Від конки дотрамваю

Відомо, що капіталістичний спосіб виробництва стимулював швидке зростання міського населення, якому потрібен був недорогий вид масового транспорту, щоб дістатися на роботу. З цією метою творча думка винахідників була зосереджена на пошуку транспортного засобу, який міг би одночасно перевозити багато людей.

Першим витвором їхньої праці стала міська «конка» — багатомісний пересувний засіб, для якого було використано коней як природну рушійну силу. Перші «конки» з’явилися у 1832 році в США. В Європі «конка» з’явилася у 1860 роках в Англії. Однак, перевозячи у вагонах одночасно кілька десятків громадян по нерівних, з частими вибоїнами, вулицях, коні швидко стомлювалися, тож їх потрібно було весь час змінювати. Це потребувало утримання великої кількості коней, а отже — будівництва додаткових стаєнь та заготівлі корму, що безпосередньо впливало на собівартість утримання «конки».

Зважаючи на це, інженери-винахідники запропонували укладати на землю металеві або дерев’яні колії, на зразок тих, що використовувалися на шахтах і заводах і по яких перевозилися навантажені вугіллям та металом вагонетки. Таке нововведення трохи поліпшило ситуацію, але не зняло проблему як таку. В деяких містах пропонували пустити по місту залізничні потяги, які з 1830 року вже займалися перевезенням пасажирів між містами. Але такі наміри було відкинуто через велику кількість чаду й диму від паротягів.

З початком застосування першого міського суспільного транспорту з кіньми і візком, що рухався металевими коліями, в англомовних країнах такий вид перевезень почали іронічно називати словом трамвай (tram way), що перекладається як «дорога візків». Згодом цей вислів почав вживатися у більшості міст світу як офіційна назва міського транспорту, який пересувається по коліях. Однак суттєвими вадами кінного міського транспорту були: постійна потреба прибирати вулиці від кінських екскрементів, утримання великої кількості коней і, відповідно, спорудження великих стаєнь та створення запасів корму. Але найсуттєвішою проблемою, що перешкоджала масовому поширенню конок був складний рельєф, застосування кінного трамваю обмежувалося крутими узвозами, що потребувало збільшення числа коней в упряжі.

Деякі міста, відмовившись від конки, почали застосовувати трамваї, що приводилися у рух завдяки прокладеному між коліями сталевому тросу. Трос постійно був у русі завдяки потужному паровому устрою, встановленому на кінцевих зупинках маршруту. Передача руху вагону трамвая відбувалася завдяки оснащенню останнього спеціальними зачіпками, що давали змогу чіплятися та від­чіплюватися від тросу під час зупинки. Вперше такий трамвай було збудовано в Сан-Франциско у 1872 році.

Як вид міського транспорту такий трамвай був екологічно чистий і економний, але незручний через занадто складнімеханізми на перетині колій і тросів. Тому деякі інженери, вдосконалюючи трамвай, дійшли думки застосовувати як засіб рушійної сили стиснуте повітря. Його запасу, що знаходився у балоні під кузовом трамваю, вистачало для однієї поїздки за маршрутом. Поповнення стиснутого повітря відбувалося на кінцевій станції. Зокрема, таке вдосконалення трамваю знайшло своє втілення наприкінці ХІХ століття в Парижі, де була міська мережа подачі стиснутого повітря до фабрик і заводів.

Водночас інженерна думка дійшла до іншого напряму вдосконалення міського транспорту, почавши застосовувати бензиномоторні, а згодом і дизельні двигуни для пересування трамваю. Передусім вони застосовувалися у містах, які мали складний рельєф.

Продовжуючи пошуки, інженери дійшли до висновку, що рушійною силою для пересування трамваю мусить стати економічно дешевий і екологічно безпечний двигун. У зв’язку з цим згадали про винахід коваля Томаса Давенпорта, який, зацікавившись дослідами професора Генрі з електромагнітною індукцією, збудував магнето. Захопившись винахідництвом, коваль полишив кузню й цілком віддався новій справі. Вже через рік, у 1834 році, він змайстрував перший в Америці електричний мотор, що обертався за принципом змінності магнітних полів. Однак перший електромотор Давенпорта працював ненадійно, тож винахідник заходився майструвати інший прилад, приділяючи більшу увагу ізоляції. Закінчивши цю роботу, майстер виготовив модель електричної залізниці, де по замкненому колу рухався візок з встановленим на ньому електромотором. Електричний струм до мотора подавався металевими коліями від великої кількості електричних батарей. В 1835 році Давенпорт винайшов і застосував до свого електромотора і перший комутатор.

Незважаючи на переваги електромотора, який встановив Давенпорт на трамвай, про нього як про рушійну силу забули через громіздкі електричні батареї. Зрештою, інженерна творчість була спрямована на пошук надійного, вигідного й потужного джерела електричної енергії і її підведення до електромотору.

Перший крок у вирішенні цього питання було зроблено у 1867 році Вернером Сіменсом, який винайшов динамо-машину, а вже у 1874 році Стефан Фільд узяв патент на застосування динамо-машини для електричної вуличної залізниці. Струм пропонувалося подавати від невеликої електростанції до трамваю по третій колії, або по підвішеному біля рейок ізольованому проводу.

У травні 1879 року Вернер Сіменс на Німецькій промисловій виставці в Берліні вперше продемонстрував в дії трамвай-атракціон, котрий катав у чотирьох невеличких візках, розрахованих на шість місць, усіх охочих. Швидкість трамваю становила 6,5 км/год. Живлення постійним струмом у 150 вольт підводилося через третю рейку. Першу трамвайну колію довжиною 2,5 км Вернер Сіменс побудував у 1881 році в німецькому місті Ліхтерфельді.

У США перші трамваї з’явилися у 1885 році завдяки винахіднику Лео Дафту, який, займаючись винайденням невеликих електровозів, перевів балтиморську «конку» на електричний трамвай. Але надходження струму до електромотору по третій залізничній рейці було небезпечним, а в дощ призводило до короткого замикання. У зв’язку з цим від використання електричної тяги відмовилися до того часу, поки Лео Дафт не запропонував використати замість третьої рейки двопровідну контактну мережу.

Крім Лео Дафта, в Америці працював і Шарль Ван Депуле, який експериментував з електричною тягою. Свій електричний вагон він продемонстрував у 1883 році на промисловій виставці в Чикаго, а в 1886 році в декількох містах США вже їздили трамваї його системи. Живлення електромотора відбувалося під постійною напругою 1400 вольт через один провід.

У Російській імперії досліди з електричною тягою проводив наш земляк з Полтавської губернії Лохвицького повіту Федір Піроцький. Закінчивши гімназію, Федір вирішив вступити до військового училища, але артилерійського, яке було ближче до техніки. По закінченні навчання він у 1866 році був направлений для проходження служби в Київську фортецю, де зустрівся із Павлом Яблочковим, який згодом винайшов електричну «свічку». Зустріч двох молодих людей, які мали однаковий потяг до техніки, була корисною для Піроцького. Проводячи вільний від служби час з Петром Яблочковим, Федір Піроцький поступово переймається захопленням свого друга електрикою, що спрямувало його на дослідження можливості передачі електричного струму на відстань. Він із зацікавленістю читає і вивчає новини з електротехніки. Винахід динамо-машини німецьким дослідником В.Сі­менсом ще більше надихає Федора Піроцького присвятити свій вільний час дослідам з електрикою. Минуло чимало часу в дослідженнях і пошуках, перш ніж Федір Піроцький подав царському уряду свій проект передачі електроенергії на відстань. Лише у 1874 році він отримав дозвіл продемонструвати свій проект в дії. З’єднавши проводами дві динамо-машини потужністю шість кінських сил на відстані 50 метрів, він продемонстрував, як одна динамо-машина, що приводилася у рух паровим локомобілем, виробляла електричну енергію, а та передавалася по проводах до другої динамо-машини, приводячи її в рух і змушуючи виконувати певну роботу. Демонстрація досліду пройшла успішно і довела можливість передавати за допомогою проводів значну електричну потужність.

Одночасно з українським дослідником Піроцьким над проблемою передачі електроенергії на відстань працювали й інші винахідники, зокрема Фонтен, який у 1873 році продемонстрував свій дослід на Світовій виставці у Відні. Завдяки двом динамо-машинам постійного струму системи Грамма потужністю в одну кінську силу дослідник продемонстрував можливість передачі електроенергії на відстань. Динамо-машини стояли одна від одної на відстані одного кілометру і були з’єднані між собою проводами. Одна з них виробляла електроенергію, а друга, отримавши її, приводила в рух глибинний насос.

Ознайомившись із дослідом Фонтена, Піроцький ще раз переконався у можливості передачі електроенергії на відстань за допомогою проводів. Він став одним з найактивніших ініціаторів створення мережі електропередач на значну відстань, пропонуючи провести електролінії для освітлення вулиць, будинків та використання електроенергії в промисловості. За джерело струму Піроцький перший у світі запропонував використати невичерпну енергію водоспадів, про що написав у статті, опублікованій в «Інженерному журналі».

У статті автор зазначив: «У зв’язку з величезними витратами на утримання парових двигунів великих заводів і фабрик нам спала на думку можливість передачі роботи води, як найдешевшого двигуна, на певну відстань за допомогою гальванічного струму, одержаного якою-небудь динамо-машиною».

Для обґрунтування користі з використання води як джерела електроенергії і передачі її на віддаль Піроцький провів розрахунки і порівняв з виробництвом електроенергії на теплових установках. Розрахунки і досліди переконливо доводили переваги використання водних ресурсів замість теплових установок.

У квітні 1876 року Піроцький почав проводити досліди, які мали б підтвердити його пропозиції. Зважаючи на те, що в цей час ще не було опубліковано праць Д Лачинова і М. Депре і вважалося, що для передачі електроенергії на значну віддаль потрібно застосовувати провідники, які мають найбільший переріз, дослідник вирішив використати замість провідників великого перерізу залізничні колії. Йому вдалося взяти дозвіл на проведення випробувань на ділянці Приморської залізниці біля Сестрорецька 3,73 км завдовжки. Зробивши необхідні з’єднання на стиках колій, Ф.Піроцький, успішно здійснив дослідну електропередачу. Результати експерименту і його аналіз автор виразив словами: «...вироблений мною спосіб пристосування готового рейкового шляху для проходження струму вирішує, на мою думку, питання передачі роботи з практичного боку».

Незважаючи на успішно проведене дослідження, Ф.Піроцький продовжує експериментувати, і в 1879 році подає уряду розроблений ним проект влаштування міського трамваю, рушійною силою якого мав стати електродвигун зі змінним електричним струмом як джерелом живлення. У вступі до проекту автор зазначив: «Електрична конка сильна, швидка, надійна, не потребує стаєнь, не залишає на вулицях гною. А головне — електрика коштуватиме загалом дешевше, ніж овес та сіно». Однак лише у 1880 році в районі Дігтярного провулку і Болотної вулиці Петербурга, де пролягала кінна залізниця, він зміг (зауважимо: власним коштом) продемонструвати свій винахід в дії, перевернувши прийняте на той час уявлення про застосування електродвигуна. Автор проекту жорстко прикріпив його до вагону, з’єднавши якір електродвигуна з віссю вагонних коліс. Вироблений струм від динамо-машини передавався по рейках до електродвигуна, а той — на осі коліс залізничної конки. Так вперше у світі було продемонстровано рух цього транспортного засобу, а його автор увійшов в історію світової технічної творчості як один з творців електричного трамваю.

Правління Товариства кінної залізниці дало схвальний відгук на «електричну конку», але впроваджувати проект відмовилося, бо трамвай Піроцького не мав підвісного контактного проводу — одна рейка правила за прямий провід, а друга за зворотний. Така система потребувала старанної ізоляції провідників від землі, що змушувало Товариство кінної залізниці переобладнати усі рейки конки, а це викликало протест у акціонерів. Лише 14 травня 1892 року проект винахідника, з певними вдосконаленнями, реалізував у Києві під час випробувань електричного трамваю інженер-генерал Аманд Струве. А вже з 13 червня цього ж року електричний трамвай розпочав експлуатаційні рейси. На честь цієї знаменної дати в Києві встановлено монумент на Поштовій площі, внизу Володимирського узвозу. Перший у Російській імперії і другий в Європі електричний трамвай ходив по нинішньому Володимирському узвозу і з’єднував вулицю Хрещатик з Подолом. Живлення трамваю здійснювалося від спорудженої внизу узвозу електростанції і за допомогою підвішеного на металевих стовпах проводу підводилося до дуги трамваю.

Перший трамвай Києва перевозив 40 пасажирів зі швидкістю 10 км на годину. Невдовзі місто мало вже близько двадцяти трамвайних маршрутів, а також кілька приміських ліній, які з’єднали Святошино, а потім і Пущу-Водицю, з містом. Був і трамвайний маршрут через Дніпро в Дарницю, але спочатку було застосовано за рушійну силу двигун внутрішнього згорання. Лише потім і цей маршрут електрифікували.

З того часу жовто-червоні вагони трамваю Піроцького легко долали стрімкі підйоми від Подолу до Хрещатика, а потім дісталися і на Печерськ (по сучасній Круглоуніверситетській і вул. Л.Толстого).

Згодом мережа електротранспорту поширилася й на інші міста Російської імперії: електричний трамвай запрацював у 1896 році в Нижньому Новгороді, в 1898 році - у Вітебську, Курську і Катеринославі, в 1899 році - в Москві і в 1907 році - в Санкт-Петербурзі, ставши одним з найдешевших громадських засобів пересування.