Тепловозостроение — отрасль тяжёлого машиностроения, занимающаяся производством тепловозов. СССР является первой в мире страной, создавшей практически применимые магистральные тепловозы и положившей начало тепловозостроению как отрасли промышленности.
Период первых практических тепловозов (1924—1941) Начало отечественного тепловозостроения было положено 4 января 1922 года постановлением СТО РСФСР, инициатором которого был В. И. Ленин.
В июне 1920 года Ю. В. Ломоносов пишет докладную записку В. И. Ленину и публикует в газете «Экономическая жизнь» статью, в которых предлагает «…немедленно приступить к постройке двадцати тепловозов…» 30 января 1922 года на заседании коллегии НКПС было признано целесообразным «немедленно приступить к сооружению трёх тепловозов». Рассматривались проекты тепловозов с газовой, механической и электрической тяговыми передачами.
Строительство тепловозов с электрической передачей осуществлялось: на заводах Ленинграда (ЮЭ№ 002, позднее обозначался ГЭ1, Щ — ЭЛ1 и ЩЭЛ1) по проекту профессора Я. М. Гаккеля и в Германии (ЮЭ№ 001, позднее Э — ЭЛ2 и ЭЭЛ2) по проекту профессора Ю. В. Ломоносова. Тепловоз с механической передачей (ЭМХт3) построен по проекту Ломоносова, Мейнеке, Шверта и Добровольского в 1923—1926 годах на немецком заводе Гогенцоллерн и прибыл в СССР в 1927 году. Тепловоз по проекту Шелеста с дизелем в качестве генератора газов должен был быть построен в Великобритании, но этому помешала состояться политическая обстановка.
Таким образом, первыми в мире магистральными тепловозами стали советские Щэл1 системы инженера Гаккеля и Ээл2 системы инженера Ломоносова, оба имели электрическую передачу, были построены в 1924 году и совершили свои первые поездки по заводским путям: Щэл1 5 августа, а Ээл2 6 ноября 1924 года, для последнего на заводской территории был специально проложен путь с колеей 1524 мм.
Это были первые в мире мощные магистральные тепловозы, пригодные к практической эксплуатации. Оба они использовались в поездной работе, причем, Ээл2 был отстранен от эксплуатации по моральному устареванию в 1954 году.
Первый магистральный тепловоз Юэ001 (буква Ю была присвоена потому, что она оставалась свободной после введения системы обозначения локомотивов 1912 г.), впоследствии переименованный в Ээл2, построенный с осевой формулой 1-5о-1 под руководством Ломоносова вместе с Добровольским Н. А., Шветером Э. В. и Мейнеке Ф. Х. в 1924 году, имел электропередачу постоянного тока с регулированием по схеме Варда Леонардо и, естественно, обладал гиперболической характеристикой тяги. 6 ноября 1924 года тепловоз Ломоносова Юэ001, впоследствии получивший серию и номер Ээл2, совершил первый пробег на рельсах, специально уложенных во дворе завода в Эсслингене. Это событие стало мировой технической сенсацией — на испытания были приглашены видные деятели технической науки, прессы… Скептики воочию убедились, что локомотив с двигателем Дизеля имеет тяговую характеристику, пригодную для практической работы с поездами.
6 ноября 1924 года, в тот же день тепловоз Юэ № 001 был принят комиссией, которая запротоколировала: «Судя по результатам опытов над тепловозом Юэ № 001, создание этого тепловоза и опыты с ним вывели идею тепловоза из стадии академического изучения и воплотили её в формы, пригодные для несения регулярной товарной службы. Последний факт заслуживает быть отмеченным на страницах истории железнодорожной техники». (http://duel-gazeta.livejournal.com/1292443.html)
4 декабря 1924 г. тепловоз Юэ001 на транспортных скатах отправился в Двинск (ныне Даугавпилс), где был переставлен на собственные колесные пары и совершил несколько обкаточных поездок по Латвийской железной дороге, имевшей русскую колею. 20 января 1925 года Юэ001 сделал первый рейс по территории Советского Союза, проведя поезд массой 980 т от Себежа до Великих Лук, а 23 января прибыл в Москву.
Далее тепловоз подвергался эксплуатационным испытаниям и модернизировался, избавляясь от «детских болезней». В течение 1925 года он совершал опытные поездки по Октябрьской, Московско-Казанской, Московско-Курской железным дорогам, а также сделал рейс на Кавказ, в ходе которого побывал в Тбилиси, Ереване, Махачкале. В 1928 г. на нём был установлен новый холодильник с достаточно развитой поверхностью, что дало возможность избавиться от тендера. Второй существенной переделкой явилось подключение параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей резисторов, то есть введение ослабления возбуждения. Это позволило удлинить гиперболическую часть тяговой характеристики тепловоза, благодаря чему последний мог работать с постоянной мощностью при более высоких скоростях (выше 35 км/ч); в результате при конструкционной скорости 50 км/ч и движении по площадке максимально возможная масса поезда возросла с 525 до 850 т, то есть на 62 %. Тепловоз работал надежно, с к. п. д. 23 — 26 %; при скорости 16 — 17 км/ч он реализовывал усилие тяги около 15 000 кгс, имел общую массу 125 т, сцепную массу 92 т и длину по буферам 14 221 мм.
Ээл2 имел определенные недостатки, многократно модернизировался, особенно холодильник, но проработал с поездами до 1954 года, когда был выведен из поездной работы ввиду морального устаревания. В компоновке Э-эл2 просматриваются черты современного маневрового тепловоза: вспомогательные машины размещены со стороны главного генератора, с противоположной стороны — холодильная камера; кабина машиниста сдвинута назад относительно части агрегатов, прикрытых капотом.
Ю. В. Ломоносов, находясь в эмиграции, фактически стал одним из отцов тепловозостроения в США и в Европе. Конструкция Э-эл2 была подробно описана в мировой технической литературе, поэтому сам факт его создания стал началом волны разработки и строительства магистральных и маневровых тепловозов в разных странах, в том числе в США и Германии.
Я. М. Гаккель закончил проработку проекта тепловоза под дизель в 1000 л.с. в сентябре 1921 года. Окончательные параметры построенного тепловоза Юэ002, впоследствии Щэл1: мощность 1000 л.с., масса 180 т, сила тяги 22т, конструкционная скорость 75 км/ч. Электропередача — системы Варда Леонардо в модификации Гаккеля. Десять движущих колесных пар размещались в трех отдельных тележках, что позволяло тепловозу проходить по кривым радиусом 150 м. Осевая формула 1-3о + 0-4о-0 + 0-3о-1, экипажная часть была сконструирована А. С. Раевским. Конструкционная скорость локомотива была 75 км/ч, наибольшая сила тяги на ободе колес — 22000 кгс, мощность ТЭДов — около 800 л. с. Тепловоз имел запас топлива 8 т, воды — 2 т и масла — 1т. Первый самостоятельный выезд Юэ002 состоялся в Ленинграде 5 августа 1924 года. Компоновка Щ-эл1 на протяжении последних 50 лет является классической для большинства магистральных тепловозов в мире — тележечный экипаж, электропередача, двухкабинный кузов вагонного типа, не требующий разворотов, расположение дизеля в центре тяжести.
4 февраля ЮЭ№ 001 был зачислен в инвентарный локомотивный парк. Эта дата считается началом тепловозной тяги. 30 декабря 1925 года в инвентарный парк был зачислен тепловоз ЩЭЛ1.
Параллельно с Юэ001 на заводах Гогенцоллерн, Крупп и Магнет верке создавался первый в мире мощный тепловоз с механической передачей, вначале называвшийся Юм005 и позже переименованный в Эмх3. Этот тепловоз вначале проектировался как тепловоз с гидростатической передачей конструкции Ф. Х. Мейнеке, однако технический уровень того времени не позволил воплотить передачу, что называется, в металле. В итоге тепловоз получил трехступенчатую механическую коробку передач, изменявшую крутящий момент и ту же систему передачи на колесные пары с отбойным валом, что планировалась для работы с гидропередачей Мейнеке. Переключение передач в коробке осуществлялось электромагнитными муфтами под контролем специального прибора, показывавшего разницу оборотов ведущего и ведомого валов. Между дизелем и МКПП находились главная электромагнитная муфта, обеспечивавшая некоторое проскальзывание при включении и плавность соединения дизеля с передачей, и пара конических шестерен. Несмотря на принятые меры, переключение передач все-таки сопровождалось рывками, ломавшими зубья у конических шестерен и приводившими к разрыву поезда. Не спасло положение искусственное понижение мощности дизеля — такого же, как на Ээл, только с реверсом. Эмх3 стал единственным в мире мощным магистральным тепловозом с механической передачей, работавшим с поездами. Он же имел наивысший КПД — 30-31 %. На Эмх3 был достигнут физический предел возможностей механической трансмиссии, впоследствии даже автомобили с мощностью двигателя более 500—600 л. с. снабжались и снабжаются либо гидропередачей, либо электропередачей («Катерпиллер», «Юнит Риг», «БелАЗ»).
Любопытно отметить, что одним из первых машинистов, работавших на Эмх3, был В. А. Малышев, именем которого был назван впоследствии завод, развернувший в том числе и массовый выпуск отечественных тепловозов — ХЗТМ.
Помимо мощных магистральных тепловозов в СССР строились также и маневровые тепловозы. Первыми стали Ьмх1 и Ьмх2 типа 0-2о-0, заказанные в Германии у Круппа и прибывшие в 1931 году. Они имели дизели мощностью 300 л. с. и четырёхступенчатые коробки передач с пневмомуфтами. В 1933 году на Калужском заводе, где уже серийно строились мотовозы, строится маневровый тепловоз АА-1 типа 0-3о-0, также с 300-сильным дизелем и КПП с пневмомуфтами. В его проектировании принимал участие Я. М. Гаккель. В 1936 года Калужский завод построил мотовозы мощностью 140 л. с. МД2.
Помимо относительно маломощных тепловозов с механической передачей были построены мощые маневровые тепловозы с электропередачей — Оэл7, Оэл6 и Оэл10.
Первые тепловозы вначале базировались в Люблино (Московская область), а с 1931 года были переведены в Ашхабад.
В 1930 году тепловозы начал выпускать Коломенский завод; было построено три маневровых тепловоза (ОЭЛ6, ОЭЛ7 и ОЭЛ10). В 1932 году на Коломенском заводе совместно с заводами «Динамо» и ХЭМЗ впервые в мире развертывается серийное производство магистральных тепловозов, продолжавшееся до Великой Отечественной войны. Эти тепловозы с экипажем 2-5о-1 развивали силу тяги около 21 000 кгс при скорости 11 км/ч; при 25 км/ч сила тяги составляла около 9000 кгс, а при наибольшей скорости 55 км/ч — около 1600 кгс.
В 1933 году Калужский завод построил маневровый тепловоз АА — 1 с механической передачей.
В 1934 году на Коломенском заводе был построен двухсекционный тепловоз ВМ20.
Тепловозы серий Ээл № 12 — 27 были оборудованы тормозом Казанцева, а с № 28 — тормозом Матросова. Их передача регулировалась по схеме Варда Леонардо. С 1937 г. после выпуска тепловоза Ээл37 все остальные тепловозы строились как передвижные электростанции, так как НКПС отказался от приема тепловозов в эксплуатацию.
Помимо собственно постройки тепловозов Коломенский завод стал советской «кузницей кадров» тепловозостроения. Именно здесь начинали творческий путь А. А. Кирнарский, Г. А. Жилин, М. М. Козловский, П. В. Якобзон, А. И. Козякин, А. М. Федоров, В. И. Беспяткин, А. С. Близнянский, Н. Г. Лугинин, Б. С. Поздняков и многие другие создатели советских локомотивов. Главным конструктором КПЗ много лет был блестящий инженер Лев Сергеевич Лебедянский, создавший множество локомотивов, многие из которых были новаторскими.
Окончательно постройка тепловозов Ээл на Коломенском заводе была остановлена в связи с началом Великой Отечественной войны. До войны на Коломенском заводе построили 50 тепловозов, и когда в 1955 году ему поручили приступить к серийному выпуску ТЭЗ, это было воспринято как продолжение славного дела, 3 марта 1956 года, в праздничной обстановке, началась сборка первого дизеля 2Д100 для такого локомотива, а 29 июня с заводской территории, столь же торжественно, вывели головной тепловоз, секциям которого присвоили номера 0051 и 0052.(«Техника молодежи», 1994, № 8, с. 18, 19)
Эксплуатация тепловозов показала высокую эффективность их применения по сравнению с паровозами.
Послевоенный период (1945—1955)