Buharlı lokomotifler neden dişli çarklarla güç aktarmadı?

Modern arabalar gücü motordan tekerleklere aktarmak için dişli çark kullanır. Buharlı lokomotifler , gücü tekerleklere aktarmak için bir çeşit çubuk kullandı (üzgünüm, anadili değilim).

Mühendisler neden dişli çarkları kullanmadı? Buharlı lokomotifler dişli çark kullansaydı daha hızlı olurdu mı?

Modern otomobillerin şanzıman için dişli çark kullanmadığını, şaft kullandıklarını belirtmek isterim. Dişliler ve diferansiyel için dişli çarklar kullanılır.

Ancak bar mekanizmaları çoğunlukla bugünkü gibi bir üretim tesisine sahip olmadıkları için kullanıldı. Çubuk mekanizmaların yapılması kolaydır, esnek ve sahada bakım yapılabilir. Bu özel tasarımda herhangi bir durumda da tüm mekanizma güç iletim yönünü 2 kez çevirmek zorunda kalacaktır. Pistonun doğrudan ön tekerleğe bağlandığını ve bir mil ile birleştirme işlemi daha zor olan daha fazla parçaya ihtiyaç duyarken, bir çubukla bir sonraki tekerleğe aktarmanın oldukça basit olduğunu görün.

Buhar pistonlu motorlar sabitten çok fazla tork üretebilir ve pistonlar kazandan fiziksel olarak uzak olabilir, bu nedenle çoğu durumda pistonların tekerlekleri doğrudan bir krank üzerinden tahrik etmesi en uygunudur. Aynı şekilde, trenlerin de böyle bir direksiyon mekanizması olmadığı ve konik kesitli tekerlekleri olduğu için, bir diferansiyele de ihtiyacınız yoktur.

Buna karşılık, içten yanmalı motorların faydalı tork üretmek ve torklarının ve güçlerinin çoğunu oldukça dar bir devir aralığında üretmek için oldukça ılımlı bir RPM'de dönmeleri gerekir, böylece hem tahriki (debriyaj veya viskoz tork konvertörü) ayırma araçlarına ihtiyaç duyarlar hem de çok çeşitli yol hızlarında faydalı tork sağlamak için seçilebilir oranlı bir şanzıman.

Ayrıca, IC motorları, çalışma döngüsünün çeşitli farklı aşamalarında güç dağıtımını kolaylaştırdığından ve ortak bir çıkış şaftına sahip bir krank miline ihtiyaç duyduğundan çoklu silindirlerle daha iyi çalışma eğilimindedir. Buhar motorları esasen pnömatik aktüatörlerdir, böylece çalışma stilini uygun olduğu sürece yapabilir ve makul derecede tutarlı bir doğrusal kuvvet elde edebilirsiniz.

Bir buharlı lokomotif üzerindeki harici bağlantı çubukları, bir IC motorunun pistonunu krank miline bağlayan bağlantı çubuklarının doğrudan bir analogudur.

Kısa cevap, bir buhar motorunun tork karakteristiği, torkun normal çalışma hızı aralığı için RPM'den az ya da çok bağımsız olması nedeniyle bir şanzımanın gereksiz olduğu anlamına gelir.

İşte modern bir içten yanmalı motordaki krank millerinin bir resmi:

Bunların amacı, pistonun ileri geri hareketini dönme hareketine dönüştürmektir. Eski buhar motorlarında kullanılanla aynı mekanizmadır:

Aradaki fark, içten yanmalı motorda gücün doğrudan tekerleklere değil, bir mile aktarılmasıdır. Bu farkın nedenleri diğer cevaplarda tartışılmıştır --- sadece altta yatan mekanizmanın aynı olduğunu belirtmek istedim.

bir süre için buharlı lokomotifler gerçekte krank milleri süren dişliler ve silindir / piston setleri kullandı. Bunlara dişli lokomotifler denirdi ve ağır yükleri özellikle düşük hızlarda dik eğimlerde taşımak için kullanıldılar. Bu, onları buhar enerjisi günlerinde batı ABD'de kereste tomruklama işlemleri için popüler hale getirdi.

daha kademeli eğimlerde daha yüksek hızda kullanım için, doğrudan tahrik yöntemi (bağlantı çubuğunun tahrik tekerleğine / tekerleklerine geçtiği) daha basittir ve yük empedansı ile motor empedansı arasında yeterli bir eşleşme sağlar.

Buhar, başka bir yerde belirtildiği gibi sıfır hızda tam tork üretir, bu nedenle elektrikli bir arabada olduğu gibi (aynı karakteristik özelliklere sahiptir), bir dişli kutusundan kazanılacak çok az şey vardır, aynı zamanda tekerlekleri doğrudan da sürebilir.

Bu nedenle, çok küçük olan dizel lokomotiflerin büyük çoğunluğu gerçekten dizel elektriklidir, performansın sıfıra yakın kısmını daha az can sıkıcı hale getirir ve çok yüksek güçlü bir debriyajı soğutmaya çalışma ihtiyacını ortadan kaldırır.

Bu arada, bir buhar lokomosunun bir tür "dişli" vardır, çünkü sürücü strok başına kabul edilen buhar hacmini ve dolayısıyla mevcut torku değiştirmek için valf zamanlamasını kontrol edebilir, bu buhar basıncını değiştirmekten hafifçe ayrıdır (ancak etkileşime girer). .... Bir buharlı tren başlangıçta istiften güçlü bir buhar patlaması olacağından bunu görürsünüz, çünkü sürücü valf dişli setine sahiptir, böylece egzoz valfi açılırken silindirde hala önemli bir basınç vardır. torku maksimize edin), hız bir döngünün fraksiyonu geldiğinde, verimliliği artırmak için giriş valfi açıktır ve egzoz notası atmosfer basıncına yaklaştıkça egzoz notası dışarı çıkar. Bu değişken valf bağlantıları, o zamanlar tüm büyük oyuncular arasındaki kavgalarla daha patlaklı sulardan biriydi.

Buharlı lokomotifler buhar türbinleri değil buhar pistonları kullanır .

Buharlı lokomotiflerde döner güç kaynağı olmadığından dişliler / dişliler anlamsız olacaktır. İleri geri hareket eden buhar pistonları kullanıyorlar.

Fizik çalıştıkça, doğrudan tahrik, piston çapı, strok / eksantrik ve tekerlek boyutunun ulaşılabilir değerleriyle gerçekten iyi çalıştı. Kadar yoktu. Ve onları yakalayan eğrilerdi.

Ana hat çektirmeleri çubuklarla sıkışmış: dişliler için çok büyük

Tamamen aşırı ısınan kazanlar çok güçlü hale geldikçe, hızlı yolcu lokomotifleri bu gücü daha yüksek hızlarda kullandı. Onlar için yan çubuk tasarımı mükemmeldi. Ancak yavaş çekmeli yük lokomotiflerinin gücü düşük hızlarda aktarmak için ray üzerinde daha fazla ağırlığa ihtiyacı vardı. Bu, ağırlığı yaymak için daha fazla tahrik aksı gerektiriyordu. Bu, eğriler için çok uzun, tek bir sert sürüş aksı grubunu yaptı. Böylece iki (nadiren üç) tahrik aks grubuna ayrıldılar. Güç aktarımı, her grupta, genellikle basit, bazen bileşik olan bir motorla yapıldı. Union Pacific'in Big Boy'u, her biri basit bir motora sahip, yine de dişlilerden kaçınan iki sürücüde 8 tahrik aksına sahipti ve 4 tahrikli bir akslı lokomotif gibi eğrileri ele aldı.

src

Saçma sapan. Virginian Demiryolu nihayet pes etti ve elektrikli hale geldi.

Bu güç seviyelerinde, 4000-6000 beygir gücü, dişli sürücüsü söz konusu değildi: dişliler için çok fazla güç büyüklüğündeydi. Dönemin elektrik GG1'i bile, aynı miktarda gücü altı aksa aktarmak için on iki büyük pinyon kullandı .

Çok daha küçük motorlar kullanılabilir

Dağ demiryolları, oldukça sıkı eğrileri kaydırmak zorunda kalan düşük güçlü, hafif lokomotifler kullandı. Çok mütevazı bir yan çubuk buhar motoru bile eğriler için çok sertti. Ayrıca, pilot olmayan kamyon ve ihale gibi tahriksiz tekerlekler üzerinde çok fazla ağırlık kaybettiler. Ephraim Shay, bu problemi gerçekten dişli lokomotiflerle çözdü. Bunların küçük lokomotifler olduğunu unutmayın: en büyük, Batı Maryland # 6, 200 psi kazan basıncına ve 23 mil / saat azami hıza sahiptir.

Ephraim Shay, her tekerleğe dişliden lokomotifin bir tarafı boyunca bir tahrik mili yerleştirdi. Pistonlar doğrudan tahrik milini krankladı. Özellikle merkez dışı konumu nedeniyle önemli olan ayrıntılı teleskopik tahrik şaftlarına dikkat edin.

Dişlilere dikkat edin. kaynaklar

Charles Heisler tahrik milini lokomotif merkez hattına indirdi ve "vee-twin" piston düzenlemesi kullandı. Yan çubuklara dikkat edin: bu, iki akstan sadece birinin tahrik miline takıldığı, yan çubukların gücü diğer aksa aktardığı anlamına gelir. Bunun gibi yan çubuklar, aks başına belki de 100 beygir gücü anlamına gelir.

Climax Manufacturing Co., Heisler'in merkez-şaft düzenlemesini aldı ve buhar pistonlarını neredeyse geleneksel bir yere koymak için bir şaft ve daha fazla dişli ekledi .

Bu dişli lokomotif düzenlemelerini gördükten sonra, bin beygir gücü çıkışlarına kadar "ölçeklemediklerini" görebilirsiniz.