Локомотивный усилитель для паровозов — это небольшой дополнительный двухцилиндровый паровой двигатель , соединенный задней передачей с осью задней тележки на локомотиве или одной из тележек на тендере . Он был изобретен в 1918 году Говардом Л. Ингерсоллом, помощником президента Нью-Йоркской центральной железной дороги . [1]
Качающаяся промежуточная шестерня позволяет водителю (машинисту) приводить в действие двигатель усилителя . Двигатель редукторного усилителя приводит в движение только одну ось и может быть нереверсивным, с одной промежуточной шестерней, или реверсивным, с двумя промежуточными шестернями. Были варианты, построенные компанией Franklin, которые использовали боковые тяги для передачи тягового усилия на все оси грузовика-усилителя. Эти стержневые усилители преимущественно использовались на ведущем грузовике тендера, хотя есть пример Lehigh Valley 4-8-4, использующего его в качестве прицепного грузовика-тендера. [2]
Усилитель используется для запуска тяжелого поезда или поддержания низкой скорости в сложных условиях. Мощность двигателя составляет около 300–500 лошадиных сил (220–370 кВт) на скоростях от 10 до 35 миль в час (16–56 км/ч), он может быть включен при движении со скоростью ниже 12–22 миль в час (19–35 км/ч) и выключается полуавтоматически, когда машинист включает заднюю передачу или вручную, сбивая защелку управления до скорости от 21 до 35 миль в час (34–56 км/ч), в зависимости от модели и передачи усилителя. Тяговое усилие было распространено в 10 000–12 000 фунтов силы (44–53 кН), хотя были возможны оценки до 15 000 фунтов силы (67 кН). [3] [4]
Тендерные усилители оснащены боковыми тягами, соединяющими оси на ведущем грузовике. Такие небольшие боковые тяги ограничивают скорость и поэтому в основном используются в маневровых локомотивах, часто используемых в трансферных службах между станциями. Тендерные усилители были гораздо менее распространены, чем моторные усилители; собственный вес тендеров уменьшался по мере потребления угля и воды во время работы, что фактически снижало сцепление грузовика с приводом от усилителя.
Усилитель был призван компенсировать фундаментальные недостатки конструкции стандартного паровоза. Начнем с того, что большинство паровозов не обеспечивают питание всех колес. Величина силы, которая может быть приложена к рельсу, зависит от веса на ведущих колесах и коэффициента сцепления колес с рельсом. Неприводные колеса, как правило, необходимы для обеспечения устойчивости на скорости, но на низкой скорости они не требуются, поэтому они эффективно «тратят впустую» вес, который можно было бы использовать для тяги. Таким образом, применение усилителя к ранее неприводной оси означало, что общее пусковое тяговое усилие было увеличено с нулевым штрафом к уровням сцепления главного двигателя.
Кроме того, «передаточная передача» паровоза фиксирована, поскольку поршни напрямую соединены с колесами через стержни и кривошипы. Поэтому необходимо найти компромисс между способностью прилагать большое тяговое усилие на низкой скорости и способностью быстро двигаться, не вызывая чрезмерных скоростей поршня (что может привести к поломке) или истощению пара. Этот компромисс означает, что на низких скоростях паровоз не может использовать всю мощность, которую способен вырабатывать котел; он просто не может использовать пар так быстро, поэтому существует существенная разница между количеством пара, которое может вырабатывать котел, и количеством, которое может быть использовано. Усилитель двигателя позволил использовать этот неиспользуемый потенциал.
Увеличенное тяговое усилие, обеспечиваемое усилителем, означало, что в некоторых случаях железные дороги смогли сократить количество или исключить использование дополнительных вспомогательных локомотивов на более тяжелых поездах. Это привело к снижению эксплуатационных и ремонтных расходов, повышению доступности и производительности локомотивов (тонно-миль) и, в конечном счете, повышению рентабельности.
Ускорители были дороги в обслуживании, с их гибкими паровыми и выхлопными трубами, промежуточной шестерней и т. д. Неправильная эксплуатация также могла привести к нежелательным падениям давления в котле и/или повреждению усилителя. Усилитель и связанные с ним компоненты также добавляли несколько тонн веса локомотиву, что считалось бы «мертвым грузом» на скоростях, выше которых усилитель не мог использоваться. Кроме того, если усилитель выходил из строя, и промежуточная шестерня не могла быть отключена, весь локомотив ограничивался скоростью 20 миль в час или менее, пока его не выводили из эксплуатации для облегчения ремонта, что снижало доступность локомотива.
Грубый расчет тягового усилия усилителя можно выполнить по следующей формуле: [5]
где
Типичный усилитель локомотива использовал пару цилиндров с диаметром 10 дюймов (250 мм) и ходом поршня 12 дюймов (300 мм). Доступные передаточные числа и соответствующие рабочие скорости для моделей усилителей Franklin типа C и типа E подробно описаны в таблице ниже.
Наибольшее применение усилитель получил в Северной Америке . Железнодорожные системы в других местах часто считали расходы и сложность неоправданными.
Даже в североамериканском регионе двигатели-ускорители применялись только на части всех построенных локомотивов. Некоторые железные дороги широко использовали усилители, а другие — нет. New York Central была первой железной дорогой, которая использовала усилитель в 1919 году и оставалась сторонником этого устройства, применяя их ко всем своим высокоприводным локомотивам 4-6-4 Hudson , чтобы увеличить их ускорение на станциях с первоклассными пассажирскими поездами. Однако конкурирующая Pennsylvania Railroad использовала лишь несколько локомотивов, оборудованных усилителями. Аналогичным образом Chesapeake & Ohio указала усилители на всех своих локомотивах Superpower, кроме Allegheny, чтобы увеличить тоннаж на некоторых холмистых участках их основных линий, в то время как конкурирующая Norfolk & Western недолго экспериментировала с усилителями и обнаружила, что их стоимость неоправданна, вместо этого решив увеличить тяговое усилие двигателя за счет повышения давления в котле.
Канадская Тихоокеанская железная дорога имела в своем распоряжении 3257 паровозов, приобретенных в период с 1881 по 1949 год, однако только 55 из них были оснащены усилителями. 17 локомотивов класса H1 4-6-4, 2 локомотива класса K1 4-8-4 и все 36 локомотивов Selkirk 2-10-4 .
В Австралии компания Victorian Railways оснастила все свои локомотивы X класса 2-8-2, кроме одного (построенные между 1929 и 1947 годами), двухцилиндровым усилительным двигателем «Франклин» после успешного испытания устройства на меньшем локомотиве N класса 2-8-2 в 1927 году. С 1929 года 500 тяжелых пассажирских локомотивов класса 4-8-2 компании South Australian Railways были переоборудованы в 4-8-4 с добавлением усилительной тележки.
Класс KB компании NZR 1939 года выпуска был построен с бустерной тележкой, чтобы локомотивы могли преодолевать более крутые подъемы на некоторых линиях Южного острова (в частности, на линии Cass Bank линии Midland ). Некоторые бустеры были впоследствии демонтированы из-за заклинивания передач.
В Великобритании восемь локомотивов четырех различных классов на Лондонской и Северо-Восточной железной дороге были оснащены усилителями Найджела Гресли . Четыре из них были существующими локомотивами, перестроенными с усилителями между 1923 и 1932 годами: один класса C1 (в 1923 году); [6] оба преобразования из класса C7 в класс C9 (в 1931 году); [7] и один класса S1 (в 1932 году). [8] Все остальные четыре были установлены на новых локомотивах: два локомотива P1 2-8-2 , построенных в 1925 году; [9] и два локомотива класса S1, построенных в 1932 году. [8] Усилители были сняты между 1935 и 1938 годами, [10] [11] за исключением тех, что были на классе S1, которые были сохранены до 1943 года. [8]
Ранним типом усилителя, использовавшимся в Великобритании, был паровой тендер , который в 1859 году опробовал Бенджамин Коннор из Каледонской железной дороги на четырех локомотивах 2-4-0. Арчибальд Старрок из Великой Северной железной дороги (GNR) запатентовал аналогичную систему 6 мая 1863 года (патент № 1135). Она использовалась на пятидесяти локомотивах GNR 0-6-0: тридцати, переоборудованных из существующих локомотивов между 1863 и 1866 годами, и двадцати, построенных новыми в 1865 году (№№ 400–419). Оборудование было снято со всех пятидесяти в течение 1867–68 годов. [12] [13]
