Dupleks lokomotiv - Duplex locomotive

Nærbilde av det andre settet med sylindere på PRR S1 .

Et tosidig lokomotiv er et damplokomotiv som deler drivkraften på hjulene ved å bruke to par sylindere som er stivt montert på en enkelt lokomotivramme ; det er ikke et ledd lokomotiv . Konseptet ble første gang brukt i Frankrike i 1863, men ble spesielt utviklet tidlig på 1930-tallet av Baldwin Locomotive Works , den største kommersielle byggeren av damplokomotiver i Nord-Amerika , under tilsyn av sin daværende sjefingeniør, Ralph P. Johnson .

Før dette ble begrepet duplekslokomotiv noen ganger brukt på leddlokomotiver generelt.

Ulemper med det to-sylindrede lokomotivet

Mens sidestengene (UK: koblingsstenger) til et lokomotiv kan balanseres fullstendig med vekter på drivhjulene, siden bevegelsen deres er helt roterende, kan ikke stempelstengene, stempelstengene , hovedstengene og ventilutstyret frem og tilbake beveges i dette vei. Et to-sylindret lokomotiv har sine to sveiv "kvartet" - satt til 90 ° fra hverandre - slik at de fire kraftstrekkene til de dobbeltvirkende stemplene fordeles jevnt rundt syklusen, og det er ingen punkter hvor begge sylindrene er øverst eller bunn død sentrum samtidig. Et firesylindret lokomotiv kan balanseres fullstendig i lengde- og vertikale akser, selv om det er noen vippende og vridende bevegelser som kan håndteres i lokomotivets fjæring og sentrering; et tresylindret lokomotiv kan også være bedre balansert, men et to-sylindret lokomotiv som bare er balansert for rotasjon, vil svinge frem og tilbake. Ekstra balansevekt - "overbalanse" - kan tilsettes for å dempe dette, men på bekostning av tilsetning av vertikale krefter, som teknisk er kjent som "dynamisk forsterkning" og i det vanlige som " hammerblåsing ". Dette kan være ekstremt skadelig for banen, og i ekstreme tilfeller kan det faktisk føre til at drivhjulene forlater banen helt. Jo tyngre frem- og tilbakegående maskineri, jo større er disse kreftene, og jo større problem blir dette.

Duplex-løsningen

I Europa ble dette problemet ofte løst ved å dele stasjonen mellom innvendige og utvendige sylindere, ellers ved å bruke leddlokomotiver , selv om det på det tidspunktet ikke ble antatt mulig å kjøre en stabilt på mer enn 50 km / t. Amerikanske jernbaner viste seg å være uvillige til å bruke lokomotiver med innvendige sylindere, så problemet med balanse kunne ikke løses ved å legge til flere sylindere per koblet hjulsett. Etter hvert som lokomotivene ble større og kraftigere, måtte deres frem- og tilbakegående maskineri bli sterkere og dermed tyngre, og dermed ble problemene som følge av ubalanse og hammerslag mer alvorlige. Hastighet spilte også en faktor siden kreftene ble større og mer destruktive ved høyere hjulhastigheter. Ralph P. Johnson mente at den voksende størrelsen og stempelkraften til eksisterende ekspresspassasjelokomotiver ikke kunne opprettholdes med den da konvensjonelle 4-8-4 2-sylindrede utformingen. I tillegg ble han overbevist om at et par sylindere med konvensjonelt ventilutstyr og stempelventiler nærmet seg grensene når det gjelder dampstrøm.

0-6-6-0T dupleks lokomotiv bygget av Jules Petiet i 1863

Det tidligste forsøket på tosidig lokomotiv var et 0-6-6-0 tanklokomotiv designet av Jules Petiet i 1863 for den franske nordlige jernbanen , men ideen ble ikke videreført. Imidlertid var innovasjonen av mer stive hengsler som bare tillot horisontale svingbevegelser og ikke vridning eller vertikal bevegelse, fra ALCO , og ble ikke sett før Union Pacific Challenger i 1936 .

I stedet kom ideen om å ha flere grupper av sylindere og drevne hjul montert i en stiv ramme. En "dupleks" -versjon av en 4-8-4 vil være en 4-4-4-4 , med de åtte drivhjulene delt i to grupper på fire, hver med sitt eget sett med sylindere og ventilutstyr. Den gjengjeldende massen til begge settene ville være vesentlig mindre enn enkeltsettet på 4-8-4, siden de ville være under mindre stress og mildere stempelkraft. Sylindrene kan være mindre, men ha større, mer effektive ventiler. Den mest åpenbare kompromissen var at i Baldwins foreslåtte design var den stive akselavstanden lengre siden det andre sylindersettet måtte være mellom de to settene med drivere. Dette var tilstrekkelig betenkelig for mange veier, som dagens lokomotiver beskattet nok for, til å avvise dupleksideen.

Baltimore og Ohio klasse N-1 # 5600 George H. Emerson

Det eneste eksemplet på N-1-klassen.

Den første veien til å bruke ideen var Baltimore og Ohio Railroad , som avviste et Baldwin-forslag i 1932–33, men deretter konstruerte singelen Baltimore og Ohio Class N-1 , # 5600 George H. Emerson i jernbanens egne butikker uten Baldwins hjelp . Lokomotivet sto ferdig i mai 1937 og klarte å beholde den samme koblede akselavstanden som veiens nåværende 4-8-2s ved å reversere det andre settet med sylindere, montert ved siden av brannkammeret , og kjøre det andre settet med koblede hjul fremover. Dette viste seg å være mindre enn ideelt, idet størrelsen på sylindrene og brannkammeret begge var begrenset av dette stedet, de lange dampkanalene viste seg å være problematiske, og sylindrene som led av støvet og varmen fra den nærliggende brannkammeret.

Lokomotivet var i lett tjeneste og ble testet til tilbaketrekningen i 1943. Det var ikke vellykket nok for B&O å uttrykke ytterligere interesse.

PRR klasse S1

S1 på verdensutstillingen i New York i 1939 .

Den neste bruken av dupleks-typen var Pennsylvania Railroad 's single S1 , designet for å oppfylle et krav om å kjøre et tog på 1.200 tonn (1.070 lange tonn; 1.090 ton) ved 160 km / t på jevnt spor. å akselerere til den hastigheten enkelt. I overkant av 4000 hk (3,0 MW) var det nødvendig for dette kravet, og for å oppfylle det opprettet Baldwin og PRR muligens det største passasjerdamplokomotivet noensinne er bygget, et 6-4-4-6 lokomotiv 140 fot 2 ¹ ⁄ ₂   tommer ( 42,74 m) lang og veier 480 000 kg med ømme. Det var faktisk for stort til å jobbe over flertallet av PRRs system og ble bare tatt i bruk mellom Chicago, Illinois og Crestline, Ohio (443 km). I tjeneste etter desember 1940 viste det seg å være kraftig og dyktig, men utsatt for hjulskli og svingende, og presiserte problemene med senere tosidig design. I det store og hele ble manglene avskrevet som bare teningsproblemene til en tidlig første prototyp. Det ble tatt ut av drift i 1946. Dette lokomotivet fikk kallenavnet "The Big Engine"

PRR klasse T1

T1-prototype PRR 6110 på Baldwin Locomotive Works i 1942.

S1 representerte ikke Baldwins sanne ønsker for typen, men i utformingen av T1 , hvorav to prototyper ble bestilt i juli 1940, fikk Baldwin mye mer frihet. PRRs krav var bruken av Belpaire-brannkammeret og Franklin-oscillerende kamakselventilutstyr . De to, # 6110 og # 6111, ble levert i april og mai 1942. Testing viste igjen at de var kraftige og dyktige, men ikke sikre.

T1 nummer 6110 ved Chicago Union Station .

Så snart krigsbegrensningene for produksjon av passasjerlokomotiver ble lettet i februar 1945, la PRR en bestilling på 50 produksjonseksempler. Dette var et skjebnesvangert trinn, siden problemene med prototypene ikke ble strøket ut og heller ikke blitt testet med den nødvendige intensiteten for å være sikker på produksjonspåliteligheten. Produksjonslokomotivene skilte seg i detalj i sine strømlinjeformede foringsrør og i suspensjonen i et forsøk på å øke vedheftet.

Problemer ble tydelige veldig snart. Lokomotivene var utrolig utsatt for voldsomt hjul, ikke bare ved start, men også i fart. Å dele stasjonen i to grupper betydde at hver gruppe var mye mer sannsynlig å skli. Det er kommet en teori om at den raskere, "skarpere" åpningen av ventilene med klaffeventilutstyret forverret problemet. Verre, slik voldsom glidning med høy hastighet kan skade ventilkomponentene. Dette var et stort problem på et lokomotiv med klaffventilutstyret, i motsetning til de kjente stempelventilene og utenfor Walschaerts ventilutstyr til andre lokomotiver, var mange av komponentene nesten utilgjengelige innenfor rammen. Kompleksiteten deres betydde at tilgjengeligheten og påliteligheten viste seg å være dårlig, og mens en veldig dyktig lokomotivingeniør (sjåfør) kunne hente god ytelse fra en T1, viste de seg ganske mislykket i service.

Hvorvidt problemene var løselige har vært omstridt siden den gang. Det som er unektelig er at PRR veldig snart ikke brydde seg; den mye enklere løsningen på diesellokomotivet ble tatt innen måneder etter at produksjonslokomotivene ble levert, og innen to år ble alle hovedpassasjertogene med diesel trukket. T1-ene tilbrakte noen år til i mindre tjeneste før de ble trukket tilbake tidlig på 1950-tallet.

PRR Q1

PRR ønsket også å bruke dupleksprinsippet på godstransport, og Q1 var det første eksperimentet i den retningen. Det var et 4-6-4-4 raskt godslokomotiv levert i mai 1942. I likhet med B & O's George H. Emerson hadde det det andre paret sylindere vendt bakover, og alle var utstyrt med standard Walschaerts ventilutstyr. Hjulene hadde en diameter på 1,956 m (dårlig egnet for godstransport) og motoren ble strømlinjeformet mer som en passasjermotor. Effektiviseringen ble senere fjernet ettersom det begrenset vedlikeholdsarbeidet. De bakovervendte sylindrene var også problematiske, delvis på grunn av den ubeleilige plasseringen av å være rett under motorens ildsted. Videre kan de store driverne og det mindre enn tilstrekkelige rammearealet i brennkammeret også ha bidratt til ytterligere problemer. Den begrensede brennkammerstørrelsen var også en direkte effekt av de bakovervendte sylindrene. Den ensomme Q1, PRR 6130, ble bygget på PRRs Altoona Works i 1942 og trukket fra tjeneste i 1946.

PRR Q2

Produksjonslokomotiver fulgte fra slutten av 1944, men disse var ganske forskjellige, leksjonen om at bakovervendte sylindere ved siden av brannkammeret var en dårlig idé å ha blitt gjenlært. Produksjonen Q2 lokomotiv var av 4-4-6-4 arrangement; de var de største ikke-artikulerte lokomotivene som noensinne er bygget, og de kraftigste lokomotivene som noensinne er statisk testet, og produserte 7,987 hk (5,956 kW) på PRRs statiske testanlegg. Q2-lokomotivene var også det kraftigste damplokomotivet som noensinne er konstruert med ti drivhjul. I drift kan Q2 overgå eksisterende godsmotorer som halverer dobbelt så mye tonnasje som forgjengerne. Videre hadde Q2 ingen problemer med å bygge opp dampkraft og var kjent for å være en veldig jevn ridemotor. 26 av dem ble bygget på PRRs Altoona Works, og de var den klart mest vellykkede dupleks-typen. Duplex-tilbøyeligheten til å skli ble bekjempet av en automatisk glidekontrollmekanisme som reduserte kraften til glidenheten. Slippkontrollmekanismen var ikke alltid lydhør og dens kompleksitet fører ofte til at vedlikeholdsbesetninger ikke vil bry seg med det under overhalinger.

Til tross for generell suksess var Q2s alle ute av drift i 1951. Med dieselisering var de de åpenbare første målene som ble trukket tilbake, siden de bare var litt mer dyktige enn den konvensjonelle J1 klasse 2-10-4s , men med langt høyere drift kostnader og vedlikeholdslaster.

En vellykket fransk dupleks

I Frankrike ble dupleks-typen kjent av de ti 2-4-6-2 (151A) sammensatte lokomotivene som ble bygget i 1932 for Paris-Lyons-Marseilles-selskapet (PLM) for å kjøre tunge godstog på 0,8% -graden mellom Les Laumes og Dijon. Ytelsen var så god at selskapet ønsket å bestille flere motorer, men nasjonaliseringen av jernbanene i 1938 stoppet alle prosjekter. Disse tosidige motorene ble utstyrt med Lenz-Dabeg roterende kamventilbevegelse og kort tid etter med dobbel eksos. Lavtrykksylindrene kjørte den første koblede akselen, og høytrykksylindrene det andre akselsettet. Begge gruppene av førere var koblet til innvendige forbindelsesstenger gjennom innvendige veiv på 2. og 3. fører, noe som gjorde dette lokomotivet til et ekte 2-10-2. Drivhjulene hadde en diameter på 1,50 m (4 ft 11 in). Den høyeste tillatte hastigheten var 53 km / t. I en test 19. desember 1933 utviklet motoren seg litt over 3000 hk (2200 kW) ved trekkstangen over en avstand på 60 km (37 miles) og en hastighet på minst 46 km / t (74 km / t), uten å være overarbeidet. I ordinær tjeneste kunne disse motorene hente 1.375 korte tonn (1.228 lange tonn; 1.247 t), og kunne holde 50 km / t på toppen av Blaisy-kvaliteten på 0,8%. Etter elektrifisering av linjen ble 151A sendt til tjeneste i det nordøstlige Frankrike. De ble trukket fra tjeneste i 1956 og skrotet .

Slutter

Ingen tosidige lokomotiver overlever. Selv i dag er deres suksess og om de kunne ha blitt gjort til å fungere godt gitt tilstrekkelig tid og krefter et kontroversielt tema. En vanlig konklusjon er at problemene med det konvensjonelle damplokomotivet ikke var så uoppløselige som Baldwin trodde, og at dupleksordningen innførte så mange problemer som det løste.

En ideell gruppe kjent som T1 Trust er i ferd med å konstruere et nytt tosidig lokomotiv, Pennsylvania Railroad T1 nummerert 5550 , og har til hensikt å bruke designforbedringer fra dampkrigstiden etter krigen som ikke ble brukt eller sjelden testet på eksisterende T1 i håp om å skape bedre ytelsesegenskaper. Anslått fullføringsår for prosjektet er 2030.

Referanser

• Cravero, Carlo (2011). "Le locomotive a vapore americane tipo Duplex = American steam locomotives: the Duplex". Ingegneria ferroviaria (på italiensk og engelsk). 66 (5): 413–447.
• Reed, Brian (juni 1972). Loco-profil 24: Pennsylvania Duplexii . Profilpublikasjoner.
• 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.

Merknader