 6 км или 15,85 % эксплуатационной длины дороги.

Условные обозначения:

участок Госграница – Брест-Центральный электрифицирован постоянным током напряжением 3 кВ;

участки Брест-Восточный – Городея и Бобр – Красное электрифицированы переменным током напряжением 2х25 кВ;

участки Брест-Центральный – Брест-Восточный, Городея – Бобр, Осиповичи – Молодечно и Минский узел электрифицированы переменным током напряжением 25 кВ.

Рисунок 2.81 – Схема электрификации Белорусской железной дороги