Цилиндр является силовым элементом паровой машины , приводящей 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 включали цилиндры как часть огромных цельных стальных отливок, которые составляли основную раму локомотива. [2] Внутри цилиндров требовались возобновляемые изнашиваемые поверхности, 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 «производительность 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.
На ранних локомотивах, таких как «Пыхтящий Билли» , цилиндры часто устанавливались вертикально и движение передавалось через балки, как в балочном двигателе .
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.
Передние цилиндры могли располагаться как внутри (между шпангоутами), так и снаружи. Примеры каждого из них:
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 рысканием или «рысканием», но доступ для обслуживания затруднен. Некоторые дизайнеры использовали внутренние цилиндры по эстетическим соображениям.
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:
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:
На четырехцилиндровом двигателе также возможны две схемы:
Клапанные коробки или паровые камеры , содержащие золотниковые или поршневые клапаны, могут располагаться в различных положениях.
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.
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.
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 .
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 .
Для двигателей с внешними цилиндрами возможны три варианта:
.jpg/1280px-NYC_switching_locomotive_(Howden,_Boys'_Book_of_Locomotives,_1907).jpg)
Существует три распространенных варианта:
Существует три распространенных варианта:
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]