Локомотивтік дөңгелектердің 4-2-2 конфигурациясы

Кіріспе

Локомотивтердің дөңгелектерінің орналасуы
видео өндірісінде қолданылуы

Уайт нотациясы бойынша бу локомотивтерін жіктеуде, 4 2 2 – екі осьтегі төрт жетекші дөңгелек, бір осьтегі екі күш беруші дөңгелек және бір осьтегі екі ілеспе дөңгелектердің дөңгелек орналасуын білдіреді. Басқа балама жіктелімдер:
UIC жіктелімі: 2A1
Француздық жіктелімі: 211
Түрік жіктелімі: 14
Швейцариялық жіктелімі: 1/4

Жеке күш беруші дөңгелектері бар басқа бу локомотивтері сияқты, бұл локомотивтер де «жеке» деп аталды.

Тарих

4-2-2 конфигурациясы конструкторларға үлкен локомотивтің салмағын тарату үшін сегіз дөңгелек ұсынды, бірақ богилер (1830-шы жылдары ойлап табылып, кеңінен қолданысқа енгенге дейін) шектеулі адгезиямен ұзын, қатаң дөңгелек базасын құрады. Осының салдарынан, 1870-жылдарға дейін бұл тип салыстырмалы түрде сирек болды. Берлиндегі Borsig компаниясы 1841 жылы жасаған алғашқы бу локомотиві Borsig No 1 4-2-2 конфигурациясында болды, бірақ компания тез арада көбірек таралған 2-2-2 конфигурациясына қайта өтті.

Ұлыбританиядағы оқиғалар

Лондон және Солтүстік-Батыс темір жолының 3020 нөміріндегі "Корнуолл" локомотиві 1847 жылы Крюдегі зауытта 4-2-2 схемасымен салынған, бірақ ол кеңінен қайта жаңартылып, 1858 жылы 2-2-2 схемасына айналдырылды. Бұл типтің тиімділігін көрсеткен жалғыз сала – кең табанды локомотивтер, онда өткір бұрылыстардың мәні аз болды. Дэниел Гуч 1847 және 1855 жылдар аралығында Ұлы Батыс темір жолы үшін өзінің "Темір герцогы" экспресс локомотивтерінің 29 данасын жасады. Олардың жетекші дөңгелектерінің диаметрі 2 метрге жетеді. 1849 жылдан кейін Бристольдегі Stothert & Slaughter компаниясы Бристоль және Эксетер темір жолы үшін ұқсас конструкциядан жиырма дана салды. Осы сыныптардағы алдыңғы дөңгелектердің екі жиынтығы да рамаға тәуелсіз орнатылғандықтан, оларды кейде 4-2-2 емес, (2-2)-2-2 деп атайды. Бірінші 4-2-2 схемалы локомотив, богиі бар, 1853 жылы Ұлы Солтүстік темір жолының (GNR) Арчибальд Стуррок жасады. Оның фланцсыз жетекші дөңгелектерінің диаметрі 2 метр болды, бірақ ол толығымен сәтті болмады, себебі жолдан шығуға бейімділігі бар еді. 1870 жылдарға қарай, богилердің жақсартылған конструкциясы дизайнерлерге осы типтегі жылдам стандартты табанды экспресс жолаушылар локомотивтерін жасауға мүмкіндік берді. GNR-де Патрик Стирлинг 1870 және 1895 жылдар аралығында Донкастер зауытында сыртқы цилиндрлері бар 53 дана салды, олар Лондон Кингс-Кросс пен Йорк арасындағы Шығыс жағалау магистралінде пайдаланылды. Олар солтүстікке қарай бәсекелестік кезінде орташа жылдамдықпен жүрді және жетекші дөңгелектерінің диаметрі 2 метрден астам болғандықтан "сегіз футтықтар" деп аталды. Стирлингтің ізбасары Генри Иват 1898 және 1901 жылдар аралығында тағы он екі жеке локомотив жасады, содан кейін 4-4-2 схемасына көшті. "Жеке" (4-2-2 немесе басқа) локомотивтердің артықшылығы – үлкен жетекші дөңгелектің "беріліс" әсерінің арқасында локомотив поршеньдері мен клапандық механизмдерінің жұмыс жылдамдығы салыстырмалы түрде төмен болса да, жоғары жылдамдыққа жете алатындығы болды. Бұл сол кездегі жетілмеген майлау жүйелеріне байланысты маңызды болды, себебі қозғалтқыштың көптеген бөліктерін жүріске шығар алдында және кейін тұрақтап, немесе ұзақ сапарларда экипаждың бірі қозғалыс кезінде қажетті бөліктерді майлау үшін жүгіру тақтасына шығу қажет болды. Поршеньнің төмен жылдамдығы сонымен қатар қазандықтың буға деген сұранысын төмендетіп, кішкентай, жеңіл қазандықты пайдалануға мүмкіндік берді. 1890 жылдарда "үлкен қазандықтар" конструкциясы жасалмас бұрын көптеген қазандықтар жылдамдықпен жұмыс істейтін кішкентай дөңгелекті локомотивтерге қажетті буды қамтамасыз ете алмады, сондықтан "жеке" локомотивтерде үлкен жетекші дөңгелектер қажет болды. "Сегіз футтық" жеке локомотивтердің жетекші дөңгелектері минутына 245 айналыммен айналды, ал "алты футтықтардың" жетекші дөңгелектері минутына 327 айналыммен айналды. Бір-бірімен байланысқан дөңгелектері бар локомотивтер де жетекші дөңгелектерінің диаметріндегі шамалы айырмашылықтардан туындайтын аз, бірақ өлшенетін кедергіге ұшырады. Бұл дегеніміз, байланыс таяқшалары болмаса, берілген локомотив жылдамдығы үшін жетекші дөңгелектер өте аз өзгерген жылдамдықпен айналады, бірақ байланыс таяқшалары мен осьтер жетекші дөңгелектерді бірдей жылдамдықпен айналуға мәжбүр етеді, ал қосымша жұмыс байланыс таяқшаларының подшипниктерінде байлау күші ретінде жасалады. Осы күштен басқа, байланыс таяқшаларының арқалықтары өздері кедергі көзі болды. Сонымен қатар, локомотивтің әрбір жетекші осьін үлкен жай подшипниктерге сүйендіру қажет болды, қосымша майлау қажет болды, бұл механикалық ақаудың ыстықтан өтуі және айтарлықтай сүріну көзі арқылы мүмкін болатын нүктесін енгізді. Бір ғана жетекші осьі бар "жеке" локомотив төрт осьті локомотивке қарағанда төменгі дөңгелекті кедергіге ие болды, берілген жылдамдыққа жету үшін аз буды қажет етеді және төмен қарай қарай жүріп де еркін жүреді. 4-2-2 дөңгелек схемасының басқа да ерекше артықшылықтары болды: алдыңғы боги үлкен цилиндрлердің салмағын және ұзақ қазандықты қолдады, ол бір алдыңғы осьтегі жүктеме шектерінен асып түседі, сонымен қатар жоғары жылдамдықта жақсы тұрақтылық пен бұрылуды қамтамасыз етеді. Артқы жетекші ось пен дөңгелектерден шектеусіз, кең және терең от қорабы қолданылуы мүмкін, оны кішкентай жеке артқа сүйрейтін ось тасымалдай алады, бұл жақсы бу жасау қасиеттерін және үлкен күл табаны қамтамасыз етеді, бұл локомотивтерді ұзақ қашықтықты жоғары жылдамдықпен жүруге жарамды етеді. Стирлингтің "сегіз футтықтары" өте сәтті болды, бірақ Кембриджшир мен Йорк алқабындағы негізінен тура және жалпақ GNR магистраліне ең жақсы сай келетін. Басқа темір жолдар өздерінің бастапқы "жеке" локомотивтерін 4-4-0 схемалы локомотивтермен ауыстырды, олар жоғары жылдамдықтан гөрі жақсырақ тартымдылықты ұсынды. Алайда, 1886 жылы Дерби зауытының басқарушысы Фрэнсис Холт бумен жұмыс істейтін құм себу жүйесін ойлап тапты, бұл локомотив экипажына дөңгелектердің сырғанауын жылдам және тиімді тоқтатуға мүмкіндік берді. Бұл Мидленд темір жолының "жеке" локомотивтерін қайта жаңартуына әкелді, олардың ішкі цилиндрлі ерекше "Спинерлер" локомотивтері жасалды; 1887 және 1900 жылдар аралығында Сэмюэл Уэйт Джонсон бес конструкция бойынша сексен бес дана салды. 115 классының 673 нөмірі Йорктегі Ұлттық темір жол мұражайында сақталған. Холттың ойлап табуымен бірге Шығыс және Батыс жағалау маршруттарындағы Лондон мен Эдинбург арасындағы ең жылдам сапар уақыты үшін бәсекелестік болды. Батыс жағалау маршрутының бөлігі үшін Каледония темір жолы өзінің ерекше 4-2-2 локомотивін, 123 нөмірін пайдаланды. Ол 1885 жылы Эдинбургтегі 1886 жылғы әлемдік көрмеге көрсету үшін салынған, темір жолдың трафик қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін емес, сондықтан ол енді сәнге енбеген 4-2-2 "Жеке" схемасын пайдаланды. Бірақ Солтүстікке қарай бәсекелестік кезінде қызметке кірген кезде 123 нөмірінің жоғары жылдамдығы және сенімділігі басқа локомотив инженерлерін "жеке" жетекші дөңгелектің артықшылықтарын қайта қарастыруға мәжбүр етті, әсіресе оны жаңа бумен жұмыс істейтін құм себу жүйесімен (123 нөмірінде қысылған ауамен жұмыс істейтін ұқсас құм себу жүйесі болған) біріктіргенде. Бұл факторлар 1880 және 1890 жылдардағы жылдам экспресс жолаушылар жұмысы үшін "жеке" локомотивтерге қызығушылықты қайта жандандырды. Ұлы Батыс темір жолының Уильям Дин 1893 жылдан 1899 жылға дейін стандартты табанды 3031 "Ахиллес" классының елу данасын жасады. 3065 нөміріндегі "Коннот герцогы" 9 мамыр 1904 жылы Плимуттен Паддингтонға 227 минутта рекордық экспресс сапарында қатысты, ол Бристольде 3440 нөміріндегі "Труро қаласынан" пойызды қабылдап, Паддингтонға 99 минут 46 секундта жеткізді. 1900 жылға қарай орташа пойыз жүктемелері тіпті құм себуі бар "жеке" локомотивтердің де қабілетінен асып кетті, сондықтан олардың дамуы тоқтатылды. GNR-де Стирлингтің әйгілі "сегіз футтықтары" 4-4-0 локомотивтерімен қос жүріске шығарғаннан кейін Генри Иваттың жобалаған "Клондайк" 4-4-2 локомотивтерімен ауыстырылды, ал Мидленд темір жолында Сэмюэл Джонсон өзінің "Спинерлерін" ауыстыру үшін қуатты күшті 4-4-0 локомотивін жасады. Ұлыбританиядағы 4-2-2 схемасының басқа да көрнекті мысалдарына GER P43 классы кіреді, ол алғашқы майлы отынмен жұмыс істейтін локомотив, майлы қазандықтардың пионері Джеймс Холден жасаған. Ұлы Орталық темір жолының 1900 жылы компанияның Лондонға жаңа магистралінде жұмыс істеу үшін Гарри Поллитт жасаған 13 классы Ұлыбританиядағы соңғы "жеке" локомотив болды. GNR-дің Иват A5 классының локомотивтері, Ұлы Орталық локомотивтерінен бұрын жасалған, 1901 жылы қызметке түсуін жалғастырды, Ұлыбританиядағы осы типтегі соңғы локомотивтер болды.

The London and North Western Railway No. 3020 Cornwall was built as 4 2 2 at Crewe Works in 1847, but was extensively rebuilt, and converted to a 2 2 2 in 1858. The one area where the type proved to be useful was on broad gauge locomotives, where sharp bends were less of an issue. Daniel Gooch built 29 examples of his Iron Duke express locomotive class for the Great Western Railway between 1847 and 1855. They had an 8 feet (2 m) diameter driving wheel size. Twenty examples of a similar design were built for the Bristol and Exeter Railway after 1849, by Stothert & Slaughter in Bristol. Because both sets of leading wheels are mounted independently in the frames in these classes, they are sometimes described as (2 2) 2 2 rather than 4 2 2. The first 4 2 2 to have a bogie was built by Archibald Sturrock of the Great Northern Railway (GNR) in 1853. This had 7 feet (2 m) flangeless driving wheels, and was only moderately successful, having a tendency to derail. By the 1870s, improved design of bogies giving more flexibility enabled designers to create fast standard gauge express passenger locomotives of this type. On the GNR, Patrick Stirling built 53 examples with outside cylinders at Doncaster Works between 1870 and 1895, for use on the East Coast Main Line between London King's Cross and York. They ran at an average speed of more than during the race to the north, and were called eight footers because of the driving wheel, that was more than 8 feet (2 m) in diameter. Stirling's successor Henry Ivatt built a further twelve singles between 1898 and 1901 before moving on to larger 4 4 2 designs. The attraction of the 'single' (4 2 2 or otherwise) was that, thanks to the 'gearing' effect of the large single driving wheels, a locomotive could obtain high speeds while the operating speed of the engine's pistons and valve gear remained relatively low. This was important because of the relatively unsophisticated lubrication systems available at the time, with many of the parts of the engine's motion requiring to be 'oiled round' with the locomotive stationary before and after a run, or on longer trips by one of the crew taking to the running board to oil the required parts while on the move. Low piston speed also meant that the steam demand on the boiler would be relatively low, allowing a smaller, lighter boiler. Before the development of the 'large boiler' designs in the 1890s, many boilers could not sustain the steam supply required of a small wheeled locomotive operating at speed, thus requiring the large driving wheels of a single. At , an 'eight footer' single's driving wheels would be revolving at 245 revolutions per minute, opposed to the 327 revolutions of the driving wheels of a 'six footer'. A locomotive with coupled wheels also suffered extra rolling resistance from the presence of coupling rods between the driving wheels which incurred a slight but measurable resistance arising from the small variances in the diameter of the driving wheels that were nominally of the same size. This meant that without the coupling rods, for a given locomotive speed the driving wheels would turn at very slightly different rate, but the coupling rods and the axles forced the driving wheels to turn at the same speed, with the added work being incurred as a binding force in the coupling rod bearings. Aside from this force, the coupling rod bearings themselves were a source of rolling resistance. Additionally, each driving axle of a locomotive had to be supported on large plain bearings, with required further lubrication, introducing a potential point of mechanical failure through overheating and a considerable source of friction. With only one driving axle, a 'single' had much less rolling resistance than a four coupled engine, requiring less steam to achieve a given speed and also being more free running when coasting downhill. The 4 2 2 wheel arrangement had other specific advantages the front bogie supported the weight of large cylinders and a long boiler which could exceed the load limits on a single front axle while also providing a superior stability and cornering at high speeds. Without restriction from a rear driving axle and wheels, a wide and deep firebox could be used, carried by the small single trailing axle, which provided good steam making properties and a large ashpan making these locomotives suitable for running long distances at high speeds. The Stirling 'eight footers' were very successful, but were best suited to the predominantly straight and flat GNR main line in Cambridgeshire and the Vale of York. Other railways slowly replaced their original 'singles' with 4 4 0 locomotives that offered better traction at the cost of ultimate speed. However, in 1886 Francis Holt, manager at the Derby Works of the Midland Railway invented a practical form of steam sanding gear which allowed locomotive crews to quickly and effectively stop wheelspin. This led to the Midland reviving the 'single' in the form of the distinctive inside cylinder "Spinners"; eighty five were built to five designs by Samuel Waite Johnson between 1887 and 1900. One 115 class, No. 673, survives at the National Railway Museum in York. Concurrent with Holt's invention was the so called Race to the North, when groups of railway companies on the East Coast and West Coast routes between London and Edinburgh competed with each for the fastest journey times. For its portion of the West Coast route, the Caledonian Railway used its unique 4 2 2, No. 123. This had been built in 1885 as a showpiece for the 1886 world's fair in Edinburgh rather than to fulfil a traffic need for the railway, and so had used the now unfashionable 4 2 2 'Single' layout. But when pressed into service during the Race to the North, No. 123's high speed performance and reliability made other locomotive engineers reconsider the advantages of the single driver engine, especially when joined with the new steam sander (No. 123 had a similar sanding system working by compressed air). These factors lead to a resurgence of interest in the 'single' for fast express passenger work in the 1880s and 1890s. William Dean of the Great Western Railway built fifty examples of the standard gauge 3031 Achilles Class from 1893 to 1899. No. 3065 Duke of Connaught contributed to the record breaking run of the Ocean Mail express train from Plymouth to Paddington in 227 minutes on 9 May 1904, when it took over the train at Bristol from No 3440 City of Truro and completed the journey to Paddington in 99 minutes 46 seconds. By 1900, average train loads had grown beyond the capability of even a sander fitted 'single' and their development was stopped. On the GNR, Stirling's famous 'eight footers' required double heading with 4 4 0s before they were replaced by the 'Klondyke' 4 4 2 engines designed by Henry Ivatt, while on the Midland Railway Samuel Johnson developed a powerful compound 4 4 0 to replace his 'Spinners'. Other notable UK examples of the 4 2 2 include the GER Class P43, which was an early oil burning engine, developed by the pioneer of oil boilers, James Holden. The last British 'single' to be designed was the Class 13 of the Great Central Railway, designed by Harry Pollitt in 1900 for work on the company's new main line to London. Ivatt Class A5 singles of the GNR, designed before the Great Central engines, continued to enter service during 1901, being the last of their type to take to the rails in Britain.

АҚШ-тағы оқиғалар

Т.Д. Джуда локомотиві 1863 жылы Кук локомотив және машина жасау зауытында 4-2-4 конфигурациясында салынған. Ол Central Pacific Railroad компаниясы үшін сатып алынып, 1872 жылы 4-2-2 конфигурациясына қайта жаңартылған. 1900 жылға қарай экспресс пойыздардың қалыпты жүктемелері 4-2-2 локомотивтерінің мүмкіндіктерін басып өтті, соның салдарынан бұл конфигурация 4-4-2 конфигурациясымен алмастырылды.

Азия

1910 жылы британдық локомотивтерді жасаушы «Керр, Стюарт және Компания» Шанхай-Нанкин темір жолы үшін 120 тонна салмақты және 7 фут диаметрлі жетек доңғалақтары бар төрт 4-2-2 локомотивін өндірді. Бұл соңғы тіркелген «жеке» локомотивтер болды және, әлдеқашан ең ірілері еді.