История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Рис. 12.11. Электрифицированные трамвайные пути в Лихтерфельде, недалеко от Берлина

В немного отставших от Европы Соединенных Штатах электрифицированные железные дороги после 1883 года строили следующие инженеры: англичанин Лео Дафт (1843–1922), бельгиец Чарльз Джозеф ван Депоэль (1846–1892) и Франк Джулиан Спрейг (1857–1934), выпускник американской Военно-морской академии. В 1887 году журнал Electrician and Electrical Engineer перечислил 21 электрифицированную уличную железную дорогу на североамериканском континенте. Самой известной из них была построенная в Ричмонде, штат Вирджиния, Спрейгом в 1887 году как городской общественный транспорт. Эта линия протяженностью 12 миль, оснащенная 40 вагонами, немедленно стала успешной, как и Бостонская, которая начала действовать почти сразу после нее. К 1891 году трамвайные пути были построены или находились в процессе строительства в более чем 100 американских городах. После 1900 года система быстро распространилась по всему миру, и к 1940 году вагоны на конной тяге остались только в Мексике.

Рис. 12.12. Трамвай с токосъемником-тележкой

Уличные трамваи обычно работали на 500– или 600-вольтном постоянном токе, который шел по верхнему контактному проводу и передавался двигателю с помощью токосъемника. У ранних трамваев существовала тележка – троллей – небольшое устройство на желобчатых колесах, которое «ездило» по контактному проводу, а от него на крышу вагона опускался гибкий проводник (рис. 12.12). От этого приспособления вскоре отказались. Его заменило желобчатое контактное колесо на конце штанги, которое прижимала снизу к проводу сильная пружина. Но термин «троллей» сохранился. Уличная электросеть, как правило, состоит из: 1) генератора переменного тока на электростанции; 2) высоковольтных линий передачи переменного тока на подстанции, где происходит преобразование переменного тока в низковольтный постоянный ток; 3) распределения энергии – контактных проводов и токосъемников; 4) электрооборудования вагонов – контроллеров и моторов. Ток возвращается на подстанции через колеса, рельсы и рельсовые фидеры – медные проводники, дополняющие рельсы в переносе тока, помогающие держать его, насколько это возможно, подальше от земли. Кондуктор трогает вагон с места и контролирует его скорость с помощью контроллера – хитроумной комбинации переключателей и резисторов. Тяговые моторы с последовательным возбуждением обеспечивают большой начальный пусковой момент. Они связаны с колесами передаточными механизмами. Сначала ток проходит последовательно через сопротивления, чтобы защитить моторы при низкой скорости. Когда кондуктор движением рукоятки увеличивает скорость, он постепенно снижает сопротивление и в конце концов переходит на параллельное соединение.

Сарльз Генри из Индианы в 1894 году начал строить в Соединенных Штатах междугородные электрифицированные линии как продолжение уличных, перевозившие и грузы, и пассажиров. Перевозки достигли своего пика около 1910 года, но к 1930 году практически исчезли в США. В 1899 году компания Сименса, которая в 1881 году построила первую электрифицированную уличную железную дорогу, предложила безрельсовый трамвай – троллейбус, омнибус с электромоторами. Над троллейбусом было два контактных провода – второй заменил рельсы в обеспечении обратного тока. Безрельсовый транспорт создавал меньше помех для движения, чем рельсовый.

Шестьдесят лет работы – сравнительно небольшой срок. Быстрый рост числа личных автомобилей в Соединенных Штатах привел к упадку городского и междугородного электрифицированного железнодорожного транспорта. В 1890-х годах трамвай сменил омнибусы на конной тяге. Для истории инженерии и для истории развития городов важно, что шестьюдесятью годами позже омнибус, работающий на бензиновом или дизельном двигателе, и троллейбус в основном заменили трамваи всех видов в США.

Скоростной общественный транспорт в больших городах стал появляться в 1860-х годах, сначала в Лондоне. В Соединенных Штатах все началось с сооружения надземной железной дороги в Нью-Йорке. Эта линия, построенная в 1868 году, располагалась на Гринвич-стрит. Первый источник энергии, кабель, вскоре был заменен маленькими паровыми локомотивами. Нью-Йорк – первый в мире город, в котором появилась развитая сеть надземных железных дорог, и ее создатели были убеждены, что нашли оптимальный способ удовлетворения потребностей горожан в быстрой, безопасной и дешевой перевозке. Примеру Нью-Йорка последовал Бруклин. Оба города на протяжении жизни целого поколения дышали дымом от локомотивов, привыкли к нему и почти полюбили. В Чикаго электрические локомотивы, показанные на Всемирной ярмарке 1893 года, привели к их быстрому распространению. Чикагские городские трамвайные линии, первоначально имевшие протяженность 12 миль, позднее значительно расширились. Электромоторы с 1893 года использовались в Ливерпуле на надземной дороге.