# Железная дорога

Михаил Зельманович Слуцкий

Краткое описание устройства железных дорог.

Железная дорога


Название "железная дорога" характерно для русского языка, но не вполне отражает суть предмета. Английское название "railway" - рельсовый путь , на мой взгляд более ёмкое и приближенное к сути предмета. С детства я был связан с этим видом транспорта. Мой отец - проектировщик железных дорог каждый год имел бесплатный билет для поездки в отпуск для всей семьи. И мы этим пользовались. Позднее я учился и закончил институт инженеров транспорта. А после несколько лет работал в этой сфере. Поэтому решил рассказать об этой отрасли, с инженерной точки зрения. Небольшой техникум.


Немного истории.


Первые упоминания о передвижении по рельсам появилось в 1515 году в Австрии в замке Хохензальцбург. Здесь повозка передвигалась по ровным деревянным рельсам с помощью веревки и барабана, т. е. Прообраз современного фуникулёра. Сопротивление качению было значительно меньше, чем при движении по земной поверхности, а потому требовало значительно меньше прикладываемых усилий. Позднее в 1550 году повозки на деревянных рельсах появились в Европе на шахтах, движимые лошадьми. В них по специальным желобам вывозили руду и уголь на поверхность. В ХVIII веке деревянные рельсы стали заменять железными из тех материалов, что были доступны в то время.

Первая дорога в городской черте была открыта в Лондоне в 1803 году Вильямом Джесопом, и получила название Суррейский железный путь.

В других городах Англии тоже стали появляться рельсовые пути с вагонами, которые возили лошади.

Но на пороге стояла эпоха пара. В 1784 году шотландский изобретатель Джеймс Уатт запатентовал двигатель на пару высокого давления, приводящий в движение колесо. Вначале такая машина была стационарной и громоздкой и использовалась только на заводах. Однако, чуть позже двигатель был усовершенствован таким образом, чтобы его можно было установить на движущийся объект. Первый настоящий паровой локомотив был создан в Англии в 1804 году Ричардом Тревитиком. Он вёз вагонетки на руднике в Южном Уэльсе. Позднее поезд был продемонстрирован в Лондоне. Но дальше экспериментов дело не пошло. Рельсы из железа того времени не выдерживали нагрузки тяжелого локомотива. В 1814 году был построен более легкий локомотив, которого выдерживали рельсы того времени. И, наконец, в 1825 году Джордж Стивенсон с новым усовершенствованным локомотивом "Локомотон" открыл первую публичную железную дорогу в северовосточной Англии. С 1829 года он становится исключительным поставщиком паровых локомотивов для Великобритании , США и большинства стран Европы. В 1830 году открывается первая в мире междугордная железная дорога между Манчестером и Ливерпулем, обслуживаемая только паровозами. По всему миру стали прокладывать рельсовые пути, соединять города и страны новым быстроходным транспортом. А паровозы более чем на столетие стали основной движущей силой этого транспорта.

Рельсовые пути в XIX веке получили бурное развитие в Европе, Америке и России. В городах пошли вагончики, возимые обычно лошадьми, для перевозки пассажиров с одного конца на другой. На заводах и шахтах вагонетки перевозили грузы внутри предприятий. В горах появились фуникулеры, движимые канатами. Но основное применение нового вида транспорта пришлось на междугородние перевозки пассажиров и грузов. Паровой локомотив, тянущий за собой десятки вагонов, стал символом новой промышленной революции, успешно конкурируя с традиционными гужевым и водным транспортом.

В 1863 году поезда с паровозами впервые пошли под землей в Лондоне, став основой системы метрополитена, действующего по сей день.

Бурное развитие нового транспорта шло по всем направлениям.

Менялись марки стали и способы изготовления рельс, форма устройства пути. Совершенствовались паровые локомотивы и вагоны. Были изобретены принципиально новые тормозные устройства, основанные на силе сжатого воздуха, строились принципиально новые мосты, способные вынести нагрузку при прохождении поезда и тоннели в горах. Возникли здания в местах посадки и высадки пассажиров и погрузки грузов, названные станциями. В местах изменения и пересечения маршрутов появились стрелки и сигналы регулирования движения - семафоры.

К концу XIX века появилась альтернатива паровому локомотиву. Изобретение электрического двигателя позволило создать его новый тип. Вначале это был автономный электровоз, получавший ток от гальванических батарей. Но заряда батареи хватало ненадолго, и следующим этапом появились локомотивы с элетродвигателями, получающие ток по проводам от стационарных источников. В 1891 году метро в Лондоне было переведено на электрическую тягу. Небольшие участки с электрической тягой стали появляться в разных странах. Первая магистральная линия с электрическим локомотивом была запущена в 1902 году в Италии длиной 106 километров. Электричество подавалось по 3-м проводам сверху состава. Но большого распространения этот вид транспорта в то время не получил. Чуть позднее был изобретен дизельный двигатель, который также попытались использовать на железной дороге. Однако в чистом виде применение дизеля оказалось неэффективным. Двигатель стали использовать для генерации тока внутри локомотива для питания электромотора.

Железные дороги стали строить повсеместно на всех континентах. Значение их было как мощный источник экономического развития стран, так и как часть оборонного потенциала. Во время Первой мировой войны наступления и стабильность фронтов во многом определялись возможностями снабжения по железной дороге. Гражданская война в России создала новый вид войск - бронепоезда. Успех на некоторых направлениях определялся во многом действиями этих подразделений. В большинстве развитых стран были созданы железнодорожные сети. Грузы могли доставляться в ограниченное время в любое место в стране. Составы с необходимыми вагонами формировались в пунктах пересечения магистралей.

В разных странах бум строительства железнодорожных магистралей проходил в разное время. Соответственно единых технических требований к дорогам не было. В Европе и Америке расстояние между рельсами - колея 1439 милиметров, в странах бывшего СССР - 1524 мм, в Испании и Португалии - 1600 мм и, наконец, в Японии - 1095 мм. Соответственно локомотивы и вагоны имеют разные колёсные пары и габариты. Во время Великой Отечественной войны железными дорогами , имевшими первостепенное стратегическое значение как для снабжения фронта, так и для организации тыла ведали два основных ведомства: железнодоржные войска и служба военных сообщений - ВОСО. Первая строила новые дороги, восстанавливала поврежденные, а также уничтожала действующие дороги при отступлении. ВОСО обеспечивало перевозку военных грузов по действующим дорогам.

В послевоенное время интерес к массовому строительству новых магистралей ослаб в большинстве стран. В тоже время действующие дороги подверглись кардинальной реконструкции с целью повышения их эффективности. Появились более крепкие марки рельсов, их стали сваривать. Новые вагоны поставили на мощные тележки и увеличили их длину, а соответсвенно объём. После 60 - х годов ХХ столетия паровые локомотивы были заменены электровозами и тепловозами. Автоматизация сигналов, стрелочных переводов и блокировок стала повсеместной.

В 60 - е годы прошлого столетия произошла революция в пассажирских перевозках: появились скоростные поезда. Пионером в этом стала Япония. Здесь по выделенным линиям поезда достигают скорости 350 км/час. Сегодня все основные острова страны соединены скоростными линиями. Не отстает и Китай. В настоящее время длина скоростных линий в разы превышает японскую. Флагманом скоростного движения в Европе является Франция, где выделенные скоростные линии соединяют всю страну. Проекты строительства таких дорог сейчас существуют во многих странах.

А теперь рассмотрим в отдельности каждый элемент железнодорожного транспорта.


Дорога.


Если взять поперечный разрез рельсового пути, то в самой верхней части мы увидим две металлические планки с утолщением сверху и плоской подставкой снизу. Оба рельса крепятся к поперечной балке, называемой шпалой. Она может быть деревяннной, бетонной или металлической. Длина рельса может быть от 18 до 36 метров. Шпалы располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга. К деревянным шпалам рельс крепится с помощью предмета ввиде бруска с острым концом с одной стороны и шляпки с другой, называемого костылём. К бетонным и металлическим шпалам рельсы крепятся с помощью металлических накладок и болтов. Расстояние между рельсами определяется в разных странах по разному и называется колеей. В большинстве стран (70%) колея считается Стивенсовской стандартной - 1435 мм. В странах бывшего СССР - 1524 мм. Рельсы установленные на шпалы называют шпальной решеткой. Она стоит на твердом насыпном покрытии - баласте. Оптимальный материал для баласта твердые камни одинаковой величины. Допускается использование песка или ракушечника. Баласт насыпают ввиде трапеции и служит для предотвращения размывания пути. В местах, где отсутствует твердая почва, баласт ставят на утрамбованную земляную насыпь, называемую земляным полотном.

Трассу при проектировании стараются проложить с наименьшим количеством подъёмов и спусков, а также поворотов. Для плавного вхождения в поворот и выхода из него рельсы изгибают с плавным переходом к максимальному радиусу. Внешний рельс опять же плавно поднимают относительно внутреннего, чтобы уравновесить центробежное ускорение. Вхождение в поворот требует ограниченной скорости, а подъёмы и спуски накладывают ограничения на общий вес состава поезда.

Железнодорожные линии имеют классификацию по категориям. В зависимости от нее определяется общий объём грузопотока, или класс и скорость пассажирских поездов. Категория зависит от разных характеристик: марки рельсов, состава баласта, максимального радиуса поворотов, крутизны подъёмов и спусков.

Железнодорожное полотно круглогодично обслуживается путевыми бригадами. Самый современный способ - дрезина с приборами по проверке рельсов на жесткость и полотна на провисание. Бригада оперативно устраняет замеченные неисправности: заменяет рельсы, подсыпает баласт, укрепляет положение шпал.


Подвижной состав.


Всё что ездит по рельсовым путям, в том числе - локомотивы, пассажирские и грузовые вагоны, самодвижущие составы, дрезины входят в подвижной состав.

Как я указывал ранее, в большинстве случаев движение обеспечивает локомотив во главе поезда с которым сцеплены пассажирские или грузовые вагоны. Основные дороги с наибольшей интенсивностью движения обычно оснащены электрическими локомотивами - электровозами. На магистралях с электрической тягой подвод тока осуществляется с помощью верхнего провода. Электровоз имеет 2 кабины спереди и сзади, чтобы не разворачивать его в конечных пунктах. Дальность безостановочного пути у этого локомотива зависит только от наличия проводов с током.

На менее загруженных линиях используются автономные локомотивы - тепловозы. Мощный дизельный двигатель соединен с генератором электрического тока, который передаёт его на двигатель, движущий локомотив.

Современный вагон - конструкция определенной длины, установленная на двух четырехколесных тележках. Соединение тележек с конструкцией осуществляется с помощью вертикального стержня - шкворня. Таким образом на поворотах конструкция не зависит от тележки, а также есть возможность переставить вагон на колесные пары другой колеи. Это особенно актуально при сообщении между странами бывшего СССР с сопредельными государствами.

Первоначально для соединения локомотива с вагонами и вагонов между собой использовались 2 буфера и крюк. Любимый трюк кинематографистов отцепление вагонов при движении, что на практике в принципе невозможно. Сегодня для этой цели используется механизм автосцепки.

Современный поезд - мощная тяжеловесная конструкция. Чтобы его затормозить следует применить мощное усилие по всему составу поезда. Здесь применяют воздушный тормоз. Принцип действия заключается в использовании одновременно в локомотиве и вагонах мощных пружин, прижимающих колодки к колесам. В локомотиве имеется резервуар со сжатым воздухом. Давление в нем создается компрессором. Через магистраль ввиде гибких труб сжатый воздух подается в тормозные камеры и отжимает тормозные колодки в рабочем состоянии. При воздействии на клапан управления часть воздуха выходит, снижая давление и позволяя пружинам прижимать колодки, что и вызывает торможение.

Локомотивы и вагоны проходят периодическое обслуживание в специальных мастерских - депо. Периодичность обслуживания определяется временем эксплуатации и пробегом. В бывшем СССР кроме того существовали ремонтные заводы, где локомотивы и вагоны практически собирались заново. Срок эксплуатации с учетом заводского ремонта в некоторых случаях мог составлять до 50 лет.


Управление движением на железных дорогах.


Железные дороги появились до эры электричества. Поэтому управление движением поездов происходило с помощью чисто механических устройств и приборов. Для перекрытия движения использовались семафоры - поворотные планки с дисками. Отправление поезда на перегон регулировалось жезлами. Количество жезлов на станции должно было быть чётным. В этом случае один из них передавался машинисту и поезд мог следовать на перегон. Переключение маршрута следования с одного пути на другой производилось с помощью стрелочного механизма, приводимого в движение человеком - стрелочником. Все это сегодня предметы музеев. В эру электричества на железной дороге появилась новая служба СЦБ - сигнализация, централизация, блокировка. Прохождение поезда регулирует светофор. Его сигнал дублируется в кабине локомотива. Машинист должен назвать сигнал, а его помощник - подтвердить. При этом он должен нажать на ручку безопасности, подтверждая приём. При отсутствии нажатия автоматика останавливает поезд. Стрелки переводятся электрическим приводом. Управление всеми приводами выведено на центральный пункт, где сидит диспетчер. Включение сигналов производится автоматически в соотвнствии с положением стрелок и нахождения поездов.

Система совершенствуется в соответствии с техническим прогрессом. Первоначально использовались электромагнитные реле. Им на смену пришли чипы. Все устройства перед установкой на магистралях проходят длительную проверку на полигоне. Только то, что показало надёжную работу рекомендуют к внедрению.


Организация движения.


Линии железных дорог в большинстве стран образуют сеть. Магистрали пересекаются обычно в крупных населённых пунктах. Примерно каждые 40 - 50 километров поезд заходит на станцию, где пути разветвляются. Здесь происходит встреча поездов на однопутных магистралях: один освобождает перегон, другой на него заходит. Пункты пересечения магистралей называют узловыми станциями. Грузовой поезд формируют с максимальным количеством вагонов, которое может пропустить магистраль между узловыми станциями. Но объёмы грузов не позволяют сформировать полный состав от начальной до конечной точки назначения. На узловых станциях производят переформирования составов. Для этого применяют сортировочные горки. Маневровый локомотив заталкивает предварительно расцепленный состав на вершину горки. Вагоны каждого напрвления - отцепы скатываются вниз под действием силы тяжести. Диапетчер переводит стрелки, выбирая маршрут для каждого нового состава.

Движение по железным дорогам отличается точностью по времени и пунктуальностью. Это достигается разработкой четкого расписания движения. Именно на железной дороге эта форма и методика была впервые разработана. Сама по себе математическая задача расписания очень сложная и не всегда решаемая известными методами.

Грузовые перевозки в течение многих лет осуществлялись закрытыми вагонами. Однако теперь приоритет отдается открытым платформам, на которые устанавливают контейнеры, часто в 2 этажа. Закрытые вагоны в основном специализированы: цистерны для перевозки жидкостей, насыпные зерновозы, перевозчики автомобилей. В последнее время практикуют установку автомобильных трейлеров на тележки для перевозки в составе поезда. В месте назначения автомобиль подвозит трейлер конечному потребителю.

Пассажирское движение претерпело значительные изменения. Передвижение между далеко отстоящими городами осуществлялось поездами со спальными вагонами. В США даже эксплуатировались вагоны с полным пансионом: ванной, кухней, офисом, кинозалом. Но развитие авиасообщения составило им мощную конкуренцию. В то же время стали бурно развиваться скоростные линии. Здесь максимальное время движения 8 -10 часов, а потому здесь достаточно просто удобных кресел со столами. В скоростном поезде передний моторный вагон имеет обтекаемую форму для минимального аэродинамического сопротивления.

Я расскажу о тех линиях, которые сам видел и использовал.

Самая старая скоростная линия - Шинкансен в Японии. Впервые движение было открыто в 1964 году между Токио и Осакой. Расстояние примерно 500 километров. В настоящее время скоростная линия персекает всю Японию с севера на юг, проходя в тоннелях между островами. Скорость до 350 километров в час. Линии проложены отдельно от грузовых и нескоростных магистралей. Время в пути между Токио и Осакой занимает три с половиной часа. Поезд идёт мягко и комфортно.

Линия в Китае - Шанхай - Ханджоу. Расстояние - 250 километров. Поездка занимает час. Поезд весь путь идет по эстакаде с практически нулевыми подъемами и поворотами.

Евростар - Париж - Лондон. Пересекает Ла Манш в тоннеле. Расстояние - 300 км . Время в пути менее 3-х часов.

Немецкая железная дорога - Бундесбан. Междугородние поезда ICE.

Здесь поезд идет по обычной линии. Я ехал из Нюрнберга в Берлин и обратно. Время в пути 5 часов, расстояние - 500 км. 5 или 6 остановок.

Поезд - комфортабельный, идет плавно, но расписание выполняется не всегда, дорога перегружена.

Украина - Укрзализныця. Киев соединен скоростными линиями с Харьковом, Днепром, Львовом и Одессой. Я ехал из Киева в Днепр. Расстояние 500 км. Время в пути 6 часов. Линия - общая, но модифицированная для скоростного движения. Поезд корейского производства, вполне комфортабельный и идёт плавно. Билеты доступны онлайн.


Основные магистрали, стратегические дороги и перспективы развития транспорта.


Первой железнодорожной магистралью для жителей бывшего СССР была безусловно БАМ - Байкало Амурская магистраль. Строительство дороги стало пропагандистским мемом в течение многих лет. Согласно газетным статьям строительство велось добровольцами комсомольцами. На практике более половины работ выпоняли железнодорожные войска. С началом строительства их численность была увеличена вдвое. Газеты писали об огромном народнохозяйственном эффекте. На практике дорога строилась как стратегическая альтернатива Транссибирской магистрали в случае выведения её из строя. Строительство дороги столкнулось с огромными техническими трудностями. Один из ключевых элементов - Северо-Муйский тоннель был сдан в эксплуатацию только в 2002 году - через 28 лет после начала строительства. Сейчас ведутся работы по модернизации дороги, повышении её пропускной способности.

В таких крупных странах, как Россия, США, Австро-Венгрия, Канада массовое железнодорожное строительство началось в середине XIX века. Стоит отметить наиболее известные магистрали.

Самая длинная в мире Транссибирская магистраль, соединяющая Москву с Владивостоком. Её длина 9288 километров. Строительство было начато в 1891 году. Первоначально забайкальская часть дороги проходила по территории Китая. Россия арендовала китайскую территорию, построила даже город Харбин. Ответвление этой дороги связывало российскую военную базу в Китае Порт-Артур с Россией. Но в 1904 году эта часть дороги вместе с базой была потеряна. Тогда же был построен российский участок дороги, значительно более протяженный, который и эксплуатируется до сих пор. Китайский участок дороги был передан КНР в 1956 году.

Одна из самых известных в США дорог - линия Дулут - Сиэтл. Построенная примерно в 1870 году для соединения побережья Великих озер с Тихим океаном. Окончание её строительства совпало с падением рынка ценных бумаг и описано в трилогии Теодора Драйзера.

Менее известная дорога Америки - Чикаго - Новый Орлеан. Она проходит вдоль "главной улицы Америки" реки Миссиссипи. По реке проходит огромное количество грузов и дорога служит страховкой для этих перевозок. В Мемфисе, где я жил продолжительное время, колея дороги используется как трамвайный путь, когда нет поездов.

Строительство Трансканадской магистрали одна из легендарных страниц канадской истории.Тихоокеансое и Атлантическое побережья страны были соединены с основными зерновыми провинциями страны: Манитоба, Саскачеван и Альберта. Основными строителями магистрали стали рабочие из Китая. Их тяжелый труд и лишения позволили построить дорогу в рекордные сроки. В благодарность за это правительство Канады разрешило эмиграцию из Китая. В течние многих лет основной поток грузов шёл в восточном направлении для отправки в Европу и СССР. Но с 90-х годов напрвление потока изменилось на противоположное. Теперь основные получатели - Китай и страны Юговосточной Азии.

Великобритания пыталась построить Панафриканскую дорогу от Каира до Кейптауна, соединив все свои колонии. Но это удалось осуществить только частично.

В Европе существует густая сеть железных дорог, связывая страны в единый экономический механизм.

В бывшем СССР я хочу отметить 2 дороги, в строительстве которых принимал активное участие мой отец. Линия Астрахань - Гурьев. Связала юг России с Казахстаном. Её начинали строить дважды: один раз в 1913 году, второй раз в 1940. Оба раза война помешала строительству. И, наконец, в 1970 году дорога была сдана в эксплуатацию несмотря на разразившееся в то время эпидемию холеры. Тогда Гурьев м Астрахань закрыли на обсервациюи мой отец там провел более полугода. Дорога Днепродзержинск - Красноармейск. Ныне Каменское - Покровск. Строилась как обходная стратегическая дорога в обход узла Днепропетровск и мостов через Днепр. Именно сейчас она использована по назначению.

Следует сказать о дорогах, которые так и не были построены. Прежде всего это "Мертвая дорога" - Салехард - Игарка. В непроходимые болота и абсолютно безлюдную местность были брошены после войны десятки тысяч заключенных и военопленных. Жертвы исчислялись тысячами. После смерти Сталина на строительстве произошло восстание и, в рамках проводимой амнистии лагеря закрыли и их остатки служат памятником эпохи ГУЛАГа.

Еще во время гражданской войны была сделана попытка строительства дороги из Саратовской области в Казахстан: трасса Макат - Александров Гай для доставки Красной Армии на Туркестанский фронт. Но строительство не увенчалось успехов. К началу 1973 года был полностью готов новый проект строительства этой магистрали. Но начало строительства БАМа забрало все средства и поставило крест на этом проекте.

Проекты новых дорог.

Наиболее значимый проект строительства был предложен в начале нулевых американскими компаниями по возведению межконтинентальной дороги из США через Канаду в Аляску, оттуда через тоннель под Беринговым проливом в Россию и затем на соединение с сетью Китая. Проект был отвергнут Россией.

Сенсационным стало объявление о проекте скоростной магистрали на Ближнем Востоке из Дубая в Хайфу. Линия должна пройти через ОАЕ, Саудовскую Аравию, Иорданию, Израиль и закончиться в порту Хайфы. Дорога должна резко сократить движение грузов с Ближнего Востока и Индии в Европу.

Самый свежий и близкий мне проект: скоростная линия Торонто - Оттава - Монреаль - Квебек. Объявлено о начале строительства первого участка: Оттава - Монреаль. Неизвестно как быстро это произойдёт.


Железнодорожный транспорт достаточно надежный. По статистике жертв он в 22 раза безопаснее автомобильного транспорта, но уступает воздушному. Все новые разработки проходят длительную проверку на специальных полигонах перед массовым внедрением.


Формы собственности различаются в зависимости от страны. В России, Украине, Германии пути, станции, подвижной состав, пассажирское и грузовое движение принадлежат государственным компаниям соответственно РЖД, Укрзализныця. Бундесбан. В Канаде 2 компании владеют дорогами: Канадиан Нэшенел (CN) и Канадиан пасифик (CP).

Первая из них владеет и частью дорог в США. Пассажирские перевозки в Канаде осуществляет компания VIA RAIL. Пригородным движением в нашей провинции Онтарио владеет компания GO.

В США много частных железнодорожных компаний владеют как дорогами, так и грузовыми перевозками. Пассажирские перевозки находятся во владении компании AMTRACK.

Железные дороги в настоящее время испытывют сильную конкуренцию в грузовых перевозках с автомобильным и водным трнспортом, а в пассажирских перевозках с воздушным. Но тем не менее в большинстве стран они являются неотъемлемой и важнейшей частью инфраструктуры.