История развития технических средств на железнодорожном транспорте кратко

Обновлено: 05.07.2024

Трудно перечислить все новые устройства и системы железнодорожной автоматики, применяемые на железнодорожном транспорте. Огромен научный потенциал специалистов в этой области, которые внесли свой неоценимый вклад в развитие систем регулирования и обеспечения безопасности движения поездов. Здесь упомянута лишь малая часть тех людей, которые вписали свои имена в историю железнодорожной автоматики и телемеханики.

Admin добавил 28.10.2014 в 06:41
Вы можете дополнить или изменить данную статью, нажав кнопку Редактор

Мы так привыкли к железным дорогам, что считаем их наличие само собой разумеющимся. Но по историческим меркам, они появились совсем недавно. О том, как это было и с чего все начиналось - в этой статье

До определенного отрезка времени человечество прекрасно передвигалось на лошадях. Однако с увеличением торговых и прочих контактов между городами и целыми странами необходимо было найти новый вид передвижения по суше, с помощью которого можно было бы надежно и быстро перевозить людей и грузы, преодолевая десятки и сотни километров. И такой транспорт появился в первой половине XIX века Прообразом современных железнодорожных рельс стали так называемые лежни, известные еще в середине XVI века - деревянные брусья, уложенные в рудниках, угольных шахтах и на каменных разработках. Вполне возможно, лежни применялись и раньше, однако более ранние исторические упоминания о них не сохранились. Получаемый таким образом колейный путь пригоден для перевозки грузов с помощью лошади, причем лежни позволяли перевозить груз, который был четырехкратно больше того, что можно было перевезти по обычной дороге. Быстрый износ дерева навел на мысль использовать чугунные либо железные полосы для их укрепления, а чтобы предотвратить частые сходы повозок с колейного пути начали делать закраины. Полноценные чугунные рельсы появились в XVIII веке. Одной из первых была построена чугунная дорога на Александровском заводе в Петрозаводске в 1788 году, ее длина составляла примерно 160 метров. Ширина колеи составляла около 0,8 метров, рельс использовался уголковый. Несовершенство конструкции рельсов навел русского горного инженера П. К. Фролова на мысль о выпуклых рельсах с эллиптической формой поверхности. Катящиеся по ним колеса обладали соответствующим желобом. Данная конструкция рельса во многом была сходной с современным железнодорожным рельсом. Первую конно-чугунную дорогу с применением рельс с эллиптической формой поверхности построили в России в 1806-1809 годах, ее протяженность составила примерно два километра. Эта дорога, построенная Фроловым на Змеиногорском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае, примечательна тем, что она являлась первой в мире железной дорогой с насыпями, выемками, виадуком и мостом через реку. Одна лошадь была способна по этой дороге везти груз в 25 раз больший, нежели по грунтовой дороге. Стоит отметить, что похожие дороги появились в Америке спустя 17 лет. Большую роль в развитии железнодорожного транспорта внесли отец и сын Черепановы, крепостные заводчиков Демидовых - Ефим Алексеевич (1774-1842) и Мирон Ефимович (1803-1849). В конце 1810-х годов при Выйском заводе Ефим Черепанов создал "механическое заведение", где под его началом трудились слесари, кузнецы и плотники. На этой базе Ефим в 1820 году построил первую опытную паровую машину. Впоследствии "заведение" превратилось в "Выйскую машиностроительную фабрику". В обстановке почти тотального недоверия отец и сын Черепановы с трудом получили в 1824 году разрешение и десять тысяч рублей на постройку полностью функциональной паровой машины. В итоге, была создана 30-сильная паровая машина для медного рудника. С 1824 года Черепановы построили свыше 20 машин мощностью от 2 до 60 лошадиных сил.

Первый паровоз также построил британец. Им оказался Ричард Тревитик (Richard Trevithick), создавший повозку с паровым двигателем, способную двигаться по рельсам со скоростью 7 км/ч и перевозить состав весом 7 тонн (данный локомотив сегодня хранится в Кенсингтонском музее, Великобритания). Для испытания паровоза Тревитика в Лондоне в 1804 году построили скромную рельсовую дорогу. По ней и "бегал" паровоз, которой очевидцы испытаний прозвали "Лови меня, кто сможет". Конструктивно паровоз Тревитика представлял собой двухосную раму с четырьмя колесами, паровым котлом с одной паровой трубой внутри. Поршень рабочего цилиндра выдавался вперед - его движение, c помощью зубчатых колес и кривошипа, передавалось на колеса. Этот паровоз даже был использован на руднике, но своей тяжестью он так давил на чугунные рельсы, что те просто изнашивались, отчего паровоз прекратили эксплуатировать. Следующий паровоз тоже оказался слишком тяжелым, и только третий, появившийся в 1808 году, смог приблизиться к идеалу тех лет, разгоняясь до 30 км/ч. Стоит отметить, что Тревитик являлся создателем первого в Англии паромобиля (1801 год), и именно отталкиваясь от этой паровой автомашины он и построил свой паровоз. Тревитик был механиком на заводе знаменитого Джеймса Уатта (James Watt); последний, являясь изобретателем паровой машины двойного действия, и слышать не хотел о каких-то экспериментах его служащих. Тревитик новаторски предлагал существенно повысить давление пара, на что Уатт высокомерно заявил: "Только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в 7-8 атмосфер!" История доказала правоту простого механика. К великому сожалению, Ричард Тревитик разорился в 1811 году, а в 1816-м и вовсе уехал жить в Южную Америку. На родину Ричард Тревитик возвратился в 1827-м, где умер в нищете.

С 1880 года начались эксперименты по возможности использования электричества на железной дороге. Не остался в стороне и знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон (Thomas Edison), испытав электрическую тягу на железной дороге в Менло-Парк. Спустя девять лет под Петербургом, в Гатчине, русский инженер И. В. Романов построил первую в России электрическую железную дорогу длиной 0,2 километра. А в 1895 году в США (на линии Балтимор-Огайо) впервые в мире железнодорожный подвижной состав тронулся с помощью электрической тяги. Электровоз, в отличие от тепловоза, является неавтономным локомотивом, требующим снабжения электрическим током для своего движения. Электроэнергию он может получать из внешней электросети либо от собственных аккумуляторов. Большое значение для развития электровозов имели работы американского изобретателя Лео Дафта (Leo Daft), который в 1883 году построил электровоз "Ампер". Данный локомотив весил 2 тонны и мог везти 10 тонн с максимальной скоростью 16,7 км/ч. С начала ХХ века электровозы, ввиду своей экономичности, начинают приобретать популярность. Например, в 1902 году немцы стали выпускать электровозы с конструкционной скоростью 210 км/ч. Правда, паровые локомотивы пока не собирались сдавать позиции, и в той же Германии в 1904 году был испытан паровоз "Борзиг N 05", развивавший рекордную скорость - 201 км/ч. Правда, уже на следующий год американцы испытали паровоз со скоростью 204 км/ч. (в штате Пенсильвания). Примерно в это же время инженеры задумались о создании тепловозов. Первый локомотив c двигателем внутреннего сгорания построил Готтлиб Даймлер (Gottlieb Daimler). Двигатель был двухцилиндровым. Первая демонстрация тепловоза состоялась 27 сентября 1887 года в Штутгарте на фольклорном фестивале.

У тепловоза первичным двигателем служит двигатель внутреннего сгорания, как правило, дизель. Тепловозы появились в начале XX века, как эффективная замена паровозам. Несмотря на создание в то же время электровозов, тепловозы не утратили своего значения до сих пор, поскольку выгодно отличаются своей автономностью. Первый тепловоз для работы на магистральных линиях начали создавать под руководством Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel) в 1909 году. В июле 1913 года компания General Electric (США) представила тепловоз, работавший на бензине, но спустя несколько лет отказалась от подобных локомотивов, разработав собственный дизель. Первые опытные тепловозы General Electric были выпущены в 1917-1918 годах. Однако уже с 20-х годов прошлого века тепловозы начинают использоваться на железных дорогах (сначала маневровые, а затем - пассажирские). Однако, несмотря на очевидные преимущества тепловозов и электровозов, паровозы очень долго служили человечеству повсеместно. Производство пассажирских паровозов в СССР, например, было прекращено в 1956 году. А из эксплуатации советские паровозы были выведены лишь в 1974 году (на Забайкальской железной дороге). В некоторых странах третьего мира паровозы эксплуатируются до сих пор, а в развитых - используются для развлечения.

Железнодорожный транспорт представляет собой сложное многоотраслевое хозяйство, в состав которого входят:

железные дороги и многочисленные предприятия технического, коммерческого и социального назначения;
административно-хозяйственные, культурно-бытовые и медицинские учреждения;
научные и учебные институты, академии и университеты, техникумы, лицеи, школы и дошкольные учреждения.

Для осуществления перевозочного процесса железные дороги в своем распоряжении имеют технические средства, такие как:

подвижной состав;
железнодорожные сооружения и устройства.

К подвижному составу относятся:

вагоны, выполняющие основное назначение железнодорожного транспорта и занимающие одно из ключевых мест в работе железных дорог. Это нетяговый подвижной состав, состоящий из многочисленных типов и моделей грузовых и пассажирских вагонов различного назначения;
локомотивы, осуществляющие тягу поездов и маневровую работу. Локомотивы включают в себя такой тяговый подвижной состав, как электровозы, тепловозы, паровозы, газотурбовозы, мотовозы, автомотрисы, электропоезда и дизель-поезда.

К железнодорожным сооружениям и устройствам относятся:

железнодорожный путь с необходимым путевым развитием на раздельных пунктах для приема, скрещения, обгона, расформирования, формирования, отправления поездов и выполнения других операций;
сооружения для посадки, высадки и обслуживания пассажиров;
устройства для хранения, погрузки и выгрузки грузов;
устройства автоматики, телемеханики, связи и вычислительной техники для обеспечения безопасности движения поездов и ускорения производственных процессов;
сооружения для экипировки, ремонта вагонов и локомотивов и другой транспортной техники;
устройства электроснабжения, включая тяговые подстанции и контактную сеть на электрифицированных линиях;
устройства водоснабжения;
устройства материально-технического снабжения и др.

Специфика работы железных дорог заключается в размещении их по всей территории страны, а также в необходимости выполнения графика движения поездов при любых условиях и четком взаимодействии всех звеньев железнодорожного транспорта. Вышесказанное убеждает в необходимости создания особой структуры управления, которой придаются следующие принципы управления железнодорожным транспортом:

сочетание единого централизованного руководства с предоставлением больших прав и самостоятельности линейным подразделениям;
соблюдение единоначалия;
организация управления по производственно-территориальному принципу, обеспечивающему оперативность и конкретность руководства, возможность осуществления единой технологической политики на всей сети железных дорог страны.

В составе ОАО РЖД находятся Департаменты вагонного и локомотивного хозяйства, Департамент дальних пассажирских перевозок и др. (всего 30). В составе железных дорог — филиалы ОАО РЖД, где работают службы вагонного и локомотивного хозяйств, службы по обслуживанию пассажирских перевозок и др. В составе отделений дорог — вагонные и локомотивные отделы, отделы по обслуживанию пассажиров и др., а в их составе вагонные депо: грузовые, пассажирские и рефрижераторные.

Особенность эксплуатации вагонного парка заключается в его взаимодействии со всеми техническими средствами железных дорог, а также устройствами сельскохозяйственных и промышленных предприятий. Эффективность железных дорог во многом зависит от технического уровня и состояния эксплуатационного парка вагонов и взаимодействующих с ними технических средств. Поэтому при подготовке инженера-вагонника необходимо изучение особенностей конструкций и взаимодействующих с вагонами технических средств и устройств.

- третий — период между Первой и Второй мировыми войнами, когда железные дороги являлись основным видом сухопутного транспорта.

- четвертый — период 1950- 1980 гг., в который железные дороги стали испытывать мощную конкуренцию со стороны других видов транспорта;

- пятый— современный период подъема железнодорожного транспорта.

Первый этап (1825-1860 гг.)

В этот период вслед за Англией к строительству железных дорог приступили другие страны. Итак, первая железная дорога в Англии была построена в 1825 г., в США — в 1830 г., во Франции — в 1833 г., в Германии и Бельгии — в 1835 г., в России — в 1837 г. (железная дорога Петербург— Царское Село). Позже железные дороги появились и в других странах Европы.

В России первые серийные грузовые вагоны появились в 1846 г., причем они были четырехосными. Однако из-за того, что раму и кузов такого вагона выполняли деревянными, снижалась его грузоподъемность; поэтому перешли на бестележечные двухосные вагоны, подобные западноевропейским.

Для перевозки пассажиров использовали обычные экипажи и кареты, которые ставили на железнодорожные платформы или прямо на рельсы. Создаваемые пассажирские вагоны напоминали кареты или почтовые дилижансы либо представляли собой просто платформы со скамейками и даже без крыши.

Примитивными были первые тормозные устройства — например, рычаг, прижимаемый тормозильщиком вручную к ободу колеса.

На первом этапе развития железных дорог была создана винтовая сцепка, которую в течение длительного времени применяли, да и сейчас применяют, на железных дорогах всего мира.

Постепенно сформировалась конструкция пути. Сначала применяли двухголовые рельсы с тем, чтобы после износа одной головки рельс можно было бы перевернуть и использовать его другую сторону. Такие рельсы, кстати, были уложены на Царскосельской дороге в России. Но эта идея не оправдала себя. Применялись также рельсы грибовидные, рыбобрюхие и других типов. Наиболее надежными оказались широкоподошвенные рельсы. Вначале их масса составляла 20-30 кг на погонный метр; изготавливали рельсы из чугуна, а затем стали делать стальными.

В качестве шпал на линии Ливерпуль — Манчестер пытались использовать каменные опоры, однако такая конструкция оказалась дорогой и неудобной в эксплуатации.

Широкоподошвенные рельсы и деревянные шпалы быстро стали типовой конструкцией пути.

Для железных дорог необходимы были и искусственные сооружения: мосты, виадуки, тоннели. Потребовались и средства управления движением поездов. С этой целью сначала рядом с путями устанавливали посты, где дежурили сторожа, подавая сигналы поездам: днем — флажками, ночью —фонарем. Но уже в 1834 г. на линии Ливерпуль — Манчестер были введены стационарные сигналы —поворачивающиеся на столбах диски.

Возникла и проблема сортировочных станций. Маневры делали осаживанием. Железные дороги быстро набирали силу, однако отношение к ним в самом начале не было однозначным.

Второй этап (1860 г. — Первая мировая война)

Второй этап — это период бурного развития железных дорог. В среднем в год строилось около 20 тыс. км новых линий. Паутина железных дорог покрыла все континенты. Важной вехой стал 1910г., когда протяженность железных дорог в мире превысила 1 млн. км.

Но на смену паровой уже шла тепловозная и электрическая тяга.

Днем рождения электрической тяги принято считать 31 мая 1879г., когда на промышленной выставке в Берлине была продемонстрирована первая электрическая железная дорога длиной 300 м, построенная Вернером Сименсом.

Первоначально электрическая тяга применялась на городских трамвайных линиях и на промышленных предприятиях, особенно на рудниках и в угольных шахтах. Но очень скоро оказалось, что она выгодна на перевальных и тоннельных участках железных дорог, а также в пригородном движении и в городских транспортных системах.

В России еще в 1913 г. начали электрификацию линии Петербург — Ораниенбаум, но Первая мировая война помешала ее завершить.

Совершенствовались и вагоны. В 1867 г. на заводах Пульмана (США) были построены пассажирские вагоны, в которых имелись мягкие сиденья. В 1873 г. такие вагоны появились в Европе. Начали строить вагоны-столовые, вагоны-рестораны, салон-вагоны.

Быстро совершенствовались все технические средства Железных дорог, отметим лишь некоторые из них:

- 1869г. — Джордж Вестингауз изобрел пневматический тормоз;

- 1890— 1900 гг. — железные дороги США перешли на автосцепку.

Совершенствовалось и путевое хозяйство — в частности, стальные рельсы полностью вытеснили чугунные. Вес 1пог. м рельса достиг 40-50 кг.

Таким образом, к концу второго этапа в основном сложилась сеть железных дорог. Железнодорожный транспорт стал основным видом сухопутного транспорта.

Но началась Первая мировая война, и сразу проявилось большое военное значение железных дорог. Впрочем, в США это выяснилось значительно раньше — в период Гражданской войны между Севером и Югом. В России железные дороги интенсивно использовали в период русско-турецкой и русско-японской войн.

Сейчас применяются ракетные установки на железнодорожном ходу; они имеются как в США, так и в России. Недавно наличие таких поездов перестало быть секретом.

Третий этап (между Первой и Второй мировыми войнами)

В 30-е годы XX в. происходило существенное развитие железных дорог СССР: строились новые линии, создавались новые локомотивы, в том числе электровозы и тепловозы, усиливалось путевое хозяйство, быстро рос объем грузооборота.

В период между двумя мировыми войнами во многих странах начался перевод железных дорог на тепловозную тягу, а также их электрификация; грузоподъемность четырехосных вагонов была доведена до 60 т, нагрузка на ось —до 20 т.

Важное изменение произошло в тормозном хозяйстве — разделение тормозов на грузовые и пассажирские. Все более широкое применение получала автосцепка, хотя на железных дорогах Европы, кроме СССР, из-за разногласий между странами она так и не была внедрена.

Большое распространение получали средства автоматики, телемеханики и связи. Автоблокировка, диспетчерская централизация, радиосвязь широко внедрялись в этот период на железных дорогах.

Однако в эти годы быстро развивались и три мощных конкурента железных дорог:

- авиация — для дальних пассажирских перевозок;

- автомобили — для перевозок на короткие расстояния и доставки ценных грузов;

- трубопроводы — для наливных грузов.

Вторая мировая война в большинстве развитых стран несколько отодвинула момент сдачи железными дорогами своих позиций. Это произошло после войны.

Четвертый этап (1945 -1980 гг.)

Для этапа, который начался в 1945 г., характерен отток от железных дорог как пассажиров, так и грузов.

В Париже закрылось несколько вокзалов. Закрывались железные дороги в США.Постепенно исчезли знаменитые трансъевропейские и трансамериканские поезда. Междугородные пассажиры отдавали предпочтение авиации. Парк пассажирских вагонов за 1970-е годы на железных дорогах США сократился в 3 раза. Произошел и отток грузов.

Практически всю нефть и продукты ее переработки в США и европейских странах перекачивают по трубопроводам.

Кроме того, начали формировать многогруппные поезда для сокращения маневровой работы на грузовых и промежуточных станциях. Для этого необходимо было сооружать вспомогательные парки на сортировочных станциях, резко увеличилось общее число сортировочных путей.

Конечно же, большое внимание уделялось совершенствованию тяги. К 1956г. железные дороги США практически полностью перешли на тепловозную тягу.

В Европе в основном получила применение электрическая тяга. Больших успехов в электрификации железных дорог достиг СССР, п котором протяженность электрифицированных путей была наибольшей в мире. Это относится и к Российским железным дорогам.

Однако были сделаны попытки возрождения паровой тяги.

Крупным достижением железных дорог в этот период явилось массовое внедрение контейнерных перевозок. Число контейнеров сегодня превышает 6 млн. ед., т.е. их стало больше, чем вагонов.

Постоянно повышалась грузоподъемность вагонов, наибольшей она была в США, где средняя грузоподъемность одного вагона приближается к 80 т; для сравнения: на дорогах СНГ она составляет примерно 65 т. Для снижения массы тары вагонов реализуют специальные конструктивные решения, а также используют новые, более легкие материалы. Все большее применение находят алюминиевые сплавы. Можно назвать и другие направления принципиального совершенствования технических средств железнодорожного транспорт - это внедрение вычислительной техники, систем механизации, автоматизация технологических процессов и многое другое. Все это позволило железным дорогам к 80-м годам XX века значительно повысить качество перевозок и стабилизировать ситуацию: падение объема грузовых перевозок было остановлено, начался его постепенный рост.

Современный период развития железных дорог (пятый этап)

Серьезным вызовом такому конкуренту в пассажирских перевозках как авиация, явились высокоскоростные поезда. Кто бы мог подумать, что поезда обгонят самолеты? А ведь обогнали!

Высокоскоростные железнодорожные магистрали (ВСМ) действуют в мире с 1964г., т.е. 40 лет. Первая такая дорога была построена в Японии (Токио — Осака). К настоящему времени в Японии протяженность высокоскоростных линий превышает 2000 км; В 1981 г. начала действовать первая высокоскоростная линия в Европе — это магистраль Париж — Лион (Франция) протяженностью 417 км.

В Германии первая линия ВСМ появилась в 1991 г., сегодня здесь протяженность таких линий составляет 800 км.

Евротоннель — это грандиозное сооружение. Вот только несколько цифр: общая длина двух основных и вспомогательных тоннелей составляет 160 км, площадь двух терминалов — на французском и британском берегах — равна 800 га. Специально для тоннеля созданы вагоны пяти типов, в эксплуатации находится более 600 вагонов, и число их будет увеличиваться.

Общая протяженность существующих в настоящее время в мире ВСМ равна примерно 6000 км, а длина сети, по которой осуществляется движение поездов ВСМ, составляет 15 000 км. За время существования высокоскоростных магистралей по ним было перевезено около 10 млрд. пассажиров при высоком уровне безопасности.

Читайте также: