Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Британский LMS Stanier Class 5 4-6-0 Локомотив No. 4767, демонстрирующий экспериментальный клапанный механизм Стефенсона, необычно установленный вне рам.
Простая шестеренка Стефенсона с частичной отсечкой

Стефенсон клапанного механизм или Стефенсон ссылка или ссылка сдвига [1] является простой конструкцией клапанного механизма , который широко используется во всем мире для различных видов паровых двигателей . Он назван в честь Роберта Стивенсона [2], но был изобретен его сотрудниками.

Историческая справка [ править ]

В течение 1830-х годов самый популярный привод клапана для локомотивов был известен как движение щелчка в Великобритании и движение с V-образным крюком в США [3]. Это движение включало два набора эксцентриков и стержней для каждого цилиндра; один эксцентрик был настроен на движение двигателя вперед, а другой назад, и один или другой мог соответственно взаимодействовать со штифтом, приводящим в движение распределительный клапан, с помощью выступов: - клиновидные концы эксцентриковых стержней, которые, как предполагается, захватывают коромысло привод стержня клапана в любое его положение. Это был неуклюжий механизм, сложный в эксплуатации, он давал только фиксированные срабатывания клапана.

Внутри клапанного механизма Стивенсона применительно к французскому локомотиву со смешанным движением 0-6-0 вне цилиндра (Midi 801) в 1867 году.

В 1841 году два сотрудника локомотивного завода Стефенсона , чертежник Уильям Хоу и модельер Уильям Уильямс, предложили простой способ замены выступов на вертикальное звено с прорезями, поворачивающееся на обоих концах к концам эксцентрических стержней. Для того, чтобы изменить направление, ссылка и стержень концов были телесным поднимать или опускать с помощью уравновешенного коленчатого рычага работают с помощью досягаемости стержня , который подключен к его реверсивному рычагу. Это не только упростило реверсирование, но и стало понятно, что шестерню можно поднимать или опускать небольшими приращениями, и, таким образом, комбинированное движение эксцентриков «вперед» и «назад» в разных пропорциях будет способствовать более короткому ходу клапана, отсекаявпуск пара раньше в такте и использование меньшего количества пара для расширения в цилиндре, используя свою собственную энергию вместо того, чтобы продолжать вытягивать из котла. Стало практикой запускать двигатель или преодолевать подъемы при длительной отсечке, обычно около 70-80% максимального рабочего хода, и сокращать отсечку по мере увеличения импульса, чтобы извлечь выгоду из экономии за счет расширенной работы и эффекта увеличенного опережения и подъема. более высокая степень сжатия в конце каждого хода. Этот процесс широко известен как «объединение» или «надрезание».последнее, потому что реверсивный рычаг может удерживаться в точных положениях с помощью защелки на рычаге, зацепляющего выемки в квадранте; термин прижился даже после введения винтового реверсора. Еще одним неотъемлемым преимуществом шестерен Стефенсона, отсутствующим в большинстве других типов, был переменный шаг. В зависимости от расположения шестерни можно было значительно снизить сжатие и противодавление в конце каждого хода поршня при работе на низкой скорости на полной передаче; еще раз, когда был получен импульс, а отсечка сократилась, поэтому упор был автоматически продвинут, а сжатие увеличилось, амортизируя поршень в конце каждого хода и нагревая оставшийся захваченный пар, чтобы избежать падения температуры в свежей загрузке входящего пара.

Американские локомотивы повсеместно использовались внутри клапанного механизма Стефенсона, помещенного между рамами примерно до 1900 года, когда он быстро уступил место движению за пределами Уолшартса . В Европе шестерня Стефенсона могла быть размещена либо вне ведущих колес и приводилась либо эксцентриками, либо возвратными кривошипами, либо между рамами, приводимыми от оси через эксцентрики, как это было в большинстве случаев в Великобритании.

Приложения [ править ]

Абнер Добл [4] считал клапанный механизм Стивенсона: «(...) наиболее универсально подходящий клапанный механизм из всех, поскольку он может быть разработан как для длинной конструкции двигателя, так и для короткой. Это может быть очень простой клапанный механизм и по-прежнему быть очень точным, но его большим преимуществом является то, что его точность является автономной, поскольку точное соотношение между его точками опоры (эксцентрики на валу, крейцкопф клапана и рычаг подвески рычага) мало влияют на движение клапана По мнению автора, его использование на двигателях, в которых все цилиндры расположены в одной плоскости, представляет собой лучший выбор ».Еще одно преимущество механизма Stephenson, присущее системе, - это переменное опережение: обычно ноль на полной передаче и увеличивается при сокращении отсечки. Следующим недостатком шестерни Стефенсона является то, что она имеет тенденцию к чрезмерному сжатию в конце хода, когда используются очень короткие отсечки, и поэтому минимальная отсечка не может быть такой же низкой, как на локомотиве с шестерней Уолшертса. . Более длинные эксцентриковые стержни и более короткое звено уменьшают этот эффект.

Клапанная передача Стефенсона - это удобное устройство для любого двигателя, которому необходимо реверсировать, и широко применялось в железнодорожных локомотивах, тяговых двигателях , двигателях паровых вагонов и в стационарных двигателях, которым необходимо было реверсировать, например, в двигателях прокатных станов. Его использовали на подавляющем большинстве судовых двигателей. Great Western Railway используется Стивенсон передач на большинстве своих локомотивов, хотя позже четыре-цилиндровые двигатели используются внутри Walschaerts передач.

Детали шестерни принципиально различаются расположением расширительного звена. В ранней практике локомотивов концы эксцентриковых стержней поворачивались на концах звена, в то время как в морских двигателях шарниры эксцентриковых стержней устанавливались за пазом звена (или ниже на вертикальном двигателе). Они стали известны соответственно как «локомотивное звено» и «пусковое звено». Пусковое звено заменило тип локомотива, поскольку оно обеспечивает более прямой линейный привод на шток поршня на полной передаче и позволяет увеличить ход клапана в заданном пространстве за счет уменьшения размера эксцентрика, необходимого для данного движения. Звенья стартового типа были довольно универсальными для американских локомотивов с 1850-х годов, но в Европе, хотя и возникли еще в 1846 году, они не получили широкого распространения примерно до 1900 года.В более крупных судовых двигателях обычно использовались более громоздкие и более дорогие судовые двухстворчатые рычаги, которые имеют большую поверхность износа и улучшают работу клапана за счет минимизации геометрических компромиссов, присущих пусковому звену.

В Соединенном Королевстве на локомотивах с клапанным механизмом Стивенсона он обычно устанавливался между рамами локомотивов. В 1947 году Лондонская, Мидлендская и Шотландская железные дороги построили серию своих локомотивов Stanier Class 5 4-6-0 , большинство из которых имели клапанный механизм Walschaerts, который был нормальным для этого класса, но один из них - нет. 4767, имел клапанный механизм Стефенсона, установленный вне колес и рам. Вместо эксцентриков использовались кривошипы с двойным возвратом для приведения в движение эксцентриковых стержней, а также расширительное звено пускового типа. Этот стоил 13 278 фунтов стерлингов, что примерно на 600 фунтов стерлингов больше, чем те, которые были построены в то же время с клапанным механизмом Walschaerts. Целью эксперимента было выяснить, может ли клапанный механизм с переменным опережением (в отличие от постоянного опережения движения Уолшартса) влиять на производительность. На испытаниях у него не было никаких преимуществ, хотя при нормальной эксплуатации он заработал репутацию хорошего исполнителя в банках. [5] [6] [7] [8] [9]

Производные [ править ]

В качестве гармонической клапанной передачи оптимальным можно считать схему Стефенсона. Тем не менее, тот факт, что звено нужно было физически переместить, чтобы повернуть вспять, означал, что он требовал значительного вертикального зазора. Во время его появления в мире локомотивов считалось важным поддерживать центр тяжести и, следовательно, центральную линию котла как можно ниже. Поскольку клапанные механизмы в Великобритании обычно размещались между рамами под котлом, чрезвычайно стесненные условия делали клапанные механизмы недоступными для обслуживания. Кроме того, реверсирование могло быть трудоемким занятием, поскольку требовало подъема веса звена и концов эксцентриковых стержней. Для решения этих проблем были разработаны два основных варианта:

Клапан Гуча [ править ]

Внешняя клапанная передача Гуча применительно к французскому внешнему экспресс-локомотиву 2-4-0 (Midi № 51) в 1878 году.

В клапанном механизме Гуча (изобретенном Дэниелом Гучемв 1843 г.) функции реверса и отключения были достигнуты путем подъема или опускания радиусного стержня, который соединял стержень клапана с «неподвижным» звеном, поворачивающимся вокруг фиксированной точки. К преимуществам были отнесены меньшая высота шестерни и более легкий ход, поскольку рычаг реверса требовался только для подъема веса радиусной штанги. Это означало, что звено было выпуклым (по отношению к эксцентрикам), а не вогнутым. Клапанная шестерня Гуча имела недостаток углов между шпинделем клапана и эксцентриковым штоком на полной передаче, тогда как в лучших формах шестерни Стефенсона тяга была прямой. Механизм Гуча давал постоянное преимущество при любой отсечке. Это было замечено как недостаток, когда аналогичные локомотивы, оснащенные механизмами Гуча или Стивенсона, сравнивались в эксплуатации [10] Снаряжение Gooch никогда не было популярным в Великобритании, за исключением одного или двух инженеров вплоть до 1860-х годов, но во Франции это было довольно распространено.

Редуктор клапана Allan с прямой связью [ править ]

Клапанная передача с прямым рычагом Allan (изобретенная Александром Алланом в 1855 году) объединила в себе особенности шестерен Стефенсона и Гуча. Функции реверса и отключения были достигнуты за счет одновременного подъема радиального стержня и опускания тяги или наоборот. Как и в случае с шестерней Gooch, это сэкономило место, но шестерня Allan давала характеристики, близкие к характеристикам Stephenson. Кроме того, прямое удлинительное звено упростило изготовление. Опять же, шестерни Allan не часто использовались в Великобритании, но довольно распространены на континенте. Известные примеры Великобритании являются Great Western Railway «сек 1361 и 1366 классов и узкоколейная Ffestiniog Railway » s 0-4-0TT класса (которые были произведеныGeorge England and Co. ) и оригинальные локомотивы Talyllyn Railway для узкоколейных железных дорог Talyllyn и Dolgoch (которые производились Fletcher, Jennings & Co. ).

См. Также [ править ]

  • Клапанный редуктор Walschaerts, изобретенный бельгийским инженером-железнодорожником Эгиде Вальшартсом в 1844 году, стал наиболее широко используемым клапанным редуктором в Европе и Северной Америке.
  • Клапанный редуктор Бейкера изобретен американскими инженерами в 1903 году и широко используется в Северной Америке.
  • Клапанный механизм Caprotti, изобретенный в начале 1920-х годов итальянским архитектором и инженером Артуро Капротти на основе автомобильных клапанов, использует распределительные валы и тарельчатые клапаны. Считается более эффективным, чем любой другой метод.

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Snell, JB (1971). Машиностроение: Железные дороги, Longman & Co, Лондон
  2. ^ "Архивная копия" . Архивировано 15 ноября 2015 года . Проверено 5 ноября 2015 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  3. ^ Уайт, Джон Х. младший (1968): История американского локомотива, его развитие: 1830-1880; Дуврское переиздание 1979 года, ISBN 0-486-23818-0 , оригинал опубликован Johns Hopkins Press. 
  4. ^ Walton JN (1965-74) Doble паровые автомобили, автобусы, Грузовые автомобили и Вагоны. "Light Steam Power", остров Мэн, Великобритания; п. 196.
  5. ^ Роуледж, Джон Вестбери Питер; Рид, Брайан (1984) [1977]. Станье 4-6-0 LMS . Ньютон Эббот: Дэвид и Чарльз . С. 62–63. ISBN 0-7153-7385-4.
  6. ^ Нок, OS (1989). Великие паровозы ЛМС . Веллингборо: Патрик Стивенс Лтд., Стр. 256–7. ISBN 1-85260-020-9.
  7. ↑ Хант, Дэвид; Джеймс, Фред; Essery, RJ ; Дженнисон, Джон; Кларк, Дэвид (2004). Профили локомотивов LMS, № 6 - Смешанный транспортный класс 5 - №№ 5225–5499 и 4658–4999 . Дидкот: Дикий лебедь. С. 39–43, 85. ISBN 1-874103-93-3.
  8. ^ Дженнисон, Джон; Кларк, Дэвид; Хант, Дэвид; Джеймс, Фред; Эссери, RJ (2004). Дополнение к рисунку к профилю локомотива LMS № 6 - Смешанный транспортный класс 5 - часть 2, ном. 5225–5499 и 4658–4999 . Дидкот: Дикий лебедь. С. 28–29, 31. ISBN 1-874103-98-4.
  9. ^ Дженнисон, Джон (2015). Подробная история The Stanier Class Five 4-6-0s Volume 2 - на 45472–45499, 44658–44999 . Локомотивы ЛМС. Maidenhead: RCTS . С. 13, 92–94. ISBN 978-0-901115-99-7.
  10. ^ Холкрофт, Гарольд (1957). Краткое описание локомотивной практики Великого Запада 1837-1947 гг .; Locomotive Publishing Co Ltd, Лондон, Великобритания стр.20.

Внешние ссылки [ править ]

  • Схема стандартного клапанного механизма Stephenson.
  • Устранение неисправностей клапанного механизма Stephenson со схемами.