Изобретение парового двигателя оказало решающее влияние на техническое перевооружение всей транспортной системы.

Рождение рельсового пути

Идея рельсового пути нашла себе применение в горном деле еще в XVI в. На рудниках в это время применялись примитивные деревянные рельсы, по которым двигались вагонетки с рудой. Затем начинают развиваться подъездные рельсовые пути для перевозок грузов внутри отдельных промышленных предприятий. Сначала рельсы были деревянные, затем постепенно их стали покрывать сверху чугунными пластинами или обивать железом. Первые чугунные рельсы появляются в Англии на горных предприятиях в конце 60-х годов XVIII в. Но эти рельсы были хрупкими и быстро изнашивались. Рельсы из ковкого железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 г.

Первая конно-чугунная дорога для общего пользования была открыта в Англии в графстве Юррей (близ Лондона). Протяжение этой дороги – 40 км. Одна лошадь по специально устроенному чугунному рельсовому пути везла состав из трех вагонов общим весом 9,2 тонны.

В России конно-чугунные дороги стали создаваться в начале XIX в. В этой области Россия опередила другие страны, за исключением Англии.

Конно-чугунная дорога не могла полностью решить проблему транспорта, так как лошадиная тяга не обеспечивала достаточную скорость движения и грузоподъемность. Нужен был новый двигатель. Внимание изобретателей в области транспорта привлек универсальный паровой двигатель.

Паровая тяга сменила лошадиную

Мысль о применении пара для нужд транспорта возникла еще в XVII в. Вначале пытались приспособить паровые двигатели к обыкновенным повозкам или телегам. Паровые повозки были рассчитаны на движение по прямой дороге без рельсов.

В 1763 г. французский инженер-изобретатель Кюньо построил первую паровую повозку. Эта машина работала всего несколько минут.

В конце 80-х годов XVIII в. Уильям Мердок, ученик и помощник Джемса Уатта, создал паровую повозку с двигателем конструкции своего учителя. Он построил ряд интересных моделей паровых повозок, но сделать практически пригодную транспортную машину ему также не удалось.

Многие изобретатели тогда пытались построить локомотив, двигающийся по рельсам. Особенно большое значение для создания железнодорожного транспорта имели работы шотландского инженера и механика Ричарда Тревитика, который первым пришел к идее применения паровых локомотивов на специально устроенных рельсовых путях. В 1803 г. Тревитик сконструировал паровоз для рельсового пути, а в феврале 1804 г. провел первое его испытание.

Паровоз Тревитика был первым рельсовым паровозом в мире.

Через три года упорной работы над усовершенствованием паровоза и рельсового пути Тревитик построил первую в мире опытную кольцевую дорогу в Лондоне.

До 1825 г. паровозы использовались главным образом на маленьких частных дорогах. Появление более совершенных конструкций паровозов стимулировало строительство новых железнодорожных линий.

В 1829 г. был объявлен конкурс на создание лучшего паровоза. Стефенсон представил на конкурс свой новый паровоз – знаменитую «Ракету». «Ракета» имела машину мощностью в 13,7 л. с. На конкурсе производились испытания всех типов локомотивов. Этот конкурс закончился победой «Ракеты», которая свободно тянула поезд весом в 17 т со скоростью 21 км в час. Скорость паровоза с одним пассажирским вагоном и 36 пассажирами составила 38 км в час.

Первый паровоз в России был построен на Нижнетагильском заводе на Урале в августе 1834 г. замечательными русскими механиками, крепостными Е. А. Черепановым и его сыном М. Е. Черепановым. Паровоз Черепановых возил состав весом в 3,3 т со скоростью от 13 до 16 км в час. Для увеличения парообразования Черепановы установили на паровозе дымогарный котел с большим количеством трубок, чем в паровозе Стефенсона, а также применили специальный механизм обратного хода. Вслед за первым паровозом Черепановы в 1835 г. построили второй, более мощный паровоз, который мог возить за собой до 1000 пудов груза.

В 70-х годах XIX-в. началась новая эра в развитии паровозной тяги, связанная с введением на транспорте компаунд-машин, т.е. паровых машин двойного (или многократного) расширения.

Разница между паровозом простого расширения и паровозом системы «компаунд» состояла в том, что у паровоза простого расширения употреблялись исключительно цилиндры высокого давления, а отработанный пар переходил из цилиндра прямо в атмосферу. У паровозов же системы «компаунд» применялись цилиндры высокого и низкого давления, а отработанный пар из цилиндра высокого давления переходил в другой цилиндр большого диаметра, в котором он вторично расширялся и затем уже выпускался в атмосферу.

Главным достоинством паровозов системы «компаунд» являлась большая экономичность. Этим обстоятельством и объясняется быстрое их распространение на железнодорожном транспорте в конце XIX в. С ростом железнодорожной сети и железнодорожных перевозок резко повысилась потребность в топливе. Насущным стал вопрос его экономии. Переход железнодорожной тяги на систему «компаунд» разрешил эту задачу. Применение паровозов системы «компаунд» нередко сокращало расходы угля на 15–30%.

Большое распространение паровозы системы «компаунд» получили в XIX – начале XX в. Однако, несмотря на целый ряд достоинств, они имели и крупные недостатки. Система «компаунд» была громоздкой, ремонт ее сложный. Этими паровозами было трудно управлять. Усовершенствование паровозов «компаунд» привело к возникновению нового типа паровозов, так называемых «сочлененных», или гибких. Первый сочлененный паровоз построил инженер Маллет в 1887 году.

Техническое совершенствование — бесконечный процесс

Крупным усовершенствованием конструкции паровоза явилось применение в паровых машинах перегретого пара.

За 70 лет скорость паровозов возросла в 5 раз, мощность – в 100 раз, а сила тяги – в 30 раз. Вес состава поезда за этот период возрос в 10 раз.

Большое значение для развития железнодорожного транспорта имели появившиеся в этот период пневматические тормоза. Наиболее совершенную конструкцию пневматических тормозов создал американец Вестингауз.

В конце XIX в. появляются различные конструкции путей. Если первоначально железные дороги представляли собой нечто единое по общему типу постройки, то постепенно происходила дифференциация типа дороги, как по их устройству, так и по назначению. В зависимости от размеров движения сооружаются однопутные, двухпутные и многопутные железные дороги.

Изменяется и материал, применяемый для изготовления рельсов. После широкого распространения бессемеровского способа получения стали железные рельсы, первоначально изготовляемые из пудлингового железа, стали заменять стальными. Появились более тяжелые типы рельсов, что способствовало повышению устойчивости и безопасности движения поездов.

В 20-30 -х годах XX в. паровозы заменили более экономичными тепловозами, а позже – электровозами.