Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Техника боевых искусств. В железнодорожной терминологии, удар молотком или динамическое увеличение – это вертикальная сила, которая попеременно увеличивает и уменьшает вес локомотива на колесо. Она передается на рельсы через ведущие колеса многих паровозов. Это неуравновешенная сила на колесе (известная как перегруз). Она является результатом компромисса, когда колеса локомотива намеренно разбалансированы для компенсации горизонтально движущихся масс, таких как шатуны и поршни, с целью улучшения хода. Удар молотком может привести к повреждению локомотива и пути, если сила взаимодействия колеса и рельса достаточно велика.
the martial art technique
In rail terminology, hammer blow or dynamic augment is a vertical force which alternately adds to and subtracts from the locomotive's weight on a wheel. It is transferred to the track by the driving wheels of many steam locomotives. It is an out of balance force on the wheel (known as overbalance). It is the result of a compromise when a locomotive's wheels are unbalanced to off set horizontal reciprocating masses, such as connecting rods and pistons, to improve the ride. The hammer blow may cause damage to the locomotive and track if the wheel/rail force is high enough.
Принципы
Добавление дополнительных весов на колеса уменьшает несбалансированные возвратно-поступательные силы, действующие на локомотив, но вызывает вертикальный дисбаланс, создающий ударные нагрузки. Локомотивы балансировались индивидуально, особенно если строилась серия машин одного проекта (класса). Каждый локомотив в серии балансировался для своей нормальной рабочей скорости. От 40% до 50% возвратно-поступательных масс с каждой стороны уравновешивались вращающимися весами в колесах.
The addition of extra weights on the wheels reduces the unbalanced reciprocating forces on the locomotive but causes it to be out of balance vertically creating hammer blow. Locomotives were balanced to their individual cases, especially if several of the same design were constructed (a class). Each class member was balanced for its normal operating speed. Between 40% and 50% of the reciprocating weights on each side were balanced by rotating weights in the wheels.
Причины
В то время как боковые стержни (в Великобритании: сцепные стержни) локомотива могут быть полностью сбалансированы весами на ведущих колёсах, поскольку их движение полностью вращательное, возвратно-поступательные движения поршней, поршневых стержней и золотникового механизма не могут быть полностью сбалансированы таким образом. Основные стержни также не могут быть полностью уравновешены колесными противовесами, поскольку их движения имеют большее смещение в горизонтальном направлении, чем в вертикальном. Почти все двухцилиндровые локомотивы имеют кривошипы, разнесенные на 90° друг от друга, так что четыре рабочих хода поршней двойного действия равномерно распределены по циклу и отсутствуют "мёртвые точки" (положения, в которых оба цилиндра одновременно находятся в верхней или нижней мёртвой точке). Четырёхцилиндровый локомотив может быть полностью сбалансирован в продольной и вертикальной плоскостях, хотя существуют некоторые раскачивающиеся моменты, которые можно компенсировать в подвеске и центровке локомотива; трёхцилиндровый локомотив также может быть лучше сбалансирован, но двухцилиндровый локомотив будет испытывать продольные колебания, если он сбалансирован только для вращения. Для уменьшения этого может быть добавлен дополнительный балансировочный вес – "сверхбаланс", как правило, достаточный для "усреднения" вибраций, уравнивая оставшиеся силы и моменты в вертикальном и горизонтальном направлениях. Однако вертикальные силы, возникающие в результате этого, технически известные как "удар молота", могут быть чрезвычайно разрушительными для пути, и в крайних случаях могут привести к полному сходу ведущих колёс с рельсов. Чем тяжелее возвратно-поступательный механизм, тем больше эти силы и тем серьёзнее проблема. За исключением короткого периода в начале двадцатого века, когда испытывались сбалансированные компаунд-локомотивы, американские железные дороги не проявляли интереса к локомотивам с внутренними цилиндрами, поэтому проблему балансировки нельзя было решить путём увеличения количества цилиндров на сцепную колесную пару. По мере увеличения размеров и мощности локомотивов их возвратно-поступательный механизм должен был становиться прочнее и, следовательно, тяжелее, что усугубляло проблемы, связанные с дисбалансом и ударом молота. Более высокие скорости также увеличивают несбалансированные силы, поскольку они растут пропорционально квадрату скорости вращения колёс.
While the side rods (UK: coupling rods) of a locomotive can be completely balanced by weights on the driving wheels since their motion is completely rotational, the reciprocating motions of the pistons, piston rods, and valve gear cannot be completely balanced in this way. The main rods also cannot be completely balanced by wheel counterweights, since their motions have a greater displacement in the horizontal direction than in the vertical direction. Almost all two cylinder locomotives have their cranks "quartered" — set at 90° apart — so that the double acting pistons' four power strokes are evenly distributed around the cycle and there are no "dead spots" (points at which both cylinders are at top or bottom dead center simultaneously). A four cylinder locomotive can be completely balanced in the longitudinal and vertical axes, although there are some rocking moments which can be dealt with in the locomotive's suspension and centering; a three cylinder locomotive can also be better balanced, but a two cylinder locomotive will surge fore and aft if it is balanced only for rotation. Additional balance weight — "overbalance" — can be added to reduce this, typically enough to "average out" the vibrations by make the remaining forces and moments equal in the vertical and horizontal directions. However, the vertical forces which are added as a result, known technically as hammer blow, can be extremely damaging to the track, and in extreme cases can actually cause the driving wheels to leave the track entirely. The heavier the reciprocating machinery, the greater these forces are, and the greater a problem this becomes. Except for a short period early in the twentieth century when balanced compound locomotives were tried, American railroads were not interested in locomotives with inside cylinders, so the problem of balance could not be solved by adding more cylinders per coupled wheel set. As locomotives got larger and more powerful, their reciprocating machinery had to get stronger and thus heavier, and thus the problems posed by imbalance and hammer blow became more severe. Higher speeds also increase unbalanced forces, as they rise with the square of the wheel rotational speed.
Решение
Одним из решений этой проблемы стал двухцилиндровый локомотив, который распределял тяговое усилие между несколькими группами поршней, тем самым значительно снижая удар молотком. Трёхцилиндровый локомотив оказался менее удачным. Советский Союз использовал иное решение для борьбы с ударом молотком в конструкции локомотивов 2-10-4 (и 2-8-2). Цилиндры располагались над центральной движущей осью, и, что наиболее важно, имели конструкцию с противодействующими поршнями (два поршня со сдвигом в 180 градусов внутри одного цилиндра). Таким образом, в отличие от почти всех паровозов, поршни имели шатуны с обоих концов, передававшие усилие на колёса. Идея заключалась в балансировке тяговых сил на колёсах, что позволяло уменьшить размер противовесов и снизить удар молотком на рельсы. В Великобритании правительственный комитет по напряжениям в мостах исследовал влияние удара молотком на возникновение напряжений в железнодорожных мостах и необходимость балансировки движения внутренних и внешних цилиндров. Использование внутренних цилиндров (что было редкостью в США) обеспечивало большую устойчивость локомотива и, следовательно, уменьшало удар молотком. Многие европейские танк-локомотивы имели внутренние цилиндры для снижения износа путей на сортировочных станциях при частом и интенсивном использовании. Однако внешние цилиндры легче обслуживать, и, по-видимому, для многих американских железных дорог это считалось более важным, чем другие факторы. Затраты на обслуживание практически недоступных внутренних цилиндров на локомотивах 4-12-2 компании Union Pacific, возможно, ускорили их вывод из эксплуатации. Паромоторные локомотивы имеют меньшие и более многочисленные возвратно-поступательные детали, требующие более лёгких компонентов и облегчающие их балансировку. В этих конструкциях не сообщалось о проблемах, связанных с ударом молотком, но они появились в период перехода железных дорог к дизелизации. Паротурбинные локомотивы не имеют поршней, золотникового механизма и других возвратно-поступательных компонентов, что позволяет сбалансировать колёса и шатуны для устранения удара молотком. Паротурбинные локомотивы испытывались несколькими компаниями по всему миру в 1930-х и 1940-х годах (например, S2 6-8-6 компании Pennsylvania Railroad и Turbomotive LMS). Хотя многие из этих турбинных локомотивов страдали от проблем в эксплуатации (обычно чрезмерного расхода топлива и/или низкой надёжности), они оказались свободными от удара молотком и предлагали способ достижения высокой мощности и скорости без повреждения пути.
One solution to this was the duplex locomotive, which spread the driving power over multiple sets of pistons, thus greatly reducing hammer blow. Less successful was the triplex locomotive. The Soviet Union used a different solution to hammer blow with their 2 10 4 (and 2 8 2) locomotive design. The cylinders were placed above the centre driving axle, and most significantly, were of the opposed piston configuration (two pistons 180 degrees phased within the one cylinder). Thus, unlike nearly all steam locomotives, the pistons had rods on both ends which transferred power to the wheels. The idea was to balance the driving forces on the wheels, allowing the counterweights on the wheels to be smaller and reducing hammer blow on the track. In the United Kingdom, the Government Bridge Stress Committee investigated the impact of hammer blow in the creation of stresses in railway bridges and of the need to balance the motions of inside and outside cylinders. The usage of inside cylinders (which was rare in the USA) results in a more stable locomotive and thus reduced hammer blow. Many European tank engines had inside cylinders to reduce the wear and tear on shunting yard tracks from frequent and heavy use. Outside cylinders are easier to maintain, however, and apparently for many US railroads this was considered more important than other considerations. The maintenance costs associated with the nigh inaccessible inside cylinders on Union Pacific's 4 12 2 locomotives may have hastened their retirement. Steam motor based locomotives have smaller and more numerous reciprocating components that require much lighter parts, and are easier to balance well. There are no hammer blow related problems reported from these designs, but they came about towards a time when railways were moving towards dieselisation. Steam turbine locomotives lack pistons, valve gear and other fore aft reciprocating components making it possible to balance the wheels and connecting rods to eliminate hammer blow. Steam turbine locomotives were tried by several companies around the world in the 1930s and 1940s (such as the Pennsylvania Railroad's S2 6 8 6 and the LMS' Turbomotive). Whilst many of these turbine locos suffered problems in service (usually excessive fuel consumption and/or poor reliability) they did prove to be free from hammer blow and offered a way of achieving high power outputs and speeds without causing track damage.