Паровозостроение
ПАРОВОЗОСТРОЕНИЕ - В 1824 г. Дж. Стефенсон начал производство паровозов на организованном им годом ранее первом специализированном паровозостроительном заводе в г. Ньюкасл. На этом заводе, руководил которым его сын, Роберт Стефенсон, в 1829 г. был построен по проекту Дж. Стефенсона знаменитый паровоз «Ракета» (Rocket). Затем в Великобритании были созданы еще несколько мастерских или небольших заводов, строивших локомотивы по проектам своих владельцев и по индивидуальным заказам. Период с 1824 г. по 1830 г. можно считать начальным периодом промышленности паровозостроения. Позднее на заводе в Ньюкасле были заказаны и построены под руководством Р. Стефенсона два паровоза для первой в России Царскосельской железной дороги.
Общие сведения
Особенностью паровозостроения является использование для конструктивных элементов паровоза почти исключительно черных металлов, поэтому первые паровозостроительные заводы возникли на базе металлургических («железоделательных») заводов или создавались вблизи от них. Основными технологическими процессами паровозостроительного производства являются: литье крупных стальных и чугунных деталей (цилиндры паровой машины, золотники и механизмы парораспределения, междурамные крепления, корпуса букс и т.д.); литье деталей из цветных металлов (преимущественно из бронзы -для арматуры парового котла, подшипников скольжения колесных пар и т.д.); холодная и горячая обработка листовой стали – раскрой, резка, правка, гибка, штамповка, клепка (при изготовлении парового котла, рамы, тендера); сварка, применяемая с сер. 20-х гг. в производстве котлов; трубные работы (резка, развальцовка, гибка); горячая обработка (ковка) заготовок (осей колесных пар, колесных центров, деталей движущего механизма – дышел, спарников и т. д.); механическая обработка, в том числе токарные работы (детали колесных пар), расточные (цилиндры), строгальные и притирочные (плоские поверхности и сопряжения в узлах). Все крупные паровозостроительные заводы в своем составе имели цеха и производственные мощности, обеспечивающие выполнение полного цикла технологических процессов.
Паровозостроение в дореволюционной России
Паровозостроение в дореволюционной России прошло в своем развитии четыре последовательных этапа. Первый – с 1834 г., условно от паровоза Черепановых, до 60-х гг. 19 в. Потребности в паровозах небольшого числа ж.-д. линий (общая их протяженность в 1860 г. ок. 1700 км) обеспечивалась в основном двумя небольшими заводами. Созданный в 1824 г. Александровский чугунолитейный завод в Санкт-Петербурге в 1844 г. был передан Ведомству путей сообщения для организации производства паровозов и вагонов для строившейся Петербург-Московской железной дороги. В 1846 г. завод начал сборку 3-осных грузовых и 2-осных пассажирских паровозов по зарубежным образцам. В 1858 г. на заводе по собственному проекту было построено 16 более мощных 4-осных паровозов; до 1864 г. было выпущено 187 паровозов. Еще 17 паровозов до 1857 г. было построено на небольшом механическом предприятии герцога Лейхтенбергского в Санкт-Петербурге.
Второй этап
Второй этап – с 1860 г. по 1870 г.- совпал со значительным ростом ж.-д. строительства. Однако в 1864 г. на Александровском заводе выпуск паровозов практически был прекращен, а с 1868 г. завод был переориентирован на производство и ремонт вагонов. Паровозостроение в России на несколько лет совсем прекратилось. Потребности строящихся ж. д. удовлетворялись закупками паровозов за границей. Частные дороги заказывали локомотивы по своему усмотрению, что приводило к большой разнотипности парка на складывающейся ж.-д. сети. В кон. 60-х гг. Министерство путей сообщения приняло ряд мер по созданию паровозостроительной промышленности заново. В 1868 г. к производству паровозов были привлечены Людиновскии чугунолитейный, железоделательный и механический завод СИ. Мальцева (Людиновскии тепловозостроительный завод), Невский судостроительный и механический завод Семянникова и Полетики в Санкт-Петербурге и казенный Камско-Воткинский завод. В 1869 г. к постройке паровозов приступил Коломенский завод военных инженеров братьев Струве (впоследствии Коломенский тепловозостроительный завод). С этими предприятиями связано становление промышленного производства паровозов и дальнейшее развитие локомотивостроения в России. Уже в 1870 г. на этих заводах было построено ок. 40 паровозов.
Третий этап
Третий этап – с 1870 г. по 1900 г.- характеризуется значительным развитием российского паровозостроения, формированием его в самостоятельную отрасль промышленности. Выпуск паровозов был крайне неравномерным, что определялось нерегулярностью заказов от частных ж. д. и правительства. В 80-х гг. 19 в. имел место кризис перепроизводства паровозов, когда ежегодная их реализация упала с 240 (в 1880 г.) до 63 паровозов (в 1886 г.). В результате отсутствия правительственных заказов Людиновскии завод с 1881 г. на несколько лет прекратил производство паровозов, а Невский завод -с 1883 г. Однако в 90-х гг. снова наступил подъем ж.-д. строительства, увеличивший потребности в подвижном составе, что привело к росту закупок паровозов частными ж. д. за рубежом. Но одновременно усилилась и собственная производственная база: в 1892 г. началось производство паровозов на Брянском железоделательном заводе возле ст. Бежица (Брянский машиностроительный завод), в 1894 г.- на Путиловском заводе в Санкт-Петербурге (Кировский завод). В 1897 г. выпущены первые два паровоза на новом – Харьковском паровозостроительном заводе -первом в стране специализированном паровозостроительном предприятии. С 1898 г. к постройке паровозов приступил Сормовский завод, близ Нижнего Новгорода. В кон. 90-х гг. был создан второй специализированный паровозостроительный завод на Юге России – Луганский завод Русского общества машиностроительных заводов Гартмана («Луганск-тепловоз»), который в 1900 г. выпустил первые 48 паровозов. С 1869 г. по 1900 г. в стране было построено 7678 паровозов, из них 2582 – Коломенским заводом. В конце этого периода заводами строились в основном 4-осные грузовые паровозы с осевой формулой 0-4-0 (модификация серии О мощностью ок. 340 кВт), работавшие по принципу двукратного расширения насыщенного пара («компаунд»). Этот этап характеризуется началом научных исследований паровозов. В 1880 г. А. П. Бородин организовал в Киеве первую испытательную паровозную лабораторию, в 1898 г. Ю. В. Ломоносов начал научно-экспериментальные исследования паровозов в эксплуатации.
Четвертый этап
Четвертый этап – с 1901 г. по 1917 г.-связан со значительным прогрессом в повышении мощности строящихся паровозов и с разработкой научных основ их проектирования и эксплуатации. Продолжался несколькими заводами выпуск паровозов Ов, которые были приняты как «нормальный» (т. е. стандартный тип локомотива для казенных дорог России. До 1908 г. было построено около 8000 паровозов этого типа. Появились паровозы типа 1-4-0 (серии Ц, Ш, Щ), имевшие несколько большую мощность – до 500-600 кВт, а также первые локомотивы с перегревом пара (в 1902-1905 гг.). К 1910 г. паровозный парк страны составлял 19,2 тыс. единиц, большая часть из них (67%) работала по принципу «компаунд». Однако к 1911-1912 гг. 4-осные паровозы (серии Щ, Ш, а тем более Ов) не могли отвечать требованиям возрастающих объемов грузовых перевозок. Первые 5-осные грузовые паровозы (типа 0-5-0 серии Э) были построены на Луганском заводе в 1912 г. По конструкции и эксплуатационным качествам этот локомотив оказался одним из лучших российских паровозов. Паровоз серии Э имел ряд модификаций и находился в производстве более 30 лет (в советский период выпущены серии Эу, Эм, Эр). С 1901 г. по 1917 г. заводы России построили 13475 паровозов. Наивысший годовой выпуск был достигнут Луганским заводом – 245 ед. (1905 г.). Во время 1-й мировой войны производство паровозов резко сократилось. Мощности большинства паровозостроительных заводов (к 1913 г. в России было 11 заводов) использовались для выполнения военных заказов главным образом для нужд флота. Поэтому в 1915-1917 гг. большая партия (300 ед.) паровозов типа 1-5-0 была заказана правительством на заводах Северной Америки (серия Е). В этот период возникли первые научные организации локомотивостроения.
В 1901-1917 гг. при Министерстве работала Комиссия подвижного состава и тяги под руководством проф. Н.Л. Щукина, сыгравшая важную роль в типизации и отработке новых паровозов. В 1908-1912 гг. паспортные испытания паровозов в эксплуатации по методике проф. Ю. В. Ломоносова, начатые им ранее, распространились на всю ж.-д. сеть. В 1914 г. была учреждена «Контора опытов над типами паровозов» (руководитель Ломоносов). На основе опытных данных совершенствовались методы тяговых расчетов. «Контора опытов» проделала большой объем испытаний и существовала самостоятельно до 1918 г., когда была включена в состав Экспериментального института путей сообщения (ВНИИЖТ).
Паровозостроение в СССР
Паровозостроение в СССР в разные периоды зависело от возможностей промышленности и потребностей ж.-д. транспорта. В первые годы советской власти паровозный парк находился в катастрофическом состоянии: во время военных действий в ходе Гражданской войны на транспорте практически не проводился необходимый ремонт паровозов, многие из них вышли из строя. Доля неисправных локомотивов в парке достигала 50-60%. Из-за разрухи в промышленности, недостатка топлива и металла паровозостроение в стране почти прекратилось: в 1919 г. было построено 74, а в 1920 г.- 61 паровоз (для сравнения: в 1915 г. выпуск составлял 917 единиц, в 1917 г.- 420). На всей сети ж. д. в 1920 г. работало всего 7370 исправных паровозов (в 1913 г. парк составлял более 16 тыс. единиц).
В 1920 г. в Германии и Швеции было заказано 1200 паровозов типа 0-5-0 по отечественному проекту серии Э. В ходе выполнения этого заказа, организацию которого осуществляла Российская ж.-д. миссия в Берлине под руководством Ломоносова, была проведена уникальная работа: обеспечена взаимозаменяемость частей паровозов, изготовлявшихся более чем на 20 заводах в Германии; был осуществлен первый в мире опыт кооперированного крупносерийного производства в локомотивостроении. Поставка паровозов завершилась в 1923 г.
В 1923-1925 гг. возобновилось производство паровозов на Коломенском, Луганском, Сормовском, Харьковском, Путиловском и Брянском заводах, где был организован серийный выпуск: с 1925 г. пассажирских паровозов типа 1-3-1 серии Су («усиленный») и с 1926 г.- грузовых паровозов типа 0-5-0 серии Эу. В 1913 г. был разработан проект модернизации последнего типа и начато производство серии Эм («модернизированный») с осевой нагрузкой 170 кН. Однако к этому времени параметры паровозов типа 0-5-0 были недостаточны для обеспечения потребностей грузового движения на ж. д.
Более мощный грузовой паровоз серии ФД (тип 1-5-1, осевая нагрузка 200 кН) был разработан в 1931 г. Центральным локомотивопроектным бюро. Луганский завод после реконструкции, проведенной в 1931-1933 гг., перешел на серийное производство этих паровозов. Тогда был освоен выпуск пассажирских паровозов серии ИС (типа 1—4-2) на Коломенском заводе и грузовых серии СО (типа 1-5-0) на Харьковском заводе. Паровозы серий ФД, ИС, СО были основными типами локомотивов на ж. д. страны вплоть до 50-х гг.
В годы Великой Отечественной войны выпуск локомотивов в стране практически прекратился, производственные мощности основных заводов были эвакуированы на восток и использовались для оборонного производства. Брянский, Харьковский и Луганский заводы подверглись значительным разрушениям, лишь в 1943 г. могло быть начато их восстановление. В 1944-1945 гг. по американскому закону о ленд-лизе (о технической помощи союзникам взаймы или в аренду) из США в СССР поступили партии паровозов типа 1-4-0 (серия Ш) – 200 единиц и 1-5-0 (серия ЕА, в вариантах АЕ и Ем) – более 2000.
В 1944-1945 гг. Коломенским заводом под руководством Л. С. Лебедянского был разработан проект и построен новый паровоз серии Л (тип 1-5-0, нагрузка от оси 190 кН, мощность 1600 кВт). К 1955 г. завод выпустил 2000 таких локомотивов. Ворошиловградский (Луганский) завод в то же время построил более 500 паровозов серии ЛВ (Л – Ворошиловградский) типа 1—5—1, которые при испытаниях показали наивысшее (для страны) значение кпд – 9,3%. В нач. 50-х гг. кафедрой «Паровозы» Московского электромеханического института инженеров ж.-д. транспорта (МЭМИИТ) под руководством акад. С. П. Сыромятникова совместно с Луганским заводом был разработан проект усовершенствованного, т. н. паровоза повышенной эффективности (тип 1-5-1), кпд которого по расчетам мог достичь уровня 10,5-11%. Производство магистральных паровозов в СССР было прекращено в 1956 г. в связи с коренной реконструкцией тяги на ж. д. транспорте: переходом на новые виды тяги – тепловозную и электрическую.
Паровозостроение за рубежом
Паровозостроение за рубежом создавалось в соответствии с особенностями развития ж.-д. транспорта конкретных промышленно развитых стран. Так, на ж. д. Северной Америки (США и Канады) традиционно, по условиям конструкции и прочности ж.-д. пути, допускаются высокие нагрузки от осей подвижного состава на рельсы – от 280 до 300 кН и более. Это позволяло еще в кон. 19 в. создавать и эксплуатировать паровозы большой мощности, включая сочлененные. В США в 1831 г. М. Балдвин (М. Baldwin) основал паровозостроительный завод, который впоследствии стал одним из крупнейших предприятий локомотивостроения США. В 1903 г. завод выпустил первый 5-осный паровоз типа 1-5-1 («Декапод») с осевой нагрузкой 220 кН. Позднее была организована Американская Локомотивная компания (АЛКо). Наиболее распространенными типами американских паровозов в 19 в. были «Атлантик», «Пасифик», «Микадо». Наиболее мощными на ж. д. США в 20 в. были грузовые сочлененные паровозы «Биг Бой» (осевая формула 2-4-0 + 0-4-2, масса без тендера 350 т, мощность на крюке 5100 кВт).
В Европе паровозостроение характеризовалось стремлением к созданию скоростных пассажирских локомотивов. В Германии, в частности, производство паровозов осуществлялось и специализированными заводами («А. Борзиг», «Й. Маффай»), и крупнейшими машиностроительными фирмами страны («Ханомаг», «Крупп», «Хеншель»). В паровозостроении Франции инженер А. Малле впервые разработал паровые машины двойного расширения пара – принцип «компаунд» (1876 г.) и построил сочлененные паровозы с двумя тележками и 4-цилиндровой паровой машиной (1894 г.).
В Китае в 50-е гг. 20 в. постройка паровозов осуществлялась по советским образцам, первый паровоз собственной разработки изготовлен в 1952 г. Всего было построено 9786 паровозов разных серий. Производство паровозов в КНР было прекращено в 1987 г.