Паровозы с осевой формулой 4-4-4-4: конструкция и недостатки

Введение

Колесная схема двухколесного локомотива

Паровоз с колесной формулой 4-4-4-4, в нотации Уайта для описания колесных расположений локомотивов, имеет четырехколесную бегунковая тележка, два комплекта по четыре ведущих колеса и четырехколесную хвостовая тележка. Хотя теоретически можно было бы создать сочлененный локомотив с такой колесной формулой, все построенные локомотивы 4-4-4-4 были двухцилиндровыми – с двумя комплектами цилиндров, приводящих в движение два комплекта ведущих колес в одной жесткой раме, по сути являясь 4-8-4 с разделенным приводом.

20 век

Первым локомотивом, построенным с такой компоновкой, был единственный локомотив Baltimore and Ohio Railroad класса N 1 № 5600 George H. Emerson, собранный на собственных мастерских B&O в Маунт-Клэр в мае 1937 года. Для уменьшения фиксированной колёсной базы этот локомотив имел два комплекта цилиндров на противоположных концах, так что задняя пара располагалась рядом с топкой. Топка представляла собой нетрадиционную конструкцию водотрубного типа, которая хорошо зарекомендовала себя на других локомотивах и требовала большого пространства. Колёсная формула 4-4-4-4 оказалась неудачной, так как ограничивала размер топки и подвергала цилиндры воздействию пыли и грязи, что приводило к преждевременному износу. Локомотив не был признан достаточно успешным для повторения конструкции. Единственный N 1 был списан в 1943 году и разобран в 1950 году. Следующими локомотивами с колёсной формулой 4-4-4-4 стали 52 локомотива класса T1 Пенсильванской железной дороги (хотя первоначально один локомотив класса S1 планировался как 4-4-4-4, позже он был изменён на 6-4-4-6 из-за увеличения веса). Цилиндры располагались перед приводами, так что задняя пара находилась между двумя осями ведущих колёс. Эти локомотивы демонстрировали впечатляющую производительность, но страдали от пробуксовки колёс и серьёзных проблем с надёжностью, из-за чего не прослужили долго. Два прототипа, № 6110 и № 6111, были построены на Локомотивном заводе Baldwin в апреле 1942 года. Работы по механической конструкции выполнял главный инженер Baldwin Ральф П. Джонсон, а за обтекаемый дизайн отвечал промышленный дизайнер Рэймонд Лоуи. Оба локомотива показали отличные результаты в ходе испытаний, что привело к постройке ещё 50 единиц. Локомотивы с номерами 5500–5524 были построены на заводе PRR в Алтуне, а 5525–5549 — на заводе Baldwin. В процессе эксплуатации возникли проблемы. Класс T1 был известен неконтролируемой пробуксовкой колёс, а также проблемами с эксплуатацией и обслуживанием, вызванными кулачковыми клапанами Poppet с осциллирующим приводом Franklin. PRR проявлял интерес к решению этих проблем, например, заменив оригинальные поппеты на № 5500 на более простые в обслуживании кулачковые поппеты Franklin с вращающимся приводом и переоборудовав № 5547 механизмом Уолсхартса, переклассифицировав последний локомотив как "T1a". PRR принял решение прекратить разработку класса T1, заменив все локомотивы к середине 1950-х годов дизельными локомотивами. Все локомотивы этого класса были списаны. Весьма вероятно, что многие недостатки T1 могли быть устранены, если бы PRR не вывел из эксплуатации этот класс так рано. Во время своего короткого срока службы ходили слухи, что T1 развивал более высокую скорость, чем рекорд скорости паровоза, установленный Mallard Лондонской и Северо-Восточной железной дороги, но эти утверждения не были официально подтверждены. Несколько типов локомотивов для узкоколейных трамвайных линий были построены с такой колёсной формулой. Они были известны как "16 Wheelers". Два известных новозеландских производителя — J. Johnson and Sons Ltd. в Инверкаргилле и A & G Price в Темзе.

The first locomotive built with this arrangement was the Baltimore and Ohio Railroad's sole class N 1 #5600 George H. Emerson, constructed at the B&O's own Mount Clare Shops in May 1937. To reduce the fixed wheelbase, this locomotive had the two sets of cylinders at opposite ends, so that the rear pair were beside the firebox. The firebox was an unconventional water tube design which was tested well on other locomotives and needed a large space. The 4 4 4 4 wheel arrangement proved to be a poor design, as it restricted the firebox size and exposed the cylinders to dust and dirt, causing premature wear. The locomotive was not considered successful enough to duplicate. The sole N 1 was retired in 1943 and scrapped in 1950. The next locomotives to use the 4 4 4 4 arrangement were the Pennsylvania Railroad's 52 class T1 locomotives (although the single class S1 was originally intended to be a 4 4 4 4, it was later changed to 6 4 4 6 due to increased weight). These had the cylinders in front of the wheels they drove, so that the rear pair were between the two sets of drivers. These locomotives were impressive performers but suffered from wheelslip and severe reliability problems, and did not last long in service. The two prototypes, #6110 and #6111, were constructed at the Baldwin Locomotive Works in April 1942. The mechanical design work had been undertaken by Baldwin's chief engineer Ralph P. Johnson, while the streamlining was the handiwork of industrial designer Raymond Loewy. Both locomotives showed fantastic performance in test trials, leading to the construction of 50 further examples. Numbers 5500 through 5524 would be constructed at the PRR's Altoona Works while 5525 through 5549 would be constructed at Baldwin. As operation continued, problems arose. The T1 class was known for violent uncontrollable wheel slip as well as performance and maintenance issues caused by the Franklin oscillating cam Poppet valves. The PRR did show interest in trying to solve these problems such as replacing the original poppets on #5500 with easier to maintain Franklin rotary cam poppet valves and refitting #5547 with Walschaerts valve gears reclassifying the latter engine as a "T1a". The PRR decided to stop development of the T1 class, replacing all examples by the mid 1950s with diesel units. All members of the class were scrapped. It is very likely the T1 may have had many of its shortcomings solved had the PRR not retired the short lived class so soon. During its short service life, the T1 was rumored to have operated at higher speeds than the steam speed record set by the London and North Eastern Railway's Mallard, but the claims could not be officially verified. Several bush tramway engine types were built with this wheel arrangement. These were known as "16 Wheelers". Two notable New Zealand based builders were J. Johnson and Sons Ltd. in Invercargill and A & G Price in Thames.

21 век

Изготавливается только один локомотив с компоновкой 4-4-4-4. После завершения PRR 5550 станет 53-м и единственным сохранившимся экземпляром класса PRR T1, а не репликой. Ожидается, что при создании нового локомотива T1 будут внедрены некоторые конструктивные улучшения для решения проблем, с которыми столкнулись оригинальные 52 локомотива. Ориентировочная дата завершения проекта – около 2030 года. По состоянию на ноябрь 2023 года проект выполнен на 43,3% с предполагаемой общей стоимостью 7 000 000 долларов США.