Lokomotywa bliźniacza
Lokomotywa typu duplex to lokomotywa parowa , która rozdziela siłę napędową na koła za pomocą dwóch par cylindrów sztywno zamontowanych do pojedynczej ramy lokomotywy ; to nie jest lokomotywa przegubowa . Koncepcja została po raz pierwszy zastosowana we Francji w 1863 roku, ale została szczególnie rozwinięta na początku lat trzydziestych XX wieku przez Baldwin Locomotive Works , największego komercyjnego konstruktora lokomotyw parowych w Ameryce Północnej, pod nadzorem ówczesnego głównego inżyniera Ralpha P. Johnsona.
Wcześniej termin lokomotywa dupleksowa był czasami stosowany ogólnie do lokomotyw przegubowych.
Wady lokomotywy dwucylindrowej
Rozwiązanie dwustronne
W Europie ten problem był często rozwiązywany przez podzielenie napędu między cylindry wewnętrzne i zewnętrzne lub przez użycie lokomotyw przegubowych , chociaż w tamtym czasie nie uważano, że można stabilnie jeździć z prędkością większą niż 50 mil na godzinę (80 km / h). Koleje amerykańskie okazały się niechętne do używania lokomotyw z wewnętrznymi cylindrami, więc problemu wyważenia nie można było rozwiązać, dodając więcej cylindrów na połączony zestaw kołowy. W miarę jak lokomotywy stawały się coraz większe i mocniejsze, ich maszyny poruszające się ruchem posuwisto-zwrotnym musiały stawać się coraz mocniejsze, a przez to cięższe, przez co problemy wynikające z niewyważenia i uderzenia młotkiem stawały się coraz poważniejsze. Szybkość również odgrywała rolę, ponieważ siły stawały się większe i bardziej niszczycielskie przy wyższych prędkościach kół. Ralph P. Johnson uważał, że rosnące rozmiary i naciski tłoków istniejących ekspresowych lokomotyw pasażerskich nie mogą być utrzymane przy ówczesnym konwencjonalnym dwucylindrowym układzie 4-8-4 . Ponadto przekonał się, że pojedyncza para cylindrów z konwencjonalną przekładnią zaworową i zaworami tłokowymi zbliża się do granic przepływu pary.
Najwcześniejszą próbą lokomotywy typu duplex była lokomotywa czołgowa 0-6-6-0 zaprojektowana przez Julesa Petieta w 1863 roku dla Francuskiej Kolei Północnej , ale pomysł nie został utrwalony. Jednak innowacja polegająca na sztywniejszych zawiasach, które pozwalały tylko na poziome ruchy wahadłowe, a nie na skręcanie lub ruch pionowy, pochodziła z ALCO i pojawiła się dopiero w Union Pacific Challenger z 1936 roku .
Zamiast tego pojawił się pomysł zamontowania wielu grup cylindrów i napędzanych kół w jednej sztywnej ramie. „Duplex” wersja 4-8-4 byłaby 4-4-4-4 , z ośmioma kołami napędowymi podzielonymi na dwie grupy po cztery, każda z własnym zestawem cylindrów i przekładnią zaworową. Masa posuwisto-zwrotna obu zestawów byłaby znacznie mniejsza niż pojedynczego zestawu w 4-8-4, ponieważ byłyby one pod mniejszym obciążeniem i łagodniejszymi naciskami tłoka. Cylindry mogłyby być mniejsze, ale miałyby większe, wydajniejsze zawory. Najbardziej oczywistym kompromisem było to, że w projekcie proponowanym przez Baldwina sztywny rozstaw osi był dłuższy, ponieważ drugi zestaw cylindrów musiał znajdować się między dwoma zestawami sterowników. Było to wystarczająco niepokojące dla wielu dróg, dla których obecne lokomotywy były wystarczająco obciążające, aby odrzucić pomysł dupleksu.
Baltimore i Ohio klasa N-1 nr 5600 George H. Emerson
Pierwszą drogą, która wykorzystała ten pomysł, była Baltimore and Ohio Railroad , która odrzuciła propozycję Baldwina w latach 1932–33, ale potem zbudowała pojedynczą Baltimore and Ohio Class N-1 , nr 5600 George H. Emerson we własnych sklepach kolejowych bez Baldwina wsparcie. Lokomotywa została ukończona w maju 1937 roku i udało jej się zachować ten sam rozstaw osi sprzężonych, co obecne 4-8-2 na drodze, poprzez odwrócenie drugiego zestawu cylindrów, zamontowanie go obok paleniska i napędzanie drugiego zestawu sprzężonych kół do przodu. Okazało się to dalekie od ideału, ponieważ rozmiar cylindrów i paleniska był ograniczony przez tę lokalizację, długie kanały parowe okazały się problematyczne, a cylindry cierpiały z powodu kurzu i ciepła z pobliskiego paleniska.
Lokomotywa była w lekkiej eksploatacji i była testowana do wycofania w 1943 r. Nie była na tyle skuteczna, aby B&O wyraziło dalsze zainteresowanie.
klasa PRR S1
Kolejnym zastosowaniem typu duplex był pojedynczy S1 Pennsylvania Railroad , zaprojektowany w celu spełnienia wymogu obsługi pociągu o masie 1200 ton amerykańskich (1070 długich ton; 1090 ton) z prędkością 100 mil na godzinę (160 km / h) na poziomym torze i zdolnego łatwo rozpędzić się do tej prędkości. Do spełnienia tego wymogu potrzebne było ponad 4000 KM (3,0 MW), a aby temu sprostać, Baldwin i PRR stworzyli prawdopodobnie największą pasażerską lokomotywę parową, jaką kiedykolwiek zbudowano: lokomotywę 6-4-4-6 140 stóp 2 + 1 / 2 cali (42,74 m) długości i wadze 1 060 000 funtów (480 000 kg) z przetargiem. W rzeczywistości był zbyt duży, aby obsługiwać większość systemu PRR i został oddany do użytku tylko między Chicago w stanie Illinois a Crestline w stanie Ohio (283 mil [455 km]). W służbie po grudniu 1940 roku okazał się potężny i sprawny, ale podatny na poślizg kół i falowanie, zapowiadając problemy z późniejszymi konstrukcjami dupleksowymi. Ogólnie rzecz biorąc, jego wady zostały spisane jako po prostu początkowe problemy wczesnego, pierwszego prototypu. Wycofano ją z eksploatacji w 1946 roku. Lokomotywa ta otrzymała przydomek „Wielka Lokomotywa”
klasa PRR T1
S1 nie odzwierciedlał prawdziwych pragnień Baldwina co do tego typu, ale przy projektowaniu T1 , którego dwa prototypy zamówiono w lipcu 1940 r., Baldwin miał znacznie większą swobodę. Wymagania PRR obejmowały użycie paleniska Belpaire i grzybkowego mechanizmu zaworowego Franklin z oscylacyjną krzywką. Dwa, #6110 i #6111, zostały dostarczone w kwietniu i maju 1942 roku. Testy ponownie wykazały, że są potężne i zdolne, ale niepewne.
Gdy tylko w lutym 1945 roku złagodzono wojenne ograniczenia produkcji lokomotyw pasażerskich, PRR złożyła zamówienie na 50 sztuk. Był to fatalny krok, ponieważ problemy napotkane w prototypach nie zostały rozwiązane ani nie zostały przetestowane z intensywnością wymaganą do zapewnienia niezawodności produkcji. Lokomotywy produkcyjne różniły się szczegółami opływowymi obudowami i zawieszeniem, starając się zwiększyć przyczepność.
Problemy ujawniły się bardzo szybko. Lokomotywy były niezwykle podatne na gwałtowne poślizgi kół, nie tylko przy ruszaniu, ale także przy dużej prędkości. Podział jazdy na dwie grupy oznaczał, że każda grupa była znacznie bardziej narażona na poślizg. Wysunięto teorię, że szybsze, „ostrzejsze” otwieranie zaworów za pomocą grzybkowego mechanizmu zaworowego zaostrzyło problem. Co gorsza, tak gwałtowny poślizg przy dużej prędkości może uszkodzić elementy przekładni zaworowej. Był to poważny problem w lokomotywie z zaworem grzybkowym, ponieważ w przeciwieństwie do znanych zaworów tłokowych i zewnętrznego mechanizmu zaworowego Walschaerts w innych lokomotywach, wiele elementów było prawie niedostępnych w ramie. Ich złożoność oznaczała, że dostępność i niezawodność okazały się słabe, i chociaż bardzo zdolny inżynier lokomotyw (maszynista) mógł wydobyć świetne osiągi z T1, okazały się one raczej nieskuteczne w eksploatacji.
To, czy problemy można było rozwiązać, od tamtej pory jest przedmiotem sporów. Jednak znacznie łatwiejsze rozwiązanie lokomotywy spalinowej zostało przyjęte w ciągu kilku miesięcy od dostarczenia lokomotyw produkcyjnych, aw ciągu 2 lat wszystkie główne pociągi pasażerskie były ciągnięte przez spalinowiec. T1 spędziły jeszcze kilka lat w mniejszej służbie, zanim zostały wycofane w 1952 roku.
PRR Q1
PRR chciał również zastosować zasadę dupleksu w przewozach towarowych, a Q1 był pierwszym eksperymentem w tym kierunku. Była to 4-6-4-4 , dostarczona w maju 1942 r. Podobnie jak George H. Emerson z B&O, miała drugą parę cylindrów skierowaną do tyłu i wszystkie były wyposażone w standardowy mechanizm zaworowy Walschaerts. Koła miały średnicę 77 cali (1,956 m) (źle nadawały się do przewozu towarów), a silnik był opływowy, bardziej przypominający silnik pasażerski. Usprawnienie zostało później usunięte, ponieważ ograniczało prace konserwacyjne. Cylindry skierowane tyłem do kierunku jazdy również były problematyczne, częściowo ze względu na niewygodne umieszczenie bezpośrednio pod paleniskiem silnika. Ponadto duże sterowniki i mniejsza niż wystarczająca powierzchnia rusztu paleniska również mogły przyczynić się do dalszych problemów. Ograniczony rozmiar paleniska był również bezpośrednim efektem cylindrów skierowanych do tyłu. Altoona Works PRR w 1942 roku i wycofany ze służby w 1946 roku.
PRR Q2
Lokomotywy produkcyjne pojawiły się od końca 1944 r., Ale te były raczej inne, a lekcja, że cylindry skierowane tyłem do kierunku jazdy obok paleniska były złym pomysłem, została ponownie nauczona. Produkowane Q2 miały układ 4-4-6-4 ; były to największe lokomotywy bezprzegubowe, jakie kiedykolwiek zbudowano, i najpotężniejsze lokomotywy, jakie kiedykolwiek przetestowano statycznie, wytwarzając 7987 KM (5956 kW) w zakładzie testów statycznych PRR. Lokomotywy Q2 były również najpotężniejszymi lokomotywami parowymi, jakie kiedykolwiek zbudowano, z dziesięcioma kołami napędowymi. W działaniu Q2 może przewyższyć istniejące wcześniej lokomotywy towarowe, przewożąc dwukrotnie większy tonaż niż ich poprzednicy. Co więcej, Q2 nie miał problemów z gromadzeniem mocy pary i był znany z bardzo płynnej jazdy. Dwadzieścia sześć z nich zostało zbudowanych w Altoona Works PRR i były zdecydowanie najbardziej udanym typem dupleksowym. Skłonność dupleksu do poślizgu była zwalczana przez automatyczny mechanizm kontroli poślizgu, który zmniejszał moc jednostki ślizgającej się. Mechanizm kontroli poślizgu nie zawsze reagował, a jego złożoność często sprawia, że ekipy konserwacyjne nie chcą się nim zajmować podczas remontów.
Pomimo ogólnego sukcesu, wszystkie Q2 zostały wycofane z eksploatacji do 1951 roku. Wraz z dieslem były oczywistymi pierwszymi celami do wycofania, ponieważ były tylko trochę bardziej wydajne niż konwencjonalne J1 klasy 2-10-4, ale miały znacznie wyższą prędkość obrotową koszty i obciążenia związane z utrzymaniem.
Udany francuski dupleks
We Francji typ duplex stał się sławny dzięki dziesięciu lokomotywom złożonym 2-4-6-2 (151A) zbudowanym w 1932 roku dla firmy Paryż-Lyon-Marsylia (PLM) do ciągnięcia ciężkich pociągów towarowych na nachyleniu 0,8% między Les Laumes i Dijon. Osiągi były tak dobre, że firma chciała zamówić więcej lokomotyw, ale nacjonalizacja kolei w 1938 roku zatrzymała wszystkie projekty. Te silniki dupleksowe były wyposażone w obrotowy zawór krzywkowy Lenz-Dabeg, a wkrótce potem w podwójny wydech. Cylindry niskiego ciśnienia napędzały pierwszą sprzężoną oś, a cylindry wysokiego ciśnienia drugi zestaw osi. Obie grupy maszynistów zostały połączone wewnętrznymi korbowodami poprzez wewnętrzne korby drugiego i trzeciego kierowcy, co czyni tę lokomotywę prawdziwym 2-10-2. Koła napędowe miały średnicę 1,50 m (4 stopy 11 cali). Najwyższa dopuszczalna prędkość wynosiła 53 mil na godzinę (85 km / h). W teście 19 grudnia 1933 r. Silnik rozwijał nieco ponad 3000 KM (2200 kW) na dyszlu na dystansie 37 mil (60 km) i przy prędkości co najmniej 46 mil na godzinę (74 km / h), bez być przepracowanym. Podczas zwykłej eksploatacji silniki te mogły ciągnąć 1375 ton amerykańskich (1228 długich ton; 1247 ton), utrzymując prędkość 31 mil na godzinę (50 km / h) na szczycie 0,8% stopnia Blaisy. Po elektryfikacji linii, 151A zostały wysłane do służby w północno-wschodniej Francji. Zostały wycofane ze służby w 1956 roku i złomowane .
Kończący się
Od 2022 r. Żadna z oryginalnych lokomotyw dupleksowych nie przetrwała. Nawet dzisiaj ich sukces i to, czy można było sprawić, by dobrze działały, mając wystarczająco dużo czasu i wysiłku, jest tematem kontrowersyjnym. Powszechny wniosek jest taki, że problemy konwencjonalnej lokomotywy parowej nie były tak nierozwiązywalne, jak sądził Baldwin, i że układ dupleksowy wprowadził prawie tyle samo problemów, ile rozwiązał.
Grupa non-profit znana jako T1 Trust jest w trakcie konstruowania nowej lokomotywy typu duplex, silnika klasy T1 znanego jako Pennsylvania Railroad 5550 , z zamiarem wykorzystania ulepszeń projektowych z powojennej ery parowej, które nie były używane lub rzadko testowane na wcześniej istniejących T1 w nadziei na stworzenie lepszych właściwości użytkowych. Szacunkowy rok realizacji projektu to 2030 rok.
Źródła
- Cravero, Carlo (2011). „Le lokomotywa a vapore americane tipo Duplex = amerykańskie lokomotywy parowe: Duplex” . Ingegneria ferroviaria (w języku włoskim i angielskim). 66 (5): 413–447.
- Reed, Brian (czerwiec 1972). Profil lokomotywy 24: Pensylwania Duplexii . Publikacje profilu.
- Staufer, Alvin (1962). Pennsy Power . Staufera. LOK 62-20872.
- Łotr, LM (1971). L'évolution du matériel moteur et roulant de la Cie. PLM . Vincent, Fréal et Cie Paris.