История развития железнодорожного транспорта России

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

История развития железнодорожного транспорта России

Введение

Прогресс человеческого общества неотделим от истории развития транспорта. Под словом «транспорт» понимается, прежде всего, процесс перемещения. Именно в этом состоит его главная функция. Трудовая деятельность человека - основа его существования, основа развития целых человеческих сообществ на всех исторических этапах развития общества. В результате трудом многих поколений людей создана громадная техносфера - вторая, рукотворная (искусственная), «природа».

Ее неотъемлемой составной частью является транспорт и, прежде всего - железнодорожный. Без его нормального функционирования ныне невозможно существование цивилизованного общества с его развитыми промышленно-производственными связями, рыночными отношениями. Железнодорожные магистрали превратились в жизненные артерии страны.

По мере развития человеческого сообщества и его потребностей развивались производительные силы, увеличивались потребности в перевозках, росли транспортные возможности.

Железные дороги России имеют важное народнохозяйственное и оборонное значение. В современных условиях хозяйствования роль российских железных дорог возрастает.

Железнодорожный транспорт, занимающий ведущее место в единой транспортной системе страны, должен четко обеспечивать своевременное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства в перевозках грузов и пассажиров при безопасном и эффективном их функционировании.

Настоящий транспортный переворот в России наступил во второй половине XIX в. вместе с отменой крепостничества, развитием капиталистических производственных отношений, наступлением промышленного переворота.

Эти перемены привели Россию к созданию железнодорожного вида транспорта.

1. Начало электрификации железных дорог

В последней четверти XIX в. обозначились контуры новых направлений локомотивостроения -- электровозо- и тепловозостроение.

На возможность применения электрической тяги на железных дорогах указывал еще в 1874 г. в заявке на привилегию русский специалист Ф. А. Пироцкий. В 1875--1876 гг. он проводил опыты на Сестрорецкой железной дороге по передаче электроэнергии по изолированным от земли рельсам. Передача осуществлялась на расстояние около 1 км. В качестве обратного провода был использован второй рельс. Элоктроэнергия передавалась маленькому двигателю. В августе 1876 г. Ф. А. Пироцкий поместил в «Инженерном журнале» статью с результатами своих работ. Эти опыты навели его на мысль использовать электроэнергию для вагонеток, движущихся по металлическим рельсам.

Практическая реализация идеи использования электрической энергии на транспорте принадлежит Вернеру Сименсу (Германия), построившему первую электрическую железную дорогу, экспонировавшуюся на Берлинской промышленной выставке в 1879 г.Она представляла маленькую узкоколейную дорогу, предназначавшуюся для прогулок посетителей выставки. Короткий поезд из открытых вагончиков приводился в движение электровозом с двумя моторами, которые получали постоянный ток напряжением 150 В от железной полосы, уложенной между рельсами. Обратным проводом служил один из ходовых рельсов.

В 1881 г. В. Сименс построил пробный участок электрической дороги в пригороде Берлина Лихтерфельде, впервые применив мотор-вагон. Ток напряжением 180 В подводился к одному из ходовых рельсов, а другой рельс служил обратным проводом.

Во избежание больших потерь электроэнергии, которые возникали из-за плохой изолирующей способности деревянных шпал, В. Сименс решил изменить электрическую схему питания электродвигателя. Для этого на электрической дороге, построенной в том же 1881 г. на Всемирной Парижской выставке, был применен подвесной рабочий провод. Он представлял железную трубку, подвешенную над рельсами. Нижняя часть трубки была снабжена продольным прорезом. Внутри трубки ходил челночок, соединенный через прорез с гибким проводом, который прикреплялся к крыше локомотива и передавал электрический ток электродвигателю. Такая же трубка, подвешенная рядом с первой, служила обратным проводом. Подобная система была применена на построенных в 1883-- 1884 гг. пригородных трамваях Мёдлинг - Фордербрюль в Австрии и Франкфурт - Оффенбах в Германии, работавших при напряжении 350 В.

Примерно в это же время в Кинреше (Ирландия) на трамвайной линии была применена проводка тока по третьему рельсу, который устанавливали на изоляторах рядом с ходовыми рельсами. Однако эта система оказалась совершенно неприемлемой в условиях города, мешая движению экипажей и пешеходов.

Интересно отметить, что техническую обреченность такой системы подачи электрического тока мотору предвидел ранее Ф. А. Пироцкий, который писал в 1880 г. в газете «С.-Петербургские ведомости»: «Построенная мною электрическая железная дорога есть простейшая и дешевейшая. Она не требует затрат на среднюю рельсовую линию, напрасно увеличивающую стоимость дороги на 5% и прекращающую экипажное движение в городе. Она не требует затрат и на чугунные столбы, стоящие чрезмерно дорого».

Это письмо было опубликовано Пироцким в связи с появившимися в печати сообщениями о результатах проведенных им 3 сентября 1880 г. в Петербурге испытаний электрического трамвая. В это время Ф. А. Пироцкий усиленно занимался реализацией своих проектов, связанных с созданием надежного городского электрического транспорта. Он понимал, что развитие магистрального железнодорожного электрического транспорта невозможно без решения коренной проблемы электротехники -- осуществления передачи электроэнергии на дальние расстояния. Учитывая это, Ф. А. Пироцкий сконцентрировал свое внимание на опытах электродвижения вагона, принятого на городских конно-железных дорогах. В результате ему удалось в 1880 г. впервые осуществить движение по рельсам настоящего двухъярусного моторного вагона. Результаты своей работы Ф. А. Пироцкий представил в 1881 г. на Международную электрическую выставку в Париже, где экспонировал свою схему электрической железной дороги.

В 1884 г. в Брайтоне (Англия) была построена по схеме Пироцкого электрическая железная дорога с питанием от одного из рельсов протяженностью 7 верст. Эксплуатация только одного вагона дала чистой прибыли, по сравнению с конной тягой 420 франков в день.

С середины 80-х годов XIX в. развитием электрической тяги на железных дорогах начинают усиленно заниматься американские инженеры и предприниматели, которые энергично принялись за усовершенствование электрических локомобилей, а также способов подводки тока.

Над проблемой электрического железнодорожного транспорта работал в США Т. А. Эдисон, построивший за период с 1880 по 1884 г. три небольшие опытные линии. В 1880 г. он создает электровоз, который по своему внешнему виду напоминал паровоз. Электровоз питался электрическим током от путевых рельсов, один из которых был подключен к положительному, а другой к отрицательному полюсу генератора. В 1883 г. Т. А. Эдисон совместно с С. Д. Филдом построил более совершенный электровоз («The Judge»), экспонировавшийся на выставке в Чикаго и позже в Луизвилле.

К 1883 г. относятся работы американского инженера Л. Дафта, создавшего первый магистральный электровоз («Атрёг») для стандартной колеи, предназначенный для железной дороги Саратога--Мак-Грегор. В 1885 г. Дафт построил улучшенную модель электровоза для Нью-Йоркской эстакадной железной дороги. Локомотив, названный «Benjamin Franklin», весил 10 т, имел длину более 4 м и был снабжен четырьмя ведущими колесами. Электрический ток напряжением 250 В подавался по третьему рельсу к мотору мощностью 125 л. с, который мог тянуть состав из восьми вагонов со скоростью 10 миль в час (16 км/ч).

В 1884 г. швейцарский инженер Р. Тори построил экспериментальную железную дорогу с зубчатым зацеплением, соединив с ее помощью находящуюся на горном склоне гостиницу с местечком Терри (недалеко от Монтре на Женевском озере). Локомотив имел четыре ведущих колеса и перемещался по весьма крутому наклону (1 : 33). Его мощность была небольшой и позволяла перевозить одновременно четырех пассажиров. На спуске в процессе торможения мотор работал как генератор, возвращая электрическую энергию в сеть.

В течение ряда лет инженерная мысль неустанно работала над совершенствованием техники подачи тока к электровозу.

В 1884 г. в Кливленде Бентли и Найт построили трамвай с подземным проводом. Аналогичная система была введена в 1889 г. в Будапеште. Этот способ электропитания оказался неудобным в эксплуатации, так как желоб быстро загрязнялся.

В конце 1884 г. в Канзас-Сити (США) Генри испытал систему с медными воздушными проводами, из которых один был прямой, другой -- обратный.

К 1885 г. относится постройка бельгийским специалистом Ван-Депулем в Торонто (Канада) первого трамвая с одним воздушным рабочим проводом. В его схеме обратным проводом служили ходовые рельсы. Вдоль линии сооружали столбы с консолями, к которым прикрепляли изоляторы с рабочим проводом. Контакт с рабочим проводом осуществлялся с помощью металлического ролика, насаженного на штангу трамвая, который во время движения «катился» по проводу.

Эта система подвески оказалась очень рациональной, после дальнейшего совершенствования была принята во многих других странах и вскоре получила всеобщее распространение. К 1890 г. в США находилось в эксплуатации около 2500 км электрических дорог трамвайного типа, а к 1897 г. 25 тыс. км. Электрический трамвай стал вытеснять старые виды городского транспорта.

В 1890 г. воздушный провод появился впервые в Европе на трамвайной линии в Галле (Пруссия). С 1893 г. электрические железные дороги в в Европе развиваются ускоренными темпами, в результате чего уже к 1900 г. их протяженность достигла 10 тыс. км.

В 1890 г. электрическая тяга была применена на выстроенной подземной лондонской дороге. Электрический ток напряжением 500 В подавался на электродвигатель с помощью третьего рельса. Эта система оказалась очень удачной для дорог с самостоятельным полотном и начала быстро распространяться в других странах. Одно из ее достоинств -- возможность электрификации дорог с очень большим расходом электроэнергии, к которым относились метрополитены и магистральные железные дороги.

В 1896 г. электрическая тяга с использованием токоведущего третьего рельса была впервые введена на участке железнодорожной магистрали Балтимор--Охай. Электрификация коснулась отрезка дороги на подходе к Балтимору длиной 7 км. На этом участке пути был проложен 2,5-километровый тоннель, побудивший строителей электрифицировать его. Электровозы, работавшие на этом участке, получали электрическую энергию от третьего рельса при напряжении 600 В.

Первые электрифицированные железные дороги по своей протяженности были небольшими. Строительство железных дорог большой протяженности наталкивалось на трудности, связанные с большими потерями энергии, которые вызывает передача постоянного тока на длительные расстояния. С появлением в 80-х годах трансформаторов переменного тока, дающих возможность передавать ток на большие расстояния, они были введены в схемы питания электроэнергией железнодорожных магистралей.

С введением трансформаторов в системе энергоснабжения образовалась так называемая «система трехфазно-постоянного тока», или, иначе, «система постоянного тока с трехфазной передачей силы». Центральная электрическая станция вырабатывала трехфазный ток. Он трансформировался на высокое напряжение (от 5 до 15 тыс. В, а в 20-х годах -- до 120 тыс. В), которое подавалось к соответствующим участкам линии. На каждом из них имелась своя понижающая подстанция, от которой переменный ток направлялся к электромотору переменного тока, насаженному на один вал с генератором постоянного тока. От него питался электроэнергией рабочий провод. В 1898 г. значительная по протяженности железная дорога с самостоятельным полотном и с трехфазной системой тока была сооружена в Швейцарии и соединяла Фрейбург--Муртен--Инс. Вслед за ней последовала электрификация и ряда других участков железнодорожных магистралей и метрополитенов.

2. История электрификации железнодорожного транспорта в советский период

железнодорожный транспорт советский

К первым годам становления советской России относятся и первые шаги практического подхода к электрификации железных дорог.

7 февраля 1920 года была организована Государственная Комиссия по электрификации России (ГОЭ-ЛРО). Эта Комиссия разработала план электрификации страны («план ГОЭЛРО»), рассчитанный на 20 лет. План включал работы по электрификации ряда важнейших железнодорожных линий общей протяженностью более 3700 км. Во исполнение плана начались проектно-конструкторские работы. В сентябре 1924 года в Управлении Северной железной дороги было создано бюро, которое стало разрабатывать проект электрификации пригородного участка Москва - Мытищи.

8 июле 1926 года было открыто движение рабочих моторвагонных поездов на первом в СССР электрифицированном участке Баку - Сабунчи, впоследствии продолженном до станции Сураханы (общая протяженность 19 км).

В это же время началось производство для вагонов отечественных автоматических и электропневматических тормозов Ф.П. Казанцева. В 1925 году на Московском тормозном заводе была изготовлена опытная партия тормозных приборов серии АП-1 жесткого типа системы Казанцева, которые были испытаны на Сурамском перевале (Грузия) бывшей Закавказской железной дороги одновременно с тормозами системы Кунце-Кнорра (Германия) и показали большое преимущество перед тормозами Кунце-Кнорра.

В 1930 году началась электрификация Московского железнодорожного узла: был переведен на электрическую тягу участок Москва - Мытищи, в следующем году он был удлинен до Пушкино. Электрификация магистральных железных дорог начиналась с наиболее грузонапряженных и трудных по профилю участков. В 1932 году был электрифицирован первый участок на Закавказской железной дороге.

Первый советский электровоз постоянного тока (на напряжение 3 кВ) был построен в 1932 году совместными усилиями московского завода «Динамо» и Коломенского завода. Его серия «ВЛ19» была названа в честь В.И. Ленина. С тех пор это стало традицией: все советские электровозы обозначались одинаково. В 1938 году этими же предприятиями был создан электровоз «ВЛ22».

Интересно, что с 1932 года, когда начались работы по электрификации магистрального участка Сурамского перевала Закавказской железной дороги с грузовым движением, можно было осуществлять рекуперативное торможение и возвращать энергосистеме большое количество энергии за счет ее рекуперации.

К концу 1932 года в стране на постоянном токе было электрифицировано около 130 км (0,16%) железных дорог. Сюда вошли участки Чусовая - Кизел на Урале, Запорожье - Долгинцево на Украине, пригородные участки Московского и Ленинградского железнодорожных узлов.

К началу 1941 года протяженность магистральных и пригородных электрифицированных линий составила 1870 км. Электрификация железных дорог не прекращалась и в тяжелейший период Великой Отечественной войны.

В 1932 году впервые в мире на станции Щербинка было построено экспериментальное кольцо ВНИИЖТа - своеобразная «машина времени» для испытания всех железнодорожных технических средств, позволяющая и сегодня за счет высочайшей грузонапряженности (около 1 млн т бр/км в сутки) в кратчайшие сроки изучать особенности работы конструкций пути и других сооружений и устройств во взаимодействии с подвижным составом. Внедрение более мощных локомотивов (серий «Э», поступавших из Швеции и Германии, и отечественных «ФД», «ИС», «СО»), большегрузных вагонов потребовало осуществить техническую реконструкцию путевого хозяйства, усилить верхнее строение пути. Отраслевая наука активно включилась в эту работу и обеспечила инженеров-практиков теоретическими разработками, которые позволили в значительной степени механизировать работы по реконструкции и ремонту пути. В это же время были созданы первые путевые машинные станции (ПМС).

В эти годы в путь укладывались самые тяжелые по тому времени рельсы типов la и Па, увеличивалось количество шпал на километр с заменой непропитанных, укладывались тяжелые виды балласта щебеночный и гравийный. Объем ежегодной замены рельсов постоянно возрастал - в 1934 году их было уложено в 2 раза больше, чем в 1928 году, а с 1935 по 1940 г.-на 28% больше, чем за предшествовавшие 15 лет. В итоге к концу 30-х годов из общего протяжения главных путей рельсы типа la составляли 5,3%, рельсы На-30,3%, средняя масса рельса увеличилась в 2 раза и составила 34,6 кг/пм, эпюра шпал - 1512 шт./ км, протяжение на щебне 5113 км.

Отечественной наукой в значительной мере были решены задачи расчета прочности пути, взаимодействия его с подвижным составом в кривых, разработана теория бесстыкового пути, созданы расчеты длинных рельсов, стрелочных переводов и соединений пути, теория и расчеты земляного полотна, мероприятия по защите пути от снежных заносов, разработана совместно с путейцами-новаторами производства новая система организации труда на основе классификации путевых работ, планового текущего содержания ремонта пути и др.

Важным этапом в развитии регулирования вагонных парков стала разработка единого плана перевозок грузов по дорогам отправления и назначения, которая началась в 1939 году. Планы перевозок представлялись в НКПС народными Комиссариатами и ведомствами - грузоотправителями перед началом планируемого месяца в соответствии с предварительно выделенными им лимитами.

Единый план перевозок дал возможность более точно нормировать работы по выгрузке. Впервые было применено предупредительное регулирование груженыхвагонопотоков. Стало возможным еще шире развернуть работу по маршрутизации перевозок и их рационализации, а главное - установить дорогам обоснованные технические нормативы по всем эксплуатационным показателям. Однако план передачи порожних вагонов по всем стыковым пунктам еще не разрабатывался, он включал лишь общие нормы для дорог по отправлению, передаче и приему порожних вагонов.

В особых условиях 1941-1945 г.

Великая Отечественная война, особенно ее первый период, поставила железные дороги в чрезвычайно тяжелые условия. Не хватало подвижного состава для погрузки боевой техники и боеприпасов, а на таких дорогах, как Северная, Ярославская, Горьковская, Казанская, Ленинградская, Юго-Восточная скопилось почти 40 процентов рабочего парка сети. Во время оборонительных боев под Москвой и подготовки контрнаступления войск Калининского, Западного и Юго-Западного фронтов под воинские перевозки было подано 333,5 тысячи вагонов, большинство из которых так и осталось в прифронтовой полосе, зачастую как «склады на колесах». Очень остро встали проблемы увеличения пропускной способности железнодорожных линий, имеющих свои специфические особенности в военное время.

К началу 1941 года протяженность магистральных и пригородных электрифицированных линий составила 1870 км. Электрификация железных дорог не прекращалась и в тяжелейший период Великой Отечественной войны. За 1941-45 г. было электрифицировано 446 километров. Это в основном участки Челябинск Златоуст, Чусовая - Пермь и ряд пригородных участков Московского железнодорожного узла. Все эти участки были электрифицированы на постоянном токе напряжением 3 кВ.

В 1946-1950 годы сразу после окончания войны началась электрификация на Закавказской, Свердловской, Южно-Уральской, Западно-Сибирской железных дорогах, продолжалась электрификация Московского узла, были введены пригородные электрифицированные участки в Киеве и Риге.

Первый этап электрификации железных дорог неразрывно связан с ленинским планом ГОЭЛРО. В этом плане в специальном разделе «Электрификация и транспорт» предусматривалось создание «электрических сверхмагистралей». Участок Баку -- Сабунчи -- Сураханы, от которого ведет свой отсчет электрификация железных дорог нашей страны, как раз и стал первенцем плана ГОЭЛРО в области транспорта. Замена паровозов более экономичными и производительными электровозами, начавшаяся в 20--30-е годы, велась и во время Великой Отечественной войны, и в послевоенные годы.

Особую роль в техническом перевооружении локомотивного парка, да и всего железнодорожного хозяйства сыграл Генеральный план электрификации железных дорог, принятый в 1956 г. К этому времени в стране насчитывалось в общей сложности немногим более 5,3 тыс. км электрифицированных линий. Они составляли лишь 4,4 % эксплуатационной длины сети железных дорог. Однако их доля в грузообороте была почти в 2 раза выше -- 8,4%. Такая «диспропорция», которая в значительной степени сохранилась и в дальнейшем, объясняется тем, что на электрическую тягу в первую очередь переводили наиболее грузонапряженные участки.

Начиная с 1956 г. темпы электрификации железных дорог стали резко возрастать. Если в 1955 г. было электрифицировано около 500 км линий, то в 1959 г. уже в 4 раза больше -- 2087 км. К началу 1958 г. Советский Союз занял первое место в мире не только по темпам электрификации, но и по общей протяженности железных дорог с электрической тягой поездов. В настоящее время длина электрифицированных линий в стране достигла почти 50 тыс. км, на них выполняется более 60 % всего грузооборота железных дорог и значительный объем пассажирских перевозок.

На первом этапе электрификация железных дорог проводилась на постоянном токе 3 кВ в контактной сети. Эта система хорошо зарекомендовала себя в эксплуатации, она относительно проста и надежна. Вместе с тем в течение 50-х годов был проведен ряд исследовательских, проектно-конструкторских работ и практических экспериментов, позволивших начать широкое применение для электрификации более прогрессивной системы переменного тока промышленной частоты с напряжением 25 кВ.

Система переменного тока позволяет значительно уменьшить число тяговых подстанций, сделать их проще, сократить расход меди и в целом существенно снизить капитальные вложения в устройства электроснабжения. Имеется и ряд преимуществ эксплуатационного характера. Повышение напряжения в контактной сети в несколько раз позволяет значительно повысить провозную способность электрифицированных участков по системе электроснабжения, сократить потери электроэнергии, а более простая схема тяговых подстанций дает возможность облегчить и удешевить их техническое обслуживание и эксплуатацию.

Наличие на сети дорог двух систем электрификации -- постоянного и переменного тока -- выдвинуло довольно сложную техническую задачу их стыковки. Построенные в связи с этим электровозы двойного питания, которые могут работать и на постоянном, и на переменном токе, в силу ряда обстоятельств не получили распространения. Более целесообразным оказался способ строительства специальных станций стыкования на границах участков, электрифицированных на постоянном и переменном токе.

В последние годы разработана и находит применение автотрансформаторная система переменного тока 2X25 кВ. Обладая многими преимуществами системы 25 кВ, она позволяет еще больше увеличить расстояние между тяговыми подстанциями, дополнительно сократить затраты на электрификацию, имеет ряд других ценных достоинств. Систему 2х25 кВ намечено применить, в частности, для электрификации участков Байкало-Амурской магистрали.

Параллельно с электрификацией новых линий непрерывно совершенствовались схемы, оборудование и аппаратура устройств электроснабжения, применялись более эффективные методы их эксплуатации. На подстанциях постоянного тока силовые ртутные выпрямители постепенно были полностью заменены значительно более надежными и экономичными полупроводниковыми преобразователями.

На всех подстанциях в устройствах контактной сети широко внедряются автоматика и телеуправление -- вначале на релейно-контактной элементной базе, а затем на бесконтактной, электронной. Это дало возможность резко сократить обслуживающий персонал и одновременно повысить надежность, обеспечить бесперебойность функционирования систем электроснабжения.

По мере накопления опыта электрификации и развития соответствующих отраслей промышленности обновлялся парк электроподвижного состава. Первые электровозы постоянного тока имели мощность 2000--2200 кВт (в часовом режиме) и шесть движущих осей. В послевоенный период отечественная промышленность освоила серийный выпуск электровозов ВЛ22М с часовой мощностью 2400 кВт, ВЛ23-- 3150 кВт и ВЛ8 -- 4200 кВт. Последний из этих локомотивов имеет восемь движущих осей и состоит из двух четырехосных секций. Подобная схема механической части была принята в основном и для последующих электровозов.

Заключение

Итак, за прошедшие десятилетия электрическая тяга прошла огромный путь развития, прочно вошла в повседневную жизнь железных дорог. Но этот путь еще далеко не закончен. Предстоит большая работа в области совершенствования техники электрифицированных линий. Требуется улучшить тягово-энергетические характеристики электроподвижного состава, прежде всего переменного тока, повысить его надежность, экономичность, ремонтопригодность. Многое надо сделать в области автоматизации процессов управления современными сложнейшими электровозами и электропоездами, унификации их электрооборудования и других основных элементов, на качественно более высокий уровень поднять систему ремонта и технического обслуживания с широким применением современных средств диагностики и др.

Пути сообщения были всегда и везде. Наземный транспорт зародился в глубокой древности. История наземного транспорта, выделившего из себя новый вид--железнодорожный, уходит вглубь веков. Эта история, как нам кажется, представляет собой интереснейшее и увлекательное повествование о развитии человеческого общества, начиная с древнейших цивилизаций. Известный писатель, потомственный железнодорожник Владимир Чивилихин считал, что «история -- давняя состоявшаяся реальность жизни, а все героическое в истории нужно человечеству для будущего».

Железные дороги в настоящее время - основное звено в транспортной системе народного хозяйства. Их удельный вес в общих грузовых перевозках постоянно увеличиваются. По сравнению с другими отраслями народного хозяйства железнодорожный транспорт имеет существенные особенности. Его эффективность обусловлена общей технологией. Это позволяет координировать усилия множества участников перевозочного процесса, руководить эксплуатационной деятельностью на все железнодорожной сети.

Сегодня железные дороги - один из самых надежных и доступных видов транспорта.

Размещено на Allbest.ru