Войти
Дизельные локомотивы Pacific National в Австралии с тремя типами кузова, кабиной, капотом и коробчатой кабиной 
R класс Паровоз номер R707, как эксплуатируемая викторианские железные дороги в Австралии 
HXD1D электровоз буксировать пассажирский поезд в Китае Локомотива или двигатель является железнодорожный транспорт транспортное средство, которое обеспечивает движущую силу для поезда. Если локомотив может нести полезную нагрузку, его обычно называют составной частью, моторным вагоном, железнодорожным вагоном или моторным вагоном ; использование этих самоходных транспортных средств все чаще используется для пассажирских поездов, но редко для грузовых (см. CargoSprinter и Iron Highway ).
Традиционно локомотивы тянули поезда с фронта. Тем не менее, двухтактная операция стала обычным явлением, когда поезд может иметь локомотив (или локомотивы) спереди, сзади или на каждом конце. Совсем недавно железные дороги начали применять DPU или распределенную энергию. Передняя часть может иметь один или два локомотива, за которыми следует локомотив в средней части поезда, который управляется дистанционно с головной части.
Слово локомотив происходит от латинского loco - «с места», аблатива от locus «место» и средневекового латинского motivus, «вызывающего движение», и является сокращенной формой термина « локомотивный двигатель», который впервые был использован в 1814 году. различать самоходные и стационарные паровые машины.
До локомотивов движущая сила железных дорог создавалась различными низкотехнологичными методами, такими как человеческая сила, мощность в лошадиных силах, сила тяжести или стационарные двигатели, которые приводили в действие кабельные системы. Сегодня существует немного таких систем. Локомотивы могут вырабатывать энергию из топлива (дрова, уголь, нефть или природный газ) или они могут получать энергию от внешнего источника электроэнергии. Обычно локомотивы классифицируют по источнику энергии. К наиболее распространенным относятся:
Паровоз VR класса Tk3 в городе Коккола в Центральной Остроботнии, Финляндия Паровоз - это локомотив, основным источником энергии которого является паровая машина. Наиболее распространенная форма паровоза также содержит котел для выработки пара, используемого двигателем. Вода в котле нагревается путем сжигания горючего материала - обычно угля, дерева или масла - для получения пара. Пар перемещает возвратно-поступательные поршни, которые связаны с главными колесами локомотива, известными как «ведущие колеса». И топливо, и вода транспортируются вместе с локомотивом, либо на самом локомотиве, в бункерах и цистернах (такое расположение известно как « локомотив-цистерна »), либо тянутся за локомотивом на тендерах (такое расположение известно как « нежный паровоз »).
Локомотив Тревитика 1802 года Первый полноценный действующий железнодорожный паровоз был построен Ричардом Тревитиком в 1802 году. Он был построен для металлургического завода Coalbrookdale в Шропшире в Соединенном Королевстве, хотя никаких записей о его работе там не сохранилось. 21 февраля 1804 года произошло первое зарегистрированное путешествие по железной дороге на паровой тяге, когда другой из локомотивов Тревитика вез поезд с металлургического завода Пен-и-Даррен в Мертир-Тидвиле в Аберсинон в Южном Уэльсе. В сопровождении Эндрю Вивиана он прошел с переменным успехом. Конструкция включала в себя ряд важных нововведений, включая использование пара высокого давления, что уменьшило вес двигателя и повысило его эффективность.
Передвижение No. 1 в Дарлингтон железнодорожный центр и музей В 1812 году двухцилиндровый реечный локомотив Мэтью Мюррея « Саламанка» впервые наехал на реечную железную дорогу Миддлтон с рельсами с рельсами ; это обычно считается первым коммерчески успешным локомотивом. Другим хорошо известным ранним локомотивом был Паффинг Билли, построенный в 1813–14 годах инженером Уильямом Хедли для угольной шахты Уилам возле Ньюкасл-апон-Тайн. Этот локомотив является самым старым из сохранившихся и находится в статической экспозиции Музея науки в Лондоне. Джордж Стивенсон построил Locomotion № 1 для Стоктон-энд-Дарлингтонской железной дороги на северо-востоке Англии, которая была первой в мире государственной паровой железной дорогой. В 1829 году его сын Роберт построил The Rocket в Ньюкасл-апон-Тайн. Ракета участвовала в испытаниях Рейнхилл и выиграла их. Этот успех привел к тому, что компания стала выдающимся производителем паровозов, используемых на железных дорогах Великобритании, США и большей части Европы. Ливерпуль и Манчестер железной дороги, построенный Стефенсон, который был открыт год спустя делает исключительное использование энергии пара для пассажирских и грузовых поездов.
Паровоз оставался самым распространенным типом локомотива до окончания Второй мировой войны. Паровозы менее эффективны, чем современные дизельные и электрические локомотивы, и для их эксплуатации и обслуживания требуется значительно большая рабочая сила. Данные British Rail показали, что стоимость экипажа и заправки паровоза была примерно в два с половиной раза больше, чем стоимость обслуживания эквивалентного тепловоза, а суточный пробег, который они могли использовать, был ниже. Между 1950 и 1970 годами большинство паровозов было снято с коммерческой эксплуатации и заменено электрическими и дизель-электрическими локомотивами. В то время как Северная Америка перешла от пара в 1950-е годы, а континентальная Европа к 1970-м годам, в других частях мира переход произошел позже. Пар был знакомой технологией, в которой использовались широко доступные виды топлива, и в странах с низкой заработной платой не было столь значительного различия в стоимости. Его продолжали использовать во многих странах до конца 20 века. К концу 20-го века почти единственная паровая энергия, которая регулярно использовалась во всем мире, была на старых железных дорогах.
В локомотивах внутреннего сгорания используется двигатель внутреннего сгорания, соединенный с ведущими колесами трансмиссией. Обычно они поддерживают работу двигателя с почти постоянной скоростью независимо от того, стоит ли локомотив или движется.
Даймлер 1887 года Керосиновые локомотивы используют в качестве топлива керосин. Это были первые в мире нефтяные локомотивы, на несколько лет опередившие дизельные и другие нефтяные локомотивы.
Первый известный керосин рельсовое транспортное средство было дрезина построен Gottlieb Daimler в 1887 году, но это не было технически локомотивом, как он нес полезную нагрузку.
Керосиновый локомотив был построен в 1894 году компанией Priestman Brothers из Кингстона-апон-Халла для использования в доках Халла. Этот локомотив был построен с использованием двигателя морского двойного действия мощностью 12 л.с., работающего со скоростью 300 об / мин, установленного на шасси четырехколесного вагона. Из-за низкой мощности он мог перевозить только один груженый вагон за раз и не имел большого успеха. Первым успешным керосиновым локомотивом был «Lachesis», построенный компанией Richard Hornsby amp; Sons Ltd. и доставленный железной дороге Woolwich Arsenal в 1896 году. В период с 1896 по 1903 год компания построила серию керосиновых локомотивов для использования британской армией.
Бензиновый локомотив Модсли 1902 года Бензиновые локомотивы используют бензин в качестве топлива.
Первым коммерчески успешным бензиновым локомотивом был бензиново-механический локомотив, построенный Maudslay Motor Company в 1902 году для рынка Deptford Cattle Market в Лондоне. Это был локомотив мощностью 80 л.с. с 3-цилиндровым вертикальным бензиновым двигателем с двухступенчатой механической коробкой передач.
Второй локомотив был построен FC Blake of Kew в январе 1903 года для Главного управления канализации Ричмонда.
В 1916 году «Simplex» бензин локомотивов построен Motor Rail, с 20-40 л.с. моторами и 4-колеса механической трансмиссии стали использоваться на 600 мм ( 1 фут 11 5 / 8 в) калибровочная траншеи железных дорог на Западном фронте. Военное министерство также заказало 100 более крупных бензиново-электрических локомотивов у компаний Dick, Kerr amp; Co. и British Westinghouse, которые использовали четырехцилиндровый бензиновый двигатель Dorman 4JO мощностью 45 л.с., приводящий в движение генератор постоянного тока мощностью 30 кВт при 1000 об / мин. Многие из бензиновых локомотивов, поставленных вооруженным силам, были проданы в качестве излишков после окончания военных действий и нашли работу на небольших промышленных железных дорогах. Компания Motor Rail продолжала разрабатывать, производить и развивать конструкцию в течение нескольких десятилетий.
Наиболее распространенным типом бензиновых локомотивов являются бензиново-механические локомотивы, в которых используется механическая трансмиссия в виде коробок передач (иногда в сочетании с цепными приводами ) для передачи выходной мощности двигателя на ведущие колеса, как в автомобиле..
Бензиновые электрические локомотивы - это бензиновые локомотивы, в которых используется электрическая трансмиссия для передачи выходной мощности двигателя на ведущие колеса. Это устраняет необходимость в коробках передач за счет преобразования вращательной механической силы двигателя в электрическую энергию с помощью динамо-машины, а затем приведения в действие колес с помощью многоскоростных электрических тяговых двигателей. Это обеспечивает более плавное ускорение, поскольку устраняет необходимость переключения передач, однако является более дорогим, тяжелым и иногда более громоздким, чем механическая трансмиссия.
Тепловозы оснащены дизельными двигателями. На заре разработки дизельных двигателей различные системы трансмиссии использовались с разной степенью успеха, причем электрическая трансмиссия оказалась самой популярной.
Схематическое изображение тепловоза механического локомотива 
Ранний дизель-механический локомотив в Железнодорожном музее Северной Алабамы Дизель-механический локомотив использует механическую передачу для передачи мощности на колеса. Этот тип трансмиссии обычно ограничивается маломощными низкоскоростными маневровыми (переключающими) локомотивами, легкими многоблочными единицами и самоходными железнодорожными вагонами. Первые тепловозы были дизель-механическими.
Механические трансмиссии, используемые для движения по железной дороге, обычно более сложны и надежны, чем стандартные дорожные версии. Обычно между двигателем и коробкой передач вставляется гидравлическая муфта, а коробка передач часто бывает планетарной (планетарной) типа, что позволяет переключаться под нагрузкой. Были разработаны различные системы, чтобы минимизировать перерывы в трансмиссии при переключении передач; например, коробка передач SSS (синхронно-самопереключающаяся), используемая Hudswell Clarke. Дизель-механическая силовая установка ограничена сложностью создания трансмиссии разумных размеров, способной выдерживать мощность и крутящий момент, необходимые для движения тяжелого поезда.
В 1906 году Рудольф Дизель, Адольф Клозе и производитель паровых и дизельных двигателей Гебрюдер Зульцер основали компанию Diesel-Sulzer-Klose GmbH для производства дизельных локомотивов. Прусские государственные железные дороги заказали у компании тепловоз в 1909 году. Первый в мире тепловоз (дизель-механический локомотив) эксплуатировался летом 1912 года на железной дороге Винтертур – Романсхорн в Швейцарии, но не имел коммерческого успеха.. Вес локомотива составлял 95 тонн, мощность - 883 кВт, максимальная скорость - 100 км / ч. До середины 1920-х годов в ряде стран было произведено небольшое количество опытных тепловозов.
Принципиальная схема тепловоза. Основная статья: Дизель-электровоз Дизель-электрические локомотивы - тепловозы, использующие электрическую трансмиссию. В этой схеме дизельный двигатель приводит в действие либо электрический генератор постоянного тока (обычно менее 3000 лошадиных сил (2200 кВт) для тяги), либо электрический генератор-выпрямитель переменного тока (обычно 3000 лошадиных сил (2200 кВт) или более для тяги), выход которого обеспечивает питание тяговых двигателей, приводящих в движение локомотив. Между дизельным двигателем и колесами нет механической связи. Подавляющее большинство тепловозов сегодня дизель-электрические.
Важными компонентами дизель-электрической силовой установки являются дизельный двигатель (также известный как первичный двигатель ), главный генератор / генератор-выпрямитель, тяговые двигатели (обычно с четырьмя или шестью осями) и система управления, состоящая из регулятора двигателя и электрические или электронные компоненты, включая распределительное устройство, выпрямители и другие компоненты, которые управляют или изменяют электропитание тяговых двигателей. В самом простом случае генератор может быть напрямую подключен к двигателям с помощью очень простого распределительного устройства.
Первоначально тяговые двигатели и генератор были машинами постоянного тока. После разработки кремниевых выпрямителей большой емкости в 1960-х годах генератор постоянного тока был заменен генератором переменного тока с диодным мостом для преобразования его выхода в постоянный ток. Этот прогресс значительно повысил надежность локомотива и снизил затраты на техническое обслуживание генератора за счет устранения коммутатора и щеток в генераторе. Устранение щеток и коммутатора, в свою очередь, исключило возможность возникновения особо разрушительного типа события, называемого перекрытием, которое может привести к немедленному отказу генератора и, в некоторых случаях, вызвать пожар в машинном отделении.
Первый в мире полезный тепловоз (дизель-электрический локомотив) на дальние расстояния SŽD Eel2, 1924 г. в Киеве. В конце 1980-х годов разработка мощных приводов с регулируемой частотой / напряжением (VVVF), или «тяговых инверторов», позволила использовать многофазные тяговые двигатели переменного тока, что также позволило отказаться от коммутатора двигателя и щеток. В результате получается более эффективный и надежный привод, который требует относительно небольшого обслуживания и лучше справляется с условиями перегрузки, которые часто разрушали старые типы двигателей.
В 1914 году Герман Лемп, инженер-электрик General Electric, разработал и запатентовал надежную систему электрического управления постоянным током (последующие усовершенствования также были запатентованы Lemp). В конструкции Лемпа использовался один рычаг для скоординированного управления двигателем и генератором, и он был прототипом для всего управления дизель-электрическим локомотивом. В 1917–18 компания GE произвела три экспериментальных дизель-электровоза с использованием конструкции управления Лемпа. В 1924 году начал работу дизель-электровоз ( исходный номер Е эл 2 Юэ 001 / Ю-е 001). Он был спроектирован группой под руководством Юрия Ломоносова и построен в 1923–1924 годах компанией Maschinenfabrik Esslingen в Германии. У него было 5 ведущих мостов (1'E1 '). После нескольких пробных поездок он возил поезда почти три десятилетия с 1925 по 1954 год. Это был первый в мире функциональный тепловоз.
Немецкий дизель-гидравлический локомотив DB Class V 200 в Technikmuseum, Берлин Дизель-гидравлические локомотивы - тепловозы с гидравлической трансмиссией. В этом устройстве они используют один или несколько преобразователей крутящего момента в сочетании с шестернями с механической главной передачей для передачи мощности от дизельного двигателя на колеса.
Гидрокинетическая трансмиссия (также называемая гидродинамической трансмиссией) использует преобразователь крутящего момента. Гидротрансформатор состоит из трех основных частей, две из которых вращаются, а одна ( статор ) имеет блокировку, предотвращающую вращение назад и добавляющую выходной крутящий момент путем перенаправления потока масла при низких оборотах на выходе. Все три основные части герметизированы в маслонаполненном корпусе. Чтобы согласовать частоту вращения двигателя со скоростью нагрузки во всем диапазоне скоростей локомотива, требуется некоторый дополнительный метод, обеспечивающий достаточный диапазон. Один из методов заключается в использовании гидротрансформатора с механической коробкой передач, которая автоматически переключает передаточные числа, подобно автоматической коробке передач в автомобиле. Другой метод состоит в том, чтобы предоставить несколько преобразователей крутящего момента, каждый с диапазоном изменения, покрывающим часть требуемого общего количества; все преобразователи крутящего момента постоянно механически связаны, и выбирается подходящий для требуемого диапазона скоростей путем заполнения его маслом и слива других. Заполнение и слив осуществляется с трансмиссией под нагрузкой, что обеспечивает очень плавное изменение диапазона без прерывания передаваемой мощности.
Основным мировым потребителем магистральных гидравлических трансмиссий была Федеративная Республика Германия, с конструкциями, включающими DB класса V 200 1950-х годов и семейство DB Class V 160 1960 и 1970-х годов. Компания British Rail представила ряд дизель-гидравлических конструкций в рамках Плана модернизации 1955 года, первоначально лицензионных версий немецких конструкций. В Испании RENFE использовала двухмоторные немецкие конструкции с высоким соотношением мощности и веса для перевозки высокоскоростных поездов с 1960-х по 1990-е годы. (см. классы RENFE 340, 350, 352, 353, 354 ).
Системы гидростатического привода также применялись на рельсах, например, маневровые локомотивы мощностью от 350 до 750 л.с. (от 260 до 560 кВт) от CMI Group (Бельгия) и промышленные локомотивы от 4 до 12 тонн от 35 до 58 кВт (от 47 до 78 л.с.) от компании CMI Group (Бельгия). Дочерняя компания Atlas Copco - GIA. Гидростатические приводы также используются в машинах для обслуживания железных дорог, таких как трамбовки и шлифовальные машины.
44-тонный экспериментальный газотурбинный локомотив 1-B-1, разработанный Р. Томом Сойером и построенный в 1952 году для испытаний Транспортным корпусом армии США. Газотурбовоз представляет собой двигатель внутреннего сгорания локомотив, состоящий из газовой турбины. Двигатели ICE требуют трансмиссии для привода колес. Двигатель должен продолжать работать, когда локомотив остановлен.
Газотурбинно-механические локомотивы используют механическую трансмиссию для передачи выходной мощности газовых турбин на колеса. Газотурбинный локомотив был запатентован в 1861 году Марком Антуаном Франсуа Менноном (британский патент № 1633). Нет никаких доказательств того, что локомотив действительно был построен, но конструкция включает в себя основные элементы газотурбинных локомотивов, построенных в 20 веке, включая компрессор, камеру сгорания, турбину и подогреватель воздуха. В 1952 году Renault поставила прототип четырехосного газотурбинно-механического локомотива мощностью 1150 л.с., оснащенного системой производства газа и сжатого воздуха Pescara «свободная турбина», а не коаксиальным многоступенчатым компрессором, встроенным в турбину. На смену этой модели в 1959 году пришла пара шестиосных локомотивов мощностью 2400 л.с. с двумя турбинами и питанием Pescara. Несколько подобных локомотивов было построено в СССР на Харьковском локомотивном заводе.
UP 18, газотурбинный электровоз, хранящийся в Железнодорожном музее Иллинойса. Газотурбинно-электрические локомотивы используют газовую турбину для привода электрического генератора или генератора переменного тока, вырабатывающего электрический ток, приводящего в действие тяговый двигатель, приводящий в движение колеса. В 1939 году Швейцарские федеральные железные дороги заказали у Brown Boveri Am 4/6, GTEL с максимальной мощностью двигателя 1620 кВт (2170 л.с.). Он был завершен в 1941 году, затем прошел испытания перед поступлением на регулярную службу. Am 4/6 был первым газотурбинным электровозом. British Rail 18000 был построен Брауном Бовери и доставлен в 1949 году. British Rail 18100 был построен компанией Metropolitan-Vickers и доставлен в 1951 году. Третий локомотив, British Rail GT3, был построен в 1961 году. Union Pacific имела большой парк турбинных двигателей. приводимые в действие грузовые локомотивы, начиная с 1950-х годов. Они широко использовались на дальних маршрутах и были экономически эффективными, несмотря на низкую экономию топлива из-за использования «остатков» топлива из нефтяной промышленности. По оценкам железной дороги, на пике своего развития они приводили в движение около 10% грузовых поездов Union Pacific, что намного шире, чем любой другой образец этого класса.
Газовая турбина имеет некоторые преимущества перед поршневым двигателем. В нем мало движущихся частей, что снижает потребность в смазке и потенциально снижает затраты на техническое обслуживание, а соотношение мощности к массе намного выше. Турбина с заданной выходной мощностью также физически меньше, чем поршневой двигатель такой же мощности, что позволяет локомотиву быть очень мощным, но не чрезмерно большим. Однако выходная мощность турбины и ее КПД резко падают с увеличением частоты вращения, в отличие от поршневого двигателя, у которого есть сравнительно пологая кривая мощности. Это делает системы GTEL полезными, прежде всего, для высокоскоростных поездок на большие расстояния. Дополнительные проблемы с газотурбинными электровозами заключались в том, что они были очень шумными.
Электровоз - это локомотив, работающий только от электричества. Электроэнергия подается к движущимся поездам с помощью (почти) непрерывного проводника, идущего вдоль пути, который обычно принимает одну из трех форм: воздушная линия, подвешенная на столбах или опорах вдоль пути, либо на конструкции или перекрытиях туннелей; третий рельс, установленный на уровне траектории; или бортовой аккумулятор. И воздушные провода, и системы третьего рельса обычно используют ходовые рельсы в качестве обратного проводника, но в некоторых системах для этой цели используется отдельный четвертый рельс. Тип используемой электроэнергии - постоянный (DC) или переменный (AC) ток.
Южная железная дорога (Великобритания) 20002 была оборудована пантографом и контактными башмаками. Существуют различные методы сбора: троллейбус, представляющий собой длинный гибкий стержень, соединяющий трос с колесом или башмаком; носовой коллектор, который представляет собой кадр, который имеет длинный стержень сбора против проволоки; пантографа, который представляет собой откидную раму, которая удерживает сбор обувь против проволоки в фиксированной геометрии; или контактный башмак, который представляет собой башмак, контактирующий с третьей направляющей. Из этих трех метод пантографа лучше всего подходит для высокоскоростной работы.
В электровозах почти повсеместно используются подвесные тяговые двигатели, по одному двигателю на каждую ведущую ось. В этой конструкции одна сторона корпуса двигателя поддерживается подшипниками скольжения, установленными на шлифованной и полированной шейке, которая является неотъемлемой частью оси. Другая сторона корпуса имеет выступ в форме языка, который входит в соответствующий паз в балке тележки (тележки), его назначение - действовать как устройство реакции крутящего момента, а также в качестве опоры. Передача мощности от двигателя к оси осуществляется с помощью цилиндрической зубчатой передачи, в которой шестерня на валу двигателя входит в зацепление с зубчатым колесом на оси. Обе шестерни заключены в непроницаемый для жидкости корпус, содержащий смазочное масло. Тип обслуживания, в котором используется локомотив, определяет используемое передаточное число. Численно высокие передаточные числа обычно встречаются на грузовых единицах, тогда как численно низкие передаточные числа типичны для легковых двигателей.
Электроэнергия обычно вырабатывается на крупных и относительно эффективных генерирующих станциях, передается по железнодорожной сети и распределяется по поездам. Некоторые электрические железные дороги имеют свои собственные выделенные генерирующие станции и линии электропередачи, но большинство покупает электроэнергию у электроэнергетических компаний. Железная дорога обычно имеет собственные распределительные линии, переключатели и трансформаторы.
Электровозы обычно стоят на 20% меньше тепловозов, их расходы на техническое обслуживание на 25-35% ниже, а стоимость эксплуатации на 50% меньше.
Экспериментальный электропоезд постоянного тока Вернера фон Сименса, 1879 г. 
Электродвигатель Балтимора и Огайо, 1895 г. Самые ранние системы были системами постоянного тока. Первый пассажирский электропоезд был представлен Вернером фон Сименсом в Берлине в 1879 году. Локомотив приводился в движение последовательным двигателем мощностью 2,2 кВт, и поезд, состоящий из локомотива и трех вагонов, достиг скорости 13 км / ч.. За четыре месяца поезд перевез 90 000 пассажиров по круговой колее длиной 300 метров (984 фута). Электроэнергия (150 В постоянного тока) подавалась через третий изолированный рельс между путями. Контактный ролик использовался для сбора электричества. Первая в мире линия электрического трамвая открылась в Лихтерфельде недалеко от Берлина, Германия, в 1881 году. Она была построена Вернером фон Сименсом (см. Трамвай Гросс-Лихтерфельде и Берлин-Штрассенбан ). В Electric Railway Volk в открытом в 1883 году в Брайтоне, и старейшая электрическая железная дорога. Также в 1883 году недалеко от Вены в Австрии открылся трамвай Mödling and Hinterbrühl. Он был первым в мире в штатном режиме с питанием от воздушной линии. Пять лет спустя в США в 1888 году на пассажирской железной дороге Ричмонд-Юнион впервые были внедрены электрические тележки с использованием оборудования, разработанного Фрэнком Дж. Спрагом.
Первой линией метро с электричеством была городская и южная лондонская железная дорога, что было вызвано положением в ее законном акте, запрещающем использование энергии пара. Он открылся в 1890 году с использованием электровозов, построенных Мазером и Платтом. Электричество быстро стало предпочтительным источником энергии для метро, чему способствовало изобретение Спрагом в 1897 году системы управления поездами с несколькими единицами.
Первое использование электрификации на главной линии было на четырехмильном отрезке Балтиморской Белой линии железной дороги Балтимора и Огайо (Bamp;O) в 1895 году, соединяющей основную часть Bamp;O с новой линией, ведущей в Нью-Йорк через серию туннели по краям центра Балтимора. Первоначально использовались три блока Бо + Бо в южном конце электрифицированного участка; они соединились с локомотивом, поездом и протащили его по туннелям.
DC использовался в более ранних системах. Эти системы постепенно были заменены на AC. Сегодня почти все магистральные железные дороги используют системы переменного тока. Системы постоянного тока предназначены в основном для городского транспорта, такого как системы метро, легкорельсовый транспорт и трамваи, где требования к мощности меньше.
Прототип электровоза переменного тока Ганца в Вальтеллине, Италия, 1901 год. Первый практический электровоз переменного тока был разработан Чарльзом Брауном, который тогда работал в компании Oerlikon, Цюрих. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффен- на -Неккаре и Франкфуртом-на-Майне на западе на расстояние 280 км. Используя опыт, который он приобрел во время работы на Джин Хейльманн над конструкциями паровых электрических локомотивов, Браун заметил, что трехфазные двигатели имеют более высокую удельную мощность, чем двигатели постоянного тока, и из-за отсутствия коммутатора их проще производить. и поддерживать. Однако они были намного больше, чем двигатели постоянного тока того времени, и их нельзя было устанавливать в подпольных тележках : их можно было перевозить только в кузовах локомотивов.
В 1894 году венгерский инженер Кальман Кандо разработал новый тип трехфазных асинхронных электродвигателей и генераторов для электровозов. Конструкции Кандо начала 1894 года были впервые применены в коротком трехфазном трамвае переменного тока в Эвиан-ле-Бен (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами. В 1918 году Кандо изобрел и разработал вращающийся фазовый преобразователь, позволивший использовать электровозы. трехфазные двигатели при питании по одному воздушному проводу, по которому передается однофазный переменный ток простой промышленной частоты (50 Гц) в высоковольтных национальных сетях.
В 1896 году компания Oerlikon установила первый коммерческий образец системы на трамвае Лугано. Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л.с.), работающие от трехфазного тока 750 В 40 Гц, питаемые от двойных воздушных линий. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают рекуперативное торможение и хорошо подходят для крутых маршрутов, а первые трехфазные локомотивы для магистральных линий были поставлены Брауном (к тому времени в партнерстве с Вальтером Бовери ) в 1899 г. км Бургдорф - линия Тун, Швейцария. Первое применение однофазного источника питания переменного тока промышленной частоты для локомотивов было осуществлено компанией Oerlikon в 1901 году с использованием разработок Ганса Бен-Эшенбурга и Эмиля Хубер-Стокара ; Установка на линии Зеебах-Веттинген Швейцарских федеральных железных дорог была завершена в 1904 году. В локомотивах 15 кВ, 50 Гц, 345 кВт (460 л.с.), 48 тонн использовались трансформаторы и вращательные преобразователи для питания тяговых двигателей постоянного тока.
Итальянские железные дороги первыми в мире внедрили электрическую тягу на всей длине магистрали, а не на ее коротком участке. 106-километровая линия Вальтеллина была открыта 4 сентября 1902 года по проекту Кандо и команды завода Ганца. Электрическая система была трехфазной на 3 кВ 15 Гц. Напряжение было значительно выше, чем использовалось ранее, что потребовало новых разработок электродвигателей и коммутационных устройств. Трехфазная двухпроводная система использовалась на нескольких железных дорогах Северной Италии и стала известна как «итальянская система». Кандо был приглашен в 1905 году, чтобы взять на себя управление Società Italiana Westinghouse и руководил разработкой нескольких итальянских электровозов.
London Underground батареи электровоза на станции Вест Хэм используется для поездов перетяжка инженеров 
Узкоколейный аккумуляторно-электровоз, используемый для горных работ Аккумуляторный электровоз (или аккумуляторный локомотив) - электровоз, питаемый от бортовых аккумуляторов ; разновидность аккумуляторного электромобиля.
Такие локомотивы используются там, где обычный дизельный или электрический локомотив не подходит. Примером могут служить поезда техобслуживания на электрифицированных линиях при отключении электричества. Другое использование - на промышленных объектах, где локомотив с приводом от внутреннего сгорания (например, с паровым или дизельным двигателем ) может вызвать проблемы с безопасностью из-за риска возгорания, взрыва или появления дыма в ограниченном пространстве. Локомотивы батареи являются предпочтительными для шахт, где газ может быть зажжен тележкой с питанием от блоков дуговых на обуви сбора, или там, где электрическое сопротивление может развиваться в цепях питания или возврата, особенно на рельсовых стыках, а также позволяет опасному току утечки в землю.
Первый известный электровоз был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина и питался от гальванических элементов (батарей). Позже Дэвидсон построил более крупный локомотив по имени Гальвани, выставленный на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Семитонный автомобиль имел два реактивных двигателя с прямым приводом, с фиксированными электромагнитами, действующими на стальные стержни, прикрепленные к деревянному цилиндру на каждой оси. и простые коммутаторы. Он буксировал груз массой шесть тонн со скоростью четыре мили в час (6 километров в час) на расстояние в полторы мили (2,4 километра). Он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго в сентябре следующего года, но ограниченная мощность от батарей помешала его общему использованию.
Другой пример был на медную шахте Kennecott, Латуше, на Аляске, где в 1917 году подземные способы экспедирования были расширены для того, чтобы работать с двумя батареей локомотивов - 1 / 2 тонн. В 1928 году Kennecott Copper заказал четыре электровоза серии 700 с бортовыми батареями. Эти локомотивы весили 85 тонн и работали от контактного провода на 750 вольт со значительным увеличением дальности при работе от батарей. Локомотивы прослужили несколько десятилетий по технологии никель-железных аккумуляторов (Эдисон). Батареи были заменены свинцово-кислотными, и вскоре после этого локомотивы были списаны. Все четыре локомотива переданы в дар музеям, а один списан. Остальные можно увидеть на железной дороге Бун и Сценик-Вэлли, штат Айова, и в Западном железнодорожном музее в Рио-Виста, Калифорния. Транзитная комиссия Торонто ранее управляла электровоз батареи, построенный Nippon-Sharyo в 1968 году и вышел в отставку в 2009 году.
Лондонский метрополитен регулярно эксплуатирует аккумуляторные электровозы для проведения ремонтных работ.
В 1960-х годах развитие высокоскоростного сообщения привело к дальнейшей электрификации. Японский Синкансэн и французский TGV были первыми системами, для которых с нуля были построены специализированные высокоскоростные линии. Аналогичные программы были предприняты в Италии, Германии и Испании ; и во многих странах мира. Электрификация железных дорог постоянно росла в последние десятилетия, и по состоянию на 2012 год на электрифицированные пути приходится почти треть от общего числа путей во всем мире.
По сравнению с основной альтернативой, дизельным двигателем, электрические железные дороги предлагают значительно лучшую энергоэффективность, меньшие выбросы и более низкие эксплуатационные расходы. Электровозы также обычно тише, мощнее, отзывчивее и надежнее дизелей. У них нет локальных выбросов, что является важным преимуществом в туннелях и городских районах. Некоторые системы электрической тяги обеспечивают рекуперативное торможение, которое превращает кинетическую энергию поезда обратно в электричество и возвращает ее в систему снабжения для использования другими поездами или общей энергосистемой. В то время как тепловозы сжигают нефть, электричество можно вырабатывать из различных источников, включая возобновляемые источники энергии.
Советский паровоз-дизель-гибрид ТП1 Гибридные паровозы с дизельным двигателем могут использовать пар, вырабатываемый котлом или дизелем, для питания поршневого двигателя. Система сжатого пара Cristiani использовала дизельный двигатель для привода компрессора в действие и рециркуляции пара, производимого котлом; эффективное использование пара в качестве среды передачи энергии, при этом дизельный двигатель является основным двигателем
В 1940-х годах тепловозы начали вытеснять паровую энергию на американских железных дорогах. После окончания Второй мировой войны дизельные двигатели стали появляться на железных дорогах многих стран. Значительно лучшая экономическая эффективность дизельной эксплуатации привела к переходу на дизельную энергию, процесс, известный как дизелизация. К концу 1990-х годов только исторические железные дороги продолжали эксплуатировать паровозы в большинстве стран.
Тепловозы требуют значительно меньше обслуживания, чем паровые, с соответствующим сокращением количества персонала, необходимого для обслуживания парка. Лучшие паровозы проводили в цехе в среднем от трех до пяти дней в месяц для текущего обслуживания и текущего ремонта. Часто проводились капитальные ремонты, часто с снятием котла с рамы для капитального ремонта. Напротив, типичный тепловоз требует обслуживания не более восьми-десяти часов в месяц (интервалы обслуживания составляют 92 дня или 184 дня, в зависимости от возраста локомотива), и может работать десятилетиями между капитальными ремонтами. Дизельные агрегаты загрязняют меньше, чем паровозы; современные агрегаты производят низкие выбросы выхлопных газов.
В начале 1950-х доктор Лайл Борст из Университета штата Юта получил финансирование от различных железнодорожных компаний и производителей США на исследование возможности создания локомотива с электроприводом, в котором бортовой атомный реактор производил пар для выработки электроэнергии. В то время атомная энергия не была полностью понята; Борст считал, что главным камнем преткновения является цена на уран. В случае атомного локомотива Borst центральная секция будет иметь 200-тонную реакторную камеру и стальные стенки толщиной 5 футов для предотвращения выбросов радиоактивности в случае аварий. Он оценил стоимость производства атомных локомотивов с двигателями мощностью 7000 л.с. примерно в 1 200 000 долларов каждый. Следовательно, поезда с бортовыми ядерными генераторами обычно считались нецелесообразными из-за непомерно высоких затрат.
В 2002 году в Валь-д'Ор, Квебек, был продемонстрирован первый горный локомотив мощностью 3,6 тонны и мощностью 17 кВт, работающий на водороде (топливных элементах). В 2007 году в Гаосюн, Тайвань, была введена в эксплуатацию образовательная мини-гидра. Railpower GG20B, наконец, еще один пример клеточно-электрический локомотив топлива.
Bombardier ALP-45DP на выставке Innotrans в Берлине Существует много различных типов гибридных или двухрежимных локомотивов, использующих два или более типа движущей силы. Наиболее распространенные гибриды - это электровозы с дизельным двигателем, работающие либо от электросети, либо от бортового дизельного двигателя. Они используются для обеспечения непрерывных поездок по частично электрифицированным маршрутам. Примеры включают EMD FL9 и Bombardier ALP-45DP.
Есть три основных применения локомотивов в операциях железнодорожного транспорта : для перевозки пассажирских поездов, грузовых поездов и для переключения (британский английский: маневрирование).
Грузовые локомотивы обычно проектируются для обеспечения высокого тягового усилия при пуске и большой продолжительной мощности. Это позволяет запускать и перемещать тяжелые поезда, но обычно происходит за счет относительно низких максимальных скоростей. Пассажирские локомотивы обычно развивают более низкое тяговое усилие при запуске, но могут работать на высоких скоростях, необходимых для соблюдения расписания движения пассажиров. Локомотивы смешанного движения (английский язык: универсальные локомотивы или локомотивы для стрелочных переводов) не развивают такое же стартовое тяговое усилие, как грузовые локомотивы, но способны перевозить более тяжелые поезда, чем пассажирские локомотивы.
Большинство паровозов имеют поршневые двигатели с поршнями, соединенными с ведущими колесами с помощью шатунов, без промежуточной коробки передач. Это означает, что сочетание тягового усилия при пуске и максимальной скорости в значительной степени зависит от диаметра ведущих колес. Паровозы, предназначенные для грузовых перевозок, обычно имеют ведущие колеса меньшего диаметра, чем пассажирские локомотивы.
В дизель-электрических и электрических локомотивах система управления между тяговыми двигателями и осями адаптирует выходную мощность к рельсам для грузовых или пассажирских перевозок. Пассажирские локомотивы могут включать в себя другие функции, такие как мощность головного узла (также называемая источником питания для отелей или электропоездов) или парогенератор.
Некоторые локомотивы разработаны специально для работы на железных дорогах с крутым уклоном и оснащены обширными дополнительными тормозными механизмами, а иногда и зубчатой рейкой. Паровозы, построенные для крутых реечных железных дорог, часто имеют котел под наклоном относительно рамы локомотива, так что котел остается примерно ровным на крутых склонах.
Локомотивы также используются в некоторых высокоскоростных поездах: все TGV, многие AVE, некоторые KTX и в настоящее время выведенные из эксплуатации поезда ICE 2 и ICE 1 используют локомотивы, которые также могут быть известны как силовые вагоны. Использование силовых автомобилей легко обеспечивает высокое качество езды и меньшее количество электрического оборудования, но по сравнению с электрическими многоканальными двигателями они также предлагают более низкое ускорение и большую нагрузку на ось (для силовых автомобилей). В KTX-II и ICE 1 используется смесь электрических двигателей. несколько агрегатов и силовые машины.
Локомотивы иногда выполняют определенную роль, например:
Колесная формула локомотива описывает, сколько у него колес; Общие методы включают в себя расположение колес AAR, классификацию UIC и системы обозначений Уайта.
Во второй половине двадцатого века локомотивы с дистанционным управлением начали вводить в эксплуатацию операции переключения, дистанционно управляемые оператором вне кабины локомотива. Основное преимущество заключается в том, что один оператор может контролировать загрузку зерна, угля, гравия и т. Д. В вагоны. Кроме того, один и тот же оператор может перемещать поезд по мере необходимости. Таким образом, локомотив загружается или разгружается примерно в трети случаев.
Есть несколько основных причин изолировать мощность локомотивного поезда по сравнению с самоходными поездами.
Есть несколько преимуществ многократной единицы (MU) поезда по сравнению с локомотивами.
Локомотивы были предметом коллекционных монет и медалей. Одним из примеров является памятная монета 25 евро, посвященная 150-летию Альпийской железной дороги Земмеринга. На аверсе изображены два локомотива: исторический и современный, представляющие технический прогресс в локомотивостроении в период с 1854 по 2004 год. В нижней половине изображен первый действующий альпийский локомотив Engerth ; построенный Вильгельмом Фрайхером фон Энгертом. Верхняя половина изображает ES 64 U "Taurus", высокопроизводительный локомотив начала XXI века.
СМИ, связанные с локомотивами, на Викискладе?
