Паровоз представляет собой локомотив с независимой паросиловой установкой, состоящей из котла и поршневой паровой машины. Эта установка преобразует тепловую энергию топлива в механическую работу движущих колес посредством рабочего тела водянoгo пара. Паровоз работает как на твердом топливе (угле), так и на тяжелом жидком (мазуте).

Локомотивы отечественных железных дорог - паровозы серии «ФД»

Для удовлетворения непрерывно растущих потребностей в грузовых перевозках нужен был паровоз, позволивший бы максимально использовать имевшиеся технические средства и повысить веса и скорость движения грузовых поездов. В 1930 г. Техническое бюро Транспортного отдела ОГПУ произвело технико-экономические расчеты по определению основных параметров локомотивов всех типов (паровозов, тепловозов, электровозов), необходимых для железных дорог Советского Союза. В конце апреля 1931 г. это бюро выполнило эскизный проект мощного грузового паровоза типа 1-5-1 для постройки на советских заводах. В работе участвовал инженер П. И. Красовский, ранее занимавший должность начальника Отдела тяги ЦУЖел НКПС.

В основу проекта были положены условия максимального использования верхнего строения пути без его коренной реконструкции, возможность работы на винтовой сцепке до введения автосцепки и повышения скорости движения грузовых поездов для увеличения провозной способности линий. Допустимой нагрузкой от движущих колесных пар на рельсы была принята нагрузка 20 тс, что при намеченной проектом силе тяги 20 000 кгс обусловило необходимость выполнить локомотив с пятью движущими осями. Для повышения скорости движения на подъемах потребовался мощный котел (с большой площадью колосниковой решетки, стокерным отоплением, т. е. с механической подачей топлива при помощи углеподатчика), топку которого было наиболее рационально расположить над поддерживающей колесной парой. Таким образом, выявились основные данные паровоза: тип 1 -5-1, сцепная масса около 100 т, общая масса 135 — 137 т.

На основании эскизного проекта паровоза типа 1-5-1 коллективом конструкторов Центрального локомотивопроектного бюро (ЦЛПБ) НКТП (К. Н. Сушкиным, Л. С. Лебедянским, П. И. Ароновым, Д. В. Львовым, И. И. Сулимцевым, А. А. Чирковым, М. Н. Щукиным, В. В. Филипповым и др.) с мая 1931 г. велось рабочее проектирование нового паровоза. Несмотря на сложность решения ряда технических задач, связанных с созданием нового для промышленности типа паровоза, Центральное локомотивопроектное бюро закончило проект за 100 рабочих дней. В августе рабочие чертежи паровоза типа 1-5-1 были переданы Луганскому паровозостроительному заводу для строительства нового локомотива.

Первый паровоз типа 1-5-1 был построен в конце октября 1931г. Стальные цилиндры и рама задней тележки были изготовлены Коломенским машиностроительным заводом, полотна (боковины) основной рамы — Ижорским, котельные штампованные листы — заводом "Красное Сормово". В память Феликса Эдмундовича Дзержинского новый паровоз по решению рабочих и служащих Луганского завода по- лучил обозначение серии ФД20 (рис. 4.22); цифры 20 после букв означали нагрузку на рельсы от движущих колесных пар. С паровоза серии ФД ЦЛПБ ввело новую систему обозначения типов локомотивов; по этой системе паровоз серии ФД имел тип 1П (1-й тип паровоза). Такую систему Коломенский завод сохранил и в дальнейшем, причем цифру стали ставить после буквы.

К XIV годовщине Великой Октябрьской социалистической революции (6 ноября 1931 г.) паровоз ФД20-1 привез поезд с рабочей делегацией завода из Луганска в Москву. Эта делегация рапортовала правительству о сдаче в эксплуатацию первого паровоза серии ФД, спроектированного и построенного в невиданно короткий срок — за 170 дней.

Создание паровоза серии ФД явилось крупным шагом вперед в развитии советского локомотивостроения. Испаряющая поверхность нагрева котла этого паровоза составила 295,16 м (44 дымогарных трубы диаметром 51 /57 мм), поверхность нагрева пароперегревателя 148,4 м² (130 жаровых труб диаметром 82,5/89 мм), площадь колосниковой решетки 7,04 м², давление пара равнялось 15 кгс/см², топка была выполнена радиальной. Впервые на паровозах отечественной постройки была применена топка с камерой догорания, циркуляционными трубами и стокером. Пятиклапанный регулятор был установлен за пароперегревателем. Паровые цилиндры были отлиты в виде полублоков, совмещавших в себе собственно цилиндры, золотниковые камеры, переднее междурамное крепление и опору дымовой коробки котла; полублоки скреплялись между собой и с рамой паровоза болтами. Диаметр цилиндров равнялся 670 мм, ход поршня 770 мм, диаметр движущих колес 1500 мм, толщина полотен брусковой рамы составляла 125 мм.

Рессорное подвешивание, разделенное на три самостоятельные группы, представляло собой статически определимую систему, при которой распределение нагрузок на оси осуществляется автоматически. Рессоры первой и второй сцепных колесных пар соединялись продольными балансирами, концы рессор первой колесной пары были соединены поперечным балансиром, на среднюю часть которого опирался продольный балансир бегунковой тележки (вся эта система давала одну точку подвешивания). Подобные балансиры связывали рессоры ведущей колесной пары с рессорами четвертой и пятой движущих колесных пар и с рессорами поддерживающей колесной пары (это давало две точки подвешивания — по одной с каждой стороны паровоза).

Бегунковая и задняя поддерживающая тележки были выполнены по типу тележек Бисселя; задняя тележка в отличие от паровозов серий С^в и С^у имела секторы вместо клиньев в возвращающем аппарате и наружное по отношению к колесам расположение букс.

Для уменьшения давления ползуны и параллели имели несколько опорных плоскостей. Дышла и спарники паровоза были с плавающими втулками, для которых использовалась твердая смазка (до этого на отечественных паровозах применялись цилиндрические втулки или клиньевые подшипники, требовавшие жидкой смазки); буксы были круглыми с запрессованными подшипниками, поршни не имели контрштоков. Для облегчения осей движущих колесных пар в них были сделаны сверления. Паровоз ФД20-1 имел четырехосный тендер с запасом воды 32 м³.

Тормозное оборудование паровоза включало кран машиниста и воздухораспределитель системы Ф. П. Казанцева; нажатие тормозных колодок на все движущие колесные пары было односторонним; для прижатия колодок служили по два расположенных вертикально тормозных цилиндра диаметром 13" (330,2 мм). Все колесные пары тендера имели двустороннее нажатие тормозных колодок.

Конструкционная скорость первоначально была установлена 65 км/ч, а затем повышена до 85 км/ч.

Благодаря перечисленным выше нововведениям паровоз серии ФД показал хорошие эксплуатационные качества. В связи с этим многие его конструктивные элементы нашли в дальнейшем применение как при строительстве менее мощных паровозов, так и при модернизации ранее построенных.

Создание паровоза серии ФД оказало большое влияние на последующее проектирование новых паровозов как в части улучшения их тяговых качеств, так и при конструктивном оформлении отдельных узлов.

Испытания паровоза ФД20-1, проводившиеся в начале 1932г., показали, что он удовлетворял предъявлявшимся к нему требованиям. Паровоз имел силу тяги на 15 — 20 % больше, чем паровоз серии Э^Э, а при скоростях выше 30 км/ч его мощность была вдвое выше мощности последнего и достигала 3000 л. с. Хорошее парообразование в котле позволяло легко получить до 65 кг пара в час с 1 м² поверхности нагрева, чего до этого не было достигнуто ни на одном паровозе (в том числе и на паровозах серий Т^А и Т^Б). В то же время на локомотиве наблюдался большой унос несгоревшего топлива из-за применения стокерного отопления. Температура перегретого пара была несколько ниже, чем у паровозов серии Э^У, в связи с наличием камеры догорания и применением мелкотрубного пароперегревателя "Элеско-Е" с трубами диаметром 23/29 мм (типа Ж-284).

Паровоз серии ФД был признан основной единицей грузового паровозного парка второго пятилетия. С августа 1933 г. данные локомотивы начали строить в новых цехах Луганского паровозостроительного завода, специально сооруженных для выпуска мощных паровозов. Для паровоза Ф Д20-2 впервые в отечественной практике был построен шестиосный тендер типа 17. В последующем все паровозы серии Ф Д выпускались с шестиосными тендерами. С 1936 г. стаи применяться тендер, имевший запас воды 49 м³ и угля 22 т. На обеих трехосных тележках этого тендера было установлено по одному тормозному цилиндру диаметром 14" (355,6 мм).

Для получения сжатого воздуха на паровозы первоначально ставили один или два обычных тандем-насоса, а затем один насос кросс-компаунд.

В процессе выпуска паровозов серии ФД (рис. 4.23 и 4.24) в их конструкцию непрерывно вводились изменения. На паровозах с № 150 для перевода кулисных камней был применен пневматический привод, на паровозах с № 400 вместо воздухораспределителя системы Ф. П. Казанцева начали ставить распределители системы И. К. Матросова, на паровозах с № 800 были усилены пружины рессорного подвешивания передней тележки, на паровозах с № 850 стокер конструкции ЦЛПБ был заменен стокером системы инженера П. С. Рачкова. С целью увеличения веса передней части паровоза на локомотивах с № 1134 стал применяться утяжеленный буферный брус, а с № 2000 начали использоваться рама с усиленной передней частью, облегченные дисковые центры движущих колес, в противовесах которых было уменьшено количество свинца, шарнирные связи топки вместо нарезных; с паровоза № 2500 были введены цельносварные котлы, сняты возвращающие устройства первой и пятой движущих колесных пар, стали устанавливаться компаунд-насосы системы Т. Г. Руденко. Вносились также изменения в устройство песочниц, начали устанавливаться дымоотбойники (рис. 4.25), пятикпапанные регуляторы были заменены шестиклапанными, менялась ширина листов рессор и т. д.

С середины 1940 г. паровозы серии ФД начали выпускаться с широкотрубными пароперегревателями типа Л40 (однооборотный шеститрубный пароперегреватель в 40 жаровых трубах диаметром 143/152 с элементами диаметром 24/30 мм, разработанный Локомотивопроектом по типу пароперегревателя С. М, Чусова). Испаряющая поверхность нагрева у этих локомотивов при 98 дымогарных трубах составила 247,7 м², поверхность нагрева пароперегревателя - 123,5 м². Чтобы отличить паровозы с пароперегревателями типа Л40, у них после букв ФД взамен цифр 20 были поставлены цифры 21. В том же году рессорное подвешивание на призмах было заменено на подвешивание с помощью валиков.

Переходу на серийный выпуск паровозов ФД с широкотрубными пароперегревателями типа Л40 предшествовало оборудование такими перегревателями трех новых паровозов серии ФД — № 20-894, 20-895 и 20-939 постройки 1936 г. Эксплуатация опытных паровозов не подтвердила опасений конструкторов первого паровоза серии ФД по поводу возможности появления течи жаровых труб при увеличении их диаметра.

У последних паровозов серии ФД20 сцепная масса в рабочем состоянии составляла около 104 т, общая масса — 137 т, а у паровозов серии ФД21 — соответственно 103,5 и 135 т.

Используя эскизный проект ЦНИИ НКПС, на Ворошиловградском паровозостроительном заводе под руководством инженера П. А. Сороки был разработан проект оборудования паровоза серии ФД пылеугольным отоплением с получением пыли от центральной пылеприготовительной станции (по типу паровоза Э^У701-83). В 1935 г. завод оборудовал по этому проекту паровоз ФД20-400. После постройки указанный локомотив работал в депо Кашира и снабжался угольной пылью от Каширской ГРЭС. Так как задняя трубная решетка при мелкотрубном пароперегревателе забивалась золой, паровоз в 1936 г. переоборудовали на слоевое отопление. В этом же году тендер от паровоза ФД20-400 был прицеплен к паровозу ФД20-894, имевшему широкотрубный пароперегреватель типа Л40. Результаты работы при сжигании угольной пыли в паровозной топке были удовлетворительными, но возникла проблема снабжения паровоза пылью; тогда на тендере установили паровую мельницу. Таким образом, паровоз ФД20-894 стал первым в Советском Союзе паровозом с индивидуальным пылеприготовпением. После испытаний на Московско-Донбасской железной дороге этот локомотив использовался как стенд-лаборатория Научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта, а после Великой Отечественной войны он был вновь переведен на слоевое отопление.

В 1940 г. Ворошиловградский паровозостроительный завод выпустил по проекту инженеров П. И. Аронова, В. В. Филиппова и других паровоз ФД20-2759 также с индивидуальным пылеприготовпением. Несколько паровозов серии ФД в этом же году были оборудованы на Воронежском паровозоремонтном заводе пылеугольным отоплением с индивидуальным приготовлением пыли. Как и паровозы серии Э^М, указанные локомотивы в дальнейшем были переоборудованы на слоевое отопление.

На одном из паровозов, поступивших в депо Ховрино Октябрьской железной дороги, в 1940 г. в порядке эксперимента был установлен углеподатчик с передней подачей топлива, т. е. не от шуровочного отверстия под сводка из-под свода к шуровочному отверстию. Этим хотели достичь уменьшения уноса несгоревших частиц угля в трубу.

В 1939 г. Ворошиловградский паровозостроительный завод разработал эскизный проект паровоза серии ФД, у которого, при сохранении будки машиниста со стороны топки, предусматривалась вторая будка, расположенная перед котлом. Мотивом этого было желание улучшить видимость пути для локомотивной бригады. Предполагалось сохранить все органы управления в задней будке и дублировать их в передней. Далее эскизного проектирования работа не продвинулась.

Ворошиловградский (Луганский) паровозостроительный завод строил паровозы серий ФД20 и ФД21 весь период 1932— 1941 гг. Не завершенные в 1941 г. четыре паровоза достроил в 1942 г. Улан-Удэнский паровозоремонтный завод. Всего было построено 2925 паровозов серии ФД20 и 286 серии ФД21. Выпуск их по годам дан в табл. 4.7.

В 1940 — 1941 гг. некоторые паровозы серии ФД оборудовали турбонасосами и смесителями для подогрева воды в тендерном баке теплом отработавшего пара.

В августе 1937 г. Ворошиловградский завод построил 1500-й паровоз серии ФД, который поступил в депо Красный Лиман.

Выпуск большого количества паровозов серии ФД на Ворошиловградском паровозостроительном заводе позволил в 1932 — 1941 гг. заменить ими на всех основных железнодорожных магистралях менее мощные паровозы (в основном серии Э всех индексов). В 1937 г. паровозы серии ФД обслуживали грузовые поезда на линиях Харьков— Красный Лиман (депо Основа Южной, Красный Лиман Северо-Донецкой дорог), Верховцево — Нижнеднепровск-Узел — Ясиноватая или Волноваха (депо Нижнеднепровск-Узел, Пологи, Красноармейск, Ясиноватая, Волноваха Сталинской дороги), направление Москва — Харьков (депо Люблино, Тула, Орел, Курск железной дороги им. Ф. Э. Дзержинского, Белгород Южной дороги), Харьков — Лозовая — Славянск — Ясиноватая (депо Лозовая Южной, Славянск Донецкой дорог), Рыбное — Мичуринск (депо Рыбное, Кочетовка Ленинской дороги), Харьков — Льгов — Брянск (депо Основа Южной, Льгов, Брянск-2 Московско-Киевской дорог), Витебск — Ленинград (депо Витебск Западной, Новосокольники Калининской, Дно, Ленинград-Витебский Октябрьской дорог), Мичуринск — Лиски — Ростов (депо Россошь, Глубокое, Лиски, Отрожка Юго-Восточной дороги, Каменоломни дороги им. К. Е. Ворошилова), Москва - Елец— Валуйки (депо Ожерелье, Узловая, Елец, Старый Оскол, Валуйки Московско-Донбасской дороги) и на ряде других направлений. К началу 1940 г. паровозы серии ФД уже работали на линиях Москва — Вязьма — Орша (депо Москва, Вязьма, Орша Западной дороги), Пенза — Поворино (депо Ртищево, Балашов, Поворино Пензенской дороги), во многих депо Урала и Сибири (на Пермской, им. Л. М. Кагановича, Южно-Уральской, Томской, Красноярской, Восточно-Сибирской дорогах). Всего к началу 1940 г. эти паровозы эксплуатировались на 24 и 43 существовавших в то время дорог.

В начале Великой Отечественной войны большое количество паровозов серии ФД было эвакуировано с дорог Запада и Юга вглубь страны. Чтобы использовать эти локомотивы на участках с легким верхним строением пути, по предложению Центрального управления паровозного хозяйства НКПС был сделан проект переделки паровоза серии ФД из типа 1-5-1 в тип 1-5-2 со снижением нагрузки от движущих колесных пар на рельсы с 20 до 18 тс. Вместо одноосной поддерживающей тележки под топкой предусматривалась двухосная тележка, воспринимающая часть веса паровоза, ранее приходившегося на движущие оси. По этому проекту в 1943 — 1944 гг., в основном на Улан-Удэнском паровозоремонтном заводе, было переделано 85 паровозов серии ФД с неутяжеленным буферным брусом, т. е. до № 1134, Им было присвоено обозначение серии ФД^Р (разгруженные). Первый паровоз № 598 был переделан в июле 1943 г., к октябрю 1943 г. переделка была завершена на паровозах № 207, 208, 641 и 816, а позднее и на остальных 80 локомотивах. Дальнейшего распространения паровозы серии ФД^Р не получили из-за большой склонности к боксованию, а также в связи с возвращением паровозов серии ФД на железные дороги, освобожденные после временной оккупации и подготовленные к обращению паровозов типа 1-5-1. После войны паровозы типа 1-5-2 вновь переделали в тип 1 -5-1.

С 1948 г. на паровозах серии ФД20 при капитальном ремонте мелкотрубные пароперегреватели стали заменять широкотрубными типа Л40. В июле-августе 1953 г. паровоз ФД20-379, оборудованный на Воронежском паровозоремонтном заводе широкотрубным пароперегревателем, испытывался на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Как показали испытания, замена пароперегревателя привела к увеличению силы тяги по машине в среднем на 7 %, возрастанию температуры перегретого пара на 25 — 50 °С и повышению экономичности локомотива примерно на 7 %. Наряду с этим было отмечено возрастание температуры газов в дымовой коробке при высоких форсировках примерно на 50 °С, а следовательно, увеличение потерь тепла с уходящими газами (на 12 — 14%). Кроме того, в связи с повышением температуры перегретого пара с 365 до 415 °С ухудшились условия работы поршневых и золотниковых колец, а также поршневых сальников.

В 1948 г. паровоз ФД20-1599 в депо Люблино Московско-Курской железной дороги был оборудован устройством для размола и дожигания изгари в виде пыли. По этому же принципу были затем оборудованы паровозы ФД20-125 и ФД-20-1883.

Изюмский паровозоремонтный завод в 1950 г. установил на паровоз ФД20-1317 газовый паросушитель.

В 1951 г. паровоз ФД20-802 в депо Основа Южной дороги по предложению доцента ХИИТа А. П. Чиркина был оборудован устройством для комбинированного отопления — фракционированным углем в слое и пылью, приготовленной из угольной мелочи на тендере. При наладочных испытаниях, проводившихся на экспериментальном кольце ВНИИЖТа летом 1952 г., выяснилась неработоспособность этого устройства, в связи с чем оно было снято с паровоза.

В 1954 г. конструкторское бюро Главного управления локомотивного хозяйства МПС разработало проект модернизации паровозов серии ФД, предусматривавший повышение давления пара на 1 кгс/см², постановку увеличителя сцепного веса, водоподогревателя и др. По этому проекту были модернизированы в 1954 г. два паровоза серии ФД.

Паровозы серии ФД, переделанные в послевоенные годы на нефтяное отопление (со снятием стокера), получили обозначение серии ФД^Н.

Паровозы серии ФД стали интенсивно сниматься с эксплуатации в первой половине 60-х годов; в 1958 — 1960 гг. около 950 паровозов серии ФД были переданы железным дорогам Китайской Народной Республики, где после переделки на колею 1435 мм они начали обслуживать грузовые поезда.

Локомотивы отечественных железных дорог. 1845-1955 г