Реверсивная передача
На паровозе реверсивный механизм служит для управления направлением движения локомотива. Он же регулирует отсечку паровоза.
Реверсивный рычаг
[ редактировать ]Это наиболее распространенная форма реверса. В США он также известен как батончик Джонсона. Он состоит из длинного рычага, установленного параллельно направлению движения на стороне кабины водителя. Он имеет рукоятку и подпружиненный спусковой крючок вверху и поворачивается внизу, чтобы проходить между двумя секторными пластинами с надрезами. Реверсивный стержень, который соединяется с клапанным механизмом , прикреплен к этому рычагу (ручке) либо над, либо под шарниром, в таком положении, чтобы обеспечить хороший рычаг. Квадратный штифт установлен в пазах на пластинах и удерживает рычаг в нужном положении при отпускании спускового крючка.
Преимущества этой конструкции в том, что переключение между передней и задней передачей может производиться очень быстро (как это необходимо, например, в маневровом двигателе).
Ограничения и недостатки
[ редактировать ]Рычаг реверса имеет механизм фиксации, который фиксируется с рядом выемок и удерживает рычаг в желаемом положении отсечки. Это означает, что у оператора нет полного выбора положений отключения между максимальной и средней передачей, а только те, которые соответствуют насечкам. Положение вырезов выбирается проектировщиком или конструктором локомотива с учетом целевого назначения локомотива. В целом двигатели, предназначенные для грузовых перевозок, будут иметь меньше насечек с «более длинным» минимальным отсечкой (обеспечивающие высокое тяговое усилие на низких скоростях, но плохую эффективность на высоких скоростях), в то время как пассажирский локомотив будет иметь больше насечек и более короткий минимальный отсечка ( обеспечивая эффективность на высоких скоростях за счет тягового усилия). Если бы минимальная отсечка, предусмотренная насечками, была бы слишком высокой, невозможно было бы эффективно эксплуатировать локомотив описанным выше способом (с полностью открытым регулятором), не приводя к потерям пара или «засорению» паровых каналов. , поэтому регулятор придется закрыть. Это ограничивает эффективность.
Штанга Джонсона фактически является частью всего клапанного механизма и соединена с различными тягами и рычагами, чтобы выполнять свою функцию по их регулировке. Это означает, что усилия в клапанном механизме могут передаваться на рычаг. Это особенно актуально, если двигатель имеет несбалансированные золотниковые клапаны , которые имеют высокое рабочее трение и подвергаются воздействию паровых сил с обеих сторон клапана. Это трение означало, что если стержень Джонсона разблокируется во время работы двигателя под высоким давлением пара (широкие отверстия регулятора и высокая отсечка) или на высоких скоростях, силы, которые должны были действовать на золотниковые клапаны, вместо этого могут быть переданы обратно. через соединение с теперь свободным реверсивным рычагом. Это внезапно и резко переведет рычаг в положение полного отключения, что создаст реальную опасность травмирования машиниста, повреждения клапанного механизма и пробуксовки колес локомотива. Единственный способ предотвратить это – закрыть регулятор и позволить давлению пара в клапанной коробке упасть. Затем реверсивный рычаг можно разблокировать и установить в новое положение отключения, а затем снова открыть регулятор. Во время этого процесса локомотив не находится под напряжением. На подъемах требовалось большое умение уменьшить отверстие регулятора настолько, чтобы безопасно разблокировать штангу Джонсона, сохраняя при этом достаточное давление пара в цилиндрах. Каждый раз, когда регулятор открывался повторно, был шанс столкнуться с пробуксовкой колес и в в поездах со слабыми соединениями каждое закрытие и открытие регулятора создает динамические силы по всей длине поезда, что может привести к разрушению соединений. Реверсивный винт решил все эти проблемы.
Запрет в США
[ редактировать ]Опасности традиционного батончика Johnson Bar (который рос по мере увеличения мощности локомотива, веса и рабочего давления пара в первой половине 20 века) привели к тому, что он был запрещен в США Комиссией по межштатной торговле . С 1939 года все паровозы новой постройки должны были быть оснащены реверсами мощности, а с 1942 года двигатели Johnson Bar, проходящие капитальный ремонт или реконструкцию, должны были быть оснащены реверсом мощности. Исключения существовали для легких маломощных локомотивов и стрелочных переводов . Для переключения, которое требовало частого изменения направления с полного переднего хода на полный задний ход, предпочтение отдавалось рычагу Джонсона, поскольку изменение можно было произвести быстро одним движением вместо нескольких поворотов рукоятки винтового реверсора с низкой передачей. .
Винтовой реверс
[ редактировать ]
В винтовом реверсивном механизме (в Великобритании его иногда называют ножом для нарезки бекона ) реверсивный стержень управляется винтом и гайкой, приводимыми в движение колесом в кабине. Гайка воздействует на реверсивный шток либо напрямую, либо через рычаг, как указано выше. Винт и гайка могут быть нарезаны с двойной резьбой (также известной как двухзаходная) и крупным шагом, чтобы механизм перемещался как можно быстрее. Колесо оснащено стопорным рычагом для предотвращения проскальзывания, а также имеется индикатор, показывающий процент использования обрезки. Этот метод изменения отсечки обеспечивает более точное управление, чем секторный рычаг, но у него есть недостаток – медленная работа. Оно наиболее подходит для пассажирских двигателей дальнего следования, где не требуется частая смена ступеней и где точная регулировка дает наибольшую выгоду. На локомотивах, оснащенных пневматическим тормозным оборудованием Westinghouse и клапанным механизмом Stephenson , корпус винта обычно использовался в качестве воздушного цилиндра с выдвинутой гайкой, образующей поршень. Сжатый воздух из тормозных бачков подавался на одну сторону поршня, чтобы уменьшить усилие, необходимое для подъема тяжелого расширительного звена, при этом сила тяжести помогала в противоположном направлении. [1]
Мощность задней передачи
[ редактировать ]В двигателях большего размера звенья, участвующие в управлении отсечкой и направлением, становились все тяжелее, и для их регулировки возникла необходимость в силовой помощи. Реверсивные механизмы с паровым (позже сжатым воздухом) были разработаны в конце 19 - начале 20 веков. Обычно оператор работал с клапаном, пропускающим пар в одну или другую сторону цилиндра, подключенного к реверсивному механизму, до тех пор, пока индикатор не показывал заданное положение. Второй механизм — обычно поршень в масляном цилиндре, удерживаемый в положении закрытием контрольного крана, — требовался для удержания связей на месте.
- Механизм Стирлинга
Первым инженером-локомотивистом, установившим такое устройство, был Джеймс Стирлинг из Глазго и Юго-Западной железной дороги в 1873 году. [2] Затем их опробовали несколько инженеров, в том числе Уильям Дин из GWR и Винсент Рэйвен из Северо-Восточной железной дороги , но они им мало понравились, в основном из-за сложностей в обслуживании: любая утечка масла из запорного цилиндра либо через поршневой сальник, через сальник поршня либо . кран позволял механизму ползти или, что еще хуже, «нырять» на полную переднюю передачу во время работы. Стирлинг перешел на Юго-Восточную железную дорогу , и Гарри Смит Уэйнрайт , его преемник в этой компании, включил их в большинство своих разработок, которые находились в производстве примерно через тридцать лет после изобретения Стирлинга. Еще позже дальновидный Южной железной дороги инженер Оливер Буллейд установил их на свои знаменитые локомотивы класса торгового флота , но при ремонте их по большей части сняли.
- Реверсивный механизм Henszey
Запатентованный в 1882 году реверсивный механизм Henszey представляет собой типичное раннее решение. [3] Устройство Хенсей состоит из двух поршней, установленных на одном поршневом штоке. Оба поршня двусторонние. Один из них представляет собой паровой поршень для перемещения стержня по мере необходимости. Другой, содержащий масло, удерживает стержень в фиксированном положении при выключении пара. Управление осуществляется с помощью небольшого трехходового парового клапана («вперед», «стоп», «назад») и отдельного индикатора, показывающего положение стержня и, следовательно, процент использования отсечки. Когда паровой клапан находится в положении «стоп», масляный кран, соединяющий два конца запирающего поршня, также закрыт, удерживая таким образом механизм в нужном положении. Шток поршня соединяется рычагами с реверсивным механизмом, который работает обычным образом в зависимости от типа используемого клапанного механизма.
- Реверс мощности Ragonnet
Реверс мощности Ragonnet, запатентованный в 1909 году, представлял собой настоящий по обратной связи с управлением сервомеханизм . При силовом реверсе небольшие движения реверсивного рычага, совершаемые в кабине локомотива со скромной силой, превращались в гораздо более крупные и более сильные движения выдвижной тяги, которые контролировали отключение двигателя и направление. [4] Обычно он приводился в движение воздухом, но мог также приводиться в движение паром. [5] Термин «серводвигатель» явно использовался разработчиками некоторых более поздних механизмов реверса мощности. [6] Использование управления с обратной связью в этих более поздних механизмах реверса с приводом устранило необходимость во втором цилиндре для гидравлического запорного механизма и восстановило простоту единого рабочего рычага, который одновременно контролировал реверсивную тягу и указывал ее положение.
Силовой обратный импульс
[ редактировать ]Разработка сочлененных локомотивов стала основным стимулом для развития систем реверса, поскольку они обычно имели два или даже три комплекта реверсивной передачи вместо одного, как на простом локомотиве. [7] [8] Локомотивный завод Болдуина использовал реверсивную передачу Ragonnet, а другие строители США обычно рано или поздно отказывались от функций принудительной блокировки. Многие американские локомотивы были построены или модернизированы реверсорами, в том числе PRR K4 , PRR N1 , PRR B6 и PRR L1 , но в Великобритании запирающие цилиндры продолжали использоваться. Реверсивная передача Хэдфилда, запатентованная в 1950 году, по большей части представляла собой реверсивную передачу Рагоннет с дополнительным стопорным цилиндром. [9] Большинство локомотивов Beyer Garratt использовали систему Хэдфилда. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Железнодорожные ведомости:». Железнодорожный вестник . 86 . Саттон, Англия: 638. Январь 1946 г.
- ^ Канестрари, Гвидо; Греджио, Лучано (1985). Паровозы . Авенел, Нью-Джерси: Crescent Books. п. 105. ИСБН 0-517-48366-1 .
- ^ Уильям П. Хенсей, Реверсивный механизм для локомотивов, патент США 259 538 , 13 июня 1882 г.
- ↑ Юджин Л. Рагонне, Механизм управления локомотивами, патент США № 930,225 , 9 августа 1909 г.
- ^ Джейкоб Х. Йодер, Локомотивные клапаны и клапанные механизмы, [1] , Ван Ностранд, Нью-Йорк, 1917; стр. 131
- ^ Линкольн А. Лэнг, Серводвигательный механизм, патент США № 1 480 940 , 15 января 1924 г.
- ^ Джордж Р. Хендерсон, Недавние разработки локомотивов, Документ 90, Труды Международного инженерного конгресса - Железнодорожное строительство , Сан-Франциско, 20-25 сентября 1915 г.; страница 491.
- ^ Чарльз МакШейн, Реверсивные передачи локомотивной мощности, Современный локомотив , Griffin & Winters, 1921; 413.
- ^ Джеймс Хэдфилд, Гидравлический стопорный цилиндр для реверсивного механизма локомотива, патент США 2,523,696 , 26 сентября 1950 г. (7 октября 1944 г., Великобритания).
- ^ Рэнсом-Уоллис, Патрик (2001). Иллюстрированная энциклопедия локомотивов железных дорог мира . Минеола, Нью-Йорк: Dover Books . п. 278. ИСБН 0-486-41247-4 .
Источники
[ редактировать ]- Аллен, Сесил Дж; (1949); Практика и производительность локомотива в двадцатом веке ; «У. Хеффер и сыновья Лтд.»; Кембридж
- Белл, А. Мортон; (1950); Локомотивы : Том первый; Седьмое издание; Лондон, Virtue and Company Ltd.