Тепловоз серии Щ^эл1 системы Я.М. Гаккеля

Начало проектирования тепловоза системы профессора Я. М. Гаккеля относится к 1921 г., когда профессор Д. Б. Самойленко-Гольдман предложил ему разработать проект локомотива с авиационным двигателем и электрической передачей. Профессор Я. М. Гаккель указал на невыгодность подобной системы и предложил в свою очередь разработать проект дизель-электровоза (тепловоза). Первый проект тепловоза с дизельным двигателем мощностью 600 л. с, построенным заводом Нобеля, был представлен профессором Я.М. Гаккелем в мае 1921 г. в Высший технический комитет НКПС. Этот проект вызвал ряд возражений. Затем профессор Я.М. Гаккель представил проект тепловоза на рассмотрение профессоров В.Ф. Миткевича, М.А. Шателена и Г.О. Графтио, которые отметили, что он заслуживает внимания. Благодаря поддержке указанных лиц несколько измененный проект тепловоза был рассмотрен 4 июня 1921 г. Государственной плановой комиссией (Госпланом) под председательством Г. М. Кржижановского.

На основании решения Госплана был образован комитет при Высшем совете народного хозяйства 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. профессор Я. М. Гаккель представил на рассмотрение комитету проект дизель-электровоза с двигателем Виккерса мощностью 1000 л. с. Проект был всесторонне изучен и в феврале 1922 г. вместе со сметой передан в Госплан. Профессор Я. М. Гаккель указывал в январе 1922 г., что ни в Европе, ни в Америке еще не созданы такие мощные тепловозы, и инженеры в России ставят себе задачу построить и ввести в жизнь дизель-злектровозы, не ожидая, когда они появятся за границей.

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

В конце 1922 г. началось рабочее проектирование тепловоза. Даты начала постройки его основных частей были следующими: тяговых электродвигателей на заводе "Электрик" в Петрограде 19 декабря 1922 г.; основной рамы кузова и ходовых частей на заводе "Красный путиловец" 20 января 1923 г.; кузова на Балтийском судостроительном заводе 23 июля 1923 г.

В качестве первичного двигателя для экономии средств был использован дизель завода Виккерса, построенный в 1916 г. для подводной лодки "Лебедь". Два тяговых генератора, выбранных для тепловоза, были также построены для подводных лодок на заводе "Вольта" в Риге.

Наиболее сложными частями проекта тепловоза были:

1. Тележки и рессорное подвешивание. Ввиду значительных длины и веса тепловоза, а также вследствие задания предотвратить возможность воздействия вибрации дизеля на рельсовый путь был принят вариант профессора А. С. Раевского — три тележки и тройное рессорное подвешивание; тепловоз получился с осевой формулой 1-3ₒ-0+0-4ₒ-0+0-3ₒ-1. Первоначально профессор Я. М. Гаккель предполагал остановиться на формуле 1-3ₒ-1+1-3ₒ-1;

2. Схема силовой электрической цепи. Был принят вариант профессора Я. М. Гаккеля: последовательное или параллельное соединение двух тяговых генераторов тепловоза при постоянном параллельном соединении тяговых электродвигателей;

3. Пуск дизеля. Осуществлялся по предложению профессора Я. М. Гаккеля одним из генераторов, работавшим в режиме электродвигателя, получая питание от аккумуляторной батареи.

Механическая часть тепловоза состояла из кузова и трех четырехосных тележек (рис. 9.7 и 9.8). Кузов имел главную раму, которая опиралась на каждую тележку с помощью четырех листовых рессор и скользящих опор.

Для передачи горизонтальных инерционных усилий от кузова к тележкам служили шкворни; при этом средняя тележка имела возможность перемещаться по отношению к кузову в поперечном направлении, а две крайних тележки — в продольном. Тяговые и тормозные усилия передавались только через тележки, для чего последние были соединены продольными тягами. Тепловоз системы Я. М. Гаккеля стал первым локомотивом тележечного типа, нашедшего в дальнейшем широкое применение на тепловозах и электровозах.

Рессорное подвешивание тепловоза было статически неопределимым. Вертикальные силы от рам тележек на буксы колесных пар передавались с помощью надбуксовых листовых рессор.

У всех тележек рессоры двух соседних колесных пар соединялись продольными балансирами. Балансиры между движущими колесными парами были выполнены в виде листовых рессор, а между движущими и бегунковыми колесными парами — в виде брусков.

Буксы имели подшипники скольжения; зубчатые передачи были односторонними, прямозубыми, жесткими; передаточное число их равнялось 4,625. Диаметр движущих колес составлял 1050 мм (при новых бандажах), бегунковых — 950 мм.

Установленный на тепловозе десятицилиндровый дизель был четырехтактным, нереверсивным, с диаметром цилиндров 368 мм и ходом поршней 381 мм. Максимальная мощность дизеля при частоте вращения вала 395 об/мин составляла 1030 л. с. Двигатель не имел воздушного компрессора, и топливо в его цилиндры подавалось механическим пульверизатором. Масса двигателя равнялась 33 т.

Тяговые генераторы были выполнены десятиполюсными с дополнительными полюсами и независимым воздушным охлаждением. На концы валов генераторов были посажены якори возбудителей. Тяговый генератор мог давать ток до 1500 А при напряжении от 30 до 380 В. Параллельное соединение генераторов позволяло получать ток от 0 до 3000 А при напряжении от 0 до 380 В, последовательное — ток от 0 до 1500 А при напряжении от 0 до 760 В. Масса каждого генератора с возбудителем равнялась 8,3 т.

На тепловозе была установлена аккумуляторная батарея емкостью 600 А.ч и напряжением 110 В, которая при пуске питала генератор, вращавший коленчатый вал двигателя. Батарея весила 7 т и заряжалась от возбудителя.

Десять тяговых электродвигателей ПТ-100 имели опорно-осевое подвешивание, которое в то время обычно называлось "трамвайным". Номинальная мощность электродвигателей составляла 100 кВт. Электродвигатели постоянно соединялись параллельно. Спроектированы они были под руководством инженера А. Е. Алексеева, впоследствии профессора Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта и члена-корреспондента Академии наук СССР.

Контроллер машиниста в каждой из кабин имел реверсивную рукоятку и штурвал для регулирования тока возбуждения возбудителей тяговых генераторов, т. е. на тепловозе была использована схема Вард-Леонарда.

От вала дизеля через ременные передачи приводились в движение четыре вентилятора холодильников, располагавшихся на крыше тепловоза. Компрессор для получения сжатого воздуха приводился электродвигателем.

Полная масса тепловоза составляла около 180 т, из которых на движущие оси приходилось 10х16 т, а на бегунковые 2х10 т. Несоответствие между сцепной массой и мощностью первичного двигателя являлось большим недостатком этого тепловоза. Десять движущих колесных пар размещались в трех отдельных тележках, что позволяло тепловозу проходить по кривым радиусом 150 м. Конструкционная скорость локомотива была 75 км/ч, наибольшая сила тяги на ободе колес — 22 000 кгс, мощность — около 800 л. с. Тепловоз имел запас топлива 8,0 т, воды — 2 т и масла — 1 т.

При изготовлении тепловоза дизель был предварительно установлен на стенде и испытан в августе 1923 г. Вторично он испытывался в мае 1924 г. уже на тепловозе вместе с тяговыми генераторами.

5 августа 1924 г. состоялся первый официально зарегистрированный выход тепловоза из мастерской на пути Балтийского судостроительного завода.

В августе-сентябре 1924 г. намечалось окончить все заводские работы, включая регулировку дизеля и механизмов, и в конце сентября выпустить тепловоз на обкатку по путям Октябрьской железной дороги. Однако это не удалось выполнить, так как в сентябре в Ленинграде произошло большое наводнение, и все тяговые электродвигатели тепловоза оказались залитыми водой. Потребовалось восстановить их изоляцию, а также отремонтировать некоторые другие части тепловоза. Поэтому только 4 ноября 1924 г. тепловоз был переправлен через Неву на погрузочные пути Гутуевского острова, откуда 6 ноября он пришел на станцию Ленинград I и был помещен в депо 1 -го участка службы тяги Октябрьской железной дороги.

7 ноября 1924 г. тепловоз системы профессора Я. М. Гаккеля, обозначенный НКПС Ю^э № 002*, совершил свою первую поездку до станции Обухове и обратно. 5 января 1925 г. тепловоз отправился из Ленинграда и, пройдя через Тихвин, Вологду, Ярославль, прибыл 16 января 1925 г. в Москву. В дальнейшем тепловозу Ю^э № 002 было дано наименование Г^э1 (системы Гаккеля, с электрической передачей), затем Щ-ЭЛ-1, а позднее Щ^эл1; буква Щ означала, что данный тепловоз по мощности равен паровозу серии Щ, а буквы ЭЛ указывали на наличие электрической передачи. 30 декабря 1925 г. тепловоз был принят приемочной комиссией НКПС и начал работать с грузовыми поездами на участке Люблино — Курск Московско-Курской железной дороги.

В 1926 г. локомотив пробежал всего 7500 км, поскольку много времени простаивал в ремонте на созданной в феврале 1926 г. тепловозной базе, которая располагалась около станции Люблино Московско-Курской железной дороги. Особенно много неисправностей приходилось на долю дизеля и электрического оборудования. В этом же году завод "Красный путиловец" произвел некоторые конструктивные изменения тепловоза для улучшения его работы. Однако частый ремонт настолько осложнял и удорожал эксплуатацию тепловоза, что в декабре 1927 г. постановлением тепловозной комиссии НКПС он был снят с поездной работы. К этому времени локомотив сделал пробег от начала постройки около 40 000 км.

Когда в 1931 г. тепловозную базу близ Люблино закрыли и все опытные тепловозы направили для эксплуатации в депо Ашхабад (до 1936 г. Полторацк) Среднеазиатской железной дороги, тепловоз Щ^эл1 был оставлен для переделки. Предполагалось вместо электрического пуска дизеля применить пуск с помощью сжатого воздуха, отремонтировать тяговые электродвигатели и изготовить на заводе "Красный путиловец" новые зубчатые передачи от электродвигателей к колесным парам с передаточным числом 5,15 для некоторого повышения тягового усилия. Однако никаких переделок осуществлено не было, и в 1934 г. данный локомотив поступил на Южную железную дорогу для работы в качестве электростанции.

В 1940 г. вновь встал вопрос об использовании тепловоза Щ^эл1 для работы с поездами. Было предложено два варианта его реконструкции. Профессор Я. М. Гаккель рекомендовал переделать тепловоз в тип 1-3ₒ-0+0-3ₒ-1, оборудовать его работающим на газе дизелем 38-КФ-8 Коломенского машиностроительного завода и газогенераторной установкой, а также укоротить кузов, доведя общую длину тепловоза по буферам до 16 480 мм. Второй вариант (предложение инженера В. А. Ракова) предусматривал снятие с тепловоза дизель-генераторной установки, оборудование его колесно-моторными блоками электросекции серии Сд и соответствующей электроаппаратурой с тем, чтобы, сохранив кузов и тележки, использовать переделанный локомотив еще какое-то время для надвига составов на горку. Для этого необходимо было над предгорочными путями подвесить контактную сеть с питанием от ближайшей действующей тяговой подстанции. Начавшаяся война не позволила решить вопрос о тепловозе Щ^эл1. В 1941 г. он был доставлен на экспериментальное кольцо Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта и больше не эксплуатировался.

В 1967 г. на выставке "Техника железных дорог СССР", организованной на путях Рижского вокзала в Москве, среди современных для того времени тепловозов и электровозов стоял свежеокрашенный, со всеми надписями и знаками, которые он имел в 1926 г., тепловоз Щ^эл1. В 1972 г. тепловоз был установлен около депо Ховрино Октябрьской железной дороги.

* Буква Ю была присвоена потому, что она оставалась свободной после введения системы обозначения локомотивов 1912 г.

"Локомотивы отечественных железных дорог"