Для передвижения поезда к нему необходимо приложить в направлении
движения определенную силу, называемую силой тяги. Сила тяги создается
тяговым подвижным составом, к которому относятся локомотивы, а также
моторвагонный подвижной состав. Моторвагонные поезда состоят из
нескольких моторных вагонов, имеющих тяговые двигатели, и из прицепных
вагонов. К таким поездам относятся, например, пригородные электропоезда.
Локомотивы делятся на паровозы, тепловозы, газотурбовозы, электровозы и мотовозы.
Первые локомотивы приводились в действие силой пара и
назывались паровозами (рис. 6.1). Паровоз имел паровой котел и паровую
машину. В паровом котле под действием тепла от сжигаемого в топке угля
вода превращалась в пар. Пар поступал в цилиндр паровой машины и
перемещал поршень, связанный с колесом паровоза кривошипно-шатунным
механизмом (рис. 6.2).
Проект паровой машины непрерывного действия был разработан
И.И. Ползуновым в 1763 г., а сама машина была создана Дж. Уаттом в 1774
г. Впервые паровоз был создан в Англии в 1803 г.
В 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель создал двигатель
внутреннего сгорания, названный впоследствии его именем. Дизельный
двигатель, как более совершенный, нашел широкое применение на
локомотивах, называемых тепловозами (рис. 6.3). В тепловозах энергия
дизеля через силовую передачу передается на колесные пары. Другим
тепловым двигателем, применяемым на локомотивах, является газовая
турбина. В этом случае локомотив называется газотурбовозом.
Локомотивы с тепловыми двигателями относятся к категории
автономных, так как энергия для осуществления тяги вырабатывается на
самом локомотиве.
Существует еще один вид тягового подвижного состава —
неавтономный. Он получает энергию от внешнего источника. К этому виду
подвижного состава относятся электровозы (рис. 6.4) и моторные вагоны.
Они получают электроэнергию от контактной сети через специальный
токоприемник — пантограф.
Коэффициент полезного действия автономных локомотивов, в
зависимости от типа применяемого на них теплового двигателя, колеблется
в широких пределах. Самый низкий коэффициент полезного действия (КПД
5—7 %) имеют паровозы. Кроме того они требуют частого пополнения
запасов угля и воды.
Тепловозы обладают более высоким КПД (около 30 %) и
применяются в качестве основного тягового подвижного состава. Введение
тепловозной тяги дало возможность значительно увеличить массу поезда,
повысить скорость движения и увеличить расстояние между остановочными
пунктами. В то же время, в отличие от паровоза, у которого в момент
трогания с места имеется запас готовой энергии пара в котле, дизель
тепловоза такого запаса не имеет.
Электрическая тяга при питании тяговых подстанций от ГЭС
имеет КПД до 60—65 %, а тяговые характеристики электровозов позволяют
работать на подъемах при режимах выше номиналь¬ных, а на спусках
возвращать в контактную сеть часть энергии движения поезда,
преобразовав ее в электрическую. Этот процесс называется рекуперацией,
а происходящее при этом торможение состава называется рекуперативным.
Конструкция электровозов проще, чем тепловозов,
следовательно, ниже затраты на их эксплуатацию и ремонт.
Электрифицированные железные дороги имеют большую провозную
способность, чем неэлектрифицированные. На 1 января 2001 г.
протяженность электрифицированных линий российских железных дорог
составила 40,3 тыс. км при общей длине 86 тыс. км.
Безусловно, первоначальные затраты на введение электротяги
достаточно велики, так как требуется создать обширную инфраструктуру в
виде линий электропередач, тяговых подстанций, контактной сети. Но эти
затраты быстро окупаются.
