Дуплексный локомотив
Дуплексный локомотив — паровоз , в котором движущая сила на колесах разделяется с помощью двух пар цилиндров, жестко закрепленных на единой раме локомотива ; это не сочлененный локомотив . Эта концепция была впервые использована во Франции в 1863 году, но была особенно развита в начале 1930-х годов компанией Baldwin Locomotive Works , крупнейшим коммерческим производителем паровозов в Северной Америке, под руководством ее тогдашнего главного инженера Ральфа П. Джонсона .
До этого термин «дуплексный локомотив» иногда применялся к сочлененным локомотивам в целом.
Техническая концепция
[ редактировать ]Основным недостатком двухцилиндровых локомотивов является сильный удар молота по рельсам, вызванный попыткой уравновесить возвратно-поступательные части дополнительными массами, установленными в колесах. Этот эффект можно уменьшить, используя несколько цилиндров, воздействующих на большее количество ведущих колес. [1]
В Европе эту проблему часто решали путем разделения привода между внутренними и внешними цилиндрами или с помощью сочлененных локомотивов , хотя в то время считалось, что невозможно стабильно управлять одним из них со скоростью более 50 миль в час (80 км/ч). Американские железные дороги, как правило, не желали использовать локомотивы с внутренними цилиндрами, поэтому проблему балансировки нельзя было решить путем добавления большего количества цилиндров на спаренную колесную пару. По мере того как локомотивы становились больше и мощнее, их возвратно-поступательное оборудование должно было становиться сильнее и, следовательно, тяжелее, и, таким образом, проблемы, связанные с дисбалансом и ударами молота, становились более серьезными. Скорость также играла важную роль, поскольку при более высоких скоростях вращения колеса силы становились больше и разрушительнее. Ральф П. Джонсон считал, что растущие размеры и тяга поршней существующих экспресс-пассажирских локомотивов не могут быть выдержаны с помощью традиционной к тому времени 4-8-4 двухцилиндровой компоновки . Кроме того, он убедился, что одна пара цилиндров с обычным клапанным механизмом и поршневыми клапанами приближается к пределу расхода пара.
Самой ранней попыткой создания дуплексного локомотива был 0-6-6-0 локомотив-цистерна , разработанный Жюлем Петье в 1863 году для Французской Северной железной дороги , но идея не была увековечена. Однако инновация в виде более жестких петель, которые допускали только горизонтальные раскачивающие движения, а не скручивание или вертикальное движение, была разработана ALCO и не наблюдалась до 1936 года, когда был выпущен Union Pacific Challenger. [ нужна ссылка ] .
Вместо этого возникла идея разместить несколько групп цилиндров и ведущих колес в одной жесткой раме. «Дуплексной» версией 4-8-4 будет 4-4-4-4 с восемью ведущими колесами, разделенными на две группы по четыре, каждая со своим собственным набором цилиндров и клапанным механизмом. Возвратно -поступательная масса обоих комплектов будет существенно меньше, чем у одного комплекта на 4-8-4, поскольку они будут испытывать меньшую нагрузку и более плавное движение поршня. Цилиндры могли бы быть меньше, но иметь более крупные и эффективные клапаны. Наиболее очевидным компромиссом было то, что в конструкции, предложенной Болдуином, жесткая колесная база была длиннее, поскольку второй комплект цилиндров должен был находиться между двумя комплектами водителей. Решением этой проблемы было размещение второго набора после второго набора ведомых колес лицом вперед, а не впереди них и назад, как первый набор цилиндров. В этом были свои сложности, и эти проблемы были достаточно тревожными для многих дорог, для которых нынешние локомотивы были достаточно обременительными, чтобы отказаться от идеи дуплекса.
Дуплексные локомотивы
[ редактировать ]По состоянию на 2023 год ни один из перечисленных ниже дуплексных локомотивов не сохранился. Их успех и то, можно ли было бы заставить их работать хорошо, если бы было достаточно времени и усилий, до сих пор обсуждается. Общий вывод состоит в том, что проблемы обычного паровоза не были такими неразрешимыми, как считал Болдуин, и что дуплексная конструкция создавала почти столько же проблем, сколько решала. Тем не менее, группа энтузиастов занимается созданием нового дуплексного локомотива класса Т1 для Пенсильванской железной дороги , используя конструктивные улучшения послевоенной паровой эпохи в надежде добиться лучших эксплуатационных характеристик.
Балтимор и Огайо класс N-1 № 5600 Джордж Х. Эмерсон
[ редактировать ]
Первой дорогой, использовавшей эту идею, была железная дорога Балтимора и Огайо , которая отклонила предложение Болдуина в 1932–33 годах, но затем построила единственную железную дорогу Балтимора и Огайо класса N-1 , № 5600 Джорджа Х. Эмерсона в собственных магазинах железной дороги без Болдуина. помощь. Локомотив был завершен в мае 1937 года, и ему удалось сохранить ту же спаренную колесную базу, что и нынешние дорожные модели 4-8-2, за счет того, что второй комплект цилиндров был перевернут, установлен рядом с топкой и перевел второй комплект спаренных колес вперед. Это оказалось не идеальным: размер цилиндров и топки был ограничен этим расположением, длинные паровые проходы оказались проблематичными, а цилиндры страдали от пыли и тепла соседней топки.
Локомотив находился в легкой эксплуатации и проходил испытания до вывода из эксплуатации в 1943 году. Он не оказался достаточно успешным, чтобы B&O выразила дальнейший интерес.
ПРР класса S1
[ редактировать ]
Следующим примером использования дуплексного типа стал Пенсильванской железной дороги одиночный S1 , разработанный для удовлетворения требований по эксплуатации поезда массой 1200 коротких тонн (1070 длинных тонн; 1090 тонн) со скоростью 100 миль в час (160 км / ч) на ровных путях и в состоянии легко разогнаться до такой скорости. Для этого требования требовалось более 4000 л.с. (3,0 МВт), и чтобы удовлетворить его, Болдуин и PRR создали, возможно, самый большой пассажирский паровоз, когда-либо построенный: 6-4-4-6 . локомотив Длина 140 футов 2 + 1 ⁄ 2 дюйма (42,74 м) и вес 1 060 000 фунтов (480 000 кг) с тендером. На самом деле он был слишком большим, чтобы работать в большей части системы PRR, и вводился в эксплуатацию только между Чикаго, штат Иллинойс , и Крестлайном, штат Огайо (283 мили [455 км]). Находясь на вооружении после декабря 1940 года, он оказался мощным и работоспособным, но склонным к пробуксовке колес и помпажу, что предвещало проблемы с более поздними дуплексными конструкциями. По большому счету, его недостатки были списаны как просто проблемы раннего прототипа. Выведен из эксплуатации в 1946 году. Этот локомотив получил прозвище «Большой паровоз».
ПРР класса Т1
[ редактировать ]
S1 не отражал истинных желаний Болдуина в отношении этого типа, но при проектировании T1 , два прототипа которого были заказаны в июле 1940 года, Болдуину было предоставлено гораздо больше свободы. Требования PRR заключались в использовании топки Belpaire и тарельчатого клапана Franklin с качающимся кулачком . Два, № 6110 и № 6111, были доставлены в апреле и мае 1942 года. Испытания снова доказали, что они мощные и способные, но недостаточно устойчивые.
Как только в феврале 1945 года были сняты ограничения военного времени на производство пассажирских локомотивов, ПРР разместила заказ на 50 серийных экземпляров. Это был судьбоносный шаг, поскольку проблемы, возникшие с прототипами, не были устранены и не были проверены с интенсивностью, необходимой для уверенности в надежности производства. Серийные локомотивы отличались в деталях обтекаемым корпусом и подвеской с целью увеличения сцепления.
Проблемы стали очевидными очень скоро. Локомотивы были невероятно подвержены сильной пробуксовке колес не только при трогании с места, но и на скорости. Разделение движения на две группы означало, что каждая группа имела гораздо больше шансов поскользнуться. Была выдвинута теория, что более быстрое и «резкое» открытие клапанов с помощью тарельчатого механизма усугубило проблему. Хуже того, такое резкое проскальзывание на высокой скорости может привести к повреждению компонентов клапанного механизма. Это была серьезная проблема для локомотива с тарельчатым клапаном, потому что, в отличие от знакомых поршневых клапанов и внешнего клапанного механизма Walscharts других локомотивов, многие компоненты были практически недоступны внутри рамы. Их сложность означала, что доступность и надежность оказались плохими, и, хотя очень способный инженер локомотива (машинист) мог добиться от Т1 отличных характеристик, в эксплуатации они оказались довольно неудачными.
С тех пор вопрос о том, разрешимы ли эти проблемы, остается спорным. Однако гораздо более простое решение в виде тепловоза было принято через несколько месяцев после поставки серийных локомотивов, и в течение двух лет все основные пассажирские поезда были перевезены на дизельных двигателях. T1 прослужили еще несколько лет меньше, прежде чем были сняты с вооружения в 1952 году.
Некоммерческая группа, известная как T1 Trust, находится в процессе создания нового двухуровневого локомотива, двигателя класса T1, известного как Pennsylvania Railroad 5550 , намереваясь использовать конструктивные усовершенствования послевоенной паровой эпохи, которые не использовались или редко тестировались на ранее существовавших T1. в надежде на создание лучших ТТХ. Ориентировочный год завершения проекта – 2030 год. [2]
ПРР 1 квартал
[ редактировать ]
PRR также хотела применить принцип дуплекса к грузовым перевозкам, и Q1 стал первым экспериментом в этом направлении. Это был быстрый грузовой локомотив 4-6-4-4 из B&O, , поставленный в мае 1942 года. Как и у Джорджа Х. Эмерсона у него была вторая пара цилиндров, обращенная назад, и все они были оснащены стандартным клапанным механизмом Walschaerts. Колеса имели диаметр 77 дюймов (1,956 м) (плохо подходили для грузовых перевозок), а двигатель имел обтекаемую форму, больше похожую на пассажирский двигатель. Позже оптимизацию убрали, так как она ограничивала работы по техническому обслуживанию. Цилиндры, обращенные назад, также были проблематичными, отчасти из-за неудобного размещения, поскольку они находились непосредственно под топкой двигателя. Кроме того, большие драйверы и меньшая, чем достаточная площадь решетки топки также могли способствовать возникновению дальнейших проблем. Ограниченный размер топки также был прямым следствием расположения цилиндров назад. Единственный Q1, PRR 6130, был построен на заводе PRR в Алтуне в 1942 году и выведен из эксплуатации в 1946 году.
ПРР 2 квартал
[ редактировать ]
Серийные локомотивы последовали с конца 1944 года, но они были совсем другими: урок о том, что цилиндры, обращенные назад, рядом с топкой, были плохой идеей, был заново усвоен. Производственные локомотивы второго квартала имели компоновку 4-4-6-4 ; это были самые большие несочлененные локомотивы, когда-либо построенные, и самые мощные локомотивы, когда-либо проходившие статические испытания, мощностью 7 987 л.с. (5 956 кВт) на заводе статических испытаний PRR. Локомотивы Q2 также были самыми мощными когда-либо построенными паровозами с десятью ведущими колесами. В эксплуатации Q2 может превзойти существовавшие ранее грузовые паровозы, перевозя вдвое больший тоннаж, чем их предшественники. Более того, у Q2 не было проблем с наращиванием паровой мощности, и он был известен как двигатель с очень плавным ходом. Двадцать шесть из них были построены на заводе PRR в Алтуне , и они были, безусловно, самым успешным дуплексным типом. Склонность дуплекса к скольжению боролась с помощью автоматического механизма контроля проскальзывания, который снижал мощность блока скольжения. Механизм контроля проскальзывания не всегда срабатывал, а его сложность часто приводила к тому, что ремонтные бригады не хотели возиться с ним во время капитального ремонта.
Несмотря на общий успех, к 1951 году все Q2 были выведены из эксплуатации. С дизелизацией они стали очевидными первыми целями, которые пришлось отозвать, поскольку они были лишь немного более функциональными, чем обычные самолеты J1 класса 2-10-4 , но с гораздо более высокими эксплуатационными характеристиками. затраты и нагрузки на техническое обслуживание.
ПЛМ 151 А
[ редактировать ]
Во Франции дуплексный тип прославился благодаря десяти составным локомотивам 2-4-6-2 , построенным в 1932 году для Chemins defer de Paris à Lyon et à la Méditerranée (PLM) для перевозки тяжелых грузовых поездов с уклоном 0,8%. железной дороги Париж-Марсель между Ле-Ломом и Дижоном . Производительность была настолько хорошей, что компания хотела заказать больше двигателей, но национализация железных дорог в 1938 году остановила все проекты. Эти двухцилиндровые двигатели были оснащены поворотно-кулачковым механизмом Lenz-Dabeg , а вскоре после этого и двойным выхлопом . Цилиндры низкого давления приводили в движение первые два сопряженных моста, а цилиндры высокого давления — второй комплект ведущих колес, состоящий из трех осей. Обе группы машинистов были связаны внутренними шатунами через внутренние кривошипы второго и третьего машинистов, что делало этот локомотив настоящим 2-10-2. Ведущие колеса имели диаметр 1,50 м (4 фута 11 дюймов). Максимально допустимая скорость составляла 53 мили в час (85 км/ч). На испытаниях 19 декабря 1933 года двигатель развивал мощность чуть более 3000 л.с. (2200 кВт) на дышла на расстояние 37 миль (60 км) и скорости не менее 46 миль в час (74 км/ч) без перегрузки. В обычном режиме эти двигатели могли перевозить 1375 коротких тонн (1228 длинных тонн; 1247 т), поддерживая скорость 31 миль в час (50 км / ч) на вершине уклона Блези 0,8%. После электрификации линии 151А отправили на службу на северо-восток Франции. Они были выведены из эксплуатации в 1956 году и сданы на слом .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Холкрофт, Х. (16 марта 1909 г.). «Устройство цилиндров локомотива» (PDF) . Пер. Суиндон Инжиниринг Соц. (92). Суиндон: Институт механиков GWR: 99.
- ^ «Раздел часто задаваемых вопросов — The T1 Trust» . Трест паровозов Т1 Пенсильванской железной дороги. 2016. Архивировано из оригинала 24 августа 2019 г. Проверено 22 апреля 2017 г.
Источники
[ редактировать ]- Краверо, Карло (2011). «Американские паровозы: Дуплекс». Железнодорожное машиностроение (на итальянском и английском языках). 66 (5): 413–447.
- Рид, Брайан (июнь 1972 г.). Профиль локомотива 24: Пенсильвания Дуплексии . Профильные публикации.
- Стауфер, Элвин (1962). Пеннси Пауэр . Штауфер. ЛОК 62-20872.
- Вилен, LM (1971). Эволюция автомобильного и подвижного состава Общества. ПЛМ . Винсент, Фреаль и Си Пэрис.