ФД («Феликс Дзержинский»; заводское обозначение — 1П — «1-й тип паровоза»; прозвища — Федя, Федюк, Феликс) ― советский магистральный грузовой паровоз типа 1-5-1, производившийся Луганским (Ворошиловградским) паровозостроительным заводом с 1931 по 1941 год. Был создан в связи с проводившейся в Советском Союзе индустриализацией, когда правительство страны потребовало от железнодорожного транспорта справиться со всё возрастающим грузооборотом.
Проектирование и постройка первого паровоза серии заняли рекордно короткий срок — 170 дней, и это при том, что на нём было применено множество нововведений, которые кардинально изменили советскую школу паровозостроения. Полученный при проектировании и производстве «Феликса Дзержинского» опыт был использован при создании всех последующих советских паровозов. ФД обслуживал важнейшие грузовые направления, увеличивая их провозную способность за счёт повышения веса и, особенно, технической скорости движения грузовых поездов в условиях предельного использования винтовой сцепки и нереконструированного верхнего строения пути. Являлся одним из мощнейших советских серийных паровозов и имел среди них самую высокую силу тяги. Впоследствии значительное количество ФД поступило и на железные дороги Китайской Народной Республики.
Часто к серии ФД ошибочно относят пассажирские паровозы ФДп, которые до 1962 года носили обозначение серии ИС. Паровозы серии ИС строились с 1932 года и имели большу́ю унификацию с паровозом ФД (котёл, паровая машина, элементы экипажной части), но отличались от него осевой характеристикой.
Предыстория
Сама идея применения паровоза типа 1-5-1 на российских железных дорогах возникла ещё в 1915 году в ходе проектирования будущего паровоза серии Е. Среди сторонников этой идеи был и Н. Л. Щукин, который тогда занимал пост главы комиссии по подвижному составу Министерства путей сообщения. Однако по ряду причин, из которых основной была та, что паровоз такого типа попросту не поместился бы на существовавших в то время поворотных кругах, от идеи применения на российских железных дорогах паровозов такого типа были вынуждены отказаться. В результате тогда для паровозов Е был принят тип 1-5-0.
Вновь к идее создания новых мощных паровозов вернулись в конце 1925 года, когда на XIV съезде ВКП(б) (18—31 декабря) был провозглашён курс партии и правительства на индустриализацию страны. Предстоял существенный рост объёма перевозок, но было очевидно, что находящиеся в эксплуатации типы наиболее мощных паровозов (например, типа 0-5-0 серии Э и типа 1-5-0 серии Е) по своим техническим параметрам не могут рассматриваться в качестве перспективных. Требовался новый, более мощный и скоростной тип грузового паровоза.
Проектирование новых паровозов могло идти по двум путям: либо по классической схеме русских паровозов (в том числе и с листовой рамой), увеличив при этом число движущих осей до 6 и более, либо использовать опыт железных дорог Америки и западной Европы. В результате рассмотрения этих двух вариантов, комиссия приняла решение использовать зарубежный опыт, причём прежде всего американский, так как условия эксплуатации локомотивов в США были во многом схожи с предполагаемыми условиями эксплуатации локомотивов в СССР (перевозка больших масс грузов, на большие расстояния и с возможно большими скоростями). Также у этих двух стран близок профиль железных дорог (преимущественно равнинный, местами холмистый), а климат северной части Штатов схож с климатом умеренной и южных областей Советского Союза. В результате на уровне НКПС было дано заключение:
Народный комиссариат путей сообщения СССР принимает решение о выделении необходимых материальных и финансовых средств, причём в первую очередь на реконструкцию Луганского паровозостроительного завода имени Октябрьской революции, с целью развития его производственных мощностей до уровня крупнейших американских паровозостроительных заводов (например, заводов «Большой тройки»: ALCO, Baldwin и Lima). В апреле 1926 года ВСНХ СССР утверждает программу перестройки Луганского паровозостроительного завода, после чего началось проектирование новых производственных площадей, причём цеха изначально планировались на возможность крупносерийного производства паровозов типа 1-5-2 (Texas) с нагрузкой от оси на рельсы в 23—27 тс. Также не исключено, что для консультаций по реконструкции заводов были приглашены и американские специалисты. Помимо реконструкции Луганского завода, в перспективе планировалось и возведение новых паровозостроительных заводов-гигантов в Новочеркасске, Орске и Кузнецке.
Однако если в 1926 году ещё рассчитывали через 2—3 года построить новый паровоз, то уже в следующем году это было поставлено под сомнение. Причин на то было несколько, в том числе: Недостаточные производственные мощности всех действующих советских паровозостроительных заводов; Неопределённость в сроках завершения реконструкции Луганского завода — из-за этого не было базы для выпуска паровозов «американских» конструкций (с блочными цилиндрами, брусковой рамой); Неопределённость в методах и сроках перевода грузового подвижного состава на автотормоза и автосцепку — тормоз Казанцева появился только в 1925 году, а автосцепка СА-3 в 1932; Неопределённость в методах и сроках осуществления технической реконструкции верхнего строения пути на главных грузовых направлениях, поскольку советская металлургическая промышленность, в ближайшей перспективе, могла обеспечить массовый прокат рельсов не тяжелее чем «IIIа», погонным весом 33,48 кг/м, для которых наибольшая допускаемая осевая нагрузка составляла 18,5 т.
Таким образом, реальное положение дел на советском железнодорожном транспорте нарушало все смелые прогнозы специалистов. Однако медленно, но верно реконструкция железнодорожного транспорта началась. В частности, на подвижном составе была внедрена винтовая сцепка повышенной прочности, допускающая тяговое усилие на крюке до 18 тс, продолжалось оборудование вагонов автотормозами, а в 1927 году началась реконструкция Луганского завода.
Проектирование
Техническое задание на проект В течение первой пятилетки экономика СССР переживала бурный подъём. Однако уже в первой половине 1930 года появились серьёзные симптомы отставания транспорта (особенно железнодорожного), который, буквально, не поспевал за высокими темпами развития промышленности. В результате 10 марта того же года НКПС выдаёт 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: 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. Поднять максимально вес поезда, не выходя при этом, впредь до введения автосцепки, за пределы прочности существующих сцепных приборов. Выбрать такой тип паровоза, который дал бы при углях и смесях среднего качества значительное повышение технической, а следовательно и коммерческой скорости. Выбрать паровоз с такими размерами котла, обслуживание топки которого было бы возможно не только при стокере, но и вручную.
Предварительное проектирование Используя результаты расчётов и данные технического задания, в мае 1930 года в том же бюро под руководством инженера (бывший начальник Отдела тяги ЦУЖел НКПС) инженеры , 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. Согласно этому проекту, паровоз имел следующие характеристики: сорт топлива — смесь донецких углей, теплотворной способностью — 6000 кал/кг; площадь колосниковой решётки — 7 ; поверхность нагрева топки с камерой догорания — 32 ; испаряющая поверхность нагрева котла — 312 ; давление пара в котле — 14—15; паровая машина — двухцилиндровая, простого действия перегретого пара; диаметр цилиндров — 675 мм; ход поршня — 750 мм; диаметр движущих колёс — 1480 мм; вес паровоза в рабочем состоянии — 128 т; предельная скорость — 60 км/ч; предельная нагрузка на сцепную ось — 20 тс; допустимый перегруз на движущих колёсах от сил инерции неуравновешенных масс — 20 %; вписываемость в габарит подвижного состава.
Величина осевой нагрузки на рельсы
Осевая нагрузка от движущих колёсных пар на рельсы во многом является определяющим фактором, а её определяет статистический коэффициент соответствия рельса действующей на него осевой нагрузке (Kрельс). Этот статический коэффициент можно определить из соотношения веса одного погонного метра, в килограммах, к величине нагрузки от движущей колёсной пары на этот рельс, в тонна-силах. Данный коэффициент весьма различался по странам. Так, во Франции он составлял 2,55—2,65, а в Германии — 2—2,42. В США Kрельс поначалу составлял 1,67, но в связи с усилением путей и укладкой более тяжёлых рельсов был на ряде линий доведён до 2,0. Советскими конструкторами для нового паровоза был выбран коэффициент Kрельс=1,89—1,92, так именно такой коэффициент имели большинство русских паровозов того времени, частности серии М, Су и Эм с осевыми нагрузками 18 тс и обращающиеся на рельсах IIIа (вес 33,5 кг/м). При таком коэффициенте, допускаемая осевая нагрузка для рельсов типа IIа (38,4 кг/м) составляла 20—20,5 тс. Примечательно, что уже на стадии подготовки задания к проектированию, Центральное планово-техническое управление НКПС, ещё до поступления на советские железные дороги паровозов Та и Тб, высказывал следующую мысль о паровозах с нагрузкой на ось 23 тс:
Сцепной вес
В то время большинство вагонов были оборудованы винтовой упряжью, которая допускала максимальную величину силы тяги в 18 тс. Исходя из того, что вредное сопротивление паровоза (W0) было принято равным 2 тс, было определено, что касательная сила тяги на ободе колёс (Fк) должна составлять 20 тс. Коэффициент сцепления для двухцилиндровых паровозов составлял Ψ=0,2 (1/5). Исходя из этого, сцепной вес Pк для нового паровоза должен был составлять Рк=Fк/Ψ=20 тс/0,2=100 тс.
Осевая формула
Зная сцепной вес (100 т) и нагрузку от осей на рельсы (20 тс), было определено, что новый паровоз должен иметь 100/20=5 движущих (сцепных) осей. Далее требовалось определить число бегунковых и поддерживающих осей. На то время уже имелись существующие статические данные по существующим паровозам с пятью сцепными осями. Согласно этим данным, паровозы в эксплуатации на счётном подъёме обеспечивали, в зависимости от типа осевой формулы, следующие скорости. тип 0-5-0 — 12 км/ч; тип 1-5-0 — 15 км/ч; тип 1-5-1 — 18 км/ч; тип 1-5-2 — 21 км/ч.
Вариант с типом 0-5-0 был отклонён почти сразу, так как при ограничении веса в 100 тонн отсутствовала возможность значительно развить паровой котёл, а следовательно и повысить скорости движения на подъёме по сравнению с паровозами Эв/и. Ещё в период Первой мировой войны при проектировании будущего паровоза Е, вариант типа 0-5-0 был также забракован.