Пенсильванская железная дорога S1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Паровоз класса PRR S1 (прозванный «Большим двигателем») был единственным экспериментальным дуплексным локомотивом Пенсильванской железной дороги . Он был разработан для демонстрации преимуществ дуплексных приводов, поддерживаемых главным инженером Болдуина Ральфом П. Джонсоном. Паровоз класса S1 был самым большим паровозом из когда-либо построенных. [1] Обтекаемый корпус локомотива в стиле ар-деко был спроектирован Рэймондом Лоуи . [ 1] [2] [3]
S1 имел уникальную колесную формулу 6-4-4-6 , то есть имел две пары цилиндров , каждая из которых приводила в движение две пары ведущих колес . Для достижения устойчивости на высоких скоростях пассажирских поездов (выше 100 миль в час) сочленение не использовалось. S1 был завершен 31 января 1939 года в цехе в Алтуне и получил номер 6100.
На высоте 140 футов 2+1 ⁄ 2 дюйма (42,74 м) в целом, двигатель и тендер, S1 был самым длинным возвратно-поступательным паровозом из когда-либо существовавших; он также имел самый тяжелый тендер (451 840 фунтов / 205 тонн), самое большое тяговое усилие (76 403 фунта-силы (339,86 кН)) среди пассажирских паровых двигателей на момент постройки и самые большие ведущие колеса (7 футов в диаметре), когда-либо использовавшиеся на локомотивах с более чем тремя ведущими осями. Проблема проскальзывания колес, а также слишком длинная для многих изгибов железнодорожной линии колесная база ограничивали полезность S1. Больше моделей S1 не строилось, поскольку в июне 1940 года внимание переключилось на гораздо меньший, но более практичный класс T1. Проектирование 4-4-4-4 T1 и 6-4-4-6 S1 происходило одновременно, однако S1 был произведен первым.
Еще в июне 1936 года руководство Пенсильванской железной дороги решило построить новый пассажирский локомотив для замены своих устаревших локомотивов K4s . Они также надеялись, что новый паровоз S1 будет иметь производительность, равную их электродвигателю класса GG1 Пенсильванской железной дороги , и сможет тянуть 1000-тонный пассажирский поезд со скоростью 100 миль в час. [4] Была проведена конференция между должностными лицами Baldwin Locomotive Works и WF Kiesel, JVB Duer и WR Elsey для PRR, на которой PRR потребовала пассажирский локомотив для перевозки 15 стандартных вагонов со скоростью 100 миль в час по ровному пути между Паоли и Чикаго. Болдуин представил несколько проектов 4-8-4 и 4-4-4-4, сделанных для других железных дорог. Однако PRR отклонила проект 4-8-4 в пользу жесткой рамы дуплекса и попросила Болдуина рассмотреть колесную формулу 4-4-6-4. В июле 1936 года PRR обратилась в Baldwin Locomotive Works с просьбой представить проект локомотива 4-8-4, способного перевозить поезд грузоподъемностью 2000 тонн между Коулхоуром и Харсимус-Коув.
Спустя два месяца после конференции представители Baldwin Locomotive Works представили PRR четыре проекта:
PRR предпочла 4-4-4-4 и попросила Болдуина рассмотреть пассажирскую версию с машинистами ростом 6 футов 8 дюймов и грузовую версию с машинистами ростом 6 футов. Однако сотрудничество между PRR и Болдуином, которое продолжалось без подписания какого-либо соглашения или контракта на разработку нового высокоскоростного дуплексного двигателя, не прошло гладко. Через десять месяцев после первой конференции (апрель 1937 года) PRR прекратила консультации Baldwin Locomotive Work и поручила эту задачу консорциуму Baldwin Locomotive Works , American Locomotive Company и Lima Locomotive Works по совместному контракту. TW Demarest возглавил объединенный комитет, генеральный суперинтендант локомотивной мощности в Западном регионе PRR. [5]
В состав совместного комитета вошли:
28 апреля 1937 года совет директоров PRR выделил 300 000 долларов на этот экспериментальный проект высокоскоростного пассажирского локомотива. Проектирование началось с дуплекса 4-4-4-4.
2 июня 1937 года PRR официально объявила о разработке высокоскоростного пассажирского локомотива «Pennsylvania Type», который должен был стать Class S1. После обсуждения и окончательного согласования различных деталей возникла необходимость внести изменения, которые существенно увеличили вес локомотива. К тому времени, как планы были окончательно согласованы и одобрены, он превратился в 6-4-4-6. [6]
Преимущества дуплексной конструкции включали более легкое оборудование, более короткий ход цилиндра, меньший износ, меньшую тягу поршня, меньшие более эффективные цилиндры и более устойчивую раму, чем у сочлененной рамы; также не требовалось поддерживать шарнирное соединение. [7] Уменьшение ударов молота по рельсам привело к снижению затрат на техническое обслуживание. Два комплекта водителей с четырьмя колесами каждый могли иметь более легкую (на 25%) ходовую часть, чем локомотив со всеми четырьмя осями, соединенными вместе, меньшие и более легкие движущиеся части обеспечивали меньший износ. Главный инженер Болдуина считал, что 8-сцепленные двухцилиндровые локомотивы того времени находились на практических пределах или близки к ним с точки зрения расхода пара, эффективность цилиндра можно было улучшить на высокой скорости, получив ту же мощность от четырех меньших цилиндров с пропорционально большими клапанами. Ход клапана в цилиндре S1 составлял 7-1/2 дюйма, перекрытие составляло 1-7/8 дюйма, опережение составляло 5/16 дюйма, зазор выхлопа составлял 0,25 дюйма, диаметр клапана составлял 12 дюймов.
S1 был самым большим пассажирским локомотивом из когда-либо построенных, а литая стальная опорная плита локомотива , изготовленная General Steel Castings, была самой большой цельной отливкой, когда-либо сделанной для локомотива. [4] [8] Для того, чтобы преодолевать более крутые радиусные кривые, S1 был оборудован устройствами бокового движения, изготовленными Alco на его первом и третьем наборе водителей, что позволяло 57,2 мм (2,25 дюйма) бокового люфта на осях, но этого оказалось недостаточно. В отличие от других экспериментальных дуплексных локомотивов, таких как PRR Class Q1 #6130 4-6-4-4, на S1 не было колес без реборд или слепых водителей.
В марте 1938 года в Алтуне был испытан поезд Chicago and North Western class E-4 4-6-4 "Hudson" #4003. [9] На основании результатов испытаний PRR решила использовать 84-дюймовые приводы и давление в цилиндрах 300 фунтов на квадратный дюйм для S1. PRR считала, что приводы большого диаметра могут увеличить тяговое усилие, не вызывая чрезмерного проскальзывания. [4] В августе 1941 года вице-президент PRR по Западному региону Джеймс М. Саймс , высокопоставленный чиновник, который в последующие годы выступил против идеи дуплексного двигателя, одобрил расширение стойла № 30 депо Крестлайн для размещения S1. Стойло имело соединение сзади, поскольку S1 можно было повернуть только на звезде, но не на поворотном круге депо.
Подшипники Timken были установлены на пальцах крейцкопфа, всех тележках двигателя и ведущих осях, а также на тележках тендера. Кроме того, легкие возвратно-поступательные части были изготовлены Timken High Dynamic Steel и спроектированы инженерами Timken . [10] Чтобы получить достаточно стали между кривошипом и осью, задний конец каждого главного стержня был смещен на 1+1 ⁄ 8 дюйма (29 мм) от кривошипа в приводе, так что большая головка шатунов делала окружность 26 дюймов (660 мм), а каждая боковая цапфа делала окружность 28+Круг диаметром 1 ⁄ 4 дюйма (718 мм).
Котел для S1 был крупнейшим, построенным Пенсильванской железной дорогой; с 660 квадратными футами (61 м2 ) прямой поверхности нагрева и 500 трубами диаметром один дюйм, общая площадь поверхности нагрева S1 составляла 7746 квадратных футов (719,6 м2 ) ; он был на 99,3% таким же массивным, как котел для локомотивов "Big Boy" класса 4000 компании Union Pacific . С точки зрения мощности на тяговом брусе S1 был на 13% мощнее Big Boy, с 7200 л. с. (5400 кВт) и 6345 л. с. (4731 кВт) соответственно. [ необходима цитата ] Большая топка Belpaire соответствовала стандартам Pennsy; ее площадь поверхности нагрева включала ту, которая обеспечивалась семью циркуляционными насосами American Arch. Вода проходила через 5,5-дюймовую горизонтальную трубу, которая встречалась на центральной линии с другой поперечной трубой, образующей дно 7-дюймовой вертикальной трубы, которая распыляла воду в паровое пространство над потолочным листом. Самая нижняя пара труб располагалась спереди, а боковые отверстия остальных шести постепенно поднимались к задней части.
Большой подогреватель питательной воды Worthington 6 SA был оснащен насосом 7 SA для обработки огромного котла. Были добавлены шестиколесные ведущие и задние тележки , поскольку локомотив был слишком тяжел для четырехколесных агрегатов. Обтекаемый кожух локомотива в стиле ар-деко был разработан Рэймондом Лоуи [1] [2] , концепция дизайна основана на его более раннем обтекаемом дизайне для PRR K4s #3768 в 1936 году, на который он получил патент США № 2 128 490. Рэймонд Лоуи провел испытание в аэродинамической трубе, используя глиняную модель S1 в Авиационной лаборатории Гуггенхайма для проектирования его обтекаемого кожуха, и это была та же лаборатория, где он проводил испытания обтекаемости PRR K4s #3768. Конструкция дымоподъемной пластины вокруг дымовой трубы на S1 была улучшена на основе результата испытания в аэродинамической трубе от Гуггенхайма. [11]
Стоимость S1 составляла 669 780,00 долларов, что эквивалентно 14 671 066 долларам сегодня, [4] что было более чем в два раза больше стоимости PRR T1 4-4-4-4 (#6111 стоил 310 676 долларов). № 6100 был завершен в Алтуне 21 декабря 1938 года без обтекаемого корпуса. В тот же день он прошел свое первое дорожное испытание с двумя вагонами, проехав задом наперед в Хантингдон и вернувшись в Алтуну со скоростью до 50 миль в час (80 км/ч). Во время пробега он был остановлен и проверен на свес на всех крутых поворотах. Помощник начальника локомотива по движению Карлтон К. Штейнс (1891-1973) отметил превосходные ходовые и паровые качества. [12] Во время другого предварительного дорожного испытания S1 разогнался до 73 миль в час (117 км/ч) при буксировке 90 грузовых вагонов. [13]
S1 был представлен на Всемирной выставке в Нью-Йорке 1939 года с надписью «American Railroads» вместо «Pennsylvania Railroad» , поскольку 27 восточных железных дорог имели одну объединенную экспозицию площадью 17 акров (6,9 га), в которую также входил класс N-1 Балтимора и Огайо . [8] Чтобы добраться до выставки, S1 пролегал кружным путем по железной дороге Лонг-Айленда . Многие препятствия, такие как некоторые из ограждений третьего рельса, пришлось временно убрать, в то время как другие препятствия приходилось преодолевать ползком, чтобы добраться до ярмарочной площади. S1 буксировался (лицом назад) меньшими грузовыми локомотивами, такими как PRR Ils, и шел кружным путем к месту выставки. Он шел по Bel-Del , пересаживался с Lehigh and Hudson River Railway в Белвидере и NH в Мейбруке . S1 проехал по мостам Покипси и Хелл-Гейт , пересек реку Гудзон , а затем прошёл по Нью-Йоркской соединительной линии. [14] 13 марта 1939 года поезд S1 с надписью «American Railroads» на тендере прибыл на Всемирную выставку в Нью-Йорке.
На Ярмарке ведущие колеса, работающие под действием паровой силы локомотива [4], непрерывно вращались на роликовой платформе со скоростью 60 миль в час (97 км/ч) в течение всего дня. На пленке видно, что все колеса на S1, кроме ведущих, были также установлены на роликах, работающих от электричества; каждый раз, когда S1 начинал свое выступление, перемещая ведущие колеса, все колеса катились, включая колеса на тележке тендера.
Всемирная выставка была открыта в течение двух сезонов, с апреля по октябрь каждого года, и была официально закрыта 27 октября 1940 года. Во время пятимесячного перерыва с октября 1939 года по апрель 1940 года № 6100 был возвращен в систему для обслуживания пассажиров и дорожных испытаний. Имеются фотодоказательства, показывающие, что S1 перевозил Manhattan Limited , именной поезд, служивший альтернативой Broadway Limited , в ноябре 1939 года. [15]
Popular Mechanics описал S1 как « Гордость американских железных дорог » в статье в своем выпуске за июнь 1939 года. [16] Всемирная выставка привлекла около 25 миллионов посетителей, первые 50 000 миль обслуживания S1 были накоплены во время шоу на этой выставке. После Всемирной выставки S1 был переименован в флот Пенсильванской железной дороги. Как один из важнейших экспонатов Всемирной выставки, S1 использовалась PRR для различных рекламных целей; ее изображение было представлено в календарях, марках, рекламе, брошюрах, головоломках и т. д. American Bank Note Company выпустила серию марок [17] в 1939 году, опубликованную компанией Eaton Paper в рамках рекламной кампании. На одной из марок изображен S1, тянущий Broadway Limited. [18]
S1 начал свои пассажирские поезда, начиная с декабря 1940 года, на маршруте между Чикаго и Питтсбургом . На своем первом рейсе из Форт-Уэйна, штат Индиана, бригаду возглавляли HH Lehman (пожарный), CJ Wappes (дорожный бригадир) и Frank Ritcha (инженер). Из-за своих гигантских размеров S1 должен был повернуть на звезду Chicago, Burlington and Quincy Railroad в Чикаго, прежде чем идти на восток, и не смог пройти через 130-фунтовую стрелку (№ 8) к западу от Питтсбургского вокзала Union Station . [19] Эта проблема не была устранена до 1946 года (что также помешало классу PRR T1 работать через Питтсбург).
S1 был настолько большим, что не мог преодолеть габариты путей на большинстве линий системы PRR, за свою короткую жизнь он был ограничен главной линией между Чикаго, Иллинойс и Крестлайн, Огайо (283 мили/446 км). Он был приписан к отделению Форт-Уэйн и базировался в локомотивном депо Крестлайн. Таким образом, S1 приходилось поворачивать на звезду в Крестлайне, когда он был в городе, и в результате этого страдал от неоднократных сходов с рельсов. [20] Согласно фотографическим свидетельствам, S1 перевозил Broadway Limited (Нью-Йорк - Чикаго) и Liberty Limited (Вашингтон - Чикаго) в первые несколько месяцев своей коммерческой службы, а затем был назначен для перевозки других популярных, более тяжелых и коммерчески успешных пассажирских поездов, таких как The General , The Trail Blazer и The Golden Arrow на этом маршруте. [4]
Ежемесячные отчеты о пробеге из библиотеки Хэгли показали, что S1 набирал 10 388 миль (16 718 км) в месяц, что эквивалентно двадцати поездкам туда и обратно между Чикаго, Иллинойс и Крестлайном, Огайо , что в августе 1941 года было очень впечатляющим показателем для экспериментального двигателя по сравнению со средним ежемесячным пробегом K4 от 6 000 до 8 000 миль (от 9 700 до 12 900 км). Это означало, что PRR высоко ценил мощность и скорость S1. S1 помогал PRR справляться с чрезвычайно загруженным военным движением до конца Второй мировой войны и окупил высокую стоимость строительства в течение одного года. Экипажи любили S1, отчасти из-за его очень плавного хода на скорости. Большая масса и инерция локомотива вместе с уникальной, массивной 6-колесной прицепной тележкой поглощали неровности и толчки, часто возникающие у дуплексных локомотивов.
С точки зрения тягового усилия и мощности на дышло PRR S1 был самым мощным возвратно-поступательным паровозом, когда-либо построенным для пассажирских перевозок. Начальное тяговое усилие, рассчитанное обычным способом (85% среднего эффективного давления), составляет 76 400 фунтов силы (340 кН), но двигатель использовал 70,6% ограниченного отсечения (предположительно, для увеличения открывания портов при коротком отсечении), поэтому железная дорога заявила о соответственно более низком тяговом усилии. [ жаргон ] Во время испытательного пробега между Чикаго, Иллинойс и Крестлайн, Огайо, в декабре 1940 года S1 удалось достичь скорости 100,97 миль в час (162,50 км/ч) на ровном пути с 1350 тоннами пассажирского состава позади него, что было равно 24 послевоенным легким пассажирским вагонам. [21] В этом испытательном пробеге S1 также достиг средней скорости 66 миль в час (106 км/ч), что на 27% быстрее средней скорости по расписанию маршрута. Некоторые публикации из Германии утверждали, что S1 смог достичь 120,01 миль в час (193,14 км/ч) в других дорожных испытаниях в конце 1940-х годов при перевозке более легкого груза, но PRR никогда не претендовал на этот рекорд. 19 апреля 1941 года во время экскурсионного пробега, организованного Детройтским железнодорожным клубом, S1 достиг 105 миль в час (169 км/ч) на маршруте между Форт-Уэйном и Чикаго. [22]
Статья «Верхом на Гаргантюа рельсов» [23] в журнале Popular Mechanics Magazine за декабрь 1941 года приводит скорость, зафиксированную помощником дорожного мастера Чарли Ваппесом из Fort Wayne Division во время тестовых запусков S1, которая составила 133,4 мили в час (214,7 км/ч) с поездом из 12 тяжеловесных пассажирских вагонов. Существуют и другие истории о том, как S1 достигала или превышала 140 миль в час (230 км/ч). В немецкой торговой прессе и литературе с 1945 года был отчет о рекордном запуске S1, со ссылкой на железнодорожных чиновников Комиссии по межштатной торговле , что скорость 141,2 мили в час (227,2 км/ч) была достигнута, когда локомотив пытался наверстать время для задержавшегося поезда на западе, Trail Blazer . [24]
Его высокоскоростные возможности были таковы, что многие утверждали, что S1 многократно превышал рекорд скорости паровоза в 126 миль в час (203 км/ч), установленный в 1938 году британским локомотивом LNER 4468 Mallard . Утверждалось, что двигатель превысил 152 мили в час (245 км/ч) на маршруте Форт-Уэйн-Чикаго, поскольку сообщалось, что PRR получил штраф за этот подвиг. [ необходима цитата ]
Сам конструктор поезда Рэймонд Лоуи писал в 1979 году: «На прямом участке пути без каких-либо поворотов на протяжении многих миль я ждал, когда S1 проедет на полной скорости. Я стоял на платформе и видел, как он приближается издалека со скоростью 120 миль в час . Он пронесся, как стальная молния, земля сотряслась подо мной, в порыве воздуха, который почти затянул меня в свой вихрь. Около миллиона фунтов локомотива проносились рядом со мной. Я был потрясен и ошеломлен незабываемым чувством силы, чувством гордости при виде того, что я помог создать».
Недостаточная совместимость с кривыми привела к тому, что S1 не использовался для предполагаемого междугороднего экспресс-обслуживания. Хотя S1 имел менее половины (47%) своего общего веса на ведущих колесах, его фактор сцепления все еще был близок к гораздо более успешным PRR Q2 , Santa Fe "Northern" 4-8-4 2900-х годов и известным N&W J class 4-8-4. Более половины его веса приходилось на трехосный пилотный (ведущий) и замыкающий грузовики вместо водителей, что делало четыре сдвоенные ведущие оси подверженными пробуксовке колес. Однако в течение 5+1 ⁄ 2 года истории обслуживания S1, ни одной серьезной аварии из-за пробуксовки колес не произошло. S1 обслуживал между Чикаго и Крестлайном, штат Огайо, почти 5+1 ⁄ 2 года, что обеспечивает ему более длительную службу, чем другим экспериментальным паровозам PRR, таким как Q1 4-6-4-4 и S2 турбинный 6-8-6.
Чтобы увеличить сцепление и улучшить производительность, PRR увеличила песчаный купол на S1. Он обеспечил подачу песка для паровой шлифовки и немного увеличил нагрузку на ось над первой и второй установленной осью. S1 был частично снят с юбки в 1942 году, чтобы улучшить видимость возвратно-поступательных частей для экипажей и улучшить работу. [25] Пружины подвески пилотного грузовика и прицепного грузовика были точно настроены, чтобы выровнять общее распределение веса для достижения лучшей производительности. Железнодорожный историк и писатель Элвин Ф. Штауфер соглашается, что она (S1) была слишком большой и, таким образом, не могла посещать большинство депо или проходить крутые повороты, но утверждает: «Она была отличным пароходом и обеспечивала бесперебойную работу». [26]
Согласно официальному отчету PRR от 1 декабря 1945 года, который сейчас хранится в Музее и библиотеке Хэгли , № 6100 ожидал ремонта локомотива в Крестлайне. Ожидалось, что он будет возвращен в эксплуатацию через несколько дней. Это одно из веских доказательств того, что S1 все еще находился в эксплуатации по крайней мере до декабря 1945 года. В то время по крайней мере 13 T1 4-4-4-4 уже были введены в эксплуатацию.
Недостатки конструкции S1 привели к тому, что был произведен только один экземпляр. До того, как S1 был официально введен в коммерческую эксплуатацию, PRR уже заказал T1. В отличие от своих дуплексных сестер, S1 не устанавливал никакой формы тарельчатого клапана, хотя было предложено установить тарельчатый клапанный механизм Franklin Type A с роторным кулачком , когда он уже находился в стадии строительства, но это предложение было отклонено из-за технических трудностей в 1938 году. [25] Это решение неожиданно предотвратило многие проблемы, которые могли быть вызваны проблемными клапанами Franklin при эксплуатации T1. Общее количество лет эксплуатации или общий пробег S1 (с ноября 1939 года по март 1940 года, с декабря 1940 года по май 1946 года) действительно были немного больше, чем у некоторых более молодых T1.
В журнале учета рабочего времени, принадлежащем машинисту Pennsy Байрону Брейнингеру из подразделения Ft. Wayne, записана поездка в Чикаго на № 6100 в 8:59 утра 5 мая 1946 года. Этот рейс, возможно, был одним из последних в эксплуатации, так как менее чем через два года президент PRR Мартин В. Клемент объявил, что «к маю этого года (1948) мы ожидаем, что все наши транзитные пассажирские поезда к западу от электрифицированной территории будут дизельизированы». [27] Сохранение S1 обсуждалось в совете директоров PRR, но из-за ухудшающегося финансового положения с 1946 года 6100 был списан в 1949 году. [4] [28] PRR продолжала разрабатывать класс T1 сдвоенных локомотивов 4-4-4-4, но пробуксовка колес и механические неисправности также преследовали T1.
До того, как Пенсильванская железная дорога заказала у Baldwin Locomotive Works T1 в 1940 году, она уже начала разрабатывать дуплексные конструкции для быстрых локомотивов с 1938 года, включая жесткорамный 4-2-2-4 и трехцилиндровый 4-4-4 для легких поездов, а также предварительный проект 4-4-4-4 для тяжелых поездов; BLW представила эти проекты нескольким железным дорогам, но только PRR приняла концепцию дуплекса. [29] В октябре 1939 года, когда S1 все еще демонстрировался на Всемирной выставке 1939-40 годов, Baldwin разместила заказ на постройку дуплексного высокоскоростного пассажирского локомотива 4-4-4-4 в качестве демонстрационного образца с обтекаемой формой носовой части в виде пули, разработанной известным промышленным дизайнером Отто Кулером . Однако прежде чем он мог быть построен, PRR разместила заказ на два локомотива этого типа в июле 1940 года. Это означало, что S1 был выставочным образцом, построенным исключительно для Всемирной выставки, а не заменой K4 в качестве новой основной мощности PRR. PRR T1 был разработан, когда S1 находился в стадии строительства или демонстрировался на Всемирной выставке. [30]
Стильный внешний вид S1 оказался очень популярным: