Кіріспе
Қосқыштық бу машинасының бу ағынын басқару механизмі. Бу машинасының клапандық құрылғысы – циклдің дұрыс кезеңдерінде цилиндрге бу кіргізу және пайдаланылған будың шығуын қамтамасыз ететін, кіріс және шығыс клапандарын басқаратын механизм. Ол бағытты өзгертуге арналған механизм ретінде де қолданылуы мүмкін. Кейде оны "қозғалыс" деп те атайды.
Мақсаты
Қарапайым жағдайда бұл ішкі жанатын қозғалтқыштағыдай салыстырмалы түрде оңай тапсырма болуы мүмкін, онда клапандар әрқашан бірдей нүктелерде ашылады және жабылады. Дегенмен, бұл булы қозғалтқыш үшін идеалды емес, себебі ең жоғары қуаттылықты қамтамасыз ету үшін кірме клапанды қуат соққысы бойы ашық ұстау қажет (осылайша, беріліс жоғалтуларын ескермегенде, қазандықтың толық қысымын поршеньге түсіру), ал ең жоғары тиімділік кірме клапанды қысқа ғана уақытқа ашып, содан кейін будың цилиндрде кеңеюіне мүмкіндік беру арқылы қол жеткізіледі (кеңейтілген жұмыс). Будың цилиндрге кіруі тоқтатылатын нүкте кесу деп аталады, ал оның оңтайлы орны атқарылатын жұмыстың сипатына және қуат пен тиімділік арасындағы қажетті тепе-тәуелділікке байланысты өзгереді. Бу қозғалтқыштары бу ағынын реттеу үшін реттегіштермен (АҚШ терминологиясында – дроссельдермен) жабдықталған, бірақ қуатты кесу арқылы басқару әдетте артық, себебі ол қазандық буын тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Буды цилиндрге алдыңғы немесе артқы өлі нүктеден сәл бұрын жіберу арқылы қосымша пайда алуға болады. Бұл алдын ала жіберу (сондай-ақ, жетек бу деп те аталады) жоғары жылдамдықтарда қозғалыстың инерциясын тежеуге көмектеседі. Ішкі жанатын қозғалтқышта бұл функцияны камералы біліктегі камералар басқаратын шам клапандары орындайды, бірақ бұл құрылым булы қозғалтқыштарда жиі қолданылмайды, себебі камераларды пайдалану арқылы өзгермелі қозғалтқыш уақытын іске асыру қиын. Оның орнына, Д-тәрізді клапанды немесе поршень клапанды қозғалыстан басқару үшін эксцентриктер, коленкалар және рычагтар жүйесі қолданылады. Әдетте, фазасы мен амплитудасы өзгермелі шығыс қозғалысын қамтамасыз ету үшін әртүрлі тұрақты фазалық бұрыштарға ие екі қарапайым гармоникалық қозғалыс әртүрлі пропорцияларда қосылады. Осы жылдар ішінде осындай механизмдердің көптеген түрлері ойлап табылды, бірақ олардың табысы әртүрлі болды. Тәрізді және поршень клапандарының екі жағынан да шектеу бар, себебі сіңіру және шығару оқиғалары бір-біріне қатысты бекітілген және оларды тәуелсіз түрде оңтайландыру мүмкін емес. Клапанның бу жиегінде жабысқақтық қарастырылған, сондықтан клапанның соққысы кесудің алға жылжуымен азайғанмен, клапан әрқашан толық ашылады. Алайда, кесу қысқарған сайын, шығару оқиғасы да алға жылжиды. Қуат соққысының алдындағы тұста және шығару соққысының алдындағы тұста шығарылымдар орын алады. Ерте шығару будағы бір бөлігі энергияны ысырапқа жібереді, ал ерте жабу да қажетсіз үлкен көлемде буды сығып, энергияны ысырапқа жібереді. Ерте кесудің тағы бір салдары – клапан кесу нүктесінде өте баяу қозғалады, бұл тарылу нүктесін тудырады, нәтижесінде бу қазандықтың толық қысымынан төмен цилиндрге кіреді («сым тарту» деп аталады, бұл металл сымды тесіктен өткізу процесінен кейін аталған), индикаторлық диаграммада көрінетін тағы бір тиімсіз термодинамикалық әсер. Осы тиімсіздіктер локомотивтерде шам клапандық механизмдермен кеңінен тәжірибе жүргізуге себеп болды. Сіңіру және шығару шам клапандарын бір-бірінен тәуелсіз түрде жылжытуға және басқаруға болады, бұл циклді жақсырақ басқаруға мүмкіндік береді. Ақырында, көптеген локомотивтер шам клапандарымен жабдықталмады, бірақ олар булы автомобильдерде және жүк көліктерінде кең таралған, мысалы, Sentinel жүк көліктерінің, локомотивтерінің және вагондарының барлығы дерлік шам клапандарымен жабдықталған. Британдық SR Leader класы ішкі жанатын қозғалтқыштардан бейімделген жең клапандарын қолданды, бірақ бұл класс сәтті болмады. Стационарлық булы қозғалтқыштарда, тартымдық қозғалтқыштарда және теңіз қозғалтқыштарында клапандар мен клапандық механизмдердің кемшіліктері құрама кеңейтуге әкелетін факторлардың бірі болды. Стационарлық қозғалтқыштарда трип клапандары да кеңінен қолданылды.
Клапанның құрылғысының конструкциясы
Клапандық механизмдер жылдар бойы жүздеген түрлендірулерге ұшыраған, өте өнімді өріс болды. Дегенмен, олардың тек шамалы бөлігі ғана кеңінен қолданыс тапты. Оларды стандартты иірілемелі клапандарды (пистонды клапандар немесе сырғыма клапандар) қоздыратындарға, поршеньді клапандармен қолданылатындарға және жартылай айналмалы Корлисс клапандары немесе төмен түсетін клапандармен жұмыс істейтін стационарлық қозғалтқыштардың механизмдеріне бөлуге болады.
Ертедегі түрлері
Сығанақ эксцентрик – Бұл механизм қазір модельдік бу машиналарында және бірнеше ат күшіне дейін қуаты бар бу қайықтары сияқты аз қуатты хоббилік қолданыстарда ғана қолданылады. Эксцентрик коленвалда бос түрде орналасқан, бірақ оның коленвалға қатысты айналуын шектеу үшін тоқтағыштар қарастырылған. Эксцентрикті алға және кері бағытта орнату тоқтатылған қозғалтқышта эксцентрикті қолмен бұру арқылы немесе көптеген қозғалтқыштарда тікелей қозғалтқышты қажетті бағытта айналдыру арқылы жүзеге асырылады, онда эксцентрик автоматты түрде өз орнына келеді. Қозғалтқышты алға жылжыту эксцентрикті алға бағытқа, ал артқа жылжыту кері бағытқа қояды. Тоқтап қалуды реттеу мүмкіндігі жоқ. Лондон және Солтүстік-Батыс темір жолында, 1889 жылдан бастап Фрэнсис Уильям Уэбб жасаған үш цилиндрлі құрама машиналарының кейбіреулері, бір ғана төмен қысымды цилиндрдің клапанын басқару үшін сығанақ эксцентригін қолданды. Оларға "Teutonic", "Greater Britain" және "John Hick" класс машиналары жатты. Габ немесе ілгек механизмдері – ең алғашқы локомотивтерде қолданылған. Кері жылдамдыққа рұқсат берілген, бірақ тоқтап қалуды басқару мүмкіндігі болмаған.
Тұрақты жетекті тетіктер (Walschaerts типті тетіктер)
Қозғалыстың бір компоненті бұранда немесе эксцентриктерден келеді. Екінші компонент жеке көзден, әдетте айқас бастан алынады. Walschaerts немесе Heusinger клапандық механизмі – кейінгі локомотивтердегі ең көп таралған клапандық механизм, көбінесе сырттан орнатылады. Deeley клапандық механизмі Midland темір жолының бірнеше экспресс локомотивтеріне орнатылған. Комбинациялық тетіктер әдеттегідей, айқас бастардан қозғалады. Әрбір кеңейту буыны қозғалтқыштың қарама-қарсы жағындағы айқас бастан қозғалады. Young клапандық механизмі локомотивтің бір жағындағы поршеньдік таяқшаның қозғалысын екінші жағындағы клапандық механизмді қозғау үшін пайдаланды. Deeley механизміне ұқсас, бірақ егжей-тегжейлі айырмашылықтары бар. W. G. Bagnall қолданған Baguley клапандық механизмі. Bagnall Price клапандық торабы – W. G. Bagnall қолданған Walschaerts-тің нұсқасы. Бұл торап Bagnall 3023 және 3050 локомотивтеріне орнатылған, екеуі де Welsh Highland темір жолында сақталған. James Thompson Marshall кем дегенде Walschaerts механизмінің екі түрлі модификациясын жасаған сияқты. Бірі салыстырмалы түрде дәстүрлі болды. Екіншісі өте күрделі және цилиндрдің үстінде (беріліс үшін) және астында (көтеру үшін) жеке клапандарды қозғады. Ұлыстың қайтысынан кейін, бұл механизм эксперименттік түрде Southern Railway N класындағы 1850 нөміріндегі локомотивке орнатылды, жұмыс 1933 жылдың 16 қазанынан 1934 жылдың 3 ақпанына дейін жүргізілді, бірақ ол 1934 жылдың 22 наурызында сәтсіз аяқталды. Ұлыстың конструкцияны өзгерте алмауына байланысты, клапандық беріліс 1934 жылдың 24 наурызы мен 11 сәуірі аралығында стандартты Walschaerts берілісімен ауыстырылды. Isaacson-ның патенттік клапандық торабы – Rupert John Isaacson және басқалар 1907 жылы патент алған, өзгертілген Walschaerts торабы. GB190727899, 1908 жылдың 13 тамызында жарияланған. Ол Garstang and Knot End Railway 2 6 0T Blackpool (1909 жылы салынған) және Midland Railway No. 382 локомотивтеріне 1910–11 жылдары орнатылды. Isaacson сондай-ақ жақсартылған көзбен көру майлау құрылғысына патент алған (GB126203, 1919 жылдың 8 мамырында жарияланған). Бұл оның өкілі Ysabel Hart Cox-пен бірлесіп патенттелген. Kingan Ripken клапандық механизмі. Бұл Walschaerts түріндегі механизм, онда комбинациялық тетік тірек басына емес, кішкентай ұшына жақын орналасқан жалғау таяғының бір қолға байланысқан. James B. Kingan және Hugo F. Ripken Канадада патент алған, CA 204805 патенті 1920 жылдың 12 қазанында берілген. Бұл механизм Minneapolis, St. Paul және Sault Ste. Marie темір жолындағы (“Soo Line”) кейбір локомотивтерге орнатылған; Hugo Ripken Soo Line-ның Minneapolis-тегі Shoreham шеберханаларында бригадир болып жұмыс істеген.
Бағыттауыш және байланыс құралдары (Бейкер типті)
Бейкер клапанды механизмі АҚШ-та жиі кездесетін, жылғатын бөліктері жоқ құрылым.
Радиалды тіректер
Қозғалыстың екі компоненті де бір ғана бұрандадан немесе эксцентриктен шығады. Бұл құрылымда (локомотивтерде қолданылғанда) қозғалыс компоненттерінің бірі локомотивтің серіппелердегі жоғары көтерілуі мен төмен түсуіне тәуелді болады. Бұл, алайда, радиалды механизмдердің теміржол саласында Валсхерт типті механизмдермен кеңінен алмастырылуын, бірақ олардың тарту және теңіз қозғалтқыштарында қолданыла беруін түсіндіруі мүмкін. Хакворт клапандық механизмін 1859 жылы Джон Уэсли Хакворт ойлап тапты. Joy клапандық механизмі – Англиядағы L&YR және LNWR, сондай-ақ басқа да жерлерде кеңінен қолданылған конструкция. Сақталған мысалы – LNWR G2a класының 49395 нөмірі. Маршалл клапандық механизмі – 1879 жылы Маршалл, Sons & Co. компаниясы патент алған, Хакворт механизмінің өңделген түрі. Қазіргі қолданысы – шағын локомотив «Баджер». Браун клапандық механизмін Чарльз Браун (1827–1905) ойлап тапқан, ол Чарльз Юджин Ланселот Браунның әкесі болды. Бұл механизм Corpet Louvet және Duffield Bank Railway компанияларында қолданылған. Оңтүстік клапандық механизмі – 1920 жылдар шамасында АҚШ-та қысқа ғана уақытқа танымал болды. Ол Бейкер үлгілерінің элементтерін қамтыды, бірақ Валсхерттің біріктірілген рычагінсіз жасалған.
Қосылған дөңгелектер
Бұл 3 цилиндрлі немесе 4 цилиндрлі локомотивті тек екі клапандық механизм жиынтығымен құрастыруға мүмкіндік береді. Ең белгілісі – Гресли конъюгациялық клапандық механизмі, ол 3 цилиндрлі локомотивтерде қолданылады. Walschaerts механизмі әдетте екі сыртқы цилиндр үшін пайдаланылады. Сыртқы цилиндрдің клапан сарықшаларына жалғанған екі рычаг ішкі цилиндрдің клапанын басқарады. Гарольд Холкрофт ортаңғы цилиндрді сыртқы цилиндрдің комбинациялық рычаг жиынтығымен байланыстыру арқылы клапандық механизмдерді біріктірудің басқа тәсілін ойлап тапты, нәтижесінде Holcroft клапандық механизмінің түрі пайда болды. 4 цилиндрлі локомотивте құрылым қарапайым. Клапандық механизм ішкі немесе сыртқы жағында орналасуы мүмкін, ал ішкі және сыртқы цилиндрлердегі клапандарды байланыстыру үшін қысқа тербеліс біліктері ғана қажет.
Клапандық құрылғыны басқару
Локомотивтің қозғалыс бағыты және буды кесу кабинадан кері айналдыру тетігі немесе бұрандалы кері айналдыру арқылы, клапандық механизмге дейін жететін таяқты қоздыру арқылы белгіленеді. Кейбір үлкен бу машиналары қуатты кері айналдыруды қолданады, ол әдетте бумен жұмыс істейтін сервомеханизм болып табылады. Бұл жүргізушіге кері айналдыруды басқаруды жеңілдетеді.