Удар молота

В железнодорожной терминологии удар молота или динамическое усиление — это вертикальная сила. ^{[ 1 ]} который поочередно увеличивает и уменьшает вес локомотива на колесе. Переносится на гусеницу ведущими колесами. ^{[ 2 ]} многих паровозов . Это сила, действующая на колесо вне баланса (известная как перебалансировка). ^{[ 3 ]}). локомотива Это результат компромисса, когда колеса разбалансированы, чтобы сместить горизонтальные возвратно-поступательные массы, такие как шатуны и поршни , для улучшения плавности хода. Удар молотка может привести к повреждению локомотива и пути, если усилие колеса/рельса достаточно велико.

Принципы

Добавление дополнительных грузов на колеса уменьшает несбалансированные возвратно-поступательные силы на локомотиве, но приводит к тому, что он выходит из равновесия по вертикали, создавая удар молота. ^{[ 4 ]}

Локомотивы были сбалансированы для каждого отдельного случая, особенно если было построено несколько одинаковых по конструкции (класс). ^{[ 4 ]} Каждый член класса был сбалансирован для своей нормальной рабочей скорости. ^{[ 4 ]} От 40% до 50% возвратно-поступательных грузов с каждой стороны уравновешивались вращающимися грузами в колесах. ^{[ 1 ]}

Причины

В то время как боковые тяги (Великобритания: соединительные тяги) локомотива могут быть полностью уравновешены грузами на ведущих колесах , поскольку их движение является полностью вращательным, возвратно-поступательные движения поршней, поршневых штоков и клапанного механизма не могут быть полностью сбалансированы таким образом. . Основные тяги также не могут быть полностью уравновешены колесными противовесами, так как их движения имеют большее смещение в горизонтальном направлении, чем в вертикальном. Почти у всех двухцилиндровых локомотивов кривошипы «четвертованы» — установлены под углом 90° друг от друга — так, чтобы четыре рабочих хода поршней двойного действия были равномерно распределены по циклу и не было «мертвых зон» (точек, в которых оба цилиндра находятся в верхней или нижней мертвой точке одновременно).

Четырехцилиндровый локомотив может быть полностью сбалансирован в продольной и вертикальной осях, хотя имеются некоторые моменты раскачивания, которые можно устранить при подвеске и центрировании локомотива; трехцилиндровый локомотив также может быть лучше сбалансирован, но двухцилиндровый локомотив будет качаться вперед и назад, если он сбалансирован только для вращения. Чтобы уменьшить это, можно добавить дополнительный балансировочный груз - «перевес» - обычно этого достаточно, чтобы «усреднить» вибрации, уравняв оставшиеся силы и моменты в вертикальном и горизонтальном направлениях. Однако возникающие в результате вертикальные силы, известные технически как удар молотка, могут быть чрезвычайно разрушительными для гусеницы, а в крайних случаях могут даже привести к полному сходу ведущих колес с гусеницы.

Чем тяжелее возвратно-поступательное оборудование, тем больше эти силы и тем большей проблемой это становится. За исключением короткого периода в начале двадцатого века, когда были опробованы сбалансированные составные локомотивы, американские железные дороги не интересовались локомотивами 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. Более высокие скорости также увеличивают неуравновешенные силы, поскольку они возрастают пропорционально квадрату скорости вращения колеса.

Решения

Одним из решений этой проблемы стал дуплексный локомотив , в котором движущая сила распределялась по нескольким наборам поршней, что значительно уменьшало удар молотка. Менее успешным оказался локомотив-триплекс .

Советский Союз использовал другое решение для нанесения удара с помощью конструкции локомотива 2-10-4 (и 2-8-2) . Цилиндры располагались над центральной ведущей осью и, что наиболее важно, имели оппозитную конфигурацию поршней (два поршня, расположенные под углом 180 градусов внутри одного цилиндра). Таким образом, в отличие от почти всех паровозов, поршни на обоих концах имели стержни, которые передавали мощность на колеса. Идея заключалась в том, чтобы сбалансировать движущие силы на колесах, позволив уменьшить противовесы на колесах и уменьшить удары молотков по гусенице.

В Соединенном Королевстве Государственный комитет по нагрузкам на мосты исследовал влияние удара молотка на возникновение напряжений в железнодорожных мостах и необходимость сбалансировать движения внутренних и внешних цилиндров. Использование внутренних цилиндров (что было редкостью в США) приводит к более стабильному локомотиву и, следовательно, к уменьшению ударов молотка. Многие европейские танковые двигатели имели внутренние цилиндры, чтобы уменьшить износ путей маневровых дворов в результате частого и интенсивного использования. Однако внешние цилиндры легче обслуживать, и, очевидно, для многих железных дорог США это считалось более важным, чем другие соображения. Затраты на техническое обслуживание, связанные с практически невозможностью доступа к внутренним цилиндрам Pacific локомотивов Union 4-12-2 , возможно, ускорили их выход на пенсию.

Локомотивы на базе паровых двигателей имеют меньшие по размеру и более многочисленные возвратно-поступательные компоненты, для которых требуются гораздо более легкие детали, и их легче хорошо балансировать. В этих конструкциях не сообщалось о проблемах, связанных с ударами молота, но они возникли в то время, когда железные дороги переходили к дизелизации .

В паротурбовозах отсутствуют поршни, клапанный механизм и другие элементы продольно-поступательного движения, позволяющие балансировать колеса и шатуны для устранения удара молотка. В 1930-х и 1940-х годах паротурбинные локомотивы опробовали несколько компаний по всему миру (например, Пенсильванской железной дороги S2 6-8-6 и LMS Turbomotive ). Хотя у многих из этих газотурбинных локомотивов были проблемы в эксплуатации (обычно чрезмерный расход топлива и / или низкая надежность), они оказались защищены от ударов молотком и предлагали способ достижения высокой выходной мощности и скорости без повреждения гусениц.

См. также

Баланс двигателя § Паровозы

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Джонсон, Ральф (2002). «XVI». Паровоз . Simmons-Boardman Books, Inc.
^ Беван, Томас (1945). Теория машин . Лонгманс, Грин и Ко. р. 457.
^ Фенглер; Одом; Родос. Динамика рельсовых колес паровоза. Часть 2. Механическая балансировка паровозов . Коалиция за устойчивое развитие железных дорог.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Стритер, Тони (2007). «Проверка предела». Журнал «Паровая железная дорога» . № 336. с. 85.

[Johnson-1] Jump up to: ^а ^б Джонсон, Ральф (2002). «XVI». Паровоз . Simmons-Boardman Books, Inc.

[2] Беван, Томас (1945). Теория машин . Лонгманс, Грин и Ко. р. 457.

[3] Фенглер; Одом; Родос. Динамика рельсовых колес паровоза. Часть 2. Механическая балансировка паровозов . Коалиция за устойчивое развитие железных дорог.

[Streeter-4] Jump up to: ^а ^б ^с Стритер, Тони (2007). «Проверка предела». Журнал «Паровая железная дорога» . № 336. с. 85.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]