Shay — один из самых популярных паровозов с редуктором .
Редукторный паровоз — тип паровоза , в трансмиссии которого используется зубчатая передача, обычно понижающая , в отличие от общепринятой конструкции с прямым приводом.
Эта передача является частью механизма внутри локомотива и ее не следует путать с шестерней , которая движет зубчатый локомотив по зубчатой рейке между рельсами. Построенные зубчатые паровозы были предназначены для обычных путей, полагаясь на сцепление между колесами и рельсами.
В отличие от обычных паровозов, они классифицируются не по колесной формуле, а по модели и количеству тележек.
Объяснение и обоснование
В обычном паровозе поршни напрямую прикреплены к кривошипам на ведущих колесах ; таким образом, зубчатая передача отсутствует, один оборот ведущих колес эквивалентен одному обороту кривошипа и, таким образом, двум рабочим ходам на поршень (паровозы почти всегда являются двигателями двойного действия , в отличие от более привычных двигателей внутреннего сгорания ).
Колесо на локомотиве Шей. Вал (виден справа на фото) передавал мощность на коническую шестерню (частично видна под крышкой), которая передавала мощность на колесо.
Максимальная скорость вращения довольно фиксирована для данной технологии двигателя. Учитывая отсутствие какой-либо трансмиссии с переменным передаточным отношением между поршневым двигателем и колесами, конструктор вынужден идти на компромисс между желаемым крутящим моментом и желаемой максимальной скоростью; радиус ведущих колес определяет это. Радиус кривошипа, прикрепленного к колесу, конечно, меньше этого; его радиус определяет длину хода поршня. Он не может быть слишком большим, так как локомотив не сможет вырабатывать достаточно пара для питания этих больших цилиндров на скорости; он не может быть слишком маленьким, иначе доступный пусковой крутящий момент и, следовательно, тяговое усилие будут слишком малыми, и локомотив не сможет запустить поезд.
Во многих промышленных применениях требуется низкоскоростной локомотив с достаточным тяговым усилием. Эти отрасли промышленности варьируются от горнодобывающей промышленности и карьерных работ до лесного хозяйства и лесозаготовок . Крутые линии, особенно когда путь дешево построен и не подходит для высоких скоростей, также будут благоприятствовать использованию локомотива с высоким тяговым усилием. Хотя компромисс между скоростью и крутящим моментом можно скорректировать в пользу крутящего момента и тягового усилия путем уменьшения размера ведущих колес, существует практический предел, ниже которого это невозможно сделать, не сделав ход поршня слишком коротким на локомотиве с прямым приводом.
Решение состоит в том, чтобы отделить кривошип от колес, во-первых, обеспечив разумный ход поршня и радиус кривошипа, не требуя больших, чем хотелось бы, ведущих колес, и, во-вторых, позволяя снизить скорость вращения с помощью зубчатой передачи. Такой локомотив является локомотивом с редуктором . Большинство были и остаются односкоростными, но некоторые использовали коробку передач с переменным передаточным числом и многоскоростные.
Типы редукторных локомотивов
Подавляющее большинство локомотивов с редукторами в мире были построены по одному из трех различных проектов, лицензированных и официальных, или клонов, построенных после истечения срока действия ключевых патентов. Из всех типов локомотив Shay был самым многочисленным и известным. Подавляющее большинство работало в североамериканском регионе, но некоторое количество использовалось в различных частях Южной Америки и довольно большое количество в Австралии и Новой Зеландии , включая типы отечественной разработки.
Это были не первые локомотивы, использовавшие зубчатую передачу. Coalbrookdale Locomotive Ричарда Тревитика использовал большую шестерню вместо боковых тяг для соединения коленчатого вала с ведущими осями , с чистым передаточным отношением 1:1 . Ранние локомотивы Grasshopper (1832), Crab (1837) и Mud Digger (1842), построенные для железной дороги Балтимора и Огайо, использовали передаточные отношения порядка 2:1, так что каждый оборот коленчатого вала вызывал около двух оборотов ведущих осей. Это позволяло использовать относительно небольшие ведущие колеса без ущерба для скорости. [1]
Локомотив Шей
Класс C Shay (три управляемых грузовика)
Локомотив Шая имеет смещенный котел с прикрепленным к нему с противоположной стороны многоцилиндровым двигателем, приводящим в движение продольный вал, соединенный с осями через конические шестерни (см. также Эфраим Шей , изобретатель).
Локомотив Climax
Локомотив Climax класса C
Локомотивы Climax классов B и C имеют два наклонных цилиндра, приводящих в движение поперечный коленчатый вал, соединенный с продольным карданным валом, расположенным по центру локомотива и приводящим в движение силовые тележки через внутреннюю передачу.
Ранее существовал также Climax класса A с вертикально установленным паровым двигателем морского типа, работавшим через аналогичную трансмиссию и двухскоростную коробку передач.
Локомотив Хейслера
Локомотив Heisler — обратите внимание на расположение цилиндров.
Локомотив Heisler оснащен паровым двигателем типа « V-twin », по одному цилиндру с каждой стороны котла, прикрепленным к расположенному по центру продольному приводному валу, также соединенному с колесами.
Другие типы
Помимо трех основных упомянутых дизайнов, существовали и другие дизайны и клоны:
Sentinel Waggon Works построила многочисленные маневровые локомотивы с редукторами по нескольким конструкциям, в основном с вертикальными водотрубными котлами и высокоскоростными, закрытыми, тарельчатыми двигателями. Они сочетали котлы высокого давления с высокоредукторной передачей для обеспечения высокого крутящего момента на низких скоростях. [2]
Локомотив Willamette был улучшенным клоном локомотива Shay, произведенным в ограниченном количестве компанией Willamette Iron & Steel (более известной своими паровыми двигателями donkey ) после истечения срока действия ключевых патентов. Клиенты лесозаготовительной компании с западного побережья требовали усовершенствований в детальной конструкции и применения более современных локомотивных технологий к локомотиву с редуктором; Lima (производители Shay) тянули с этим. Willamette стал ответом на это.
Davenport Locomotive Works владела рядом патентов на коробки передач, предназначенные для езды между рамами локомотивов с боковыми тягами, первый из которых был выдан в 1913 году, имела открытую передачу. [3] [4] Более поздние усовершенствования имели полностью закрытые передачи. [5] [6] [7] Это предлагалось как односкоростная, так и двухскоростная трансмиссия, и использовалось в четырех- и шестисцепных локомотивах с боковыми тягами, с коленчатым валом, входным валом в коробку передач, сразу за задним водителем . [8] Более крупные сочлененные локомотивы были построены с двумя четырехсцепными тележками с редукторами, с цилиндрами на внутренних концах и коробками передач снаружи. [9] Davenport рекламировала эти локомотивы для промышленного, карьерного и лесозаготовительного использования. [10]
Компания Bell Locomotive Works продавала линейку небольших промышленных локомотивов, основанных на модульных, полностью закрытых 2-цилиндровых «паровых двигателях», соединенных с ведущими осями. [11] [12] [13] [14]
Компания A & G Price Ltd из Темзы, Новая Зеландия, построила ряд локомотивов с редуктором, часто отечественных вариантов типов Climax A, Climax B или Heisler. Однако они производили тип, известный как "16-колесный" (0-4-4-4-4-0), который также производился другим новозеландским производителем, Johnson Brothers из Инверкаргилла. Последним паровым двигателем Прайса был локомотив Heisler , построенный через 3 года после того, как был построен последний американский Heisler.
Компания Avonside Engine Company выпустила небольшое количество узкоколейных паровозов с редуктором для плантаций сахарного тростника в Натале . По конструкции они были похожи на Heisler.
Локомотив Kitson-Still использовал разные концы одних и тех же цилиндров для паровой или дизельной тяги. Кривошип находился над рамой, а зубчатая передача с фиксированным передаточным числом соединяла его с центральной осью.
В 1899 году венский локомотивный завод во Флоридсдорфе (Австрия) выпустил узкоколейные паровозы с зубчатой передачей, которые эксплуатировались на Ахенской железной дороге .
Локомотивы типа «кофейник» с вертикальным котлом часто оснащались редуктором, хотя модели компании De Winton таковыми не обладали.
Сегодня
С сокращением коммерческого использования паровой тяги коммерческое использование редукторных локомотивов также сократилось.
Некоторые паровозы с редукторами все еще работают на сахарных плантациях Индонезии , и, несомненно, в других местах тоже, [ требуется ссылка ], но в большинстве стран их теперь можно увидеть только на туристических маршрутах, в местах сохранения и музеях. Особым преимуществом этих локомотивов в операциях по производству тростникового сахара является их способность использовать высушенный твердый остаток прессования тростника (см. жом ) в качестве топлива с незначительной стоимостью, при условии, что для обслуживания локомотивов доступна недорогая техническая рабочая сила.
Class B Climax 1694. Приобретен Лесной комиссией Виктории в 1928 году для перевозки бревен на лесовозной линии Tyers Valley, которая ответвлялась от железной дороги Moe-Walhalla к востоку от Мельбурна. После вывода из эксплуатации локомотива в начале 1950-х годов он хранился (заброшенным) на территории Государственной лесопилки в Эрике, пока не был передан в музей Puffing Billy для статической экспозиции в 1965 году. Восстановлен для работы на пару железной дорогой Puffing Billy в 1980-х годах. Был завершен капитальный ремонт, и он вернулся в эксплуатацию в воскресенье 8 сентября 2013 года. [15]
Построенный в Лиме локомотив «Шей» с железной дороги Али-шань на Тайване , хотя он до сих пор не восстановлен.
На сахарных заводах до сих пор используется широкий спектр типов. Большинство из них — длиннобазные локомотивы 0-10-0 , которые используют технику сочленения, включающую зубчатый привод на самые внешние оси, внутренняя пара — с прямым приводом.
В Америке не осталось ни одного коммерческого паровоза с редуктором. Однако несколько из них работают на туристических линиях.
В государственном парке Cass Scenic Railroad в Западной Вирджинии используются только локомотивы с редукторами, а также самый большой из оставшихся и последний когда-либо построенных локомотивов Shay, 162-тонный бывший Western Maryland Railway # 6. У железной дороги также есть локомотив Climax и Heisler, что позволяет увидеть все три типа.
White Mountain Central Railroad в Clark's Trading Post в Линкольне, штат Нью-Гемпшир , эксплуатирует Climax № 6, построенный в 1920 году (заводской номер 1603), на своей туристической линии. У Clark's также есть последний оставшийся Shay в Новой Англии. Shay не работает, но находится на хранении. У Clark's также есть 32-тонный локомотив Heisler, который ожидает замены распорного болта.
65-тонный локомотив Lima 1922 года с тремя тележками конструкции Шей находится в статической экспозиции музея под открытым небом Travel Town в Лос-Анджелесе .
Юго -восточный железнодорожный музей в Дулуте, штат Джорджия , имеет двухвагонный Heisler (#9), любовно отреставрированный на статической экспозиции внутри главного выставочного зала. Heisler окрашен для Campbell Limestone Co и находится в отличном состоянии.
На железной дороге Mount Rainier Scenic Railroad в штате Вашингтон в рабочем состоянии находится 99-тонный West Fork Logging Heisler #91, 70-тонный Hillcrest Lumber Climax #10, 95-тонный Pickering Lumber Shay #11 ожидает ремонта котла, а 75-тонный Rayonier Company Willamette #2 находится в рабочем состоянии и является единственным работающим Willamette.
Железная дорога Silver Creek and Stephenson в Фрипорте, штат Иллинойс . Действующий цех Heisler № 1260.
В музее Hesston Steam в Хесстоне, штат Индиана, есть действующий локомотив Shay , который был впервые восстановлен в 1975 году. Он был серьезно поврежден во время пожара 1985 года, но восстановлен снова между 2000 и 2006 годами к 50-летию основания. С тех пор реставрация продолжается, и «The Big Shay» начнет предлагать поездки посетителям музея в выходные 5 августа 2023 года.
↑ Дж. Сноуден Белл, Ранняя движущая сила железной дороги Балтимор и Огайо; см. главы I и IV.
^ "Статья в энциклопедии LNER о классе Sentinel Y10".
↑ Лорин В. Баргер, Сочлененный двигатель, патент США 1,060,883 , выдан 6 мая 1913 г.
↑ Элмер Ф. Бэкер, Тележка для сочлененного локомотива с редуктором, патент США 1,242,308 , выдан 9 октября 1917 г.
↑ Элмер Ф. Бэкер, Geared Locomotive, патент США 1,360,709 , выдан 30 ноября 1920 г.
↑ Элмер Ф. Бэкер, Geared Locomotive, патент США 1,369,212 , выдан 22 февраля 1921 г.
↑ Элмер Ф. Бэкер, Geared Locomotive, патент США 1,397,716 , выдан 22 ноября 1921 г.
↑ Davenport Locomotive Works, локомотивы с тяговым и шестеренчатым приводом, Горный каталог (издание для металлургии и карьеров), 2-й выпуск, Keystone Consolidated Publishing Co., Питтсбург, 1922; стр. 347.
↑ Лорин В. Баргер, Система паровых труб, патент США 1,292,990 , выдан 4 февраля 1919 г.
↑ Davenport Locomotive Works, Реклама, The Timberman, том XXV, № 7 (май 1924 г.); страница 189. Та же реклама появляется на странице 189 в выпусках за июль, август, сентябрь и октябрь.
↑ Локомотив на легком мазуте Contractors, Municipal Journal, т. XXXIV, № 1 (2 января 1913 г.); стр. 40.
↑ Харви У. Белл, Локомотив, патент США 1,084,388 , выдан 13 января 1914 г.
↑ New Bell Locomotive, The Contractor, 15 февраля 1916 г.; стр. 46.
↑ Промышленный локомотив Bell с котлом на мазуте, The Locomotive Magazine and Railway and Carriage Review, том XXVIII, № 358 (15 июня 1922 г.); стр. 162.
^ "Climax 1694 steams again". Puffing Billy Preservation Society . Архивировано из оригинала 24 июня 2014 года . Получено 24 июня 2014 года .
^ "9 State Hwy 7, Arnold Valley". Google Maps . Получено 2022-09-15 .
.jpg/1280px-Wheel_on_%E2%80%9CPeggy,%E2%80%9D_a_Lima_Shay_Geared_Steam_Locomotive_(SN_2172).jpg)
