Тісті дөңгелектермен жұмыс істейтін бу локомотивтері

Кіріспе

Жылдамдық берілісі бар бу локомотиві

Жылдамдық берілісі бар бу локомотиві – бұл қозғалтқыш желісінде, әдетте, тікелей жететін конструкцияға қарағанда, жылдамдықты төмендету механизмін пайдаланатын бу локомотивінің түрі. Бұл механизм локомотивтің ішкі құрылысының бөлігі болып табылады және рельстер арасындағы тісті рельс бойынша қозғалатын тісті локомотивтің жетек қозғағышымен шатастырылмауы керек. Салынған жылдамдық берілісі бар бу локомотивтері дөңгелектер мен рельстер арасындағы үйкеліске сүйене отырып, стандартты рельстерге арналған. Құрама локомотивтерден айырмашылығы, олар дөңгелектердің орналасуы бойынша жіктелмейді. Олардың орнына, модельдері мен шассилер саны бойынша жіктеледі.

Түсіндірме және негіздеме

Бу локомотивтерінде, әдетте, поршеньдер тікелей жетек дөңгелектеріндегі кривошиптерге бекітіледі; демек, беріліс жоқ, жетек дөңгелектерінің бір толық айналымы кривошиптің бір толық айналымымен тең, сонымен қатар поршеньде екі қуатты соққымен (бу локомотивтері, көбінесе, қос әрекетті болады, бұл жақсы таныс ішкі жану қозғалтқышынан өзгеше). Максималды айналу жылдамдығы берілген қозғалтқыш технологиясы үшін шамалы бекітілген. Поршеньді қозғалтқыш пен дөңгелектер арасында өзгермелі қатынас берілісінің болмауына байланысты, конструктор қажетті айналу күші мен қажетті максималды жылдамдық арасында компромисс жасауға мәжбүр; мұны жетек дөңгелектерінің радиусы анықтайды. Дөңгелекке бекітілген кривошиптің радиусы, әрине, одан кіші; оның радиусы поршеньнің соққы ұзындығын анықтайды. Бұл тым үлкен болмауы керек, өйткені локомотив жоғары жылдамдықта осы үлкен цилиндрлерді қамтамасыз ету үшін жеткілікті бу өндіре алмайды; сондай-ақ, ол тым кішкентай болмауы керек, әйтпесе қол жетімді айналу күші және, демек, тарту күші тым аз болады, ал локомотив пойызды қозғалта алмайды. Көптеген өнеркәсіптік қолданыстарға жеткілікті бастапқы тарту күшімен жабдықталған, төмен жылдамдықты локомотив қажет. Бұл салалар кен өндіру және карьерлік жұмыстардан бастап орман және ағаш өңдеу операцияларына дейін қамтиды. Жылдамдыққа жарамсыз, әсіресе арзан салынған және жоғары жылдамдыққа бейімделмеген тік баулы жолдар да жоғары тарту күшіне ие локомотивтерді пайдалануға ыңғайлы. Жылдамдық пен айналу моменті арасындағы айырбас жетек дөңгелектерінің мөлшерін кішірету арқылы айналу моменті мен тарту күшінің пайдасына реттелуі мүмкін болса да, тікелей жетектегі локомотивтерде поршеньнің соққысын тым қысқа қылмайынша, мұны іске асырудың практикалық шегі бар. Шешім – кривошипті дөңгелектерден бөлу, біріншіден, қажет емес, қажетті дөңгелектерден үлкен емес, поршеньнің соққысы мен кривошип радиусын қамтамасыз ету, екіншіден, беріліс арқылы айналу жылдамдығын төмендетуге мүмкіндік беру. Мұндай локомотив – берілісті локомотив. Көбісі және қазір де бір жылдамдықты, бірақ кейбіреулері өзгермелі қатынас қорабы мен бірнеше қатынастарды қолданды.

The steam locomotive, as commonly employed, has its pistons directly attached to cranks on the driving wheels; thus, there is no gearing, one revolution of the driving wheels is equivalent to one revolution of the crank and thus two power strokes per piston (steam locomotives are almost universally double acting, unlike the more familiar internal combustion engine). The maximum rotational speed is fairly fixed for a given engine technology. Given the lack of any variable ratio transmission between the piston engine and the wheels, the designer is forced to compromise between desired torque and desired maximum speed; the radius of the driving wheels determines this. The radius of the crank affixed to the wheel is of course less than this; its radius determines the length of the piston stroke. This cannot be too large, for the locomotive will be unable to generate enough steam to supply those large cylinders at speed; it cannot be too small, or the available starting torque and thus tractive effort will be too small, and the locomotive will not be able to start a train. Many industrial applications require a low speed locomotive with ample starting tractive effort. These industries range from mining and quarry operations to forestry and logging operations. Steeply graded lines, especially when the track is cheaply built and not suited to high speeds, will also favour the usage of a locomotive with a high tractive effort. Although the trade off of speed versus torque can be adjusted in favour of torque and tractive effort by reducing the size of the driving wheels, there is a practical limit below which this cannot be done without making the piston stroke too short on a directly driven locomotive. The solution is to separate the crank from the wheels, firstly allowing for a reasonable piston stroke and crank radius without requiring larger than desired driving wheels, and secondly allowing for reduction in rotational speed via gearing. Such a locomotive is a geared locomotive. Most were and are still single speed, but some did employ a variable ratio gearbox and multiple ratios.

Гейрлі локомотивтердің түрлері

Әлемдегі тісті локомотивтердің басым көпшілігі үш ерекше конструкцияның біріне сәйкес салынған, лицензиялық және ресми түрде, немесе негізгі патенттердің мерзімі өткен соң жасалған көшірмелер. Осы типтердің ішінде Шай локомотивтері ең көп санымен және танымалдылығымен ерекшеленді. Олардың көп бөлігі Солтүстік Америкада пайдаланылды, бірақ Оңтүстік Американың түрлі аймақтарында, сондай-ақ Австралия мен Жаңа Зеландияда, тіпті жергілікті түрлері де қолданылды. Бірақ, тісті берілісті алғаш рет қолданған локомотивтер олар емес. Ричард Тревитиктың Коалбрукдейл локомотиві коленвал мен жетекші осьтерді байланыстыру үшін бүйірлік таяқшалардың орнына үлкен тісті дөңгелек қолданды, нәтижесінде 1:1 тісті қатынас болды. Алғашқы Grasshopper (1832), Crab (1837) және Mud Digger (1842) локомотивтері Балтимор және Огайо темір жолы үшін 2:1 шамасындағы тісті қатынастарды пайдаланды, сондықтан коленвалдың әрбір айналымы жетекші осьтердің шамамен екі айналымын тудырды. Бұл салыстырмалы түрде кішкентай жетекші дөңгелектерді жылдамдықты қысқартпай пайдалануға мүмкіндік берді.

Шей локомотиві

Shay локомотиві қазандығы өзгеше орналасқан, ал оның қарсы жағында көп цилиндрлі двигатель бекітілген. Бұл двигатель бейім бұрыштар арқылы осьтерге жалғанатын бойлық валды қозғайды (өнертапқыш Ефрем Шайды да қараңыз).

"Климакс" локомотивы

B және C класындағы Climax локомотивтерінде екі көлбеу цилиндр болып, олар көлденең коленвалды қозғалтады, ал ол локомотивтің орталық тұсында орналасқан бойлық жетек білігіне тікелей жалғанады және ішкі берілістер арқылы жетектелген доңғалақтарды қозғалтады. Ал бұрын А класы Climax локомотивтерінде тік орнатылған, теңіз типті бу машинасы болған, ол да ұқсас жетек желісі арқылы, екі жылдамдықты беріліс қорабымен жұмыс істеген.

Гейслер локомотивтері

Heisler локомотивінде "V-тәрізді" бу машинасы бар, қазандықтың екі жағында бір-бірден цилиндр орналасқан, олар орталық бойлық жетек білікке бекітілген, ол да дөңгелектерге жалғанады.

Бүгін

Бумен жүретін машиналардың коммерциялық қолданылуының азаюымен бірге, тісті локомотивтердің коммерциялық қолданылуы да азайды. Кейбір тісті бу локомотивтері әлі де Индонезиядағы қант плантацияларында жұмыс істеп тұр, және сөзсіз басқа да жерлерде де бар, бірақ көптеген елдерде оларды енді тек туристік жолдарда, сақтау орындарында және мұражайларда көруге болады. Қант қамысын өңдеудегі ерекше артықшылық – қамысты сығып алғаннан кейін қалған құрғақ қатты қалдықтарды (багасс қараңыз) локомотивтерді күтуге арзан техникалық еңбек күші жеткілікті болса, өте төмен бағалы отын ретінде пайдалану мүмкіндігі.

Канада

Онтарионың Оттава қаласындағы Канада ғылым және технология мұражайында "B" классындағы "Шей" локомотиві жұмыс істейді, ол шілде және тамыз айларында жексенбі және сәрсенбі күндері пайдалануға беріледі. Британдық Колумбияның Дункан қаласындағы Орман ашу орталығында "Shays" локомотивтерінің Lima зауытындағы 2475 (көрмелік) және 3147 (қазандық жөндеуден кейін қызметтен тыс) нөмірлері тіркелген. Climax зауытындағы 1057 (көрмелік) және 1359 (жұмыс істеп тұр) нөмірлері бар локомотивтер де бар.

Индонезия

Қант фабрикаларында әлі де кең түрде қолданылып келе жатқан локомотивтердің көптеген түрлері бар. Көбінесе олар ұзын шассилі 0-10-0 локомотивтері болып табылады, сыртқы осьтерге тісті беріліс қосылған буынысты конструкцияны пайдаланады, ал ішкі жұбы тікелей жетеді.

Америка Құрама Штаттары

Америкада коммерциялық қолданыстағы тік осьті бу локомотивтері қалған жоқ. Дегенмен, бірнешеуі туристік бағыттарда қолданылады. Батыс Вирджиния штатындағы Касс көрікті темір жолы мемлекеттік паркі тек тік осьті локомотивтерді пайдаланады және ең ірі және соңғы Shay локомотивін, 162 тонналық бұрынғы Батыс Мэриленд темір жолының №6 локомотивін ұсынады. Темір жолда Climax локомотивтері мен Heisler локомотивтері де бар, бұл үш түрдің барлығын көруге мүмкіндік береді. Калифорния штатының Фелтон қаласындағы Roaring Camp and Big Trees тар темір жолында бірнеше Shays, сирек қолданылатын Heisler және қалпына келтіруді күтіп тұрған Climax локомотивтері бар. Нью-Гэмпшир штатының Линкольн қаласындағы Clark's Trading Post орналасқан White Mountain Central Railroad өзінің туристік желісінде 1920 жылы салынған Climax #6 (зауыт нөмірі 1603) локомотивін пайдаланады. Clark's сонымен қатар Жаңа Англиядағы соңғы Shay локомотивіне ие. Shay локомотиві жұмыс істемейді, бірақ сақтауда тұр. Clark's-та 32 тонналық Heisler локомотиві де бар, оған тұрақтандырғыш бұранданы ауыстыру қажет. Лос-Анджелестегі Travel Town ашық аспан астындағы мұражайда үш доңғалақты Shay дизайнындағы 1922 жылғы 65 тонналық Lima локомотиві тұрақты түрде көрсетіледі. Грузия штатының Дулут қаласындағы Оңтүстік-Шығыс теміржол мұражайында екі доңғалақты Heisler (#9) локомотиві негізгі көрме залында тұрақты түрде көрсетіледі. Heisler локомотиві Campbell Limestone Co үшін боялған және өте жақсы жағдайда. Вашингтон штатындағы Mount Rainier Scenic Railroad-та 99 тонналық West Fork Logging Heisler #91, 70 тонналық Hillcrest Lumber Climax #10, 95 тонналық Pickering Lumber Shay #11 (қазандық жұмысын күтуде) және 75 тонналық Rayonier Company Willamette #2 локомотивтері жұмыс істейді, соңғысы – жалғыз жұмыс істейтін Willamette локомотиві. Иллинойс штатының Фрипорт қаласындағы Silver Creek and Stephenson Railroad-та Heisler цехының 1260-шы нөмірі жұмыс істейді. Батыс Вирджиния штатының Дурбин қаласындағы Durbin & Greenbrier Valley Railroad-та 1059-шы нөмірлі Climax цехы жұмыс істейді. Орегон штатының Бейкер қаласындағы Sumpter Valley Railroad-та Heisler цехының #1306 жұмыс істейді. Орегон штатының Гарибальди қаласындағы Oregon Coast Scenic Railroad-та Heisler цехының #1198 жұмыс істейді. Пенсильвания штатының Брэдфорд қаласындағы Foster Brook & State Line Railroad-та 2 фут тарамдық Shay (Lima Locomotive Works цехының #3118) локомотиві жұмыс істейді, ол жалпы қолжетімді емес. Колорадо штатының Джорджитаун қаласындағы Georgetown Loop Railroad-та Shay (Lima Locomotive Works цехының #3199) локомотиві жұмыс істейді. Калифорния штатының Sugar Pine қаласындағы Yosemite Mountain Sugar Pine Railroad-та локомотивтер бар. Индиана штатының Хесстон қаласындағы Hesston Steam Museum-да 1975 жылы қалпына келтірілген Shay локомотиві бар. Ол 1985 жылғы өрттен қирап, 2000-2006 жылдар аралығында қордың 50 жылдығына орай қайта қалпына келтірілді. Қалпына келтіру жұмыстары жалғасып келеді және "The Big Shay" 2023 жылдың 5 тамызынан бастап музей келушілеріне саяхат ұсына бастайды.

No geared steam locomotives remain in commercial use in America. However, several are in operation on tourist lines. The Cass Scenic Railroad State Park in West Virginia uses only geared locomotives, and features the largest remaining and last Shay locomotive ever built, the 162 ton former Western Maryland Railway #6. The railroad also owns a Climax locomotive and a Heisler, enabling all three types to be seen. The Roaring Camp and Big Trees Narrow Gauge Railroad in Felton, California, has several operational Shays, a seldom operated Heisler, and a Climax awaiting restoration. The White Mountain Central Railroad at Clark's Trading Post in Lincoln, New Hampshire, operates Climax #6, built in 1920 (builder number 1603), on its tourist line. Clark's also has the last remaining Shay in New England. The Shay is non operational but in storage. Clark's also has a 32 ton Heisler locomotive that is awaiting staybolt replacement. A 65 ton 1922 Lima locomotive with three truck Shay design is on static display at the Travel Town open air museum in Los Angeles. The Southeastern Railway Museum in Duluth, Georgia, has a two truck Heisler (#9) lovingly restored on static display inside the main exhibit hall. The Heisler is painted for the Campbell Limestone Co and is in excellent condition. At the Mount Rainier Scenic Railroad in Washington state, a 99 ton West Fork Logging Heisler #91 is operational, a 70 ton Hillcrest Lumber Climax #10 is operational, a 95 ton Pickering Lumber Shay #11 is awaiting boiler work, and a 75 ton Rayonier Company Willamette #2 is operational and is the only Willamette operating. The Silver Creek and Stephenson Railroad in Freeport, Illinois. Heisler shop number 1260 in operation. The Durbin & Greenbrier Valley Railroad in Durbin, West Virginia. Climax shop number 1059 in operation. The Sumpter Valley Railroad in Baker City, Oregon. Heisler shop #1306 in operation. The Oregon Coast Scenic Railroad in Garibaldi, Oregon. Heisler shop #1198 in operation. The Foster Brook & State Line Railroad in Bradford, Pennsylvania. 2ft narrow gauge Shay (Lima Locomotive Works shop #3118) operational. Not available to the public. The Georgetown Loop Railroad in Georgetown, Colorado. Shay (Lima Locomotive Works shop #3199) operational. The Yosemite Mountain Sugar Pine Railroad in Sugar Pine, California. The Hesston Steam Museum in Hesston, Indiana has an operational Shay locomotive that was first restored in 1975. It was severely damaged in the 1985 fire, but restored again between 2000 and 2006 in time for the foundation's 50th anniversary. Restoration has since continued, and "The Big Shay" will begin offering rides to museum patrons the weekend of August 5, 2023.

Тайвань

Тайваньдағы Алишань орман темір жолы бұрын 22 Шай локомотивін пайдаланған, ең ескісі 1910 жылғы. Түпкі 22 локомотивтің 16-сы сақталды, олардың 3-і жұмыс жасайды және 1-і Пуффинг Билли теміржолында тоқтатылған.