_(14779577373).jpg/1280px-The_street_railway_review_(1891)_(14779577373).jpg)
Электровозы с жесткой рамой были одними из первых поколений конструкций электровозов . Когда они только появились, тяговые двигатели этих ранних локомотивов, особенно с двигателями переменного тока, были слишком большими и тяжелыми для установки непосредственно на оси, поэтому их размещали на раме. Одной из первых простейших схем колес для магистрального электровоза, примерно с 1900 года, была схема 1′C1′ по классификации UIC .
У некоторых из этих локомотивов ведущие колеса были соединены стяжными тягами , как у паровозов. У других были отдельные двигатели для каждой оси, что позже стало универсальным.
К середине века тележковая компоновка локомотивов стала более популярной, и локомотивы с жесткой рамой теперь встречаются редко, за исключением небольших маневровых локомотивов.
1′C1′ — классификация UIC для железнодорожного локомотива с колесной формулой из трех сцепленных ведущих колес, с ведущей и ведомой сочлененной тележкой . Ведущие колеса соединены внешними соединительными тягами .
Описание чаще всего применяется к некоторым локомотивам из первых десятилетий проектирования электровозов , когда тяговый двигатель или двигатели устанавливались на жесткой раме и приводили в движение все ведущие колеса, соединенные вместе. Чтобы обеспечить более высокие скорости для быстрых пассажирских перевозок, были добавлены ведущие пони-тележки. Преимуществом электровозов было то, что они могли легко иметь две кабины машиниста, что позволяло избежать необходимости поворачивать их на конечных станциях , и поэтому расположение колес было сделано симметричным для одинаково хорошей работы в обоих направлениях.
Эквивалентом является 2-6-2 [i] или 2-6-2T Prairie компоновка для паровозов была популярна в течение длительного периода. Первой была South African Cape Government Railways 2nd Class 2-6-2TT 1875 года. Строительство классов 2-6-2T, таких как GWR Prairies или Standard Class 2s , продолжалось почти до конца паровой эры .
Многие из этих прерий были танковыми локомотивами , которые могли двигаться одинаково хорошо в обоих направлениях. Этому способствовала симметрия колесной системы. Они часто использовались для пригородных пассажирских перевозок, которым требовались быстрые обороты на конечных станциях города, без необходимости поворачивать локомотив на поворотном круге . Хотя использовались довольно мощные локомотивы, чтобы обеспечить хорошее ускорение между близко расположенными станциями, им не требовалась постоянная скорость или запас топлива экспресс-локомотива.
Эта первая компоновка 1′C1′ была распространена только для электровозов в первые годы. Она использовалась для некоторых ранних примеров переменного тока, в основном итальянских, между 1900 и 1920 годами. Итальянские железные дороги начали электрификацию с низкочастотной трехфазной системы переменного тока по проектам венгра Кальмана Кандо . Они использовали большие, диаметром 2 метра, двигатели, достаточно мощные, чтобы для локомотива требовалось всего один или два двигателя, но также слишком большого диаметра, чтобы их можно было легко установить для привода на ось. Соответственно, рама Кандо устанавливала двигатели на упругих пружинах и использовала приводы сцепных тяг для колес. [1]
Первым из этих локомотивов был итальянский RA 361, позднее FS класса E.360 , для электрификации линии Вальтеллина в 1902 году . [2]
Для этих ранних небольших локомотивов мощность была достаточно низкой, чтобы оба двигателя могли быть соединены с шатунной шейкой центральной оси с помощью простой жесткой треугольной соединительной штанги. Вторичные стержни передавали привод на другие колеса. Двигатели были жестко закреплены на рамах, и поэтому центральная шатунная шейка имела вертикальный скользящий механизм в треугольной штанге для перемещения подвески. [1] Каждый из этих двух двигателей имел мощность 600 л. с. и весил 8,2 метрических тонны, что составляло 40% от общего веса локомотива. [3]
Компоновка 1′C1′ считалась чем-то вроде стандартной модели для небольших пассажирских локомотивов, поэтому, когда в 1912 году французская Chemins de fer du Midi была электрифицирована при напряжении 12 кВ 16⅔ Гц переменного тока, для испытаний были заказаны шесть локомотивов этого типа у основных производителей электровозов Европы: E 3001, E 3101, E 3201 , E 3301 , E 3401, E 3501. Только E 3201, построенный американской Westinghouse , был признан успешным и прослужил под маркой SNCF под индексом 1C1 3900 до 1959 года. E 3401, производства Jeumont , использовал компоновку 1′Co1′ с отдельными двигателями для каждой оси. [4]
Когда должны были быть построены серийные локомотивы из этих прототипов, они должны были следовать проекту Вестингауза E 3201, но война настолько задержала их, что когда они появились как 2C2 3100 , они стали проектом 2′C2′ с тележками вместо пони-траков и с тремя вертикально установленными двигателями от Дика, Керра из Британии, а не от Вестингауза. [4]
Некоторые из последних локомотивов 1′C1′ в эксплуатации были шведскими классами SJ D и Da . Класс D строился с 1925 по 1943 год в нескольких подвариантах и модернизированной версии Da в середине 1950-х годов. Оба оставались в эксплуатации примерно до 1990 года. Оба имели пару тяговых двигателей, до 1840 киловатт (2470 л. с.) для Da, и сохранили привод сцепной тяги. Двигатели были соединены с одним промежуточным валом, размещенным на одном уровне с другими осями, в положении, где должна была быть третья равноудаленная ось, и поэтому не требовали сложных или тяжелых треугольных приводов более ранних конструкций. [5]
1′C1′ обычно не использовался для тепловозов. Перекрытие между жизнеспособными тепловозами, благодаря разработке первых высокоскоростных дизельных двигателей примерно с 1930 года, и эпохой небольших жестких рамных ведущих колес было коротким. Первые маневровые тепловозы имели колесную формулу C или 0-6-0, [ii] поскольку они не были ни достаточно тяжелыми, ни достаточно быстрыми, чтобы нуждаться в пони-тележках. Эти маломощные маневровые локомотивы также могли обойтись одним тяговым двигателем.
Более мощные магистральные локомотивы использовали несколько тяговых двигателей, по одному на ось. Это было в основном из-за того, что генератор локомотива мог вырабатывать постоянный ток, что позволяло использовать более простые и более управляемые двигатели постоянного тока. Их можно было легко сделать меньшего диаметра, необходимого для использования на каждой оси, а не многополюсных двигателей переменного тока большого диаметра. По мере развития тепловозов конструкция тягового двигателя на каждой оси стала повсеместной, с конструкциями 1′Co1′ и 1′Do1′ в первые годы, позже с тележками как Bo′Bo′ , затем Co′Co′ и более тяжелыми конструкциями.
Редким исключением был локомотив Armstrong Whitworth с гидростатическим приводом 1929 года для Buenos Aires Great Southern Railway в Аргентине . Он использовал одну трансмиссию и привод промежуточного вала с одного конца, с соединительными тягами. Локомотив оказался неудачным из-за проблем с трансмиссией и пролежал без использования в течение нескольких лет, прежде чем был списан в 1943 году. [7] [8]
Медиа, связанные с локомотивами 1′C1′ на Wikimedia Commons
Колесная система 1′Co1′ была похожа, за исключением того, что колеса приводились в движение отдельными тяговыми двигателями для каждой оси, а не были соединены вместе. Поскольку каждая ось была приводной, больше не было необходимости в соединении соединительной тягой между ними. Эта независимость со временем подняла бы проблему пробуксовки колес , начиная с одинарной оси, но это не было проблемой для ранних локомотивов с их низким соотношением мощности к сцепному весу .
Дизель-электрические локомотивы использовали схему 1′Co1′ с отдельными тяговыми двигателями, а не сдвоенные 1′C1′. Это было связано с тем, что они появились на несколько десятилетий позже первых электровозов, к тому времени уже была разработана технология тяговых двигателей. Кроме того, генераторы на борту локомотива могли генерировать постоянный ток, а не переменный. К этому времени управление постоянным током стало более сложным, и не было необходимости в том, чтобы тяговые двигатели были большого диаметра, как требовалось для электровозов переменного тока 1900 года. [9]
Первый британский магистральный тепловоз — 800-сильный локомотив Армстронга Уитворта , построенный для LNER в 1933 году, — был именно этого типа. [10] [11] Этот локомотив оказался неудачным и был списан всего через несколько лет, в 1937 году.
Медиа, связанные с локомотивами 1′Co1′ на Wikimedia Commons
В 1914 году Итальянские государственные железные дороги построили две серии, E.331 и E.332 , трехфазных локомотивов переменного тока. Они должны были стать развитием 1′C1′ E.330 , подходящим для более легких второстепенных линий. Тяжелая центральная V-образная соединительная тяга и близко расположенные спаренные двигатели E.330 были заменены двумя двигателями, установленными по обе стороны от трансформатора и механизма управления, и более легким приводом тяги, чтобы уменьшить удар молота , используя более легкие тяги и пару промежуточных валов, установленных за сопряженными колесами. Размещение промежуточных валов на уровне осей уменьшило углы сочленения, необходимые в соединительных тягах, таким образом избежав массы старых треугольных тяг или необходимости в вертикально-пазовых подшипниках кривошипа. В целом, это уменьшение возвратно-поступательной массы имело эффект утяжеления всего локомотива и увеличения свеса на концах, что потребовало тележек вместо пони-тележек.
Медиа, связанные с локомотивами 2′C2′ на Wikimedia Commons
После первоначального обещанияЭлектрификация постоянного тока напряжением 1500 В на линии Шилдон–Ньюпорт для перевозки угля, Северо-Восточная железная дорога ввела в эксплуатацию большой экспресс-пассажирский локомотив, позже классифицированный как EE1 . Хотя электрификация магистрали через Йорк так и не состоялась, сам локомотив имел успех в своих кратких испытаниях. Ведущие колеса размером 6 футов 8 дюймов (2,032 м) были необычно большими, следуя практике паровозов, с которой Darlington Works были более знакомы, а электрооборудование поставлялось Metropolitan-Vickers из Манчестера. Локомотив был тяжелым для электровоза постоянного тока, и, учитывая его высокую расчетную скорость, на каждом конце использовались четырехколесные тележки.
Медиа, связанные с локомотивами 2′Co2′ на Wikimedia Commons
Американский New Haven EP-2 1919–1927 годов объединил две рамы 1′Co1′ под одним кузовом с кабиной, чтобы создать локомотив (1′Co1′)+(1′Co1′). [12] Поскольку две рамы были сочленены вместе, а кузов сверху не был структурным компонентом, это было (1′Co1′)+(1′Co1′), а не (1′Co1′)(1′Co1′); т. е. сочлененное в двух блоках, а не с тележками под одной конструкцией. При 2000 л. с. они были примерно такой же мощности, как пара предыдущих EP-1 , которые часто работали в нескольких , хотя также были легче и более стабильны на скорости. [13]
EP-1 потребовали преобразования из компоновки Bo'Bo' в (1′Bo)(Bo1′), чтобы предотвратить колебания или «нос» при движении на скорости. [13] Такое же использование пони-тележек было спроектировано в EP-2 с самого начала. Центральные несущие оси были в значительной степени бессмысленны, поскольку не имели направляющей функции. Когда в 1930-х годах потребовались дополнительные локомотивы, EP-3, а затем EP-4, они использовали компоновку (2′C)+(C2′), при этом несущие оси были перемещены к концам в виде двухосных тележек. [12]
Меньшая компоновка 1′B1′ с четырьмя машинистами обычно не использовалась, но на Швейцарской узкоколейной Ретийской железной дороге в 1912 году был один класс из семи машин — Ge 2/4. Это были низкочастотные локомотивы переменного тока с одним репульсорным двигателем, установленным в кузове, который посредством штанг передавался вниз на центральный промежуточный вал, а затем на ведущие колеса.
Более крупным и тяжелым локомотивам требовалось больше ведущих колес, чтобы обеспечить достаточное сцепление при ограничении нагрузки на ось. Некоторые ранние локомотивы уже имели четыре ведущие оси, но они использовали либо сочлененную компоновку B+B, либо Bo′Bo′ с отдельными тяговыми двигателями для каждой оси и двумя тележками. [iii]
Первыми электровозами, расширившими компоновку 1′C1′ до 1′D1′, были швейцарские 440-киловаттные (590 л. с.) локомотивы класса Ретийской железной дороги Ge 4/6 1912 года. [iv] В том же году BLS Fb 5/7 железной дороги Берн-Лёчберг-Симплон использовали компоновку 1′E1′ с пятью ведущими осями, двумя тяговыми двигателями по 1250 лошадиных сил (930 кВт) каждый и жестким треугольным стержневым приводом к центральной оси. В то время это были самые мощные электровозы в мире. [15] Каждый двигатель весил 14 тонн и питался от отдельного трансформатора с 12-ступенчатым переключателем ответвлений. Отводы для каждого двигателя переключались попеременно, что давало эффективное 24-ступенчатое управление. На швейцарских железных дорогах использовался низкочастотный однофазный переменный ток напряжением 11 кВ для Ретийской железной дороги и 15 кВ для BLS.
К 1922 году итальянская трехфазная система также использовала более тяжелые и мощные локомотивы 1′D1′ , такие как FS class E.431 . Теперь они имели настолько длинную колесную базу, что для их сочленения использовалась тележка Zara .
Медиа, связанные с локомотивами 1′D1′ на Wikimedia Commons
Электрические железные дороги в США начинались с низковольтных систем постоянного тока: 675 В ( Балтимор ) и 660 В ( Нью-Йорк ). Эти ранние системы были основаны на прямом подключении к тяговым двигателям постоянного тока, без необходимости выпрямления, трансформаторов или двигателей большого диаметра. Достаточная мощность для магистральных перевозок, даже для более медленных услуг через туннели к основным городским конечным станциям, требовала нескольких двигателей. Балтимор и Огайо использовали сочлененные Bo+Bo steeplecabs с самого начала в 1895 году, первые магистральные электровозы и более чем в девять раз тяжелее и мощнее всего электрического до этого. [14] New York Central S-Motor, однако, представлял собой одну жесткую раму с четырьмя отдельно приводимыми осями и двумя ведущими и ведомыми тележками. [16] Тяговые двигатели в то время были простыми двигателями без редуктора, с ротором, установленным вокруг вала оси. [17] Использовались двухполюсные биполярные двигатели , где роторы были подпружинены с осями и колесами, а катушки поля были зафиксированы. Поскольку было только два полюса, горизонтально по бокам ротора, ротор мог свободно перемещаться вверх и вниз между ними с помощью подвески.
Многомоторная компоновка Do, по сравнению с локомотивами со стержневым приводом и несмотря на их мощные двигатели переменного тока, имела преимущества для работы на высокой скорости, без возвратно-поступательной массы для балансировки или создания удара молотом . После того, как появились редукторные и изолированные тяговые приводы, их неподрессоренный вес также можно было уменьшить, что способствовало плавному ходу. Хотя многие локомотивы приняли компоновку тележек Bo′Bo′ и отказались от жестких рам, некоторые быстрые пассажирские локомотивы сохранили их до 1940-х годов и оставались в эксплуатации до 1990-х годов. Их ведущие колеса большого диаметра способствовали плавному ходу на скорости и снижали скорость, требуемую от двигателей и их передач. Сохранение двигателей, установленных на раме, также позволяло использовать большие двигатели и достаточное пространство для охлаждающего воздушного потока. Еще одним преимуществом четырехмоторных локомотивов Do по сравнению с трехмоторной компоновкой Co является легкость, с которой четыре двигателя можно переключать между последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схемами . При использовании этой схемы в трехмоторных локомотивах требовался двухобмоточный якорь на двигателе.
Германия построила серию таких довоенных паровозов, класса DRG E 16 , E 17 , E 18 (австрийский ÖBB 1018 ) и E 19 . Они были более технически сложными, первые имели привод Бухли, позднее — чашечные приводы.
Мощность, необходимая для последнего из них, E 19, была такова, что потребовались двойные тяговые двигатели
Медиа, связанные с локомотивами 1′Do1′ на Wikimedia Commons
_(14574492017).jpg/1280px-Railway_and_locomotive_engineering_-_a_practical_journal_of_railway_motive_power_and_rolling_stock_(1928)_(14574492017).jpg)
Локомотивы класса Great Northern Z-1 1927 года имели компоновку 1′Do1′, но работали как постоянно сцепленные пары, фактически (1′Do1′)+(1′Do1′). Каждый был построен с кабиной машиниста на каждом конце, хотя только одна была оборудована. Это давало им возможность использоваться как отдельные локомотивы 1′Do1′ в будущем [18] , хотя на практике это никогда не требовалось, и они оставались сцепленными до тех пор, пока их не сняли в пользу дизелизации в середине 1950-х годов.
Этот малоизвестный вариант 1′Do1′ сочленяет тележки на каждом конце, образуя тележку с одной ведущей осью и одной несущей осью.
Было построено всего несколько экземпляров (1A)Bo(A1). Они появились в Швейцарии благодаря работе Якоба Бухли из BBC , позже Swiss Locomotive and Machine Works . Первыми были четыре пассажирских локомотива ESS 3000 , построенные SLM и BBC в 1924 году в Швейцарии для Electrische Staats Spoorwegen острова Ява . Они дали название « тележке Java » для этой формы сочленения.
Тележка была устроена так, что ось поворота находилась сразу за поворотной ведомой осью. Оси приводились в движение приводами Buchli , чтобы обеспечить движение подвески, и поскольку ось поворота находилась так близко к оси, эта связь также могла поглощать движение тележки, поскольку ведомая ось скручивалась на месте, но не сильно смещалась вбок.
За ними в 1926 году последовали два JGR class 7000 , позже классифицированные как ED54, для Японии, также построенные SLM / BBC и с приводами Buchli. Они работали хорошо по сравнению с другими японскими локомотивами с тяговыми двигателями на носовой подвеске, но считались сложными и нестандартными. С культурой Японии 1930-х годов и растущим спросом на самообеспечение, а не на импорт локомотивов из-за рубежа, они использовались мало и были отозваны в 1948 году, несмотря на то, что это был пик японского восстановления после войны. [19]
Группа из трех различных пробных экспресс-пассажирских локомотивов была поставлена для 1500-вольтовой железной дороги Great Indian Peninsula Railway в 1928 году. Первый из них был самым успешным, за ним последовал класс GIPR EA/1 из 21, а затем один GIPR EA/2 . Они были асимметричными, с компоновкой 2′Bo(A1) и тележкой Java на одном конце; четырехколесная тележка на другом поддерживала электрооборудование. Это электрооборудование поставлялось Metrovick , но локомотивы были построены SLM и использовали свой привод Winterthur с парными тяговыми двигателями над каждой осью, приводимыми в движение через одну центральную передачу. Высоко расположенные двигатели также оказались полезными для обслуживания затопленных линий во время индийского муссона.
Производная конструкция использовалась для швейцарских «двойных локомотивов» 1931 года, построенных для перевозки тяжелых грузов на крутых склонах Готардской железной дороги . Они состояли из двух сочлененных единиц как (1A)A1A(A1)+(1A)A1A(A1). Также была предусмотрена еще одна неприводная несущая ось, разделяющая центральную группу Bo на A1A, что было необходимо из-за дополнительного веса трансформатора для швейцарской низкочастотной системы переменного тока. Опять же, это был лишь небольшой класс из трех локомотивов, классифицированных как SBB Ae 8/14 , хотя каждый из трех был разным. Первый использовал те же приводы Buchli, но со второго они ввели универсальный привод Winterthur с парными тяговыми двигателями, приводящими в движение каждую ось через одну центральную передачу. Это можно было легче адаптировать к сочленению. Недостатком этих локомотивов является то, что было мало поездов, достаточно тяжелых, чтобы они могли понадобиться, а при полной нагрузке возникал риск перенапряжения их сцепок.
Швейцарский SBB Ae 4/6 1941 года был получен из половины «двойного локомотива» с более современной плоской передней кабиной на каждом конце. Экономия веса в тяговых двигателях позволила вернуться к компоновке (1A)Bo(A1) с тележкой Java и приводом Winterthur, а также избежать центральной несущей оси. Они также предназначались для использования на маршруте Gotthard, но более гибко, поскольку их можно было использовать как отдельные единицы для более легких поездов или работать по несколько в парах для более тяжелых поездов. Оба они, а также Ae 8/14, использовали рекуперативное торможение, полезное для спуска по крутым склонам Gotthard без перегрева, а также для возврата электроэнергии в сеть. Ae 4/6 имел упрощенную и более легкую систему, где один тяговый двигатель мог служить возбудителем для других во время торможения. Они также были построены с алюминиевыми обмотками в трансформаторе и двигателях, а не с медными.
В эксплуатации Ae 4/6 показал себя хорошо в некоторых аспектах, но имел проблемы с отсутствием сцепления и механической ненадежностью. Некоторые аспекты их конструкции военного времени могли снизить качество их механической сборки, что привело к высокому уровню шума в бортовых передачах и подверженности отказам подшипников и передач, особенно после пробуксовки колес.
Голландский класс, NS 1000 , был заказан у тех же производителей, но был задержан войной до 1948 года. Три были построены SLM, но остальные были построены по лицензии Werkspoor в Нидерландах. Хотя они были разработаны как пассажирские локомотивы с максимальной скоростью 160 километров в час (99 миль в час), они вскоре оказались ненадежными при использовании на скорости и провели свою рабочую жизнь, ограниченную 100 километрами в час (62 мили в час) и в основном грузовыми перевозками. Несмотря на это, они оставались в эксплуатации до 1982 года.
Медиа, связанные с электровозами (1A)Bo(A1) на Wikimedia Commons
.jpg/1280px-Hugh_llewelyn_2D2-5516_(5730117522).jpg)
Окончательным развитием электровоза с жесткой рамой стала компоновка 2′Do2′ . Четырехколесные тележки заменили пони-траки, обеспечив лучшую устойчивость на высоких скоростях. Четыре отдельных тяговых двигателя обеспечивали большую мощность. Иногда использовался двойной тяговый двигатель , когда два двигателя были соединены с одной осью.
Эта компоновка была впервые использована в качестве переоборудования первого серийного 1′Do1′ New York Central S-Motors , тогда известного как T-2, после аварии через два дня после ввода в эксплуатацию в 1907 году. Затем они были перестроены в 2′Do2′ с тележками вместо одноосных тележек и переименованы в свое первоначальное название «S-Motors». [16]
Такая компоновка использовалась во Франции с довоенным 2D2 5500 (1929–1943) и родственными классами, а затем с значительно улучшенным послевоенным 2D2 9100 (1950). [20]
В середине 1950-х годов дизель-электрические локомотивы класса WAGR X были построены для железных дорог Западной Австралии шириной 3 фута 6 дюймов . Их дополнительные несущие оси обеспечивали низкую нагрузку на ось в 12 тонн, что позволяло использовать их по всей сети.
Медиа, связанные с локомотивами 2′Do2′ на Wikimedia Commons
Швейцарцы также использовали большой четырехосный локомотив, похожий на 2D2 5500, 2′Do1′ Ae 4/7 (1927–1934). [21] Если учесть продолжительность службы, то это был один из самых успешных классов электровозов, прослуживший семьдесят лет. Они были развитием более раннего трехосного класса 2′Co1′, Ae 3/6 I . Оба они имели асимметричную компоновку, при этом пони-тележка на одном конце была заменена четырехколесной тележкой. Швейцарская система переменного тока низкой частоты имела недостаток, заключающийся в необходимости тяжелых главных трансформаторов по сравнению с системой 50 Гц, и они устанавливались на одном конце локомотива, нуждаясь в дополнительной оси для переноса их веса. [21]
Все они, как французские, так и швейцарские, использовали приводы Buchli для соединения тяговых двигателей с ведущими осями. Оригинальный швейцарский привод использовал одну шестерню Buchli с одной стороны для привода каждой оси, французские локомотивы использовали двухсторонний привод с шестерней Buchli, продублированной для каждого конца оси, что, как считалось, уменьшало износ. [v] [20]
Медиа, связанные с локомотивами 2′Do1′ на Wikimedia Commons
Асимметричная компоновка также использовалась для прусского EP 235 для Силезской горной железной дороги в 1918 году. Это был первый из ряда классов 2′D1′, также для поддержки веса большого смещенного низкочастотного трансформатора. [22] Они оставались в эксплуатации до 1950-х годов. Эти классы 2′D1′ начинались как неохотный одиночный прототип, построенный для сравнения с сочлененным 2′B+B1′ прусским EP 209 , который сам по себе был реакцией на плохие характеристики 1912 1′D1′ прусского EG 501 .
Медиа, связанные с локомотивами 2′D1′ на Wikimedia Commons
Редким примером компоновки 2′D2′ является уникальный британский дизель-механический локомотив «Фелл» 1955 года.