Об истории железных дорог России

Пассажирские вагоны в поезде,
   открывшем движение на линии

Рисунок "Пассажирские вагоны в поезде,  открывшем движение на линии"

В год 180-летия отечественных железных дорог понятный повышенный интерес вызывают все этапы и аспекты становления железнодорожного транспорта, в том числе история появле­ния первых рельсовых путей, эволюционно трансформировавшихся в самые мощные транс­портные артерии мира. С предысторией железных дорог, первым опытом их практического ис­пользования для перевозки грузов и пассажиров знакомит статья доктора технических наук, большого любителя и знатока истории стальных магистралей Д.Ю. ЛЕВИНА.

Железные дороги, в буквальном смысле слова состоящие из двух железных полос, по которым могут катиться колеса подвижного состава, представляют собой усовершенствованный тип разного рода колейных дорог, которые с древних времен использовались для облегчения перекатывания тяжестей. Еще индейцы и египтяне в этих целях устраивали каменные желоба.

Колейные дороги существовали в Египте, Индии, Древней Греции и Древнем Риме. Устроены они были следующим образом: по выложенной камнем дороге проходили две параллельные глубокие борозды, по которым катились колеса повозок. Древнегреческие каменные дороги имели углубления 50 мм, ширину колеи по внешним граням углублений 1600 мм и специальные "стрелочные переводы". Например, в Афинах для подъема на Акрополь по древней дороге были устроены каменные желоба. По изношенности этих желобов было видно, что по ним было перевезено большое количество грузов.

2. Паровая повозка
   В. Мёрдока 3. Паровая карета Р. Тревитика

Рисунок "Паровая повозка В. Мёрдока и паровая карета Р. Тревитика"

В XIV веке на немецких шахтах и рудниках для перевозки руды устраивались деревянные лежни, по которым, как по рельсовым путям, перемещались вагонетки. Они представляли собой тележки с четырьмя маленькими чугунными колесами. Четыре колеса тележки катились по более или менее обработанным продольным лежням (бревнам), которые лежали столь близко одна к другой, что между ними оставался лишь небольшой желоб. В этот желоб входил специально устроенный на тележке гребень (выступ), предотвращавший ее сход с продольных лежней. В XVI веке в Тироле и в XVII веке в Англии устраивались деревянные колеи в виде двух продольных лежней, скрепленных поперечными брусьями. В 1630 г. угольная шахта близ Ньюкасла в Англии была связана с пристанью на реке Тайн дорогой из двух продольных брусьев-лежней на дубовых поперечинах сечением 15x15 см, уложенных через каждые 60 см. Для защиты от износа лежни покрывались сменными дубовыми досками. Позже стали набивать железные (1716 г.) или чугунные (1738 г.) полосы.

Для придания плоскостям катания большей твердости в 1767 г. англичанин Рейнольд предложил покрывать продольные лежни вогнутыми чугунными полосами, к которым Курр в 1770 г. для удержания колес добавил закраины. Полосы или рельсы укладывали сначала на продольные лежни, а потом на отдельные каменные опоры или непосредственно на поперечины, как, например, на Шеффилдских копях, где, кстати, была принята ширина колеи 1435 мм, сохранившаяся в виде нормальной на многих железных дорогах мира.

В 1799 г. Бенжамин Оутрэм на Дербиширских рудниках впервые применил выпуклую форму рельсов и дал толчок к дальнейшему усилению их профиля. Дороги с подобными чугунными рельсами обладали значительными преимуществами перед первоначальными колейными. Тем не менее они были недостаточно прочными и могли использоваться только при малых скоростях, а потому применялись лишь на коротких расстояниях, преимущественно на заводах, рудниках, для вывоза лесных и каменных материалов и т.п. Естественно возникло стремление заменить их железными, но после неудачных попыток Никсона еще в 1805 г. лишь в 1820 г. англичанину Джону Беркиншоу в Бедлингтоне удалось прокатать длинные железные рельсы, причем он придал им профиль балок длиной 4,5 м и укрепил на поперечинах в чугунных подушках. К этому времени следует отнести начало появления железных в буквальном смысле дорог.

Результаты, достигнутые Джоном Беркиншоу, настолько увеличили прочность колейных дорог, что дали возможность перевозить по ним большие тяжести с увеличенной скоростью. Но если бы перевозки осуществлялись по-прежнему людьми и лошадьми, реализовать это было бы невозможно.

Прогресс в промышленности и на транспорте был связан с появлением в конце XVIII века теплового двигателя, который обеспечил преобразование энергии водяного пара в механическую работу и приведение в движение механизмов и машин. Но еще в начале XVII века итальянец Джиованни Бранка создал прибор, который позднее был назван первой паровой турбинной.

Первое промышленное использование энергии пара началось с изобретения французского физика Дени Папена, который в 1690 г. соединил паровой котел с поршнем и цилиндром водяной помпы, описал термодинамический тепловой процесс, но создать работоспособный двигатель не смог. В 1705 г. английский изобретатель Томас Ньюкомен построил первую пароатмосферную машину, использующую пар с помощью поршневого насоса, которая получила большое распространение в промышленности.

Проект первой в мире паровой машины непрерывного действия разработал в 1763 г. русский теплотехник И.И. Ползунов. Осуществить этот проект изобретателю не удалось, но в 1765 г. он создал более мощную рабочую паросиловую установку, которая использовалась на Барнаульском металлургическом заводе для подачи воздуха в плавильные печи. Машина И.И. Ползунова имела удивительную по тем временам мощность — 40 лошадиных сил.

Универсальную паровую машину создал англичанин Джеймс Уатт. В 1769 г. он получил первый патент на это изобретение, а в 1784 г. - патент на усовершенствованную машину двойного действия. Именно такая машина была необходима для создания транспортного самодвижущегося средства, движение которого не зависит от погоды.

Начались попытки использовать паровой двигатель на транспорте. В 1769 г. французский артиллерийский офицер Никола Джозеф Кюньо построил первую паровую повозку для перемещения тяжелых орудий. Во время испытаний на улицах Парижа громоздкая и неуклюжая повозка пробила стену дома, проект Кюньо был отклонен.

В 1786 г. английский механик Вильям Мёрдок построил маленькую паровую повозку высотой всего в один фут (рис. 2), которая передвигалась с очень большой скоростью. Медный котел повозки топился спиртом. Во время испытаний парового экипажа Мёрдоку помогал подросток Ричард Тревитик, который в 1797 г. сам построил первую модель паровоза для рельсового пути. В 1800 г. Тревитик получил патент на изобретение прототипа паровоза.

В 1802 г. Тревитик на чугунолитейном заводе Рейнольдса в Колбрукдейле поставил паровой вагон на чугунный рельсовый путь. Однако при первых испытаниях паровая машина взорвалась.

Первый паровоз Джорджа Стефенсона
   «Блюхер»

Рисунок Первый паровоз Джорджа Стефенсона "Блюхер"

В 1803 г. американский инженер Оливер Эванс создал паровой вагон, который проехал по улицам города. На постройку еще и рельсового пути у изобретателя средств не было. Эванс сконструировал около 50 машин высокого давления, установил их на мельницах и заводах, но попыток поставить машину на колеса больше не предпринимал.

В 1803 г. Тревитик продемонстрировал в Лондоне новую модель паровой кареты, приспособленную для движения по рельсовому пути. Машина развивала скорость до 26 км/ч, но плохо справлялась с неровностями пути.

13 февраля 1804 г. был готов паровоз Тревитика "Инфикта" с колесами диаметром 1,3 м. собственной массой чуть более 4 т и длиной около 2 м. Паровоз "Инфикта" при испытаниях в Уэльсе двигался по гладким рельсам с помощью вращаемого паровой машиной зубчатого колеса, зацеплявшегося за зубчатую деревянную рейку, уложенную вдоль рельсов. Этот паровоз короткое время работал на одной из рудничных дорог. Чугунные рельсы быстро выходили из строя под тяжестью паровоза. Вместо того чтобы заменить слабые рельсы более прочными, отказались от паровоза.

В 1811 г. директор угольной шахты в Мидлтоне возле Лидса (Англия) Джон Бленкинсоп на основе работ Р. Тревитика и полученной от него за 30 фунтов стерлингов лицензии совместно с Мэтью Мурреем начал строительство локомотива. Бленкинсоп разработал систему, предусматривающую взаимодействие зубчатого колеса локомотива с зубчатой штангой, размещаемой вдоль основного путевого рельса, и запатентовал ее. Муррей дополнил паровоз Тревитика важной идеей: он разместил два вертикально расположенных цилиндра, которые приводили в движение два зубчатых колеса. Таким образом, Муррей впервые ввел принцип сдвоенной паровой машины.

Локомотив имел шесть колес: крайние колеса были с гребнями, средние колеса — ведущие. На трассе Мидлтонской угольной линии протяженностью 5 км уложили упрочненные чугунные рельсы и вдоль пути — зубчатую рейку, поскольку считали, что легкие локомотивы не смогут везти грузы без зацепления зубчатого колеса за рейку. Было построено восемь таких локомотивов. Локомотив мог вести поезд из 27 вагонов с грузом до 94 т со скоростью около 5.5 км/ч. При меньшей массе поезда скорость возрастала до 16 км/ч. Эти поезда прослужили почти 20 лет. Два паровоза заменяли более 14 лошадей. Посмотреть на необычный поезд в 1813 г. приезжал великий князь Николай — будущий русский император Николай I.

Позже простой английский кочегар Джордж Стефенсон решил изобрести так называемый паровоз-вагон. Первый из разработанных им паровозов "Блюхер" в 1814 г. совершил на шахте Киллингворга первую поездку с восемью груженными углем вагонами общей массой 30 т. Передача силы от паровой машины на колеса паровоза производилась с помощью зубчатого зацепления, отчего в некоторых положениях хода поршня происходили удары.

В 1815 г. англичане Стефенсон и Доод запатентовали устройство, в котором зубчатое колесо было устранено и усилие на ведущие колеса передавалось непосредственно дышлом. Это был первый в мире удачный опыт постройки локомотива, использующего для создания тягового усилия силу трения между гладкими колесами и гладкими металлическими рельсами. Позже на паровозе "Ракета" был впервые поставлен многотрудный котел.

На паровозе "Эксперимент" Стефенсон установил машину с двумя цилиндрами, спарил движущиеся колеса и наложил на них наружные жесткие соединительные дышла. Кроме того, он отвел отработанный пар в дымовую трубу через специальный аппарат конус, который ранее предложил Тревитик.

Локомотивы и вагоны для перевозки угля Стефенсон снабдил рессорами, которые резко снизили количество изломов рельсов в пути и улучшили его состояние.

В 1821 г. Стефенсон возглавил строительство первой в мире железнодорожной линии Стоктон — Дарлингтон. Британский парламент разрешил постройку линии для общего пользования с конной тягой. После настойчивого ходатайства Стефенсона в 1823 г. было разрешено применить паровую тягу. Тогда же Стефенсон основал первый в мире локомотивостроительный завод в Ньюкасле, на котором уже в сентябре 1825 г. был изготовлен новый локомотив, получивший название "Эктив". Впоследствии он был переименован в "Локомоушн № 1".

Выбранная Стефенсоном ширина колеи рельсового пути, рав-ная 1435 мм (4 фута 8,5 дюйма, так называемая стефенсоновская. или нормальная колея), стала самой распространенной в мире и до сих пор является стандартом на железных дорогах многих стран мира.

27 сентября 1825 г., в день открытия движения на линии Стоктон - Дарлингтон, паровоз "Эксперимент", построенный в Ньюкасле, провел со скоростью от 19 до 24 км/ч поезд массой 90 т из 34 вагонов, в которых шесть вагонов были загружены углем, а в остальных следовали 400 пассажиров. Этот день отмечают как Всемирный день начала железнодорожного движения на дорогах общего пользования.

Благодаря паровому двигателю движение на линии Стоктон — Дарлингтон стало развиваться так бурно, что встал вопрос об организации такого же сообщения между другими промышленными центрами Англии. Тем не менее ходатайства о концессиях на дороги Ливерпуль — Манчестер и Ливерпуль — Бирмингем с паровозной тягой в 1825 г. были отклонены парламентом. Лишь в 1826 г. по новому ходатайству парламент большинством в 47 голосов против 41 утвердил концессию на дорогу Ливерпуль — Манчестер протяженностью 45 км. Было выставлено много условий, исходивших из принципа, что "железная дорога есть свободный путь, по которому, как по улице или каналу, может возить каждый после внесения лишь определенной платы и соблюдения технических условий".


   Паровоз с зубчатыми колесами Паровоз Р. Тревитика

 

На изготовление паровозов для этой дороги был объявлен конкурс, по условиям, которого требовалось, чтобы паровоз мог везти груз, в 3 раза превосходящий его массу, со скорость 10 английских миль в час. Из пяти локомотивов, представленных на этот конкурс 6 октября 1829 г., победителем оказался паровоз фирмы Стефенсона "Ракета", усовершенствованный за счет применения изобретенного французом Сегеном трубчатого котла и изобретенного Пеллетаном конуса для выпуска мятого пара. Этот паровоз при собственной массе 4,5 т и массе тендера 3 т перевез вагон с 30 пассажирами со скоростью от 40 до 48 км/ч, затем — два груженых вагона массой 9 т со скоростью 38 км/ч.

Стефенсон на этом не остановился, и построенный им паровоз "Планета", ставший в дальнейшем прототипом английских па-ровозов, доказал возможность реализации еще большей скорости.

В результате успехов Джорджа Стефенсона и его сына Роберта, а также Брайтвайта, Эриксона, Тимоти Хакворфа, Бурсталла и других изобретателей паровые двигатели на железных дорогах получили широкое распространение и видоизменили само понятие железных дорог. Под этим термином, по-английски "railway", стали понимать рельсовые дороги с механическими двигателями.

Во всех странах мира железнодорожное дело развивалось по-разному, но везде главный толчок был дан примером Англии. Именно в Англию для изучения железнодорожного дела посылали инженеров многие страны мира, в том числе и Россия. Первые паровозы многими странами, в том числе и США, также приобретались в Англии.


Значок
   pdfЛевитин И. От глобальных реформ – к точечным изменениям-РЖД-Партнер. - 2017. - № 8. - С. 12-15 (6,23 мБ)

Значок
   pdfМорозов В.Н. Эволюция с учетом всех рисков-РЖД-Партнер. - 2017. - № 15-16. - С. 26-31 (4.87 мБ)

Значок
   pdfФадеев Г. Нельзя забывать уроки истории-РЖД-Партнер. - 2017. - № 13-14. - С. 26-29 (4,35 мБ)

screenRenderTime=2