Исторические, экономические, технические предпосылки создания железнодорожного транспорта

Железнодорожный транспорт в современном понимании зародился в начале ХIХ века, явился результатом технического и промышленного прогресса, развития экономики, науки и культуры. К этому времени были созданы основные составляющие элементы железнодорожного транспорта: колесо, рельсовая колея и паровая машина.

Колесо – диск или обод со спицами, вращающийся на оси, существовало в глубокой древности. Колесо (деревянный диск) было изобретено в Др. Востоке в 4-м тыс. до н.э. Колесо со спицами и гнутым ободом появилось во 2-м тыс. до н.э., применялось для передачи, преобразования вращательного движения в простейших машинах – подъемных машинах, водяном, ветряном двигателях, использовалось в сухопутных транспортных средствах.

Колея также была известна несколько тысяч лет тому назад. В Др. Греции и Др.Риме в каменных настилах дорог делались борозды (углубления), по которым катились колеса повозок. С XIII в. на рудниках, шахтах, затем на заводах стали использовать лежневые дороги – колеи из выступающих или врытых вровень с грунтом деревянных продольных брусьев (лежней). По таким путям в шахтах передвигались тележки (вагонетки).

С увеличением нагрузки на путь лежни стали обивать листами железа. В середине XVIII века в Великобритании начали делать металлические балки – рельсы. В 1740 г. Ричард Рейнольдс изготовил первые чугунные рельсы, выполненные в виде углублений, по которым катились деревянные, затем чугунные колеса рудничных повозок. В 1767 г. Р. Рейнольдс уложил на подъездных путях к шахтам и рудниках стальные рельсы.

В 1776 г. английский изобретатель Джессоп предложил колеса вагонеток делать с закраиной (ребордой) на внутренней стороне обода, чтобы колеса не соскальзывали с рельсов. В 1798 г. он разместил рельсы грибовидной формы на поверхности.

Так в конце XVIII в. был осуществлен на практике основной принцип железнодорожного хода – сочетание выступающих по высоте рельсов, которые выполняют несущую и направляющую функции, с колесами, снабженными гребнями (ребордами) на внутренней стороне обода. Использование этого принципа объединило путь и подвижной состав, создав самостоятельный вид транспорта – железнодорожную транспортную систему «колесо – рельс».

Паровая машина – тепловой поршневой двигатель для преобразования энергии водяного пара в механическую работу, появилась в XVIII в. Ее создание стало результатом труда многих изобретателей.

Прообраз паровых турбин появился 120 лет до н.э. – в Др. Греции Герон Александрийский соорудил механическую игрушку, приводимую во вращательное движение силой пара. В проектах различных орудий использовал силу пара Леонардо да Винчи. Первое промышленное применение пара началось с изобретений француза Дени Папена. В 1690 г. он пытался соединить котел с цилиндром и поршнем водяной помпы. Этот принцип был использован для механической откачки воды из шахт и рудников.

Необходимо отметить вклад в изобретение паровой машины русского инженера И.И. Ползунова, горного мастера Барнаульского завода. В 1763 г. он создал паровой двигатель – двухцилиндровую машину непрерывного действия мощностью 40 л.с. для подачи воздуха в плавильные печи.

Революция в создании паровых машин произошла в 1784 г., когда английский инженер Джеймс УАТТ изобрел первый универсальный тепловой двигатель – паровую машину с цилиндром двойного действия. Паровая машина Уатта сыграла большую роль в прогрессе промышленности (переходу к машинному производству) и транспорта.

На транспорте паровые машины сначала стали использовать для автомобилей. В 1802 г. английский изобретатель Ричард Тревитик (1771–1833) сделал паровой автомобиль – паромобиль. Паровая повозка двигалась с грохотом и чадом со скоростью 10 км/час, пугая пешеходов, ломалась из-за плохих дорог. Конструктор решил приспособить ее для движения по рельсовому пути.

В 1803 г. Ричард Тревитик сконструировал первый в мире паровоз и осуществил первую поездку поезда.

Р. Тревитик установил на 4-х колесном паровозе усовершенствованную им одноцилиндровую паровую машину высокого давления. Движение поршня передавалось ведущим колесом при помощи шатуна кривошипа и зубчатых колес. Паровоз весом 5 т вез состав из пяти груженых вагонов весом 10 т со скоростью 8 км/ч. Однако чугунные рельсы не могли выдержать тяжелую машину, паровоз быстро разрушал путь, и от него отказались.

В 1808 г. Р. Тревитик организовал аттракцион, устроил в Лондоне круговой рельсовый путь, по которому катал желающих на паровозе конструкции «Догони меня, кто может».

В то время Тревитик не смог реализовать свои паровозы для практической работы, уступил авторские права и лицензии другим изобретателям, работавшим над созданием паровых локомотивов.

В первой четверти ХIХ века в Англии многие пытались построить хороший паровоз. На основе работ Р. Тревитика конструктор Дж. Бленкинсоп и механик М. Муррей в 1811 г. построили паровоз, двигавшийся за счет сцепления зубчатого колеса с третьим рельсом – зубчатой рейкой. В 1813 г. инженер В. Брентон предложил конструкцию паровоза, который отталкивался рычагами-«ходулями» от поверхности земли.

В 1813 г. Вильям Хедли установил на повозке сдвоенную паровую машину, назвав паровоз «Пыхтящий Билли». 8-колесный паровоз В. Хедли, построенный с гладкими ободьями колес, доказал, что движение экипажа по рельсам происходит в результате действия сил сцепления между ободом и рельсом при достаточном соотношении веса и силы тяги.

Решающий вклад в создание железнодорожного транспорта внес английский изобретатель Джордж Стефенсон (1781–1848). Обобщив предшествующий опыт в паровозостроении, Дж. Стефенсон, главный механик рудников Ньюкастла, начиная с 1814 г. построил несколько паровозов. Его первый паровоз «Блюхер» использовался на Келлингсвордских шахтах для доставки угля к пристани на реке Тайн.

Построенный Стефенсоном паровоз «Локомоушн № 1» (1825 г.) был применен на первой железнодорожной линии с паровой тягой Стоктон – Дарлингтон.

Именно локомотивы смогли превратить рельсовые пути в особое и специфическое предприятие – железную дорогу