АА (Андрей Андреев) — опытный советский паровоз. Единственный в мире локомотив с семью движущими осями в одной жёсткой раме (не путать с сочленёнными паровозами).
История создания
Предпосылки к появлению паровоза К 1930-м гг. на советских железных дорогах значительно повысились требования по тяге и к скорости поездов. Имевшиеся паровозы типа 0-5-0 (серия Э) и типа 1-5-0, сцепной вес которых не превышал 85 тонн, уже не справлялись в полном объёме с возросшим объёмом перевозок. Настоятельно требовалась их замена значительно более мощными паровозами.
Разные группы специалистов предлагали разные решения. Так, одни предлагали оставить на паровозе пять движущих колёсных пар и лишь увеличить нагрузку от оси на рельсы, усилив при этом железнодорожный путь. Другие настаивали на сохранении нагрузки от движущих колёсных пар в пределах 20 тонн, повысив при этом их число. Обе группы специалистов не учитывали, что на тот момент времени вагоны, в основном, были оборудованы винтовой упряжью (автосцепку на советских железных дорогах станут массово устанавливать лишь с 1934 года), которая выдерживала усилие не более 20 тс.
Существенным мотивирующим фактором в создании советского паровоза типа 2-7-2, послужил опыт германского и, главным образом, северо-американского паровозостроения в создании паровозов с шестью движущими осями в одной жёсткой раме, соответственно, типов 1-6-0 и 2-6-1.
Весной 1930 года было выдано техническое задание на альтернативное эскизное проектирование советского быстроходного грузового паровоза с числом движущих осей в одной жёсткой раме более пяти, которое предусматривало предельную осевую нагрузку на рельсы в 20 тонн, то есть, такую же, как и для эскизного проектирования советского паровоза типа 1-5-1 (будущий ФД), что существенно усложнило задачу проектировщиков. Если для быстроходного американского типа 2-6-1 при средней проектной осевой нагрузке от движущей колёсной пары на рельс 26,9 тонны реализовать заданные тягово-скоростные характеристики удалось ещё в 1926 году, то для быстроходного советского проектного варианта число движущих осей пришлось увеличить до семи. При этом неизбежно, по условиям вписывания в кривые, ещё более усложнялась конструкция движущего механизма и экипажной части. Тем не менее, приобретение практического опыта в решении столь сложной технической задачи для молодой советской школы паровозостроения сочли целесообразным. Реализация необычайно крупногабаритного паровозного котла и экипажной части с семью сцепными осями — абсолютный рекорд в практике мирового паровозостроения.
Проектирование и изготовление паровоза В 1931 году группа молодых инженеров (выпускников МИИТа) подготовила эскизный проект паровоза с колёсной формулой 1-7-2 и нагрузкой на рельсы, не превышающей 20 тс от колёсной пары. В теории подобный локомотив должен был обеспечить максимальную провозную способность и существенно снизить себестоимость перевозок за счёт использования низкосортных углей и отказа от сочленённых паровозов. При этом не выходящая за рамки стандартов нагрузка на рельсы позволила бы использовать подобные локомотивы без особого усиления путей. Движущие колёса паровоза диаметром 1550 мм располагались в одной жёсткой раме. Сцепная масса локомотива составляла 140 тонн, диаметр цилиндров — 735 мм, ход поршней — 812 мм. Площадь колосниковой решётки равнялась 10 м², а испаряющая поверхность нагрева котла — 445 м². Большую расчётную работу по экипажной части выполнил инженер К. П. Королёв — будущий крупный специалист в области динамики локомотивов, автор многих книг.
Рабочие чертежи нового паровоза составлялись уже на Ворошиловградском паровозостроительном заводе, которому НКПС выдал задание на изготовление двух паровозов этого типа. При рабочем проектировании выяснилось, что в рамках осевой формулы 1-7-2 весовые ограничения выдержать не удастся, поэтому решено было перейти к формуле 2-7-2. Проект претерпел и ряд других изменений. В частности, диаметр цилиндров был увеличен до 740 мм, а площадь колосниковой решётки — до 12 м². Давление пара в котле должно было составлять 17 кгс/см². Паровоз получил радиальную топку котла, брусковую раму и пароперегреватель системы Чусова.
Изготовление паровоза на заводе шло медленно, причём во многом из-за того, что в это же время на заводе осваивали серийное производство паровозов ФД типа 1-5-1. По этим же причинам решено было отказаться от изготовления второго паровоза. Паровоз был готов лишь к концу 1934 года. Новый паровоз получил буквенное обозначение АА (в честь Андрея Андреевича Андреева, занимавшего в 1931—1935 годах пост наркома НКПС) и полное обозначение паровоза АА20-1 (20 — нагрузка от движущих колёсных пар на рельсы в тоннах).
Особенности конструкции Паровоз АА был первым и единственным в мировой истории локомотивом с семью движущими осями в одной жёсткой раме. Котёл паровоза являлся одним из крупнейших локомотивных котлов в Европе. В связи с огромными размерами локомотива был предпринят ряд мер для улучшения вписывания паровоза в кривые. В частности, передняя тележка имела возможность отклонения от продольной оси локомотива в пределах ± 145 мм (на крайних точках), задняя — в пределах ± 265 мм. Разбег первой и второй колёсных пар составлял ± 27 мм, седьмой ± 35 мм. Кроме того, на колёсах третьей, четвёртой и пятой пар отсутствовали гребни, а ширина их бандажей составляла 175 мм.
Также паровоз отличался оригинальной системой передачи усилия от штока поршня паровой машины на движущие колёсные пары. Так, на обычном паровозе тяговое усилие передаётся на одну из осей (ведущая колёсная пара), а от неё через сцепные дышла непосредственно уже на все остальные движущие оси. На паровозе АА тяговое усилие передавалось на четвёртую движущую ось, а от неё тяговое усилие непосредственно передавалось на первые три сцепные оси. Также особым дышлом эта ось соединялась с пятой колёсной парой, а уже непосредственно от пятой движущей оси приводились в движение шестая и седьмая.
Техническое описание Котёл. Весьма развитый «сытый» котёл по своим параметрам близок к котлу американского паровоза типа 2-6-1 и с избытком обеспечивает реализацию проектной мощности 3500 л. с.; Длина котла в собранном виде — 17 871 мм; Вес котла без арматуры и гарнитуры — 60 тонн; Питание котла водой — двумя инжекторами мятого пара производительностью 360÷380 л/мин и двумя обычными инжекторами острого пара. Отопление котла — стокерное. В 6-осном тендере от паровоза серии ФД (тендер «тип 17») было установлено два механических углеподатчика «типа ЦЛПБ» — весьма ненадёжных в эксплуатации. Топочная часть котла — радиального типа, с камерой догорания, цельносварной конструкции. По конструктивно-технологическим параметрам топочная часть котла аналогична паровозу ФД, но отличается значительно увеличенными габаритными размерами. Кожух топки соединён сварными швами с цилиндрическим кожухом камеры догорания. Кожух топки, кожух камеры догорания и огневая коробка, переходящая в камеру догорания, укреплены жёсткими и подвижными связями. Площадь колосниковой решётки — 12 м²; Колосники качающиеся, привод их — от специальной поршневой машины, работающей воздухом или паром. Длина топки с камерой догорания — 7,3 м; Объём топки с камерой догорания — 24,5 м²; В топке установлены 4 циркуляционные (кипятильные) трубы, которые в том числе поддерживают огнеупорный кирпичный свод. Цилиндрическая часть котла, запроектированная из трёх барабанов, фактически выполнена из четырёх барабанов из-за отсутствия проката необходимой ширины. Барабаны цилиндрической части котла соединены телескопически двухрядными поперечными заклёпочными швами, а с кожухом камеры догорания — четырёхрядными заклёпочными швами. Передняя и задняя трубные решётки — сварной конструкции. Число дымогарных труб — 138; число жаровых труб — 48; Длина дымогарных и жаровых труб между решётками — 7000 мм; Чтобы длинные трубы не прогибались, не засорялись и оказывали меньшее сопротивление проходу топочных газов, они выполнены несколько увеличенного диаметра: жаровых труб — 163/173 мм; дымогарных труб — 65/70 мм; Испаряющие поверхности нагрева: топки — 38,56 м²; камеры догорания — 11,81 м²; кипятильных труб — 4,85 м²; жаровых труб — 180 м²; дымогарных труб — 212,3 м²; Общая испаряющая поверхность нагрева (водяная) — 448,64 м²; Рабочее давление пара в котле (по манометру) — 17 кг/см²; Пароперегреватель — системы Чусова, 6-трубный, однооборотный с увеличенным диаметром элементов (24/30) мм, с тем чтобы снизить интенсивность закипания элементных трубок. Диаметр труб элементов пароперегревателя — 24/30 мм; Поверхность нагрева пароперегревателя — 174,0 м²; Полная поверхность нагрева котла — 662,04 м²; Регулятор подачи пара — многоклапанного типа (семь клапанов расположены в коллекторе за пароперегревателем).
Паровая машина — двухцилиндровая однократного расширения с диаметром цилиндра 740 мм и ходом поршня 810 мм, парораспределение Вальсхарта. Золотники выполнены с контрштоками, диаметр золотника — 330 мм, наибольший ход золотника — 198 мм, перекрыша впуска — 50 мм, перекрыша выпуска — 0 мм. Линейное предварение впуска — 8 мм. Поршни снабжены уплотнительными кольцами Штарёва и выполнены с контрштоками. Большая масса движущих частей машины (ведущее дышло — 730 кг, поршень, шток и крейцкопф — 1127 кг) и высокая конструкционная скорость паровоза (90 км/ч) обусловили необходимость тщательного уравновешивания всех вращающихся частей, а также необходимой части возвратно-поступательно движущихся масс. Уравновешенность инерции горизонтальных сил поступательно-движущихся масс фактически составила 57,77 %, амплитуда подёргивания — 4,32 мм, уравновешенность моментов виляния — 36,5 %, амплитуда виляния — 0,00032. Произведённые расчёты динамического паспорта показали, что динамическое воздействие локомотива на рельс не выходит из допустимых пределов. При максимальной (конструкционной) скорости динамический коэффициент ведущей и остальных (сцепных) движущих осей соответствует значениям от 1,5 до 1,6. Однако, этот паровоз не удовлетворил всем требованиям эксплуатации, особенно в части вписывания в кривые.