Кіріспе
Валсшерт клапандық құрылғысы – бу локомотивтеріндегі поршеньдерге бу ағынын реттеуге арналған клапандық құрылғының бір түрі. Оны 1844 жылы бельгиялық теміржол инженері Эгиде Валсшерт ойлап тапқан. Құрылғы кейде соңғы "s" әрпісіз аталады, себебі ол осылай қате патенттелген. Бұл құрылғы 19 ғасырдың соңынан бастап бу локомотивтерінде бу дәуірі аяқталғанға дейін кеңінен қолданылды.
The Walschaerts valve gear is a type of valve gear used to regulate the flow of steam to the pistons in steam locomotives, invented by Belgian railway engineer Egide Walschaerts in 1844. The gear is sometimes named without the final "s", since it was incorrectly patented under that name. It was extensively used in steam locomotives from the late 19th century until the end of the steam era.
Тарих
Валсшерттің клапандық механизмі танымалдылыққа ие болуға бірте-бірте келді. Стивенсон клапандық механизмі 19 ғасыр локомотивтерінде ең көп қолданылатын механизм болып қала берді. Дегенмен, Валсшерттің клапандық механизмінің артықшылығы – оны локомотивтің сыртына толығымен орнатуға болады, бұл кадрлар арасындағы кеңістікті бос қалдырып, техникалық қызмет көрсетуге және реттеуге оңай қол жеткізуді қамтамасыз етеді. Осының нәтижесінде ол кейбір тіркелген локомотивтерде қолданысқа енді. Валсшерт клапандық механизмімен жабдықталған алғашқы локомотив Бельгияның Tubize шеберханаларында салынды және 1873 жылы Венада өткен Халықаралық көрмеде алтын медальмен марапатталды. 1874 жылы Жаңа Зеландия темір жолдары екі NZR B класты локомотивке тапсырыс берді. Олар Avonside компаниясымен жеткізілген Double Fairlie локомотивтері болды; Валсшерт клапандық механизмінің Жаңа Зеландияда алғашқы қолданылуы және, мүмкін, британдық өндірушінің оны алғашқы рет ұсынғаны. Олардың өлшемі – Cape gauge. 1874 жылғы модификацияланған Fairlie локомотивінің бірі – Mason Bogie Солтүстік Америкада Валсшерт механизмін алғаш рет пайдаланды. Ұлыбританиядағы алғашқы қолданылуы 1878 жылы Парижде көрмеге қойылған және 1882 жылғы наурыз айында Суиндон, Марлборо және Андовер темір жолы сатып алған Single Fairlie 0 4 4T локомотиві болды. Эрнест Аронстың сөзіне сәйкес, локомотив өте аз пайдаланылды, себебі ешкім клапандарды қалай реттеуді білмеген сияқты, бұл үлкен көмір шығынына әкелді. 20 ғасырда Валсшерт клапандық механизмі ең көп қолданылатын тип болды, әсіресе үлкен локомотивтерде. Еуропада оның қолданылуы дерлік барлық жерде болды, ал Солтүстік Америкада Валсшерт механизмі оның ең жақын бәсекелесі – Бейкер клапандық механизмінен айқын басымдықпен озып кетті. Германияда және Польша мен Чехословакия сияқты көршілес елдерде Валсшерт механизміне Edmund Heusinger von Waldegg-тің есімі берілді, ол 1849 жылы осы механизмді тәуелсіз түрде ойлап тапқан. Гейзингердің механизмі қалыпты формаға жақын болды, бірақ көптеген мамандар Валсшерттің өнертабысын соңғы формаға жеткілікті жақын деп санайды.
Мақсаты
Уолшэрт клапандық құрылғысы бұрынғы Стивенсон клапандық құрылғысынан жақсырақ, себебі ол жүргізушіге бу машинасының жұмысын үздіксіз түрде, ең жоғары экономиядан ең жоғары қуатқа дейін реттеуге мүмкіндік береді. Кез келген реттемеде клапандық құрылым келесі екі шартты орындайды:
The valve opens to admit steam to the cylinder just before the start of a piston stroke. The pressure of this steam provides the driving force. Soon before the space on one side of the piston starts to contract, the valve starts to release steam from that space to the atmosphere, so as not to impede the movement of the piston. In an economical setting, steam is admitted to the expanding space for only part of the stroke; at a point set by the driver, the intake is cut off. Since the exhaust is also shut, during the rest of the stroke the steam that has entered the cylinder expands in isolation, and so its pressure decreases. Thus, the most energy available from the steam (in the absence of a condenser) is used. The Walschaerts valve gear enables the engine driver to change the cutoff point without changing the points at which intake starts. Economy also requires that the throttle be wide open and that the boiler pressure is at the maximum safe level to maximise thermal efficiency. For economy, a steam engine is used of a size such that the most economical settings yield the right amount of power most of the time, such as when a train is running at steady speed on level track. When greater power is necessary, e. g. when gaining speed when pulling out of a station and when ascending a gradient, the Walschaerts valve gear enables the engine driver to set the cutoff point near the end of the stroke, so that the full pressure of the boiler is exerted on the piston for almost the entire stroke. With such a setting, when the exhaust opens, the steam in the cylinder is near full boiler pressure. The pressure in the steam at that moment serves no useful purpose; it drives a sudden pulse of pressure into the atmosphere and is wasted
This sudden pulse of pressure causes the loud puffing sound that members of the public associate with steam engines, because they mostly encounter engines at stations, where efficiency is sacrificed as trains pull away. A steam engine well adjusted for efficiency makes a soft hissing sound that lasts throughout the exhaust stroke, with the sounds from the two cylinders overlapping to produce a nearly constant sound.
Клапан поршеньнің қозғалысын бастағанға дейін цилиндрге бу жіберу үшін ашылады. Осы будың қысымы қозғау күшін қамтамасыз етеді. Поршеньнің бір жағындағы кеңістік тарыла бастағанға дейін, клапан сол кеңістіктен буды атмосфераға шығара бастайды, осылайша поршеньнің қозғалысына кедергі келтірмейді. Экономиялық режимде бу кеңейіп жатқан кеңістікке тек соққының бір бөлігіне ғана жіберіледі; жүргізуші белгілеген нүктеде будың кірісі тоқтатылады. Кәдеге шығару да жабық болғандықтан, соққының қалған бөлігінде цилиндрге кірген бу оқшауланып кеңейеді, сондықтан оның қысымы төмендейді. Осылайша, будан (конденсатор болмаған жағдайда) ең көп энергия алынады. Уолшэрт клапандық құрылғысы жүргізушіге буды кіргізу нүктесін өзгертпей-ақ, ажырату нүктесін өзгертуге мүмкіндік береді. Экономия үшін газды толық ашу және қазандық қысымын жылу тиімділігін арттыру үшін ең жоғары қауіпсіз деңгейде ұстау да қажет. Экономиялық режимде бу машинасының көлемі сондай етіп таңдалады, оның ең экономиялық параметрлері көбінесе дұрыс қуатты қамтамасыз етеді, мысалы, пойыз тегіс жолда тұрақты жылдамдықпен жүргенде. Қуатты арттыру қажет болғанда, мысалы, станциядан шығып жылдамдық алғанда және көлбеуге көтерілгенде, Уолшэрт клапандық құрылғысы жүргізушіге соққының соңына жақын ажырату нүктесін орнатуға мүмкіндік береді, сондықтан қазанның толық қысымы поршеньге дерлік барлық соққы бойында әсер етеді. Мұндай жағдайда, кәдеге шығару ашылғанда, цилиндрдегі бу қазанның толық қысымына жуық болады. Осы кездегі будың қысымы ешқандай пайдалы мақсатқа қызмет етпейді; ол атмосфераға кенеттен қысым толқынын жібереді және ысырапқа салады.
The valve opens to admit steam to the cylinder just before the start of a piston stroke. The pressure of this steam provides the driving force. Soon before the space on one side of the piston starts to contract, the valve starts to release steam from that space to the atmosphere, so as not to impede the movement of the piston. In an economical setting, steam is admitted to the expanding space for only part of the stroke; at a point set by the driver, the intake is cut off. Since the exhaust is also shut, during the rest of the stroke the steam that has entered the cylinder expands in isolation, and so its pressure decreases. Thus, the most energy available from the steam (in the absence of a condenser) is used. The Walschaerts valve gear enables the engine driver to change the cutoff point without changing the points at which intake starts. Economy also requires that the throttle be wide open and that the boiler pressure is at the maximum safe level to maximise thermal efficiency. For economy, a steam engine is used of a size such that the most economical settings yield the right amount of power most of the time, such as when a train is running at steady speed on level track. When greater power is necessary, e. g. when gaining speed when pulling out of a station and when ascending a gradient, the Walschaerts valve gear enables the engine driver to set the cutoff point near the end of the stroke, so that the full pressure of the boiler is exerted on the piston for almost the entire stroke. With such a setting, when the exhaust opens, the steam in the cylinder is near full boiler pressure. The pressure in the steam at that moment serves no useful purpose; it drives a sudden pulse of pressure into the atmosphere and is wasted
This sudden pulse of pressure causes the loud puffing sound that members of the public associate with steam engines, because they mostly encounter engines at stations, where efficiency is sacrificed as trains pull away. A steam engine well adjusted for efficiency makes a soft hissing sound that lasts throughout the exhaust stroke, with the sounds from the two cylinders overlapping to produce a nearly constant sound.
Осы кенеттен қысым толқыны бу машиналарымен байланыстырылатын қатты ұрлық дыбысын тудырады, себебі көптеген адамдар пойыздар станциядан кетіп бара жатқанда тиімділіктен айырылған машиналарын көреді. Тиімділікке жақсы реттелген бу машинасы, кәдеге шығару соққысы бойында үнемі соққан жұмсақ сызылыс дыбысын шығарады, екі цилиндрден шыққан дыбыстар бірігіп, тұрақты дыбыс құрайды.
The valve opens to admit steam to the cylinder just before the start of a piston stroke. The pressure of this steam provides the driving force. Soon before the space on one side of the piston starts to contract, the valve starts to release steam from that space to the atmosphere, so as not to impede the movement of the piston. In an economical setting, steam is admitted to the expanding space for only part of the stroke; at a point set by the driver, the intake is cut off. Since the exhaust is also shut, during the rest of the stroke the steam that has entered the cylinder expands in isolation, and so its pressure decreases. Thus, the most energy available from the steam (in the absence of a condenser) is used. The Walschaerts valve gear enables the engine driver to change the cutoff point without changing the points at which intake starts. Economy also requires that the throttle be wide open and that the boiler pressure is at the maximum safe level to maximise thermal efficiency. For economy, a steam engine is used of a size such that the most economical settings yield the right amount of power most of the time, such as when a train is running at steady speed on level track. When greater power is necessary, e. g. when gaining speed when pulling out of a station and when ascending a gradient, the Walschaerts valve gear enables the engine driver to set the cutoff point near the end of the stroke, so that the full pressure of the boiler is exerted on the piston for almost the entire stroke. With such a setting, when the exhaust opens, the steam in the cylinder is near full boiler pressure. The pressure in the steam at that moment serves no useful purpose; it drives a sudden pulse of pressure into the atmosphere and is wasted
This sudden pulse of pressure causes the loud puffing sound that members of the public associate with steam engines, because they mostly encounter engines at stations, where efficiency is sacrificed as trains pull away. A steam engine well adjusted for efficiency makes a soft hissing sound that lasts throughout the exhaust stroke, with the sounds from the two cylinders overlapping to produce a nearly constant sound.
Ұсыныс
Клапанның жұмыс істеуі екі қозғалысты біріктіреді; бірі – негізгі жетектік қозғалыс, ол комбинациялық рычагтың төменгі жағынан беріледі (12). Екіншісі – жоғарыдан берілетін бағыт/амплитудалық қозғалыс. Жүргізуші кері бұру рычагын ди-блокты ортаңғы тістің орнына реттегенін ескеріңіз. Бұл жағдайда екіншілік қозғалыс жойылады және поршень клапанының жүрісі ең қысқа болады, бұл буды минималды мөлшерде жіберуге және шығаруға мүмкіндік береді. Поршень клапанының жүрісі ұңғыма мен жетектің жалпы ұзындығының екі еселенгеніне тең. Бұл жағдайды ди-блок кеңейту буының төменгі жағында (7) болған кезде салыстырыңыз, бұл максималды бу жіберу мен шығаруды қамтамасыз етеді. Бұл ең қуатты алға қарайғы орнату және ол тоқтағаннан кейін алға қарай жылдамдану үшін қолданылады. Керісінше, ди-блок кеңейту буының жоғарғы жағында (7) болған кезде кері бағыттағы максималды қуатқа қол жеткізіледі. (Кейбір локомотивтерде ди-блок алға қарайғы тістің жоғарғы жағында орналасқан. Мұндай тип әдетте танк локомотивтерінде қолданылады, олар алға және артқа бірдей жұмыс істейді.) Локомотив жылдамдық алғаннан кейін, жүргізуші кері бұруды ортаңғы тіс орнына қарай реттей алады, бұл буды үнемдеу үшін кесілуді азайтады. Осы жағдайда локомотивтің тарту күші бастапқыдағыдан азайса, оның қуаты артады.
Техникалық мәліметтер
Басты жетектік қозғалысты арқан (9) және біріктіру буыны (11) қамтамасыз етеді. Бұл айналмалы арқалық комбинациялық рычагтың (12) төменгі бөлігіне фазадағы қозғалыс компонентін береді. Екінші бағытты/амплитудалық қозғалыс бірнеше компоненттен тұратын механикалық байланыс арқылы туындайды. Эксцентрикалық кранк (Ұлыбритания: кері кранк) (1) негізгі жетек дөңгелегіне қосылған кондор шынығырына қатаң бекітіледі. Бұл жетек дөңгелектерінің бірінде жалғау таяғының немесе иінтірек таяғының кедергісіз өтуін қамтамасыз ететін жалғыз қолайлы бекіту нүктесі екенін ескеріңіз. Эксцентрикалық кранк экцентрикалық таяққа (2) бекітілген шынығырмен 90 градусқа фазадан шығып орналасқан. Эксцентрикалық таяқ локомотив корпусына орталықта бұрылатын кеңейту буынына (7) қозғалыс береді. Кеңейту буыны радиус жолағын (8) ұстайды, ол радиус жолағымен біріктірілген, бірақ кеңейту буыны бойымен шектелген қисық жолмен тік қозғалуға болады. Радиус жолағының тік орны кабинадағы жүргізуші кері бұруды реттеу арқылы басқарылады, ол өз кезегінде механикалық байланысты басқарады: қол жеткізу таяғы (3), көтергіш буын (4), көтергіш қол (5) және кері бұру білігі мен қолы (6). Осылайша, екінші, фазадан тыс, жүргізуші басқаратын қозғалыс компоненті радиус жолағымен (8) комбинациялық рычагтың (12) жоғарғы бөлігіне беріледі. Комбинациялық рычаг осы екі қозғалысты біріктіріп, нәтижесінде клапан сабына (13) әсер етеді, ол клапан сабының жетекшісімен (10) тиісінше бекітіледі, ал ол өз кезегінде поршень клапанына (14) әсер етеді.
Ішкі және сыртқы суару клапандары
Валсшерт механизмі ішкі немесе сыртқы кіріспе клапандарына жалғануы мүмкін. Осы мақалада әзірге тек ішкі кіріспе поршень клапандары қарастырылды, бірақ сыртқы кіріспе клапандары (слайд клапандары және кейбір поршень клапандары) Валсшерт клапандық механизмін пайдалана алады. Егер клапанның сыртқы кіріспесі болса, радиус тірегі клапан сағасының үстінен емес, астынан орналасқан комбинациялық рычагқа жалғанады.
Орналасу
Уалсшарт механизмін жасау үшін комбинациялық рычагтың пропорцияларын таңдау қажет. Поршеньнің жүрісінің жартысына тең ауытқу, клапанның жетегі мен клапанның жабылуына тең клапан сабының ауытқуын қамтамасыз етуі керек. Біріктіру буынының соңы мен радиуслы таяқшаға байланысты бұрылыс арасындағы қашықтықтың, клапан сабының соңы мен радиуслы таяқшаға байланысты бұрылыс арасындағы қашықтыққа қатынасы, жарты поршень жүрісінің клапанның жабылуы мен жетегіне қатынасына тең болуы керек. Поршень өлі нүктеде болғанда радиуслы таяқшаның қозғалысы клапан сабын қозғалтпауы керек. Сондықтан кеңейту буынының ойығы радиуслы таяқшаның ұзындығына тең радиусы бар шеңбердің доғасы болуы керек. Қайтару кривошипінің иілуі кеңейту буынының қажетті тербелісін қамтамасыз етуі керек.