Клапанный механизм Вальшертса — это тип клапанного механизма , используемый для регулирования подачи пара к поршням в паровозах , изобретенный бельгийским инженером путей сообщения Эгидом Вальшертсом в 1844 году . [1] [2] Редуктор иногда называют без конечной буквы «s». ", [a] поскольку оно было ошибочно запатентовано под этим названием. Он широко использовался в паровозах с конца 19 века до конца эпохи пара.
Клапанный механизм Walscharts медленно набирал популярность. Клапанный механизм Стивенсона оставался наиболее часто используемым клапанным механизмом на локомотивах XIX века. Однако клапанный механизм Walscharts имел то преимущество, что его можно было устанавливать полностью снаружи локомотивов, оставляя пространство между рамами свободным и обеспечивая легкий доступ для обслуживания и регулировки, что привело к тому, что он был принят в некоторых сочлененных локомотивах .
Первый локомотив, оснащенный клапанным механизмом Walschaerts, был построен в бельгийских мастерских Tubize и был награжден золотой медалью на Всемирной выставке 1873 года в Вене .
В 1874 году Железные дороги Новой Зеландии заказали два локомотива NZR B класса . Это были локомотивы Double Fairlie , поставленные компанией Avonside ; первое использование в Новой Зеландии клапанного механизма Walschaerts и, вероятно, первый раз, когда его поставил британский производитель. Они были размером с мыс .
Mason Bogie , модифицированный локомотив Fairlie 1874 года, был первым, кто использовал передачу Walscharts в Северной Америке .
Первое применение в Великобритании было на Single Fairlie 0-4-4T, выставленном в Париже в 1878 году и купленном Суиндонской, Мальборо и Андоверской железной дорогой в марте 1882 года . [3] По словам Эрнеста Аронса , [4] локомотив видел очень много мало обслуживания, поскольку никто, похоже, не знал, как регулировать клапаны, и это привело к огромному расходу угля.
В 20 веке клапанный механизм Walscharts [5] был наиболее часто используемым типом, особенно на более крупных локомотивах. В Европе его использование было почти универсальным, в то время как в Северной Америке механизм Walschaerts значительно превосходил своего ближайшего конкурента, производный клапанный механизм Baker .
В Германии и некоторых соседних странах, таких как Польша и Чехословакия, механизм Вальшерта обычно называют клапанным механизмом Хойзингера в честь Эдмунда Хойзингера фон Вальдегга , который изобрел этот механизм независимо в 1849 году. Механизм Хойзингера был ближе к общепринятой форме, но большинство авторитетов признают Изобретение Вальшартса достаточно близко к окончательному виду.
Клапанный механизм Walscharts представляет собой усовершенствование более раннего клапанного механизма Стивенсона, поскольку он позволяет водителю управлять паровым двигателем в непрерывном диапазоне настроек от максимальной экономичности до максимальной мощности. При любой настройке клапанный механизм удовлетворяет следующим двум условиям:
В экономичных условиях пар попадает в расширяющееся пространство только на часть хода; в заданной водителем точке впуск отключается. Поскольку выхлоп также закрыт, во время остальной части такта пар, попавший в цилиндр, изолированно расширяется, и поэтому его давление снижается. Таким образом, используется большая часть энергии пара (при отсутствии конденсатора ) .
Клапанный механизм Walscharts позволяет водителю двигателя изменять точку отсечки, не изменяя точки начала впуска.
Экономия также требует, чтобы дроссель был широко открыт и чтобы давление в котле находилось на максимально безопасном уровне для максимизации теплового КПД . В целях экономии используется паровой двигатель такого размера, чтобы наиболее экономичные настройки большую часть времени обеспечивали необходимое количество мощности, например, когда поезд движется с постоянной скоростью по ровному пути.
Когда необходима большая мощность, например, при наборе скорости при выезде со станции или при подъеме на уклон, клапанный механизм Walscharts позволяет машинисту установить точку отсечки ближе к концу хода, чтобы полное давление в котле действует на поршень практически на протяжении всего хода. При такой настройке, когда выхлоп открывается, давление пара в цилиндре близко к полному давлению котла. Давление пара в этот момент не приносит никакой пользы; он вызывает внезапный импульс давления в атмосферу и тратится впустую.
Этот внезапный импульс давления вызывает громкий пыхтящий звук, который у представителей общественности ассоциируется с паровыми двигателями, потому что они чаще всего сталкиваются с двигателями на станциях, где эффективность приносится в жертву при трогании поездов. Паровой двигатель, хорошо отрегулированный по эффективности, издает мягкий шипящий звук, который длится на протяжении всего такта выпуска, при этом звуки двух цилиндров перекрываются, создавая почти постоянный звук.
Работа клапанного механизма сочетает в себе два движения; одно из них — это основное движение, которое передается нижней части комбинированного рычага (12). Вторичным является направленное/амплитудное движение, которое передается сверху. Учтите, что водитель отрегулировал рычаг реверса так, чтобы штамп находился на средней передаче. В этом положении вторичное движение исключено, а ход поршневого клапана минимален, что обеспечивает минимальный впрыск и выпуск пара. Ход поршневого клапана в два раза превышает сумму притира плюс ход.
Сравните это с ситуацией, когда матрица находится в нижней части расширительного звена (7), что обеспечивает максимальный впрыск и выпуск пара. Это наиболее мощное положение вперед, которое используется для ускорения движения вперед из состояния покоя. И наоборот, когда блок матрицы находится в верхней части звена расширения (7), достигается максимальная мощность в обратном направлении. (На некоторых двигателях штамповый блок находился в верхней части звена передней передачи. Этот тип обычно использовался на танковых двигателях, которые одинаково работали как вперед, так и назад. [6] ).
Как только локомотив наберет скорость, машинист может отрегулировать реверс в положение средней передачи, уменьшая отсечку и обеспечивая более экономное использование пара. Тяговое усилие двигателя при этом меньше, чем при запуске, но его мощность больше.
Основное движение ходовой части обеспечивается рычагом траверсы (9) и соединительным звеном (11). Этот поворотный стержень передает синфазную составляющую движения нижней части комбинированного рычага (12).
Вторичное направленное/амплитудное движение происходит за счет механической связи, состоящей из нескольких компонентов.
Эксцентриковый кривошип (Великобритания: возвратный кривошип) (1) жестко прикреплен к шатунному штифту, соединенному с главным ведущим колесом. Обратите внимание, что это единственная подходящая точка крепления на любом из ведущих колес, которая не засорена проходом соединительной тяги или шатуна . Длина кривошипа эксцентрика такова, что крепление штифта к стержню эксцентрика (2) сдвинуто по фазе на 90 градусов с движением поводка.
Эксцентриковый стержень обеспечивает движение расширительного звена (7), которое поворачивается в центральном месте обратно к корпусу локомотива. Распорное звено удерживает радиусный стержень (8), удерживаемый штамповочным блоком, который составляет одно целое с радиусным стержнем, но может свободно перемещаться вертикально по ограниченной криволинейной траектории вдоль расширительного звена.
Вертикальное положение радиусной штанги контролируется в кабине водителем, регулирующим реверс, который, в свою очередь, управляет механической связью; выдвижная тяга (3), подъемная тяга (4), подъемный рычаг (5), рычаг реверса и вал (6).
Таким образом, вторичная, противофазная, управляемая водителем составляющая движения передается верхней части комбинированного рычага (12) с помощью радиусной планки (8).
Комбинированный рычаг объединяет эти два движения, в результате чего воздействует на стержень клапана (13), соответствующим образом удерживаемый направляющей стержня клапана (10), которая, в свою очередь, воздействует на поршневой клапан (14).
Редуктор Walscharts может быть связан с внутренними или внешними впускными клапанами. До сих пор в этой статье рассматривались только поршневые клапаны внутреннего впуска, но в клапанах наружного впуска (шиберных клапанах и некоторых поршневых клапанах) может использоваться клапанный механизм Walschaerts. Если клапаны имеют внешний впуск, радиусная планка соединяется с комбинированным рычагом под штоком клапана, а не над ним.
Чтобы расположить шестерню Вальшерта, необходимо выбрать пропорции комбинированного рычага. Смещение конца соединительного звена на половину хода поршня должно привести к смещению штока клапана плюс припуск клапана. Отношение расстояния от конца соединительного звена до шарнира с радиусным стержнем к расстоянию между концом стержня клапана и шарниром с радиусным стержнем должно быть в той же пропорции, что и ход половины поршня к припуску клапана плюс ход.
Когда поршень находится в любой из мертвых точек, движение радиусного штока не должно смещать шток клапана. Поэтому паз матрицы расширительного звена должен представлять собой дугу окружности радиуса, равного длине радиусного стержня.
Ход возвратной рукоятки должен давать необходимые колебания звена расширения.
Было много вариантов клапанного механизма Walschaerts, в том числе:
