История паровоза началась с изобретения первого парового двигателя.
Предыстория
Впервые силу пара для движения повозки предложил И. Ньютон в 1680 году. Тележка Ньютона была реактивной. Французский инженер Николя Кюньо в 1769 году построил трёхколёсную безрельсовую повозку с паровым двигателем, который приводил в действие одно колесо при помощи храпового механизма. Машина двигалась самостоятельно, но оказалась весьма неудачной. Подлинная телега Кюньо сохранется в музее. Американец Эванс и помощник Уатта Уильям Мёрдок также не дошли до практического применения своих разработок.
Общая история
Первые паровозы
Первым, кто сумел сделать катящуюся по рельсам паровую повозку, стал талантливый английский инженер Ричард Тревитик. Тревитик создал несколько моделей паровозов, самый первый из которых, «Puffing Devil», был создан в 1801 году, а в 1802 году был создан паровоз «Coalbrookdale» для одноимённой угольной компании. Самая известная модель паровоза, которая получила имя «Pen-y-Darren», была создана в конце 1803 года, однако официальным годом её рождения считается 1804, когда Тревитик получил патент на своё изобретение. Паровоз сильно отличался от его «потомков». Так, на нём один цилиндр раскручивал большое колесо-маховик, от которого через зубчатую передачу приводились обе колёсные пары. Испытания данного паровоза проходили близ города Мертир-Тидвил (Уэльс, Великобритания), где 21 февраля паровоз впервые проехал с вагонетками, тем самым проведя первый в мире поезд. В 1808 году Тревитик создаёт новый паровоз, который начал использовать на кольцевой железной дороге-аттракционе «Поймай меня, кто сможет».
К тому времени на крупных предприятиях активно использовалась конная тяга, применение которой существенно ограничивало вес составов с грузом, да и скорость транспортировки была невелика. Это вскоре привело многих владельцев крупных предприятий к мыслям о начале применения в транспортировке грузов паровых машин, в том числе и движущихся по рельсам. Также началом применения в промышленности паровоз обязан был и французскому императору Наполеону, а точнее его войнам, из-за которых возросли цены на зерновые, в том числе и на корма. Из-за этого значительно вздорожало содержание лошадей. В 1811 году предпринимается попытка применения паровоза для вождения вагонеток с углём, но лёгкий паровоз не смог потянуть тяжёлый состав, а стал боксовать на месте. В результате родилось ошибочное мнение о невозможности реализации паровоза с гладкими колёсами на гладких рельсах достаточной силы тяги, поэтому в 1812 году для Мидльтонских копей был создан паровоз «Бленкинсоп», в котором сила тяги реализовывалась за счёт зубчатого колеса, катящегося по зубчатой рейке.
В 1813 году Уильяма Хедли создал паровоз «Пыхтящий Билли», который водил поезда лишь за счёт силы сцепления гладких колёс с гладкими рельсами, тем самым разрушая ложную теорию. Билли был практически применимой конструкцией и проработал 50 лет.
Паровозы Стефенсона Джордж Стефенсон в 1814 году построил свой первый паровоз «Блюхер». 27 сентября 1825 года открывается первая в мире общественная железная дорога Стоктон — Дарлингтон. Движение по ней открыл паровоз Стефенсона «Locomotion» («Движение»), провёзший первый поезд с 450 пассажирами и 90 тоннами груза. Название паровоза довольно скоро становится нарицательным, а впоследствии все рельсовые движущиеся тяговые средства начинают называть на манер паровоза — локомотивами.
В 1829 году паровоз Стефенсона «Ракета» победил на Рейнхильских испытаниях локомотивов для дороги Манчестер—Ливерпуль.
Дальнейшие перспективы Первые паровозы конкурировали с конной и канатной тягой, и окончательный успех локомотивной тяги был одержан с победой в 1829 году стефенсоновской «Ракеты» на Рейнхильских испытаниях локомотивов для дороги Манчестер—Ливерпуль. Уже в 1831 году произошло разделение поездов и, соответственно, локомотивов, на товарные и пассажирские. В следующие несколько лет общие черты конструкции паровоза окончательно оформились: появилась будка для машиниста, осветительные приборы, световые сигналы, котёл стал значительно длинее, усовершенствовано парораспределение, в 1832 году в США применили поворотную тележку, цилиндры приняли горизонтальное положение в 1834 году (паровозы Тревитика, Бленкинсопа, Хедли, Блюхер и Локомоушен имели цилиндры, расположенные вертикально в котле, Ракета — вне котла наклонные), в 1835 году введён свисток. Также паровозы оборудовались песочницами и ленточными тормозами с паровым приводом.
Паровозы-рекордсмены с движущими колёсами диаметром 2,5 м и более развили скорости:
в 1839 году «Ураган» — ; в 1847 году «Корнуол» — .
От «Ракеты» (0—1—1, 4,5 т, 13 м², 13 л. с., 0,28 тонн-силы тяги) за первые 25 лет типичные паровозы достигли следующих параметров: осевая формула 0—3—0, вес 33,5 тонны, поверхность нагрева котла 104 м². В товарном движении бывали локомотивы 1―2―0 (и в Америке 0―4―0), в пассажирском: 1—1—1, 2—1—1, 1—2—0, 2—2—0.
Дальнейшие усовершенствования Паровозы были оборудованы колодочными воздушными тормозами, инжектором, продолжало совершенствоваться парораспределение. В 1876 году Маллет предложил компаундные паровозы, в 1887 году он же ― сочленённые с осями, спаренными в тележки для лучшего вписывания в кривые.
Для железных дорог с малыми радиусами кривых, а также для таких дорог узкой колеи в 1908 году разработаны сочленённые паровозы системы Гаррата, которые активно применяли в тёплом климате тропических колоний, где не сказывается важный недостаток сочленённых систем ― длинные паропроводы.
В начале XX века на паровозах стали применять разработанные в 1896—1900 годах пароперегреватели Шмидта, что позволило резко поднять КПД машины.
Экстенсивное развитие паровозов заключалось в увеличении их веса, размеров и мощности, вследствие чего росло количество сцепных осей и нагрузка на ось (в Европе ― до 20 тонн, в Америке ― до 35 тонн). К 1930-м годам крупнейшие паровозы достигли рекорда скорости со спецпоездом, скоростей 140―160 км/ч с 14-вагонным пассажирским составом и следующих технических параметров: +Параметры крупнейших паровозовтипформуламасса, т (с тендером)поверхность нагрева котла, м²мощность, л. с.тяга, тсоднорамный2―6―1356771475043,8сочленённый Маллета1—4+4—1 1—5+5—1 1—4+4—24571012 (колосн. реш. 17)630080,0
Закат эпохи паровозов
На протяжении всей истории паровозостроения делались серьёзные попытки улучшить эксплуатационные характеристики паровозов. Так, тяжёлый и непроизводительный труд кочегара был облегчён благодаря применению шнековой системы подачи топлива — стокером. В этом же направлении подействовал и перевод котлов с твёрдого на жидкое топливо — мазут и другие тяжёлые фракции нефти. В богатых лесом районах неприхотливость парового котла к видам питающего их топлива делает использование паровоза вполне целесообразным. Тем не менее в экономическом отношении паровоз, безусловно, уступает иным видам локомотивов. Это привело к тому, что в середине XX века выпуск и эксплуатация паровозов во многих странах были свёрнуты, а сами они либо были порезаны на металлолом, либо превращены в неподвижные памятники, либо стали экспонатами музеев.
Несмотря на это, паровозная тяга до сих пор применяется на таких дорогах, где экономическая эффективность достигается иными способами, примером чего служит туристический бизнес. Так, рельсовая связь между Дрезденом и Морицбургом (расстояние составляет 14 км) с его известным замком осуществляется музейными вагонами на паровозной тяге. Паровозы водят туристические поезда из Дрездена и в других направлениях. Существуют и общества любителей паровозов, в своей деятельности выполняющих мероприятия по сохранению памяти об этом виде техники, ставшей элементом истории цивилизации. В немецком городе Майнингене существует завод, до сих пор выпускающий и ремонтирующий паровозы (на заказ), а в польском Вольштыне функционирует полноценное паровозное депо. Также в ряде стран рабочие паровозы очень часто используются в праздничных мероприятиях и для съёмок исторических кинофильмов.
В некоторых местностях Индии и Китая, где имеется дефицит дизельного топлива и дороги не электрифицированы, но в то же время доступно твёрдое топливо (прежде всего уголь), паровозы продолжают водить поезда (в основном грузовые) по сей день.
На исторической узкоколейной железной дороге в провинции Огненная Земля (Аргентина), небольшой паровоз водит так называемый «Поезд на краю света».
История паровоза в России
Начало российского паровозостроения
Первый паровоз (также сухопутный пароход, что можно слышать в «Попутной песне» 1840 года М. И. Глинки) в Российской империи появился в 1834 году. Этот паровоз был построен на Выйском заводе (Нижнетагильские заводы) Ефимом и Мироном (отец и сын) Черепановыми, при его создании учитывался опыт англичан. В августе того же года паровоз совершил первые поездки, в ходе которых возил поезд массой более 200 пудов (3,3 т) со скоростью до 16 км/ч. В следующем году Черепановыми был создан второй, более мощный паровоз. Но вскоре, в основном из-за давления подрядчиков конского извоза, испытательные поездки были прекращены.
Паровозы для Царскосельской дороги были английские типов 1—1—0 и 1—1—1. 8 февраля 1837 года в отчётах впервые появляется слово «паровоз», а 30 октября 1837 года паровоз «Проворный», проведя пассажирский поезд, официально открыл движение по дороге.
Началом русского паровозостроения можно считать 1845 год, когда Александровский завод в Санкт-Петербурге выпустил первые паровозы: товарные типа 0—3—0 (часть позже была переделана в тип 1—3—0 — впервые в мире) и пассажирские типа 2—2—0. Через год эти паровозы начали работать на ещё строящейся магистрали Санкт-Петербург — Москва, а 1 ноября 1851 года крупнейшая в мире на тот момент времени двухпутная железнодорожная магистраль была официально открыта, благодаря чему время в пути между двумя крупнейшими в стране городами сократилось с трёх суток до менее чем 22 часов. На 1860 год в России было менее 1000 км магистральных железных дорог, и мощностей одного паровозостроительного завода вполне хватало. Однако уже в середине 1860-х в стране начинается рост строительства железных дорог, что соответственно приводит и к росту потребностей в паровозах. 15 марта 1868 года царское правительство заключает контракты с рядом российских заводов на срок в 5 лет по строительству паровозов. В следующем году свои первые паровозы выпускают Камско-Воткинский и Коломенский заводы, причём последний сразу показывает высокий темп производства и вскоре становится крупнейшим локомотивостроительным предприятием в России. В 1870 году начинают строить паровозы заводы Невский и Мальцевский.
Вначале в стране не было единого стандарта колеи. Так, Царскосельская дорога была шириной 1833 мм (6 футов), Николаевская в силу большого количества американских инженеров, которые привезли готовые проекты, приняла колею южных штатов США — 1524 мм, дорога до Варшавы — стефенсоновской колеи 1435 мм, ставшей стандартом некоторых сопредельных c Российской Империей европейских стран. Император Николай I, инженер по образованию, утверждая документы для организации железнодорожного сообщения в России, повелел утвердить ширину колеи магистральных направлений 1524 мм. Это было шире, чем в Германии, Австрии, Франции (1435 мм), но уже, чем, к примеру, в Испании (1668 мм).
Развитие конструкции русских паровозов В связи с европейским происхождением первых в России паровозов их дальнейшая эволюция проходила в европейском русле. Так же, как и за границей, в 80-е годы появились компаунд-машины, в 1900-х — машины перегретого пара.