Lokomotiva

Rozbalit box

Obsah boxu

Lokomotiva je kolejové hnací vozidlo bez vlastního užitečného zatížení (tedy bez prostoru pro přepravu cestujících nebo nákladu), které slouží k pohybu vlakových souprav po železnici. Její hlavní funkcí je poskytovat tažnou sílu (trakci) pro tažení nebo tlačení železničních vozů. Lokomotivy jsou klíčovým prvkem železniční dopravy od jejího vzniku na počátku 19. století a prošly zásadním technologickým vývojem.

Název pochází z latinských slov locus (místo) a motivus (pohyblivý), což původně znamenalo "pohybující se z místa na místo". Termín byl poprvé použit na počátku 19. století pro odlišení samohybných parních strojů od stacionárních parních strojů.

📜 Historie

Historie lokomotiv je neoddělitelně spjata s průmyslovou revolucí a potřebou efektivní přepravy surovin a zboží na velké vzdálenosti.

🚂 Počátky a éra páry

První funkční parní lokomotivu sestrojil cornwallský vynálezce Richard Trevithick v roce 1804. Jeho lokomotiva, známá jako Pen-y-Darren, úspěšně utáhla vlak o hmotnosti 10 tun a 70 mužů na vzdálenost přibližně 16 kilometrů v železárnách v jižním Walesu. Tento úspěch prokázal, že adheze (tření) mezi hladkými kovovými koly a kolejnicemi je dostatečná pro pohyb těžkých nákladů.

Skutečný rozmach železnice však odstartoval až George Stephenson a jeho syn Robert Stephenson. Jejich lokomotiva Rocket v roce 1829 zvítězila v soutěži Rainhill Trials, která měla vybrat nejvhodnější lokomotivu pro trať mezi Liverpoolem a Manchesterem. Rocket obsahovala klíčové inovace, jako byl trubkový kotel a dýmnice pro zvýšení tahu, které se staly standardem pro většinu následujících parních lokomotiv.

19. století a první polovina 20. století byly zlatým věkem páry. Lokomotivy se staly většími, silnějšími a rychlejšími. Vývoj se soustředil na zvyšování účinnosti, například zavedením přehřívačů páry nebo sdružených parních strojů. Parní lokomotivy umožnily osídlení rozlehlých území v USA, Kanadě či na Sibiři a staly se symbolem pokroku a průmyslové síly.

⚡ Nástup elektrické a dieselové trakce

První elektrickou lokomotivu představil Werner von Siemens v Berlíně v roce 1879. Elektrická trakce nabízela mnoho výhod: vyšší účinnost, tišší a čistší provoz, lepší akceleraci a schopnost rekuperace energie při brzdění. Její rozšíření však bylo závislé na vybudování nákladné infrastruktury – trakčního vedení a napájecích stanic. Zpočátku se proto využívala především v městských aglomeracích, na horských tratích a v tunelech.

Souběžně s elektřinou se rozvíjel i spalovací motor. Po vynálezu vznětového motoru Rudolfem Dieselem na konci 19. století začaly na počátku 20. století vznikat první dieselové lokomotivy. Oproti parním lokomotivám nabízely mnohem vyšší účinnost, jednodušší obsluhu a údržbu a okamžitou připravenost k provozu bez nutnosti dlouhého zatápění. Jejich masové nasazení, zejména v USA, začalo ve 30. letech 20. století a po druhé světové válce dieselové lokomotivy postupně nahradily parní stroje na většině neelektrifikovaných tratí světa.

🚄 Moderní éra a budoucnost

Od druhé poloviny 20. století dominují železnici elektrické a dieselové lokomotivy. Vývoj se zaměřil na zvyšování rychlosti, spolehlivosti a efektivity. Vznikly vysokorychlostní vlaky jako japonský Šinkansen nebo francouzské TGV, které posunuly hranice železniční dopravy.

Současné trendy směřují k ekologičtějším řešením. Rozvíjejí se hybridní lokomotivy, které kombinují dieselový motor s bateriemi, a duální lokomotivy schopné provozu jak pod trakčním vedením, tak na dieselový pohon. Velkou nadějí do budoucna jsou lokomotivy na vodíkový pohon, které využívají palivové články a produkují pouze vodu, což představuje zcela bezemisní provoz.

⚙️ Princip a konstrukce

Každá lokomotiva se skládá z několika základních částí, jejichž konkrétní podoba se liší podle typu pohonu.

Rám a skříň: Tvoří nosnou konstrukci lokomotivy, na které jsou upevněny všechny ostatní komponenty. Skříň chrání vnitřní zařízení a posádku před povětrnostními vlivy.
Pojezd: Skládá se z dvojkolí, ložisek, rámů podvozků a systému odpružení. Zajišťuje vedení vozidla po koleji a přenáší jeho hmotnost.
Hnací agregát: Zdroj energie. Může jím být parní kotel a parní stroj, vznětový motor, plynová turbína nebo systém pro odběr elektrické energie z trakčního vedení (pantograf).
Přenos výkonu: Systém, který přenáší energii z hnacího agregátu na kola. Může být mechanický (spojky, převodovky), hydraulický (hydrodynamický měnič) nebo elektrický (generátor a trakční motory). Elektrický přenos výkonu je dnes nejrozšířenější u výkonných lokomotiv.
Trakční motory: Elektromotory, které přímo pohánějí dvojkolí. Používají se u elektrických a diesel-elektrických lokomotiv.
Brzdový systém: Zajišťuje bezpečné zpomalení a zastavení vlaku. Nejčastěji se používá pneumatická brzda, doplněná elektrodynamickou brzdou (EDB) nebo ruční brzdou.
Řídicí a zabezpečovací systémy: Zahrnují ovládací prvky na stanovišti strojvedoucího a moderní vlakové zabezpečovače (např. ETCS), které kontrolují jízdu vlaku a mohou automaticky zasáhnout v případě nebezpečí.

Klíčovým fyzikálním principem pro funkci lokomotivy je adheze, tedy třecí síla mezi koly a kolejnicí. Velikost tažné síly, kterou může lokomotiva vyvinout, je přímo úměrná její adhezní hmotnosti (hmotnosti připadající na hnaná dvojkolí) a součiniteli adheze. Pro zvýšení adheze se používá pískování, kdy se pod kola sype jemný písek.

🚂 Typy lokomotiv

Lokomotivy se dělí primárně podle zdroje energie a způsobu přenosu výkonu.

Parní lokomotiva

Historicky nejstarší typ. Zdrojem energie je pára vyvíjená v kotli spalováním uhlí, dřeva nebo mazutu. Pára je vedena do parních válců, kde svým tlakem pohybuje písty. Tento přímočarý pohyb se přes ojnici a spojnici převádí na rotační pohyb kol. Parní lokomotivy jsou charakteristické nízkou tepelnou účinností (obvykle pod 10 %), vysokými nároky na údržbu a obsluhu a neekologickým provozem. Dnes se s nimi lze setkat téměř výhradně při nostalgických jízdách.

Dieselová lokomotiva

Využívá vznětový motor (diesel) jako primární zdroj energie. Podle způsobu přenosu výkonu se dělí na:

Diesel-mechanická: Výkon se přenáší přes mechanickou převodovku a spojku, podobně jako u automobilu. Používá se u lokomotiv nižších výkonů (např. posunovací lokomotivy, motorové vozy).
Diesel-hydraulická: Využívá hydrodynamický měnič, který přenáší výkon pomocí kapaliny. Umožňuje plynulou změnu převodového poměru. Tento typ byl populární zejména v Německu.
Diesel-elektrická: Nejrozšířenější typ u výkonných lokomotiv. Vznětový motor pohání generátor, který vyrábí elektrickou energii. Ta následně napájí trakční elektromotory v podvozcích. Tento systém umožňuje velmi plynulou a efektivní regulaci výkonu.

Elektrická lokomotiva

Odebírá elektrickou energii z externího zdroje, nejčastěji z trakčního vedení nad tratí pomocí pantografového sběrače. Energie pohání trakční motory. Jsou vysoce účinné, výkonné, tiché a ekologické v místě provozu. Jejich nevýhodou je nutnost elektrifikace tratí. Dělí se podle napájecích soustav:

Stejnosměrné (DC): Využívají napětí např. 1,5 kV nebo 3 kV. Historicky starší systém.
Střídavé (AC): Využívají vysoké napětí (např. 15 kV 16,7 Hz nebo 25 kV 50 Hz), které se v lokomotivě transformuje na nižší hodnoty pro napájení motorů. Modernější a efektivnější systém pro dálkovou dopravu.
Vícesystémové: Moderní lokomotivy schopné provozu na více napájecích systémech, což jim umožňuje plynulý přechod mezi sítěmi různých států (např. v Evropě).

Jiné typy

Hybridní lokomotiva: Kombinuje spalovací motor s bateriovým úložištěm energie. Umožňuje rekuperaci brzdné energie a provoz v bezemisním režimu na kratší vzdálenosti.
Akumulátorová lokomotiva: Poháněná pouze energií z baterií. Využívá se v průmyslových provozech nebo na tratích, kde není možné postavit trakční vedení.
Lokomotiva s plynovou turbínou: Využívá plynovou turbínu místo pístového motoru. Dosahovaly vysokých výkonů, ale kvůli vysoké spotřebě paliva se příliš nerozšířily.

🎯 Dělení podle určení

Lokomotivy jsou konstruovány pro specifické účely, což ovlivňuje jejich technické parametry.

Nákladní lokomotivy: Optimalizovány pro vysokou tažnou sílu při nižších rychlostech. Mají obvykle více hnaných náprav a vyšší hmotnost pro zajištění maximální adheze.
Osobní lokomotivy: Konstruovány pro vysoké rychlosti a plynulou jízdu. Mají nižší tažnou sílu, ale vyšší maximální konstrukční rychlost.
Univerzální lokomotivy: Kompromis mezi nákladní a osobní lokomotivou, schopné vozit oba typy vlaků.
Posunovací lokomotivy (posunky): Určeny pro práci na seřaďovacích nádražích. Jsou charakteristické nižším výkonem, vynikající manévrovatelností, dobrou viditelností z kabiny a schopností častých změn směru jízdy.

🌍 Význam a dopad

Lokomotivy a železnice zásadně změnily svět.

Ekonomický dopad: Umožnily rychlou a levnou přepravu velkého množství surovin a zboží, což bylo motorem průmyslové revoluce. Sjednotily národní trhy a otevřely vnitrozemské oblasti světovému obchodu.
Sociální dopad: Zkrátily cestovní časy, umožnily masovou migraci, denní dojíždění do práce a vznik cestovního ruchu. Standardizovaly čas (zavedení časových pásem bylo přímým důsledkem potřeby jízdních řádů).
Vojenský význam: Železnice se stala strategickým prvkem pro rychlé přesuny vojsk a zásob, což hrálo klíčovou roli v mnoha konfliktech od americké občanské války po obě světové války.

🧑‍🏫 Pro laiky

Představte si vlak jako dlouhý řetěz vozů. Samy o sobě by se nikam nepohnuly. Lokomotiva je ten silák na začátku (nebo někdy na konci či uprostřed), který celý řetěz táhne nebo tlačí. Je to v podstatě motor vlaku.

**Parní lokomotiva:** Funguje jako velká konvice na kolech. V kotli se ohřívá voda, vzniká pára, a ta pak tlačí na písty, které roztočí kola. Je to jako když pára nadzvedává pokličku na hrnci, jen mnohem silnější a řízenější.
**Diesel-elektrická lokomotiva:** Je to vlastně pojízdná elektrárna. Velký dieselový motor netočí přímo koly, ale roztáčí generátor, který vyrábí elektřinu. Tato elektřina pak pohání silné elektromotory u každé nápravy. Je to efektivnější a lépe se to ovládá než přímý mechanický pohon.
**Elektrická lokomotiva:** Je jako obrovská tramvaj nebo trolejbus. Nemá vlastní velký motor na výrobu energie, ale bere si "šťávu" dráty nataženými nad kolejemi. Díky tomu je velmi výkonná, tichá a neprodukuje na místě žádné zplodiny.

Klíčový problém lokomotivy je, jak se "odrazit" od kolejí. Ocelová kola na ocelových kolejnicích mají jen velmi malou styčnou plochu (asi jako mince). Aby kola nepodkluzovala, musí být lokomotiva extrémně těžká. Tím se zvýší přítlak a tření (odborně adheze), což jí umožní táhnout vlak vážící tisíce tun. Když začnou kola prokluzovat, například za deště nebo na listí, lokomotiva si pod ně automaticky nasype trochu písku pro lepší "záběr".

Šablona:Aktualizováno