7. Паровозы 0-5-0 Э

К 1911-1912 гг. паровозы с четырьмя спаренными колесными парами уже перестали соответствовать возросшим весам поездов, в особенности на линиях с затяжными подъемами.

Сочлененные паровозы с шестью спаренными колесными парами, применявшиеся в то время на Московско-Казанской и Сибирской ж. д., по причинам, излагаемым далее, не нашли широкого распространения. На Закавказских ж. д. уже в течение полутора десятка лет работали два паровоза 1-5-0 американской постройки. Имея длинную жесткую базу, эти паровозы, вследствие потери сцепления в кривых, происходящего от скольжения, не могли полностью реализовать своей силы тяги.

Первый проект паровоза 0-5-0, выполненный Владикавказской ж. д. в лице В. И. Лопушинского, был представлен в Комиссию подвижного состава и тяги еще в 1909 г. Машина была запроектирована двухцилиндровой, одиночного расширения, с четвертой ведущей колесной парой. Котел был снабжен пароперегревателем и имел ось, расположенную над уровнем рельсов на высоте 2890 мм. Для прохода кривых предполагалось снабдить первую, третью и пятую колесные пары боковыми разбегами. Принципиально одобренный Комиссией проект, с рядом поправок, был передан Луганскому з-ду для детальной разработки.

Одновременно с представлением проекта Владикавказской ж. д. аналогичные проекты паровозов 0-5-0 разрабатывались еще двумя дорогами - Московско-Казанской и Рязано-Уральской. Комиссия справедливо обратила внимание Владикавказской ж. д. на необходимость согласовать свой проект с подобными проектами других дорог.

При разработке проекта Луганский з-д внес следующие изменения: ось котла для получения большей глубины топки была поднята до 3100 мм; ведущей колесной парой принята третья, что упрощало конструкцию машины; для придания гибкости движущему механизму, разбеги подшипников спарников взяты на два миллиметра больше разбега осевых буксовых подшипников. Кроме того, подшипники спарников, за исключением подшипников ведущей колесной пары, были выполнены без клиньев, в виде цельных бронзовых втулок.

Такое устройство не только упрощало конструкцию и облегчала ремонт, но и обеспечивало свободное скольжение подшипников по пальцам кривошипов, устраняя всякую возможность помешать свободному перемещению колесных пар при неумелом подтягивании дышловых клиньев. Возможность бокового перемещения первоначально предполагалось сообщить первой и пятой колесным парам.

Сопоставляя первоначальный проект с паровозом Щ^п по котлу, Комиссия подвижного состава и тяги отметила отсутствие в первом заметных преимуществ. Поэтому Луганский з-д пошел на значительное увеличение размеров котла и колосниковой решетки.

По расчетам инж. В. И. Лопушинского как в динамическом, так и в статическом отношении наиболее выгодной являлась комбинация подвижности второй и пятой колесных пар, при которой паровоз направлялся первой колесной парой, действующей на большем плече. Столь оригинальная комбинация, превосходящая все другие принципы, предлагалась впервые русским инженером. Принцип В. И. Лопушинского получил одобрение Комиссии. Как известно, он был полностью оправдан дальнейшей практикой и применен во всех паровозах Э со всеми индексами.

Рязано-Уральская ж. д. ходатайствовала о внесении в проект Луганского з-да еще ряда изменений, из которых наиболее существенными были применение клапанного регулятора, золотников с разрезными кольцами при разъемных дисках, постановка опрокидывающейся части колосниковой решетки и, наконец, применение стальных связей и труб без наконечников.

При одобрении объединенного проекта для Владикавказской и Рязано-Уральской ж. д. Комиссия подвижного состава и тяги внесла в него еще ряд изменений.

Толщина бандажей была увеличена с 65 до 75 мм. В связи с этим диаметр колес увеличился с 1300 до 1320 мм. Толщина стенок топки уменьшена для облегчения веса паровоза. Диаметр цилиндров увеличен до 600 мм вместо 590 по первоначальному проекту. В таком виде проект Луганского з-да и был окончательно утвержден. Ему была присвоена серия Э.

Построенные в 1912 г. первые паровозы Э (фиг. 14) полностью подтвердили правильность принципа В. И. Лопушинского, одобренного Комиссией, об установлении разбегов второй и пятой колесных пар. При третьей ведущей безребордной колесной паре было обеспечено вполне свободное и достаточно плавное движение паровоза в кривых радиуса до 150 м. Дальнейшая практика показала также, что вследствие трения подшипников о шейки осей и воздействия рессор подвижные колесные пары, и в особенности пятая, несмотря на поперечные разбеги под давлением рельсов в кривых, способствуют сдерживанию паровоза от виляния.

фиг.14 Паровоз Э, 1912г.

Столь детальное обсуждение проекта паровоза Э в Комиссии подвижного состава и тяги послужило тому, что этот паровоз оказался по конструкции одним из лучших русских паровозов. Представленный Владикавказской ж. д. первоначальный проект был недостаточно продуман и имел значительно меньшую проектную мощность. Длительность обсуждения явилась поводом к нападкам на Комиссию со стороны отдельных специалистов. Извращая факты, они приписывали Комиссии противодействие типу 0-5-0. Их высказывания нашли, к сожалению, отклик и в советской печати, куда они проникли без должной критики.

Ярким примером этого может служить краткий исторический очерк развития паровоза типа 0-5-0, помещенный в качестве введения в альбом детальных чертежей паровоза 0-5-0 Э^м, изданный редак-ционным бюро Главлокомотива в 1936 г., в той части, где освещаются факты дореволюционного периода. Эта часть очерка представляет собою чистейший пересказ того, что говорится в монографии Ломоносова, посвященной паровозам Э, Э^г, Э^ш.

Не видя тех огромных сдвигов, которые произошли в стране после победы социалистической революции, автор очерка сравнивает трехлетний срок от зарождения мысли о типе 0-5-0 до его постройки - в дореволюционной России с шестимесячным сроком, потребовавшимся для постройки паровоза ФД в советское время. В этом коротком сроке сказалось преимущество передовых методов советского производства перед отсталыми методами капиталистического производства царской России.

Автор же очерка, пересказывая слова из той же монографии, всю вину за медленное проектирование и постройку типа 0-5-0 приписывает Н. Л. Щукину.

Кроме Владикавказской и Рязано-Уральской ж. д., паровозы Э в 1913 г. были заказаны и для Северо-Донецкой ж. д. По инициативе Е. И. Мокршицкого был поднят вопрос об увеличении цилиндров. Вопрос этот несколько раз обсуждался в щукинской комиссии, по решению которой от 30 августа 1913 г. диаметр цилиндров был увеличен до 630 мм. Кроме того, дорогой был предложен еще ряд мелких конструктивных изменений, принятых Комиссией.

Паровоз Э с диаметром цилиндров 630 мм был испытан в 1915 г. на Северо-Донецкой ж. д. 13 августа 1914 г., по решению Инженерного совета Министерства путей сообщения, паровозы Э стали строиться и для казенной сети железных дорог. 20 сентября 1914 г. Комиссией подвижного состава и тяги был решен вопрос об увеличении диаметра цилиндров до 650 мм. Такие цилиндры применены во всех последующих паровозах Э со всеми индексами, в том числе и в после дней, строящейся в настоящее время серии Э^р, а также в паровозах СО, имеющих одинаковую с паровозами Э^м и Э^р машину.

Вместе с увеличением диаметра цилиндров до 650 мм в паровозах типа 1915 г. были несколько увеличены котел и колосниковая решетка - с 4,2 до 4,46 м². Поверхность нагрева пароперегревателя уменьшилась вследствие постановки двадцати пяти жаровых труб вместо двадцати семи, примененных в паровозах Э типа 1912 и 1913 гг.

В 1914 г. Инженерным советом был утвержден еще один проект паровоза типа 0-5-0 серии разработанный Рязано-Уральской ж. д. совместно с Путиловским з-дом. Машина была принята четырехцилиндровой, двойного расширения, с коленчатой осью, и должна была работать перегретым паром.

Во время первой мировой войны Путиловский з-д приступил к постройке паровозов, и были изготовлены медные огневые коробки и модели для отливок.

События 1917 г. приостановили постройку паровозов Ѣ, которая больше не возобновлялась. Сам по себе тип 0-5-0, со сложной четырехцилиндровой машиной, вряд ли мог иметь какие-либо преимущества перед паровозами Э.

В первые годы после Октябрьской революции железнодорожный транспорт остро нуждался в пополнении значительным количеством новых паровозов. Существовавший паровозный парк находился в сильно изношенном состоянии и требовал ремонта. Все заводы промышленности, транспорта и железнодорожные мастерские были мобилизованы на ремонт паровозов и вагонов. Строительство новых паровозов не могло быть сразу налажено. Это вынудило пополнить недостаток в новых паровозах за счет поставок их из Швеции (паровозы Э^ш) и Германии (паровозы Э^г).

Заказанные паровозы строились по русским чертежам и представляли собою паровозы Э 1915 г. (фиг. 15). Таким образом, удачно разработанная конструкция паровозов Э благоприятствовала дальнейшему распространению этого типа в послереволюционный период, в который на советских заводах была построена главная масса этих паровозов. Паровозы отличались от основного типа 1915 г. только деталями. Поступление их на сеть железных дорог СССР происходило в течение 1921-1923 гг.

фиг.15 Паровоз Эш

В этих паровозах, по требованию советского правительства, была проведена взаимозаменяемость частей и изготовление их по допускам. Два паровоза, в виде опыта, имели прямоточные машины с золотниковым распределением и эжекционной выхлопной системой, при которой выпуск пара из одного цилиндра понижал давление при выпуске из другого.

Дальнейшего распространения данная система не получила. Накопление значительного эксплоатационного опыта по применению паровозных пароперегревателей, большой материал, полученный в результате опытного исследования, через которое прошли почти все типы русских паровозов, и, наконец, первые классические труды по тепловому процессу паровоза выдающегося советского ученого, ныне академика С. П. Сыромятникова позволили установить, что размеры применяемых на паровозах пароперегревателей были недостаточны и требовали значительного увеличения.

К началу развития советского паровозостроения, поставленного на прочную основу к 1923 г., вопрос о применении пароперегревателей большой мощности являлся вполне созревшим и технически подготовленным. Практическое их применение начало осуществляться с постройкой первых советских паровозов.

Такое усиление пароперегревателей следовало сделать уже в паровозах Э^ш и Э^г, но оно не было осуществлено, что являлось ошибкой, на что справедливо указывал А. С. Раевский.

Усиление пароперегревателей шло не только по пути увеличения числа элементов, но и по пути их усовершенствования. Вместо четырехтрубных двухоборотных элементов стали вводиться шеститрубные двухоборотные элементы системы Чусова. Преимущество их заключалось в увеличении поверхности нагрева и более полном использовании теплоты газового потока, текущего по жаровым трубам. Кроме того, такие элементы уменьшали сопротивление проходу пара из котла в машину. Тонкие трубы, примененные в этих элементах (24X18 мм), выгодные с точки зрения повышения перегрева, оказались, однако, мало удовлетворительными в эксплоатации, так как сильно коробились. Поэтому впоследствии установка элементов Чусова была прекращена, а затем начался постепенный отход обратно к старым испытанным четырехтрубным элементам с диаметром труб 33X27 мм.

Вторым усовершенствованием паровозов, получившим массовое внедрение как на вновь строящихся паровозах, так и на ранее построенных, было применение в них водоподогревателей. Сочетание обоих указанных теплотехнических улучшений паровоза, повышающих его мощность и экономичность, было прежде всего осуществлено на паровозах Э, массовая постройка которых началась с 1926 г. Паровозы получили серию Э^у. На них, кроме того, были установлены водоочистители, размещаемые в дополнительных питательных колпаках, куда производилась подача питательной воды.

Проект переделки паровозов Э в Э^у (фиг. 16) был разработан на заводе "Профинтерн" (б. Брянском).

фиг.16 Паровоз Эу

В 1931 г., в институте Реконструкции тяги, входящем ныне в состав Центрального научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, был поднят вопрос об увеличении силы тяги паровозов Э^у по машине за счет повышения давления пара с 12 до 14 ати. Проверкой котла на прочность была установлена полная возможность поднятия в нем давления на 2 ати без увеличения толщины стенок и усиления их креплений. Движущий механизм, однако, имел уже достаточно высокие напряжения, так как с последовательным увеличением диаметра цилиндров с 600 до 650 мм усилению не подвергался. С переходом к давлению в 14 ати потребовалось усилить кулак с параллелью, валик кулака, поршневую скалку, шатун, спарники и ведущий палец. Кроме того, были усилены головки шатуна и спарников по сечениям масленок, так как наблюдались случаи разрывов их по этим местам.

В связи с увеличением веса поршневой системы, шатуна и спарников было пересмотрено уравновешивание паровоза. С увеличением силы тяги по котлу и машине потребовалось обеспечить повышение силы тяги по сцеплению. Для этого паровоз был снабжен песочным резервуаром большой емкости (900 кг) и усовершенствованным механизмом песочницы.

Усиленный указанным способом паровоз Э^у был обозначен серией Э^м (модернизированный) (фиг. 17).

фиг.17 Паровоз Эм

Водоподогреватели, применяемые на паровозах Э^у , а также и на. паровозах других серий, работали крайне неудовлетворительно, и потому постановка их на паровозы Э^м не производилась. Питательный колпак и водоочистительное устройство, установленные на третьем барабане трубчатой части в котлах Э^у, были в котлах Э^м перемещены на первый барабан, для предохранения огневой коробки от резких колебаний температуры, происходящих при питании котла водой. В связи с этим паровой колпак с первого барабана был перемещен на второй. Вследствие уменьшения диаметров барабанов в сторону передней решетки, жолоб водоочистительного устройства, перемещенный в передний барабан, вызвал необходимость удалить из котла шесть дымогарных труб - по три трубы с каждой стороны. Таким образом, вместо 157 дымогарных труб, установленных в котлах паровозов Э^у, пришлось применить 151 трубу в котлах паровозов Э^м. С 1933 по 1935 г. питательный колпак и водоочистительное устройство на паровозы Э^м не ставились. Элементы Чусова были окончательно заменены четырехтрубными двухоборотными.

1932-1933 гг. - годы второй сталинской пятилетки были отмечены началом широкого внедрения сварки в паровозостроении и в особенности в паровозном котлостроении. Значение применения сварки не ограничивалось одним упрощением и удешевлением процессов постройки и отчасти ремонта.

Принципиально важным вопросом сварки являлось значительное облегчение веса сварных конструкций в сравнении с аналогичными литыми или клепанными. Как ни положительно само по себе уменьшение веса конструкций, свидетельствующее о более полном и совершенном использовании металла, все же в применении к паровозу уменьшение веса приводит к понижению его силы тяги по сцеплению, а следовательно, и мощности. Это как раз и произошло с паровозами Э^м.

Сцепной вес этих паровозов, построенных до 1932 г., был равен 85,3 т, а в построенных в 1933 г. понизился до 78,1 т. Нагрузки от колесных пар на рельсы у этих паровозов распределяются примерно так:

• от первой - 16,35 т;
• от второй - 16,265 т;
• от третьей - 16,65 т;
• от четвертой - 14,44 т и
• от пятой -14,39 т.

Уменьшение сцепного веса и неравномерное распределение нагрузок на колесные пары вызвали хроническое буксование паровозов. Повышение давления пара на 2 ати дало только повышение мощности машины. Как показали опыты ЦНИИ, экономичность паровоза Э^м против паровоза Э^у несколько понизилась, хотя и незначительно. Неудачный опыт по облегчению паровоза Э^м позволил, однако, найти удачное решение по его рациональной догрузке, предложенное канд. техн. наук И. В. Пириным. При сохранении поперечных размеров топки неизменными, длина ее была увеличена на 539 мм, что вызвало необходимость удлинения полотнищ рамы на 450 мм. В построенных паровозах это технически осуществлялось разрезкой топки между вторым и третьим рядами связей, считая от огневой решетки, с последующей вваркой в кожух и огневую коробку полос указанной ширины. Таким же способом удлинялась и рама. Увеличение размеров топки повысило сцепной вес паровоза до 81 т. Сама топка увеличилась по объему с 7,4 до 8,7 м³, по поверхности нагрева - с 18,1 до 22,9 м² и по колосниковой решетке - с 4,46 до 5,1 м². Удлинение топки повысило мощность котла примерно на 15% и к. п. д. на 8%.

Паровозам Э^м (фиг. 18) с удлиненной топкой была присвоена серия Э^р (реконструированный). Во время Великой Отечественной войны некоторое количество паровозов Э^р было построено с котлами паровозов С^у.

фиг.18 Паровоз Эп

В 1937-1941 гг. значительное количество паровозов Э с разными индексами было оборудовано водоподогревом в тендере и небольшое количество их - газовыми воздухоподогревателями. Эффективность обоих способов модернизации оказалась, однако, незначительной. Тендерные водоподогреватели обладали весьма существенными недостатками, заключающимися в неудовлетворительной работе их при средних форсировках котла и прекращении работы - при малых, вследствие чего они были сняты.

Газовые воздухоподогреватели с горизонтальным расположением трубок также оказались малоудовлетворительными, так как трубки в них быстро забивались. Кроме того наблюдалось неравномерное обтекание трубок холодным воздухом, приводящее в расстройство места ввальцовки их в решетках.

В 1941 г. Ростовским паровозоремонтным заводом был выпущен паровоз Э^м с усиленным пароперегревателем, размещенным в 46 жаровых трубах, газовым воздухоподогревателем с поверхностью 58,7 м² и водоподогревателем в тендере. В 1942-1943 г. паровоз был испытан на Томской ж. д. и дал увеличение мощности против обычных паровозов Э^м на 15-25% и уменьшение расхода топлива на 12-30%.

Характеристики паровозов Э приведены в табл. 9.