קטר (רכבת)

קטר או לוקומוטיב (מלטינית: loco motivus) הוא רכב מסילתי ללא קיבולת מטען, המספק כוח הנעה לרכבת. להבדיל, רכבות רבות כוללות כלי רכב בעלי הנעה עצמית עם קיבולת מטען משלהם. הם בדרך כלל לא נחשבים לקטרים, וניתן להתייחס אליהם כקרונועים או קרונות רכבת ממונעים. השימוש בכלים בעלי ההנעה העצמית הופך להיות נפוץ יותר ברכבות נוסעים, אבל עדיין נדיר מאוד ברכבות מטען. כלי רכב המספקים כוח לרכבת, אך לרוב אינם נקראים קטרים, בדרך כלל משום שיש להם קיבולת מטען משלהם, או בגלל היותם כמעט ולא מנותקים מהרכבת, נקראים קרונות כוח.
באופן מסורתי, קטרים משכו (גררו) רכבות. כיום, בעיקר ברכבות נוסעים פרבריות, נפוץ מאוד השימוש ברכבות מו-דו (מושך-דוחף). ברכבות הללו, בכיוון אחד של הנסיעה, הקטר מושך את הרכבת. עם הגעתה של הרכבת לתחנת הקצה, אין צורך להפריד אותו ולהביאו לקצה השני של הרכבת לנסיעה חזרה. נהג הקטר יכול להפעיל את הרכבת בעזרת תא נהג הנמצא בצידה השני ולשלוט מרחוק על הקטר הדוחף את הרכבת בכיוון השני. הדבר נכון במיוחד בקווי רכבת מהירים, כמו רכבות השינקָנְסֶן היפניות ורכבות ה-TGV הצרפתיות.
את המלה קטר חידש דוד ילין.

היסטוריה

הקטרים המוצלחים הראשונים נבנו על ידי הממציא ריצ'רד טרויטיק מקורנוול, אנגליה. הקטר הראשון שבנה משך רכבת לאורך פסים בבית-היציקה לברזל "פנידרן" (Penydarren) שבווילס החל משנת 1804. הקטר משך רכבת שנשאה 10 טונות ברזל וכן 70 נוסעים בחמישה קרונות לאורך תשעה מייל, אך הרכבת הייתה כבדה מידי בשביל פסי הברזל היצוק שנעשה בהם שימוש באותה תקופה, והקטר ערך בסך הכול שלוש נסיעות בטרם נזנח.
בשנת 1813, הצליח ג'ורג' סטיבנסון לשכנע את מנהל מכרה הפחם בו הוא עבד לבנות מכונת קיטור. המרכיב הראשי שגרם להצלחת הקטר היה גלגל מיוחד עם פס פנימי בולט. הפס הבולט איפשר לקטר לנסוע על פסי הרכבת, ולא בתוך פסים משוקעים. זה הקל מאוד על בנייתם של מסוטים ופסי רכבת, ופרץ את הדרך לרכבות המודרניות.
המילה העברית קטר היא למעשה טעות מושרשת (בדומה לקרש האסלה ולפח האשפה, שאינם עשויים כיום עץ או פח). המילה קטר ניתנה לקטר מכיוון שהשתמש בקיטור לצורך יצירת התנועה. ואף על פי שכיום כמעט ואין קטרי קיטור פעילים בקווי רכבת סדירים, עדיין נהוג לקרוא לקטרים כך.

הנעת קטרים

הנעת קטרים מתבצעת באמצעות רוב הדרכים המקובלות לייצור אנרגיה. קטרים יכולים לייצר עבודה בעזרת דלק, או לשאוב את האנרגיה שלהם ממקור חיצוני. קטרים מודרניים מופעלים לרוב בהזנה חשמלית חיצונית או באמצעות דיזל. הנעה חשמלית היא בשימוש ברכבות נוסעים בלבד, ולא קיימת תמיד בכל הקווים ברשת. הנעת דיזל קיימת ברכבות משא, וכן במקומות בהן לא קיימת הצדקה להקים תשתית הזנה חשמלית (לדוגמה: תוואי ארוך באזור לא מיושב, תדירות נמוכה מאוד שאינה מצדיקה הקמת תשתית שכזו, תנאי אקלים קיצוניים, ועוד). נהוג לסווג את הקטרים על פי הכוח המניע שלהם.

דיזל

קטרי הקיטור הוחלפו לבסוף בקטרים בעלי מנועי דיזל. קטרי הדיזל שונים האחד מהשני באופן בו הכוח ממנוע (או מנועי) הדיזל מגיע אל הגלגלים. להבדיל מקטרי הקיטור בהם הכוח הנוצר במנוע מועבר ישירות אל הגלגלים, קטרי הדיזל זקוקים לתמסורת על מנת למנוע את הרס המנוע בשעת פעילות סרק. התמסורות השונות יכולות להיות מכניות, הידראוליות או חשמליות.
קטרי הדיזל דורשים פחות תחזוקה מקטרי הקיטור, וגזי הפליטה שלהם, אם כי עדיין מזהמים, מזיקים פחות מעשן הפחם. קטרי הדיזל דורשים צוות קטן יותר כדי להפעיל אותם, וכן פחות כוח אדם כדי לתפעל את בתי המשאבה הדרושים על מנת למלא מחדש את מאגר המים שבקטרי הקיטור. הבלמים הדינאמיים של קטרי הדיזל-חשמל הוכיחו את עצמם בשטחים ההרריים.
מצד שני, קטרי דיזל, להבדיל מסוגים אחרים של קטרים, מוגבלים להפעלה בדלק אחד: סולר. הדרישה לדלק הדיזל גבוהה וכפופה לשינויים פוליטיים וכלכליים. בנוסף, פליטת הגזים הופכת אותם ללא מתאימים להפעלה תת-קרקעית, היכן שהקטרים החשמליים נשארים הבחירה המועדפת.

דיזל-מכני

בתמסורת מכנית נעשה שימוש בגלגלי שיניים (בדומה לתיבת ההילוכים של כלי רכב) להעברת הכוח מהמנוע לגלגלים. שיטה זו יעילה בעיקר עבור קטרים קטנים וחלשים יחסית, שאינם משמשים רכבות נוסעים או משא, אלא מבצעים משימות תחזוקה או עיתוק שונות.

דיזל-הידראולי

בתמסורת ההידראולית נעשה שימוש בתווך של שמנים. גם לתמסורת זו יש בדרך כלל מספר הילוכים, שהשליטה עליהם נעשית לרוב באופן אוטומטי (בדומה לתיבת הילוכים אוטומטית של רכב). קרונועי ה-IC3 מצוידים במנוע דיזל הידראולי (אף שאינם קטרים אלא קרונועים)

דיזל-חשמלי

קטרי הדיזל-חשמל הם קטרי הדיזל הנפוצים ביותר בעולם. בקטרים הללו מנוע הדיזל יוצר חשמל בעזרת גנרטור הנמצא בתוך הקטר. החשמל שנוצר בגנרטור מניע את המנועים החשמליים שבתורם מסובבים את הגלגלים. כך שלמעשה, קטר דיזל חשמלי הוא קטר חשמלי הנושא עליו את תחנת הכוח שלו.

אלקטרו-דיזל

קטר בעל הנעת אלקטרו-דיזל הוא קטר המסוגל לפעול הן בעזרת הזנה חשמלית חיצונית, והן בעזרת מנוע הדיזל המורכב בתוכו. רבים מהקטרים המשרתים את אזור הפרברים של ניו יורק הם בעלי הנעה דואלית. הסיבה לכך היא שבמנהרות הרכבת שנמצאות מתחת למנהטן אסור להפעיל את מנועי הדיזל של הקטרים. גם רשות הרכבות הבריטית מפעילה צי של קטרי אלקטרו-דיזל, כשההנעה העיקרית של הקטר מבוצעת על ידי הזנה חשמלית, ועבודות עיתוק הרכבות השונות מבוצעות בעזרת מנוע הדיזל. זה מאפשר למגרשי העריכה להשאר בלתי-מחושמלים, שכן הפס השלישי מסוכן מאוד במגרשי עריכה.

טורבינת גז-חשמלי

קטר טורבינת גז-חשמלי הוא קטר המשתמש בטורבינת גז על מנת להניע את הגנרטור או האלטרנטור. הכוח החשמלי שנוצר מאפשר את הנעת מנועי הקטר. קטרים מסוג זה נוסו לראשונה עוד במהלך שנות ה-20, אך הגיעו לפרקם רק בתחילת שנות ה-50. פרט למניע העיקרי של הקטר, אופן פעולתו דומה מאוד לקטרי הדיזל-חשמל.
הטורבינה מעניקה יתרונות מסוימים על פני מנוע הבוכנה הרגיל. כמות החלקים הנעים במנוע הטורבינה קטנה יותר, ויחס הכוח למשקל גבוה יותר. הטורבינה גם הרבה יותר קטנה בגודלה הפיזי ממנוע קונבנציונלי בעל הספק דומה, וכך מאפשרת לקטר להיות חזק מאוד מבלי להפוך לגדול יתר על המידה. עם זאת, תפוקת הכוח והאפקטיביות של הטורבינה יורדים באופן דרמטי עם הירידה במהירות הסל"ד, וזאת להבדיל ממנועי בוכנה בהם עקומת הכוח שטוחה הרבה יותר.
קטרי טורבינת גז-חשמל הם קטרים חזקים מאוד, אך נוטים להיות גם רעשניים במידה רבה. חברת יוניון פסיפיק הפעילה את הצי הגדול ביותר בעולם של קטרי טורבינת גז-חשמל, והייתה החברה היחידה שהשתמשה בקטרים הללו על מנת להוביל רכבות משא. רוב הקטרים האחרים מהסוג הזה נבנו על מנת להוביל רכבות נוסעים קטנות, ומעטים מהם הצליחו בתפקיד הזה. לאחר משבר הנפט של אמצע שנות ה-70 והעלייה במחירי הדלק, הפעלת קטרי טורבינת גז הפכה ללא יעילה כלכלית, ורבים מהם נגרטו משירות. קטרים מהסוג הזה נדירים היום.

קטר חשמלי

קטר חשמלי הוא קטר המופעל בעזרת מקור חשמל חיצוני, שמזין את האנרגיה החשמלית למנוע הקטר. מקור חשמל חיצוני יכול להיות כבל התלוי מעל לפסי הרכבת ולהזין את החשמל בעזרת פנטוגרף לקטר, וכן פס שלישי מחושמל המונח צמוד למסילה.
קטרים חשמליים נבנים הן להפעלה בזרם ישיר, והן להפעלה בזרם חילופין, אך כל קטר יכול להשתמש רק בשיטה אחת. עם התפתחות מנועי זרם החילופין, רוב המסילות עברו להשתמש בזרם זה מכיוון שהוא הרבה יותר זול להפעלה והשנאה למרחקים ארוכים, וכן מצריך שימוש בכבלים ומנועים פחות מאסיביים.
קטרי חשמל מסוים יכולים לפעול גם בעזרת כוח סוללות על מנת לנוע במסילות רכבת לא מחושמלות או במגרשי עריכה. קטרי חשמל המופעלים על סוללות משמשים במכרות, מכיוון שעשן הנפלט ממנועי דיזל יכול לסכן את הצוות, והיכן שלא ניתן להשתמש בהזנה חשמלית חיצונית מכיוון שהיא יכולה לסכן את העובדים או ליצור ניצוצות חשמליים שיכולים להצית גזים דליקים. נעשה שימוש בקטרי סוללות גם במסילות תת-קרקעיות לצורך עבודת אחזקה, היכן שההזנה החשמלית החיצונית נותקה לצורך בטיחות או בדיקה בשביל העבודות.

קטר היברידי

קטר היברידי הוא קטר אשר המשלב בתוכו שני מקורות אנרגיה: מערכת נטענת של אחסון אנרגיה וכן מערכת המונעת על דלק לצורך תאוצה.
קטרים היברידיים מונעים בדרך כלל על טכנולוגיית של תאי דלק או במערכת קצת יותר מקובלת של מנוע דיזל-חשמלי המפחיתה את צריכת הדלק בעזרת יצור חשמל בעת בלימה וכיבוי מנוע הדיזל, הפולט דו תחמוצת הפחמן בעת שהקטר נמצא בהילוך סרק או שאינו בתנועה (באופן דומה למכוניות המשלבות מנוע חשמלי ומנוע בנזין).

קטר ניסיוני

קיימים מספר סוגי קטרים הנמצאים בשלבים ניסיוניים שונים.
מערכת ה- Parry PeopleMover היא רכבת קלה שמקור האנרגיה שלה היא אנרגיה הנאגרת בגלגל תנופה.
גלגל התנופה מונע על ידי מנוע חשמלי או מנוע בעירה פנימית וכן על ידי חשמל המופק מאנרגיית הבלימה. קיימת גם אלטרנטיבה של טעינת גלגל התנופה באנרגיה ממנועים שיוצבו בתחנות, אף על פי שאפשרות זו תגביר את העלויות היא תפחית את משקל הקרונות ואף תהיה עדיין זולה יותר מאשר התקנת אספקת חשמל קבועה לצורך הנעה.
מערכת ה- Parry People Movers נוסתה במספר מסילות בווילס. בחודש פברואר 2006 החלה הרכבת הקלה המונעת בגלגל תנופה לשרת נוסעים בימי ראשון בקטע מסילה אחד בעיר סטורברידג' באנגליה.

סיווג על פי שימוש

קיימות שלוש קטגוריות עיקריות של קטרים המשמשים בתחבורה מסילתית: קטרי נוסעים, קטרי משא וקטרי עיתוק. הסיווג לקטגוריות השונות נעשה על פי תכונותיו של הקטר: מהירות, הספק המנוע ומהירות תאוצה. קטרי משא מתוכננים בדרך כלל לספק מומנט כוח גבוה ולהעביר רמות גבוהות של כוח למסילות, בעוד שקטרי נוסעים מתוכננים לפעול במהירויות גבוהות, בדרך כלל בעומסים נמוכים יותר. קטרים מעורבים, הנקראים אף קטרים לשימוש כללי, נבנים כדי לספק מרכיבים מתכונות שתי הקטגוריות יחד, זאת במחיר של יעילות נמוכה יותר.
רוב קטרי הקיטור הם חסרי תיבות הילוכים וכוחם נקבע בעיקר על ידי גודל גלגליהם. לכן קטרי קיטור שנועדו למשאות הם בדרך כלל בעלי גלגלים רבים וקטנים יותר, בעוד שקטרי הקיטור שנועדו להובלת נוסעים הם בעלי גלגלים גדולים יותר. בקטרי דיזל ובקטרים חשמליים, ניתן לבנות תיבת הילוכים גמישה יותר וכך ליצור קטר לשימוש כללי המתאים לנוסעים ולמשאות גם יחד.

קטרים לשימושים מיוחדים

קיימים קטרים אשר נבנו במיוחד לשמש במסילות הרריות ואשר בהם מנגנוני בלימה מיוחדים ולעיתים מנגנונים של גלגלי שיניים. בקטרי קיטור אשר ניבנו למסילות תלולות ואשר בהם מנגנון של גלגל שיניים, דוד הקיטור איננו אופקי, אלא מוטה ביחס לגלגלים כך שיהיה אופקי בשעה שהקטר מטפס במעלה.