Цилиндр (локомотив)

Цилиндр — это элемент паровой машины, приводящий в действие паровоз . Цилиндр герметичен с торцевыми крышками и поршнем; клапан распределяет пар по концам цилиндра. Первоначально цилиндры были чугунными , но позже стали стальными . Литье цилиндра включает в себя другие особенности, такие как (в случае с ракетой Стефенсона ) клапанные отверстия и монтажные опоры. ^[1] Последние большие американские локомотивы включали цилиндры как часть огромных цельных стальных отливок, которые были основной рамой локомотива. ^[2] Внутри цилиндров требовались возобновляемые поверхности износа, которые обеспечивались чугунными втулками.

Способ, которым клапан контролировал подачу пара в цилиндр и его выход из него, был известен как распределение пара и отображался формой индикаторной диаграммы . То, что происходило с паром внутри цилиндра, оценивалось отдельно от того, что происходило в котле, и от того, с каким трением приходилось справляться движущемуся оборудованию. Эта оценка была известна как «производительность двигателя» или «производительность цилиндра». Производительность цилиндра вместе с производительностью котла и оборудования определяла эффективность всего локомотива. Давление пара в цилиндре измерялось при движении поршня, а мощность, движущая поршень, рассчитывалась и называлась мощностью цилиндра. Силы, возникающие в цилиндре, двигали поезд, но также наносили ущерб конструкции, которая удерживала цилиндры на месте. Болтовые соединения ослабевали, отливки цилиндров и рамы трескались и снижали готовность локомотива.

Цилиндры могут быть расположены несколькими различными способами.

На ранних локомотивах, таких как «Пыхтящий Билли» , цилиндры часто устанавливались вертикально , а движение передавалось через балки, как в коренном паровозе .

Следующий этап, например, «Ракета» Стефенсона , состоял в том, чтобы приводить в движение колеса непосредственно от круто наклоненных цилиндров, размещенных в задней части локомотива. Прямой привод стал стандартной компоновкой, но цилиндры были перемещены вперед и размещены либо горизонтально , либо почти горизонтально.

Передние цилиндры могли быть размещены как внутри (между рамами), так и снаружи. Примеры каждого из них:

• Внутри цилиндров, на локомотиве Планета
• Внешние цилиндры на ракете Стефенсона

В 19-м и начале 20-го века внутренние цилиндры широко использовались в Соединенном Королевстве, но внешние цилиндры были более распространены в континентальной Европе и Соединенных Штатах из-за их большего габарита загрузки . Примерно с 1920 года внешние цилиндры стали более распространены в Великобритании, но многие двигатели с внутренним цилиндром продолжали строиться. Внутренние цилиндры обеспечивают более стабильную езду с меньшим рысканием или «носом», но доступ для обслуживания более затруднен. Некоторые конструкторы использовали внутренние цилиндры из эстетических соображений.

Потребность в большей мощности привела к разработке двигателей с тремя цилиндрами (два внешних и один внутренний) или четырьмя цилиндрами (два внешних и два внутренних). Примеры:

• Три цилиндра, SR Class V , LNER Class A4 , класс торгового флота
• Четыре цилиндра, класс LMS Princess Royal , класс LMS Coronation , класс GWR Castle

На двухцилиндровом двигателе кривошипы , как внутренние, так и внешние, установлены под углом 90 градусов . Поскольку цилиндры двойного действия (т.е. снабжаются паром попеременно с каждого конца), это дает четыре импульса за оборот и гарантирует отсутствие мертвых точек .

На трехцилиндровом двигателе возможны два варианта компоновки:

• кривошипы установлены так, чтобы давать шесть равномерно распределенных импульсов за оборот — обычное расположение. Если три оси цилиндров параллельны, кривошипы будут находиться на расстоянии 120 градусов друг от друга, но если центральный цилиндр не приводит в движение ведущую ось, он, вероятно, будет наклонен (как на большинстве трехцилиндровых локомотивов США и на некоторых трехцилиндровых локомотивах Гресли в Великобритании), и внутренний кривошип будет соответственно смещен со 120 градусов. Для заданного тягового усилия и коэффициента сцепления трехцилиндровый локомотив этой конструкции будет менее склонен к пробуксовке колес при трогании с места, чем двухцилиндровый локомотив.
• Внешние кривошипы установлены на 90 градусов, внутренние кривошипы установлены на 135 градусов, что дает шесть неравномерно распределенных импульсов за один оборот. Такое расположение иногда использовалось на трехцилиндровых составных локомотивах , которые использовали внешние (низкого давления) цилиндры для запуска. Это даст равномерно распределенные выхлопы, когда двигатель работает составным образом.

На четырехцилиндровом двигателе также возможны два варианта компоновки:

• все четыре кривошипа установлены под углом 90 градусов. При таком расположении цилиндры действуют парами, поэтому на один оборот приходится четыре импульса, как в двухцилиндровом двигателе. Большинство четырехцилиндровых двигателей относятся к этому типу. Дешевле и проще использовать только один комплект клапанного механизма с каждой стороны локомотива и управлять вторым цилиндром с этой стороны с помощью качающегося вала от золотника первого цилиндра, поскольку требуемые клапанные события во втором цилиндре являются зеркальным отражением первого цилиндра.
• пары кривошипов установлены под углом 90 градусов, а внутренняя пара установлена ​​под углом 45 градусов к внешней паре. Это дает восемь импульсов на оборот. Это увеличивает вес и сложность, требуя четырех комплектов клапанного механизма , но обеспечивает более плавный крутящий момент и снижает риск проскальзывания . Это было относительно необычно в британской практике, но использовалось на паровозах класса SR Lord Nelson . Такие локомотивы легко отличить по их выхлопным газам, которые происходят в два раза чаще, чем у обычного 2- или 4-цилиндрового двигателя.

Клапанные коробки или паровые коробки , содержащие золотниковые или поршневые клапаны, могут располагаться в различных положениях.

Если цилиндры маленькие, клапанные коробки могут располагаться между цилиндрами. Для больших цилиндров клапанные коробки обычно находятся сверху цилиндров, но в ранних локомотивах они иногда располагались под цилиндрами.

Клапанные коробки обычно располагаются сверху цилиндров, но в старых локомотивах клапанные коробки иногда располагались рядом с цилиндрами и вставлялись через пазы в рамах. Это означало, что цилиндры были снаружи, а клапаны находились внутри и могли приводиться в действие внутренним клапанным механизмом.

Существует множество вариаций расположения клапанного механизма . В британской практике внутренний клапанный механизм обычно типа Stephenson , а внешний клапанный механизм обычно типа Walschaerts . Однако это не жесткое правило, и большинство типов клапанных механизмов могут использоваться как внутри, так и снаружи. Клапанный механизм Joy был когда-то популярен, например, на LNWR G Class .

В двигателях с внутренним расположением цилиндров клапанный механизм почти всегда находится внутри (между рамами), например, LMS Fowler Class 3F .

На некоторых локомотивах клапанный механизм расположен снаружи рамы, например, на итальянских государственных железных дорогах класса 640 .

На двигателях с внешним расположением цилиндров возможны три варианта:

• Внутренний клапанный механизм, приводящий в движение внутренние клапаны, например, NER Class T2
• Внутренний клапанный механизм, приводящий в движение внешние клапаны через качающиеся валы, например, класс GWR 4900
• Внешний клапанный механизм, приводящий в движение внешние клапаны, например, LSWR N15 Class

Существует три распространенных варианта:

• Три комплекта клапанных механизмов (два внешних, один внутренний), например LNER Peppercorn Class A2
• Внешний клапанный механизм, приводящий в движение внешние клапаны. Внутренний клапан, приводимый в действие сопряженным клапанным механизмом Gresley , например, LNER Class A1/A3
• Три комплекта внутреннего клапанного механизма (все клапаны внутри), например, NER Class T3

Существует три распространенных варианта:

• Четыре комплекта клапанных механизмов (два внешних, два внутренних), например, класс SR Lord Nelson
• Внутренний клапанный механизм, приводящий в движение внутренние клапаны напрямую, а внешние клапаны — через качающиеся валы, например, класс GWR 4073
• Наружный клапанный механизм, приводящий в действие наружные клапаны напрямую, а внутренние клапаны — через качающиеся валы, например, LMS Princess Coronation Class

Существует много других вариаций, например, паровозы с редуктором , которые могут иметь только один цилиндр. Единственный известный обычный паровоз с одним цилиндром — это Nielson One-Cylinder Locomotive. ^[3]

• Диаметр цилиндра
• Цилиндр (двигатель)
• Ход цилиндра
• Гидрозамок
• Компоненты паровоза