9.2. Использование электрической тяги

К концу XIX – началу XX века в Европе и Америке из всех областей применения электродвигателей ни одна не приобрела такого промышленного значения, как электрическая тяга, причем это были электрические локомотивы как для различных рудников и шахт, так и для электрифицированных внутригородских и междугородних железных дорог.

В славной когорте известных ученых и инженеров, посвятивших себя исследованию электричества и внедрению его во все отрасли деятельности человека, видное место принадлежит нашему соотечественнику, полтавчанину, артиллерийскому офицеру и инженеру, изобретателю первого в мире электрического трамвая Ф. А. Пироцкому.

Ф.А. Пироцкий ещё в 1876 году предложил «рельсовый экипаж» с электродвигателем и опубликовал результаты своих

исследований на заброшенной железнодорожной ветке длиной 3,5 версты вблизи Петербургского порта в «Инженерном журнале» и разослал его многим физикам и электротехникам. Его наблюдения и идеи подтолкнули коллег к работам в этом направлении, и не только в России. Представители фирмы «Сименс и Гальске» немедленно отправили статью своему руководству в Германию. И вскоре, в 1879 г., на Берлинской промышленной выставке (рис. 9.17) демонстрировалась первая опытная электрическая железная дорога фирмы «Сименс и Гальске», доказавшая возможность передачи электроэнергии по рельсам для движения вагончиков.

Ее успех заставил фирму для закрепления за собой права собственности на это изобретение построить уже несколько полноценных городских железных дорог в Берлине, Оффенбахе и Вене, а также несколько горнозаводских железных дорог. На рис. 9.18 показан электрический рудничный локомотив конструкции «Сименс и Гальске».

Вот как описывали газеты опыты Пироцкого: «22-го сего августа (1880 г.) в 12 часов дня на Песках, на углу Болотной улицы и Дегтярного переулка, в первый раз в России двинут вагон электрическою силою тока, идущего по рельсам, по которым катятся колеса вагона. Динамоэлектрическая машина подвешена к вагону снизу. В присутствии Управления 2-го Общества конно-железных дорог пробное движение вагона электрическим способом назначено на 1 сентября в 11 часов утра».

Рис. 9.17. Первая электрическая железная дорога (Берлин, 1897)

А Ф.А. Пироцкий продолжал дальнейшие исследования уже вместе с известным физиком В. Чиколевым. 12 апреля 1880 года на первой в мире специальной электротехнической выставке в Петербурге Пироцкий демонстрировал свои проекты для движения поездов и сделал доклад «Передача силы на любое расстояние с помощью гальванического тока (проводники – рельсы и провод)». Расчеты выполнил известный физик профессор Петербургского лесного института Дмитрий Лачинов. Через погода в Берлине с докладом «Динамоэлектрическая машина и её применение на железных дорогах» выступил Вернер Сименс.

Пироцкий успешно реализовывал свои идеи собственными силами. Все лето 1880 года он переделывал один из вагонов конной железной дороги, подвесив к раме электродвигатель и редуктор, вращение от которых передавалось колесам. Рядом с линией конки была построена небольшая электростанция. Электрическая энергия передавалась от небольшого генератора Грамма к электродвигателю, удаленному на расстояние около 1 км.

Испытания и одновременно демонстрация вагона, движущегося без упряжки, продолжались почти весь сентябрь, привлекая внимание специалистов и простой публики, вызывая отклики газет и протесты владельцев конок. Для совершенствования конструкции трамвая у Пироцкого не было средств. Военное начальство несколько раз все же брало на себя некоторые расходы на эксперименты с электричеством. В 1881 году Пироцкий проложил подземную линию, по которой передал электроэнергию от пушечной мастерской до Технической артиллерийской школы. Успех этого проекта подтолкнул власти Петербурга к строительству центральной электростанции.

Рис. 9.18. Электрический рудничный локомотив конструкции фирмы «Сименс и Гальске»

Идеи Ф.А. Пироцкого были подхвачены за рубежом и в России достаточно мощными фирмами и состоятельными предпринимателями. В 1881 году фирма «Сименс и Гальске» начала изготавливать вагоны, конструкция которых совпадала с проектом Пироцкого.

Рис. 9.19. Подземная проводка для электрического трамвая в Будапеште

Рис. 9.20. Вагон фирмы «Сименс и Гальске» со штангой в виде контактной петли

Рис. 9.21. Расположение электромотора на колесной оси

Федор Аполлонович Пироцкий (1845–1898) родился в семье помещика, штабс-лекаря Лохвицкого уезда Полтавской губернии. В 1866 году после окончания Михайловского артиллерийского училища в Петербурге он был направлен подпоручиком в Киевскую крепостную артиллерию для прохождения службы. В 1869 году Пироцкому удалось поступить в Михайловскую артиллерийскую академию на строевой факультет. Через два года, после окончания курса, его назначили ревизором в Артиллерийское управление. Ещё в училище он увлекся изучением электрических явлений, но заниматься любимым делом мог только во внерабочее время. В начале 1880 года Пироцкий предложил несколько конструкций усовершенствованных металлургических и домашних печей, а также печей для выпечки хлеба. В развитии телеграфа также есть определенный вклад артиллериста-изобретателя.

В середине 80-х годов XIX века американцы воспользовались этим изобретением, заменив прежде всего неудовлетворительную проводку тока по рельсам на простую и удобную воздушную проводку. После этого количество электрических железных дорог в Америке стало расти с каждым годом, начиная от 22 дорог в 1887 г. до 500 в 1891 г. и почти до 900 в 1899 г. В 1897 г. из 800 предприятий, занимающихся городскими пассажирскими перевозками, 700 приходилось на долю электротранспорта. При этом общая длина путей составляла более 13000 миль, а общее количество эксплуатируемых вагонов доходило до 47 тысяч.

Успехи практичных американцев заставили значительно более активно развивать электротранспорт и в Европе. Однако американский способ воздушной прокладки проводов по городским улицам встретил в Европе большое сопротивление ввиду того, что якобы протягивание по улицам проводов делает их некрасивыми и создает много других неудобств. Поэтому на первых порах в Европе обратились к подземной проводке тока.

Определенной оригинальностью отличался проект подземного городского электрического трамвая фирмы «Сименс и Гальске» в Будапеште (рис. 9.19). Такой способ постройки был выбран вынужденно, поскольку узкие и перегруженные наземным транспортом улицы Будапешта не допускали ни малейшей возможности строительства наземного либо воздушного трамвая. Открытие Будапештской подземной железной дороги протяженностью около 4 км состоялось 2 мая 1896 г. По подземному двухколейному бетонному туннелю шириной 6 и высотой 3 м передвигалось 10 моторных вагонов, перевозящих по 50 пассажиров. Интервал движения составлял 5 минут при средней скорости вагонов до 40 км/ч. Электрический ток вся линия получала от центральной электрической станции Будапешта по подземному подводящему кабелю. Но в Европе быстро поняли, что подземная проводка существенно удорожает прокладку линий. Поэтому многие фирмы вскоре перешли на значительно более экономичную воздушную прокладку питающих проводов. Такие линии городского электрического трамвая, как грибы после дождя, стали повсеместно сооружаться в Европе. Конструкции их различались только в мелких деталях. На рис. 9.20 показан общий вид вагона городского наземного электрического трамвая фирмы «Сименс и Гальске» со штангой в виде контактной петли.

Рис. 9.22. Общий вид подвесной дороги городского электрического трамвая в Эльберфельде

Постройка электрической железной дороги в Берлине всегда была любимой мечтой Вернера Сименса, который уже в 1880 г. хотел осуществить это предприятие. Но запрет берлинского полицейского управления отодвинул срок реализации проекта более чем на 10 лет. За это время инженеры фирмы «Сименс и Гальске» в тиши кабинетов разрабатывали новые еще более совершенные проекты, с которыми и выступили опять в начале 1891 г. Еще через два года началось строительство Берлинской воздушной железной дороги, пересекающей город с востока на запад от Варшавского моста до Берлинского зоологического сада. Пассажирский поезд состоял из одного моторного и двух пассажирских вагонов общей вместимостью до 150 человек.

Расположение электромотора на колесной оси вагона трамвая показано на рис. 9.21.

Вся конструкция с помощью рессор крепится непосредственно к вагонному основанию. На рис. 9.22 приведен общий вид подвесной дороги городского электрического трамвая в Эльберфельде.

Ввод в работу в 1890 году Киевской городской электрической станции позволил осуществить 2 мая 1892 г. пуск первого в России городского трамвая. Линия длиной 1,5 км проходила по Александровскому спуску от Царской (Европейской) до Нижней (Почтовой) площади. С июля 1892 г. началась регулярная эксплуатация одноколейной трамвайной линии, по которой курсировали два вагона (рис. 9.23).

В 1893 г. в Киеве эксплуатировались уже две трамвайные линии, а за 10 последующих лет их количество возросло до двадцати. Трамвайное сообщение связывало центр с Глубочицей, Куреневкой, Сырцом, а также с пригородами – Святошино, Демиевкой, Пущей-Водицей. Всего эксплуатировалось

до 300 трамвайных вагонов, а общая протяженность трамвайных линий достигала 160 км. Стоимость поезда составляла 5 коп. за первый тарифный участок и по 3 коп. за каждый последующий. Эксплуатацию такого достаточно протяженного и разветвленного по тем временам городского трамвайного хозяйства Киева обеспечивали несколько мощных городских электрических станций, содержащих специальные динамо-машины постоянного тока мощностью 400 кВт и напряжением 550 В для питания электромоторов трамвая.

Рис. 9.23. Первый в России электрический трамвай на Александровском (ныне – Владимирском) спуске в Киеве

В электрическом отношении электромоторы городских железных дорог практически не отличались от аналогичных электродвигателей. Основной отличительной особенностью первых электромоторов были угольные пластинки, которые заменили быстро выходящие из строя медные коллекторные щетки. Это замечательное изобретение американского электротехника Деноэло впоследствии стало использоваться и в динамо-машинах. Уголь имеет великолепное свойство практически полностью уничтожать образование искр между щеткой и коллектором. Благодаря шлифовке он дает хороший контакт с коллектором и стирается более равномерно в сравнении с металлическими щетками.