Johnson Bar (lokomotywa)
Johnson Bar to dźwignia sterująca lokomotywy parowej , używana do kontrolowania czasu dopływu pary do cylindrów lokomotywy . Kontrolując ten czas, reguluje się ilość mocy dostarczanej do kół, podobnie jak kierunek obracania się kół, nadając dźwigni alternatywną nazwę dźwigni rewersu . Jest to termin używany w brytyjskim angielskim , podczas gdy termin „Johnson Bar” jest powszechny w Stanach Zjednoczonych . To w zasadzie rewers , ale dla lokomotyw parowych.
Historia
Historycy nie zidentyfikowali powodów, dla których inżynierowie nazwali dźwignię cofania Johnson Bar, ale dźwignia cofania jest opisana zarówno w brytyjskich, jak i amerykańskich czasopismach kolejowych tamtych czasów. Najlepsza akredytacja wynalazku jest udokumentowana pod mechanizmem zaworowym Walschaerts .
Cofanie
Dźwignia zmiany kierunku w historii lokomotyw jest udokumentowana od około 1842 r. Stowarzyszenie Amerykańskich Mistrzów Mechaników Kolei miało członków, którzy publikowali ilustracje. Części dźwigni rewersu są narysowane w „Locomotive Dictionary”, wydanie 1 (1906), autorstwa George'a Little Fowlera. Dźwignia jest połączona z tłokiem mechanizmu zaworowego wewnątrz portu pary pod wysokim ciśnieniem. Kurek ciśnieniowy pary jest zamknięty, aby odciąć zasilanie, a po zatrzymaniu tłok mechanizmu zaworowego można bezpiecznie przesunąć na niewielką odległość, używając dźwigni jako punktu podparcia połączonego z tłokiem wewnątrz. Chociaż połączenie zostało zaprojektowane tak, aby zapewniać dźwignię, kierownica Johnson wymagałaby mocnego rzutu, aby się poruszyć i zablokować. Niektóre lokomotywy miały zamiast tego śrubowy bieg wsteczny.
Odcięcie pary
Drugim zastosowaniem dźwigni jest ustawienie punktu odcięcia pary . Jest to mierzone jako procent skoku tłoka, podczas którego świeża para kotłowa jest nadal wprowadzana do cylindra. Aby uruchomić lokomotywę (gdy wymagany jest maksymalny moment obrotowy), „pełne” odcięcie może wynosić nawet 85%, co oznacza, że tłok jest poddawany prawie pełnemu ciśnieniu w kotle przez większość swojego skoku. I odwrotnie, gdy biegniesz z dużą prędkością i nie przyspieszasz ani nie wspinasz się po wzniesieniu, odcięcie można ustawić nawet na 10%. Zmniejsza to moment obrotowy, ale znacznie oszczędza paliwo, ponieważ do cylindra dostarcza się znacznie mniej pary i jest ona bardziej wydajnie wykorzystywana, ponieważ jest bardziej rozszerzona, a tym samym usuwana w znacznie niższej temperaturze niż podczas pracy przy pełnym odcięciu. W przypadku większości lokomotyw w stanie ustalonym najbardziej wydajna jest jazda z paliwem i wodą przepustnica szeroko otwarta i krótkie odcięcie.
Ograniczenia
Dźwignia zmiany kierunku ma mechanizm zatrzaskowy, który łączy się z szeregiem wycięć, aby przytrzymać dźwignię w żądanym położeniu odcięcia. Oznacza to, że operator nie ma pełnego wyboru pozycji odcięcia między biegiem maksymalnym a średnim, a jedynie tymi, które odpowiadają wycięciom. Położenie karbów jest dobierane przez projektanta lub konstruktora lokomotywy z uwagi na przeznaczenie lokomotywy - generalnie silniki przeznaczone do przewozów towarowych będą miały mniej karbów z „dłuższym” minimalnym odcięciem (zapewniającym dużą siłę pociągową przy niskich prędkościach, ale słaba wydajność przy dużych prędkościach), podczas gdy lokomotywa pasażerska będzie miała więcej karbów i krótsze minimalne odcięcie (pozwalając na wydajność przy dużych prędkościach kosztem siły pociągowej). Gdyby minimalne odcięcie przewidziane przez nacięcia było zbyt duże, nie byłoby możliwe prowadzenie lokomotywy w opisany wyżej sposób (przy całkowicie otwartym reduktorze) bez powodowania marnotrawstwa pary lub „zatykania” kanałów parowych, więc regulator musiałby być zamknięty, ograniczając wydajność.
Drążek Johnsona jest faktycznie częścią całego mechanizmu zaworowego , jest połączony z różnymi łącznikami i ramionami, aby spełniać swoją funkcję w zakresie ich regulacji. Oznacza to, że siły w kole zębatym zaworu mogą być przenoszone na dźwignię. Dzieje się tak zwłaszcza wtedy, gdy silnik ma niezrównoważone zawory suwakowe , które mają duże tarcie robocze i podlegają działaniu sił pary po obu stronach zaworu. To tarcie oznaczało, że jeśli drążek Johnson Bar zostanie odblokowany, gdy silnik pracuje pod wysokim ciśnieniem pary (szerokie otwory regulatora i wysokie odcięcie) lub przy dużych prędkościach, siły, które mają działać na suwaki, mogą zamiast tego zostać przeniesione z powrotem przez łącznik do uwolnionej teraz dźwigni rewersu. Spowoduje to nagłe i gwałtowne przesunięcie dźwigni w położenie pełnego odcięcia, niosąc ze sobą realne niebezpieczeństwo zranienia maszynisty, uszkodzenia mechanizmu zaworowego i wywołania poślizgu kół w lokomotywie.
Jedynym sposobem, aby temu zapobiec, jest zamknięcie regulatora i pozwolenie na spadek ciśnienia pary w korpusie zaworu. Dźwignię rewersu można następnie odblokować i ustawić w nowej pozycji odcięcia, a następnie ponownie otworzyć regulator. Podczas tego procesu lokomotywa nie jest zasilana. Na wznoszących się wzniesieniach zmniejszenie otwarcia regulatora na tyle, aby bezpiecznie odblokować pręt Johnson, przy jednoczesnym utrzymaniu wystarczającego ciśnienia pary w cylindrach, było kwestią wielkich umiejętności. Każde ponowne otwarcie regulatora było szansą na poślizg kół i luźne sprzężenie trenuje każde zamknięcie i otwarcie regulatora, tworząc siły dynamiczne na całej długości pociągu, co groziło zerwaniem sprzęgów.
Odwracacz śrub przezwyciężył wszystkie te problemy. Zapewnia nieskończony wybór odcięcia między maksymalnym a środkowym biegiem mechanizmu zaworowego, a ponieważ działa poprzez regulację wytrzymałego gwintu, nigdy nie jest „odblokowywany ” , nawet gdy odcięcie jest zmieniane, a tym samym nie przenosi żadnej siły na manetki podczas normalnego użytkowania (w warunkach zalewania lub buksowania kół nadmierna siła może wytworzyć siłę wystarczającą do obrócenia koła). Odcięcie można zmienić, gdy cylindry otrzymują pełne ciśnienie pary, co pozwala na szerokie otwarcie regulatora tak często, jak to możliwe. Odwracacz mocy jest dalszym udoskonaleniem pomysłu, będąc serwomechanizmem , który zdalnie steruje mechanizmem zaworowym za pomocą pary lub sprężonego powietrza, bez fizycznego połączenia między dźwignią zmiany kierunku kierowcy a mechanizmem zaworowym, a tym samym jest wolny od jakichkolwiek sił na biegu.
Niebezpieczeństwa związane z tradycyjnym batonem Johnson Bar (który rósł wraz ze wzrostem mocy lokomotyw, ciężaru i roboczego ciśnienia pary w pierwszej połowie XX wieku) doprowadziły do tego, że został on zakazany w USA przez Międzystanową Komisję Handlu . Od 1939 roku wszystkie nowo budowane lokomotywy parowe musiały być wyposażone w odwracacze mocy, a od 1942 roku silniki Johnson Bar, które przechodziły gruntowny remont lub przebudowę, musiały być wyposażone w rewers. Istniały wyjątki dla lekkich lokomotyw o małej mocy i zwrotnic . Do przełączania, które wymagało częstych zmian kierunku z pełnego biegu do przodu na pełny bieg wsteczny, preferowano drążek Johnson Bar, ponieważ zmianę można było wykonać szybko jednym ruchem zamiast wielu obrotów rączki rewersu śrubowego z niskim przełożeniem .
Zobacz też
Greenly, H., „Walschaerts Valve Gear”, Marshall Danbury Railway Museum - Danbury, CT George L. Fowler, „Locomotive Dictionary”, wydanie 1 (1906), dźwignia cofania Biblioteki Uniwersytetu Wisconsin