Изобретение паровоза и начало развития железных дорог

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО  «Уральский государственный технический  университет – УПИ»

Филиал  УГТУ – УПИ в городе Серове 
 
 
 
 
 

Контрольная работа

по истории  науки и техники

по теме

Изобретение паровоза и

начало  развития железных дорог 

                                              Руководитель: Завальнюк В.В.

                                              ст. преподаватель

                                              Студент: Балдин А.А.

                                              группа МТ-17062 СЕ 
 
 
 
 
 
 
 

Серов 2008

Начало развития железных дорог, как правило, связывают  с именем английского инженера Джорджа Стефенсона. Однако Стефенсон не был первым изобретателем паровоза, ему удалось обобщить весь предыдущий опыт, ошибки и неудачи предшественников и создать более или менее работоспособный локомотив. Кроме того, Стефенсон построил первый в мире локомотивный завод и начал снабжать весь мир своими паровозами, которые по тем временам, были настоящим чудом техники. Когда в Англии стали строить первые рельсовые дороги, наиболее подходящим видом тяги считалась конная. Стефенсон заявил, что может построить паровоз, который будет передвигаться быстрее лошадей и разовьет скорость более 30 км/ч. Почти никто в это не поверил, и многие смеялись над Стефенсоном. Однако, когда в 1829 году паровоз Стефенсона «Ракета» развил скорость 56 км/ч, большинство людей изменило свое отношение к паровозам. 
 
До Стефенсона были другие инженеры, которые тоже разрабатывали самоходные паровые машины, передвигающиеся по рельсам. В частности, английский инженер Тревитик изобрел паровоз еще в 1803 году, однако он неудачно выбрал металл для пути, использовав чугунные рельсы. В то время рельсовые дороги уже довольно активно использовались на рудниках для доставки руды из карьера. Вагонетки по этим рельсам тянули лошади. Владельцы рудников попробовали изобретение Тревитика, но оно им не понравилось, поскольку чугунные рельсы быстро выходили из строя под тяжестью паровоза. 

Железнодорожный транспорт в России, как и в  других европейских странах, зародился  на горнодобывающих и металлургических предприятиях. Одна из первых в России чугунных дорог была проложена ещё  в конце 80-х годов XVIII в. на казенном Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. В строительстве 160-метрового внутризаводского пути использовался опыт как уральских, так и английских мастеров, в частности, шотландца Ч. Гаскойна.  
Грузовые рельсовые перевозки шагнули за внутризаводские рамки с постройкой в 1809 г. на Алтае горным инженером П.К. Фроловым почти двухкилометровой чугунной дороги с конной тягой на казенных Колывано-Воскресенских заводах. Введение дороги в эксплуатацию позволило заменить при перевозках 25 лошадей и труд нескольких сотен душ приписных крестьян. Введение паровой тяги на рельсовом транспорте связано с именами крепостных механиков Е.А. и М.Е. Черепановых. Построенный ими на уральском Нижнетагильском металлургическом заводе Демидовых первый российский паровоз в августе 1834 г. был успешно испытан на 400-саженном (854 м) чугунном пути.  
 
Таким образом, в первые десятилетия XIX в. на казенных и частных горных заводах предпринимались попытки введения рельсового транспорта с конной и паровой тягой. Достигнутые Фроловым и Черепановыми результаты в проектировании и строительстве чугунных дорог и паровозов во многом опередили потребности своего времени и натолкнулись на невнимание и отсутствие поддержки со стороны правительства и предпринимателей. Их новаторский опыт так и не стал основой для дальнейшего развития и распространения в России железных дорог, хотя, несомненно, внес определенный вклад в преодоление барьера неприятия рельсового парового транспорта. 
 
Прошло еще 20 лет, прежде чем Стефенсон учел все неудачи предшественников, и не только предложил более совершенный локомотив, но и сформулировал требования к тому, каким должен быть путь. 
 
На самом деле многие вещи, без которых невозможно было бы нормальное функционирование железной дороги, были придуманы задолго до изобретения паровоза. В основном полигоном для отработки правильной конструкции рельса, вагонного колеса, соединения рельсов и шпал были те же самые рудники. Именно на рудничных дорогах придумали делать выступы (реборды) у колес для предотвращения схода вагона с рельс, там же изобрели грибовидную форму рельса в разрезе. 
 
Ширина железнодорожной колеи во всем мире разная. Наиболее распространенная ширина колеи, предложенная Стефенсоном, составляет 1435 мм или 4 фута 8,5 дюймов. Железные дороги с такой шириной колеи составляют 75% от общего числа железнодорожного пути во всем мире. Как уже говорилось выше, Стефенсон не только изобрел наиболее совершенный по тем временам паровоз, но и построил первый в мире локомотивный завод. На какой-то период он стал наиболее крупным поставщиком локомотивов по всему миру, в первую очередь в европейские страны и в Америку. Поскольку стефенсоновский паровоз был рассчитан под колею шириной 1435 мм, во многих странах был принят именно этот размер. 
 
Идея делать колею именно такой ширины возникла из-за того, что стандартная ширина дорог (для гужевого транспорта) в Англии составляла 4 фута 6 дюймов. Стефенсон хотел сделать колею для паровоза такой же ширины, однако он просчитался, и для повышения устойчивости паровоза пришлось увеличить его габариты еще на 2,5 дюйма, соответственно раздвинув под него колею.

  
При строительстве первой российской железной дороги из Санкт-Петербурга в Царское Село, движение по которой было открыто осенью в 1837 году, была выбрана ширина колеи 6 футов (1829 мм). В это время многие инженеры подвергали критике предложенный Стефенсоном стандарт ширины колеи, исходя при этом из соображений устойчивости локомотива и удобства размещения частей конструируемых паровозов. Успешная работа дороги зимой опровергла пессимистические прогнозы противников железных дорог и доказала принципиальную возможность их эксплуатации в российских климатических условиях. 
 
Первая, действительно важная для экономики страны, железная дорога в России была построена к концу 40-х годов XIX века. Это была линия Санкт-Петербург - Москва, введенная в эксплуатацию в 1851 году, по указу Николая I от 1 февраля 1842 г., который определял порядок возведения дороги [ПСЗ]. Этапным в судьбе железнодорожного транспорта явился опубликованный 27 января 1857 г. Указ Александра II о создании в России сети железных дорог. В Указе предусматривалось строительство четырех-тысячеверстной сети. Исполнение столь грандиозной задачи возлагалось на специально создаваемое Главное общество российских железных дорог. Основу сети должны были составить четыре магистрали: С.-Петербурго-Варшавская (ее строительство начато в 1851 г.; Московско-Нижегородская; Московско-Феодосийская; Либавская (от Либавы до Орла или Курска). Вопрос о ширине колеи для этих путей обсуждался с учетом мирового опыта и, поскольку российские инженеры считали, что стефенсоновская колея слишком узка, для российских железных дорог был выбран стандарт 5 футов, то есть 1524 мм. 
 
На Земном шаре примерно 75%  длины железных дорог имеют стефенсоновскую колею, колея шире стефенсоновской составляет 11% дорог, еще 14% имеют ширину меньше 1435 мм. Например, в Японии ширина колеи составляет 1067 мм. Кстати, кроме Японии такую же ширину колеи имеет и кусочек российской железной дороги - Сахалинская железная дорога.

На Сахалине развитие железных дорог началось после  японско-русской войны, в результате которой остров был разделен на две части, северная часть осталась за Россией, а южная часть была передана Японии как победительнице в этой войне. 

За период с 1906 по 1943 год японцы построили более 700 км железных дорог, в это же время в северной части Сахалина было построено 80 км железных дорог, поэтому, когда после Второй мировой войны обе части Сахалина были объединены и стали советскими,  встала задача объединения сети железных дорог на острове, и было решено, что лучше в северной части всё привести к стандарту японскому, чем менять что-либо в южной части.

         Ведущими железнодорожными державами,  если исходить из физического наличия железнодорожных путей, относятся США (259 тыс. км железных дорог), бывший Советский Союз (147 тыс. км), Канада  (67 тыс. км), Индия (62 тыс. км) и Китай (52 тыс. км). 

Перспективой  развития железных дорог является рынок  пассажирских перевозок. На относительно небольших расстояниях, которые на самолете еще не очень удобно преодолевать, а на машине уже тяжело (расстояния в 300-500 км) железная дорога может стать наиболее удобным для пассажира способом перемещения. Но для этого нужно чтобы поезд ехал очень быстро, значительно быстрее, чем едет состав с грузами, и быстрее, чем едет пригородная электричка. Решить эту проблему можно, создав поезду «зеленую линию», так, чтобы он нигде не останавливался. В ряде случаев лучшим решением проблемы является строительство отдельной трассы для высокоскоростных дорог, которые наиболее активно стали развиваться в Европе и в Японии. Есть скоростные дороги в Германии, во Франции, во многих странах Западной Европы, а в Японии построены две линии скоростных железных дорог, которые проходят через всю страну по двум берегам. 

Здесь также  возникает проблема оценки экономической  эффективности изменений. Необходимо очень аккуратно считать, имеет ли смысл обычные дороги превращать в высокоскоростные, и по каким маршрутам стоит пускать пассажирские экспрессы. В качестве примера можно вспомнить проект строительства высокоскоростной магистрали Москва - Санкт-Петербург, которая до сих пор находится в непонятном «подвешенном» состоянии. Сегодня строительство самой дороги заморожено по экологическим соображениям, поскольку по проекту дорога должна проходить через заповедные места, однако совершенно очевидно, что и с экономической точки зрения эта дорога будет неэффективной, огромные затраты на это строительство не окупятся в обозримые сроки. Опыт эксплуатации скоростных дорог (например, дороги с Евротуннелем) показывает, что реальная эффективность использования дороги значительно меньше расчётных показателей проекта.