Сопряженный клапанный механизм Гресли — это клапанный механизм для паровозов, разработанный сэром Найджелом Гресли , главным инженером-механиком LNER , которому помогал Гарольд Холкрофт . Он позволяет трехцилиндровому локомотиву работать только с двумя комплектами клапанного механизма для внешних цилиндров и получает от них движение клапана для внутреннего цилиндра с помощью рычагов («рычаг 2 к 1» или «сопрягающий» и «равный» рычаг). [1] Этот механизм иногда называют механизмом Гресли-Холкрофта , признавая большой вклад Холкрофта в его разработку.
Сопряженная передача Грэсли фактически является суммирующей машиной, где положение клапана внутреннего цилиндра является суммой положений двух внешних цилиндров, но в обратном направлении. Ее также можно рассматривать как качающийся рычаг между одним внешним цилиндром и внутренним цилиндром, как это принято на 4-цилиндровых паровозах, но с точкой поворота, перемещаемой вперед и назад рычагом из другого внешнего цилиндра.
Если мы аппроксимируем движение каждого клапана синусоидой — если мы скажем, что положение клапана в его движении вперед и назад точно пропорционально синусу «угла привода», как только мы установим нулевую точку угла привода в положении, которое ему нужно для этого клапана — то математика проста. Положение клапана, который закреплен на длинном конце рычага 2-к-1, равно , в то время как положения двух других клапанов должны быть равны и . Положение короткого конца рычага 2-к-1 равно — которое, как оказывается, находится посередине между и для любого значения . Таким образом, рычаг 1-к-1, вращающийся на коротком плече рычага 2-к-1, справится с задачей. [ необходима цитата ]
Локомотивы с клапанным механизмом Gresley должны иметь три поршня, работающих с интервалами точно в 120 градусов. (Разные интервалы могут быть обеспечены различными пропорциями рычага, если бы были какие-либо преимущества в интервале, отличном от 120-120-120.) Для того чтобы внутренний шатун не задевал ведущую сцепленную ось, внутренний цилиндр локомотива с клапанным механизмом Gresley обычно располагается выше внешних цилиндров и наклонен вниз. [2] Для поддержания плавного потока крутящего момента углы кривошипа смещены относительно равного интервала в 120 градусов, чтобы компенсировать угол внутреннего цилиндра (например, 120/113/127 градусов). Результирующая синхронизация струи пара, выходящего из цилиндров, дает этим трехцилиндровым локомотивам регулярный выхлопной такт.
С шестерней Gresley было несколько проблем. Поскольку сопряженный аппарат был установлен на противоположном конце штоков клапанов от шестерни клапана, поскольку штоки клапанов удлинялись под воздействием тепла пара в цилиндрах, это влияло на синхронизацию клапанов, и шестерню приходилось снимать, прежде чем можно было снять клапаны для обслуживания. [3] Однако, двигатели B17 Class "Footballer"/"Sandringham" 4-6-0 избежали этой конкретной проблемы, поскольку были спроектированы с сопряженной шестерней позади, а не перед цилиндрами. [4] Основная трудность с этой шестерней клапана заключалась в том, что на высоких скоростях инерционные силы заставляли длинный сопряженный рычаг изгибаться или "хлестать". [5] Это приводило к тому, что средний цилиндр работал с более длинным отсечкой , чем внешние цилиндры, тем самым производя непропорциональную долю общей выходной мощности, что приводило к повышенному износу средней большой головки. Длительная работа на высокой скорости иногда могла привести к достаточно быстрому износу большой головки шатуна, так что увеличенный ход, обеспечиваемый среднему поршню за счет увеличенного люфта в подшипнике, был достаточным, чтобы сбить концы со среднего цилиндра. Это произошло во время пробега «Серебряной лисы» со скоростью 113 миль в час (200 км/ч). [6] Хотя проблема могла быть решена в мирное время с помощью регулярного технического обслуживания и осмотров, она оказалась плохо подходящей для суровых условий тяжелой эксплуатации и низкого уровня технического обслуживания Второй мировой войны . Это привело к проблемам с большой головкой шатуна центрального цилиндра на знаменитом классе A4 обтекаемых локомотивов Pacific, и многие из этих локомотивов были оснащены поршнем уменьшенного диаметра и имели внутренний цилиндр, затянутый в качестве временной меры. LNER Class A4 4468 Mallard получил повреждение большой головки центрального цилиндра (о чем машинисту сообщил трещина «вонючей бомбы», прикрепленной к подшипнику, которая ломается при перегреве белого металла) во время своего мирового рекордного пробега и был вынужден вернуться в свое депо для последующего ремонта. Преемник Гресли в LNER, Эдвард Томпсон , критически отнесся к этому конкретному клапанному механизму . [7] Помимо внедрения новых двухцилиндровых конструкций, он приступил к перестройке локомотивов Гресли с отдельными комплектами клапанного механизма Вальсхарта для каждого цилиндра. [8] При более позднем владении British Railways применение бывших методов работы мастерских Great Western Railway для точного выравнивания клапанного механизма, а также при изготовлении и смазке внутреннего подшипника большой головки эффективно решило проблемы.
Сопряжённый клапанный механизм Gresley использовался American Locomotive Company по лицензии для локомотивов 4-12-2, класса Union Pacific 9000 , построенных для Union Pacific Railroad между 1926 и 1930 годами. Это были самые большие локомотивы, использовавшие этот клапанный механизм. Он также использовался в Австралии для Victorian Railways S класса 4-6-2 1928 года [9] и New South Wales Government Railways D57 класса 4-8-2 1929 года. [10]
Как и в Великобритании, механизм не был лишен проблем. Некоторые локомотивы Union Pacific класса 9000 были переоборудованы в клапанный механизм «двойного Вальсхарта», в то время как более поздние образцы были построены с роликовыми подшипниками для подвижных частей механизма Gresley. В Австралии Pacifics класса VR S избежали многих проблем со средним цилиндром, которые преследовали Gresley, разместив «комплект» на оси ведущих ведущих колес, что позволило всем трем цилиндрам находиться в одной горизонтальной плоскости. Более поздние конструкции трехцилиндровых локомотивов VR и NSWGR использовали альтернативные механизмы для системы Gresley в попытке преодолеть ее высокие накладные расходы на техническое обслуживание. [11] [12] Класс H Victorian Railways 1941 года был оснащен немецким сопряженным клапанным механизмом Henschel und Sohn , который был признан превосходящим систему Gresley. [13]
В Новом Южном Уэльсе в классе D58 1950 года длинный сопряженный рычаг был заменен поперечным стержнем, который использовал зубчатую рейку и шестерню на правом штоке клапана для вращения поперечного стержня, который через вторую зубчатую рейку и шестерню передавал движение шарниру равного рычага. [14] Хотя в теории это было улучшением по сравнению с системой Грезли, на практике это оказалось еще более проблематичным. [11]
Редуктор Gresley использовался на шестицилиндровых локомотивах Beyer-Garrett класса NZR G, поставленных Новозеландским железным дорогам в 1928 году. Производитель Beyer Peacock не рекомендовал вариант с тремя/шестью цилиндрами и редуктором Gresley, но этого требовал GS Lynde, CME NZR. Эти три сочлененных локомотива не имели успеха, и их переделали в шесть локомотивов «Pacific».
