Для удовлетворения непрерывно растущих потребностей в грузовых перевозках нужен был паровоз, позволивший бы максимально исполь­зовать имевшиеся технические средства и повы­сить веса и скорость движения грузовых поез­дов. В 1930 г. Техническое бюро Транспортного отдела ОГПУ произвело технико-экономические расчеты по определению основных параметров локомотивов всех типов (паровозов, теплово­зов, электровозов), необходимых для железных дорог Советского Союза. В конце апреля 1931 г. это бюро выполнило эскизный проект мощного грузового паровоза типа 1-5-1 для постройки на советских заводах. В работе участвовал инженер П. И. Красовский, ранее занимавший должность начальника Отдела тяги ЦУЖел НКПС.

В основу проекта были положены условия максимального использования верхнего строе­ния пути без его коренной реконструкции, воз­можность работы на винтовой сцепке до введе­ния автосцепки и повышения скорости движения грузовых поездов для увеличения провозной способности линий. Допустимой нагрузкой от движущих колесных парна рельсы была принята нагрузка 20 тс, что при намеченной проектом си­ле тяги 20 000 кгс обусловило необходимость вы­полнить локомотив с пятью движущими осями. Для повышения скорости движения на подъемах потребовался мощный котел (с большой пло­щадью колосниковой решетки, стокерным отоп­лением, т. е. с механической подачей топлива при помощи углеподатчика), топку которого было наиболее рационально расположить над под­держивающей колесной парой. Таким образом, выявились основные данные паровоза: тип 1-5-1, сцепная масса около 100 т, общая масса 135 — 137 т.

На основании эскизного проекта паровоза ти­па 1-5-1 коллективом конструкторов Централь­ного локомотивопроектногобюро (ЦЛПБ) НКТП (К. Н. Сушкиным, Л. С. Лебедянским, П. И. Ароновым, Д. В. Львовым, И. И. Сулимцевым, А. А. Чир­ковым, М. Н. Щукиным, В. В. Филипповым и др.) с мая 1931 г. велось рабочее проектирование но­вого паровоза. Несмотря на сложность решения ряда технических задач, связанных с созданием нового для промышленности типа паровоза, Центральное локомотивопроектное бюро за­кончило проект за 100 рабочих дней. В августе рабочие чертежи паровоза типа 1-5-1 были пере­даны Луганскому паровозостроительному заво­ду для строительства нового локомотива.

Первый паровоз типа 1-5-1 был построен в конце октября 1931 г. Стальные цилиндры и рама задней тележки были изготовлены Коломен­ским машиностроительным заводом, полотна (боковины) основной рамы — Ижорским, ко­тельные штампованные листы — заводом "Красное Сормово". В память Феликса Эдмундовича Дзержинского новый паровоз по реше­нию рабочих и служащих Луганского завода по­лучил обозначение серии ФД20; циф­ры 20 после букв означали нагрузку на рельсы от движущих колесных пар. С паровоза серии ФД ЦЛПБ ввело новую систему обозначения типов локомотивов; по этой системе паровоз серии ФД имел тип 1П (1-й тип паровоза). Такую си­стему Коломенский завод сохранил и в даль­нейшем, причем цифру стали ставить после буквы.

К XIV годовщине Великой Октябрьской соци­алистической революции (6 ноября 1931 г.) паро­воз ФД20-1 привез поезд с рабочей делегацией завода из Луганска в Москву. Эта делегация ра­портовала правительству о сдаче в эксплуата­цию первого паровоза серии ФД, спроектиро­ванного и построенного в невиданно короткий срок — за 170 дней.

Создание паровоза серии ФД явилось круп­ным шагом вперед в развитии советского локомотивостроения. Испаряющая поверхность на­грева котла этого паровоза составила 295,16 м² (44 дымогарных трубы диаметром 51/57мм), по­верхность нагрева пароперегревателя 148,4 м² (130 жаровых труб диаметром 82,5/89 мм), пло­щадь колосниковой решетки 7,04 м², давление пара равнялось 15 кгс/см², топка была выполне­на радиальной. Впервые на паровозах отечест­венной постройки была применена топка с каме­рой догорания, циркуляционными трубами и стокером. Пяти клапанный регулятор был уста­новлен за пароперегревателем. Паровые цилин­дры были отлиты в виде полублоков, совмещав­ших в себе собственно цилиндры, золотниковые камеры, переднее междурамное крепление и опору дымовой коробки котла; полублоки скреплялись между собой и с рамой паровоза болтами. Диаметр цилиндров равнялся 670 мм, ход поршня 770 мм, диаметр движущих колес 1 500 мм, толщина полотен брусковой рамы со­ставляла 1 25 мм.

Рессорное подвешивание, разделенное на три самостоятельные группы, представляло со­бой статически определимую систему, при кото­рой распределение нагрузок на оси осуществля­ется автоматически. Рессоры первой и второй сцепных колесных пар соединялись продольны­ми балансирами, концы рессор первой колесной пары были соединены поперечным балансиром, на среднюю часть которого опирался продоль­ный балансир бегунковой тележки (вся эта сис­тема давала одну точку подвешивания). Подо­бные балансиры связывали рессоры ведущей колесной пары с рессорами четвертой и пятой движущих колесных пар и с рессорами поддер­живающей колесной пары (это давало две точки подвешивания — по одной с каждой стороны па­ровоза).

Бегунковая и задняя поддерживающая тележ­ки были выполнены по типу тележек Бисселя; зад­няя тележка в отличие от паровозов серий С^в имела секторы вместо клинь­ев в возвращающем аппарате и наружное по отно­шению к колесам расположение букс.

Для уменьшения давления ползуны и паралле­ли имели несколько опорных плоскостей. Дышла и спарники паровоза были с плавающими втулками, Для которых использовалась твердая смазка (до этого на отечественных паровозах применялись цилиндрические втулки или клиньевые подшипни­ки, требовавшие жидкой смазки); буксы были круглыми с запрессованными подшипниками, поршни не имели контрштоков. Для облегчения осей движущих колесных пар в них были сделаны сверления. Паровоз ФД20-1 имел четырехосный тендер с запасом воды 32 м³.

Тормозное оборудование паровоза включало кран машиниста и воздухораспределитель си­стемы Ф. П. Казанцева; нажатие тормозных ко­лодок на все движущие колесные пары было од­носторонним; для прижатия колодок служили по два расположенных вертикально тормозных ци­линдра диаметром 13" (330,2 мм). Все колесные пары тендера имели двустороннее нажатие тор­мозных колодок.

Конструкционная скорость первоначально была установлена 65 км/ч, а затем повышена до 85 км/ч.

Благодаря перечисленным выше нововведе­ниям паровоз серии ФД показал хорошие экс­плуатационные качества. В связи с этим многие его конструктивные элементы нашли в дальней­шем применение как при строительстве менее мощных паровозов, так и при модернизации ра­нее построенных.

Создание паровоза серии ФД оказало боль­шое влияние на последующее проектирование новых паровозов как в части улучшения их тяго­вых качеств, так и при конструктивном оформле­нии отдельных узлов.

Испытания паровоза ФД20-1, проводившие­ся вначале 1932г., показали, что он удовлетворял предъявлявшимся к нему требованиям. Паровоз имел силу тяги на 15 — 20 % больше, чем паро­воз серии Э^у, а при скоростях выше 30 км/ч его мощность была вдвое выше мощности послед­него и достигала 3000 л. с. Хорошее парообразо­вание в котле позволяло легко получить до 65 кг пара в час с 1 м² поверхности нагрева, чего до этого не было достигнуто ни на одном паровозе (в том числе и на паровозах серий Т^А и Т⁶). В то же время на локомотиве наблюдался большой унос несгоревшего топлива из-за применения сто­керного отопления. Температура перегретого пара была несколько ниже, чем у паровозов се­рии Э^у, в связи с наличием камеры догорания и применением мелкотрубного пароперегрева­теля "Элеско-Е" с трубами диаметром 23/29 мм (типа Ж-284).

Паровоз серии ФД был признан основной единицей грузового паровозного парка второго пятилетия. С августа 1933 г. данные локомотивы начали строить в новых цехах Луганского паро­возостроительного завода, специально соору­женных для выпуска мощных паровозов. Для па­ровоза ФД20-2 впервые в отечественной практи­ке был построен шестиосный тендер типа 17. В последующем все паровозы серии ФД выпуска­лись с шестиосными тендерами. С 1936 г. стал применяться тендер, имевший запас воды 49 м³ и угля 22 т. На обеих трехосных тележках этого тендера было установлено по одному тормозно­му цилиндру диаметром 14" (355,6 мм).

Для получения сжатого воздуха на паровозы первоначально ставили один или два обычных тан­дем-насоса, а затем один насос кросс-компаунд.

В процессе выпуска паровозов серии ФД в их конструкцию непрерывно вводи­лись изменения. На паровозах с № 150 для перево­да кулисных камней был применен пневматиче­ский привод, на паровозах с № 400 вместо возду­хораспределителя системы Ф. П. Казанцева нача­ли ставить распределители системы И. К. Матросова, на паровозах с № 800 были усилены пружины рессорного подвешивания передней тележки, на паровозах с № 850 стокер конструкции ЦЛПБ был заменен стокером системы инженера П. С. Рачкова. С целью увеличения веса передней части паро­воза на локомотивах с № 1134 стал применяться утяжеленный буферный брус, а с № 2000 начали использоваться рама с усиленной передней час­тью, облегченные дисковые центры движущих ко­лес, в противовесах которых было уменьшено ко­личество свинца, шарнирные связи топки вместо нарезных; с паровоза № 2500 были введены цель­носварные котлы, сняты возвращающие устройст­ ва первой и пятой движущих колесных пар, стали устанавливаться компаунд-насосы системы Т. Г. Руденко. Вносились также изменения в устрой­ство песочниц, начали устанавливаться дымоот-бойники (рис. 4.25), пятиклапанные регуляторы были заменены шестиклапанными, менялась ширина листов рессор и т. д.

С середины 1940 г. паровозы серии ФД нача­ли выпускаться с широкотрубными паропере­гревателями типа Л40 (однооборотный шеститрубный пароперегреватель в 40 жаровых тру­бах диаметром 143/152 с элементами диамет­ром 24/30 мм, разработанный Локомотивопроектом по типу пароперегревателя С. М. Чусова). Испаряющая поверхность нагрева у этих локо­мотивов при 98 дымогарных трубах составила 247,7 м², поверхность нагрева пароперегревате­ля — 123.5 м².

Чтобы отличить паровозы с паро­перегревателями типа Л40, у них после букв ФД взамен цифр 20 были поставлены цифры 21.

В том же году рессорное подвешивание на приз­мах было заменено на подвешивание с по­мощью валиков.

Переходу на серийный выпуск паровозов ФД с широкотрубными пароперегревателями типа Л40 предшествовало оборудование такими пере­гревателями трех новых паровозов серии ФД — № 20-894, 20-895 и 20-939 постройки 1936 г. Экс­плуатация опытных паровозов не подтвердила опасений конструкторов первого паровоза се­рии ФД по поводу возможности появления течи жаровых труб при увеличении их диаметра.

У последних паровозов серии ФД20 сцепная масса в рабочем состоянии составляла около 104 т, общая масса — 137 т, а у паровозов серии Ф Д21 — соответственно 103,5 и 135 т.

<

Используя эскизный проект ЦНИИ НКПС, на Ворошиловградском паровозостроительном за­воде под руководством инженера П. А. Сороки был разработан проект оборудования паровоза серии ФД пылеугольным отоплением с получени­ем пыли от центральной пылеприготовительной станции (по типу паровоза Э^у701-83). В 1935 г. завод оборудовал по этому проекту паро­воз ФД20-400. После постройки указанный локо­мотив работал в депо Кашира и снабжался уголь­ной пылью от Каширской ГРЭС. Так как задняя трубная решетка при мелкотрубном паропере­гревателе забивалась золой, паровоз в 1936 г. переоборудовали на слоевое отопление. В этом же году тендер от паровоза ФД20-400 был при­цеплен к паровозу ФД20-894, имевшему широ­котрубный пароперегреватель типа Л40. Резуль­таты работы при сжигании угольной пыли в паро­возной топке были удовлетворительными, но возникла проблема снабжения паровоза пылью; тогда на тендере установили паровую мельницу. Таким образом, паровоз ФД20-894 стал первым в Советском Союзе паровозом с индивидуальным пылеприготовлением. После испытаний на Московско-Донбасской железной дороге этот локомотив использовался как стенд-лаборатория Научно-исследовательским инсти­тутом железнодорожного транспорта, а после Великой Отечественной войны он был вновь пе­реведен на слоевое отопление.

В 1940 г. Ворошиловградский паровозострои­тельный завод выпустил по проекту инженеров П. И. Аронова, В. В. Филиппова и других паровоз ФД20-2759 также с индивидуальным пылеприго­товлением. Несколько паровозов серии ФД в этом же году были оборудованы на Воронеж­ском паровозоремонтном заводе пылеуголь­ным отоплением с индивидуальным приготовлеием пыли. Как и паровозы серии 3^м, указанные локомотивы в дальнейшем были переоборудо­ваны на слоевое отопление.

На одном из паровозов, поступивших в депо Ховрино Октябрьской железной дороги, в 1940 г. в порядке эксперимента был установлен углепо­датчик с передней подачей топлива, т. е. не от шуровочного отверстия под свод, а из-под свода к шуровочному отверстию. Этим хотели достичь уменьшения уноса несгоревших частиц угля в трубу.

В 1939 г. Ворошиловградский паровозострои­тельный завод разработал эскизный проект па­ровоза серии ФД, у которого, при сохранении будки машиниста со стороны топки, предусмат­ривалась вторая будка, расположенная перед котлом. Мотивом этого было желание улучшить видимость пути для локомотивной бригады. Предполагалось сохранить все органы управле­ния в задней будке и дублировать их в передней. Далее эскизного проектирования работа не про­двинулась.

Ворошиловградский (Луганский) паровозо­строительный завод строил паровозы серий ФД20 и ФД21 весь период 1932— 1941 гг. Не завершенные в 1 941 г. четыре паровоза достро­ил в 1942 г. Улан-Удэнский паровозоремонтный завод. Всего было построено 2925 паровозов се­рии ФД20 и 286 серии ФД21. Выпуск их по годам дан в табл.

Год выпуска	Количество паровозов построенных серии ФД	Номера
1931	1	20-1
1932	1	20-2
1933	21	20-3 — 20-23
1934	181	20-24 — 20-204
1935	521	20-205 — 20-725
1936	664	20-726 — 20-1389
1937	541	20-1390 — 20-1545, 20-1547 — 20-1930, 20-1933
1938	485	20-1931, 20-1932, 20-1934 — 20-2416
1939	329	20-2417 — 20-2474, 20-2484 — 20-2754
1940	181	20-2755 — 20-2883, 20-2885 — 20-2936
	80	21-2884, 21-2937 — 21-3015
1941	202	21-3016 — 21-3217
1942	4	21-3218 — 21-3220, 21-3222

В 1940 — 1941 гг. некоторые паровозы серии ФД оборудовали турбонасосами и смесителями для подогрева воды в тендерном баке теплом отработавшего пара.

В августе 1937 г. Ворошиловградский завод построил 1500-й паровоз серии ФД, который по­ступил в депо Красный Лиман.

Выпуск большого количества паровозов се­рии ФД на Ворошиловградеком паровозострои­тельном заводе позволил в 1932— 1941 гг. заме­нить ими на всех основных железнодорожных магистралях менее мощные паровозы (в основ­ном серии Э всех индексов). В 1937 г. паровозы серии ФД обслуживали грузовые поезда на ли­ниях Харьков — Красный Лиман (депо Основа Южной, Красный Лиман Северо-Донецкой до­рог), Верховцево — Нижнеднепровск-Узел — Ясиноватая или Волноваха (депо Нижнеднеп­ровск-Узел, Пологи, Красноармейск, Ясинова­тая, Волноваха Стал ин ской дороги), направление Москва — Харьков (депо Люблино, Тула, Орел, Курск железной дороги им. Ф. Э. Дзержинского, Белгород Южной дороги), Харьков — Лозовая — Славянск — Ясиноватая (депо Лозовая Южной, Славянск Донецкой дорог), Рыбное — Мичу­ринск (депо Рыбное, Кочетовка Ленинской доро­ги), Харьков — Льгов — Брянск (депо Основа Южной, Льгов, Брянск-2 Московско-Киевской дорог), Витебск — Ленинград (депо Витебск За­падной, Новосокольники Калининской, Дно, Ле­нинград-Витебский Октябрьской дорог), Мичу­ринск — Лиски — Ростов (депо Россошь, Глубо­кое, Лиски, Отрожка Юго-Восточной дороги, Ка­меноломни дороги им. К. Е. Ворошилова), Москва-Елец-Валуйки (депо Ожерелье, Узло­вая, Елец, Старый Оскол, Валуйки Московско-Донбасской дороги) и на ряде других направле­ний. К началу 1940 г. паровозы серии ФД уже работали на линиях Москва — Вязьма — Орша (депо Москва, Вязьма, Орша Западной дороги), Пенза — Поворино (депо Ртищево, Балашов, По-ворино Пензенской дороги), во многих депо Ура­ла и Сибири (на Пермской, им. Л. М Кагановича, Южно-Уральской, Томской, Красноярской, Вос­точно-Сибирской дорогах). Всего к началу 1940 г. эти паровозы эксплуатировались на 24 и 43 суще­ствовавших в то время дорог.

В начале Великой Отечественной войны большое количество паровозов серии ФД было эва­куировано с дорог Запада и Юга вглубь страны. Чтобы использовать эти локомотивы на участках с легким верхним строением пути, по предложе­нию Центрального управления паровозного хо­зяйства НКПС был сделан проект переделки па­ровоза серии ФД из типа 1-5-1 в тип 1-5-2 со сни­жением нагрузки от движущих колесных пар на рельсы с 20 до 18 тс. Вместо одноосной поддер­живающей тележки под топкой предусматрива­лась двухосная тележка, воспринимающая часть веса паровоза, ранее приходившегося на движу­щие оси. По этому проекту в 1943 — 1944 гг., в основном на Улан-Удэнском паровозоремонт­ном заводе, было переделано 85 паровозов се­рии ФД с неутяжеленным буферным брусом, т. е. до № 1134. Им было присвоено обозначение серии ФД^Р (разгруженные). Первый паровоз № 598 был переделан в июле 1943 г., к октябрю 1943 г. переделка была завершена на паровозах № 207, 208, 641 и 816, а позднее и на остальных 80 локо­мотивах. Дальнейшего распространения паро­возы серии ФД^Р не получили из-за большой склонности к боксованию, а также в связи с воз­вращением паровозов серии ФД на железные дороги, освобожденные после временной окку­пации и подготовленные к обращению парово­зов типа 1-5-1. После войны паровозы типа 1-5-2 вновь переделали в тип 1 -5-1.

С 1948 г. на паровозах серии ФД20 при капи­тальном ремонте мелкотрубные пароперегре­ватели стали заменять широкотрубными типа Л40. В июле-августе 1953 г. паровоз ФД20-379, оборудованный на Воронежском паровозоре­монтном заводе широкотрубным пароперегре­вателем, испытывался на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Как показали испытания, за­мена пароперегревателя привела к увеличению силы тяги по машине в среднем на 7 %, возраста­нию температуры перегретого пара на 25 — 50 °С и повышению экономичности локомотива примерно на 7 %. Наряду с этим было отмечено возрастание температуры газов в дымовой ко­робке при высоких форсировках примерно на 50 °С, а следовательно, увеличение потерь тепла с уходящими газами (на 12 — 14%). Кроме того, в связи с повышением температуры перегретого пара с 365 до 415 °С ухудшились условия работы поршневых и золотниковых колец, а также пор­шневых сальников.

В 1948 г. паровоз ФД20-1599 в депо Люблино Московско-Курской железной дороги был обо­рудован устройством для размола и дожигания изгари в виде пыли. По этому же принципу были затем оборудованы паровозы ФД20-1 25 и ФД-20-1883.

Изюмский паровозоремонтный завод в 1950 г. установил на паровоз ФД20-1317 газовый паросушитель.

В 1951 г. паровоз ФД20-802 в депо Основа Южной дороги по предложению доцента ХИИТа А. П. Чиркина был оборудован устройством для комбинированного отопления — фракциониро­ванным углем в слое и пылью, приготовленной из угольной мелочи на тендере. При наладочных испытаниях, проводившихся на эксперименталь­ном кольце ВНИИЖТа летом 1952 г., выяснилась неработоспособность этого устройства, в связи с чем оно было снято с паровоза.

В 1954 г. конструкторское бюро Главного уп­равления локомотивного хозяйства МПС разра­ботало проект модернизации паровозов серии ФД, предусматривавший повышение давления пара на 1 кгс/см², постановку увеличителя сцеп­ного веса, водоподогревателя и др. По этому проекту были модернизированы в 1954 г. два па­ровоза серии ФД.

Паровозы серии ФД, переделанные в после­военные годы на нефтяное отопление (со сняти­ем стокера), получили обозначение серии ФД^М.

Паровозы серии ФД стали интенсивно сни­маться с эксплуатации в первой половине 60-х годов; в 1958 — 1960 гг. около 950 паровозов се­рии ФД были переданы железным дорогам Ки­тайской Народной Республики, где после пере­делки на колею 1435 мм они начали обслуживать грузовые поезда.