Несмотря на высокие технико-экономические преимущества двигателей внутреннего сгорания перед паровыми машинами, создание тепловоза и практическое применение его на железных дорогах осуществлялось очень медленно. Потребовалось почти 50 лет, чтобы тепловозы начали уверенно вытеснять паровозы.

Объясняется это рядом причин.

Прежде всего, в замене паровозов более экономичными в тепловом отношении локомотивами в начальной стадии развития двигателей внутреннего сгорания не было острой нужды. Конструкция паровозов непрерывно совершенствовалась, и они вполне справлялись с перевозками. Твердое топливо в большинстве районов стоило значительно дешевле, чем жидкое дизельное, что сводило к нулю преимущества тепловоза.

При замене паровозов тепловозами потребовались бы большие капиталовложения для замены наличного богатого тягового инвентаря, что при незначительном росте перевозок оказалось бы неоправданным.

Применение двигателей внутреннего сгорания на локомотиве встречало также много технических трудностей.

Локомотив, будь то паровоз, турбовоз или тепловоз, из практической точки зрения представляет силовую установку, распиленную на колеса и приводящую в движение поезд. Тем не менее между работой локомотива и работой стационарной установки имеются специфические различия и собственно весь технически прогресс локомотива за его длительный период существования осуществлялся в приспособлении тепловых двигателей, известных уже

Рис. 1. Тяговая характеристика: 1 — паровоза; 2 — тепловоза

в стационарной практике, к особенностям службы на рельсах (к разнообразным профилям пути, методам организации перевозок, условиям погоды).

Трудность приспособления дизеля к рабочему режиму локомотива была основной в первоначальный период создания тепловоза, да в известной степени остается и в настоящее время.

Режимы процессов двигателя внутреннего сгорания значительно отличаются от режимов паровой машины. Эти различия заключаются в характере изменений мощности и силы тяги локомотива при разных скоростях движения, особенно в период трогания с места и разгона. При неизменной кинематической связи между машиной и движущими осями локомотива касательная сила тяги паровоза и тепловоза приблизительно пропорциональна работе, развиваемой за один ход машины или оборот движущего колеса, а мощность — количеству топлива, сжигаемого локомотивом в единицу времени. Этим ограничивается сходство паровоза и тепловоза в отношении силы тяги и мощности, и далее идут глубокие различия между ними.

У тепловоза, как и у паровоза, сила тяги Рк пропорциональна среднему индикаторному давлению рабочего тела т. е. =
=срг, где с для данного передаточного числа между валом дизеля и колесами есть величина постоянная.

У паровоза сила тяги в зависимости от профиля пути и сопротивления прицепленного состава регулируется в широких пределах изменением открытия регулятора и наполнения цилиндров, т. е. изменением р{. Мощность при этом остается приблизительно постоянной, а сила тяги может быть увеличена при уменьшении скорости.

Рис. 2. Диаграмма касательной мощности тепловоза 3-3-3 с двухтактным дизелем двойного действия:
I — при разгоне воздухом; 2— при нормальной нагрузке; 3 — при перегрузке 30%

В тепловозе же максимальная сила тяги независимо от числа оборотов коленчатого вала дизеля остается почти постоянной (рис, 1), а мощность — прямо пропорциональной числу оборотов (рис. 2).

Приспособить тепловоз к режиму эксплуатации можно следующими путями:

1) применить на тепловозе дизель такой мощности, чтобы обеспечить максимальную потребную силу тяги без особой его перегрузки;

2) приспособить дизель к значительной перегрузке за счет увеличения количества рабочего воздуха;