Скоростные поезда

Ромэн Яров

СКОРОСТНЫЕ ПОЕЗДА

Взгляд в прошлое

История борьбы за высокие скорости на железнодорожном транспорте существует ровно столько, сколько сам этот транспорт. Ничего удивительного в том нет. Всякий истинный творец — не важно, конструктор он или писатель — стремится, чтоб его произведение не копировало то, что уже имеется, отличалось бы в лучшую сторону. А что может лучше характеризовать паровоз, как не скорость, которую он развивает! Вот поэтому-то, едва успев появиться, паровоз начал ходить все быстрее и быстрее. Девятый из построенных Стефенсоном паровозов («Планета») развил однажды скорость 50 км/ч. А дело происходило в 1830 г.

Несколько лет спустя инженер А. Брюнель построил в Англии дорогу с шириной колеи, равной 2133 мм. Он рассчитывал, что более мощные паровозы, созданные для этой дороги, будут мчаться с небывалыми скоростями. Так оно и вышло. Огромный с ведущими колесами диаметром 3048 мм, с паровой машиной, расположенной на отдельной тележке, паровоз «Ураган» (рис. 1) в 1839 г. развил на участке в 45 км среднюю скорость 160 км/ч, правда без поезда. Вероятно, машинист «Урагана» чувствовал себя так, как нынешние космонавты.

Рис. 1. Паровоз «Ураган». В 1839 г. он развил скорость в 160 км/ч.

Другой паровоз «Большой запад», построенный в 1846 г. для этой же сверхширокой колеи, водил курьерские поезда весом 100 т, развивая скорость 120 км/ч.

Борьба приверженцев узкой «стефенсоновской» (1435 мм) и широкой колеи продолжалась около 15 лет. Она не была курьезом из истории техники. Инженеры того и другого направления, пытаясь доказать свою правоту, создавали все лучшие и лучшие конструкции. В конце концов удалось установить, что и на узкой колее паровозы, меньшие по размерам, чем на широкой, могут быть достаточно мощными и быстроходными.

Так как движение по рельсам на больших скоростях вызывает к жизни целый ряд физических явлений, при малых скоростях отсутствующих, уже в 30-е годы прошлого века, начались экспериментальные работы. Ученые исследовала сопротивление воздуха движению поездов, силу сцепления колес с рельсами, осевые нагрузки, устойчивость паровозов. Результаты исследований отражались в конструкциях. Для уменьшения размеров деталей возвратно-поступательно движущиеся части паровоза уравновешивались противовесами. Диаметр колес скоростных паровозов достигал 3000 мм. Строили многоцилиндровые машины.

Высоких скоростей на железных дорогах удалось добиться довольно быстро. Но пробеги паровозов со скоростью 160–180 км/ч являлись, по существу, спортивным рекордом. Нынешние гоночные автомобили могут мчаться со скоростью до нескольких сот километров в час. Однако обслуживают промышленность скромные рабочие машины. Паровозы, ставившие больше ста лет назад удивительные рекорды, тянули всего один вагон, а то и вовсе ничего не тянули. Сила тяги конструкторов не интересовала, их привлекала лишь скорость. Однако высокая скорость требует очень высокого уровня всего железнодорожного хозяйства, достигнуть которого в то время было невозможно. Но зато конструкторы, стремясь к рекордам, сумели очень значительно усовершенствовать паровоз. А потом скорости его движения повышались постепенно, без резких скачков до тех пор, пока в 30-е годы нашего столетия автомобильный и авиационный транспорт не начал конкурировать с железнодорожным.

В 1931 г. немецкий ученый профессор Визингер, издал в Женеве книжку, которая называлась так: «Проблема экономического высокоскоростного транспорта со скоростью свыше 200 км в час при исключении опасности схода с рельсов». Вот что он писал: «Так как недовольство железными дорогами имеет уже 50-летнюю давность, то реформа транспорта должна, наконец, наступить». «Недовольные» предлагали самые разнообразные проекты. Многие из них кажутся ныне прямо-таки чудаческими, вдумываясь в другие, удивляешься проницательности ученых и инженеров. Ключ к высоким скоростям многие инженеры искали в монорельсе — это подтвердилось. Предлагалось также соорудить громадную трубу, выкачать из нее воздух и пустить внутри вагоны. Их должны были притягивать к себе мощные магниты, установленные вдоль всего пути. Идея эта в каком-то варианте ныне возрождается (см. главу «Несколько необычных проектов»). А вот другое предложение: поскольку земля круглая, прорыть тоннель-хорду между Москвой и Ленинградом и пускать там поезда. Первую половину пути они будут двигаться за счет земного притяжения, вторую — по инерции.

Были проекты поезда на шарах вместо колес, поезда-самолета, поезда с пропеллером. Все это заслуживает особого разговора. Для нас же интересны те проекты, которые связаны с обычным двухрельсовым путем. Многолетняя работа инженеров и ученых в этой области привела их к выводу, что конструктивного изменения пути не требуется, а нужно лишь усилить его верхнее строение и увеличить радиусы кривых. Будучи избавленными от необходимости разрабатывать конструкцию пути, инженеры обратили свое внимание на подвижной состав. В предвоенные годы появилось несколько удачных вариантов, использовавшихся в эксплуатации.

В 1931 г. вагон-дирижабль (он был снабжен воздушным винтом) показал на участке Гамбург — Шпандау скорость 206 км/ч. Этот вагон (он назывался «Летучий Гамбуржец») совершал регулярные рейсы Гамбург — Берлин со средней скоростью 160–180 км/ч.

Американский трехвагонный дизель-поезд (мощность двигателя 600 л. с.) был рассчитан на максимальную скорость 180 км/ч. Имелись скоростные поезда и в других странах. Вторая мировая война, естественно, прервала все работы.

В нашей стране история скоростного движения также насчитывает не один десяток лет. Правда, специальным приказом при вводе в эксплуатацию первой русской железной дороги Петербург — Москва предельная скорость пассажирских поездов была установлена равной 37,5 км/ч. Но нелепое это ограничение, конечно, не могло продержаться долго. Рос грузооборот, росли пассажирские перевозки — русские инженеры начали создавать локомотивы, способные развивать очень высокую скорость. Сормовский завод в 10-х годах вашего столетия выпускал паровозы серии С — очень удачные конструктивно. Один такой локомотив с составом в девять четырехосных вагонов прошел 6 октября 1913 г. расстояние от Петербурга до Москвы за 7 ч 59 мин. Максимальная скорость в этой поездке равнялась 125 км/ч.

Несколькими годами позже Путиловский завод в Петрограде построил паровоз серии Л — самый мощный дореволюционный пассажирский паровоз. Он мог развивать скорость до 120 км/ч и использовался как курьерский. Конструктивная скорость выпускавшегося до Великой Отечественной войны паровоза другой серии С равнялась 115 км/ч.

В предвоенные годы наши конструкторы много и упорно работали над созданием локомотивов специально для скоростного движения.

К 7 ноября 1937 г., XX — годовщине Великой Октябрьской социалистической революции, Коломенский машиностроительный завод создал первый паровоз типа 2-3-2 с конструктивной скоростью 130 км/ч. К маю 1938 г. была выпущена вторая такая машина.

29 июня 1938 г. паровоз типа 2-3-2 с поездом в 14 осей развил скорость 170 км/ч. Предполагалось построить для Октябрьской железной дороги десять таких паровозов. Война помешала этому намерению. Быстроходные паровозы типа 2-3-2 строил и Луганский паровозостроительный завод имени Октябрьской революции. В 1938 г. этот завод выпустил паровоз, который обтекаемостью формы напоминает нынешние скоростные локомотивы (рис. 2).

Рис. 2. Скоростной пассажирский паровоз 2-3-2 в предвоенные годы развивал скорость 180 км/ч.

Он развивал при испытаниях скорость 180 км/ч. На обоих заводах инженеры и рабочие накопили большой опыт в создании скоростных локомотивов.

Высокие скорости? Зачем?

После второй мировой войны скорость движения поездов постепенно возрастала. Но только в последние десятилетия проблема повышения скорости стала для железнодорожного транспорта ведущей — и в СССР и в капиталистических странах, правда, по разным причинам. Грузонапряженность наших железных дорог не имеет себе равных в мире — повышение скоростей должно резко увеличить их пропускную способность.

Пионером в повышении скоростей была Октябрьская железная дорога. События развивались поэтапно. В 1955–1957 гг. скорость на отдельных участках поднялась до 100 км/ч, а путь из Москвы до Ленинграда занимал 9 ч 30 мин. Тяга была паровозная. В последующие годы (1958–1959) паровозы были заменены тепловозами ТЭ7, которые выпускал Харьковский завод транспортного машиностроения имени В. А. Малышева. Конструктивная скорость их равнялась 140 км/ч. Ходовые скорости увеличились до 120 км/ч, а «Красная стрела» стала преодолевать путь от Москвы до Ленинграда за 7 ч 55 мин. В 1960 г. «Дневной экспресс» прошел расстояние от Москвы до Ленинграда за 6 ч 20 мин. Некоторое время на линии Москва — Ленинград работали тепловозы ТЭП60 с конструктивной скоростью 160 км/ч.

В 1963 г. тепловозы ушли с этой линии. На смену им пришли электровозы ЧС2, построенные в Чехословакии специально для движения с высокими скоростями. Эти локомотивы с поездами развивали скорость до 160 км/ч, а время в пути от Москвы до Ленинграда уменьшилось до 5 ч. 22 мин. Но это еще не было пределом возможностей ЧС2. В марте 1966 г. поезд с локомотивом ЧС2 м развил в опытной поездке скорость 205 км/ч. Вот отрывок из репортажа «Аврора набирает скорость», опубликованного в «Известиях» 14 июня 1967 г.

«…Мы тронулись в путь в 6 часов 45 минут утра, а через 4 часа 59 минут, сменив в Бологом электровозную бригаду, поезд подкатил к перрону Московского вокзала.

„Аврора“ — экспресс, который должен в скором будущем связать Москву и Ленинград скоростной и комфортабельной нитью… „Аврору“ можно узнать по звуку. В тамбурах слышится не перестук колес, а резкий свистящий шелест, очень похожий на звук реактивного двигателя. Аналогия с авиацией напрашивается и тогда, когда сидишь в вагоне в удобном самолетном кресле: бесконечная лента путевого пейзажа разматывается настолько быстро, что кажется, будто колеса „Авроры“ скользят не по рельсам, а по бесконечной взлетной полосе. С набором скорости состав, как мне показалось, движется еще плавней…».

С лета 1968 г. поезд «Аврора» совершает регулярные рейсы между Ленинградом и Москвой. Подвижной состав его, однако, не создан специально для сверхскоростного движения. Тот же электровоз и те же вагоны, что применяются и для обычных рейсов — правда, с некоторыми улучшениями — дисковыми тормозами, противоюзными устройствами и т. д. А специальный поезд для сверхскоростного движения создается сейчас на Рижском вагоностроительном заводе. Он будет называться ЭР-200. Индекс этот расшифровывается так: электропоезд рижский, рассчитанный на скорость 200 км/ч. Это будет моторвагонный состав. Кстати, моторвагоны для междугородных сообщений пока еще в нашей стране не применялись. Они выгоднее, чем состав с одним или даже двумя локомотивами. Чтобы развить необходимую для скоростного движения мощность, локомотивы должны быть очень тяжелы. Получается большая осевая нагрузка. А если вес двигателей распределяется по всем или многим осям поезда, нагрузка на рельсы будет значительно меньше.

Рижский поезд должен состоять из 14 вагонов — двух головных с кабинами машинистов и 12 моторных. Длина вагона будет равняться 26 м (вместо 19 и 24,5 м сегодня). 68 пассажиров такого вагона, коротая время в беседе или любуясь пейзажами, не заметят, как пролетят 4 ч после старта в Москве и поезд остановится у перрона в Ленинграде.

Над созданием скоростного поезда работает Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта, Всесоюзный научно-исследовательский институт вагоностроения и многие другие организации.

Вполне понятно, что прежде чем пускать скоростные поезда на линию, нужны широкие технические эксперименты, С этой целью под Майкопом построен специальный скоростной полигон.

В капиталистических странах обстоятельства, заставляющие повышать скорость железнодорожных поездов, несколько иные.

Айзек Азимов, знаменитый американский писатель-фантаст, много работающий и в области научно-популярного жанра, высказывает в своей статье «Жизнь в перенаселенном мире» такие предположения по поводу тенденций развития науки и техники. Азимов пишет о том, как, по его мнению, человечество будет жить в 1990 т. Одна из маленьких главок статьи называется «Конец железных дорог»… «Железные дороги выйдут из употребления, и сообщение между городами будет осуществляться посредством грузовиков и автобусов, которые достигнут небывалых размеров и бесконечного разнообразия форм».

Пессимизм в отношении будущего железных дорог имеет под собой почву. В США средняя дальность воздушного перелета пассажира составляет 1047 км, поездки на автобусе — 137 км, по железной дороге — 157 км. Под мощным натиском авиации и автомобилей роль железных дорог как пассажирского транспортного средства уменьшается. Да и грузы все больше и больше принимают на свои «широкие плечи» автотягачи. Железные дороги одно время стали считать как бы устаревшим средством транспорта. За двадцать лет после окончания второй мировой войны в развитие и усовершенствование железнодорожной техники США государством было вложено 16 млрд, долларов, а в строительство автомобильных дорог, портов, аэродромов, каналов — 100 млрд. долларов. Некоторые железные дороги в США и других капиталистических странах начали закрываться, будущего для этого вида транспорта вроде бы не предвиделось. Но тут выявилось одно поразительное обстоятельство, которое вряд ли кто мог предугадать. Массовое развитие автомобильного транспорта оказалось одной из причин, по которой потребовалось развивать транспорт железнодорожный — но уже на более высоком техническом уровне. Это прежде всего означает более высокие скорости передвижения. Еще одна цитата из статьи Азимова звучит так: «…Северо-восточное побережье США будет представлять собой один сплошной, вытянутый в длину город, насчитывающий примерно 40 миллионов душ».

Поселение такого типа получило в литературе название «Мегалополис». Не нужно ждать 1990 г., чтобы увидеть, как оно выглядит. Между Бостоном и Вашингтоном на территории, занимающей всего 1,4 % площади США, живет 37 % населения страны. Этот район, или другой район такого же рода — Осака — Токио в Японии, как раз и представляют собой сплошь заселенные участки протяженностью в несколько сот километров. Но ведь по ним надо передвигаться. А как? В автомобилях? Массовое применение их производит к заторам на улицах, отравлению воздуха выхлопными газами, катастрофам. Все это стало национальным бедствием для США. А самое главное, частные автомобили не в состоянии обеспечить массовых перевозок. Только одна железная дорога может «справиться» с таким количеством пассажиров, для перевозки которого на автомобилях нужно 23–25 шоссейных дорог. И этот очень веский аргумент в пользу железных дорог сыграл свою роль.

4 января 1965 г. в послании конгрессу президент Джонсон говорил о конкуренции между различными видами транспорта и потребовал денег для исследовательских работ по развитию сверхскоростных железных дорог. Первой линией такого рода должна была стать магистраль Бостон — Вашингтон протяженностью 735 км, получившая название «коридор Север — Восток».

Почему речь может идти только о высоких скоростях? Да очень просто. Ведь именно скорость — это, фигурально выражаясь, та перчатка, которую авиация бросила железным дорогам. Конечно, догнать реактивные самолеты по скорости никакие поезда не смогут. Но сделать путешествие на не слишком большое расстояние быстрым, приятным, неутомительным — вполне смогут. Созданное при министерстве транспорта специальное управление сверхскоростного движения заключило с Массачусетским политехническим институтом контракт на исследовательские работы по сверхскоростному транспорту.

Эскизный проект подвижного состава, предложенный фирмой «Бадд», предусматривал максимальную скорость движения поездов 200 км/ч и среднюю — 145 км/ч. Время в пути вместо нынешних 8,5 ч должно было бы составить 5 ч. Этого показалось мало, проектную скорость увеличили до 320 км/ч, а время в пути уменьшилось до 4 ч (с четырьмя остановками). С осени 1967 г. между Бостоном и Нью-Йорком совершают регулярные рейсы поезда о газотурбинным локомотивом. Их скорость 256 км/ч. Вскоре такие же поезда будут ходить между Нью-Йорком и Вашингтоном. Газотурбинные поезда предполагается ввести в Канаде на линии Монреаль — Торонто. Расстояние 539 км они будут проходить за 4 ч.

Пожалуй, наиболее типичным примером современной скоростной магистрали является линия Осака — Токио. Она соединяет два крупных города Японии. Здесь, в этом районе, находится около трех четвертей промышленных предприятий страны и живет почти половина ее населения — 40 млн. человек. Еще в 90-х годах прошлого века эти города были соединены двухпутной линией с шириной колеи 1067 мм. Она составляла (в начале 60-х годов нашего века) всего 3 % (556,4 км) от общей длины железных дорог Японии. Но зато четверть грузовых перевозок страны приходилась на долю Токайдо (так называлась эта линия). 150 пар грузовых и пассажирских поездов каждый день — и все равно места в вагонах брались с бою. Сначала решено было построить автостраду Осака — Токио, но потом увидели, что только этим обойтись нельзя.

В 1959 г. началось сооружение новой скоростной двухпутной электрифицированной магистрали по тому же маршруту. Она несколько короче старой — ее длина 515,3 км и имеет стандартную колею. Новая дорога была открыта 1 октября 1964 г. — как раз к Олимпиаде в Токио. Двенадцативагонные супер-экспрессы преодолевают расстояние 515 км за 3 ч; обычные экспрессы на той же линии — за 4 ч. 80 рейсов в сутки — этого вполне достаточно для того, чтобы совершенно разгрузить от пассажиров старую линию. Теперь по ней ходят только грузовые и пригородные поезда.

Железная дорога приняла вызов авиации — с тех пор, как линия Новая Токайдо введена в действие, авиалиния Осака — Токио сразу же потеряла больше чем 20 % пассажиров. 13 июля 1967 г. на линии Новая Токайдо зарегистрирован стомиллионный пассажир. Уже разработан проект строительства сверхскоростных магистралей, связывающих Токио с другими городами Японии. Их общая протяженность 4000 км, а поезда будут ходить со скоростью 250 км/ч. Открыть движение на этих линиях намечено к 1985 г.

Рис. 3. Так выглядит скоростная дорога «Новая Токайдо».

Стараются не отстать и французы. С лета 1967 г. между Парижем и Тулузой курсирует поезд, максимальная скорость которого достигает 200 км/ч. За месяц скоростной поезд перевозит на 35 % больше пассажиров, чем старый, курсировавший по той же линии. В ближайшем времени точно такой же поезд должен выйти на линию Париж — Лион. По скоростным грузовым перевозкам Франция стоит на одном из ведущих мест в мире. Еще в 1962 г. поезд, перевозящий фрукты и овощи в Париж, мчал свой нежный товар со скоростью 120 км/ч. С лета 1967 г. между Парижем и Марселем открыто скоростное движение грузовых поездов. Расстояние в 864 км экспресс проходит со скоростью 100 км/ч.

Насколько велики успехи Франции в области сверхскоростного движения, говорит тот факт, что именно в этой стране построены наиболее известные скоростные электровозы серии ВВ9200, СС40100, ВВ9400. Пятивагонный поезд с электровозом серии СС40100 развил на испытаниях скорость 220 км/ч, а с электровозом ВВ9291 — 250 км/ч. Франции принадлежит и рекорд скорости. В 1955 г. французские электровозы показали скорость 331 км/ч.

Есть скоростные линии и в ФРГ. Поезд Мюнхен — Аугсбург во время международной выставки в 1966 г. развивал скорость 200 км/ч. Электровоз ЕОЗ для этого поезда тоже очень известен.

Существует любопытный проект создания скоростной сверхмагистрали Мюнхен — Гамбург. Грузовые поезда, движущиеся по ней, должны перевозить грузовые автомобили, чтобы уменьшить их поток на дорогах. Скорость поездов будет составлять 200 км/ч. Для грузовых перевозок это неслыханно. Вот в таких условиях железная дорога реализует свои преимущества над конкурентами. Поезда превосходят автотранспорт по скорости движения, авиацию — по рентабельности (в ближнем сообщении); а обоих — по надежности, безопасности, независимости от погоды.

В Англии скоростное движение по электрифицированной линии Лондон — Бирмингем — Ливерпуль — Манчестер позволило увеличить объем пассажирских перевозок на 66 %.

В Италии проводятся опытные поездки со скоростью до 200–225 км/ч. На линии Милан — Болонья отдельные перегоны поезд проходит со скоростью до 200 км/ч.

Скорость — это не только скорость

По современной терминологии обычным для пассажирских поездов считается движение при скорости до 100 км/ч, скоростным — от 101 до 140, сверхскоростным — от 141 км/ч и выше (для грузовых соответственно до 80 км/ч, от 81 до 100 и от 101 до 120 км/ч).

И высокие, и сверхвысокие скорости могли развивать паровозы, которые строились очень давно. И если бы дело было только в том, с какой быстротой может двигаться локомотив, задача сверхскоростного движения давно бы была решена. Но она значительно глубже и сложнее, и является не столько технической, сколько экономической. Поезд движется по искусственному сооружению — железной дороге. В этом его достоинство — движение не зависит от погоды, как например в авиации. Но в этом же и недостаток. Естественная среда дает возможность самолету перемещаться в огромном диапазоне скоростей. Искусственный путь очень цепко держит поезд в определенных рамках. В чем это выражается?

Тепловозу ТЭ7 с пассажирским поездом весом 800 т потребуется всего 6 мин и участок длиной 13 км, чтобы увеличить скорость от 100 до 140 км/ч. Но на этом перегоне могут встретиться стрелки или кривая небольшого радиуса — и тогда прощай набранная скорость. А это значит, что на старых дорогах, рассчитанных совсем на другие условия движения, удается повышать скорость лишь на перегонах, а на станциях, где много стрелочных переводов, и на кривых скорость придется снижать.

Играют роль и соображения безопасности. Еще в начале нашего века немец Август Шерль, изучавший скоростное движение, писал: «Прохожий не успеет дочитать до конца вывешенное объявление, предупреждающее об опасности, как, сильная струя воздуха от быстро несущегося поезда снесет или отбросит его в сторону». Вот поэтому считается, что по обычным линиям, где ходят и грузовые, и пассажирские поезда, повышать скорость последних можно лишь до 160 км/ч. А движение с еще более высокими скоростями — 200–250 км/ч — можно осуществлять на специально построенных (или выделенных из существующих) дорогах.

Условие это весьма суровое, особенно для нашей страны, где скоростные поезда идут по тем же дорогам, что и грузовые, причем последние весьма интенсивно. Японцы на такое условие пошли: очевидно, для их страны это оправдано, хотя расходы при этом были колоссальны. Капиталовложения в строительство линии Новая Токайдо составили около 955 млн. рублей. Для того, чтобы все пересечения с другими видами транспорта были на разных уровнях, пришлось построить насыпь высотой около 6-7 м, соорудить около 3 тыс. мостов и путепроводов общей длиной 74,8 км, 114 км железобетонных эстакад, 66 тоннелей общим протяжением 67 км.

Такова цена, которую приходится платить за сверхвысокие скорости. Оправдана ли она? Результаты эксплуатации линии Осака — Токио за первые годы говорят о том, что расходы, возможно, удастся окупить в 20 лет. Это большой срок. И нужно ли идти именно по такому пути — строить специальные дороги? Технически эта проблема ясна — о том, когда нужно строить специальные дороги, а когда можно обойтись существующими, говорится в главе и «И путь надо готовить». Остается проблема экономическая. Для разных стран, для разных условий ответ на вопрос «строить или не строить?» может быть различен. Пока перейдем к вопросу о том, каким должен быть подвижной состав для движения с высокими и сверхвысокими скоростями.

Локомотивы и моторвагонные поезда

Высокоскоростное движение предъявляет к конструкции локомотивов весьма серьезные требования. Прежде всего это должны быть очень мощные машины. Для того, чтобы преодолеть одно лишь сопротивление движению при скорости в 225 км/ч, нужна мощность примерно в 3 раза, а при 300 км/ч в 7 раз большая, чем при скорости 160 км/ч. Современные скоростные электровозы и тепловозы являются весьма могучими машинами. Французский электровоз СС40100, который может развивать до 240 км/ч, имеет длительную мощность 3670 квт (5020 л. с.); шесть тяговых двигателей западногерманского электровоза ЕОЗ имеют при 200 км/ч общую часовую мощность 6420 квт, советский двухсекционный тепловоз 2ТЗП60, предназначенный для вождения пассажирских поездов со скоростью 160 км/ч, имеет общую мощность дизелей 6000 л. с. Часовая мощность электровоза ЧС2, который водит пассажирские поезда на отечественных дорогах, составляет 4200 квт (5580 л. с.).

Такие высокие показатели нужны для развития не только больших скоростей, но и больших ускорений. Новая Токайдо, пожалуй, пока что единственный пример дороги, специально построенной для скоростного движения и уже эксплуатирующейся, на остальных скоростное движение приходится сочетать с обычным. Поэтому способность создать большое ускорение тоже очень важна. Электровоз ЕОЗ в течение 10 мин может развить мощность, превышающую 9000 квт, а в течение пятиминутного разгона — даже 12500 квт. С составом в 300 т этот электровоз за 3 мин развивает скорость от нуля до 200 км/ч.

Благодаря чему достигается столь высокая мощность? Различных достижений в области конструирования двигателей много. Одно из наиболее интересных — новый электроизоляционный материал эмаль. Применение эмалированного провода во французских тепловозах при тех же параметрах изоляции снижает ее толщину в 2 раза. Эмаль МЛ выдерживает температуру до 280°, обладает большой упругостью и механической прочностью. Применение ее позволило поднять мощность двигателей электровозов серии СС40100 на 20 %. Специалисты считают, что так как эмаль МЛ позволяет резко уменьшить вес и габариты тяговых двигателей и генератора переменного тока, можно будет создать в недалеком будущем тепловозы мощностью 6000–8000 л. с. в одной секции.

Мощность дизельного двигателя повышается, когда увеличивается скорость вращения коленчатого вала. Быстроходные дизели (до 1500 об/мин для тепловозов) используются сейчас очень широко. Другой путь — применение турбонаддува. Выхлопные тазы вращают вал турбины, которая гонит в цилиндры двигателя избыточный воздух. Благодаря этому увеличивается количество топлива, сжигаемого в камере сгорания, и мощность повышается. Эти методы применялись и до скоростного движения и даже в других областях техники, где используется дизель, но именно здесь они оказались весьма нужными. Для повышения мощности широко используется такой сравнительно простой способ, как соединение нескольких секций, например в тепловозах 2ТЭП60, 2ТЭ40 и др.

Для скоростных локомотивов очень важен минимальный вес неподрессоренных частей, чтобы вертикальные и горизонтальные колебания были как можно меньшими. Этого удалось достичь опять-таки благодаря применению целого ряда конструктивных усовершенствований. Наиболее интересным из них является одномоторная тележка. Она широко используется во французских скоростных локомотивах, причем в целях унификации как для электровозов, так и для тепловозов. В старых конструкциях применялись двухосные тележки, и каждую ось приводил в движение свой двигатель. В скоростном электровозе СС40100 кузов опирается на две трехосные тележки. Каждая из них имеет только один электродвигатель, который через редуктор и зубчатые венцы приводит в действие все три оси. Преимуществ у такой конструкции очень много.

Один мотор весит значительно меньше двух той же мощности. К тому же облегчается рама. Следовательно, одномоторная тележка примерно на 20 % легче многомоторной (для электровоза СС40100 абсолютный выигрыш в весе составил около 11,4 т.).

Масса не рассредоточена, а сконцентрирована в середине тележки. Это снизило ее момент инерции, а в итоге уменьшились боковые колебания и воздействие на путь. Улучшились сцепные качества, потому что вероятность проскальзывания двух или трех связанных вместе осей меньше, чем у осей с индивидуальным приводом. Наконец, редуктор, которым оснащена тележка, позволяет быстро изменять передаточное отношение и таким образом приспосабливать локомотив и к грузовой и к пассажирской работе. Во Франции часты случаи, когда локомотив в одну сторону ведет грузовой, а в другую пассажирский состав.

В одномоторной тележке двигатель благодаря меньшему весу опирается только на раму, а не на оси, как было в старых конструкциях. Вес неподрессоренных частей — резко снижается, а это совершенно необходимое условие для движения со скоростями свыше 120 км/ч.

Очень большое значение имеет конструкция рессорного подвешивания и гасителей колебаний. При колебаниях возникают ускорения, они вызывают силы, вредно действующие на путь и на сам локомотив. Новым в конструкции рессорного подвешивания является то, что листовые рессоры заменяются в новейших локомотивах пружинными, которые обеспечивают подвижность тележек. Это уменьшает толчки при трогании с места, и нагрузка на путь остается в обычных пределах. Для поглощения вертикальных колебаний кузова между ним и тележкой ставят резино-металлические амортизаторы.

Еще один достаточно серьезный вопрос: как снимать с проводов ток? Исследования показали, что чем больше скорость, тем большее давление оказывает токоприемник на провод. Это происходит потому, что увеличиваются аэродинамические и инерционные силы. А иногда по тем же причинам происходит обратное явление: полоз отрывается от провода. Выход из такого положения — делать подвеску провода более гибкой, чтобы она чутко реагировала на все колебания токосъемника, а пантограф более эластичным, пружинящим (на линии Новая Токайдо между проводом и тросом расположены вибрационные гасители колебаний: воздушные цилиндры со спиральной пружиной внутри.

Конечно, создание мощных тепловозов — задача очень важная. Однако все чаще взоры конструкторов обращаются к другому виду транспорта — авиации. Газотурбинный двигатель, изменивший облик авиации, должен спуститься на землю, чтобы занять подобающее место в рельсовом транспорте.

Чем же плох дизель? Во-первых, громоздкостью. У него сложная система охлаждения, сложный механизм передачи. Поэтому количество мест в головном вагоне дизель-поезда составляет всего 55–60 % от количества мест в прицепном вагоне. И чем двигатель мощней, тем больше он «съедает» площади. А газовая турбина значительно меньше по размерам и весу. Турбопоезд, состоящий из такого же количества вагонов, что и дизель-поезд, вместит в 1,15-1,2 раза больше пассажиров.

Эксплуатационники знают, что обслуживание дизельного двигателя — задача очень непростая. На обычную профилактику уходит всего в 2 раза меньше времени, чем на полный его ремонт. Дело в том, что демонтировать дизель, выкатить тележку с ним, подняв предварительно вагон — работа небыстрая. А иначе при многих видах обслуживания нельзя.

Газотурбинный двигатель имеет в 15–20 раз меньше соединений с кузовом, чем поршневой, и снимать его при обслуживании не требуется, а если вдруг окажется нужным, можно сделать это за час или два. Меньше поездов на профилактике — значит больше на линии. Чтобы осуществить один и тот же объем перевозок, потребуется в 1,15-1,2 раза меньше турбопоездов, нежели дизельных.

Правда, газотурбинный двигатель пока потребляет больше топлива, но зато он может работать на низких сортах. Газотурбинный двигатель имеет иные тяговые характеристики, нежели дизель — поэтому с его применением ненужными становятся ни электрическая постоянного тока, ни гидравлическая передачи к ведущим колесам, а вполне можно обойтись обычной механической. В итоге при существующих типах локомотивных двигателей газовая турбина является наиболее подходящей для высоких скоростей. При скорости 150–200 км/ч потребность в мощности, необходимой для передвижения собственно локомотива, резко увеличивается, поэтому легкая и мощная машина — газотурбовоз с механической передачей — приходится для таких случаев как нельзя более кстати.

Есть и сложности. Газотурбинная установка на локомотиве имеет более низкий к. п. д., чем дизель: ограниченная жаростойкость турбинных лопаток вынуждает лимитировать температуру газов. Увеличивается расход топлива при неполной загрузке. На самолете турбина работает с полной нагрузкой и при низкой температуре окружающего воздуха (минус 40–50 °C). Локомотив же работает с переменной нагрузкой и при температуре от минус 50 до плюс 40 °C. Тем не менее во многих странах мира усиленно работают под использованием газовой турбины на железной дороге. Это особенно относится к турбопоездам. По подсчетам специалистов моторвагонный состав, оборудованный серийно выпускаемой в нашей стране авиационной газовой турбиной мощностью 2550 л. с. и весом 600 кг, сможет развивать скорость до 200 км/ч. Над проектом турбопоезда работает Рижский вагоностроительный завод.

Во Франции испытывался недавно экспериментальный двухвагонный турбопоезд. На железнодорожном участке возле Орлеана он показал скорость, равную 231,8 км/ч. Основой его конструкции явился обычный серийный французский дизель-поезд тоже из двух вагонов — моторного и прицепного. В испытаниях определяли тяговые свойства газотурбинного двигателя при разных скоростях движения, аэродинамику, всасывание и выпуск воздуха на высоких скоростях, работу механической передачи, стабильность хода и многое другое. Преимущества в весе турбопоезда по сравнению с дизель-поездом бесспорны. Двухвальный двигатель и простейшая механическая передача весят только 1,2 т по сравнению с 10,5 т веса дизеля со ступенчатым редуктором. Итог — вдвое сниженные нагрузки от оси на рельсы. Авиационный серийный двигатель мощностью около 1500 л. с. размещен под полом прицепного вагона в звукоизолированном отсеке.

Англичане пока еще турбопоезда не построили, зато разработали его проект, но уже из восьми вагонов. Два двигателя мощностью по 1500 л. с. должны обеспечить движение поезда весом 250 т со скоростью до 250 км/ч.

Комфорт — условие необходимое

Когда мы летим в самолете со скоростью 600–800 км/ч, эта скорость почти не ощущается: нет ни толчков, ни вибраций. Точно такой же комфорт — и даже больший — должны дать пассажирам и железнодорожники. Конечно, комфортабельность — непременное условие для любого пассажирского поезда. Но для высоких скоростей это имеет особое значение. Без этого, во-первых, невозможно привлечь людей, а во-вторых, вагон, испытывающий тряску, толчки и вибрации на высоких скоростях, очень скоро выйдет из строя сам и разрушит к тому же рельсовый путь. А шум, возникающий при движении подобного рода, будет просто непереносим.

Борьба с шумом и представляет собой одну из важнейших задач, которую приходится решать конструкторам.

Когда вагон катится по рельсам с мелкими, почти не видными глазу неровностями, возникает шум, очень неприятно действующий на человека. Наиболее мощным источником шума является место контакта колеса с рельсом: колебания, вызываемые неровностями пути, переходят в звуковые волны. Чтобы подавлять шумы в месте их возникновения, применяют бесстыковой путь; длинные рельсовые пути укладывают на резиновые изоляторы. Если тщательно следить за состоянием путей, можно избавиться от неровностей, но полностью ликвидировать шум катящихся колес нельзя.

Шум возникает и в тележках, и в рычажной передаче тормоза, и в тяговосцепных устройствах. Чтобы его было меньше, в узлах соединения между кузовом и тележкой ставят эластичные элементы; воздуховоды включают в систему поглотителей шума; рычажные передачи устанавливают в пластмассовых направляющих, а тормозной цилиндр крепят к отдельной раме, изолированной от рамы вагона специальными прокладками.

Чтобы обеспечить спокойный ход локомотива при любых скоростях, в рессорной подвеске применяют значительное количество резиновых элементов, которые хорошо работают на сжатие и на сжатие со сдвигом. У многих серий тепловозов буксы соединяются с рамой через резиновые втулки, а применение резиновых амортизаторов уменьшает горизонтальные поперечные силы, действующие между колесом и рельсом.

Но полностью ликвидировать возникновение шума на месте все равно невозможно. Значит, остается только не допустить, чтобы шум из места своего возникновения «пробрался» внутрь вагона, куда у него есть два пути — по воздуху и через жесткие, вибрирующие элементы кузова. По каждому из них проходит примерно равное количество шума. И к первичному шуму добавляется тот, который вызывает идущая звуковая волна в местах соединений тележек с кузовом или в обшивке кузова. Волна, идущая по воздуху, тоже вызывает вторичные звуковые колебания, проникая через окна, двери, отверстия для кабелей и трубопроводов.

Открытые окна сводят на нет все меры по шумоизоляции: но при высоких скоростях открывать их недопустимо из соображений безопасности. В таких условиях наилучшей конструкцией является окно с двойными неподвижными стеклами. Кстати, такая конструкция неизбежно приводит к необходимости устройств для кондиционирования, которые широко применяются на скоростных поездах. В систему этих устройств входят приборы для отопления, охлаждения и — вентиляции.

Конструкторы стараются не только преградить доступ звуковым волнам внутрь кузова, но и сделать так, чтобы даже попавшие в пути звуки поглощались. Пол делают сплошным с усиленной изоляцией над тележками, а потолки в купе — перфорированными. Стены изолируют комбинированными материалами — волокнистыми для поглощения высокочастотных шумов и плотными для поглощения шумов низких частот.

Гладкие внутренние поверхности не поглощают, а наилучшим образом отражают звук, поэтому для отделки внутренних поверхностей купе стараются использовать упругие материалы, имитирующие кожу или ткань. Внутреннюю поверхность наружной обшивки кузова покрывают звукопоглощающим волокнистым веществом. И даже конструкция сидений для лучшей звукоизоляции изменена. Раньше основными их частями были деревянная рама, металлические пружины и конский волос. Теперь рама делается из металла, а стальные пружины сиденья и спинки закрыты матрацами из пористой резины или поролона, толщиной приблизительно 20 мм. Это тоже в какой-то степени понижает уровень шума в купе.

Исследования показали, что при увеличении скоростей до 200 км/ч из-за динамического воздействия воздуха на стены резко повышается уровень шума в купе, расположенных по концам вагона. Предупредительной мерой в таком случае является повышение жесткости конструкции кузова. Правда, в этом отношении существуют свои пределы. Для железных дорог проблема веса не играет, конечно, такой огромной роли, как в авиации — тем не менее нагрузка от оси на рельсы не должна превышать определенных пределов. Потому увеличивать как угодно толщину стен вагонов нельзя.

Во что же обходятся все меры шумоизоляции? Стоимость звукоизолирующих элементов составляет 2–4 % от полной стоимости вагона, а вес их — 1,5–3 % от веса вагона. Улучшение конструкции тележек с точки зрения звукоизоляции увеличивает ее стоимость всего лишь на несколько процентов.

Несправедливо было бы обеспечить комфорт только пассажирам. Для пассажира поездка это всего лишь несколько часов, для машиниста — постоянная работа. Он тоже должен быть избавлен от «шумового оформления». Для этой цели и на стенки кузова локомотива наносят звукопоглощающие материалы, а сам кузов разделяют на несколько помещений. Двигатели тепловозов крепятся к раме через резиновые прокладки, для них стараются использовать надежные глушители, а все источники шума поместить в одном машинном отделении.

Постоянно поддерживать в вагонах оптимальную температуру — задача тоже не из простых, но это необходимая составная часть в создании комфортабельных условий путешествия. Есть разные способы отопления вагонов. Источником тепла может быть пар от локомотива или специального котла. Применяется также электрическое отопление, а в дизель-поездах — автономное, когда каждый вагон оборудуется собственной отопительной установкой.

Но важно не только получить тепло, важно его и сохранить. Конструкторы стараются применять такие материалы, которые пригодны одновременно для звуко- и теплоизоляции. Асбест или стекловолокно защищает вагон как от шума, так и от потерь тепла. Развитие химии добавляет к материалам, использующимся для этой цели, пенополиуретан или вспененный полистирол. А для защиты летом от жары крышу вагонов красят светлой краской (белой, серебристой), чтобы повысить отражающую способность.

Ученые пытаются ввести слово «комфорт» в разряд строго научных терминов. Для этой цели введено понятие «условного комфорта». Оно обозначает то время, которое пассажир может провести в вагоне без усталости. Сейчас оно равно 6 ч, в будущем должно подняться до 10 ч.

Важным условием комфорта является освещенность. Уровень ее растет. Норма освещенности на многих дорогах повышена по сравнению с прошлыми годами почти в 2 раза. Конечно, ради этого тоже приходится идти на дополнительные расходы: повышать номинальную мощность системы электроснабжения вагона, использовать люминесцентные лампы, которые дают более высокую освещенность и более равномерное распределение света, чем лампы накаливания. Подбирая в соответствии с лампами цвета материалов для отделки внутреннего помещения вагона, инженеры добиваются мягкого и ровного освещения, не слепящего, не режущего глаза и в то же время такого, при котором не возникает затемненных участков.

Задача железнодорожников — сделать так, чтобы человек, имея возможность лететь, все же выбрал бы поезд. И, разумеется, конструкция и форма кресел имеют для человека, которому предстоит сделать выбор, большое значение. О деревянных скамейках, конечно, не может быть и речи. Кресло должно быть мягким, легким, небольшим, оставаться удобным для любого человека, кто бы в него ни погрузился — от великана до карлика, не изнашиваться слишком быстро и, наконец, при толчках и ударах — а такое в пути всегда возможно — защитить пассажиров. Всем этим качествам должно отвечать и кресло для самолетов — поэтому не удивительно, что подход к конструированию и тех и других одинаков.