Локомотивтердегі аралық біліктер: тарихы мен қолданылуы
Jackshaft (locomotive)
Жекшафт – локомотивтерде қуат беруші білік. 19-20 ғасырлардағы поездарда дөңгелектерге байланыс жасап, серпімді қозғалысқа мүмкіндік берді. Технология, құрылым.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жақшафт – қозғалтқыш немесе мотордың шығыс білігі сияқты қуатты қозғалтушы біліктен локомотивтің жетекші осьтері сияқты қуат алатын біліктерге күш беруге қолданылатын аралық білік. 19- және 20-ғасырлардағы теміржол локомотивтерінде қолданылған жағдайда, жақшафттар әдетте локомотивтердің жетекші осьтерімен бір қатарға орналастырылып, оларға бүйірлік таяқшалармен жалғастырылған. Жалпы, локомотивтің әрбір жетекші осі локомотивтің салмағы серіппелерде ұсталып, шассиге қатысты шамамен бір дюйм (2,5 см) вертикальды қозғалуға мүмкіндік береді. Бұл қозғалтқыш, мотор немесе беріліс локомотив шассиіне қатаң бекітілсе, оны оське қатаң жалғастыру мүмкін емес екенін білдіреді. Бұл мәселені жақтаусыз подшипниктерге жақшафты орнату және бүйірлік таяқшаларды немесе (кейбір ерте үлгілерде) тізбекті жетекті пайдалану арқылы шешуге болады. Жақшафттар алғаш рет ерте бу локомотивтерінде қолданылды, бірақ сол кездегі конструкторлар оларды осылай атаған жоқ. 20-ғасырдың басында ауыр магистральдық қызмет үшін көптеген жақшафтты электр локомотивтері салынды. Жақшафтты жетекті механикалық берілістерді қолданған көптеген ерте бензин және дизель локомотивтерінде де пайдаланған.
A jackshaft is an intermediate shaft used to transfer power from a powered shaft such as the output shaft of an engine or motor to driven shafts such as the drive axles of a locomotive. As applied to railroad locomotives in the 19th and 20th centuries, jackshafts were typically in line with the drive axles of locomotives and connected to them by side rods. In general, each drive axle on a locomotive is free to move about one inch (2.5 cm) vertically relative to the frame, with the locomotive weight carried on springs. This means that if the engine, motor or transmission is rigidly attached to the locomotive frame, it cannot be rigidly connected to the axle. This problem can be solved by mounting the jackshaft on unsprung bearings and using side rods or (in some early examples) chain drives. Jackshafts were first used in early steam locomotives, although the designers did not yet call them by that name. In the early 20th century, large numbers of jackshaft driven electric locomotives were built for heavy mainline service. Jackshaft drives were also used in many early gasoline and diesel locomotives that used mechanical transmissions.
Бу локомотивтері
Балтимор және Огайо темір жолы жоғарғы валмен қозғалатын локомотивтерді қолдануда алғашқы болды. Алғашқы «Грассхоппер» локомотивінің қозғалтқыш осі тікелей коленвалдан келетін шприцтік дөңгелектермен қозғалса, 1833 жылы жеткізілген «Саяхатшы» және барлық кейінгі «Грассхоппер» және «Краб» локомотивтері джакшафтты қолданды. Бұл локомотивтер кіші диаметрлі қозғалтқыш дөңгелектерді пайдалана отырып, орынды жүріс жылдамдығына жету үшін жылдамдықты арттыратын беріліс механизмін пайдаланды. Бұл машиналарды жобалаушылар «жақ шахта» терминін қолданбады. Олар бұдан кейін «жеке ось» деп аталатын, «алдыңғы осьтен шамамен үш фут алға орналасқан және екі жол осінің дөңгелектерімен жалғасқан дөңгелектерді көтеріп жүретін» ось деп атады. 1837 жылы Росс Винанс локомотивтердің «краб» класы деп аталатын патентінде өзінің джакшафтын «пинионды дөңгелек осі» немесе «үшінші ось» деп атады. Кәдімгі бу локомотивінде коленвал қозғалтқыш осьтердің бірі болып табылады. Джакшафтпен жұмыс істейтін бу локомотивінде коленвал джакшафтты бұрады, ол өз кезегінде жүргізуші дөңгелектерді бұрады. Кейбір бу локомотивтерінің конструкциясы осы екі шектің арасындағы аралық нұсқаны ұсынады, онда коленвал қозғалтқыш күштен бөлек болады. Финес Дэвистің 1831 жылы B&O-да сынақтан өткен алғашқы B&O «Грассхоппер» және 1836 жылғы Стоктон және Дарлингтон темір жолының «Swift» локомотивтері осы сыныпқа жатты, онда коленвал тікелей қозғалтқыш осьтердің арасында орналасқан. Бұл екі үлгіде де тік цилиндрлер қолданылды, ал коленвал қозғалтқыш осьтердің жазықтығында болды. Біріншісі бірінші қозғалтқыш оське беріліс арқылы күш берді, ал екіншісі осы байланыс үшін бүйірлік таяқшаларды пайдаланды. Кейбір локомотивтерде тік коленвал тікелей артқы қозғалтқыш осьтің үстінен орналасқан көлденең цилиндрлер қолданылды, ал ортақ серіппе шахта мен осьтің тік қозғалысын қамтамасыз етті. Росс Винанс 1842 жылдан бастап 0-8-0 локомотивтерінің сериясын жобалап, B&O «Mud Digger» класының локомотивтерін жасады. «Грассхоппер» локомотивтері сияқты, бұл локомотивтердің коленвалдары қозғалтқыш дөңгелектерге беріліс арқылы күш берді. 1843 жылғы патентінде Винанс коленвалды «бесінші ось» деп атады. 1880 жылы Англияның Лидс қаласындағы Фоулер булы жырту зауыты 0-4-0 локомотивінің ұқсас конструкциясына патент алды, онда коленвал мен артқы ось арасында тік бүйірлік таяқшалар болды. Бұл жағдайда цилиндрлер мен поршеньді таяқшаларды шаң мен кірден алыс ұстау мақсаты көзделді. Осындай Фоулер локомотивінің бірі сақталған, ол өте кішкентай, тар ауқымды 0-4-2T локомотиві. Бу турбиналы локомотивтерді алғашқы жобалаушылар редукциялы берілістердің немесе серіппелі аспалардың қажеттілігін түсінбеді. Бұл мәселелер шешілгеннен кейін, джакшафт турбинаның шығыс беріліс қорабын қозғалтқыш дөңгелектерге қосудың бір жолы ретінде пайда болды. Италиялық Джузеппе Беллуццо осы идеяның әртүрлі нұсқаларына қатысты бірнеше АҚШ патенттерін алды. Джакшафтты қолдануға балама ретінде турбинаны қозғалтқыш дөңгелектің үстіне орналастыру немесе локомотивтің қозғалтқыш дөңгелегі мен турбина шахтасы арасында көлденең орналасқан беріліс қорабын пайдалану қарастырылды.
The Baltimore and Ohio Railroad was a pioneer in the use of jackshaft driven locomotives. While the drive axle of the first Grasshopper locomotive was directly driven by spur gears from the crankshaft, the Traveler delivered in 1833, used a jackshaft, as did all the later Grasshopper and Crab locomotives. These locomotives used step up gearing to achieve a reasonable running speed using small diameter driving wheels. It is notable that the term jackshaft was not used by the designers of these machines. Instead, they referred to what would later be called a jackshaft as "a separate axle, about three feet forward of the front axle, and carrying cranks coupled by connecting rods to cranks on the two road axles." In his 1837 patent for what became known as the crab class of locomotives, Ross Winans referred to his jackshaft as "a pinion wheel shaft", or "third axle." In a conventional steam locomotive, the crankshaft is one of the driving axles. In a jackshaft driven steam locomotive, the crankshaft turns a jackshaft which, in turn, turns the driver. Some steam locomotives have had designs intermediate between these extremes, with crankshafts distinct from the driving axle. Phineas Davis's first B&O Grasshopper tested on the B&O in 1831 was in this class, as was the Stockton and Darlington Railway's Swift from 1836, where the crankshaft was directly between the driving axles. Both of these examples used vertical cylinders, with the crankshaft in the plane of the driving axles. The former used a geared drive to the first driving axle, the latter used side rods for this linkage. In the latter case, the reason inferred for using a crankshaft distinct from the driven axles was "to take the shocks of working away from the power shaft." Several locomotives have been built with horizontal cylinders driving a crankshaft directly above the rear driving axle, with a common spring supporting both the shaft and axle so that they could move vertically together. Ross Winans designed a series of 0 8 0 locomotives starting in 1842, launching what became the B&O Mud Digger class of engines. Like the Grasshopper locomotives before them, the crank shafts on these engines were geared to the driven shafts. In his 1843 patent, Winas referred to the crankshaft as a fifth shaft, or axle. In 1880, the Fowler Steam Plough Works of Leeds England received a patent on a similar 0 4 0 locomotive design with vertical side rods between the crankshaft and rear axle. Here, the motivation was to get the cylinders and piston rods up away from dust and dirt on an engine with diminutive drive wheels. One such Fowler locomotive survives, a very small narrow gauge 0 4 2T. Early designers of steam turbine locomotives did not understand the need for reduction gearing or sprung suspensions. Once these problems were understood, jackshafts emerged as one alternative for linking the output gearbox of the turbine to the driving wheels. Giuseppe Belluzzo, of Italy, was granted several US patents on variations of this idea. Alternatives to jackshaft drives included use of a quill drive with the turbine above the drive axle, or a combination of a quill drive with a gearbox suspended horizontally between a locomotive driving axle and the turbine shaft.
Электрлік локомотивтер
Көптеген ертедегі электрлі локомотивтер де джакшафтпен жабдықталған. 1915 жылы жасалған электрлі локомотивтердің жалпы зерттеуінде 24 локомотив дизайнының ішінде 15 түрлі джакшафтты жетектеу схемасы анықталды. Кейбір ертедегі локомотивтер жеке осьтерге орнатылған кішкентай диаметрлі DC тягалық қозғалтқыштарын қолданған, бірақ көпшілігі, әсіресе AC қуатымен жұмыс істейтін локомотивтерде, тек бір немесе екі үлкен диаметрлі қозғалтқыш болған. Бұл үлкен диаметрлі қозғалтқыштар көптеген жетекші дөңгелектерден үлкен болғандықтан, жетекші осьтердің деңгейінен жоғары орнатылған. Қозғалтқыш немесе қозғалтқыштар джакшафтты немесе джакшафттарды тісті дөңгелектер немесе бүйірлік таяқшалар арқылы итермелеп, содан кейін джакшафт дөңгелектерді бүйірлік таяқшалар арқылы айналдырған. Еуропада Оерликон және Браун Бовери әртүрлі джакшафт конструкцияларын жасады, ал АҚШ-та Вестингхаус жетекші болды. Мұнда келтірілген электрлі локомотивтердің алғашқы зерттеулерінің барлығы джакшафт немесе джакшафт терминдерін қолданады. Мысалдарға PRR DD1 және FF1 электрлі локомотивтері, сондай-ақ Швейцарияның Ce 6/8 Crocodile класы және оның тар жолға арналған туысы, Ретия темір жолының Ge 6/6 I локомотивтері жатады. Электр қозғалтқыштарының дамуы оларды кішірейтіп, Екінші дүниежүзілік соғысқа қарай көптеген жаңа локомотивтер джакшафттарды қолданусыз жасалды.
Many early electric locomotives were also equipped with jackshafts. A general survey of electric locomotive design from 1915 shows 15 distinct jackshaft drive arrangements out of 24 distinct locomotive designs. Some early locomotives used small diameter DC traction motors mounted on individual axles, but the majority, especially for AC powered locomotives, had only one or two large diameter motors. These large diameter motors were larger than most driving wheels and so were mounted well above the level of the driving axles. The motor or motors drove the jackshaft or jackshafts through gears or side rods, and then the jackshaft turned the wheels through side rods. In Europe, Oerlikon and Brown, Boveri pioneered a variety of jackshaft designs, while in the United States, Westinghouse was dominant. The early surveys of electric locomotive designs cited here all use the term jackshaft or jack shaft. Examples include the PRR DD1 and FF1 electric locomotives, as well as the Swiss Class Ce 6/8 Crocodile and its narrow gauge cousin, the Rhaetian Railway Ge 6/6 I. Continuing development of electric motors made them smaller, and by World War II, most new and made jackshafts obsolete.
Ішкі жану локомотивтері
Болдуин 20 ғасырдың басында ішкі жану локомотивтерін жасауды бастағанда, бензинді қозғалтқыштан жақтау білігіне дейін 2 жылдамдықты беріліс жүйесін қолданды. Алғашқы Болдуин ішкі жану локомотивтері 0-4-0 конфигурациясында жасалған және 3,5-9 тонна салмаққа ие болды, бірақ 1919 жылға қарай 25 тонналық 0-6-0 конфигурациясы қолжетімді болды. Бұл локомотивтер Бірінші дүниежүзілік соғыстың тар жол траншеялық теміржолдарында кеңінен пайдаланылды. Британдық темір жолының 03 класты дизелі (суретте) – одан кейінгі үлгі. Жақтау біліктері кейбір дизельдік-механикалық және дизельдік-гидравликалық локомотивтерде қолданылған, бірақ дизельдік-электрлік локомотивтерде көбінесе қолданылмады. Бір ерекше жағдай – британдық D3/7 класы.
When Baldwin first began building internal combustion locomotives in the first decades of the 20th century, they used a 2 speed transmission from the gasoline engine to a jackshaft. The first Baldwin internal combustion locomotives used an 0 4 0 configuration and weighed from 3.5 to 9 tons, but by 1919, a 25 ton 0 6 0 configuration was available. These locomotives saw extensive service on the narrow gauge trench railways of World War I. The British Rail Class 03 diesel (pictured) is a more recent example. Jackshafts were used on some diesel mechanical and diesel hydraulic locomotives but were seldom used on diesel electrics. One exception was the British Rail Class D3/7.
Асқыну қозғалысы
Қосымша таяқша жетегінен басқарылатын штанганың қиындығы – доңғалақ осьтерінің тік серпілісіне мүмкіндік беру қажеттігі. Осы мақсатта бірнеше механикалық схемалар қолданылған.
A difficulty with coupling rod drive from a jackshaft is the need to allow for vertical suspension movement of the axles. Several mechanical arrangements have been used to allow this.
Ұзын көлденең таяқшалар
Ең қарапайым конструкция – көлденең бағытта жүретін ұзын байланыстырғыш таяқтарды пайдалану. Дөңгелектің соңындағы үлкен тік қозғалыс, джакшафт жетектегі кішкентай көлденең қозғалысқа ғана әкеледі. Дизельдік-механикалық локомотивтерде бұл, берілісті көлденең икемділікпен орнату арқылы теңгеріледі. Салмақты арттыру үшін ауыр қозғалтқыш жетек дөңгелектерінің үстіне орналасады, ал салыстырмалы түрде жеңіл беріліс қорабы бір шетке, байланысқан дөңгелек базасының сыртына орнатылуы мүмкін. Соңғы жетек корпусы да рамалар арасына орнатуға жеткілікті тар болып келеді, бұл оны төменге және жетек осьтерімен бір деңгейде орнатуға мүмкіндік береді. Бұл конструкция баяу жылдамдықты дизельдік маневрлік локомотивтерде көп кездеседі, бірақ әдетте магистральдық жылдамдықтар үшін қолданылмайды. 1925 жылғы шведтік D lok локомотиві осыны пайдаланды, екі мотор бір джакшафтқа, ал екі жетек осьтерінің арасына қысқа таяқшалармен 1C1 схемасында қосылды.
The simplest arrangement is to use long coupling rods, running horizontally. A large vertical movement at the wheel end gives rise to only a small horizontal movement at the jackshaft drive. For a diesel mechanical locomotive this can be compensated for by horizontally compliant mounting of the transmission. The heavy engine is carried over the drive wheels for adhesive weight, but the relatively lightweight gearbox can be mounted at one end, beyond the coupled wheelbase. A final drive casing is also narrow enough to mount between the frames, allowing it to be mounted low down and level with the driving axles. This arrangement is common for slow speed diesel shunters, but not usually for main line speeds. The Swedish D lok of 1925 did use it, with two motors geared to a single jackshaft with short rods between two driving axles of a 1 C 1 layout.
Қалқандары бар штангалар
Бұрынғы блоктардағы тік сырғанамалы подшипниктер қозғалуға мүмкіндік береді, бірақ олар мұқият жобалануы керек, әйтпесе таяқшалар арқылы берілетін күш осы подшипникті ғимараттай ғана жылжытуға жұмсалады. Мұндай сырғанамалы буындар аспаның қозғалысын қамтамасыз етуі керек, бірақ таяқ күші әрқашан сырғанама жолға тік бұрышта болатындай етіп орналастырылуы тиіс. 1908 жылы жасалған он итальяндық E550 локомотивінде жұптасқан моторлар болған, әрқайсысының өзінде аралық білік болған. Олардың арасында үшбұрышты таяқ орналасқан, ол синхронды түрде айналып, әрқашан көлденең күйде болған. Бұл таяқ ортаңғы білік үшін сырғанамалы кривошиптің мойыншасын және алдыңғы және артқы жетек доңғалақтарының тең емес арақашықтықтағы жұптарына арналған ұзын байланыс таяқшалары үшін подшипниктерді ұстаған.
Vertical sliding bearings in hornblocks would allow movement, but these must be designed carefully or else the force exerted through the rods would be wasted in simply sliding this bearing back and forth. Such sliding joints must be arranged to allow suspension travel, but so that the rod force is always at right angles to the slideway. The ten coupled Italian E550 of 1908 had paired motors, each with a jackshaft. A triangular rod was carried between these, rotating in synchrony and so always horizontal. This carried a sliding crankpin journal for the centre axle, and bearings for the long coupling rods to the unevenly spaced pairs of drivers ahead and behind.