Разгонный двигатель

Чтобы узнать о термине в ракетной технике, см. Ракета-носитель (ракетная техника) .

Ускорительный двигатель со снятой крышкой, чтобы показать механизм. Ведомый мост находится справа; бустер обычно висит за ним.

Схема, показывающая, как устанавливается и подключается усилитель.

Локомотивный бустер для паровозов представляет собой небольшую дополнительную двухцилиндровую паровой машины заднюю шестерню , соединенную с прицепной осью тележки локомотива или одной из тележек тендера . Его изобрел в 1918 году Говард Л. Ингерсолл, помощник президента Центральной железной дороги Нью-Йорка .

Качающаяся промежуточная шестерня ввести в работу бустерный двигатель позволяет водителю (инженеру) . Редукторный повышающий двигатель приводит в движение только одну ось и может быть нереверсивным, с одной промежуточной шестерней, или реверсивным, с двумя промежуточными шестернями. Компания Франклин создала варианты, в которых использовались боковые тяги для передачи тягового усилия на все оси бустерного грузовика. Эти штанговые усилители в основном использовались на ведущем грузовике тендера, хотя есть пример, когда Lehigh Valley 4-8-4 использовала его в качестве прицепного грузовика тендера.

Бустерный двигатель используется для запуска тяжелого поезда или поддержания низкой скорости в сложных условиях. Имея мощность около 300–500 лошадиных сил (220–370 кВт) на скорости от 10 до 35 миль в час (16–56 км/ч), его можно включать при движении со скоростью ниже 12–22 миль в час (19–35 км/ч). ) и отключается полуавтоматически, когда инженер включает заднюю передачу, или вручную, сбивая защелку управления, до скорости от 21 до 35 миль в час (34–56 км/ч), в зависимости от модели и передачи автомобиля. усилитель. Номинальное тяговое усилие 10 000–12 000 фунтов-сил (44–53 кН) было обычным явлением, хотя были возможны значения примерно до 15 000 фунтов-силы (67 кН).

Тендерные бустеры оснащены боковыми тягами, соединяющими оси головного грузовика. Такие маленькие боковые тяги ограничивают скорость и поэтому используются в основном для переключения локомотивов, часто используемых при перевалке между станциями. Тендерные ускорители были гораздо менее распространены, чем ускорители для двигателей; Собственный вес тендеров уменьшится, поскольку во время работы будут расходоваться уголь и вода, что эффективно снизит сцепление грузовика с усилителем.

Причины использования

Усилитель локомотива Franklin Type-E, прикрепленный к Reading T-1 no. 2102 .

Бустер был призван компенсировать принципиальные недостатки конструкции типового паровоза. Начнем с того, что большинство паровозов не обеспечивают мощность всех колес. Величина силы, которую можно приложить к рельсу, зависит от веса ведомых колес и коэффициента сцепления колес с путем. Колеса без привода обычно необходимы для обеспечения устойчивости на скорости, но на низкой скорости они не требуются, поэтому они эффективно «тратят» вес, который можно было бы использовать для сцепления с дорогой. Таким образом, применение бустерного двигателя на оси, ранее не имеющей привода, означало, что общее пусковое тяговое усилие было увеличено без ущерба для уровня сцепления основного двигателя.

Кроме того, «передача» паровоза фиксирована, поскольку поршни напрямую связаны с колесами через тяги и кривошипы. Следовательно, необходимо найти компромисс между способностью прилагать высокое тяговое усилие на низкой скорости и способностью двигаться быстро, не вызывая чрезмерных скоростей поршня (которые могут привести к отказу) или истощения пара. Этот компромисс означает, что на низких скоростях паровоз не может использовать всю мощность, которую способен производить котел; он просто не может использовать пар так быстро, поэтому существует существенная разница между количеством пара, которое котел может произвести, и количеством, которое можно использовать. Разгонный двигатель позволил использовать этот упущенный потенциал.

Повышенное пусковое тяговое усилие, обеспечиваемое усилителем, означало, что в некоторых случаях железные дороги могли сократить количество или исключить использование дополнительных вспомогательных локомотивов в более тяжелых поездах. Это привело к снижению затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание, повышению эксплуатационной готовности и производительности локомотивов (тонно-миль) и, в конечном итоге, к повышению рентабельности.

Недостатки

Обслуживание бустеров было дорогостоящим из-за их гибких паровых и выхлопных труб, промежуточного механизма и т. д. Неправильная эксплуатация также могла привести к нежелательным падениям давления в котле и/или повреждению бустера. Ускоритель и связанные с ним компоненты также увеличили вес локомотива на несколько тонн, что можно было бы считать «мертвым весом» на скоростях, выше которых ускоритель нельзя было использовать. Кроме того, если бы ускоритель вышел из строя, из-за чего промежуточную шестерню невозможно было отключить, скорость всего локомотива была бы ограничена до 20 миль в час или меньше, пока его нельзя было вывести из эксплуатации для облегчения ремонта, что снизило бы доступность локомотива.

Расчет тягового усилия и рабочих скоростей

Грубый расчет тягового усилия усилителя можно выполнить по следующей формуле:

$$t={\frac {cd^{2}spr}{w}},$$

где

• t — тяговое усилие в фунт-силе
• c — коэффициент, представляющий среднее эффективное давление, обычно равный 0,80.
• d — диаметр поршня в дюймах ( отверстие ).
• s — ход поршня в дюймах
• p — рабочее давление в фунтах на квадратный дюйм.
• r - передаточное число усилителя
• w — диаметр ведомых колес, на которые крепится усилитель, в дюймах.

В типичном усилителе локомотива использовалась пара цилиндров диаметром 10 дюймов (250 мм) и ходом 12 дюймов (300 мм). Доступные передаточные числа и соответствующие рабочие скорости для моделей усилителей Franklin типа C и типа E подробно описаны в таблице ниже.

Передаточные числа усилителя локомотива и соответствующие рабочие скорости

	Передаточное число	Максимальная скорость врезания	Максимальная рабочая скорость
Франклин Тип C-1 и C-2	2.571	12 миль в час (19 км/ч)	21 миль в час (34 км / ч)
Франклин Тип E и E-1	2.71	15 миль в час (24 км/ч)	25 миль в час (40 км/ч)
	2.25	18,5 миль в час (29,8 км / ч)	30 миль в час (48 км/ч)
	2.00	22 миль в час (35 км/ч)	35 миль в час (56 км/ч)

Использование

Северная Америка

Ракета-носитель нашла наибольшее применение в Северной Америке . Железнодорожные системы в других странах часто считали расходы и сложность неоправданными.

Даже в регионе Северной Америки бустерные двигатели применялись лишь на части всех построенных локомотивов. Некоторые железные дороги широко использовали бустеры, а другие - нет. Центральная железная дорога Нью-Йорка была первой железной дорогой, которая использовала ускоритель в 1919 году, и оставалась сторонником этого устройства, применяя его ко всем своим с высокой тягой 4-6-4 локомотивам Hudson , чтобы увеличить их ускорение при выезде со станций с отличными пассажирскими поездами. Однако конкурирующая Пенсильванская железная дорога использовала мало локомотивов, оборудованных ускорителями. Точно так же компания Chesapeake & Ohio установила ускорители на все свои локомотивы Superpower, за исключением Allegheny, для увеличения грузоподъемности на некоторых холмистых участках, встречающихся на их основных линиях, в то время как конкурент Norfolk & Western ненадолго экспериментировал с ускорителями и вместо этого нашел их стоимость неоправданной. выбор увеличения тягового усилия двигателя за счет повышения давления в котле.

Канадская Тихоокеанская железная дорога насчитывала 3257 паровозов, приобретенных в период с 1881 по 1949 год, но только 55 были оснащены ускорителями. 17 классов 4-6-4 класса H1, 2 класса 4-8-4 класса K1 и все 36 игроков Селкирка 2-10-4 .

Австралия

В Австралии компания Victorian Railways оборудовала все свои локомотивы X-класса 2-8-2 (построенные между 1929 и 1947 годами), кроме одного, двухцилиндровым бустерным двигателем «Франклин» после успешных испытаний этого устройства на меньшем по размеру N-классе 2. -8-2 в 1927 году. С 1929 года Южно-Австралийских железных дорог 500 тяжелые пассажирские локомотивы класса 4-8-2 были переоборудованы в 4-8-4 с добавлением бустерной тележки.

Новая Зеландия

NZR 1939 года Класс KB был построен с бустерным грузовиком, чтобы локомотивы могли преодолевать более крутые уклоны на некоторых линиях Южного острова (особенно на Касс-Бэнк на линии Мидленд ). Некоторые усилители позже были сняты из-за заклинивания шестерен.

Великобритания

В Великобритании восемь локомотивов четырех разных классов на Лондонской и Северо-Восточной железной дороге были оснащены бустерными установками Найджела Гресли . Четыре существующих локомотива были переоборудованы с ускорителями в период с 1923 по 1932 год: один класса С1 (в 1923 году); оба перевода из класса С7 в класс С9 (1931 г.); и один класса S1 (1932 г.). Остальные четыре были установлены на новые локомотивы: два локомотива П1 2-8-2 , построенные в 1925 году; и два локомотива класса S1 постройки 1932 года. Ускорители были сняты между 1935 и 1938 годами. кроме тех, что относились к классу S1, которые сохранялись до 1943 года.

Первым типом ускорителя, использовавшегося в Великобритании, был паровой тендер , который был опробован в 1859 году Бенджамином Коннором из Каледонской железной дороги на четырех локомотивах 2-4-0. Арчибальд Старрок из Великой Северной железной дороги (GNR) запатентовал аналогичную систему 6 мая 1863 года (патент № 1135). Он использовался на пятидесяти локомотивах GNR 0-6-0: тридцать переоборудованных из существующих локомотивов в период с 1863 по 1866 год и двадцать построенных новых в 1865 году (номера 400–419). В 1867–1868 годах оборудование было снято со всех пятидесяти.

Дальнейшее чтение

• Брюс, Альфред В. (1952). Паровоз в Америке . Bonanza Books, Нью-Йорк.
• Ассоциация мастеров железнодорожных мастеров (1922). Локомотивная энциклопедия американской практики, шестое издание — 1922 г. Симмонс-Бордман.
• Бустерный двигатель Франклина типа C2
• Талбот, Фред. А (1923), «Локомотив «разгонный двигатель» », «Железные дороги мира », стр. 84–91, иллюстрированное описание разгонного двигателя.