.jpg/1280px-HXD1D_0115@NXH_(20180518091616).jpg)
Локомотив или двигатель — это железнодорожное транспортное средство, обеспечивающее движущую силу поезда . Если локомотив способен перевозить полезную нагрузку, его обычно называют моторвагоном , моторным вагоном , железнодорожным вагоном или моторным вагоном ;
Традиционно локомотивы тянули поезда спереди. Однако стал обычным явлением двухтактный режим, когда поезд может иметь локомотив (или локомотивы) спереди, сзади или на каждом конце. Совсем недавно железные дороги начали внедрять DPU или распределенную мощность. Впереди может быть один или два локомотива, за которыми следует локомотив среднего поезда, управляемый дистанционно из ведущего подразделения.
Слово «локомотив» происходит от латинского loco «из места», аблатива от locus «место», и средневекового латинского motivus , «вызывающего движение», и представляет собой сокращенную форму термина « локомотивный двигатель », [1] который впервые был использован в 1814 г. [2] различать самоходные и стационарные паровые машины .
До появления локомотивов движущая сила железных дорог создавалась с помощью различных низкотехнологичных методов, таких как человеческая сила, лошадиная сила, гравитация или стационарные двигатели, которые приводили в движение кабельные системы. Немногие такие системы существуют до сих пор. Локомотивы могут генерировать энергию из топлива (дрова, угля, нефти или природного газа) или получать энергию из внешнего источника электроэнергии. Локомотивы принято классифицировать по источнику энергии. К общим относятся:
Паровоз — локомотив, основным источником энергии которого является паровой двигатель . Наиболее распространенная форма паровоза также содержит котел для выработки пара, используемого двигателем. Вода в котле нагревается путем сжигания горючего материала – обычно угля, древесины или масла – для получения пара. Пар перемещает поршни, совершающие возвратно-поступательное движение , которые соединены с главными колесами локомотива, известными как « ведущие колеса ». Запасы топлива и воды перевозятся вместе с локомотивом либо на самом локомотиве, в бункерах и цистернах (это устройство известно как « локомотив-цистерна »), либо тянутся за локомотивом на тендерах (это устройство известно как « тендерный локомотив »).
Первый полномасштабный действующий железнодорожный паровоз был построен Ричардом Тревитиком в 1802 году. Он был построен для металлургического завода Коулбрукдейл в Шропшире в Англии, хотя никаких записей о его работе там не сохранилось. [3] 21 февраля 1804 года состоялась первая зарегистрированная поездка на паровой железной дороге, когда другой локомотив Тревитика буксировал поезд с металлургического завода Пенидаррен в Мертир-Тидфиле в Аберсинон в Южном Уэльсе. [4] [5] В сопровождении Эндрю Вивиана он прошел с переменным успехом. [6] В конструкцию был включен ряд важных инноваций, включая использование пара под высоким давлением, что позволило уменьшить вес двигателя и повысить его эффективность.
В 1812 году двухцилиндровый реечный локомотив Мэтью Мюррея в Саламанке впервые проехал по реечной железной дороге Миддлтона с краевыми рельсами ; [7] его обычно считают первым коммерчески успешным локомотивом. [8] [9] Еще одним известным ранним локомотивом был «Пыхтящий Билли» , построенный в 1813–1814 годах инженером Уильямом Хедли для шахты Уайлам недалеко от Ньюкасл-апон-Тайн . Этот локомотив является старейшим из сохранившихся и находится на статической выставке в Музее науки в Лондоне. Джордж Стивенсон построил локомотив № 1 для железной дороги Стоктон-Дарлингтон на северо-востоке Англии, которая была первой общественной паровой железной дорогой в мире. В 1829 году его сын Роберт построил «Ракет» в Ньюкасл-апон-Тайн. Ракета приняла участие в испытаниях Рейнхилла и выиграла их . Этот успех привел к тому, что компания стала выдающимся производителем паровозов, используемых на железных дорогах Великобритании, США и большей части Европы. [10] Ливерпульско -Манчестерская железная дорога , построенная Стивенсоном, открылась годом позже, используя исключительно паровую энергию для пассажирских и товарных поездов .
Паровоз оставался самым распространенным типом локомотива до окончания Второй мировой войны . [11] Паровозы менее эффективны, чем современные дизельные и электровозы, и для их эксплуатации и обслуживания требуется значительно большая рабочая сила. [12] Данные British Rail показали, что стоимость комплектования экипажа и заправки паровоза топливом была примерно в два с половиной раза выше, чем стоимость обслуживания эквивалентного тепловоза, а ежедневный пробег, который они могли проехать, был ниже. [ нужна цитата ] Примерно между 1950 и 1970 годами большинство паровозов были выведены из коммерческой эксплуатации и заменены электрическими и дизель-электрическими локомотивами. [13] [14] В то время как Северная Америка перешла от пара в 1950-х годах, а континентальная Европа - к 1970-м годам, в других частях мира переход произошел позже. Пар был знакомой технологией, в которой использовалось широко доступное топливо, и в странах с низкой заработной платой не было такого большого неравенства в затратах. Его продолжали использовать во многих странах до конца 20 века. К концу 20-го века почти единственная паровая энергия, которая регулярно использовалась во всем мире, находилась на исторических железных дорогах .
В локомотивах внутреннего сгорания используется двигатель внутреннего сгорания , соединенный с ведущими колесами трансмиссией. Обычно они поддерживают работу двигателя на почти постоянной скорости независимо от того, стоит ли локомотив или движется. Локомотивы внутреннего сгорания подразделяются на категории по типу топлива и на подкатегории по типу трансмиссии.
Бензоловые локомотивы оснащены двигателями внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется бензол . Между концом 1890-х и 1900-ми годами действовал ряд коммерческих производителей бензоловых локомотивов. Это началось с компании Deutz , которая разработала операционную систему на основе прототипа конструкции марганцевого рудника в Гиссене. Впоследствии, в начале 1900-х годов, они были проданы для нескольких операций по добыче полезных ископаемых и прокладке туннелей. После 1900-х годов широкое использование не было необходимым, их неадекватность возросла с появлением бензиновых и дизельных локомотивов.
Керосиновые локомотивы в качестве топлива используют керосин . Это были первые в мире локомотивы внутреннего сгорания, на несколько лет опередившие дизельные и другие нефтяные локомотивы. Первым известным железнодорожным транспортным средством с керосином был дрейзин , построенный Готлибом Даймлером в 1887 году, [15] но технически это не был локомотив, поскольку он нёс полезную нагрузку.
Керосиновый локомотив был построен в 1894 году братьями Пристман из Кингстон-апон-Халл для использования в доках Халла . Этот локомотив был построен с использованием судового двигателя двойного действия мощностью 12 л.с., работающего при частоте вращения 300 об/мин, установленного на четырехколесном шасси вагона. Из-за своей низкой мощности он мог перевозить только один груженый вагон за раз, и не имел большого успеха. [16] Первым успешным керосиновым локомотивом был «Lachesis», построенный компанией Richard Hornsby & Sons и доставленный на железную дорогу Вулидж-Арсенал в 1896 году. В период с 1896 по 1903 год компания построила четыре керосиновых локомотива для использования в Арсенале.
.jpg/1280px-1904_Maudsley_Petrol_Locomotive_(de-moir%C3%A9_filtered).jpg)
Бензиновые локомотивы (США: бензиновые локомотивы) используют бензин ( бензин ) в качестве топлива. Первым коммерчески успешным бензиновым локомотивом стал бензино-механический локомотив, построенный компанией Maudslay Motor Company в 1902 году для Дептфордского рынка крупного рогатого скота в Лондоне . Это был локомотив мощностью 80 л.с. с 3-цилиндровым вертикальным бензиновым двигателем и двухступенчатой механической коробкой передач.
Наиболее распространенным типом бензиновых локомотивов являются бензино-механические локомотивы , в которых для передачи мощности двигателя на ведущие колеса используется механическая передача в виде коробок передач (иногда в сочетании с цепными передачами ), аналогично автомобилям . . Второй бензино-механический локомотив был построен компанией FC Blake of Kew в январе 1903 года для Главного канализационного управления Ричмонда. [17] [18] [16]
Бензоэлектрические локомотивы — это бензиновые локомотивы, в которых используется электрическая трансмиссия для передачи выходной мощности двигателя на ведущие колеса. Это позволяет избежать необходимости в коробках передач за счет преобразования вращательной механической силы двигателя в электрическую энергию с помощью динамо-машины , а затем приводит в движение колеса многоскоростными электрическими тяговыми двигателями . Это позволяет добиться более плавного ускорения, так как позволяет избежать необходимости переключения передач, однако дороже, тяжелее, а иногда и громоздче, чем механическая трансмиссия.
Известный ранний бензино-электрический локомотив был построен в 1913 году для компании Minneapolis, St. Paul, Rochester and Dubuque Electric Traction Company . Он весил 60 тонн, развивал мощность 350 л.с. и передвигался на паре тележек по схеме Бо-Бо . [19] [20]
Тепловозы приводятся в движение дизельными двигателями . На заре развития дизельных двигателей с разной степенью успеха использовались различные системы трансмиссии, причем наиболее популярной оказалась электрическая трансмиссия.
Дизель-механический локомотив использует механическую трансмиссию для передачи мощности на колеса. Этот тип трансмиссии, как правило, ограничивается маломощными, тихоходными маневровыми (переключательными) локомотивами , легкими моторвагонами и самоходными вагонами . Первые тепловозы были дизель-механическими. В 1906 году Рудольф Дизель , Адольф Клозе и производитель паровых и дизельных двигателей Gebrüder Sulzer основали компанию Diesel-Sulzer-Klose GmbH для производства дизельных локомотивов. Прусские государственные железные дороги заказали у компании тепловоз в 1909 году. Первый в мире тепловоз (дизель-механический локомотив) эксплуатировался летом 1912 года на железной дороге Винтертур – Романсхорн в Швейцарии, но коммерческого успеха не имел. . [21] Небольшое количество прототипов тепловозов было произведено в ряде стран до середины 1920-х годов.
.jpg/1280px-Teplovoz_Eel2_(2).jpg)
Дизель-электрические локомотивы — тепловозы, использующие электрическую передачу. Дизельный двигатель приводит в движение либо электрический генератор постоянного тока (обычно менее 3000 лошадиных сил (2200 кВт) для тяги), либо электрический генератор-выпрямитель переменного тока (обычно 3000 лошадиных сил (2200 кВт) для тяги или более), выходная мощность который обеспечивает питание тяговых двигателей , приводящих в движение локомотив. Механической связи между дизелем и колесами нет. Подавляющее большинство тепловозов сегодня являются дизель-электрическими.
В 1914 году инженер-электрик компании General Electric Герман Лемп разработал и запатентовал надежную систему электрического управления постоянным током (последующие усовершенствования были также запатентованы Лемпом). [22] В конструкции Лемпа использовался один рычаг для скоординированного управления двигателем и генератором, и она была прототипом управления всеми дизель-электрическими локомотивами . В 1917–1918 годах GE произвела три экспериментальных дизель-электрических локомотива, используя систему управления Лемпа. [23] В 1924 году начал работу дизель-электрический локомотив ( Э эль 2, оригинальный номер Юэ 001/Ю-э 001). Он был спроектирован командой под руководством Юрия Ломоносова и построен в 1923–1924 годах на заводе Maschinenfabrik Esslingen в Германии. Он имел пять ведущих мостов (1’Е1’). После нескольких тестовых поездок он возил поезда почти три десятилетия с 1925 по 1954 год .
Дизель-гидравлические локомотивы — тепловозы с гидравлической передачей . В этой конструкции они используют один или несколько гидротрансформаторов в сочетании с шестернями и механической главной передачей для передачи мощности от дизельного двигателя на колеса.
Основным мировым пользователем магистральных локомотивов с гидравлической трансмиссией была компания Deutsche Bundesbahn , в число проектов которой входили DB Class V 200 и семейство DB V 160 . British Rail представила ряд дизель-гидравлических конструкций в рамках своего Плана модернизации 1955 года : первоначально созданные по лицензии версии немецких конструкций. В Испании компания Renfe использовала двухдвигательные немецкие конструкции с высоким соотношением мощности и веса для перевозки высокоскоростных поездов с 1960-х по 1990-е годы (см. классы Renfe 340 , 350 , 352 , 353 , 354 ).
Системы гидростатического привода также применяются на железнодорожном транспорте, например, маневровые локомотивы мощностью от 350 до 750 л.с. (от 260 до 560 кВт) от CMI Group (Бельгия). [25] Гидростатические приводы также используются в машинах для ремонта железных дорог, таких как трамбующие и рельсошлифовальные станки . [26]
Газотурбинный локомотив — локомотив с двигателем внутреннего сгорания , состоящий из газовой турбины . Двигателям с ДВС требуется трансмиссия для привода колес. Двигатель должен продолжать работать, когда локомотив остановлен.
В газотурбомеханических локомотивах используется механическая трансмиссия для передачи выходной мощности газовых турбин на колеса. Газотурбовоз был запатентован в 1861 году Марком Антуаном Франсуа Менноном (патент Великобритании № 1633). [27] Нет никаких доказательств того, что локомотив был действительно построен, но конструкция включает в себя основные характеристики газотурбинных локомотивов, включая компрессор, камеру сгорания, турбину и подогреватель воздуха. В 1952 году Renault поставила прототип четырехосного газотурбомеханического локомотива мощностью 1150 л.с., оснащенного системой производства газа и сжатого воздуха «свободной турбиной» Пескара, а не коаксиальным многоступенчатым компрессором, встроенным в турбину. На смену этой модели в 1959 году пришла пара шестиосных локомотивов мощностью 2400 л.с. с двумя турбинами и пескарским питанием. Несколько подобных локомотивов было построено в СССР на Харьковском паровозостроительном заводе . [28]
Газотурбинные электровозы используют газовую турбину для привода электрического генератора или генератора переменного тока , который производит электрический ток, приводящий в движение тяговый двигатель , приводящий в движение колеса. В 1939 году Швейцарские федеральные железные дороги заказали Am 4/6, GTEL с максимальной мощностью двигателя 1620 кВт (2170 л.с.) у Brown Boveri . Он был завершен в 1941 году, а затем прошел испытания перед поступлением на регулярную службу. Ам 4/6 был первым газотурбинным электровозом. British Rail 18000 был построен компанией Brown Boveri и поставлен в 1949 году. British Rail 18100 был построен компанией Metropolitan-Vickers и поставлен в 1951 году. Третий локомотив, British Rail GT3 , был построен в 1961 году. Union Pacific имела большой парк турбинных двигателей. грузовые локомотивы с приводом, начиная с 1950-х годов. [29] Они широко использовались на дальних маршрутах и были экономически эффективными, несмотря на низкую топливную экономичность из-за использования «остатков» топлива от нефтяной промышленности. По оценкам железной дороги, на пике своего развития они приводили в движение около 10% грузовых поездов Union Pacific, что гораздо шире, чем любой другой образец этого класса.
Газовая турбина имеет некоторые преимущества перед поршневым двигателем . В нем мало движущихся частей, что снижает потребность в смазке и потенциально снижает затраты на техническое обслуживание, а соотношение мощности к весу намного выше. Турбина заданной мощности также физически меньше, чем поршневой двигатель такой же мощности, что позволяет локомотиву быть очень мощным, но при этом не быть чрезмерно большим. Однако выходная мощность и эффективность турбины резко падают с увеличением скорости вращения , в отличие от поршневого двигателя, кривая мощности которого сравнительно плоская. Это делает системы GTEL полезными в первую очередь для высокоскоростных перевозок на большие расстояния. Дополнительные проблемы газотурбинных электровозов заключались в том, что они были очень шумными. [30]
Некоторые локомотивы, обычно во Франции и Италии, работали на газогенераторе Вуда . [31] [ источник, опубликованный самостоятельно ] [32] [ источник, созданный пользователем ]
Электровоз – это локомотив, работающий только от электричества. Электричество подается в движущиеся поезда с помощью (почти) непрерывного проводника , идущего вдоль пути, который обычно принимает одну из трех форм: воздушная линия , подвешенная к опорам или башням вдоль пути или к потолкам конструкций или туннелей; третий рельс , установленный на уровне пути; или встроенный аккумулятор . Как в системах воздушного провода, так и в системах третьего рельса в качестве обратного проводника обычно используются ходовые рельсы, но в некоторых системах для этой цели используется отдельный четвертый рельс. Тип используемой электроэнергии — постоянный ток (DC) или переменный ток (AC).
Существуют различные методы сбора: опора для тележки , представляющая собой длинный гибкий шест, который фиксирует линию с помощью колеса или башмака; луковый коллектор , представляющий собой раму, удерживающую длинный собирающий стержень на проволоке; пантограф , представляющий собой шарнирную раму, удерживающую собирающие башмаки на проволоке в фиксированной геометрии; или контактный башмак 10 , который представляет собой башмак, контактирующий с третьим рельсом. Из трех методов пантограф лучше всего подходит для высокоскоростной работы.
В электровозах почти повсеместно используются подвешенные тяговые двигатели, по одному двигателю на каждую ведущую ось. В такой конструкции одна сторона корпуса двигателя поддерживается подшипниками скольжения, установленными на шлифованной и полированной шейке, которая является неотъемлемой частью оси. Другая сторона корпуса имеет выступ в форме язычка, который входит в соответствующую прорезь в надрессорной балке тележки (тележки) и выполняет функцию устройства реакции крутящего момента, а также опоры. Передача мощности от двигателя к оси осуществляется с помощью цилиндрической передачи , в которой шестерня на валу двигателя входит в зацепление с шестерней на оси. Обе шестерни заключены в герметичный корпус, содержащий смазочное масло. Тип эксплуатации, в которой используется локомотив, определяет используемое передаточное число. Высокие численные коэффициенты обычно встречаются на грузовых единицах, тогда как численно низкие передаточные числа типичны для пассажирских двигателей.
Электроэнергия обычно вырабатывается на крупных и относительно эффективных электростанциях , передается в железнодорожную сеть и распределяется по поездам. Некоторые электрические железные дороги имеют свои собственные электростанции и линии электропередачи , но большинство из них закупают электроэнергию у электроэнергетических компаний . Железная дорога обычно располагает собственными распределительными линиями, стрелками и трансформаторами .
Электровозы обычно стоят на 20% дешевле тепловозов, затраты на их обслуживание на 25–35% ниже, а эксплуатация обходится до 50% дешевле. [33]
Самыми ранними системами были системы постоянного тока . Первый электрический пассажирский поезд был представлен Вернером фон Сименсом в Берлине в 1879 году. Локомотив приводился в движение двигателем с последовательным возбуждением мощностью 2,2 кВт, а поезд, состоящий из локомотива и трех вагонов, развивал скорость 13 км/ч. . За четыре месяца поезд перевез 90 000 пассажиров по кольцевому пути длиной 300 метров (984 фута). Электроэнергия (150 В постоянного тока) подавалась по третьему изолированному рельсу между путями. Для сбора электричества использовался контактный ролик. Первая в мире линия электрического трамвая открылась в Лихтерфельде недалеко от Берлина, Германия, в 1881 году. Ее построил Вернер фон Сименс (см. Трамвай Гросс-Лихтерфельде и Берлинский штрассенбан ). Электрическая железная дорога Волка открылась в 1883 году в Брайтоне и является старейшей из сохранившихся электрических железных дорог. Также в 1883 году недалеко от Вены в Австрии открылись трамваи Mödling и Hinterbrühl . Он был первым в мире, работающим на регулярной основе с питанием от воздушной линии связи. Пять лет спустя в США в 1888 году на пассажирской железной дороге Ричмонд-Юнион были впервые применены электрические троллейбусы с использованием оборудования, разработанного Фрэнком Дж. Спрэгом . [34]
Первой подземной линией с электрическим приводом была железная дорога Сити и Южного Лондона , создание которой было вызвано положением в ее разрешительном акте, запрещающим использование паровой энергии. [35] Он открылся в 1890 году с использованием электровозов, построенных компанией Mather & Platt . Электричество быстро стало предпочтительным источником питания для метро, чему способствовало изобретение Спрагом системы управления составными поездами в 1897 году.
Первое использование электрификации на главной линии произошло на четырехмильном участке Балтиморской поясной линии Балтимора и Огайо (B&O) в 1895 году, соединяющей основную часть B&O с новой линией, ведущей в Нью-Йорк, через серию туннелей. на окраине центра Балтимора. Первоначально использовались три агрегата Bo + Bo в южном конце электрифицированного участка; они сцепились с локомотивом и поездом и протащили его через туннели. [36]
DC использовался в более ранних системах. Эти системы постепенно были заменены переменным током. Сегодня почти все магистральные железные дороги используют системы переменного тока. Системы постоянного тока в основном используются в городском транспорте, например в метро, легкорельсовом транспорте и трамваях, где потребность в электроэнергии меньше.
Первый практичный электровоз переменного тока был спроектирован Чарльзом Брауном , работавшим тогда в компании Oerlikon , Цюрих. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффене-на-Неккаре и Франкфуртом- на-Майне-Запад, на расстояние 280 км. Используя опыт, полученный им во время работы с Жаном Хейльманном над конструкциями пароэлектрических локомотивов, Браун заметил, что трехфазные двигатели имеют более высокое соотношение мощности к весу, чем двигатели постоянного тока , и из-за отсутствия коллектора их проще производить. и поддерживать. [a] Однако они были намного больше, чем двигатели постоянного тока того времени, и их нельзя было устанавливать в подпольных тележках : их можно было перевозить только внутри кузовов локомотивов. [38]
В 1894 году венгерский инженер Кальман Кандо разработал новый тип трехфазных асинхронных электроприводных двигателей и генераторов для электровозов. Проекты Кандо начала 1894 года были впервые применены на коротком трехфазном трамвае переменного тока в Эвиан-ле-Бен (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами. [39] [40] [41] [42] [43] В 1918 году [44] Кандо изобрел и разработал вращающийся фазовый преобразователь , позволяющий электровозам использовать трехфазные двигатели, питаемые по одному воздушному проводу, передающему простой однофазный переменный ток промышленной частоты (50 Гц) национальных сетей высокого напряжения . [45]
В 1896 году компания Oerlikon установила первый коммерческий образец системы на трамвае Лугано . Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л.с.), работающие от трехфазного напряжения 750 В, 40 Гц, питаемого от двойных воздушных линий электропередачи. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают рекуперативное торможение и хорошо подходят для маршрутов с крутыми уклонами, а первые магистральные трехфазные локомотивы были поставлены Брауном (к тому времени в партнерстве с Уолтером Бовери ) в 1899 году на 40-м шоссе. км линия Бургдорф — Тун , Швейцария. Первая реализация однофазного источника переменного тока промышленной частоты для локомотивов была осуществлена компанией Oerlikon в 1901 году с использованием разработок Ганса Бен-Эшенбурга и Эмиля Хубер-Стокара ; установка на линии Зеебах-Веттинген Швейцарских федеральных железных дорог была завершена в 1904 году. В локомотивах массой 48 тонн, напряжением 15 кВ, 50 Гц, 345 кВт (460 л.с.), использовались трансформаторы и ротационные преобразователи для питания тяговых двигателей постоянного тока. [46]
Итальянские железные дороги первыми в мире ввели электрическую тягу на всей длине магистрали, а не только на ее небольшом участке. Линия Вальтеллина протяженностью 106 км была открыта 4 сентября 1902 года по проекту Кандо и команды завода в Ганце. [47] [45] Электрическая система была трехфазной на 3 кВ 15 Гц. Напряжение было значительно выше использовавшегося ранее, что потребовало новых конструкций электродвигателей и коммутационных устройств. [48] [49] Трехфазная двухпроводная система использовалась на нескольких железных дорогах Северной Италии и стала известна как «итальянская система». В 1905 году Кандо был приглашен взять на себя управление Società Italiana Westinghouse и возглавить разработку нескольких итальянских электровозов. [48]
Аккумуляторно-электровоз (или аккумуляторный локомотив) — электровоз, работающий от бортовых аккумуляторных батарей ; своего рода аккумуляторный электромобиль .
Такие локомотивы используются там, где обычный тепловоз или электровоз не подходят. Примером являются ремонтные поезда на электрифицированных линиях при отключении электроэнергии. Другое применение - на промышленных объектах, где локомотив с двигателем внутреннего сгорания (т. е. паровой или дизельный ) может вызвать угрозу безопасности из-за риска пожара, взрыва или задымления в замкнутом пространстве. Локомотивы с аккумуляторной батареей предпочтительны для шахт, где газ может воспламениться от агрегатов с приводом от тележки, образующих дугу на башмаках сбора, или где в цепях подачи или возврата может возникнуть электрическое сопротивление , особенно в стыках рельсов, что приведет к опасной утечке тока в землю. [50] Локомотивы с аккумуляторной батареей, эксплуатируемые на дорогах, могут заряжаться, поглощая при этом энергию динамического торможения. [51]
Первый известный электровоз был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина и питался от гальванических элементов (батарей). Позже Дэвидсон построил более крупный локомотив под названием Гальвани , выставленный на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Семитонное транспортное средство имело два реактивных двигателя с прямым приводом , с фиксированными электромагнитами, действующими на железные стержни, прикрепленные к деревянному цилиндру на каждой оси. и простые коммутаторы . Он буксировал груз массой шесть тонн со скоростью четыре мили в час (6 километров в час) на расстояние полторы мили (2,4 километра). Он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго в сентябре следующего года, но ограниченная мощность батарей помешала его широкому использованию. [52] [53] [54]
Другой пример был на медном руднике Кеннекотт в Латуше, Аляска, где в 1917 году подземные пути были расширены, чтобы обеспечить работу двух аккумуляторных локомотивов по 4 машины .+1 ⁄ тонны . [55] В 1928 году компания Kennecott Copper заказала четыре электровоза 700-й серии с бортовыми аккумуляторами. Эти локомотивы весили 85 тонн и работали на воздушном контактном проводе напряжением 750 В со значительным запасом хода при работе от батарей. [56] Локомотивы прослужили несколько десятилетий с использованием технологии никель-железных батарей (Эдисона). Батареи были заменены на свинцово-кислотные , и вскоре после этого локомотивы были списаны. Все четыре локомотива были переданы в дар музеям, но один был списан. Остальные можно увидеть на железной дороге Буна и Сценик-Вэлли в Айове и в Музее Западной железной дороги в Рио-Виста, Калифорния. Комиссия по транзиту Торонто ранее эксплуатировала аккумуляторный электровоз, построенный компанией Nippon Sharyo в 1968 году и вышедший на пенсию в 2009 году. [57]
Лондонский метрополитен регулярно использует аккумуляторные электровозы для проведения работ по техническому обслуживанию.
В начале 1950-х годов Лайл Борст из Университета Юты получил финансирование от различных железнодорожных линий и производителей США для изучения возможности создания локомотива с электроприводом, в котором бортовой атомный реактор производил пар для выработки электроэнергии. В то время атомная энергия еще не была полностью изучена; Борст считал, что главным камнем преткновения является цена на уран. Центральная часть атомного локомотива Borst будет иметь 200-тонную реакторную камеру и стальные стены толщиной 5 футов, чтобы предотвратить выбросы радиоактивности в случае аварий. Он оценил стоимость производства атомных локомотивов с двигателями мощностью 7000 л.с. примерно в 1 200 000 долларов каждый. [58] Следовательно, поезда с бортовыми ядерными генераторами обычно считались невозможными из-за непомерно высоких затрат.
В 2002 году в Валь-д'Оре , Квебек, был продемонстрирован первый горный локомотив массой 3,6 тонны и мощностью 17 кВт, работающий на водороде (топливных элементах) . В 2007 году был введен в эксплуатацию учебный минигидравлический рельс в Гаосюне , Тайвань . Railpower GG20B, наконец, является еще одним примером электровоза на топливных элементах.
Существует много различных типов гибридных или двухрежимных локомотивов, использующих два или более типа движущей силы. Наиболее распространенными гибридами являются электродизельные локомотивы, работающие либо от электросети, либо от бортового дизеля . Они используются для обеспечения непрерывного движения по маршрутам, которые электрифицированы лишь частично. Примеры включают EMD FL9 и Bombardier ALP-45DP.
Локомотивы на железнодорожном транспорте используются в трех основных целях : для буксировки пассажирских поездов, грузовых поездов и для переключения (британский английский: маневровые).
Грузовые локомотивы обычно проектируются для обеспечения высокого пускового тягового усилия и высокой продолжительной мощности. Это позволяет им запускать и перемещать длинные тяжелые поезда, но обычно достигается за счет относительно низких максимальных скоростей. Пассажирские локомотивы обычно развивают меньшее пусковое тяговое усилие, но способны работать на высоких скоростях, необходимых для соблюдения пассажиропотока. Локомотивы смешанного движения (американский английский: локомотивы общего назначения или переключатели дорог), предназначенные как для пассажирских, так и для грузовых поездов, не развивают такого большого пускового тягового усилия, как грузовой локомотив, но способны буксировать более тяжелые поезда, чем пассажирский локомотив.
Большинство паровозов имеют поршневые двигатели, поршни которых соединены с ведущими колесами посредством шатунов, без промежуточной коробки передач. Это означает, что на сочетание пускового тягового усилия и максимальной скорости большое влияние оказывает диаметр ведущих колес. Паровозы, предназначенные для грузовых перевозок, обычно имеют ведущие колеса меньшего диаметра, чем пассажирские локомотивы.
В дизель-электрических и электровозах система управления между тяговыми двигателями и осями адаптирует выходную мощность к рельсам для грузовых или пассажирских перевозок. Пассажирские локомотивы могут включать в себя и другие функции, такие как головная станция (также называемая электроэнергией отеля или электропоездом) или парогенератор .
Некоторые локомотивы разработаны специально для работы на железных дорогах с крутым уклоном и оснащены обширными дополнительными тормозными механизмами, а иногда и реечным механизмом. В паровозах, построенных для крутых реечных железных дорог, котел часто наклонен относительно рамы локомотива , так что котел остается примерно ровным на крутых подъемах.
Локомотивы также используются в некоторых высокоскоростных поездах. Некоторые из них эксплуатируются в двухтактном порядке с вагонами управления прицепами на другом конце поезда, которые часто имеют кабину той же конструкции, что и кабина локомотива; примерами таких поездов с обычными локомотивами являются Railjet и Intercity 225 .
Также многие высокоскоростные поезда, в том числе все TGV , многие Talgo (250/350/Avril/XXI), некоторые Korea Train Express , ICE 1 / ICE 2 и Intercity 125 , используют выделенные силовые вагоны , в которых нет мест для пассажиров и технически представляют собой специальные односторонние локомотивы. Отличие от обычных локомотивов состоит в том, что эти силовые вагоны являются неотъемлемой частью поезда и не приспособлены для работы с другими типами пассажирских вагонов. С другой стороны, многие высокоскоростные поезда, такие как сеть Синкансэн , никогда не используют локомотивы. Вместо электровагонов типа локомотивов используются электропоезда (ЭВС) или дизель-поезда (ДМУ) – пассажирские вагоны, которые также имеют тяговые двигатели и силовое оборудование. Использование специальных силовых вагонов, подобных локомотивам, обеспечивает высокое качество езды и меньшее количество электрооборудования; [59] , но электропоезда имеют меньшую нагрузку на ось, что снижает затраты на техническое обслуживание, а электропоезда также имеют более высокое ускорение и большую вместимость. [59] Также некоторые поезда, в том числе TGV PSE , TGV TMST и TGV V150 , используют как непассажирские силовые вагоны, так и дополнительные пассажирские моторные вагоны.
Локомотивы иногда выполняют определенную роль, например:
Колесная формула локомотива описывает, сколько у него колес; распространенные методы включают колесную формулу AAR , классификацию UIC и системы обозначений Уайта .
Во второй половине двадцатого века локомотивы с дистанционным управлением начали вводить в эксплуатацию коммутационные операции, которыми дистанционно управлял оператор вне кабины локомотива. Основное преимущество – один оператор может контролировать погрузку зерна, угля, щебня и т. д. в вагоны. Кроме того, один и тот же оператор может перемещать поезд по мере необходимости. Таким образом, локомотив загружается или разгружается примерно за треть времени. [ нужна цитата ]
В городе на юге Уэльса начались месяцы празднования 200-летия изобретения паровоза.
Мертир-Тидвил был местом, где 21 февраля 1804 года Ричард Тревитик перенес мир в эпоху железных дорог, когда он установил один из своих паровых двигателей высокого давления на трамвайные рельсы местного мастера по производству железа.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Кандо Эвиан-ле-Бен.
СМИ, связанные с локомотивами, на Викискладе?