Восьмиосные исполины: гигантомания на закате

Автор: Александр Прасол, писатель, журналист

Достижения научной и инженерной мысли иногда создают у творцов техники иллюзию о безграничных возможностях их творений. И тогда появляются на свет удивительные машины, поражающие воображение современников. В то же время железная дорога накладывает большое число ограничений на безудержную фантазию конструктора - соблюдение габаритов, весовой нормы, нагрузки на ось. И все же запрос на гигантов и повышение мощности есть и в наше время. Так, «Синара – Транспортные Машины» в качестве перспективной разработки для поставок на годы вперед представила проект тепловоза 2ТЭ35А – две секции с общей мощностью 7 300 кВт. Такая сила нуждается в серьезной опоре, в связи с чем в конструкции планируется применить по две четырехосные тележки на секцию. Локомотивы с 8 осями – явление не такое уж редкое для стальных магистралей и уже имеет большую и интересную историю.

«Большой Мальчик» и «Андрей Андреев»

Действительная роль гигантов в истории оказалась менее существенной, чем было задумано конструкторами, а век их необыкновенно короток. Однако такие примеры сказывались на других, менее глобальных, но более практичных изделиях. Иногда исполины становились очень удачными и, главное, целесообразными машинами. Не обошла эта тенденция и железные дороги ведущих индустриальных стран мира. И в США, и в Европе, и в России были созданы уникальные локомотивы, сочетавшие в себе мощь, надежность и высокие эксплуатационные показатели.

У американцев всегда была страсть ко всему самому тяжелому и мощному. Широкие автомагистрали, величественные небоскребы, исполинские самолеты... Естественно, это отразилось и на развитии техники для железной дороги. Когда нужно было построить грузовой паровоз для одной из самых грузонапряженных магистралей мира – Union Pacific, конструкторы создали настоящего монстра: сорокаметровый гигант весом в 350 тонн тяжело опирался на сорок восемь колес, восемь осей были ведущими. Назвали самый тяжелый в мире паровоз незатейливо – «Big Boy» или «Большой Мальчик». 

Восемь ведущих осей не только помогали распределить вес локомотива, но и обеспечили необходимые сцепные характеристики для достижения скоростей свыше 130 км/ч и вождения тяжеловесных поездов весом до 4 тыс. тонн. «Большой Мальчик» вызывал неизменный шквал эмоций у зрителей, особенно когда тащил за собою нескончаемую вереницу грузовых вагонов.

В Советском Союзе на Ворошиловградском паровозостроительном заводе в 1934 году создали грузовой паровоз «Андрей Андреев»,  названный в честь наркома путей сообщений. Это был единственный в мире локомотив, все семь ведущих осей которого были жестко связаны одной рамой. К сожалению, несмотря на ряд технических решений, к примеру, отклонения передней тележки ±145 мм, задней ±265 мм, опытные поездки советского паровоза приводили к нарушению состояния пути. После каждого прохода АА путейцы спешно восстанавливали положение рельсов и стрелочных переводов, поэтому было принято решение от него отказаться. Несколько лет он простоял без дела, а затем был отправлен на переплавку...

А вот американцы своей большой и мощной машиной исправно пользовались, проводя рекордные по весу поезда. Помогало и то обстоятельство, что железные дороги в США строились в расчете на большую осевую нагрузку, почти в два раза превышавшую советские довоенные нормативы.

Новый концепт

Восьмиосную конструкцию взяли за основу и для более молодого гиганта американских железных дорог. В 1969 году Union Pacific решила начать замену своих газотурбинных локомотивов с электрической передачей на более экономичные по расходу топлива и обслуживанию дизель-генераторные. Газовая турбина при всей простоте конструкции потребляет до 50-70% мощности на работу вентилятора, что в итоге снижает рабочую мощность. Созданные новые поколения дизель-генераторов показали значительно большую экономичность. Тогда руководство дороги обратилось в локомотивостроительное подразделение General Motors - компанию La Grande - с предложением разработать тепловоз, которые имел бы мощностные характеристики, сравнимые с «Большим Мальчиком».

Так был разработан новый концепт односекционного грузового магистрального тепловоза DD40X Centennial мощностью 4 854 кВт с электрической передачей переменно-постоянного тока. Для обеспечения требуемой мощности на тепловозе установили два 16-цилиндровых дизеля типа 645Е3-А по 2 427 кВт. Прифланцованные к двигателю главные генераторы переменного тока питали через кремниевые выпрямители восемь тяговых двигателей постоянного тока (ТЭД). Все ТЭДы имели опорно-осевую подвеску, а горловины моторно-осевых подшипников были направлены в одну сторону — к центру локомотива. Традиционный для американских локомотивов кузов тепловоза был сделан капотного типа с расположением кабины ближе к одному из концов тепловоза.

Восьмиосный тепловоз имел целый ряд технических разработок, позволявших обеспечивать достаточно плавный ход и эффективное торможение. Ходовая часть – две четырехосные тележки, заключенные в стальные литые рамы тележек – позволяла вписываться в кривые и равномерно распределяла вес локомотива. Первичное рессорное подвешивание образовано двойными комплектами цилиндрических пружин, работающих в вертикальной плоскости. Вторичное подвешивание выполнено люлечным. Люлечная балка опирается на два упругих комплекта, каждый из которых состоит из трех цилиндрических пружин. Поперечное перемещение люлечной балки происходит за счет упругой поперечной деформации цилиндрических пружин, которые одновременно являются возвращающими устройствами. Локомотивная бригада отмечала довольно комфортное вождение поезда, сглаживание колебаний и предупреждение рыскания.

Пневматические тормоза включали устройства для управления работой 16-тормозных цилиндров, которые воздействовали на каждое колесо локомотива. Также локомотив был оборудован реостатным тормозом. Кроме того, в конструкцию тепловоза была встроена эффективная система управления. Она имела узел защиты от боксования, работающий в тяговом режиме и при торможении, что позволило обеспечить работу двигателей с максимальным током, который они могли реализовать по условиям сцепления. При реостатном торможении каждые два тяговых двигателя включались между собой последовательно, подключаясь параллельно к блоку тормозных сопротивлений. Скольжение колес определялось по разнице режимов работы двух групп тяговых двигателей, включенных параллельно. Высокая чувствительность системы защиты от боксования и скольжения позволяла осуществлять эффективное и точное регулирование тягового и тормозного режимов работы двигателей. Мостовая схема включения тяговых двигателей на тормозной реостат обеспечивала их надежную защиту, так как препятствовала одновременному скольжению двух осей локомотива, которое могло быть не обнаружено системой защиты от боксования и скольжения.

Для нужд дороги было построено за с 1969 по 1971 год 47 экземпляров. На данный момент в рабочем состоянии сохранилось тринадцать локомотивов DD40X Centennial.  Часть из них стали музейными экспонатами, а некоторые до сих пор водят за собою тяжеловесные поезда.

Тяжеловесы в СССР и молодой России

Строились восьмиосные локомотивы и в Советском Союзе. Их разрабатывали для вывоза угля от месторождения к портам Дальнего Востока и Черного моря. Для тяжеловесного грузового движения на Луганском (Ворошиловградском) заводе в Украинской ССР еще в 1984 году был построен экспериментальный магистральный тепловоз ТЭ136 с мощностью дизеля в 4 413 кВт. Тепловоз в 1985 году прошел серию испытаний с поездами на участке Ворошиловград - Кондрашевская - Старобельск. После этого были проведены тягово-энергетические испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ. В 1989 году его отправили в ремонт на завод-изготовитель.

Всего было выпущено два односекционных и один двухсекционный локомотив. Но судьба у мощных тепловозов оказалась незавидной: с развалом Советского Союза грузовые перевозки резко упали, надобность в таких локомотивах перестала быть актуальной, и об этих машинах забыли. Тепловозы были разрезаны на металл, лишь один экземпляр до сих пор сохранился в резерве Литовских железных дорог. 

Однако технические наработки восьмиосников не остались без внимания современных машиностроительных заводов. В 1998-м году Людиновским тепловозостроительным заводом (ЛТЗ) совместно с General Motors был создан ТЭРА1 – односекционный восьмиосный тепловоз с электрической передачей. Осевой формулой он, скорее всего, в том числе обязан американским партнерам, строившим уже упомянутые мощные локомотивы для Union Pacific. Он предназначался для грузоперевозок на железных дорогах, в том числе и для работы по системе многих единиц. Мощность 16-ти цилиндровой дизельной установки с турбонаддувом была равна 3 060 кВт, что значительно превышало мощность секции 2ТЭ10.  Было построено две единицы, но особого интереса у МПС или промышленных предприятий локомотив не вызвал.

Новые разработки

Одной из задач в перспективном развитии РЖД видит повышение весовой нормы поезда, в том числе за счет повышения осевой нагрузки и перспективного развития тяжеловесного движения. При ожидаемом росте грузоперевозок на Восточном полигоне, известном тяжелым профилем пути и суровыми условиями эксплуатации, об идее использования восьмиосных локомотивов снова вспомнили. Для вождения поездов массой до 7,1 тыс. тонн необходимы мощные современные магистральные локомотивы, который мог бы работать на участке БАМа в 3 тыс. км Таксимо – Советская Гавань и при этом имел бы низкую стоимость жизненного цикла.

Современное оборудование по управлению дизель-генераторной установкой и тормозами дает равную нагрузку каждого модуля и хорошую динамику движения. Лишь для некоторых участков при неблагоприятных погодных условиях предусматривалось использование тепловозов-толкачей. Отрабатывались и варианты с распределенной тягой.

Переходя к перспективной магистральной машине стоит вспомнить восьмиосный маневрово-вывозной локомотив ТЭМ7, выпускаемый ЛТЗ (входит в «Синара – Транспортные машины») и используемый для тяжелой работы на промышленных предприятиях рудной и нефтегазовой отраслей. Конструкторы завода на зарекомендовавшей себя базе изготовили магистральный односекционный тепловоз ТЭ8 с мощностью дизеля 2 427 кВт. Он предназначен для тяги тяжеловесных поездов при освоении крупных сырьевых месторождений. Эти тепловозы сейчас используются в качестве основной тяговой силы для транспортировки сырья с Эльгинского угольного комплекса на БАМ на линии Улак – Эльга. Также четырехосные тележки применены во втором образце газотурбовоза ГТ1h-002, построенном на ЛТЗ.

Представленная в этом году и указанная в начале статьи модель 2ТЭ35А предполагает применение двух секций и существенное повышение мощности относительно ТЭ8 за счет использования двух 16-цилиндровых дизелей. Предполагается, что машина заменит устаревшие 2ТЭ10, 2М62 и 2ТЭ116.

Можно вспомнить и другие модели, где на секцию предложено использование восьмиосной схемы. Это и производимые сегодня НЭВЗ (входит в ТМХ) электровозы 4ЭС5К и 2ЭС5К, а также знаменитый ВЛ8, выпускаемый «Уральскими локомотивами» электровоз 2ЭС7. Однако осевая формула у них иная – по две двухосные тележки на секцию.

Громким событием прошлого года и пищей для размышлений конструкторов в прошлом году стал представленный в Китае электровоз «Шень-24» - шестисекционный монстр мощностью 28 800 кВт. В нем применены 12 двухосных тележек, заявляемая сила тяги – 2 280 кН, но, как в свое время тепловоз DD40X Centennial, создан он под задачу перевозок угля в конкретном регионе Поднебесной.

В целом, можно предположить, что эпоха гигантов с «мускулами», впечатляющими любителей и обсуждаемыми инженерами, уходит – развивается миниатюризация компонентов: материалы, снижающие вес изделий, компьютерные технологии, повышающие эффективность работы машин и позволяющие работать по системе многих единиц. На первый план выходит «ум» техники, создаваемой инженерами.

***

Об авторе: Александр Прасол, писатель, журналист. Трудовую деятельность начал помощником машиниста тепловоза на Полтавском тепловозоремонтном заводе. После срочной службы в армии окончил факультет журналистики Львовского высшего военно-политического училища. Был военным корреспондентом на Тихоокеанском флоте, затем служил в газете «Красная звезда» в военно-историческом отделе. После увольнения в запас в звании капитана 1 ранга работал в газете «Гудок», в настоящее время трудится в НИИАС. Автор свыше 10 научно-популярных книг, часть из которых посвящена железной дороге.

Другие статьи от автора:

Танк-паровоз Роберта Ферли: история необычного локомотива, 29 ноября 2020

Грузовой трамвай в России: забытая городская легенда, 26 марта 2021

***

Больше о железнодорожном машиностроении России и мира на нашем Telegram-канале. Подписывайтесь по ссылке: https://t.me/tzdjournal