Duplexní lokomotiva - Duplex locomotive

Detailní záběr na druhou sadu válců na PRR S1 .

Duplexní lokomotiva je parní lokomotiva , která rozděluje hnací sílu na kola pomocí dvou párů válců pevně namontovaných na jedné lokomotivy rámu ; není to kloubová lokomotiva . Koncept byl poprvé použit ve Francii v roce 1863, ale byl vyvinut zejména počátkem 30. let společností Baldwin Locomotive Works , největší komerční stavitel parních lokomotiv v Severní Americe , pod dohledem tehdejšího hlavního inženýra Ralpha P. Johnsona .

Před tím se termín duplexní lokomotiva někdy aplikoval na kloubové lokomotivy obecně.

Nevýhody dvouválcového lokomotivy

Zatímco boční tyče lokomotivy (UK: spojovací tyče) mohou být zcela vyváženy závažími na hnacích kolech, protože jejich pohyb je zcela rotační, vratné pohyby pístů, pístních tyčí , hlavních tyčí a ventilového převodu nelze v tomto vyvážit způsob. Dvouválcová lokomotiva má své dvě kliky „na čtvrtky“ - nastavené na 90 ° od sebe - takže čtyři silové zdvihy dvojčinných pístů jsou rovnoměrně rozloženy po celém cyklu a nejsou tam žádné body, ve kterých jsou oba válce nahoře nebo dolní úvrať současně. Čtyřválcová lokomotiva může být zcela vyvážena v podélné a svislé ose, i když existují určité kývavé a krouticí pohyby, které lze řešit v zavěšení a vystředění lokomotivy; tříválcová lokomotiva může být také lépe vyvážena, ale dvouválcová lokomotiva vyvážená pouze pro rotaci narazí dopředu a dozadu. K tlumení lze přidat další vyvažovací závaží - „overbalance“, ale za cenu přidání svislých sil, které jsou technicky známé jako „dynamické zvětšení“ a hovorově jako „ úder kladivem “. To může být pro trať extrémně škodlivé a v extrémních případech může ve skutečnosti způsobit, že hnací kola zcela opustí trať. Čím těžší je vratný stroj, tím větší jsou tyto síly a tím větší je problém.

Duplexní řešení

V Evropě byl tento problém často překonán rozdělením pohonu mezi vnitřní a vnější válce, nebo použitím kloubových lokomotiv , i když v té době nebylo možné provozovat jeden stabilně rychlostí vyšší než 80 km / h. Americké železnice se ukázaly jako neochotné používat lokomotivy s vnitřními válci, takže problém s vyvážením nemohl být vyřešen přidáním více válců na spojenou dvojkolí. Jak se lokomotivy zvětšovaly a mohutňovaly, jejich pístové mechanismy musely být silnější a tím i těžší, a problémy v nerovnováze a úderu kladiva se tak staly vážnějšími. Důležitým faktorem byla také rychlost, protože síly byly při vyšších rychlostech kol stále silnější a ničivější. Ralph P. Johnson myslel, že rostoucí velikost a pístové tyče stávajících expresních osobních lokomotivy nebylo možné udržet s konvenční vedlejších pak 4-8-4 uspořádání 2-válec. Kromě toho se přesvědčil, že jeden pár válců s konvenčními ventilovými převody a pístovými ventily se blíží limitům z hlediska průtoku páry.

0-6-6-0T duplexní lokomotiva postavená Julesem Petietem v roce 1863

Nejdříve se pokusil o duplexní lokomotivu tankovou lokomotivu 0-6-6-0 navrženou Julesem Petietem v roce 1863 pro francouzskou severní železnici , ale myšlenka nebyla udržována. Inovace tuhších závěsů, které umožňovaly pouze vodorovné kyvné pohyby a nikoli kroucení nebo svislý pohyb, však byla od společnosti ALCO a nebyla vidět až do roku 1936 v soutěži Union Pacific Challenger .

Místo toho přišel nápad mít více skupin válců a hnaných kol namontovaných v jednom pevném rámu. „Duplexní“ verze modelu 4-8-4 by byla model 4-4-4-4 , přičemž osm hnacích kol je rozděleno do dvou skupin po čtyřech, z nichž každá má vlastní sadu válců a převodů ventilů. Vratný hmotnost obou sad by byla podstatně menší než jedné sady na 4-8-4, jelikož by byly za méně stresu a jemnější pístové výpady. Válce mohou být menší, ale mohou mít větší a účinnější ventily. Nejviditelnějším kompromisem bylo, že v Baldwinově navrhované konstrukci byl tuhý rozvor delší, protože druhá sada válců musela být mezi dvěma sadami řidičů. To bylo dost znepokojující pro mnoho silnic, pro které současné lokomotivy dostatečně zdaňovaly, aby duplexní nápad odmítly.

Baltimore a Ohio třída N-1 # 5600 George H. Emerson

Jediný příklad třídy N-1.

První cestou, jak tuto myšlenku použít, byla železnice Baltimore a Ohio , která v letech 1932–33 odmítla návrh Baldwina, ale poté bez pomoci Baldwina vybudovala ve vlastních obchodech železnice jeden Baltimore a Ohio Class N-1 , č. 5600 George H. Emerson. . Lokomotiva byla dokončena v květnu 1937 a podařilo se jí zachovat stejný spřažený rozvor kol jako současný 4-8-2 s na silnici tím, že má druhou sadu válců obrácenou, namontovanou vedle topeniště a pohánějící druhou sadu spřažených kol dopředu. To se ukázalo jako méně než ideální, velikost válců a topeniště jsou omezeny tímto umístěním, dlouhé parní kanály se ukázaly jako problematické a válce trpí prachem a teplem blízkého topeniště.

Lokomotiva byla v lehkém provozu a testována až do odstoupení v roce 1943. Nebylo dost úspěšné, aby B&O projevilo další zájem.

PRR třída S1

S1 na světové výstavě v New Yorku v roce 1939 .

Dalším využitím typu duplex byl singl S1 společnosti Pennsylvania Railroad , který byl navržen tak, aby splňoval požadavek na provozování 1 200 malých tun (1070 velkých tun; 1090 t) vlaku při rychlosti 160 km / h na rovné trati a schopných snadno zrychlit na tuto rychlost. V nadbytku 4000 hp (3.0 MW) bylo nutné pro tento požadavek, a setkat se s ním Baldwin a PRR vytvořené možná největší parní lokomotiva cestující někdy postavený, příjemná 6-4-4-6 lokomotivy 140 stop 2 ¹ / ₂  palce ( 42,74 m) dlouhý a vážící 10 600 000 lb (480 000 kg) s měkkým povrchem. Ve skutečnosti byl příliš velký na to, aby fungoval přes většinu systému PRR, a byl uveden do provozu pouze mezi Chicagem v Illinois a Crestline v Ohiu (446 km). V provozu po prosinci 1940 se ukázalo jako silné a schopné, ale náchylné k prokluzu a prudkému nárůstu, což předznamenalo problémy s pozdějšími duplexními designy. Celkově byly jeho nedostatky odepsány jako pouhé zubní potíže raného prototypu prvního řezu. Byl vyřazen z provozu v roce 1946. Tato lokomotiva dostala přezdívku „The Big Engine“  

PRR třída T1

Prototyp T1 PRR 6110 v Baldwin Locomotive Works v roce 1942.

S1 nepředstavoval Baldwinovy ​​skutečné touhy po typu, ale v konstrukci T1 , jehož dva prototypy byly objednány v červenci 1940, dostal Baldwin mnohem větší svobodu. Požadavky PRR byly použití topeniště Belpaire a Franklinova oscilační vačková ventilová převodovka . Dva, # 6110 a # 6111, byly dodány v dubnu a květnu 1942. Testování opět prokázalo, že jsou silné a schopné, ale nejsou si jisté.

T1 číslo 6110 na stanici Chicago Union Station .

Jakmile byla v únoru 1945 zmírněna válečná omezení výroby osobních lokomotiv, PRR zadala objednávku na 50 příkladů výroby. Byl to osudový krok, protože problémy, které se vyskytly u prototypů, nebyly vyřešeny ani nebyly testovány s takovou intenzitou, aby byla zajištěna spolehlivost výroby. Produkční lokomotivy se lišily v detailech ve svých aerodynamických pláštích a v zavěšení ve snaze zvýšit přilnavost.

Problémy se projevily velmi brzy. Lokomotivy byly neuvěřitelně náchylné k prudkému prokluzu kol, a to nejen při rozjezdu, ale také při rychlosti. Rozdělení pohonu na dvě skupiny znamenalo, že každá skupina mnohem pravděpodobněji sklouzla. Byla vyvinuta teorie, že rychlejší a „ostřejší“ otevírání ventilů s talířovými ventilovými převody problém ještě prohloubilo. Horší je, že takové prudké vysokorychlostní prokluzování by mohlo poškodit součásti převodovky ventilu. To byl hlavní problém lokomotivy s talířovým ventilovým převodem, protože na rozdíl od známých pístových ventilů a vnějšího ventilového převodu Walschaerts jiných lokomotiv bylo mnoho komponent v rámu téměř nepřístupných. Jejich složitost znamenala, že dostupnost a spolehlivost se ukázaly jako špatné, a přestože velmi schopný lokomotivní inženýr (řidič) dokázal z T1 vytěžit skvělý výkon, v provozu se ukázaly jako poměrně neúspěšné.

Zda byly problémy vyřešitelné, bylo od té doby sporné. Je nepopiratelné, že PRR se velmi brzy nestaral; mnohem jednodušší řešení dieselové lokomotivy bylo přijato během několika měsíců od dodání výrobních lokomotiv a do 2 let byly všechny hlavní osobní vlaky taženy naftou. T1s strávil několik dalších let v menší službě, než byl stažen na počátku roku 1950.

PRR Q1

PRR také požadovala uplatnění duplexního principu na nákladní dopravu a Q1 byl prvním experimentem v tomto směru. Byla to rychlá nákladní lokomotiva 4-6-4-4 dodaná v květnu 1942. Stejně jako George H. Emerson společnosti B & O měla druhou dvojici válců obrácenou dozadu a všechny byly vybaveny standardním ventilovým převodem Walschaerts. Kola měla průměr 77 palců (1,956 m) (nevhodná pro přepravu nákladu) a motor byl upraven spíše jako motor pro cestující. Zefektivnění bylo později odstraněno, protože omezovalo údržbu. Problematické byly také válce směřující dozadu, částečně kvůli nepohodlnému umístění přímo pod topeništěm motoru. Velké ovladače a menší než odpovídající plocha roštu topeniště také mohly přispět k dalším problémům. Omezená velikost topeniště byla také přímým účinkem dozadu směřujících válců. Osamělý Q1, PRR 6130, byl postaven v továrně Altoona Works společnosti PRR v roce 1942 a vyřazen z provozu v roce 1946.

PRR Q2

Koncem roku 1944 následovaly výrobní lokomotivy, ale ty se lišily, poučení o tom, že dozadu směřující válce vedle topeniště byly špatným nápadem. Produkční lokomotivy Q2 byly uspořádání 4-4-6-4 ; byly to největší nekloubové lokomotivy, jaké kdy byly postaveny, a nejvýkonnější lokomotivy, které byly kdy staticky testovány, produkující 7 987 hp (5 956 kW) ve statickém zkušebním zařízení PRR. Lokomotivy Q2 byly také nejsilnější parní lokomotivou, která byla kdy postavena s deseti hnacími koly. V provozu mohla Q2 překonat již existující nákladní motory přepravující dvojnásobnou tonáž svých předchůdců. Kromě toho Q2 neměl problémy s vytvářením parní energie a bylo známo, že je velmi hladkým motorem. Dvacet šest z nich bylo vyrobeno v továrně Altoona Works společnosti PRR a šlo o zdaleka nejúspěšnější duplexní typ. Proti duplexní náchylnosti k prokluzu bojoval automatický kontrolní mechanismus prokluzu, který snižoval výkon skluzové jednotky. Mechanismus kontroly prokluzu nebyl vždy citlivý a jeho složitost často vedla k tomu, že posádky údržby nechtěly s ním během generálních oprav obtěžovat.

Navzdory celkovému úspěchu byly Q2 všechny mimo provoz do roku 1951. S naftou byly zřejmými prvními cíli, které měly být staženy, protože byly jen o něco schopnější než běžné třídy J1 2-10-4 , ale s mnohem vyšším chodem náklady a náklady na údržbu.

Úspěšný francouzský duplex

Ve Francii proslavil duplexní typ deset složených lokomotiv 2-4-6-2 (151A) vyrobených v roce 1932 pro společnost Paris-Lyons-Marseilles (PLM) k přepravě těžkých nákladních vlaků ve třídě 0,8% mezi Lesem Laumes a Dijon. Výkon byl tak dobrý, že společnost chtěla objednat více motorů, ale znárodnění železnic v roce 1938 zastavilo všechny projekty. Tyto duplexní motory byly vybaveny pohybem rotačního vačkového ventilu Lenz-Dabeg a brzy nato dvojitým výfukem. Nízkotlaké válce poháněly první spojenou nápravu a vysokotlaké válce druhou sadu náprav. Obě skupiny řidičů byly spojeny s vnitřními ojnicemi skrz vnitřní kliky na 2. a 3. řidiči, takže tato lokomotiva byla skutečným 2-10-2. Hnací kola měla průměr 1,50 m (4 ft 11 v). Nejvyšší přípustná rychlost byla 85 km / h. Při testu z 19. prosince 1933 vyvinul motor na oji o něco více než 3 000 hp (2200 kW) na vzdálenost 60 km a rychlost nejméně 74 km / h bez přepracovaní. V běžné službě mohly tyto motory přepravit 1 375 malých tun (1 228 tun dlouhé; 1 247 t), přičemž na vrcholu stupně 0,8% Blaisy udržovaly rychlost 50 km / h. Po elektrifikaci trati byly lodě 151A odeslány do služby v severovýchodní Francii. Byly vyřazeny z provozu v roce 1956 a vyřazeny .

Konec

Žádné duplexní lokomotivy nepřežily. Dokonce i dnes je jejich úspěch a to, zda je bylo možné přimět k tomu, aby dobře fungovaly při dostatečném čase a úsilí, je kontroverzní téma. Obecným závěrem je, že problémy konvenční parní lokomotivy nebyly tak neřešitelné, jak věřil Baldwin, a že duplexní uspořádání přineslo tolik problémů, kolik vyřešilo.

Nezisková skupina známá jako T1 Trust je v procesu výstavby nové duplexní lokomotivy, Pennsylvania Railroad T1 s číslem 5550 , která má v úmyslu využít konstrukční vylepšení z poválečné éry páry, která nebyla použita nebo zřídka testována na již existujících T1 v naději na vytvoření lepší výkonové charakteristiky. Odhadovaný rok dokončení projektu je 2030.

Reference

• Cravero, Carlo (2011). "Le locomotive a vapore americane tipo Duplex = americké parní lokomotivy: Duplex". Ingegneria ferroviaria (v italštině a angličtině). 66 (5): 413–447.
• Reed, Brian (červen 1972). Loco profil 24: Pennsylvania Duplexii . Profilové publikace.
• Staufer, Alvin (1962). Pennsy Power . Staufer. LOC 62-20872.
• Vilain, LM (1971). L'évolution du matériel moteur et roulant de la Cie. PLM . Vincent, Fréal et Cie Paris.

Poznámky