В 1958 г. в СССР на долю электровозов и тепловозов приходилось только 26% грузооборота железных дорог [7]. Предстояла большая работа по перевооружению железнодорожного транспорта страны. Этим и занимались луганские тепловозостроители, хотя именно этот год по ряду объективных и субъективных причин и не принес им столь громких успехов, как прежние.
К марту 1959года был построен тепловоз ТГ100. Подобных локомотивов железнодорожный транспорт страны еще не знал. Мощность - 3000 л.с. в двух секциях, передача гидромеханическая, стоимость - на 30% ниже серийного. Конструкционная скорость - на 20 км в час выше, чем у ТЭЗ.
В апреле заводской технический совет обсудил доклад главного конструктора Н. А. Турика об окончании проектирования газотурбовоза с безвальным генератором газа мощностью 3000 л.с. в односекции. Луганский газотурбовоз, как сообщил Н.А. Турик, высокоэкономичен, реализует коэффициент полезного действия примерно в два раза выше, чем у коломенского газотурбовоза. Новый луганский локомотив значительно облегчен, уменьшилась нагрузка на ось, вместо электрической применена гидравлическая передача. Эти и другие конструкционные усовершенствования давали большую экономию металла, особенно цветного, и легированных сталей [3].
Таким образом, завод вступил в новый период технического прогресса, началось строительство новых, более мощных, экономичных локомотивов - газотурбовозов.
Но наряду с этой, основной задачей, тепловозостроителям было поручено и изготовление аппаратуры для химической промышленности [10]. Для отливки заготовок химаппаратуры чугунолитейщики завода разработали и освоили технологию выплавки специального чугуна. Ряд заготовок к апрелю 1959года был успешно отлит из легированного чугуна различных марок. Осваивалась и новая марка легированного чугуна. По механическим свойствам выплавленный чугун удовлетворял техническим требованиям.
20мая 1959года на заседании научно-технического совета Министерства путей сообщения СССР был рассмотрен технический проект луганского газотурбовоза со свободнопоршневыми генераторами газа мощностью 3000л.с. в секции. Обсуждение вопроса привлекло внимание многих научных организаций страны, связанных с локомотивостроением. На заседании присутствовали представители Главного управления локомотивного хозяйства МПС, Всесоюзных научно-исследовательских институтов железнодорожного транспорта и тепловозного, институтов Москвы, Ленинграда, Харькова, Ростова, Днепропетровска, управления Донецкой и Южной железных дорог. С докладом о техническом проекте нового локомотива выступил главный конструктор завода Н.А. Турик [3].
Приступив к проектированию в 1955 году, луганские локомотивостроители разработали три варианта конструкции, из которых третий отвечал требованиям дня. Спроектированный локомотив обладал рядом бесспорных преимуществ в сравнении с машинами, которые выпускались в стране и за рубежом. Газотурбовоз в двух секциях имел мощность 6000 л.с. Конструкционная скорость - 100км в час. Нагрузка от колесной пары на рельсы - 21 тонна. Общий вес локомотива - 126 тонн. Вес составов - 4 - 4,5 тыс. тонн.
Во втором полугодии тепловозостроители отправили на железные дороги страны транспортер колодцеобразного типа конструкции луганчан. Грузоподъемность транспортера - 110 тонн. Он отличался от действующих на железных дорогах тем, что имел сварную несущую балку колодезного типа; в балке был выполнен проем длиной 10000 мм и шириной 2360 мм. Такая конструкция несущей балки позволяла размещать и перевозить грузы различной формы, например, цельные шестерни, вентиляторные колеса, бандажи для предприятий цементной промышленности диаметром до 5000 мм и весом до 110 тонн. Подобные грузы никаким другим видом транспорта перевезти невозможно, так как они не вписываются в железнодорожный габарит [8].
К 1960 году на дорогах страны уже работали тысячи тепловозов ТЭЗ. На заводе ежегодно совершенствовалась конструкция новых локомотивов, а ТЭЗ оставались без изменений. Это несколько снижало их эксплуатационные качества. Назрела необходимость помочь железнодорожникам в модернизации действующих локомотивов, а также в совершенствовании обслуживания машин, проведения ремонтных работ в депо.
В июле 1960 года после заводских испытаний и проведенной обкатки построенные на Луганском заводе магистральные тепловозы с гидромеханической передачей ТГ100 и ТГ102 были подготовлены к длительным испытаниям на магистралях страны. Одновременно коллектив эксперименталыциков приступил к обкатке газотурбовоза со свободнопоршневым генератором газа. 19 июля двухсекционные тепловозы ТГ100 мощностью 3000 л.с. и ТГ102 мощностью 4000 л.с. по распоряжению Министерства путей сообщения были отправлены в Москву. Отправка в Москву новых локомотивов явилась показом достигнутых успехов по техническому прогрессу в локомотивостроении, достойным вкладом в техническое перевооружение железнодорожного транспорта.
В ноябре на заводе было получено сообщение о том, что Комитет совета Выставки достижений народного хозяйства СССР в Москве присудил создателям шагающего конвейера, который был установлен и работал в рамном цехе завода, три медали: одну Малую серебряную и две бронзовых. Всего же в 1960 году за оригинальные работы в области механизации и автоматизации завод получил 13 медалей ВДНХ. Пришло письмо и из Киева от директора павильона "Машиностроение и приборостроение" Выставки передового опыта в народном хозяйстве УССР. В нем сообщалось, что решением Комитета Выставки Луганский тепловозостроительный завод был награжден дипломом первой степени и отмечен денежной премией за участие в Выставке [10].
19 ноября 1960 года газотурбовоз конструкции луганских тепловозостроителей вышел из завода на испытания. Первый пробег на путях МПС на 175 км показал, что безвальные генераторы газа 95-го типа и турбина работали нормально и могли принять нагрузку [3].
В мае в Москве открылось Всесоюзное совещание работников железнодорожного транспорта. К началу совещания была открыта выставка новых локомотивов, в которой принимал участие и Луганский тепловозостроительный завод. На выставке были представлены луганские тепловозы ТЭЗЛ (4000 л.с. в двух секциях), 2ТЭ10Л мощностью 6000 л.с. в двух секциях, ТГ106 мощностью 4000 л.с. в одной секции. Еще в 1961 году на Выставке достижений народного хозяйства СССР в Москве экспонировались сконструированные и изготовленные луганскими локомотивостроителями железнодорожные транспортеры. Тогда высокую оценку получил транспортер грузоподъемностью 300 тонн. Комитет Совета ВДНХ СССР своим постановлением наградил участника Выставки - Луганский тепловозостроительный завод - дипломом второй степени [8].
К этому времени успешным пробегом пяти тысяч километров закончились испытания локомотивов ТЭЗЛ и 2ТЭ10Л. Особенно высокие эксплуатационно-тяговые качества были отмечены у тепловоза 2ТЭ10Л.
1962 год увенчался успехом коллектива отдела главного конструктора газотурбинных установок: был создан работоспособный свободнопоршневой генератор газа, который обеспечивал расчетную мощностную характеристику. На базе СПГГ было создано две газотурбинных установки. Одна - мощностью 2000 л.с. для речного грузового теплохода, а вторая - мощностью 3700 л.с. для нефтепровода "Дружба". Одновременно был разработан технический проект газотурбинной установки мощностью 5500 л.с. для газопровода Ставрополь-Москва-Ленинград [3;10].
Проводя конструкторско-исследовательские работы по созданию СПГГ повышенной удельной мощности без увеличения его габаритов, конструкторы отдела создали ряд проектов газотурбовозов, в том числе газотурбовоза мощностью 8000 л.с. в секции.
К 1962 году на тепловозную тягу в стране было переведено 20 тыс. км железнодорожных линий, а вместе с электровозной тягой тепловозники осуществляли более 60% всего грузооборота. В этом была немалая заслуга луганских тепловозостроителей. Они выпускали наибольшее количество магистральных тепловозов ТЭЗ, освоили и постоянно совершенствовали выпуск других локомотивов [8].
Мощный магистральный тепловоз ТГ106 с гидропередачей был спроектирован и построен луганскими локомотивостроителями в рекордно короткий срок: в середине октября 1962 года новый тепловоз ТГ106 отправился в обкатку.
В дальнейшем из года в год возрастал выпуск тепловозов, других агрегатов и оборудования на экспорт.
8 февраля 1971 года состоялся опуск первой рамы новой, более совершенной машины – тепловоза 2ТЭ116. Это был перспективный локомотив на ближайшие 10 – 15 лет. В отличие от серийных тепловозов, 2ТЭ116 в основном можно назвать электрическим, т.к. на нем отсутствуют редукторы вспомогательных приводов. Привод вентиляторов холодильной камеры компрессора, охлаждения выпрямительной установки и т.д. осуществляется электродвигателями [10].
В 1973 г. конструкторы завода разработали проект железнодорожного транспортера грузоподъемностью 500 тонн сочлененного типа, предназначенного для перевозки энергетического оборудования. На этом транспортере впервые были применены высокопрочные стали. В конце февраля 1974 года крупнейший в мире железнодорожный транспортер длиной 64 метра и грузоподъемностью 480 тонн был отправлен из Луганского тепловозостроительного завода заказчику. Транспортер предназначался для перевозки длинномерного и тяжеловесного оборудования химической промышленности и других отраслей народного хозяйства.
В конце 1975 года был построен новый локомотив ТЭ120 мощностью 4000 л.с. – первый в мировой практике тепловоз с передачей переменно-переменного тока. Это была первая в стране машина мощностью 4000 л.с. на переменном токе, с инверторами, которые служат для преобразования постоянного тока в переменный и подачи его на асинхронный тяговой двигатель. Последний также являлся новинкой в локомотивостроении. Отражая современный уровень развития отечественной и мировой электротехники, тепловоз ТЭ120 являлся макетным образцом, прообразом будущих серийных машин на переменном токе. Преимущества таких машин – максимальное использование мощности двигателя при минимальном буксовании, уменьшенные габариты узлов и агрегатов, что в свою очередь позволило внести прогрессивные изменения в конструкцию тепловоза [10].