Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Комплект клапанного механизма Walschaerts на 60163 Tornado . Обратите внимание, что радиусная планка установлена ​​в обратном направлении.

Клапанный механизм Walschaerts представляет собой тип привода клапанов , изобретенный бельгийской железной дороги инженер - механик Эджид Вальсхарт в 1844 используется для регулирования потока пара для поршней в паровых двигателях . Шестеренку иногда называют без последней буквы «s», поскольку она была неправильно запатентована под этим именем. Он широко использовался в паровозах с конца 19 века до конца эры пара.

История [ править ]

Swindon, Marlborough and Andover Railway Single Fairlie 0-4-4T 1878 года. Это был первый британский локомотив, оснащенный клапанной передачей Walschaerts.

Клапанный механизм Walschaerts медленно набирал популярность. Клапанный механизм Stephenson остается наиболее часто используемыми клапанный механизм на локомотивах 19-го века. Тем не менее, клапанный механизм Walschaerts имел то преимущество, что его можно было монтировать полностью снаружи локомотивов, оставляя пространство между рамами свободным и обеспечивая легкий доступ для обслуживания и регулировки, что привело к его применению в некоторых локомотивах с сочлененной рамой .

Первый локомотив, оснащенный клапанным редуктором Walschaerts, был построен в бельгийских мастерских Tubize и был награжден золотой медалью на Всемирной выставке 1873 года в Вене .

В 1874 году Новозеландские железные дороги заказали два локомотива класса B NZR . Это были локомотивы Double Fairlie , поставляемые Avonside ; первое использование клапанного механизма Walschaerts в Новой Зеландии и, вероятно, первый случай, когда его поставил британский производитель. Они были Кейп-калибром .

Мейсон выдвижным , модифицированный Фэрли локомотив 1874 г., был первым , чтобы использовать механизм Walschaerts в Северной Америке .

Первое применение в Великобритании было на Single Fairlie 0-4-4T, выставленном в Париже в 1878 году и приобретенном Swindon, Marlborough и Andover Railway в марте 1882 года. [1] По словам Аронса, [2] локомотив видел очень мало. обслуживания, поскольку никто, кажется, не знал, как настроить клапаны, и это привело к огромному потреблению угля.

В 20-м веке клапанный механизм Walschaerts [3] был наиболее часто используемым типом, особенно на больших локомотивах. В Европе его использование было почти универсальным, в то время как в Северной Америке редуктор Walschaerts значительно превосходил по численности своего ближайшего конкурента, производный редуктор Baker .

В Германии и некоторых соседних странах, таких как Польша и Чехословакия, механизм Walschaerts обычно называют клапанным механизмом Heusinger в честь Эдмунда Хойзингера фон Вальдегга , который самостоятельно изобрел механизм в 1849 году. Изобретение Вальшертса максимально приближено к окончательной форме.

Цель [ править ]

Клапанный механизм Walschaerts является усовершенствованием более раннего клапанного механизма Stephenson в том смысле, что он позволяет водителю управлять паровым двигателем в непрерывном диапазоне настроек от максимальной экономии до максимальной мощности. При любой настройке клапанный механизм удовлетворяет следующим двум условиям:

  • Клапан открывается, пропуская пар в цилиндр непосредственно перед началом хода поршня. Давление этого пара обеспечивает движущую силу.
  • Вскоре перед тем, как пространство на одной стороне поршня начинает сокращаться, клапан начинает выпускать пар из этого пространства в атмосферу, чтобы не препятствовать движению поршня.

В экономичном режиме пар поступает в расширяющееся пространство только на часть хода; в точке, установленной водителем, впуск перекрывается. Поскольку выхлоп также закрыт, во время остальной части хода пар, вошедший в цилиндр, изолированно расширяется, и его давление снижается. Таким образом, используется наибольшая часть энергии пара (при отсутствии конденсатора ).

Клапанный механизм Walschaerts позволяет водителю двигателя изменять точку отсечки без изменения точек начала впуска.

Экономия также требует, чтобы дроссельная заслонка была широко открыта, а давление в котле было на максимально безопасном уровне, чтобы максимизировать тепловой КПД . Для экономии используется паровой двигатель такого размера, чтобы наиболее экономичные настройки обеспечивали нужное количество энергии большую часть времени, например, когда поезд движется с постоянной скоростью по ровному пути.

Когда требуется большая мощность, например, при увеличении скорости при выходе из станции и при подъеме по уклону, шестерня клапана Walschaerts позволяет водителю двигателя установить точку отсечки ближе к концу хода, так что полное давление в котле действует на поршень почти на весь ход. При такой настройке, когда выхлоп открывается, пар в цилиндре почти достигает полного давления в бойлере. Давление пара в этот момент бесполезно; он вызывает внезапный импульс давления в атмосферу и тратится впустую.

Этот внезапный импульс давления вызывает громкий звук «чуу», который у представителей общественности ассоциируется с паровыми двигателями, потому что они чаще всего сталкиваются с двигателями на станциях, где эффективность снижается при отъезде поездов. Паровой двигатель, хорошо отрегулированный по эффективности, издает мягкий звук «ххххх», который длится на протяжении всего хода выпуска, при этом звуки двух цилиндров перекрываются, создавая почти постоянный звук.

Движение [ править ]

Walschaerts в движении

Работа клапанного механизма объединяет два движения; один - это движение первичного опережения, которое передается в нижней части комбинированного рычага (12). Вторичное - это направленное / амплитудное движение, которое передается вверху. Учтите, что водитель отрегулировал рычаг реверсирования таким образом, чтобы матричный блок находился на средней передаче. В этом положении вторичное движение исключается, а ход поршневого клапана является самым коротким, что обеспечивает минимальное впрыскивание и выпуск пара. Ход поршневого клапана в два раза превышает длину нахлеста плюс шаг.

Сравните это с тем, когда матричный блок находится внизу расширительного звена (7), обеспечивая максимальное впрыскивание и выпуск пара. Это самая мощная установка для движения вперед, которая используется для ускорения движения вперед из состояния покоя. И наоборот, когда матричный блок находится наверху расширительного звена (7), достигается максимальная мощность в обратном направлении. (На некоторых двигателях матричный блок находился в верхней части рычага на передней передаче. Этот тип обычно использовался на танковых двигателях, которые работали как передним, так и задним ходом одинаково [4] ).

Как только локомотив набрал скорость, машинист может отрегулировать реверсивный механизм в сторону среднего положения, уменьшая отсечку для более экономичного использования пара. Тогда тяговое усилие двигателя меньше, чем было при запуске, но его мощность больше.

Технические детали [ править ]

Ключевые компоненты клапанного механизма Walschaerts:
  1. Эксцентриковый кривошип (Великобритания: кривошип с обратным ходом)
  2. Эксцентриковая тяга
  3. Удлиненная штанга
  4. Подъемное звено
  5. Подъемная рука
  6. Обратный рычаг
  7. Ссылка для расширения
  8. Радиусная полоса
  9. Крейцкопф (Великобритания)
  10. Направляющая штока клапана
  11. Союзная ссылка
  12. Комбинированный рычаг
  13. Шток клапана
  14. Поршневой клапан

Движение основного шага обеспечивается рычагом крейцкопфа (9) и соединительным звеном (11). Этот поворотный стержень передает синфазную составляющую движения нижней части комбинированного рычага (12).

Вторичное направленное / амплитудное движение происходит от механической связи, состоящей из нескольких компонентов.

Эксцентриковый кривошип (UK: возвратный кривошип) (1) жестко прикреплен к шатуну, соединенному с главным ведущим колесом. Обратите внимание, что это единственная подходящая точка крепления на любом из ведущих колес, которая не загрязнена прохождением соединительной тяги или шатуна . Эксцентриковый кривошип имеет такую ​​длину, что штифт, прикрепленный к эксцентриковому стержню (2), на 90 градусов не совпадает по фазе с движением шага.

Эксцентриковый стержень обеспечивает движение расширительному звену (7), которое поворачивается в центре назад к корпусу локомотива. Расширительное звено удерживает радиусный стержень (8), захваченный штампом, который является неотъемлемой частью радиального стержня, но может свободно перемещаться вертикально по ограниченному изогнутому пути вдоль расширительного звена.

Вертикальное положение радиального стержня контролируется в кабине водителем, регулирующим реверсивный механизм, который, в свою очередь, управляет механической навеской; тяга (3), подъемная тяга (4), подъемный рычаг (5), а также рычаг и вал заднего хода (6).

Таким образом, вторичный, не совпадающий по фазе компонент движения, управляемый водителем, передается верхней части комбинированного рычага (12) с помощью радиусной планки (8).

Комбинированный рычаг объединяет эти два движения с результирующим воздействием на шток клапана (13), соответствующим образом удерживаемый направляющей штока клапана (10), которая, в свою очередь, воздействует на поршневой клапан (14).


Впускные клапаны внутри и снаружи [ править ]

Редуктор Walschaerts может быть соединен с внутренними или внешними впускными клапанами. В этой статье до сих пор рассматривались только поршневые клапаны с внутренним впуском, но клапаны с внешним впуском (золотниковые и некоторые поршневые клапаны) могут использовать клапанный механизм Walschaerts. Если клапаны имеют доступ снаружи, радиусный стержень соединяется с комбинированным рычагом под штоком клапана, а не над ним.

Макет [ править ]

Клапан Walschaerts на E6s Пенсильванской железной дороги

Чтобы расположить шестерню Walschaerts, необходимо выбрать пропорции комбинированного рычага. Общее движение штока клапана на средней передаче должно быть симметричным между передней и задней мертвой точкой. Смещение конца соединительного рычага на половину хода поршня должно вызвать смещение штока клапана плюс прихлест клапана. Отношение расстояния от конца соединительного звена до шарнира с радиусным штоком к расстоянию между концом штока клапана и шарниром с радиусным штоком должно быть в той же пропорции, что и половина хода поршня до прихвата клапана плюс шаг.

Затем тот факт, что в средней передаче отверстие клапана должно быть одинаковым для поршня как в передней, так и в задней мертвой точке, используется для определения положения средней передачи шарнира между комбинированным штоком и тяговым штоком. На практике длина шпинделя клапана регулируется, чтобы обеспечить это как часть установки времени. Также размеры рычага шага и нахлеста заданы таким образом, чтобы клапан перемещался вдвое больше, чем на ход клапана.

Когда реверсор находится в положении средней передачи, так как не должно быть наложенного обратного движения кривошипа, паз матрицы расширительного звена должен представлять собой дугу окружности с центром на шарнире средней передачи и радиусом, равным длине радиусного стержня. Это условие не позволяет регулировать шестерню клапана путем изменения длины радиусного стержня.

Теперь необходимо определить ход возвратной рукоятки; Фактический ход, требуемый от кривошипа, определяется размерами расширительного звена.

Варианты [ править ]

Было много вариантов клапанного механизма Walschaerts, в том числе:

  • Редуктор клапана Бейкера
  • Редукторный клапан багулей
  • Клапан Bagnall – Price
  • Клапанный редуктор JT Marshall

См. Также [ править ]

  • Джонсон Бар (локомотив)
  • Номенклатура паровозов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Пески, ТБ; Дженкинс, Стэнли С. (1990) [1959]. Железнодорожный узел Мидленд и Юго-Западный узел . Библиотека истории железных дорог Оквуда (2 - е изд.). Хедингтон: Oakwood Press. С. 37, 43. ISBN 0-85361-402-4. OL16.
  2. ^ Э.Л. Аронс, «Локомотив и поезд, работающие во второй половине XIX века» (Кембридж, Великобритания: Heffer, 1953), Vol. 4-пол. 122
  3. ^ "Железнодорожный музей Дэнбери, бар заднего хода " . Архивировано из оригинала на 2007-05-20 . Проверено 20 июля 2007 .
  4. ^ "Локомотивные клапанные механизмы и установка клапана" (Лондон, Великобритания: Locomotive Publishing Co., 1924), стр. 67

Библиография [ править ]

  • Гринли, Х., "Walschaerts Valve Gear", Маршалл
  • См. Энциклопедию железных дорог, OS Nock, 1977 г. Имя - Walschaert, измененное семьей в 1830 г., когда Бельгия стала независимой от Нидерландов. Он был запатентован под названием Walschaert, потому что именно так оно было написано в 1844 году.
  • Уильям Уоллес Вуд, клапанный механизм локомотива Walschaert; практический трактат о приводном механизме клапана локомотива, первоначально изобретенном Эгидом Уолшертсом, с историей его разработки американскими и европейскими конструкторами двигателей и его эволюции в механически правильную клапанную передачу локомотива современности (englisch; PDF; 2,8 МБ), Нью-Йорк, издательство NW Henley, 1906.

Внешние ссылки [ править ]

  • Демонстрации клапанного механизма Демонстрационные примеры клапанного механизма Чарльза Докстейдера
  • Программа для полуавтоматической компоновки клапанных передач (Онлайн-программа для браузера Firefox - на немецком языке)
  • Видео: простое объяснение клапанного механизма Walschaerts (с наглядным пособием BR Standard Class 5 73096 )
  • Железнодорожный музей Данбери - Данбери, Коннектикут