Дуплекса локомотив является паровоз , который делит движущей силы на колеса с помощью двух пар цилиндров , жестко установленных на одном локомотивном раме ; это не сочлененный локомотив . Эта концепция была впервые использована во Франции в 1863 году, но была особенно разработана в начале 1930-х годов компанией Baldwin Locomotive Works , крупнейшим коммерческим производителем паровозов в Северной Америке , под руководством ее тогдашнего главного инженера Ральфа П. Джонсона .
До этого термин дуплексный локомотив иногда применялся к сочлененным локомотивам в целом.
Недостатки двухцилиндрового тепловоза [ править ]
В то время как боковые штоки (Великобритания: соединительные штоки) локомотива могут быть полностью уравновешены грузами на ведущих колесах, поскольку их движение полностью вращательное, возвратно-поступательные движения поршней, поршневых штоков , основных штоков и шестерни клапананевозможно сбалансировать таким образом. У двухцилиндрового локомотива два кривошипа «четвертины» - установлены под углом 90 ° друг к другу, так что четыре рабочих хода поршней двустороннего действия равномерно распределяются по циклу, и нет точек, в которых оба цилиндра находятся наверху или нижняя мертвая точка одновременно. Четырехцилиндровый локомотив может быть полностью уравновешен по продольной и вертикальной осям, хотя есть некоторые качательные и крутящие движения, с которыми можно справиться при подвеске и центрировании локомотива; трехцилиндровый локомотив также может быть лучше сбалансирован, но двухцилиндровый локомотив, сбалансированный только для вращения, будет колебаться вперед и назад. Дополнительный балансировочный груз - «перевес» - может быть добавлен для гашения этого, но за счет добавления вертикальных сил, которые технически известны как «динамическое усиление».и в просторечии как "удар молотка ». Это может быть чрезвычайно разрушительным для гусеницы, а в крайних случаях может фактически привести к тому, что ведущие колеса полностью покинут гусеницу. Чем тяжелее возвратно-поступательное оборудование, тем больше эти силы и тем серьезнее возникает проблема.
Дуплексное решение [ править ]
В Европе эту проблему часто преодолевали за счет разделения привода между внутренними и внешними цилиндрами или за счет использования сочлененных локомотивов., хотя в то время считалось невозможным стабильно работать на скорости более 50 миль в час (80 км / ч). Американские железные дороги оказались не склонны использовать локомотивы с внутренними цилиндрами, поэтому проблема баланса не могла быть решена путем добавления большего количества цилиндров на сцепленную колесную пару. По мере того как локомотивы становились больше и мощнее, их возвратно-поступательные механизмы должны были становиться сильнее и, следовательно, тяжелее, и, таким образом, проблемы, связанные с дисбалансом и ударами молота, становились все более серьезными. Скорость также играла важную роль, поскольку силы становились больше и разрушительнее при более высоких скоростях колес. Ральф П. Джонсон считал, что растущие размеры и тяга поршней существующих экспресс-пассажирских локомотивов не могут быть выдержаны с помощью тогда еще обычных 4-8-4.2-х цилиндровая компоновка. Вдобавок он убедился, что одна пара цилиндров с обычным клапанным механизмом и поршневыми клапанами приближается к пределам с точки зрения расхода пара.
Самой ранней попыткой создания дуплексного локомотива был танковый локомотив 0-6-6-0, разработанный Жюлем Петье в 1863 году для Французской Северной железной дороги , но идея не была воплощена в жизнь . Тем не менее, инновация в виде более жестких петель, которые допускали только горизонтальные качательные движения, а не скручивание или вертикальное движение, была разработана ALCO и не была замечена до Union Pacific Challenger 1936 года .
Вместо этого пришла идея установить несколько групп цилиндров и ведущих колес в одну жесткую раму. «Дуплексная» версия 4-8-4 будет 4-4-4-4 , с восемью ведущими колесами, разделенными на две группы по четыре, каждая со своим собственным набором цилиндров и клапанной передачей. Возвратно - поступательное движение масс обоих наборов будет значительно меньше , чем одного набора на 4-8-4, так как они будут находиться под меньшим напряжением и более нежными поршневых толчками. Цилиндры могут быть меньше, но иметь более крупные и эффективные клапаны. Наиболее очевидным компромиссом было то, что в предложенной Болдуине конструкции жесткая колесная базабыл длиннее, так как второй комплект цилиндров должен был находиться между двумя наборами драйверов. Этого было достаточно для многих дорог, для которых нынешние локомотивы были достаточно тяжелыми, чтобы отказаться от идеи дуплекса.
Балтимор и Огайо класс N-1 # 5600 Джордж Х. Эмерсон [ править ]
Первой дорогой, использовавшей эту идею, была компания Baltimore and Ohio Railroad , которая отклонила предложение Болдуина в 1932–1933 годах, но затем построила единственный Baltimore and Ohio Class N-1 , № 5600 Джордж Х. Эмерсон в собственных магазинах железной дороги без помощи Болдуина. . Локомотив был завершен в мае 1937 года, и ему удалось сохранить ту же спаренную колесную базу, что и у нынешних 4-8-2, за счет того, что второй комплект цилиндров был перевернут, установлен рядом с топкой., и движение второго комплекта сцепленных колес вперед. Это оказалось далеко не идеальным: размер баллонов и топки был ограничен этим расположением, длинные проходы пара оказались проблематичными, а цилиндры страдали от пыли и тепла из ближайшей топки.
Локомотив находился в легкой эксплуатации и испытывался до снятия с производства в 1943 году. Он не был достаточно успешным, чтобы B&O выразил какой-либо дальнейший интерес.
PRR класс S1 [ править ]
Следующим примером использования дуплексного типа стал одиночный поезд S1 Пенсильванской железной дороги , разработанный для удовлетворения требований по эксплуатации поезда 1,200 коротких тонн (1070 длинных тонн; 1090 тонн) со скоростью 100 миль в час (160 км / ч) по ровным путям и способным к эксплуатации. легко разогнаться до этой скорости. В избытке 4000 л.с. (3,0 МВт) было необходимо для этого требования, и удовлетворить его Болдуин и ПРР , созданный , возможно , самый большой пассажирский паровоз, построенный, 6-4-4-6 локомотивные 140 футов 2 1 / 2 дюйма ( 42,74 м) длиной и весом 1 060 000 фунтов (480 000 кг) с тендером. Фактически он был слишком большим, чтобы работать с большей частью системы PRR, и вводился в эксплуатацию только между Чикаго, Иллинойс и Крестлайн, Огайо (283 миль / 446 км). Находясь в эксплуатации после декабря 1940 года, он оказался мощным и способным, но был склонен к пробуксовке колес и волнам, что предвещало проблемы с более поздними дуплексными конструкциями. По большому счету, его недостатки были списаны как просто начальные проблемы раннего, первого прототипа. В 1946 году он был выведен из эксплуатации. Этот локомотив получил прозвище «Большой паровоз».
PRR класс T1 [ править ]
S1 не отражал истинных желаний Болдуина в отношении этого типа, но в дизайне T1 , два прототипа которого были заказаны в июле 1940 года, Болдуину было предоставлено гораздо больше свободы. Требования PRR заключались в использовании топки Belpaire и механизма тарельчатого клапана с качающимся кулачком Franklin . Два, № 6110 и № 6111, были поставлены в апреле и мае 1942 года. Испытания снова показали, что они мощные и способные, но не устойчивые.
Как только в феврале 1945 года были сняты ограничения на производство пассажирских локомотивов военного времени, PRR разместила заказ на 50 экземпляров. Это был судьбоносный шаг, поскольку проблемы, возникшие с прототипами, не были устранены, и они не были протестированы с той интенсивностью, которая требовалась для обеспечения надежности производства. Серийные локомотивы отличались в деталях обтекаемыми корпусами и подвеской в попытке повысить сцепление.
Проблемы стали очевидны очень скоро. Локомотивы были невероятно подвержены резкому пробуксовыванию колес не только при трогании с места, но и на скорости. Разделение драйва на две группы означало, что каждая группа имела гораздо больше шансов поскользнуться. Была выдвинута теория, согласно которой более быстрое и «резкое» открытие клапанов с помощью шестеренчатого тарельчатого клапана усугубляет проблему. Хуже того, такое резкое скольжение на высокой скорости может привести к повреждению компонентов клапанного механизма. Это было серьезной проблемой для локомотива с шестерней тарельчатого клапана, потому что, в отличие от знакомых поршневых клапанов и внешней шестерни клапана Walschaertsу других локомотивов многие компоненты были почти недоступны внутри рамы. Их сложность означала, что доступность и надежность оказались низкими, и, хотя очень способный машинист (машинист) локомотивов мог добиться отличных характеристик от T1, они оказались довольно неудачными в эксплуатации.
С тех пор остается спорным вопрос о том, разрешимы ли проблемы. Что неоспоримо, так это то, что PRR очень скоро стало все равно; гораздо более простое решение - тепловоз, было принято в течение нескольких месяцев после поставки серийных локомотивов, и в течение 2 лет все основные пассажирские поезда были перевезены на дизель. T1 провели еще несколько лет в меньшей эксплуатации, прежде чем были сняты с производства в начале 1950-х годов.
PRR Q1 [ править ]
PRR также хотел применить дуплексный принцип к грузовым перевозкам, и Q1 был первым экспериментом в этом направлении. Это был скоростной грузовой локомотив 4-6-4-4, поставленный в мае 1942 года. Как и Джордж Х. Эмерсон из B&O.у него была вторая пара цилиндров, обращенная назад, и все они были оснащены стандартным клапанным механизмом Walschaerts. Колеса имели диаметр 77 дюймов (1,956 м) (плохо подходили для перевозки грузов), а двигатель был обтекаемым, больше похожим на пассажирский. Позднее оптимизация была удалена, поскольку она ограничивала работы по техническому обслуживанию. Цилиндры, расположенные "назад", также были проблематичными, частично из-за неудобного размещения непосредственно под топкой двигателя. Кроме того, большие драйверы и меньшая, чем достаточная площадь решетки топки, также могли внести свой вклад в дальнейшие проблемы. Ограниченный размер топки также был прямым следствием обращенных назад цилиндров. Единственный Q1, PRR 6130, был построен на заводе PRR в Алтуна в 1942 году и снят с эксплуатации в 1946 году.
PRR Q2 [ править ]
С конца 1944 года появились серийные локомотивы, но они были совсем другими, урок о том, что обращенные назад цилиндры рядом с топкой были плохой идеей, был заново усвоен. Производство локомотивов во втором квартале было 4-4-6-4.расположение; это были самые большие из когда-либо построенных локомотивов без шарнирного сочленения и самые мощные локомотивы, когда-либо проводившиеся статическими испытаниями, производившие 7 987 л.с. (5 956 кВт) на установке для статических испытаний PRR. Локомотивы Q2 также были самыми мощными паровозами с десятью ведущими колесами из когда-либо построенных. В эксплуатации Q2 может превзойти ранее существовавшие грузовые двигатели, перевозящие вдвое больший тоннаж, чем их предшественники. Кроме того, у Q2 не было проблем с наращиванием мощности пара, и было известно, что это очень плавный двигатель. Двадцать шесть из них были построены на заводе PRR в Алтуне, и на сегодняшний день они были самыми успешными дуплексными типами. Склонность дуплекс к проскальзыванию была устранена за счет автоматического механизма управления проскальзыванием, который уменьшал мощность блока проскальзывания. Механизм контроля проскальзывания отсутствовал.t всегда отзывчивый, а его сложность часто приводит к тому, что ремонтные бригады не хотят возиться с ним во время капитального ремонта.
Несмотря на общий успех, все Q2 были выведены из эксплуатации к 1951 году. С дизелизацией они были очевидными первыми целями, которые должны были быть сняты, поскольку они были лишь немного более мощными , чем обычные J1 класса 2-10-4 , но с гораздо более высоким ходом. затраты и эксплуатационные нагрузки.
Успешный французский дуплекс [ править ]
Во Франции дуплексный типа прославил десять 2-4-6-2 (151A) составных локомотивов , построенных в 1932 году для компании Париж-Лион-Марсель (PLM) для перевозки тяжелых грузовых поездов на 0,8% в классемежду Ле Лаумом и Дижоном. Производительность была настолько хорошей, что компания хотела заказать больше двигателей, но национализация железных дорог в 1938 году остановила все проекты. Эти дуплексные двигатели оснащались поворотно-кулачковыми клапанами Lenz-Dabeg, а вскоре после этого и двойным выхлопом. Цилиндры низкого давления приводили в движение первую соединенную ось, а цилиндры высокого давления - вторую группу осей. Обе группы машинистов были связаны с внутренними шатунами через внутренние кривошипы у 2-го и 3-го машинистов, что делало этот локомотив настоящим 2-10-2. Ведущие колеса имели диаметр 1,50 м (4 фута 11 дюймов). Максимально допустимая скорость составляла 53 мили в час (85 км / ч). Во время испытаний 19 декабря 1933 года двигатель развивал на дышле чуть более 3000 л.с. (2200 кВт).на расстояние 37 миль (60 км) и скорость не менее 46 миль в час (74 км / ч) без переутомления. В обычном режиме эти двигатели могут тянуть 1375 коротких тонн (1228 длинных тонн; 1247 тонн), выдерживая 31 милю в час (50 км / ч) при максимальной отметке 0,8% по Блейзи. После электрификации линии 151A были отправлены на вооружение на северо-восток Франции. Они были сняты с вооружения в 1956 году и списаны .
Окончание [ править ]
Дуплексные локомотивы не выживают. Даже сегодня их успех и то, можно ли было заставить их хорошо работать, имея достаточно времени и усилий, является спорным вопросом. Распространенный вывод состоит в том, что проблемы обычного паровоза не были такими неразрешимыми, как полагал Болдуин, и что дуплексная конструкция привносила столько же проблем, сколько решала.
Некоммерческая группа, известная как T1 Trust, находится в процессе строительства нового дуплексного локомотива, Pennsylvania Railroad T1 под номером 5550 , намереваясь использовать конструктивные усовершенствования послевоенной паровой эпохи, которые не использовались или редко тестировались на ранее существовавших T1, в надежде создать лучшие рабочие характеристики. Предполагаемый год завершения проекта - 2030 год. [1]
Ссылки [ править ]
- Краверо, Карло (2011). "Le locomotive a vapore americane tipo Duplex = американские паровозы: дуплекс". Ingegneria ferroviaria (на итальянском и английском языках). 66 (5): 413–447.
- Рид, Брайан (июнь 1972 г.). Профиль Локо 24: Пенсильвания Дуплекс . Публикации профиля.
- Штауфер, Элвин (1962). Пенси Пауэр . Штауфер. LOC 62-20872.
- Вилен, Л. М. (1971). L'évolution du matériel moteur et roulant de la Cie. PLM . Винсент, Fréal et Cie Paris.
- Примечания
- ^ «Раздел часто задаваемых вопросов - Доверие T1» . Трест паровозов Пенсильванской железной дороги T1. 2016 г.
