Промежуточный вал — это промежуточный вал, используемый для передачи мощности от ведущего вала, такого как выходной вал двигателя или мотора, к ведомым валам, таким как ведущие оси локомотива. Применительно к железнодорожным локомотивам в 19 и 20 веках промежуточные валы обычно располагались на одной линии с ведущими осями локомотивов и соединялись с ними боковыми стержнями . В общем, каждая ведущая ось на локомотиве может свободно перемещаться примерно на один дюйм (2,5 см) по вертикали относительно рамы, при этом вес локомотива приходится на пружины. Это означает, что если двигатель, мотор или трансмиссия жестко прикреплены к раме локомотива, они не могут быть жестко соединены с осью. Эту проблему можно решить, установив промежуточный вал на неподрессоренных подшипниках и используя боковые стержни или (в некоторых ранних примерах) цепные приводы. [1]
Промежуточные валы впервые были использованы в ранних паровозах, хотя конструкторы еще не называли их так. В начале 20-го века было построено большое количество электровозов с приводом от промежуточного вала для тяжелых магистральных перевозок. Приводы от промежуточного вала также использовались во многих ранних бензиновых и дизельных локомотивах, которые использовали механические трансмиссии.
Железная дорога Балтимора и Огайо была пионером в использовании локомотивов с приводом от промежуточного вала. В то время как ведущий мост первого локомотива Grasshopper напрямую приводился в движение цилиндрическими шестернями от коленчатого вала , Traveler , поставленный в 1833 году, использовал промежуточный вал, как и все более поздние локомотивы Grasshopper и Crab. Эти локомотивы использовали повышающую передачу для достижения разумной скорости движения с использованием ведущих колес малого диаметра. Примечательно, что термин промежуточный вал не использовался конструкторами этих машин. Вместо этого они называли то, что позже будет называться промежуточным валом, «отдельной осью, примерно в трех футах впереди передней оси и несущей кривошипы, соединенные шатунами с кривошипами на двух дорожных осях». [2] В своем патенте 1837 года на то, что стало известно как класс локомотивов Crab , Росс Винанс называл свой промежуточный вал «валом шестерни» или «третьей осью». [3]
В обычном паровозе коленчатый вал является одной из ведущих осей . В паровозе с приводом от промежуточного вала коленчатый вал вращает промежуточный вал, который, в свою очередь, вращает машиниста. Некоторые паровозы имели конструкции, промежуточные между этими крайностями, с коленчатыми валами, отличными от ведущей оси. Первый B&O Grasshopper Финеаса Дэвиса , испытанный на B&O в 1831 году, был в этом классе, как и Swift Стоктон-энд-Дарлингтонской железной дороги с 1836 года, где коленчатый вал находился непосредственно между ведущими осями. [4] Оба этих примера использовали вертикальные цилиндры с коленчатым валом в плоскости ведущих осей. Первый использовал зубчатый привод для первой ведущей оси, последний использовал боковые тяги для этой связи. В последнем случае предполагаемая причина использования коленчатого вала, отличного от ведомых осей, заключалась в том, чтобы «снять удары работы с вала мощности». [5]
Несколько локомотивов были построены с горизонтальными цилиндрами, приводящими в движение коленчатый вал непосредственно над задней ведущей осью , с общей пружиной, поддерживающей как вал, так и ось, так что они могли двигаться вертикально вместе. Росс Винанс спроектировал серию локомотивов 0-8-0, начиная с 1842 года, запустив то, что стало классом двигателей B&O Mud Digger . Как и у локомотивов Grasshopper до них, коленчатые валы на этих двигателях были соединены с ведомыми валами. [6] В своем патенте 1843 года Винанс назвал коленчатый вал пятым валом, или осью. [7] В 1880 году завод Fowler Steam Plough Works в Лидсе, Англия, получил патент на похожую конструкцию локомотива 0-4-0 с вертикальными боковыми стержнями между коленчатым валом и задней осью. Здесь мотивацией было поднять цилиндры и поршневые штоки подальше от пыли и грязи на двигателе с маленькими ведущими колесами. [8] [9] Один из таких локомотивов Фаулера сохранился до наших дней, это очень маленький узкоколейный локомотив 0-4-2 T. [10]
Ранние конструкторы паротурбинных локомотивов не понимали необходимости редукторов или пружинных подвесок. [11] [12] Как только эти проблемы были поняты, промежуточные валы появились как одна из альтернатив для соединения выходного редуктора турбины с ведущими колесами . Джузеппе Беллуццо из Италии получил несколько патентов США на вариации этой идеи. [13] [14] [15] Альтернативы приводам промежуточных валов включали использование привода вала с турбиной над ведущей осью или комбинацию привода вала с коробкой передач, подвешенной горизонтально между ведущей осью локомотива и валом турбины. [16] [17]
Многие ранние электровозы также были оснащены промежуточными валами . Общий обзор конструкции электровозов с 1915 года показывает 15 различных конструкций привода промежуточного вала из 24 различных конструкций локомотивов.
Некоторые ранние локомотивы использовали тяговые двигатели постоянного тока небольшого диаметра , установленные на отдельных осях, но большинство, особенно для локомотивов с питанием от переменного тока, имели только один или два двигателя большого диаметра. Эти двигатели большого диаметра были больше, чем большинство ведущих колес, и поэтому устанавливались значительно выше уровня ведущих осей. [18] Двигатель или двигатели приводили в движение промежуточный вал или промежуточные валы через шестерни или боковые стержни , а затем промежуточный вал вращал колеса через боковые стержни . В Европе Oerlikon и Brown, Boveri были пионерами в разработке различных конструкций промежуточных валов, в то время как в Соединенных Штатах доминировал Westinghouse . [19] Во всех ранних обзорах конструкций электровозов, цитируемых здесь, используется термин промежуточный вал или промежуточный вал.
В качестве примеров можно привести электровозы PRR DD1 и FF1 , а также швейцарский паровоз класса Ce 6/8 Crocodile и его узкоколейный аналог — паровоз Ретийской железной дороги Ge 6/6 I.
Дальнейшее развитие электродвигателей привело к их уменьшению, а ко Второй мировой войне большинство из них были новыми, и промежуточные валы устарели.
.jpg/1280px-Hugh_llewelyn_D2302_(5588684248).jpg)
Когда Болдуин впервые начал строить локомотивы внутреннего сгорания в первые десятилетия 20-го века, они использовали двухскоростную трансмиссию от бензинового двигателя к промежуточному валу. [1] Ранние патенты Болдуина на локомотивы внутреннего сгорания охватывали использование как боковых тяг , так и цепного привода для соединения промежуточного вала с ведущими колесами. [20] [21] Первые локомотивы внутреннего сгорания Болдуина использовали конфигурацию 0-4-0 и весили от 3,5 до 9 тонн, но к 1919 году была доступна 25-тонная конфигурация 0-6-0. [22] Эти локомотивы широко использовались на узкоколейных железных дорогах Первой мировой войны . [23]
British Rail Class 03 diesel (на фото) — более поздний пример. Промежуточные валы использовались на некоторых дизель-механических и дизель-гидравлических локомотивах, но редко использовались на дизель-электрических . Исключением был British Rail Class D3/7 . [24]
Сложность привода соединительной тяги от промежуточного вала заключается в необходимости обеспечения вертикального перемещения подвески осей. Для этого использовались различные механические приспособления.
Простейшая конструкция — использовать длинные соединительные тяги, идущие горизонтально. Большое вертикальное перемещение на конце колеса приводит к небольшому горизонтальному перемещению на приводе промежуточного вала. Для дизель-механического локомотива это можно компенсировать горизонтально совместимым монтажом трансмиссии. Тяжелый двигатель переносится на ведущие колеса для адгезионного веса , но относительно легкая коробка передач может быть установлена на одном конце, за пределами сопряженной колесной базы. Корпус главной передачи также достаточно узкий, чтобы монтироваться между рамами, что позволяет устанавливать его низко и на уровне ведущих осей.
Такая компоновка обычна для маневровых дизельных локомотивов с низкой скоростью, но обычно не для скоростных магистральных линий. Шведский D-lok 1925 года использовал ее с двумя двигателями, соединенными с одним промежуточным валом с короткими тягами между двумя ведущими осями компоновки 1-C-1.
Вертикальные скользящие подшипники в роговых блоках допускают движение, но они должны быть тщательно спроектированы, иначе сила, приложенная через стержни, будет тратиться впустую при простом скольжении этого подшипника вперед и назад. Такие скользящие соединения должны быть устроены так, чтобы обеспечить ход подвески, но так, чтобы сила стержня всегда была под прямым углом к направляющей.
Десятисцепной итальянский E550 1908 года имел парные двигатели, каждый с промежуточным валом. Треугольный стержень был установлен между ними, вращаясь синхронно и, таким образом, всегда горизонтально. Он нес скользящую шатунную шейку для центральной оси и подшипники для длинных соединительных стержней к неравномерно расположенным парам водителей впереди и сзади. [25] Подобная конструкция использовалась для швейцарской железной дороги Берн–Лёчберг–Симплон Be 5/7 1-E-1 1912 года. [26]
Концептуально похожие тяги использовались для швейцарских крокодилов Ce 6/8II . Поскольку у них был только один тяговый двигатель на каждом конце, треугольная рама также поддерживалась слепым, неприводным, промежуточным валом. Она была слегка наклонена, так как промежуточный вал двигателя находился выше оси колеса.
.JPG/1280px-407,_Berg%C3%BCn-Bravuogn,_2014_(01).JPG)
Вместо этого в большинстве швейцарских классов крокодилов использовалась конструкция диагонального стержня Винтертура или Schrägstangenantrieb (нем.).
Эти локомотивы были сочлененными, с одним большим тяговым двигателем на каждой из двух тележек на каждом конце. Таким образом, промежуточный вал был размещен над и между ведущими колесами. Чтобы максимизировать длину его приводного стержня и уменьшить его угловое положение, он был присоединен рядом с самой дальней ведомой осью. Соединительная тяга между этими осями была «треугольной», с дополнительным подшипником, установленным на ее верхнем крае, принимающим на себя тягу приводного стержня промежуточного вала. В отличие от большинства шатунов, это позволяет устанавливать его в той же плоскости, что и подшипники соединительной тяги. Это уменьшает выступающие длины шатунных шеек и их изгибающие нагрузки.
Эта конструкция проста и надежна, но не обеспечивает идеальной геометрии и поэтому известна скрипучими шумами и грубым ходом, особенно если подшипники стержней изнашиваются. Для швейцарских локомотивов: хорошо обслуживаемых, мощных локомотивов, работающих на малых скоростях по крутым склонам, это была приемлемая конструкция. Однако она не внесла большого вклада в быстрые пассажирские перевозки.
Некоторые из наиболее сложных соединений, используемых для экспресс-локомотивов, были соединения Ганца , Кандо или Бьянки. Они имели форму перевернутого треугольника, спускаясь от высоко установленного промежуточного вала двигателя к линии оси колеса.
Форма Ганца использовалась на локомотивах Les Belles Hongroises 2BB2 400 венгерского производства для французской PO . Она имела четыре звена, образующих треугольник, с двумя верхними вершинами, прикрепленными к раме локомотива (через короткое качающееся звено) и к шатунной шейке промежуточного вала. Нижняя вершина треугольника содержала короткое треугольное звено, которое связывало стороны треугольника с шатунной шейкой колеса. Наклоняя это звено, движение подвески поглощалось. [27] Эта связь хорошо работала на скорости, и поскольку она состояла полностью из поворотных соединений без скольжения, не было никакого холостого хода. Однако она была сложной, тяжелой и несбалансированной.
Тяговая система Кандо была схожей по компенсации, но верхние вершины поддерживались парой промежуточных валов двигателя.
Единственной из этих тяг, имевшей широкое распространение или длительный срок службы, была симметричная и лучше сбалансированная тяга Бьянки, используемая в Италии.
