Схема паровозных колёсных пар 4-2-0: история и особенности

Введение

Колёсная схема локомотива

В системе Уайта для классификации паровозов, обозначение 4-2-0 указывает на колёсную формулу, состоящую из четырёх бегунковых колёс на двух осях, двух движущих колёс на одной оси и отсутствия поддерживающих колёс. Этот тип локомотива часто называют локомотивом типа "Джервис" – по имени его первоначального конструктора.

Обзор

Колесная формула 4-2-0 была распространена на железных дорогах Соединенных Штатов с 1830-х по 1850-е годы. Первым локомотивом этой формулы был "Эксперимент", позже переименованный в "Брат Джонатан", построенный в 1832 году для железной дороги Mohawk and Hudson. Его изготовил West Point Foundry по проекту Джона Б. Джервиса. Не имея других образцов для сравнения, производители скопировали конструкцию котла и золотникового механизма с локомотивов, построенных Робертом Стивенсоном из Англии. Несколько локомотивов Стивенсона уже эксплуатировались в Америке, поэтому инженерам не пришлось далеко искать первоначальные идеи. В Англии колесная формула 4-2-0 была разработана около 1840 года на основе формулы 2-2-2 первого локомотива Стивенсона с длинным котлом ("Long Boiler"), который он модифицировал, разместив две пары колес в передней части для повышения устойчивости, с внешними цилиндрами между ними. В Соединенных Штатах эта конструкция была модификацией формулы 0-4-0, которая в то время широко использовалась. Локомотивы 0-4-0 оказались слишком жесткими для железных дорог того времени, часто сходя с рельсов на крутых поворотах и при резких перепадах высот ранних американских железных дорог. Для локомотива 4-2-0 Джервис внедрил четырехколесную ведущую тележку под дымовой коробкой. Она поворачивалась независимо от основной рамы локомотива, в отличие от английских локомотивов 4-2-0, которые имели жесткую раму. Поршни приводили в движение одну движущую ось в задней части локомотива, сразу за топкой. Эта конструкция позволила создать гораздо более устойчивый локомотив, который мог легче проходить повороты, чем 0-4-0. Эта конструкция оказалась настолько эффективной на американских железных дорогах, что многие ранние локомотивы 0-4-0 были переоборудованы в 4-2-0. Локомотив 4-2-0 отличался своей способностью оставаться на пути, особенно модели с единственной движущей осью за топкой, главным достоинством которых была устойчивость. Однако, из-за наличия только одной движущей оси за топкой, вес локомотива распределялся на небольшую долю ведущих колес, что значительно снижало его силу сцепления. На локомотивах 4-2-0 с движущей осью перед топкой сила сцепления увеличивалась. Хотя такая схема переносила большую часть веса локомотива на движущую ось, она уменьшала вес на ведущей тележке, что делало локомотив более склонным к сходу с рельсов.

The 4 2 0 wheel arrangement type was common on United States railroads from the 1830s through the 1850s. The first 4 2 0 to be built was the Experiment, later named Brother Jonathan, for the Mohawk and Hudson Railroad in 1832. It was built by the West Point Foundry based on a design by John B. Jervis. Having little else to reference, the manufacturers patterned the boiler and valve gear after locomotives built by Robert Stephenson of England. A few examples of Stephenson locomotives were already in operation in America, so engineers did not have to travel too far to get their initial ideas. In England, the 4 2 0 was developed around 1840 from the 2 2 2 design of Stephenson's first Long Boiler locomotive, which he had altered to place two pairs of wheels at the front to improve stability, with the outside cylinders between them. In the United States, the design was a modification of the 0 4 0 design, then in common use. The 0 4 0 proved to be too rigid for the railroads of the day, often derailing on the tight curves and rapid elevation changes of early American railroads. For the 4 2 0, Jervis introduced a four wheel leading truck under the locomotive's smokebox. It swiveled independently from the main frame of the locomotive, in contrast to the English 4 2 0 engines which had rigid frames. The pistons powered a single driving axle at the rear of the locomotive, just behind the firebox. This design resulted in a much more stable locomotive which was able to guide itself into curves more easily than the 0 4 0. This design proved so effective on American railroads that many of the early 0 4 0s were rebuilt as 4 2 0s. The 4 2 0 excelled in its ability to stay on the track, especially those with the single driving axles behind the firebox, whose main virtue was stability. However, with only one driving axle behind the firebox, the locomotive's weight was spread over a small proportion of powered wheels, which substantially reduced its adhesive weight. On 4 2 0 locomotives which had the driving axle in front of the firebox, adhesive weight was increased. While this plan placed more of the locomotive's weight on the driving axle, it reduced the weight on the leading truck which made it more prone to derailments.

Южная Африка

В 1923 году Южноафриканские железные дороги провели испытания прототипа дорожно-железнодорожного трактора, работающего на бензине и парафине, а в 1924 году ввели в эксплуатацию как минимум два паровых дорожно-железнодорожных трактора Dutton на новой узкоколейной линии между Набумспуит и Синглвуд в Трансваале. Прототип, работающий на бензине и парафине, и один из этих тракторов имели колесную формулу 4-2-0. Прототип представлял собой модифицированный трактор Dennis, оснащенный съемной тележкой между передними колесами для их подъема на достаточную высоту, чтобы предотвратить касание земли. Шаровой штифт на тележке входил в гнездо на передней оси, и тележку можно было легко снять или установить, подняв трактор по паре рамп, расположенных по обе стороны от пути. Серийная модель была модифицированным паровым трактором Yorkshire, оснащенным домкратами спереди для маневрирования отдельной тележкой в положение под передней осью, чтобы направлять ее по рельсам. Без тележки транспортное средство могло продолжать движение по обычным дорогам и имело преимущество в том, что его можно было отсоединить и объезжать поезд, не требуя для этого специальных петель. Для движения задним ходом по рельсам, например при маневрах, задние колеса были модифицированы для обеспечения управляемости.

Соединенные Штаты

Первым железнодорожным локомотивом, работавшим в Чикаго, штат Иллинойс, был локомотив типа 4-2-0, "Пионер", построенный в 1837 году компанией Baldwin Locomotive Works для железной дороги Utica and Schenectady в Нью-Йорке. Позже он был приобретен Уильямом Б. Огденом для железной дороги Galena and Chicago Union, старейшего предшественника Chicago and North Western Railway. Локомотив прибыл в Чикаго на шхуне 10 октября 1848 года и вывел первый поезд в западном направлении из города через пятнадцать дней, 25 октября 1848 года.