Гресли конъюгированный клапанды механизм – локомотивтердегі буды басқару жүйесі. Сыртқы цилиндрлерден ортаңғы цилиндрге қозғалыс береді, тиімділікпен жұмыс істейді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Поршенді бу машинасының бу ағынын басқару механизмінің түрі
Type of mechanism for controlling steam flow in a reciprocating steam engine
Гресли конъюгациялық клапандық механизмі – LNER бас инженер-механігі сэр Найджел Гресли және Harold Holcroft-тың көмегімен жасалған бу локомотивтері үшін арналған клапандық механизм. Ол үш цилиндрлі локомотивтің сыртқы цилиндрлер үшін бар болғаны екі клапандық жиынтықпен жұмыс істеуіне мүмкіндік береді, ал ішкі цилиндрге арналған клапан қозғалысын олардан рычагтар арқылы ( "2:1 рычагы" және "тең рычаг") алады. Механизм кейде Гресли-Холкрофт механизмі деп аталады, бұл Холкрофттың оны дамытуға қосқан маңызды үлесін мойындау болып табылады.
The Gresley conjugated valve gear is a valve gear for steam locomotives designed by Sir Nigel Gresley, chief mechanical engineer of the LNER, assisted by Harold Holcroft. It enables a three cylinder locomotive to operate with only the two sets of valve gear for the outside cylinders, and derives the valve motion for the inside cylinder from them by means of levers (the "2 to 1 lever" and "equal lever"). The gear is sometimes known as the Gresley Holcroft gear, acknowledging Holcroft's major contributions to its development.
Операция
Греслидің біріктірілген механизмі – тиімді қосу машинасы, онда ішкі цилиндр клапанының орны екі сыртқы цилиндрлердің орнының қосындысымен анықталады, бірақ бағыты кері. Оны 4 цилиндрлі бу локомотивтеріндегідей, сыртқы цилиндр мен ішкі цилиндр арасындағы тебісу тетігі деп те қарастыруға болады, бірақ бұл жағдайда айналу нүктесі екінші сыртқы цилиндрден келетін тетік арқылы алға-артқа жылғалады. Егер әр клапанның қозғалысын синустық толқынмен жуықтасақ, яғни клапанның алға-артқа қозғалысындағы орны "жүргізуші бұрышының" синусына пропорционал болса және жүргізуші бұрышының нөлдік нүктесі сол клапанға қажетті орынға орнатылса, онда математикалық есептеулер оңай болады. 2:1 тетіктің ұзын жағына бекітілген клапанның орны , ал қалған екі клапанның орны мен болуы керек. 2:1 тетіктің қысқа жағының орны – ол, кез келген мән үшін және арасындағы ортақ нүктеге сәйкес келеді. Сондықтан 2:1 тетіктің қысқа жағына тірелген 1:1 тетік қажетті нәтижені береді.
The Gresley conjugated gear is effectively an adding machine, where the position of the valve for the inside cylinder is the sum of the positions of the two outside cylinders, but reversed in direction. It can also be thought of as a rocking lever between one outside cylinder and the inside cylinder, as is common on 4 cylinder steam locomotives, but with the pivot point being moved back and forth by a lever from the other outside cylinder. If we approximate the motion of each valve by a sine wave — if we say the position of a valve in its back and forth travel is exactly proportional to the sine of the "driver angle", once we have set the zero point of driver angle at the position it needs to be for that valve — then the mathematics is simple. The position of the valve that is pinned to the long end of the 2 to 1 lever is , while the positions of the other two valves are supposed to be and The position of the short end of the 2 to 1 lever is —which, it turns out, is midway between and for any value of So a 1 to 1 lever pivoted on the short arm of the 2 to 1 lever will do the trick.
Бұрыштық бұрыштар
Гресли клапандық механизмі бар локомотивтерде үш поршень дәл 120 градус интервалмен жұмыс істеуі тиіс. (Егер 120 120 120 градустан басқа интервалдың артықшылығы болғанда, әртүрлі рычагтардың пропорцияларын қолдану арқылы басқа интервалдарға бейімделуге болар еді.) Ішкі байланыстырғыш сырғаның алдыңғы біріктірілген осьті қабылдауы үшін, Гресли клапандық механизмі бар локомотивтің ішкі цилиндрі әдетте сыртқы цилиндрлерден жоғарырақ орналасады және төмен қарай бұрылады. Тегіс момент ағынын сақтау үшін, кривошип бұрыштары ішкі цилиндрдің бұрышын өтеу үшін тең 120 градус интервалынан смещается (мысалы, 120/113/127 градус). Нәтижесінде, цилиндрден шығатын будың атылу уақыты осы үш цилиндрлі локомотивтерге тұрақты шығару ырғағын береді.
Locomotives with Gresley valve gear must have the three pistons operating at precisely 120 degree intervals. (Different spacings could be accommodated by different lever proportions, if there were any advantage to a spacing other than 120 120 120.) In order for the inside connecting rod to clear the leading coupled axle, the inside cylinder of a locomotive with Gresley valve gear is typically positioned higher than the outside cylinders and angled downward. To maintain a smooth flow of torque, the crank angles are offset from equal 120 degree spacing to compensate for the angle of the inside cylinder (e. g. 120/113/127 degrees). The resultant timing of the blast from steam exiting the cylinders gives these three cylinder locomotives a regular exhaust beat.
Қиындықтар
Греслидің механизмдерінде бірқатар мәселелер болды. Конъюгациялық құрылғы клапан шпинделінің қарама-қарсы жағында клапандық механизмге орнатылғандықтан, клапан шпинделі цилиндрлердегі будың ыстығынан ұзарғанда клапан уақыты бұзылып, жабдықты бөлшектеп, клапандарды жөндеуге дейін алып тастау қажет болатын. Алайда, B17 класының "Футболшы" / "Сэндрингхэм" 4-6-0 локомотивтері осы мәселеден құтылды, себебі конъюгациялық механизм цилиндрлердің алдында емес, артында орналасқан. Бұл клапандық механизмнің басты қиындығы – жоғары жылдамдықтарда инерциялық күштердің әсерінен ұзын конъюгациялық рычагтың иіліп немесе "шабылып" кетуі. Бұл ортаңғы цилиндрдің сыртқы цилиндрлерге қарағанда ұзақ уақыт жұмыс істеуіне, демек, жалпы қуаттың үлесіне пропорционалсыз үлестің түзілуіне және ортаңғы үлкен сақинаның тозуына әкеп соқты. Жоғары жылдамдықтағы үздіксіз жұмыс кейде үлкен сақинаның тез тозуына себеп болып, ортаңғы поршеньге берілген артық қозғалыс арқауындағы бос орын ортаңғы цилиндрдің ұштарын соқтыруға жеткілікті болды. Бұл "Күміс түлкі" локомотивінің жұмысы кезінде болды. Мұндай мәселе бейбіт уақытта тұрақты күтім мен тексеру арқылы шешілгенімен, ол Екінші дүниежүзілік соғыстың ауыр жүктемесі мен күтімнің төмен деңгейіне төтеп беруге жарамсыз болды. Бұл танымал A4 класындағы жылдамдықтың жоғары деңгейіндегі локомотивтерде ортаңғы цилиндрдің жалғау таяғында үлкен мәселелер тудырды, соның салдарынан көптеген локомотивтерге диаметрі кішірек поршеньдер орнатылып, ішкі цилиндр уақытша шара ретінде кішірейтілді. LNER Class A4 4468 Mallard әлемдік рекордты жасау кезінде ортаңғы цилиндрдің үлкен сақинасы зақымдалды (жүргізушіге подшипникке бекітілген "жарылғыш бомбаның" сынуы арқылы көрсетілді, ол ақ металдың қызуынан жарылады) және кейін жөндеу үшін депоға қайта оралуға мәжбүр болды. Греслидің LNER-дегі ізбасары Эдвард Томпсон осы клапандық механизмді сынады. Жаңа екі цилиндрлі конструкцияларды енгізумен қатар, ол Гресли локомотивтерін әр цилиндр үшін жеке Валсхарт клапандық механизмдерімен қайта жабдықтауға кірісті. Кейінірек, Британ темір жолдарының меншігінде бұрынғы Ұлы Батыс темір жолының шеберхана тәжірибесі клапандық механизмді дәл реттеу және ішкі үлкен сақина подшипнигін майлау үшін қолданылып, мәселелер тиімді шешілді.
There were a number of issues with the Gresley gear. Because the conjugation apparatus was mounted at the opposite end of the valve spindles from the valve gear, as the valve spindles lengthened with the heat of steam in the cylinders the valve timing would be affected, and the gear would need to be removed before it was possible to remove valves for maintenance. However, the B17 Class "Footballer"/"Sandringham" 4 6 0s avoided this particular problem by being designed with the conjugated gear behind, rather than in front of, the cylinders. The main difficulty with this valve gear was that at high speeds, inertial forces caused the long conjugating lever to bend or "whip". This had the effect of causing the middle cylinder to operate at a longer cutoff than the outer cylinders, therefore producing a disproportionate share of the total power output, leading to increased wear of the middle big end. Sustained high speed running could sometimes cause the big end to wear rapidly enough that the increased travel afforded to the middle piston by the increased play in the bearing was enough to knock the ends off the middle cylinder. This happened during the run of "Silver Fox". Although the problem could be contained in a peacetime environment with regular maintenance and inspections, it proved to be poorly suited to the rigors of heavy running and low maintenance levels of World War II. This gave rise to big end problems on the centre cylinder connecting rod on the famous A4 class of streamlined Pacifics and many of these locomotives were fitted with a reduced diameter piston and had the inside cylinder sleeved down as a temporary measure. LNER Class A4 4468 Mallard suffered centre cylinder big end damage (indicated to the driver by the fracture of a "stink bomb" attached to the bearing, which fractures during overheating of the white metal) during its world record run and was forced to limp back to its depot for repairs afterwards. Gresley's successor at the LNER, Edward Thompson, was critical of this particular valve gear. As well as introducing new two cylinder designs, he set about rebuilding Gresley locomotives with separate sets of Walschaerts valve gear for each cylinder. Under later British Railways ownership, the application of former Great Western Railway workshop practices for precise alignment of the valve gear and in the manufacture and lubrication of the inside big end bearing effectively solved the problems.
Солтүстік Америка, Австралия және Жаңа Зеландия
Греслидің конъюгациялық клапандық механизмі 1926-1930 жылдар аралығында «Американ Локомотив Компани» компаниясы лицензия бойынша «Юнион Пасифик» темір жолы үшін салынған «Юнион Пасифик 9000» класындағы 4-12-2 локомотивтерінде қолданылды. Осы клапандық механизмді пайдаланған ең ірі локомотивтер осылар болды. Сондай-ақ, ол 1928 жылы Виктория темір жолының S класы 4-6-2 және 1929 жылы Жаңа Оңтүстік Уэльс мемлекеттік темір жолының D57 класы 4-8-2 локомотивтерінде Австралияда қолданылды. Ұлыбританиядағыдай, бұл механизм де проблемаларсыз болған жоқ. «Юнион Пасифик 9000» класындағы кейбір локомотивтер «қос Walschaerts» клапандық механизміне ауыстырылды, ал кейінірек шыққан үлгілер Гресли механизмінің қозғалмалы бөліктері үшін роликтік подшипниктермен жабдықталды. Австралияда VR S класындағы Pacific локомотивтерінде Гресли механизміне кедерлес болатын ортаңғы цилиндрлерге қатысты көптеген мәселелер алдын алды, алдыңғы жетек дөңгелектерінің осьтеріне «белгі» орнату арқылы барлық үш цилиндрдің бірдей көлденең жазықтықта орналасуына мүмкіндік берді. Кейінірек VR және NSWGR үш цилиндрлі локомотивтерінің конструкцияларында Гресли жүйесінің жоғары техникалық қызмет көрсету шығындарын жеңілдету мақсатында балама механизмдер қолданылды. 1941 жылғы Виктория темір жолының H класы неміс «Henschel und Sohn» конъюгациялық клапандық механизмімен жабдықталды, ол Гресли жүйесінен артық деп танылды, ал Жаңа Оңтүстік Уэльсте 1950 жылғы D58 класы теорияда Гресли жүйесінен жақсарған рельстік және пиньондық жүйені пайдаланды, бірақ практикада одан да қиындықтар тудырды. Гресли клапандық механизмі 1928 жылы Жаңа Зеландия темір жолына жеткізілген NZR G класының «Beyer Garrett» алты цилиндрлі локомотивтерінде қолданылды. «Beyer Peacock» өндірушісі Гресли механизмімен үш/алты цилиндрлі нұсқадан бас тартуға кеңес берді, бірақ бұл талапты NZR CME G S Lynde қойды. Бұл үш буынды локомотивтер сәттілікке жетпеді және олар алты «Pacific» локомотивтеріне қайта жаңартылды.
Gresley conjugated valve gear was used by the American Locomotive Company under license for the 4 12 2 locomotives, the Union Pacific 9000 class, built for the Union Pacific Railroad between 1926 and 1930. These were the largest locomotives to use this valve gear. It was also used in Australia for the Victorian Railways S class 4 6 2 of 1928 and New South Wales Government Railways D57 class 4 8 2 of 1929. As in the UK, the mechanism was not without its problems. Some of the Union Pacific 9000 class locomotives were converted to a "double Walschaerts" valve gear, while later examples were built with roller bearings for the moving parts of the Gresley mechanism. In Australia, the VR S class Pacifics avoided many of the middle cylinder problems that beset Gresley by placing a 'set' in the axle of the leading driving wheels, thus allowing all three cylinders to be in the same horizontal plane. Later VR and NSWGR three cylinder locomotive designs used alternative mechanisms to the Gresley system in an effort to overcome its high maintenance overhead. The Victorian Railways H class of 1941 was fitted with a German Henschel und Sohn conjugated valve gear mechanism which was judged to be superior to the Gresley system, while in New South Wales the D58 class of 1950 utilised a rack and pinion system which while in theory an improvement over the Gresley system, proved in practice to be even more problematic. Gresley valve gear was used on the NZR G class Beyer Garrett six cylinder locomotives supplied to the New Zealand Railways in 1928. The manufacturer Beyer Peacock advised against the three/six cylinder option with Gresley gear but it was required by G S Lynde the NZR CME. These three articulated locomotives were not a success, and they were rebuilt into six "Pacific" locomotives.