В железнодорожной терминологии , то удар молота является вертикальной силой , которая попеременно добавляет и вычитает от веса локомотива на колесе. На путь он передается ведущими колесами [1] многих паровозов . Это неуравновешенная сила на колесе (известная как дисбаланс [2] ). Это результат компромисса, когда колеса локомотива неуравновешены относительно смещенных горизонтальных возвратно-поступательных масс, таких как шатуны и поршни., чтобы улучшить езду. Удар молота может вызвать повреждение локомотива и пути, если усилие колеса / рельса достаточно велико. «Динамическое усиление» - это американский термин для обозначения той же силы. [3]
Принципы
Добавление дополнительных грузов на колеса снижает неуравновешенные возвратно-поступательные силы на локомотив, но приводит к его дисбалансу по вертикали, создавая удар молотком. [4]
Локомотивы были сбалансированы для их индивидуальных корпусов, особенно если было построено несколько одинаковых конструкций (класс). [4] Каждый член класса был сбалансирован для его нормальной рабочей скорости. [4] От 40% до 50% возвратно-поступательных грузов с каждой стороны уравновешивались вращающимися грузами в колесах. [3]
Причины
В то время как соединительные тяги из более локомотива может быть полностью уравновешены весами на ведущих колесах , так как их движение полностью вращательное, возвратно - поступательное движение движение поршней, поршневые штоков, основных стержней и привод клапанов не может быть сбалансировано 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 поршня находятся наверху или нижняя мертвая точка одновременно.
Четырехцилиндровый локомотив может быть полностью сбалансирован 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. Для противодействия этому может быть добавлен дополнительный балансировочный груз - «перевес», но за счет добавления вертикальных сил, ударов молота. Это может серьезно повредить гусеницу, а в крайних случаях может привести к тому, что ведущие колеса полностью сойдут с гусеницы.
Чем тяжелее возвратно-поступательное оборудование, тем больше эти силы и тем серьезнее становится проблема. За исключением короткого периода в начале двадцатого века, когда были опробованы сбалансированные составные локомотивы, американские железные дороги не были заинтересованы в локомотивах 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. Более высокие скорости также увеличивают неуравновешенные силы, которые возрастают пропорционально квадрату скорости вращения колеса.
Решения
Одним из решений этого был двойной локомотив , который распределял движущую силу по нескольким наборам поршней, что значительно уменьшало удары молота. Менее удачным оказался паровоз-триплекс .
Советский Союз использовал другое решение для нанесения удара молотком с конструкцией локомотива 2-10-4 (и 2-8-2) . Цилиндры были размещены над центральной ведущей осью и, что наиболее важно, имели конфигурацию с противоположными поршнями (два поршня, фазированные на 180 градусов в одном цилиндре). Таким образом, в отличие от почти всех паровозов, поршни имели штоки на обоих концах, которые передавали мощность на колеса. Идея заключалась в том, чтобы сбалансировать движущие силы на колесах, чтобы противовесы на колесах были меньше и уменьшили «удар молота» по гусенице.
В Соединенном Королевстве Государственный комитет по нагрузкам на мосты исследовал влияние удара молотком на создание напряжений в железнодорожных мостах и необходимость уравновешивания движений внутренних и внешних цилиндров. Использование внутренних цилиндров (что было редкостью в США) приводит к более устойчивому локомотиву и, следовательно, к уменьшению ударов молота. Многие европейские танковые двигатели имели внутренние цилиндры для уменьшения износа гусениц маневрового двора при частой и интенсивной эксплуатации. Однако внешние цилиндры легче обслуживать, и, очевидно, для многих железных дорог США это считалось более важным, чем другие соображения. Затраты на техническое обслуживание , связанные с подходи-недостижимые внутри цилиндров на Юнион Пасифик «с 4-12-2 локомотивов , возможно, ускорило их выхода на пенсию.
Локомотивы на базе паровых двигателей имеют меньшие по размеру и более многочисленные компоненты возвратно-поступательного движения, для которых требуются гораздо более легкие детали, и их легче сбалансировать. О проблемах, связанных с ударами молота, в этих конструкциях не сообщалось, но они возникли в то время, когда железные дороги двигались в сторону дизелизации .
В паровозах отсутствуют поршни, клапанный механизм и другие компоненты продольного возвратно-поступательного движения, позволяющие сбалансировать колеса и шатуны для исключения удара молотком. Паровая турбина локомотивы были опробованы несколько компаний по всему миру в 1930 - х и 1940 - х годах (например, Pennsylvania Railroad «s S2 6-8-6 и СДО» Turbomotive ). Хотя многие из этих турбинных локомотивов имели проблемы в эксплуатации (обычно чрезмерный расход топлива и / или низкая надежность), они действительно не подвергались ударам молота и предлагали способ достижения высокой выходной мощности и скорости без повреждения пути.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Беван, Томас (1945). Теория машин . Longmans, Green and Co. стр. 457.
- ^ Фенглер; Одом; Родос. Динамика рельсовых колес паровозов Часть 2: Механическая балансировка паровозов . Коалиция за устойчивое развитие железных дорог.
- ^ а б Джонсон, Ральф (2002). «XVI». Паровоз . Simmons-Boardman Books, Inc.
- ^ а б в Стритер, Тони (2007). «Испытание предела». Журнал "Паровая железная дорога" . № 336. с. 85.