Кабина вперёд: конструкция и история локомотивов

Введение

Конструкция транспортного средства, в которой кабина расположена дальше вперёд, чем обычно. Термин "кабина вперед" (cab forward) относится к различным конструкциям железнодорожного и автомобильного транспорта, в которых водительское отделение значительно смещено к передней части по сравнению с общепринятой практикой.

Железнодорожные локомотивы

В конструкции паровоза схема "кабина вперед" обычно предполагает размещение машинного отделения или кабины впереди котла, в самой передней части локомотива. На угольном паровозе место машиниста остается на платформе за топкой, чтобы быть рядом с тендером. На мазутном паровозе место помощника машиниста может быть (и обычно находится) в передней кабине. Этот тип конструкции широко, хотя и не повсеместно, использовался в Европе в первой половине 20-го века, часто в сочетании с закрытым кузовом и/или обтекаемой формой. Видимость из кабины значительно улучшается, а дым из дымовой трубы не заполняет переднюю кабину при прохождении туннелей. Однако в случае столкновения положение экипажа ухудшается, и если машинист и помощник машиниста находятся в разных местах, им сложно общаться, как, например, в моторвагонном подвижном составе.

Германия: Deutsche Reichsbahn

В 1937 году на заводе Borsig в Берлине был построен единичный обтекаемый паровоз DRG Class 05 (серийный номер 05 003), дальнейшая разработка которого была приостановлена из-за Второй мировой войны. Этот локомотив, работавший на пылевидном угле и имевший топку в передней части, был оснащен огромными ведущими колесами диаметром 2300 мм (90,55 дюйма). Расчетная скорость составляла , но его сестёрка с обычной компоновкой, 05 002, установила новый мировой рекорд скорости для паровозов 11 мая 1936 года, достигнув на линии Берлин-Гамбург скорости при буксировке поезда весом 197 тонн, рекорд, который он потерял два года спустя, уступив британскому LNER Class A4 4468 Mallard. В 1944 году обтекатель был снят, но к тому времени 05 003 уже лишился компоновки с кабиной впереди. После войны он тянул экспресс-поезда в Западной Германии до 1958 года. В 1960 году локомотив был списан.

Италия: Ferrovie dello Stato italiane (Итальянская государственная железная дорога)

В итальянской государственной компании Ferrovie dello Stato было несколько локомотивов с кабиной впереди классов 670 и 671. Эти локомотивы имели трёхосную тендерную тележку и получили прозвище "мукка" (корова). Локомотивы (год постройки 1902, максимальная скорость 110 км/ч) использовались для тяги пассажирских поездов на железнодорожной линии Милан – Венеция. В 1939 году один локомотив класса 671 с кабиной впереди был переоборудован в класс 672 с котлом Франко Крости.

Конструкция форней

Маттиас Н. Форни получил патент в конце 1860-х годов на новую конструкцию локомотива. Он стремился улучшить коэффициент сцепления, разместив как можно больше веса котла на движущих колесах и отказавшись от бегунковых колес под передней частью котла. Такая конструкция не была бы устойчивой на высоких скоростях на довольно неровных путях, которые были распространены в то время. Вместо этого он удлинил раму локомотива за кабиной, разместив четырехколесную тележку под водоемким баком и угольным бункером. В обычной нотации Уайта это соответствовало локомотиву , но при движении задним ходом он фактически представлял собой , обладая устойчивостью этого популярного расположения колес, а также обеспечивая беспрепятственный обзор для машиниста и улучшенное рассеивание дыма и пара. Конструкция Форни оказалась идеальной для небольших, маневренных локомотивов для пригородных и надземных железных дорог, и он лицензировал патент многим производителям. Большое количество локомотивов Форни использовалось в Нью-Йорке, Бостоне, Чикаго и других городах, но к концу девятнадцатого века они были вытеснены электрификацией и развитием метрополитена. Ariel и Puck были локомотивами с шириной колеи 2 фута, построенными по проекту Форни с кабинкой вперед для железной дороги Billerica and Bedford в 1877 году на заводе Hinkley Locomotive Works в Бостоне. Конструкция была способна справиться со специфическими проблемами своих маршрутов. 39 длинных туннелей и почти 64 километра снежных навесов в Сьерра-Неваде могли направлять опасные выхлопные газы обратно в кабину обычного локомотива. После того, как несколько бригад чуть не задохнулись, локомотив был запущен в обратном направлении. Это означало, что тендер шел впереди, что создавало новые проблемы. Тендер загораживал обзор и помещал членов бригады на неправильные стороны кабины для наблюдения за сигналами. Тендеры не были рассчитаны на то, чтобы их толкали впереди поезда, что ограничивало скорость. Southern Pacific заказала Baldwin Locomotive Works построить прототип локомотива с кабинкой вперед, а затем заказала больше единиц, даже до прибытия прототипа. Все локомотивы с кабинкой вперед работали на мазуте, что упрощало размещение тендера на месте, обычно занимаемом передней частью локомотива. Резервуары для мазута и воды были под давлением, чтобы оба вещества нормально подавались даже на подъемах. Обзор из кабины был превосходным, позволяя одному члену бригады легко осматривать обе стороны пути. Вызывали опасения последствия столкновения, и по крайней мере одна смертельная авария произошла на линии Modoc в Херлонге, штат Калифорния, когда движущийся локомотив столкнулся с платформой. Разворот обычной компоновки локомотива также помещал бригаду впереди выхлопных газов, защищая их от этой опасности. Однако одним из проблемных аспектов конструкции была прокладка масляных трубопроводов; поскольку топка располагалась впереди движущих колес (а не за ними, как это обычно делается), утечки масла могли привести к пробуксовке колес. В большинстве случаев это было неприятно, но привело по крайней мере к одной смертельной аварии. Это произошло в 1941 году, когда локомотив с кабинкой вперед с утечкой пара вошел в туннель в перевале Санта-Сусана, недалеко от Лос-Анджелеса. Туннель находился на подъеме, и когда медленно движущийся поезд поднимался по туннелю, вода на рельсах из протекающего крана цилиндра заставляла колеса скользить и вращаться. Поезд поскользнулся назад, и сломалась сцепка автосцепки, отсоединив воздушную магистраль, вызвав экстренное торможение и остановку поезда в туннеле, который быстро заполнялся выхлопными газами и паром. Масло, капающее на шпалы, загорелось под кабиной, убив бригаду. Ни одна другая североамериканская железная дорога не заказывала локомотивы с кабинкой вперед, хотя некоторые, такие как Western Pacific, рассматривали этот тип. Построенные для работы в сложных условиях, эти локомотивы стали легко узнаваемым символом Southern Pacific. Всего 256 таких сочлененных локомотивов типа Mallet, в трех различных компоновках колес, были включены в парк SP. Один из таких образцов, Southern Pacific 4294, хранится в Музее железных дорог штата Калифорния в Сакраменто, штат Калифорния. Это локомотив , и он единственный, который избежал утилизации. Это также был последний новый паровоз SP, построенный в 1944 году. За десять лет до появления первого локомотива с кабинкой вперед, North Pacific Coast Railroad, позже вошедшая в состав компании Northwestern Pacific, принадлежащей SP, переоборудовала локомотив 1875 года в локомотив с кабинкой вперед, работающий на мазуте. Этот инновационный локомотив был построен Уильямом (Биллом) Томасом, главным механиком NPC, который был известен на национальном уровне и обладал рядом патентов. Томас использовал ходовую часть и раму локомотива NPC 5, "Bodega", который был списан в 1897 году, для постройки NPC 21. С добавлением нового и необычного водотрубного котла морского типа и полностью стальной кабины, установленных в обратном порядке от стандартных локомотивов, это уникальное творение принесло Томасу патент на конструкцию локомотива. № 21 поступил в эксплуатацию в 1900 году, но прослужил всего несколько лет. Хотя, по сообщениям, он хорошо топил, но с закопченным выхлопом, бригады считали его трудным в эксплуатации, и из-за опасений по поводу последствий столкновения они прозвали его "The Freak" (Урод). Нерадивый кочегар допустил падение уровня воды, повредив котел, и он не был отремонтирован.

Matthias N. Forney was issued a patent in the late 1860s for a new locomotive design. He had set out to improve the factor of adhesion by putting as much of the boiler's weight as possible on the driving wheels, omitting the pilot wheels from beneath the front of the boiler. Such a design would not have been stable at high speeds on the rather uneven tracks which were common at the time. Instead, he extended the locomotive frame behind the cab, placing a four wheel truck beneath the water tank and coal bunker. In conventional Whyte notation, this resulted in a locomotive, but when run in reverse it was effectively a , with the track stability of that popular wheel arrangement, along with unobstructed visibility for the engineer, and improved dispersal of smoke and steam. Forney's design proved ideal for the small, nimble locomotives for elevated and commuter railroads, and he licensed the patent design to many manufacturers. Large numbers of Forneys served in New York City, Boston, Chicago and elsewhere, but were superseded at the end of the nineteenth century by electrification and the development of subways. Ariel and Puck were 2 feet gauge locomotives built to the Forney cab forward design for the Billerica and Bedford Railroad in 1877 by Hinkley Locomotive Works of Boston. The design was able to deal with the peculiar problems of its routes. The 39 long tunnels and nearly 40 mile (64 km) of snow sheds of the Sierra Nevada could funnel dangerous exhaust fumes back into the crew compartment of a conventional locomotive. After a number of crews nearly asphyxiated, the locomotive was run in reverse. This meant that the tender was leading the train, which introduced new problems. The tender blocked the view ahead and put crewmen on the wrong sides of the cab for seeing signals. The tenders were not designed to be pushed at the lead of the train, which limited speeds. Southern Pacific commissioned Baldwin Locomotive Works to build a prototype cab forward locomotive, then ordered more units before the prototype had even arrived. All of the cab forwards were oil burning locomotives, which meant there was little trouble involved putting the tender at what would normally be the front of the locomotive. The oil and water tanks were pressurized so that both would flow normally even on uphill grades. Visibility from the cab was superb, such that one crewman could easily survey both sides of the track. There were concerns about what would happen to the crew in the event of a collision, and at least one fatal accident occurred on the Modoc Line in Herlong, California when a moving locomotive struck a flat car. Turning the normal locomotive arrangement around also placed the crew well ahead of the exhaust fumes, insulating them from that hazard. One problematic aspect of the design, however, was the routing of the oil lines; because the firebox was located ahead of the driving wheels (instead of behind them, the usual practice), oil leaks could cause the wheels to slip. A nuisance under most conditions, it resulted in at least one fatal accident. This occurred in 1941 when a cab forward with leaking steam entered the tunnel at Santa Susana Pass, near Los Angeles. The tunnel was on a grade, and as the slow moving train ascended the tunnel, water on the rails from a leaking cylinder cock caused the wheels to slip and spin. The train slipped backward and a coupler knuckle broke, separating the air line, causing an emergency brake application and stalling the train in a tunnel that was rapidly filling with exhaust fumes and steam. The oil dripping on the ties then ignited beneath the cab, killing the crew. No other North American railroad ordered cab forward locomotives, although some, like Western Pacific, did consider the type. Built to deal with difficult terrain, these locomotives became an easily recognizable symbol of the Southern Pacific. In total 256 such Mallet type articulated locomotives, in three different wheel arrangements, were placed on SP's roster. One example of the type, Southern Pacific 4294, is kept at the California State Railroad Museum in Sacramento, California. It is a locomotive and is the only one to escape being scrapped. It was also SP's last new steam locomotive, built in 1944. A decade before SP's first cab forward, the North Pacific Coast Railroad, later part of the SP owned Northwestern Pacific company, rebuilt an 1875 into an oil fired cab forward locomotive. This innovative engine was built by William (Bill) Thomas, the NPC master mechanic who was nationally known and holder of a number of patents. Thomas used the running gear and frame from NPC locomotive 5, the "Bodega", which had been wrecked in 1897, to build NPC 21. With the addition a new and unusual marine water tube boiler and an all steel cab, installed in reverse order from standard engines, this unique creation earned Thomas a patent on the locomotive design. No. 21 entered service in 1900, but only lasted a few years. Although it reportedly steamed well, though with a sooty exhaust, the crews found it difficult to operate, and with fears of the possible results of a collision they dubbed it "The Freak". A negligent fireman allowed the water level to drop, damaging the boiler, and it was not repaired.

Предлагаемое/непостроенное

Л. Д. Порта предложил паровоз современной конструкции с компоновкой кабиной вперед, с тремя цилиндрами расширения и осевой формулой 2-10-0 для быстрой грузовой работы в рамках проекта ACE 3000.

Пруссия

Экспериментальный прусский T 16 (см. на немецком языке) 2'C2' имел кабины управления с обоих концов.

Великобритания: Южная железная дорога

Неудачный локомотив "Лидер" Оливера Буллейда иногда называют локомотивом с кабиной впереди, однако, поскольку у него была кабина с обоих концов, как у типичного современного дизельного или электрического локомотива, это название не совсем точно.

Автомобили

Конструкция с вынесенной кабиной вперед позволяет увеличить пассажирский объем по сравнению с другими автомобилями аналогичных размеров. Первым современным серийно выпускаемым американским автомобилем, использующим концепцию кабины вперед, был Pacer, представленный в 1975 году компанией American Motors Corporation (AMC). Компания не использовала название "кабина вперед", но компоновка Pacer размещала пассажирский отсек дальше вперед, чем было принято в то время. Его стойки А были выдвинуты вперед, а ветровое стекло располагалось над частью моторного отсека. "Широкая колея и конструкция кабины вперед" Pacer обеспечивали довольно хорошую управляемость, учитывая его крены кузова, как и у конкурирующих моделей того времени. Chrysler Corporation начала использовать термин "кабина вперед" с 1992 года для описания элементов стиля и инженерных решений, аналогичных тем, что были реализованы в AMC Pacer и Lamborghini Portofino, что улучшало управляемость и пространство салона. Пассажирская кабина была "сдвинута вперед", так что переднее колесо непосредственно примыкало к передней кромке передних дверей, а ветровое стекло простиралось над двигателем, в то время как задние колеса были смещены к задним углам автомобиля. Размещение колес у краев позволило дизайнерам увеличить салон, улучшив при этом комфорт и управляемость. Многочисленные модели, выпускавшиеся с 1993 по 2004 год на платформе Chrysler LH, платформах JA и JR ("облачные автомобили") и платформе PL (Neon), специально продавались как автомобили с кабиной вперед. Chrysler утверждала, что первой применила эти особенности к полноразмерному автомобилю. Аналогично, у Dodge Stratus и Chrysler Cirrus капот шире, чем длиннее, поскольку инженеры поставили задачу разместить двигатель и все остальное, что находится перед пассажирским отсеком, в гораздо меньшем пространстве, а затем дизайнеры разработали внешний вид автомобиля, чтобы предложить больше внутреннего пространства, чем у конкурирующих моделей в этом классе. Конфигурация кабины вперед в настоящее время широко распространена среди европейских и японских производителей грузовых автомобилей, поскольку законодательство, регулирующее общую длину транспортных средств, является строгим, а такая конструкция кузова позволяет использовать более длинные прицепы или более вместительный грузовой отсек при той же общей длине, что и у стандартного грузовика (с моторным отсеком перед обычной кабиной). Лучшая обзорность и маневренность в стесненных условиях, например, при городской доставке, являются преимуществами расположения кабины грузовика спереди. Крупные грузовики этого типа чаще всего описываются как с кабиной над двигателем (COE) или как модели с кабиной над двигателем.

The cab forward design allows the passenger volume to be larger than in other similar sized automobiles. The first modern mass produced U. S. automobile using the cab forward concept was the Pacer, introduced in 1975 by American Motors Corporation (AMC). The company did not call it "cab forward", but the Pacer's layout placed the passenger compartment farther forward than was typical to that time. Its A pillars were moved forward and the windshield was placed over part of the engine compartment. The Pacer's "wide track and cab forward design actually lets it handle pretty well" given its body roll like competing contemporary models. Cab forward was used by Chrysler Corporation starting in 1992 to describe styling and engineering features that were similar to those seen on the AMC Pacer and the Lamborghini Portofino, which improved cornering and interior space The passenger cabin was "pushed forward" so that the front wheel well directly abutted the leading edge of the front doors, and the windshield extended forward over the engine, while the rear wheels were shifted towards the back corners of the vehicle. Moving the wheels to the edges allowed designers to enlarge the interior while improving ride and cornering. Numerous models built from 1993 to 2004 on the Chrysler LH platform, the JA and JR platforms ("cloud cars"), and the PL platform (Neon), were specifically marketed as cab forward cars. Chrysler claimed to be the first to apply these features to a full size car. Likewise, the Dodge Stratus and Chrysler Cirrus have a hood that is wider than it is long because engineers established a goal of packing the engine and everything else that is located ahead of the passenger compartment into a much smaller space and then the designers developed the car's outer body to offer more interior roominess than competing models in their size class. The cab forward truck configuration is currently common among European and Japanese truck manufacturers, because the laws governing overall vehicle lengths are strict and the body style allows longer trailers or a longer cargo area for the same overall length than a standard truck (with an engine compartment ahead of a conventional cabin). Better visibility and maneuverability in tight quarters, such as for city delivery, are benefits of locating the truck's cab up front. Large trucks of this type are most often described as cab over engine (COE) or cab over models.