Цилиндр сила продуцирующего элемент парового двигателя , питающий паровоз . Цилиндр выполнен герметичным с концевыми крышками и поршнем; клапан распределяет пар к концам цилиндра. Цилиндры были отлиты из чугуна, а позже стали . Отливка цилиндра включает в себя другие элементы, такие как (в случае раннего ракетного локомотива ) отверстия для клапана и монтажные ножки. [1] Последние большие американские локомотивы включали цилиндры как часть огромных цельных стальных отливок, которые были основной рамой локомотива. [2] Возобновляемые изнашиваемые поверхности были необходимы внутри цилиндров и обеспечивались чугунными втулками.
Способ, которым клапан управлял паром, входящим и выходящим из цилиндра, был известен как распределение пара и показан формой индикаторной диаграммы.. То, что происходило с паром внутри цилиндра, оценивалось отдельно от того, что происходило в котле, и того, с каким трением приходилось справляться движущимся машинам. Эта оценка была известна как «производительность двигателя» или «производительность цилиндра». Производительность цилиндра вместе с характеристиками котла и оборудования определила эффективность всего локомотива. Давление пара в цилиндре измерялось во время движения поршня, и рассчитывалась мощность, перемещающая поршень, известная как мощность цилиндра. Силы, возникающие в цилиндре, перемещали поезд, но также повреждали конструкцию, удерживающую цилиндры на месте. Расшатывались болтовые соединения, растрескивались отливки цилиндров и рамы, что снижало работоспособность локомотива.
Цилиндры могут быть расположены по-разному.
Ранние локомотивы [ править ]
На ранних локомотивах, таких как Puffing Billy , цилиндры часто устанавливались вертикально, и движение передавалось через балки, как в балочном двигателе .
Прямой привод [ править ]
Следующим этапом, например «Ракетой» Стивенсона , было приведение в движение колес непосредственно от круто наклоненных цилиндров, расположенных в задней части локомотива. Прямой привод стал стандартной компоновкой, но цилиндры были перемещены вперед и размещены либо горизонтально, либо почти горизонтально.
Внутри или снаружи цилиндров [ править ]
Передние цилиндры могли размещаться как внутри (между шпангоутами), так и снаружи. Примеры:
- Внутри цилиндров, локомотив Planet
- Наружные цилиндры, GNR Stirling 4-2-2
В 19-м и начале 20-го веков внутренние цилиндры широко использовались в Великобритании, но внешние цилиндры были более распространены в континентальной Европе и Соединенных Штатах. Причина такой разницы неясна. [ необходима цитата ] Примерно с 1920 года внешние цилиндры стали более распространенными в Великобритании, но многие двигатели с внутренними цилиндрами продолжали строиться.
Внутренние цилиндры обеспечивают более стабильную езду с меньшим рысканием или «неровностями», но доступ для обслуживания затруднен. Некоторые дизайнеры использовали цилиндры внутри из эстетических соображений.
Три или четыре цилиндра [ править ]
Потребность в большей мощности привела к разработке двигателей с тремя цилиндрами (два снаружи и один внутри) или с четырьмя цилиндрами (два снаружи и два внутри). Примеры:
- Три цилиндра, SR Class V , LNER Class A4 , Merchant Navy class
- Четыре цилиндра, LMS Princess Royal Class , LMS Coronation Class , GWR Castle Class
Углы поворота [ править ]
На двухцилиндровом двигателе кривошипы , как внутри, так и снаружи, установлены под углом 90 градусов . Поскольку цилиндры имеют двустороннее действие (то есть на них подается пар поочередно с каждого конца), это дает четыре импульса на оборот и гарантирует отсутствие мертвых точек .
На трехцилиндровом двигателе возможны две компоновки:
- шатуны настроены так, чтобы подавать шесть равноотстоящих импульсов на оборот - обычное устройство. Если оси трех цилиндров параллельны, кривошипы будут находиться на расстоянии 120 градусов друг от друга, но если центральный цилиндр не приводит в движение ведущую ведущую ось, он, вероятно, будет наклонен (как на большинстве трехцилиндровых локомотивов США и на некоторых локомотивах Гресли ). трехцилиндровые локомотивы в Великобритании), а внутренний кривошип будет соответственно смещен на 120 градусов. При заданном тяговом усилии и коэффициенте сцепления трехцилиндровый локомотив этой конструкции будет менее подвержен пробуксовке колес при трогании с места, чем двухцилиндровый локомотив.
- внешние кривошипы установлены под углом 90 градусов, внутренние кривошипы установлены под углом 135 градусов, что дает шесть неравномерно разнесенных импульсов на оборот. Такое расположение иногда использовалось на составных трехцилиндровых локомотивах, в которых для запуска использовались внешние цилиндры (низкого давления). Это даст равномерно распределенные выхлопы, когда двигатель работает.
На четырехцилиндровом двигателе также возможны две конфигурации:
- все четыре кривошипа установлены под углом 90 градусов. При таком расположении цилиндры действуют попарно, поэтому на один оборот приходится четыре импульса, как в двухцилиндровом двигателе. Большинство четырехцилиндровых двигателей относятся к этому типу. Дешевле и проще использовать только один комплект клапанного механизма на каждой стороне локомотива и управлять вторым цилиндром на этой стороне с помощью качающегося вала от шпинделя клапана первого цилиндра, поскольку требуемые события клапана на втором цилиндре зеркальное отображение первого цилиндра.
- пары кривошипов, установленные под углом 90 градусов, с внутренней парой, установленной под углом 45 градусов к внешней паре. Это дает восемь импульсов на оборот. Это увеличивает вес и сложность, поскольку требует четырех комплектов клапанного механизма , но обеспечивает более плавный крутящий момент и снижает риск скольжения . Это было относительно необычно в британской практике, но использовалось в классе лорда Нельсона . Такие локомотивы легко отличить по их выхлопным биениям, которые происходят в два раза чаще, чем у обычного 2- или 4-цилиндрового двигателя.
Клапаны [ править ]
В клапанной коробке или пара сундуки , которые содержат задвижки или поршневые клапаны может быть расположены в различных положениях.
Внутри цилиндров [ править ]
Если цилиндры маленькие, клапанные коробки могут располагаться между цилиндрами. Для больших цилиндров клапанные коробки обычно находятся наверху цилиндров, но в ранних локомотивах они иногда находились под цилиндрами.
Наружные цилиндры [ править ]
Корпуса клапанов обычно находятся наверху цилиндров, но в старых локомотивах клапанные коробки иногда располагались рядом с цилиндрами и вставлялись через прорези в рамах. Это означало, что в то время как цилиндры были снаружи, клапаны были внутри и могли приводиться в движение внутренним механизмом клапана.
Клапанная передача [ править ]
Есть много вариантов расположения клапанного механизма . В британской практике внутреннее клапанное зубчатое колесо обычно относится к типу Стивенсона, а внешнее клапанное зубчатое колесо - к типу Уолшартса . Однако это не является строгим правилом, и большинство типов клапанных механизмов можно использовать как внутри, так и снаружи. Когда-то был популярен редуктор Joy , например, на LNWR G Class .
Внутри цилиндров [ править ]
На двигателях с внутренним цилиндром клапанный механизм почти всегда находится внутри (между рамами), например, LMS Fowler Class 3F .
Наружные цилиндры [ править ]
На двигателях с внешними цилиндрами возможны три варианта:
- Внутренний привод клапана, привод внутри клапанов, например, NER Class T2
- Зубчатая передача внутреннего клапана приводит в движение внешние клапаны через качающиеся валы, например, GWR 4900 Class
- Наружный редуктор, приводящий в движение внешние клапаны, например, LSWR N15 Class
Три цилиндра [ править ]
Есть три распространенных варианта:
- Три комплекта клапанного механизма (два снаружи, один внутри), например, LNER Peppercorn Class A2
- Зубчатая передача внешнего клапана, приводящая в движение внешние клапаны. Внутренний клапан приводится в действие сопряженным клапанным механизмом Гресли , например, LNER Class A1 / A3
- Три комплекта внутреннего редуктора клапана (все клапаны внутри), например, NER Class T3
Четыре цилиндра [ править ]
Есть три распространенных варианта:
- Четыре комплекта клапанного механизма (два снаружи, два внутри), например SR Lord Nelson Class
- Механизм внутреннего клапана, приводящий в движение внутренние клапаны напрямую, а внешние клапаны через качающиеся валы, например, GWR 4073 Class
- Передача внешнего клапана приводит в движение внешние клапаны напрямую, а внутренние клапаны через качающиеся валы, например, LMS Princess Coronation Class
Другие варианты [ править ]
Есть много других вариантов, например , паровозы с редуктором, которые могут иметь только один цилиндр. Единственный известный традиционный паровоз с одним цилиндром - это одноцилиндровый локомотив Нильсона. [3]
См. Также [ править ]
- Диаметр цилиндра
- Цилиндр (двигатель)
- Ход цилиндра
- Гидрозамок
- Компоненты паровоза
Ссылки [ править ]
- ^ "Инженерия и история ракеты, отчет об исследовании", Майкл Р. Бейли и Джон П. Глитеро, Национальный железнодорожный музей 2000, ISBN 1 900747 18 9 , рисунок 4.37
- ^ 1941 Локомотивная циклопедия американской практики, одиннадцатое издание, Simmons-Boardman Publishing Corporation, стр.667
- ↑ Self, Дуглас (27 мая 2003 г.). «Одноцилиндровый локомотив Нильсона» . Проверено 2 декабря 2010 года .
