Промежуточный вал (локомотив)
Промежуточный вал — это промежуточный вал, используемый для передачи мощности от ведомого вала, такого как выходной вал двигателя или мотора, на ведомые валы, такие как ведущие оси локомотива. Применительно к железнодорожным локомотивам XIX и XX веков промежуточные валы обычно располагались на одной линии с ведущими осями локомотивов и соединялись с ними боковыми тягами . Как правило, каждая ведущая ось локомотива может свободно перемещаться примерно на один дюйм (2,5 см) по вертикали относительно рамы, при этом вес локомотива переносится на пружины. Это значит, что если двигатель, мотор или трансмиссия жестко прикреплены к раме локомотива, то они не могут быть жестко соединены с осью. Эту проблему можно решить, установив промежуточный вал на неподрессоренные подшипники и используя боковые тяги или (в некоторых ранних примерах) цепные передачи. [ 1 ]
Промежуточные валы впервые были использованы в первых паровозах, хотя конструкторы еще не называли их этим именем. В начале 20 века было построено большое количество электровозов с приводом от промежуточного вала для тяжелых магистральных перевозок. Приводы промежуточного вала также использовались во многих ранних бензиновых и дизельных локомотивах, в которых использовались механические трансмиссии.
Паровозы
[ редактировать ]
Железная дорога Балтимора и Огайо была пионером в использовании локомотивов с приводом от промежуточного вала. В то время как ведущая ось первого локомотива Grasshopper приводилась в движение прямозубыми шестернями от коленчатого вала , в Traveler, выпущенном в 1833 году, использовался промежуточный вал, как и во всех более поздних локомотивах Grasshopper и Crab. В этих локомотивах использовалась повышающая передача для достижения разумной скорости движения с использованием ведущих колес малого диаметра. Примечательно, что термин «промежуточный вал» конструкторами этих машин не использовался. Вместо этого они называли то, что позже назовут промежуточным валом, «отдельной осью, расположенной примерно в трех футах впереди передней оси и несущей кривошипы, соединенные шатунами с шатунами на двух дорожных осях». [ 2 ] В своем патенте 1837 года на крабового локомотивы класса Росс Винанс назвал свой промежуточный вал «валом шестерни» или «третьей осью». [ 3 ]
В обычном паровозе коленчатый вал является одним из ведущих мостов . В паровозе с промежуточным приводом коленчатый вал вращает промежуточный вал, который, в свою очередь, вращает машиниста. Некоторые паровозы имели конструкцию, промежуточную между этими крайностями, с коленчатыми валами, отличными от ведущей оси. Финеаса Дэвиса Первый B&O Grasshopper , испытанный на B&O в 1831 году, принадлежал к этому классу, как и , принадлежащий Стоктон-энд-Дарлингтонской железной дороге 1836 года Swift , где коленчатый вал находился непосредственно между ведущими осями. [ 4 ] В обоих этих примерах использовались вертикальные цилиндры с коленчатым валом в плоскости ведущих мостов. Первые использовали зубчатую передачу на первый ведущий мост, вторые использовали боковые тяги для этой связи . В последнем случае предполагаемая причина использования коленчатого вала, отличного от ведомых осей, заключалась в том, чтобы «отвести удары от приводного вала». [ 5 ]
Несколько локомотивов были построены с горизонтальными цилиндрами, приводящими в движение коленчатый вал непосредственно над задней ведущей осью , с общей пружиной, поддерживающей вал и ось, чтобы они могли вместе двигаться вертикально. Росс Винанс спроектировал серию локомотивов 0-8-0 , начиная с 1842 года, выпустив на рынок B&O Mud Digger двигатели класса . Как и в предыдущих локомотивах Grasshopper, коленчатые валы этих двигателей были соединены с ведомыми валами. [ 6 ] В своем патенте 1843 года Винас назвал коленчатый вал пятым валом или осью. [ 7 ] В 1880 году завод Fowler Steam Plough Works в Лидсе, Англия, получил патент на аналогичную конструкцию локомотива 0-4-0 с вертикальными боковыми тягами между коленчатым валом и задней осью. Здесь мотивацией было убрать цилиндры и поршневые штоки подальше от пыли и грязи на двигателе с миниатюрными ведущими колесами. [ 8 ] [ 9 ] Сохранился один такой локомотив Фаулера, очень маленький узкоколейный 0-4-2 Т. [ 10 ]
Первые конструкторы паротурбинных локомотивов не понимали необходимости в понижающей передаче или рессорной подвеске. [ 11 ] [ 12 ] Как только эти проблемы были поняты, промежуточные валы стали одной из альтернатив для соединения выходного редуктора турбины с ведущими колесами . Джузеппе Беллуццо из Италии получил несколько патентов США на вариации этой идеи. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Альтернативы приводу промежуточного вала включали использование пиноли с турбиной над ведущей осью или комбинацию пиноли с коробкой передач, подвешенной горизонтально между ведущей осью локомотива и валом турбины. [ 16 ] [ 17 ]
Электровозы
[ редактировать ]
Многие первые электровозы также были оснащены промежуточными валами . Общий обзор конструкции электровозов 1915 года показывает 15 различных схем привода промежуточного вала из 24 различных конструкций локомотивов.
В некоторых ранних локомотивах использовались тяговые двигатели постоянного тока малого диаметра , установленные на отдельных осях, но большинство, особенно локомотивов с приводом от переменного тока, имели только один или два двигателя большого диаметра. Эти двигатели большого диаметра были больше, чем большинство ведущих колес, и поэтому устанавливались значительно выше уровня ведущих осей. [ 18 ] Двигатель или двигатели приводили в движение промежуточный вал или промежуточные валы через шестерни или боковые тяги , а затем промежуточный вал поворачивал колеса через боковые тяги . В Европе компании Oerlikon и Brown, Boveri были пионерами различных конструкций промежуточных валов, тогда как в США компания Westinghouse . доминировала [ 19 ] Во всех цитируемых здесь ранних обзорах конструкций электровозов используется термин «промежуточный вал» или «промежуточный вал».
Примеры включают PRR DD1 и FF1 электровозы , а также швейцарский класс Ce 6/8 Crocodile и его узкоколейный родственник Rhaetian Railway Ge 6/6 I.
Продолжающееся развитие электродвигателей сделало их меньше, а ко Второй мировой войне большинство новых и сделало промежуточные валы устаревшими.
Локомотивы внутреннего сгорания
[ редактировать ]
Когда Болдуин впервые начал строить локомотивы внутреннего сгорания в первые десятилетия 20-го века, они использовали двухскоростную коробку передач от бензинового двигателя на промежуточный вал. [ 1 ] Первые патенты Болдуина на локомотивы внутреннего сгорания охватывали использование как боковых тяг , так и цепной передачи для соединения промежуточного вала с ведущими колесами. [ 20 ] [ 21 ] Первые локомотивы внутреннего сгорания Болдуина использовали конфигурацию 0-4-0 и весили от 3,5 до 9 тонн, но к 1919 году стала доступна 25-тонная конфигурация 0-6-0. [ 22 ] Эти локомотивы широко использовались на узкоколейных траншейных железных дорогах во время Первой мировой войны . [ 23 ]
Дизель British Rail Class 03 (на фото) является более свежим примером. Промежуточные валы использовались на некоторых дизель-механических и дизель-гидравлических локомотивах, но редко применялись на дизель-электрических двигателях . Единственным исключением был класс D3/7 компании British Rail . [ 24 ]
Движение подвески
[ редактировать ]
Сложностью привода шатунов от промежуточного вала является необходимость обеспечить вертикальное перемещение подвески мостов. Для этого было использовано несколько механических устройств.
Длинные горизонтальные стержни
[ редактировать ]Самый простой вариант — использовать длинные соединительные тяги, идущие горизонтально. Большое вертикальное перемещение на конце колеса вызывает лишь небольшое горизонтальное перемещение на приводе промежуточного вала. Для тепловоза это можно компенсировать горизонтальным податливым расположением передачи. Тяжелый двигатель переносится на ведущие колеса для создания прилипающего веса , но относительно легкая коробка передач может быть установлена на одном конце, за пределами сцепленной колесной базы. Кожух главной передачи также достаточно узкий, чтобы его можно было установить между рамами, что позволяет устанавливать его низко и на уровне ведущих мостов.
Такое расположение характерно для тихоходных маневровых дизельных двигателей, но обычно не для магистральных транспортных средств. Шведский D-lok 1925 года действительно использовал его с двумя двигателями, приводящимися в движение одним промежуточным валом с короткими тягами между двумя ведущими мостами схемы 1-С-1 .
Щелевые стержни
[ редактировать ]
Вертикальные скользящие подшипники в роговых блоках допускают движение, но они должны быть тщательно спроектированы, иначе сила, действующая через стержни, будет потрачена впустую на простое скольжение этого подшипника вперед и назад. Такие скользящие соединения должны быть устроены так, чтобы обеспечить перемещение подвески, но так, чтобы сила тяги всегда находилась под прямым углом к направляющей.
Десятиспарный итальянский E550 1908 года имел спаренные моторы, каждый с промежуточным валом. Между ними находился треугольный стержень, вращавшийся синхронно и поэтому всегда горизонтально. Он нес скользящую шейку кривошипа для центральной оси и подшипники для длинных соединительных тяг к неравномерно расположенным парам приводов впереди и сзади. [ 25 ] Аналогичная схема использовалась на швейцарской железной дороге Берн-Лёчберг-Симплон Be 5/7 1-E-1 [ 26 ]
Концептуально аналогичные тяги использовались для швейцарского Ce 6/8. II крокодилы . Поскольку на каждом конце у них был только один тяговый двигатель, треугольная рама также поддерживалась глухим промежуточным валом без привода. Он был слегка наклонен, так как промежуточный вал мотора находился над осью колеса.
Диагональные стержни Винтертур
[ редактировать ]
Большинство классов швейцарских крокодилов вместо этого использовали диагональный стержень Winterthur или Schrägstangenantrieb (немецкий).
Эти локомотивы были сочлененными, с одним большим тяговым двигателем на каждой из двух тележек на каждом конце. Таким образом, промежуточный вал располагался над ведущими колесами и между ними. Чтобы максимально увеличить длину ведущего стержня и уменьшить его угол наклона, он был подключен рядом с самой дальней ведомой осью. Соединительная тяга между этими осями была «треугольной», на ее верхней кромке был установлен дополнительный подшипник, воспринимающий тягу приводной тяги промежуточного вала. В отличие от большинства шатунов это позволяет устанавливать его в одной плоскости с шатунными подшипниками. Это уменьшает вылет шатунов и их изгибающие нагрузки.
Эта конструкция проста и надежна, но не обеспечивает идеальной геометрии и поэтому известна своим скрипом и неровным ходом, особенно если шатунные подшипники изнашиваются. Для швейцарских локомотивов: ухоженных, мощных локомотивов, идущих на малых скоростях по крутым подъемам, это была приемлемая конструкция. Однако он не добился большого успеха в сфере быстрых пассажирских перевозок.
Связи Ганца и Кандо
[ редактировать ]
Некоторые из наиболее сложных тяг, используемых для локомотивов-экспрессов, были тягами Ганца , Кандо или Бьянки. Они имели форму перевернутого треугольника, спускающегося от высоко расположенного промежуточного вала двигателя до линии оси колеса.
Форма Ganz использовалась на построенных в Венгрии локомотивах Les Belles Hongroises 2BB2 400 для французского ПО . Он имел четыре звена, образующих треугольник, две верхние вершины которого были прикреплены к раме локомотива (через короткое качающееся звено) и к шатуну промежуточного вала. Нижняя вершина треугольника содержала короткое треугольное звено, которое соединяло стороны треугольника с шатуном колеса. При наклоне этой тяги движение подвески поглощалось. [ 27 ] Эта связь хорошо работала на скорости, и, поскольку она полностью состояла из шарнирных соединений без проскальзывания, потери хода не было. Однако он был сложным, тяжелым и несбалансированным.
Рычажный механизм Кандо имел аналогичную компенсацию, но верхние вершины поддерживались парой промежуточных валов двигателя.
Единственной из этих связей с широким распространением и длительным сроком службы была симметричная и более сбалансированная связь Бьянки, используемая в Италии.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Общее строительство, Бензиновые промышленные локомотивы Болдуина. Рекорд Baldwin Locomotive Works , № 74, 1913 год; страницы 7-9.
- ^ Дж. Сноуден Белл, Глава I: Двигатели «Кузнечик» и «Краб» - тип 0-4-0, Ранняя движущая сила железной дороги Балтимора и Огайо ; страница 19.
- ^ Росс Винанс, Паровые машины для локомотивов, патент США 308 , выдан 29 июля 1837 года.
- ↑ Ссылки в истории локомотива, № XI, «Инженер» , 10 июня 1881 г.; стр. 432, с большой иллюстрацией.
- ^ Джозеф Томлинсон, Обращение президента Института инженеров-механиков , Vol. 41 (1890 г.); страницы 181-202.
- ^ Дж. Сноуден Белл, Глава IV: Восьмиколесные подключаемые грузовые двигатели - Тип 0-8-0, Ранняя движущая сила железной дороги Балтимора и Огайо Синклер, Нью-Йорк, 1912; стр. 55–86, см., в частности, рис. 22 на стр. 57.
- ↑ Росс Винас, Локомотив, патент США № 3201 , выдан 28 июля 1843 года.
- ^ 402, Альфред Грейг и Уильям Бидон, Журнал комиссаров по патентам , № 2770 (20 июля 1880 г.); стр. 167.
- ↑ Роберф Ф. Маккиллоп и Джон Браунинг, Локомотивы Джона Фаулера, Транспорт сахарного тростника , Австралийское исследовательское общество легкорельсового транспорта, 29 февраля 2000 г.
- ^ Австралийский центр сахарного наследия, [www.sugarmuseum.com.au/the-museum/], 2010.
- ^ Иоганн Штумпф, Локомотив с паротурбинным приводом, патент США 855 436 , выдан 28 мая 1907 года.
- ^ Джоэл Б. Дюма, Паровая турбина для локомотивов, патент США № 1 010 878 , выдан 5 декабря 1911 г.
- ^ Джузеппе Беллуццо, паротурбинный локомотив, патент США № 1 638 079 , выдан 9 августа 1927 года.
- ^ Джузеппе Беллуццо, паротурбинный локомотив, патент США № 1 666 590 , выдан 17 апреля 1928 года.
- ↑ Джузеппе Беллуццо, турбинный локомотив, патент США № 1887178 , выдан 8 ноября 1932 г.
- ^ Фредрик Люнгстрем, Локомотив с турбинным приводом и аналогичные транспортные средства, патент США № 1632707 , выдан 14 июня 1927 года.
- ^ Фрэнк Л. Альбен, паротурбинный локомотив, патент США № 2 386 186 , выдан 10 июня 1943 года.
- ^ Альберт С. Ричи и Уильям К. Гриноу, Электровозы, Справочник по электрическим железным дорогам , McGraw Hill, 1915; страницы 579-587, рисунки 48-71 на страницах 584-586.
- ^ В Дувре, Глава XVII: Электровозы, электрическая тяга: трактат о применении электроэнергии в трамваях и железных дорогах , Макмиллан, Нью-Йорк, 1917; страницы 355-409.
- ^ Арчибальд Эль, Локомотив внутреннего сгорания, патент США 951 062 , выдан 1 марта 1910 г.
- ^ Арчибальд Х. Эле, Локомотив внутреннего сгорания, патент США № 1018889 , выдан 27 февраля 1912 г.
- ^ Локомотивы внутреннего сгорания, Отчет Baldwin Locomotive Works , № 95 (1919); страницы 3–33.
- ↑ Военная деятельность Болдуинского локомотивного завода, Отчет Болдуинского локомотивного завода , № 93, 1919 год; страницы 3–21.
- ^ «12031 Филиал Спрингс 1960-х годов» . Архивировано из оригинала 7 октября 2011 года . Проверено 5 июля 2009 г.
- ^ Холлингсворт, Брайан; Кук, Артур (2000). «Е550 Е». Современные локомотивы . стр. 32–33. ISBN 0-86288-351-2 .
- ^ Современные локомотивы (2000) , стр. 34–35.
- ^ Современные локомотивы (2000) , стр. 50–51.
Внешние ссылки
[ редактировать ]