Если посмотреть на современный тепловоз, можно заметить странную особенность — колёс у него намного больше, чем кажется необходимым. Причём речь идёт не о нескольких лишних осях, а о действительно массивной конструкции, которая выглядит непривычно даже на фоне обычных поездов. Поэтому у многих возникает логичный вопрос: зачем тепловозам нужно так много колёс?
На самом деле большое количество колёс у тепловоза связано не с дизайном, а с огромным весом локомотива и необходимостью тянуть многотонные составы. Чем мощнее двигатель и тяжелее поезд, тем сильнее нагрузка на рельсы. Именно поэтому инженерам пришлось искать способ равномерно распределять вес локомотива, чтобы железная дорога просто не разрушалась под такой техникой.
Представьте себе человека, который пытается пройти по тонкому льду в тяжёлых ботинках. Лёд трещит под каждой пяткой. А теперь представьте того же человека на лыжах. Вес тот же, но давление распределяется, и лыжник идёт уверенно. Тепловоз с множеством колёс — это тот же принцип, только в металле и с дизелем внутри.
Почему тепловоз не может обойтись двумя парами колёс
Многие удивляются, почему локомотив нельзя сделать по принципу обычного вагона. Вагоны — лёгкие, едут по уже проложенным рельсам, и четырёх колёс им вполне хватает. Но проблема в том, что внутри тепловоза находится тяжёлый двигатель, генераторы, топливные баки и другое оборудование, которое весит десятки тонн. Если поставить слишком мало колёс, давление на рельсы окажется критическим, а сцепление с дорогой станет хуже.
Давайте посмотрим на цифры. Одна секция популярного грузового тепловоза 2ТЭ10М весит 138 тонн . Для сравнения: секция электровоза ВЛ10 весит всего 92 тонны. Разница почти в полтора раза! Почему тепловоз такой тяжёлый? Всё дело в дизель-генераторной установке — сердце локомотива.
Вот как устроен тепловоз изнутри. Вместо того чтобы брать электричество из проводов (как электровоз), тепловоз сам везёт с собой мини-электростанцию. В машинном отделении стоит огромный дизельный двигатель — например, 10-цилиндровый дизель 10Д100 весит 19,5 тонн, а вся установка с генератором тянет уже на 31 тонну . И это только двигатель! Плюс топливные баки (сотни литров солярки), плюс охлаждающие системы, плюс кабина машиниста — всё это набирает ту самую «сотню с лишним».
Если бы конструкторы попытались поставить этот 138-тонный агрегат на 4 оси, как у обычного вагона, нагрузка на каждую ось превысила бы 34 тонны (это как поставить на рельсы два гружёных КамАЗа на одно колесо). Рельсы бы просто не выдержали. Поэтому и понадобились дополнительные оси.
Как дополнительные оси помогают тепловозу тянуть тяжёлые составы
Чем больше колёс у тепловоза, тем лучше распределяется масса локомотива и тем эффективнее передаётся тяговое усилие. Благодаря этому поезд может перевозить огромные грузы без пробуксовки и перегрузки железнодорожного полотна. Именно поэтому мощные грузовые локомотивы почти всегда выглядят намного длиннее и массивнее пассажирских.
Сколько колёс у тепловоза? Типичная секция грузового тепловоза имеет 6 осей — это 12 колёс . А поскольку мощные тепловозы часто делают двухсекционными (два локомотива, сцепленных вместе), общее количество колёс достигает 24. Это как если бы по рельсам ехала механическая сороконожка!
Для чего локомотиву много осей? Причин несколько:
Уменьшение давления на рельсы. Чем больше точек опоры, тем меньше нагрузка на каждую. Шесть осей распределяют вес гораздо эффективнее, чем четыре. Это спасает и рельсы, и мосты, и сам путь от преждевременного износа.
Улучшение сцепления. Тепловоз — это не просто тележка, которая едет. Он ещё и тянет за собой десятки вагонов. Сила тяги напрямую зависит от того, насколько хорошо колёса «цепляются» за рельсы. Чем больше осей (и чем тяжелее локомотив), тем сильнее сцепление и тем меньше риск пробуксовки при трогании тяжёлого состава.
Размещение тяговых электродвигателей. Каждая ось тепловоза приводится в движение собственным тяговым электродвигателем . Таких двигателей на секцию — шесть, каждый весит больше 3 тонн . Добавьте к этому массу самих колёсных пар, букс и рам тележек — и вы поймёте, почему локомотив получается таким длинным и «многоколёсным».
Почему у электровозов колёс меньше, а у тепловозов — больше
Зачем локомотиву много осей, мы разобрались. Но тогда возникает встречный вопрос: почему электровозы (которые тоже тяжелые и мощные) часто имеют всего 4 оси на секцию, а тепловозы — 6?
Ответ кроется в распределении веса внутри локомотива. У электровоза нет тяжёлого дизеля и генератора. Он получает электричество от внешней сети через провода, внутри у него — только трансформаторы и преобразователи. Поэтому электровоз одной секцией весит 92 тонны — на 46 тонн легче тепловоза.
Вес распределён иначе, поэтому 4 осей с мощными двигателями (которые, кстати, могут весить даже больше тепловозных — до 4,9 тонны за штуку ) вполне достаточно.
А вот тепловоз — сам себе электростанция. Он вынужден везти с собой этот тяжеленный дизель. Поэтому ему и нужно больше колёс, чтобы не продавить рельсы.
Как устроен тепловоз и почему он такой длинный
Устройство современного тепловоза — это торжество инженерной мысли. Если заглянуть внутрь, то (примерно) можно увидеть такую картину:
Дизель — главный двигатель, сжигает солярку и крутит вал.
Главный генератор — превращает вращение вала в электричество.
Тяговые электродвигатели (по одному на каждую ось) — получают электричество от генератора и крутят колёса.
Топливные баки — большие ёмкости с соляркой.
Охлаждающие устройства — радиаторы и вентиляторы для охлаждения дизеля.
Кабина машиниста — место управления всем этим великолепием.
Всё это нужно как-то разместить. Дизель — огромный, генератор — огромный, топливо нужно возить с собой. Поэтому тепловоз и получается длинным — просто потому, что всё это добро невозможно утрамбовать в короткий корпус. Ну а раз корпус длинный — почему бы не использовать эту длину для установки дополнительных колёсных пар?
Это замкнутый круг: чем мощнее тепловоз, тем тяжелее его «сердце». Чем тяжелее «сердце», тем длиннее корпус. Чем длиннее корпус, тем больше осей нужно, чтобы распределить вес. И так по нарастающей.
Почему у тепловоза много колёс
Итак, подведём черту под нашим железнодорожным расследованием.
Тепловоз очень тяжёлый — из-за дизель-генераторной установки и запаса топлива.
Если осей мало, нагрузка на рельсы становится критической — путь разрушается.
Много осей равномерно распределяют вес, снижая давление в каждой точке.
Дополнительные оси улучшают сцепление колёс с рельсами, позволяя везти тяжёлые составы без пробуксовки.
Длина тепловоза связана с размерами оборудования, а длина позволяет установить больше осей.
Вот почему конструкторы не могут просто взять и сделать локомотив на четырёх колёсах, как велосипед. Физика, вес и свойства металла диктуют свои правила. Каждая дополнительная ось — это не прихоть дизайнера, а инженерная необходимость.
В следующий раз, когда увидите проходящий мимо тепловоз, присмотритесь к его «ноги» — колёсным парам. Теперь вы знаете, что каждая из них работает на общее дело: держать этот стальной гигант на рельсах и помогать ему тащить за собой сотни тонн груза. А то, что он похож на сороконожку — так это даже мило. В хорошем, индустриальном смысле.