Первый в мире. Тепловоз Якова Гаккеля

В 2024 году исполнилось 100 лет(!) первым в мире магистральным тепловозам. Это тепловоз Щэл1 Якова Модестовича Гаккеля и тепловоз Ээл2 Юрия Владимировича Ломоносова. Оба этих тепловоза построены отечественными конструкторами и для нашей страны. Сегодня мы изучим тепловоз Щэл инженера Гаккеля, узнаем о его разработке, конструкции, его службе и сохранении в музее, а также узнаем, в чём именно этот локомотив был первым.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОСТРОЙКА

Проектирование тепловоза системы профессора Якова Модестовича Гаккеля началось в 1921 году, когда профессор Д. Б. Самойленко-Гольдман предложил ему разработать локомотив с авиационным двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей. Гаккель указал на невыгодность подобной системы и предложил разработать лкомотив с дизельным двигателем и электропередачей - тепловоз. Первый проект тепловоза с дизельным двигателем мощностью 600 л. с завода Нобеля, был представлен Гаккелем в мае 1921 г. в Высший технический комитет Народного комиссариата путей сообщения (НКПС). Этот проект вызвал ряд возражений. Затем Гаккель представил проект тепловоза на рассмотрение профессоров В. Ф. Миткевича, М. А. Шателена и Г. О. Графтио, которые отметили, что он заслуживает внимания. Благодаря их поддержке 4 июня 1921 г. несколько измененный проект тепловоза был рассмотрен Госпланом под председательством Г. М. Кржижановского.

На основании решения Госплана при Высшем совете народного хозяйства был образован Комитет по изучению и проектированию дизелевозов. Председателем этого комитета стал профессор Н. Л. Щукин, членами являлись профессора А. В. Вульф, Я. М. Гаккель, Г. О. Графтио, В. Ф. Миткевич, Б. М. Ошурков, А. С. Раевский, Д. Б. Самойленко-Гольдман и др. В сентябре 1921 г. Гаккель представил комитету проект дизель-электровоза с двигателем Виккерса мощностью 1000 л. с. Проект был изучен и в феврале 1922 г. вместе со сметой передан в Госплан. В январе 1922 года Гаккель указывал, что ни в Европе, ни в Америке еще не созданы такие мощные тепловозы. И инженеры в России ставят себе задачу построить и ввести их в эксплуатацию, не ожидая, когда они появятся за границей.

О проекте тепловоза Кржижановский доложил В. И. Ленину, который, оценив всю важность проекта, распорядился немедленно выделить необходимые средства на постройку тепловоза. Организация постройки была поручена Теплотехническому институту и НКПС. В июле 1922 г. по постановлению Совета Труда и Обороны был открыт кредит на постройку, а при Теплотехническом институте организовано бюро по постройке тепловоза системы Я. М. Гаккеля во главе с техническим советом. В этот совет под председательством профессора Н. Л. Щукина вошли в основном члены комитета по дизелевозам. Бюро привлекло к работе технические отделы заводов: «Красный путиловец» — для проектирования ходовых частей, Балтийского и Невского судостроительных заводов — для установки дизеля и завода «Электрик» (бывший «Дека») — для проектирования тяговых электродвигателей.

Рабочее проектирование тепловоза началось в конце 1922 года. 19 декабря 1922 года на заводе «Электрик» в Петрограде началась постройка тяговых двигателей; 20 января 1923 г. на заводе «Красный путиловец» началась постройка кузова. Для экономии средств при постройке тепловоза использовали дизель и электрогенераторы, изготовленные для подводных лодок.

При изготовлении тепловоза дизель был предварительно установлен на стенде и в августе 1923 года успешно испытан. 21 июня 1924 года на Балтийском заводе в Ленинграде были проведены первые испытания тепловоза. При этом тепловоз стоял не на своих тележках, а на заводских тележках и подпорках. Пуск дизеля производился электрическим током от заводской сети, от включения стартёра до запуска двигателя прошло 18 секунд. При этом из 10 цилиндров работали только 4, двигатель развил скорость вращения 380 оборотов в минуту и работал без сбоев. Тележки, изготовленные Путиловским заводом, были в тот же день испытаны подачей тока на тяговые электродвигатели. При этом электродвигатели вращались вхолостую - без нагрузки. По итогам испытаний был составлен список недочётов, которые предполагалось исправить в течение ближайших месяцев, после чего передать тепловоз для испытаний на Октябрьскую железную дорогу.

Первый выход тепловоза на пути Балтийского судостроительного завода был официально зарегистрирован 5 августа 1924 года. При этом присутствовали официальные представители Петрограда, журналисты, рабочие завода, а на передней тормозной площадке стояли создатели машины, в том числе и сам Яков Модестович Гаккель.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛОВОЗА

При постройке тепловоза на его буферном брусе был нанесено обозначение: ЯГ № 1. НКПС присвоил тепловозу обозначение Юэ002: с Электропередачей, порядковый номер второй. Дело в том, что первый номер - Юэ001 - был присвоен строившемуся в Германии тепловозу конструкции профессора Ю. В. Ломоносова. Буква Ю была выбрана потому, что не присваивалась до этого никаким другим локомотивам.

После того, как Ломоносов навсегда уехал за границу, тепловоз Ломоносова стал обозначаться Ээл2, а тепловоз — Гаккеля — Гэ1 в честь конструктора. Вскоре обозначение тепловоза Гакееля сменили на Щ-эл-1, а позже на Щэл1. Буква Щ обозначала соответствие локомотива по мощности паровозу серии Щ.

КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОВОЗА. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Тепловоз состоял из кузова вагонного типа, опиравшегося на три четырехосные тележки. Первая колёсная пара передней тележки и последняя колёсная пара задней тележки были бегунковыми, 10 остальных колёсных пар — движущими. Диаметр движущих колёс составлял 1050 мм, бегунковых — 950 мм. На концах оси каждой колёсной пары находились две буксы с подшипниками скольжения. На буксы колёсных пар через надбуксовые листовые рессоры опиралась рама тележки. У всех тележек рессоры каждых двух соседних колёсных пар соединялись продольными балансирами. Балансиры между движущими колёсными парами были выполнены в виде листовых рессор, а между движущей и бегунковой колёсными парами — в виде брусков.

Каждая движущая колёсная пара имела индивидуальный тяговый привод, т.е. приводилась во вращение отдельным тяговым электродвигателем. Тяговый двигатель вращал ось колёсной пары через одностороннюю жёсткую прямозубую зубчатую передачу с передаточным числом 4,625. Подвешивание тяговых двигателей — опорно-осевое ("трамвайное"). Тяговые и тормозные усилия от тепловоза на состав передавались только через тележки, поэтому тележки были соединены продольными тягами. Главная рама кузова тепловоза опиралась на каждую тележку через 4 листовые рессоры и 4 скользящие опоры. Передача горизонтальных усилий от кузова на тележку осуществлялась через шкворни. При этом средняя тележка могла перемещаться под кузовом в поперечном направлении, а две крайние тележки — в продольном.

Тепловоз Гаккеля стал первым отечественным локомотивом тележечного типа, подобно большинству последующих электровозов и тепловозов. Применение трёх тележек и тройного рессорного подвешивания, предложенных профессором А. С. Раевским, объяснялось значительной длиной и массой тепловоза, а также стремлением снизить воздействие вибраций дизеля на рельсовый путь.

КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОВОЗА. ДИЗЕЛЬ.

Дизельный двигатель тепловоза — десятицилиндровый, четырёхтактный, бескомпрессорный, завода Виккерса, построенный в 1916 году для подводной лодки «Лебедь». Максимальная мощность дизеля — 1030 л.с. (при частоте вращения вала 395 об/мин); диаметр цилиндров — 368 мм; ход поршня — 381 мм; масса дизеля — 33 т. Дизель не имел воздушного компрессора; топливо в его цилиндры подавалось механическим пульверизатором. Пуск дизеля осуществлялся одним из тяговых генераторов, работавшим в режиме стартёра. Для этого генератор при запуске подключался к аккумуляторной батарее. Такая система запуска и сегодня применяется на многих тепловозах. От вала дизеля приводились во вращение валы двух тяговых генераторов и возбудителей, а также, через ременные передачи, четыре вентилятора холодильников.

КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОВОЗА. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

Передача вращения от коленчатого вала дизеля к колёсным парам тепловоза осуществлялась через электрическую передачу постоянного тока. Как она работала? Дизель вращал валы двух тяговых генераторов, построенных рижским заводом «Вольта» для подводных лодок. Генераторы вырабатывали постоянный ток для питания десяти тяговых электродвигателей. Электродвигатели через зубчатые передачи вращали оси колёсных пар, приводя тепловоз в движение.

Напряжение генератора составляло 30...380 В, максимальный ток — 1500 А; число главных полюсов — 10; число дополнительных полюсов — 10; масса (вместе с возбудителем) — 8,3 т; охлаждение — воздушное принудительное. Для питания обмотки возбуждения генератора на каждом генераторе был установлен отдельный генератор постоянного тока — возбудитель. Якорь возбудителя находился на конце вала тягового генератора. Интересняа особенность: в зависимости от условий работы тяговых двигателей тяговые генераторы можно было соединять последовательно либо параллельно. Параллельное соединение генераторов позволяло получить ток до 3000 А при напряжении до 380 В, последовательное соединение — ток до 1500 А при напряжении до 760 В.

В режиме тяги тяговые генераторы питали постоянным током 10 тяговых электродвигателей типа ПТ-100, спроектированных под руководством инженера А. Е. Алексеева. Номинальная мощность каждого двигателя составляла 100 кВт, суммарная максимальная мощность тяговых двигателей — 1000 кВт. Тяговые двигатели были постоянно соединены параллельно, как и на большинстве последующих отечественных тепловозов.

Управление электрической передачей тепловоза осуществлялось с помощью контроллера машиниста, установленного в каждой кабине машиниста. Контроллер имел реверсивную рукоятку и штурвал для регулирования тока возбуждения возбудителей тяговых генераторов (схема Вард-Леонарда).

Питание низковольтных цепей тепловоза осуществлялось постоянным током напряжением 110 В от возбудителя (отдельного вспомогательного генератора тепловоз не имел). При остановленном дизеле низковольтные цепи питались от аккумуляторной батареи. Эта же батарея используется для запуска дизеля. При работающем дизеле батарея заряжалась от возбудителя. Ёмкость батареи — 600 Ач, масса — 7 т. Для получения сжатого воздуха на тепловозе использовался компрессор с приводом от электродвигателя.

ИСПЫТАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

В начале сентября 1924 г. тепловоз был готов к отправке в Москву, но 23 сентября помешало наводнение, повредившее электрооборудование тепловоза. Все тяговые двигатели тепловоза были пропитаны водой, потребовалось восстановить их изоляцию и некоторое другое оборудование тепловоза. Только 4 ноября восстановленный тепловоз был переправлен на погрузочные пути Гутуевского острова, откуда 6 ноября прибыл на станцию Ленинград-1 и был помещён в депо 1-го участка службы тяги Октябрьской железной дороги. В свой первый рейс по Октябрьской железной дороге тепловоз вышел 7 ноября, проехав до станции Обухово и обратно. 5 января 1925 года отправился из Ленинграда и через Тихвин, Вологду и Ярославль проследовал в Москву, куда впервые прибыл 16 января 1925 года, ведя за собой тысячетонный состав.

30 декабря 1925 года (скоро будет столетие этой даты!) тепловоз был принят приёмочной комиссией НКПС и начал работать с грузовыми поездами на участке Люблино — Курск Московско-Курской железной дороги. Это была первая отечественная хозяйственная эксплуатация тепловоза. В феврале 1926 года около станции Люблино для него была создана тепловозная база. Пробег тепловоза в 1926 году составил всего 7500 км из-за частых простоев в ремонте. Особенно много неисправностей приходилось на дизель и электрооборудование. В том же году завод "Красный путиловец" внес ряд изменений в конструкцию тепловоза. В декабре 1927 года постановлением тепловозной комиссии НКПС тепловоз из-за частых ремонтов был снят с поездной работы. К этому времени его пробег составил 40000 км.

В 1931 году все опытные тепловозы из тепловозной базы Люблино направили в депо Ашхабад Среднеазиатской железной дороги, но данный тепловоз оставили для планировавшейся переделки. На нём планировали применить пневматический пуск дизеля вместо электрического, отремонтировать тяговые двигатели и повысить передаточное число зубчатых передач от тяговых двигателей на колёсные пары (с 4,625 на 5,15). Однако эти изменения внесены не были и с 1934 года тепловоз стал использоваться в качестве электростанции на Южной железной дороге.

В 1940 году было предложено снова использовать этот тепловоз как локомотив, для чего были предложены два варианта модернизации. По проекту профессора Гаккеля планировалось укоротить кузов тепловоза с 22,76 м до 16,48 м, убрать из-под кузова центральную тележку, а также оборудовать тепловоз газогенераторной установкой и дизелем 38-КФ-8 Коломенского завода, работающим на газе. По проекту инженера В. А. Ракова планировалось переделать тепловоз в маневровый электровоз для надвига составов на сортировочную горку. Для этого планировалось снять с тепловоза дизель и генераторы, заменить колёсно-моторные блоки тепловоза на колёсно-моторые блоки электросекций Сд и установить необходимую электроаппаратуру. Начавшаяся в 1941 году Великая Отечественная война помешала осуществить эти планы; тепловоз был в том же году отправлен на экспериментальное кольцо ВНИИЖТ и больше не эксплуатировался.

МУЗЕЙНЫЙ ЭКСПОНАТ

В отличие от многой другой опытной техники, тепловозу Гаккеля очень повезло с сохранением для истории. В 1967 году тепловоз экспонировался на выставке "Техника железных дорог СССР" на Рижском вокзале в Москве. В 1972 году его установили на постаменте в депо Ховрино Октябрьской железной дороги. В 1997 году тепловоз передан в железнодорожный музей Варшавского вокзала в Санкт-Петербурге. С 2017 года он находится в Музее железных дорог России в Санкт-Петербурге у Балтийского вокзала. Вы его увидите там и сегодня.

Это редкий пример того, как первый в своём роде образец техники сохранился до наших дней. Первый в мире тепловоз, родоначальник всех последующих тепловозов, немой свидетель и участник самых первых шагов тепловозной тяги, начатых столетие назад. В нашей стране, в далеком 24-м.