Паровоз грузовой ФД20

История создания паровоза ФД 20

В связи с наметившимся отставанием транспорта от бурно развивавшейся промышленности в 1930 г. НКПС выдал срочное поручение Центральному планово-техническому управлению (ЦПТУ НКПС) на проведение технико-экономических расчётов по определению основных параметров паровозов со сцепным весом от 115 т и нагрузкой на ось не менее 23 тс для сочленённых паровозов и паровозов с одной жёсткой рамой. Параллельно в Техническом бюро Транспортного отдела ОГПУ (ТБ ОГПУ) проводятся аналогичные расчёты для локомотивов всех типов (паровозов, тепловозов, электровозов), но с учётом проводившейся в то время реконструкции советского железнодорожного транспорта.

Особенно остро в то время стояла, так называемая «паровозная проблема», то есть требовалось создать за короткое время такой паровоз, который бы позволил как можно более значительно увеличить провозную способность железных дорог при как можно меньших капитальных затратах и расходах на эксплуатацию. Поэтому техническое задание на товарный паровоз включало в себя следующие условия:

• 1. Использовать рельсовый путь главнейших направлений с наименьшими затратами на его усиление, то есть с максимальной нагрузкой, возможной для рельса типа IIа без вредного его перенапряжения.
• 2. Поднять максимально вес поезда, не выходя при этом, впредь до введения автосцепки, за пределы прочности существующих сцепных приборов.
• 3. Выбрать такой тип паровоза, который дал бы при углях и смесях среднего качества значительное повышение технической, а следовательно и коммерческой скорости.
• 4. Выбрать паровоз с такими размерами котла, обслуживание топки которого было бы возможно не только при стокере, но и вручную.

Используя результаты расчётов и данные технического задания, под руководством инженера П. И. Красовского (бывшего начальник Отдела тяги ЦУЖел НКПС) инженеры Р. П. Гриненко, М. С. Фёдоров и другие приступили к выполнению предварительного проекта мощного скоростного товарного паровоза. После проведения аналитической работы, в конце апреля на ТБ ОГПУ была завершена разработка предварительного проекта мощного товарного паровоза, типа 1-5-1, с давлением на ось в 20 тс для постройки на советских заводах.

Далее эскизный проект был передан в Центральное локомотивопроектное бюро Наркомата тяжёлой промышленности (ЦЛПБ НКТП), которое располагалось на территории Коломенского завода. 1 мая 1931 года, коллектив конструкторов под руководством Сушкина К.Н. приступил к рабочему проектированию нового паровоза.

Так как в Советском Союзе впервые создавался такой мощный паровоз, да ещё и типа 1-5-1 (впервые в советском паровозостроении), то конструкторами были использован американский опыт паровозостроения, в частности изучение поставленных из США паровозов Т^а и Т^б (с осевой нагрузкой 23 тс) и предоставленными американскими паровозостроительными заводами конструкторских документаций на эти паровозы.

Общие виды паравоза                                   Конструктивная схема паровоза серии ФД..

Техническое описание паровоза ФД20

Паровоз ФД относится к типу 1-5-1, то есть у него 5 движущих осей, закреплённых в одной жёсткой раме, а также одна бегунковая (передняя) и одна поддерживающая (задняя) оси, которые, для лучшего вписывания в кривые, находятся на специальных тележках. Паровоз приводится в движение простой паровой машиной, для привода которой используется перегретый пар (котёл оборудован пароперегревателем), что позволяет получить экономию в топливе.

В конструкции паровоза применён ряд новаторских, для советского паровозостроения, решений. Так, цилиндры паровой машины отлиты в виде полублоков, которые совмещают в себе не только собственно цилиндры, но и золотниковые камеры, переднее междурамное скрепление и опору дымовой коробки котла. Ряд элементов конструкции паровоза ФД позже был использован при создании всех новых серий советских паровозов.

Несмотря на свою высокую мощность и большую длину, паровоз ФД полностью вписывается в европейский габарит подвижного состава, который меньше аналогичного габарита на советских железных дорогах. В официальных документах и в технической литературе какое-либо объяснение этой конструктивной особенности паровоза отсутствует, а объясняется она тем, что при создании паровоза была, таким образом учтена доктрина ведения боевых действий с потенциальным противником на чужой европейской территории с особенностями сооружений на этом железнодорожном пути, и осуществление военных перевозок РККА без использования местного локомотивного парка. А как будет реализована эта особенность ФД — путём смены колёсных пар или перешивкой европейского пути, дело уже несложное, не затрагивающее конструкцию паровоза.

Экипажная часть

На паровозе ФД впервые в советском паровозостроении была применена брусковая рама. По сравнению с ранее применявшимися листовыми рамами, рамы данного типа имеют бо́льшую поперечную прочность, что позволило уменьшить число промежуточных скреплений, а также применить паровые цилиндры блочной конструкции. Вместе с тем такой тип рамы более трудоёмкий в изготовлении, так как одна лишь обработка на станках в 6—8 раз дольше, чем для листовых рам. Также такой тип рам требует более тщательной сборки. По этой причине целый ряд крупных заводов не могли серийно производить этот паровоз, а на Луганском паровозостроительном заводе пришлось возвести новые сборочные цеха.

Отдельным недостатком рамы паровоза ФД оказалась недостаточная прочность. При разработке рамы конструкторы опирались на американский опыт создания таких рам, поэтому выбрали толщину полотен 125 мм. Однако американские заводы для изготовления рам использовали сталь с присадками ванадия и никеля, а в СССР— обычную углеродистую (Сталь-5). В данном случае следовало увеличить толщину полотен, однако это сделано не было (в основном из-за весовых ограничений), что привело к снижению надёжности её конструкции.

Паровой котел и паровая машина

Котёл паровоза имел очень хорошую производительность— до 65 кг пара с 1 м² за 1 час. Его большая площадь топки позволяла применять низкосортные сорта угля (высокосортный уголь в то время требовался для металлургической промышленности). Но общий коэффициент полезного действия котла был относительно низким— не более 61 % для механического отопления и 68 %— для комбинированного. Причины такого низкого КПД заключались в неудовлетворительной работе механического углеподатчика, из-за чего наблюдался большой унос несгоревшего топлива, а также из-за применения камеры догорания и мелкотрубного пароперегревателя (Элеско-Е), который давал температуру перегретого пара на 5—9 % ниже по сравнению с ранее применявшимися типами пароперегревателей (Чусова и Шмидта). Повысить КПД котла удалось применением углеподатчика новой конструкции и заменой пароперегревателя на широкотрубный, что однако привело к увеличению потерь с уходящими газами (на 12—14 %), но тем не менее позволило повысить экономичность паровоза примерно на 7 %. Применение стальной топки, вместо медной (в то время медь в СССР использовалась в больших количествах для электрификации), уменьшило массу котла, но снизило надёжность, так как сталь менее устойчива к различным температурным деформациям.

Применение блочных паровых цилиндров и их отливка заодно с золотниковыми камерами, несмотря на некоторое усложнение процесса отливки, позволило упростить производство за счёт уменьшения числа деталей, особенно крепёжных, что также позволило повысить надёжность этого узла. Также на ФД был применён парораспределительный механизм Гейзингера (Вальсхарта), который применялся на русских паровозах с 1901 года и достаточно хорошо зарекомендовал себя в эксплуатации.

Технические характеристики ФД20