Цилиндр (локомотив)

Цилиндр приводящей является силовым элементом паровой машины, в движение паровоз . Цилиндр ; выполнен герметичным с торцевыми крышками и поршнем клапан распределяет пар по концам цилиндра. Цилиндры первоначально были чугунными , но позже стали . Отливка цилиндра включает в себя и другие особенности, такие как (в случае « Ракеты Стивенсона ») порты клапанов и монтажные ножки. ^[1] Последние большие американские локомотивы имели цилиндры как часть огромных цельных стальных отливок, которые составляли основную раму локомотива. ^[2] Внутри цилиндров требовались возобновляемые поверхности износа, которые обеспечивались чугунными втулками.

Способ, которым клапан контролировал вход пара в цилиндр и выход из него, был известен как парораспределение и показывался формой индикаторной диаграммы . То, что происходило с паром внутри цилиндра, оценивалось отдельно от того, что происходило в котле и с каким трением приходилось справляться движущимся механизмам. Эта оценка была известна как «работоспособность двигателя» или «работоспособность цилиндров». Производительность цилиндра, а также производительность котла и оборудования определяли эффективность всего локомотива. Давление пара в цилиндре измерялось при движении поршня, а сила, перемещающая поршень, рассчитывалась и называлась мощностью цилиндра. Силы, возникающие в цилиндре, перемещали поезд, но также повредили конструкцию, удерживающую цилиндры на месте. Разболтались болтовые соединения, треснули отливки цилиндров и рамы, что снизило работоспособность локомотива.

Цилиндры могут быть расположены по-разному.

Ранние локомотивы

На ранних локомотивах, таких как «Пыхтящий Билли» , цилиндры часто устанавливались вертикально и движение передавалось через балки, как в балочном двигателе .

Прямой привод

Следующий этап, например «Ракета» Стивенсона , заключался в приведении в движение колес непосредственно от круто наклоненных цилиндров, расположенных в задней части локомотива. Прямой привод стал стандартной компоновкой, но цилиндры были перенесены вперед и размещены либо горизонтально , либо почти горизонтально.

Внутри или снаружи цилиндров

Передние цилиндры могли располагаться как внутри (между шпангоутами), так и снаружи. Примеры каждого из них:

Внутри цилиндров «Планета» локомотива
Внешние цилиндры ракеты Стивенсона

В 19 и начале 20 веков внутренние цилиндры широко использовались в Соединенном Королевстве, но наружные цилиндры были более распространены в континентальной Европе и США из-за их большей габаритной ширины . Примерно с 1920 года внешние цилиндры стали более распространены в Великобритании, но многие двигатели с внутренними цилиндрами продолжали производиться. Внутренние цилиндры обеспечивают более стабильную езду с меньшим рысканьем или «рысканием», но доступ для обслуживания затруднен. Некоторые дизайнеры использовали внутренние цилиндры по эстетическим соображениям.

Три или четыре цилиндра

Потребность в большей мощности привела к разработке двигателей с тремя цилиндрами (два снаружи и один внутри) или четырьмя цилиндрами (два снаружи и два внутри). Примеры:

Три цилиндра, класс SR V , класс LNER A4 , класс торгового флота.
Четыре цилиндра, класс LMS Princess Royal , класс LMS Coronation , класс GWR Castle

Углы кривошипа

В двухцилиндровом двигателе шатуны , как внутренние, так и внешние, установлены под углом 90 градусов . Поскольку цилиндры имеют двойное действие (т.е. подаются паром поочередно с каждого конца), это дает четыре импульса на оборот и гарантирует отсутствие мертвых точек .

На трехцилиндровом двигателе возможны две схемы:

шатуны настроены на подачу шести равноотстоящих импульсов за оборот – обычное расположение. Если оси трех цилиндров параллельны, кривошипы будут находиться на расстоянии 120 градусов друг от друга, но если центральный цилиндр не приводит в движение ведущую ведущую ось, он, вероятно, будет наклонен (как на большинстве трехцилиндровых локомотивов США и на некоторых локомотивах Гресли ). трехцилиндровые локомотивы в Великобритании), а внутренний кривошип будет соответственно сдвинут со 120 градусов. При заданном тяговом усилии и коэффициенте сцепления трехцилиндровый локомотив такой конструкции будет менее склонен к пробуксовке колес при трогании с места, чем двухцилиндровый локомотив.
внешние шатуны установлены на 90 градусов, внутренние кривошипы установлены на 135 градусов, что дает шесть неравномерно распределенных импульсов за оборот. Такое расположение иногда использовалось на трехцилиндровых составных локомотивах , которые для запуска использовали внешние цилиндры (низкого давления). Это обеспечит равномерное расположение выхлопных газов при работе двигателя.

На четырехцилиндровом двигателе также возможны две схемы:

все четыре кривошипа установлены на 90 градусов. При таком расположении цилиндры действуют парами, поэтому на один оборот приходится четыре импульса, как в двухцилиндровом двигателе. Большинство четырехцилиндровых двигателей относятся к этому типу. Дешевле и проще использовать только один комплект клапанного механизма с каждой стороны локомотива и управлять вторым цилиндром с этой стороны посредством качающегося вала от шпинделя клапана первого цилиндра, поскольку необходимые клапанные события на втором цилиндре зеркальное отображение первого цилиндра.
пары шатунов установлены под углом 90 градусов, при этом внутренняя пара установлена под углом 45 градусов к внешней паре. Это дает восемь импульсов за оборот. Он увеличивает вес и сложность, поскольку требует четырех комплектов клапанного механизма , но обеспечивает более плавный крутящий момент и снижает риск пробуксовки . Это было относительно необычно в британской практике, но использовалось в классе SR Lord Nelson . Такие локомотивы легко отличить по ударам выхлопных газов, которые происходят в два раза чаще, чем у обычного 2- или 4-цилиндрового двигателя.

Клапаны

Клапанные коробки или паровые камеры , содержащие золотниковые или поршневые клапаны, могут располагаться в различных положениях.

Внутри цилиндров

Если цилиндры небольшие, клапанные коробки могут располагаться между цилиндрами. В цилиндрах большего размера клапанные коробки обычно располагаются сверху цилиндров, но в ранних локомотивах они иногда располагались под цилиндрами.

Внешние цилиндры

Клапанные коробки обычно располагаются над цилиндрами, но в старых локомотивах клапанные коробки иногда располагались рядом с цилиндрами и вставлялись через прорези в рамах. Это означало, что, хотя цилиндры находились снаружи, клапаны находились внутри и могли приводиться в движение внутренним клапанным механизмом.

Клапанный механизм

Существует множество вариаций расположения клапанного механизма . В британской практике внутренний клапанный механизм обычно относится к типу Стивенсона , а внешний клапанный механизм обычно относится к типу Вальшерта . Однако это не строгое правило, и большинство типов клапанных механизмов можно использовать как внутри, так и снаружи. Клапанный механизм Joy когда-то был популярен, например, на LNWR G Class .

Внутри цилиндров

В двигателях с внутренним цилиндром клапанный механизм почти всегда находится внутри (между рамами), например LMS Fowler Class 3F .

На некоторых локомотивах клапанный механизм расположен за пределами рамы, например, на Итальянских государственных железных дорогах класса 640 .

Внешние цилиндры

Для двигателей с внешними цилиндрами возможны три варианта:

Внутренний клапанный механизм, приводящий в движение внутренние клапаны, например, NER Class T2
Внутренний клапанный механизм, приводящий в движение внешние клапаны через качающиеся валы, например, класс GWR 4900.
Внешний клапанный механизм, приводящий в движение внешние клапаны, например, LSWR класса N15.

Три цилиндра

Существует три распространенных варианта:

Три комплекта клапанного механизма (два снаружи, один внутри), например, LNER Peppercorn Class A2.
Внешний клапанный механизм, приводящий в движение внешние клапаны. Внутренний клапан с приводом от сопряженного клапанного механизма Gresley , например, LNER класса A1/A3
Три комплекта внутреннего клапанного механизма (все клапаны внутри), например, NER Class T3

Четыре цилиндра

Существует три распространенных варианта:

Четыре комплекта клапанного механизма (два снаружи, два внутри), например класса SR Lord Nelson .
Внутренний клапанный механизм приводит в движение внутренние клапаны напрямую, а внешние клапаны через качающиеся валы, например, класс GWR 4073.
Внешний механизм клапана приводит в движение внешние клапаны напрямую, а внутренние клапаны - через качающиеся валы, например, LMS Princess Coronation Class.

Другие варианты

Существует множество других вариантов, например, паровозы с редуктором , которые могут иметь только один цилиндр.Единственный известный обычный паровоз с одним цилиндром — это одноцилиндровый локомотив Нильсона. ^[3]

См. также

Ссылки

^ «Инженерия и история ракеты, отчет об исследовании», Майкл Р. Бэйли и Джон П. Глитеро, Национальный железнодорожный музей, 2000 г., ISBN 1 900747 18 9 , Чертеж 4.37
^ Локомотивная энциклопедия американской практики 1941 года, одиннадцатое издание, Simmons-Boardman Publishing Corporation, стр. 667
^ Селф, Дуглас (27 мая 2003 г.). «Одноцилиндровый локомотив Нильсона» . Проверено 2 декабря 2010 г.

[1] «Инженерия и история ракеты, отчет об исследовании», Майкл Р. Бэйли и Джон П. Глитеро, Национальный железнодорожный музей, 2000 г., ISBN 1 900747 18 9 , Чертеж 4.37

[2] Локомотивная энциклопедия американской практики 1941 года, одиннадцатое издание, Simmons-Boardman Publishing Corporation, стр. 667

[3] Селф, Дуглас (27 мая 2003 г.). «Одноцилиндровый локомотив Нильсона» . Проверено 2 декабря 2010 г.

[1]

[2]

[3]