В то время большинство вагонов были оборудованы винтовой упряжью, которая допускала максимальную величину силы тяги в 18 тс. Исходя из того, что вредное сопротивление паровоза (W0) было принято равным 2 тс, было определено, что касательная сила тяги на ободе колёс (Fк) должна составлять 20 тс. Коэффициент сцепления для двухцилиндровых паровозов составлял Ψ=0,2 (1/5). Исходя из этого, сцепной вес Pк для нового паровоза должен был составлять Рк=Fк/Ψ=20 тс/0,2=100 тс.

Зная сцепной вес (100 т) и нагрузку от осей на рельсы (20 тс), было определено, что новый паровоз должен иметь 100/20=5 движущих (сцепных) осей. Далее требовалось определить число бегунковых и поддерживающих осей. На то время уже имелись существующие статические данные по существующим паровозам с пятью сцепными осями. Согласно этим данным, паровозы в эксплуатации на счётном подъёме обеспечивали, в зависимости от типа осевой формулы, следующие скорости.

тип 0-5-0 — 12 км/ч;

тип 1-5-0 — 15 км/ч;

тип 1-5-1 — 18 км/ч;

тип 1-5-2 — 21 км/ч.

Вариант с типом 0-5-0 был отклонён почти сразу, так как при ограничении веса в 100 тонн, отсутствовала возможность значительно развить паровой котёл, а следовательно и повысить скорости движения на подъёме по сравнению с паровозами Э. Стоит отметить, что ещё в период Первой мировой войны при проектировании будущего паровоза Е, вариант типа 0-5-0 был также забракован.

В случае применения типа 1-5-0, приняв нагрузку на бегунковую ось равной 14 тс, проектный вес паровоза составил бы 114 т. Предварительные подсчёты показали, что суммарный вес главной рамы, паровой машины и тормозной системы в этом случае составит 93 т. Таким образом, вес парового котла должен был бы составлять 21 т. По грубой оценке, на каждые 100 кг веса котла приходится 1 м² поверхности нагрева. Таким образом, суммарная площадь поверхностей нагрева котла весом 21 т приблизительно составит 210 м². Такому паровому котлу соответствовала топка с площадью колосниковой решётки 5—6 м². Таким образом, паровоз типа 1-5-0 со сцепным весом 100 т по сравнению с паровозом Ел мог бы увеличить вес поездов, но вот на повышение скорости мощности котла уже не хватало (на Ел применялись паровое котлы как раз с аналогичными параметрами площадей нагрева и колосниковой решётки), поэтому от данного типа также были вынуждены отказаться.

У паровоза типа 1-5-1, при принятии нагрузок на бегунковую и поддерживающую оси в 14 т, вес в рабочем состоянии составил бы 128 т, при этом вес экипажной части возрос бы всего на 5 т. Таким образом, в данном случае проектный вес котла составил бы 30 т, что соответствует площади нагрева в 300 м², то есть позволяет получить значительный прирост мощности котла, а следовательно и скорости движения поезда на расчётном подъёме. Такому паровому котлу соответствовала колосниковая решётка площадью 7 м², установить которую позволяло наличие задней поддерживающей оси.

Наиболее мощным из рассматриваемых вариантов был паровоз типа 1-5-2. Его проектный рабочий вес составлял 148 т, а проектный вес котла — 42 т, что соответствовало площади испаряющей поверхности в 420 м². По сравнению с типом 1-5-1, тип 1-5-2 позволял повысить скорость движения поезда на расчётном подъёме с 18 до 21—22 км/ч, то есть на 16—22 %. Однако здесь вступали в силу технические ограничения. Прежде всего, такие технические скорости на уклонах в то время не допускали ручные тормоза, которыми была оборудована значительная часть вагонов, винтовая упряжь, а также сама конструкция вагонов. Помимо этого, на участках с лёгким профилем (равнинный, малая величина уклонов) мощность котла была уже избыточна, что вело к неоправданному перерасходу топлива. Наконец, из-за большой площади и длине колосниковой решётки, ручное отопление на паровозе типа 1-5-2 было попросту невозможно. Так, паровоз типа 1-5-1 при следовании на скорости 18 км/ч за 1 час работы потребляет 2—2,5 тонны угля, что при выходе стокера из строя (не стоит забывать, что до этого паровозов с механическим отоплением в Советском Союзе не строили) ещё как-то позволяет применять ручное отопление (с помощью кочегара и лопаты). В свою очередь, на паровозе типа 1-5-2, с его потреблением свыше 2,5 т угля в час, вручную топить паровой котёл уже невозможно.