Всех с наступившим 2024 годом! Январь нового года уже во всю шагает по земному шару. А мы с вами начинаем этот год с обсуждения новых и очень интересных вопросов, касающихся железнодорожной тематики. "Старый конь борозды не испортит" — помните такую народную пословицу? Но применима ли она к железной дороге? Вот об этом мы с вами сегодня поговорим, а затем и пообсуждаем в комментариях, противопоставляя два разных типа поколений локомотивов: паровоз и тепловоз.
Общеизвестно, что любой подвижной состав в той или иной степени оказывает негативное статическое и динамическое воздействие на путь, в зависимости от возникающих сил и особенностей конструкции локомотива.
Динамическое воздействие подвижного состава на путь возникает в процессе движения поезда и определяется прежде всего сложными колебательными процессами, возникающими при движении. Они обусловлены наличием различных неровностей на поверхностях соприкасания колёс с рельсами, упругой деформируемостью пути, рессорным подвешиванием и другими элементами ходовых частей, особым характером движения жёстко соединенных между собой осей подвижного состава в рельсовой колее при изменяющейся по протяжению пути траектории движения подвижного состава. Поговорим сначала о паровозе и о том, как он трогается с места.
Машинист плавно открывает регулятор (главный прибор управления тягой) на пару щелчков и паровоз трогается с места.
По мере увеличения скорости будут ощущаться различные колебания, раскачивания паровоза и даже толчки, которые почувствуют в том числе и пассажиры в вагонах. Кто уже ездил на ретро-поезде под паровой тягой прекрасно знакомы с этими ощущениями. Возникновение колебаний связано с работой прежде всего паровой машины, а также дышлового механизма, так как почти все детали этих частей совершают движение относительно рамы паровоза.
Например, колёсные пары относительно рамы совершают чисто вращательное движение, ползун — поступательное, а ведущее дышло — сложное движение. Вместе с колёсами вращательное движение совершают и кривошипы с пальцами и сцепные дышла, связывающие колёса.
Из-за больших неуравновешенных масс от вращающихся деталей движущего механизма, высокого центра тяжести по причине относительно задранного над экипажной частью котла под самый верх габарита подвижного состава, возникают центробежные силы инерции, вследствие чего паровоз подвержен большему чем тепловоз вилянию и раскачке. Поездка в будке паровоза по ощущениям напоминает полёт на горбу огнедышащего дракона.
А из-за длинной экипажной части, при отсутствии тележек на шкворнях, являющихся осью поворота у современных локомотивов, выполненной в жёсткой раме с определённой величиной осевого разбега, паровоз хуже вписывается и проходит кривые пути. При этом развиваются большие центробежные и радиальные силы.
Все эти вышеназванные факторы способствуют наибольшему негативному динамическому воздействию паровоза на железную дорогу, особенно со слабым верхним строением, где путь с относительно лёгкими марками рельс типа Р50 уложен на деревянных шпалах, "пришитых" через подкладки костылями.
Плюс ко всему дозировать силу тяги с помощью регулятора и реверса на паровозе гораздо сложнее чем на современных локомотивах, поскольку максимальный крутящий момент и сила тяги доступны паровозу уже в самом начале движения при трогании с места. Этот фактор в свою очередь повышает склонность к возникновению "боксования" колёсных пар, что может привести к преждевременному износу головок рельс или так называемому "угону пути". Путейцы очень хорошо понимают о чём идёт речь.
На тепловозе же прирост силы тяги происходит постепенно, по мере увеличения тяговых позиций котроллера машиниста и роста оборотов дизеля на каждой из них.
Экипажная часть тепловоза, которая как правило состоит из двух трёхосных тележек со шкворнями и оснащённая более совершенным рессорным подвешиванием чем у паровоза, способствуют значительному снижению негативного динамического воздействия на путь, как и более низкий центр тяжести в силу совершенно иной компоновки силовой установки и взаимного расположения кузова и экипажной части.
К тому же, на пассажирских тепловозах для уменьшения динамического воздействия на путь на высоких скоростях применяют двухступенчатое рессорное подвешивание. Первая ступень представляет собой упругую связь между рамой тележки и буксами колёсных пар. Вторая ступень рессорного подвешивания осуществляет упругую связь между кузовом тепловоза и рамой тележки. Хороший наглядный пример такого рессорного подвешивания — экипажная часть пассажирских тепловозов серии ТЭП.
Статические силы возникают в том случае, когда подвижной состав стоит на пути и его вес через колёса производит давление на рельсы. От рельсов это вертикальное давление передаётся через подкладки на шпалы и далее, в зависимости от конструкции пути, на балласт (песок или щебень), а от последних — соответственно на земляное полотно. Величина этой силы напрямую зависит от такого важного показателя как нагрузка от оси на рельс. У паровоза этот показатель немного лучше, чем у тепловозов, а значит и статическое воздействие на путь будет чуть меньше. Для наглядности я свёл данные о нагрузке от оси на рельс в таблицу.
Из всего вышесказанного сделаем вывод о том, что известная поговорка "Старый конь борозды не испортит" будет не совсем уместна, если мы говорим о железной дороге.