Железнодорожные локомотивы не отличаются маленькими размерами, но тепловозы всегда здесь были рекордсменами. Длинный кузов, тяжёлые тележки и шесть осей на каждую секцию, всё это совсем не про миниатюрность. По сравнению с электровозами, которые тянут те же составы, они выглядят действительно большими. В свою очередь, электрические локомотивы обходятся куда меньшим числом колёс, они легче, да и в обслуживании проще. Так зачем понадобилось всё усложнять?
Масса тепловоза и давление на рельсы
Дизель-электрический тепловоз
Первое, с чем приходится сталкиваться при проектировании тепловоза, — это его огромный вес. В отличие от электровоза, где основным источником энергии служит контактная сеть, тепловоз возит с собой всё необходимое для работы: дизельный двигатель, генератор, топливные баки и множество систем, обеспечивающих их работу. Всё это вместе даёт десятки тонн дополнительной массы, которая должна найти опору на рельсах. При этом железнодорожники ограничены допустимой нагрузкой на ось. В Советском Союзе и Европе это значение обычно не превышало 22–23 тонн. Если разместить тяжёлый тепловоз всего на четырёх осях, то давление на рельсы превысило бы безопасные пределы, и это нанесло бы существенный урон железнодорожному пути. Поэтому инженеры распределяют вес на большее количество колёс, и именно здесь шестиосные тележки становятся просто незаменимыми.
Электровоз с двумя осями на тележку
Для сравнения можно привести электровоз: он легче за счёт отсутствия дизельной установки, а основное оборудование — трансформаторы и тяговые двигатели — не настолько массивное. Поэтому для пассажирских поездов или универсальных локомотивов чаще всего хватает двух тележек по две оси на каждой. Но в случае тепловоза это невозможно: его конструкция просто не позволила бы выдержать нагрузку без лишних осей. Интересно, что в разных странах принятый предел нагрузки на ось остаётся схожим. В США и Канаде допускали до 30 тонн на ось, что позволило строить более тяжёлые локомотивы, но и там многие магистральные тепловозы получили шестиосные тележки. Причина простая — чем равномернее распределён вес, тем меньше износ пути и тем дольше служит техника.
Разница в передаче мощности
Колёсная пара электровоза
Электровоз и тепловоз работают с поездами схожих масс, но принципиально различаются по устройству. Электровоз получает энергию напрямую из контактной сети, которая может обеспечить высокую мощность, и сразу передаёт её на тяговые электродвигатели. Именно поэтому конструкторы могут сделать компактный кузов и установить более лёгкое оборудование, ведь источник энергии всегда остаётся снаружи. У тепловоза с дизель-электрической схемой работы ситуация совсем иная.
Моторный отсек тепловоза
Здесь всё начинается с дизельного двигателя, который вращает электрогенератор, вырабатывающий ток для тяговых моторов. В итоге в кузове приходится размещать не только двигатель внушительных размеров, но и генератор, системы охлаждения, бак с топливом и массу вспомогательных агрегатов. Всё это сильно увеличивает габариты и массу, а значит, требует более длинной базы и дополнительных осей для равномерного распределения нагрузки.
Тележка тепловоза
Отсюда и разница в схемах тележек: электровозы часто обходятся формулой «две двухосные тележки», в то время как тепловозы почти всегда имеют «две трёхосные». Дополнительная ось позволяет правильно распределить увеличенный вес и улучшить сцепление с рельсами. Яркий тому пример — советский магистральный тепловоз серии 2ТЭ10. У каждой его секции были две трёхосные тележки, благодаря чему он уверенно тянул составы на протяжённых маршрутах. Эта конструктивная особенность оказалась настолько удачной, что стала фактически стандартом для большинства магистральных тепловозов в мире. Даже в странах с иными условиями эксплуатации шестиосная компоновка оказалась самой эффективной, ведь она позволяет совместить мощность и массу без чрезмерного давления на рельсы.
Сцепление и тяга: зачем нужны дополнительные колёса
Тележка электровоза
Масса тепловоза распределяется не только для защиты пути, но и для обеспечения необходимой тяги. Каждая ось здесь ведущая: тяговые электродвигатели установлены на все колёса, и чем их больше, тем выше суммарная сила сцепления с рельсами. Это особенно важно при трогании с места, когда тяжёлый состав весом в несколько тысяч тонн нужно сдвинуть без пробуксовки.
У тепловоза тележка гораздо массивнее
У электровозов с этим проще — их тяговые двигатели могут выдавать больше мощности при меньшем весе, и регулировать ток в сети легче, чем работу огромного дизеля. Поэтому им хватает четырёх ведущих осей для большинства задач, а мощность компенсирует меньшую площадь сцепления. Тепловоз же работает в условиях, где важно именно равномерное использование всей массы: чем больше колёс прижаты к рельсам, тем эффективнее передаётся тяга. На практике это значит, что тепловозы в состоянии спокойно тянуть составы весом более пяти-шести тысяч тонн. Для этого нужны не только мощные двигатели, но и возможность без проскальзывания реализовать всю тяговую силу. Дополнительные оси превращают массу локомотива в большое преимущество, а не в помеху, ведь каждая тонна веса работает на сцепление.
Тепловоз семейства ТЭ3
Так, к примеру, построены тепловозы семейства ТЭ3 и их последователи. Благодаря шести осям на секцию они уверенно справлялись с затяжными подъёмами и длинными составами, где четырёхосный электровоз мог бы буксовать или терять скорость. Фактически именно за счёт дополнительных колёс тепловоз стал надёжным тягачом для линий без электрификации, где мощные составы нужно вести в любых условиях.
Различия и примеры
Американский тепловоз
Шестиосные тележки стали привычной частью магистральных тепловозов. Они равномерно распределяют огромный вес и улучшают сцепление, а сам локомотив превратился в универсальный транспорт, который не зависит от маршрута и характера местности. Именно поэтому такие поезда незаменимы там, где нет электрификации: на длинных грузовых направлениях в Сибири, на северных и восточных линиях США, в Канаде или Австралии. Тепловоз самодостаточен и может тянуть состав в любых условиях, будь то горный подъём, суровый климат или слабая инфраструктура.
Мощный электровоз
Впрочем, даже среди электровозов с их четырьмя осями на секцию есть исключения. К примеру, советский электровоз ВЛ85 или современные китайские локомотивы машины также получили шестиосные тележки. Причина та же — тяжёлые составы и необходимость равномерно распределять нагрузку, но для пассажирских маршрутов, где важна скорость и меньший вес, в подавляющем большинстве случаев достаточно четырёх осей.
Восьмиосный тепловоз
В мировой практике встречались и более впечатляющие конструкции. Например, в Соединённых Штатах строили тепловозы с восьмиосными тележками, способные вести угольные составы длиной более двух километров. Такие локомотивы выглядели по-настоящему монументально, но их эксплуатация была ограничена лишь отдельными маршрутами. В целом же именно схема «шесть осей на секцию» оказалась наиболее сбалансированной и массово используется в тепловозах.
Ещё интересное с нашего канала:
3 лучших российских боевых вертолета, завоевавших симпатии военных всего мира
Локомотивы, да и поезда в целом, постоянно совершенствуются и получают всё больше новейших технологий. Уже сейчас некоторые из них больше похожи на транспорт из будущего, чем на классический железнодорожный состав.
