Введение
Паровоз с редукторной передачей – это тип паровоза, использующий редуктор, как правило понижающий, в силовой передаче, в отличие от распространенной конструкции с непосредственным приводом. Эта передача является частью механизма внутри локомотива и не должна путаться с зубчатым колесом, приводящим в движение зубчатый локомотив по зубчатой рейке между рельсами. Паровозы с редукторной передачей, которые были построены, предназначены для обычных рельсов и полагаются на сцепление между колесами и рельсами. В отличие от обычных паровозов, они не классифицируются по схеме колесной базы. Вместо этого они классифицируются по модели и количеству тележек.
A geared steam locomotive is a type of steam locomotive which uses gearing, usually reduction gearing, in the drivetrain, as opposed to the common directly driven design. This gearing is part of the machinery within the locomotive and should not be confused with the pinion that propels a rack locomotive along the rack between the rails. The geared steam locomotives that have been built have been for conventional track, relying on the adhesion between wheels and rail. Unlike conventional steam locomotives, they are not classified by their wheel arrangement. Instead, they are classified by their model and the number of trucks they have.
Объяснение и обоснование
Паровоз, в типичной конструкции, имеет поршни, непосредственно соединенные с кривошипами на ведущих колесах; таким образом, редуктора нет, один оборот ведущих колес эквивалентен одному обороту кривошипа и, следовательно, двум рабочим ходам поршня (паровозы почти повсеместно двухстороннего действия, в отличие от более распространенного двигателя внутреннего сгорания). Максимальная частота вращения довольно фиксирована для данной технологии двигателя. Ввиду отсутствия трансмиссии с изменяемым передаточным числом между поршневым двигателем и колесами, конструктор вынужден идти на компромисс между желаемым крутящим моментом и желаемой максимальной скоростью; радиус ведущих колес определяет это соотношение. Радиус кривошипа, прикрепленного к колесу, разумеется, меньше этого; его радиус определяет длину хода поршня. Он не может быть слишком большим, иначе локомотив не сможет генерировать достаточно пара для питания этих больших цилиндров на скорости; он не может быть слишком маленьким, иначе доступный пусковой крутящий момент и, следовательно, тяговое усилие будут недостаточными, и локомотив не сможет тронуться с места с поездом. Многие промышленные применения требуют низкоскоростного локомотива с достаточным пусковым тяговым усилием. Эти отрасли включают горнодобывающую и карьерную промышленность, а также лесное хозяйство и лесозаготовки. Крутые участки пути, особенно если железнодорожное полотно построено некачественно и не предназначено для высоких скоростей, также благоприятствуют использованию локомотива с высоким тяговым усилием. Хотя соотношение скорости и крутящего момента можно скорректировать в пользу крутящего момента и тягового усилия путем уменьшения диаметра ведущих колес, существует практический предел, ниже которого это нельзя сделать без чрезмерного сокращения хода поршня в локомотиве с прямым приводом. Решением является разделение кривошипного механизма и колес, что, во-первых, позволяет обеспечить разумный ход поршня и радиус кривошипа без использования ведущих колес большего, чем необходимо, размера, а во-вторых, дает возможность снижения частоты вращения с помощью редуктора. Такой локомотив называется редукционным. Большинство из них были и остаются односкоростными, но некоторые оснащались коробкой передач с изменяемым передаточным числом и несколькими передачами.
Типы локомотивов с коробкой передач
Подавляющее большинство локомотивов с зубчатой передачей в мире было построено по одному из трех различных конструктивных принципов – будь то по лицензии, официально, или в виде клонов, созданных после истечения срока действия ключевых патентов. Среди этих типов локомотив Шай был самым распространенным и известным. Подавляющее большинство работало в Северной Америке, но некоторое количество использовалось в различных частях Южной Америки, а также в Австралии и Новой Зеландии, включая разработанные на месте типы. Однако это были не первые локомотивы, использующие зубчатую передачу. Локомотив Coalbrookdale, созданный Ричардом Тревитиком, использовал большую шестерню вместо боковых тяг для соединения коленчатого вала с ведущими осями, обеспечивая чистое передаточное отношение 1:1. Ранние локомотивы Grasshopper (1832), Crab (1837) и Mud Digger (1842), построенные для железной дороги Baltimore and Ohio, использовали передаточные числа порядка 2:1, так что каждый оборот коленчатого вала вызывал примерно два оборота ведущих осей. Это позволяло использовать относительно небольшие ведущие колеса, не снижая скорости.
Локомотив Шай
Локомотив Шай оснащен смещенным котлом, к которому на противоположной стороне прикреплен многоцилиндровый двигатель, приводящий в движение продольный вал, соединенный с осями посредством конических зубчатых передач (см. также Эфраим Шай, изобретатель).
Локомотив "Клаймакс"
Локомотивы Climax классов B и C имеют два наклонных цилиндра, приводящих в движение поперечный коленчатый вал, соединенный с продольным приводным валом, расположенным по центру локомотива, который передает вращение на ведущие тележки через внутреннюю зубчатую передачу. Ранее существовал локомотив Climax класса A с вертикально установленным паровым двигателем морского типа, работающим через аналогичную схему привода, включающую двухступенчатую коробку передач.
Локомотив Хайслера
Локомотив Heisler оснащен паровым двигателем типа "V-twin", с одним цилиндром с каждой стороны котла, прикрепленным к центральному продольному приводному валу, который, в свою очередь, соединен с колесами.
Сегодня
С уменьшением коммерческого использования паровой тяги, коммерческое использование локомотивов с редукторным приводом также сократилось. Некоторые локомотивы с редукторным приводом все еще используются на сахарных плантациях Индонезии и, вероятно, в других местах, но в большинстве стран их теперь можно увидеть лишь на туристических железных дорогах, в местах сохранения техники и музеях. Особое преимущество при переработке сахарного тростника заключается в возможности использования высушенного твердого остатка отжима тростника (см. багасса) в качестве топлива с минимальной стоимостью, при условии наличия недорогой технической рабочей силы для обслуживания локомотивов.
Канада
В Музее науки и технологий Канады в Оттаве, Онтарио, имеется действующий локомотив Шей класса B, который работает по воскресеньям и средам в июле и августе. В Лесном центре открытий Британской Колумбии в Дункане, Британская Колумбия, представлены локомотивы Shays производства Lima под номерами 2475 (экспонат) и 3147 (не в эксплуатации, ожидает ремонта котла). Также представлены локомотивы Climax производства под номерами 1057 (экспонат) и 1359 (действующий).
Индонезия
Широкий спектр типов локомотивов до сих пор используется на сахарных заводах. Большинство из них – локомотивы с длинной колесной базой типа 0-10-0, использующие шарнирную конструкцию и редукторный привод на крайние оси, при этом внутренняя пара осей имеет прямой привод.
Соединенные Штаты
Никакие паровозы с зубчатой передачей не используются в коммерческих целях в Америке. Однако несколько из них работают на туристических линиях. В государственном парке Cass Scenic Railroad в Западной Вирджинии используются исключительно локомотивы с зубчатой передачей, включая самый большой сохранившийся и последний построенный локомотив Shay – бывший Western Maryland Railway №6 весом 162 тонны. Железная дорога также владеет локомотивом Climax и Heisler, что позволяет увидеть все три типа. На узкоколейной железной дороге Roaring Camp and Big Trees в Фелтоне, штат Калифорния, эксплуатируются несколько локомотивов Shay, редко используемый Heisler и Climax, ожидающий восстановления. Центральная железная дорога Белых гор у торгового поста Кларка в Линкольне, штат Нью-Гэмпшир, использует локомотив Climax №6, построенный в 1920 году (заводской номер 1603) на своей туристической линии. У Кларка также есть последний сохранившийся локомотив Shay в Новой Англии. Он не эксплуатируется, но находится на хранении. Кларк также владеет 32-тонным локомотивом Heisler, которому требуется замена жаровых труб. 65-тонный локомотив Lima 1922 года с тремя осями конструкции Shay находится на статической экспозиции в музее под открытым небом Travel Town в Лос-Анджелесе. В Юго-Восточном железнодорожном музее в Дулуте, штат Джорджия, бережно восстановленный двухколёсный локомотив Heisler №9 выставлен на статической экспозиции в главном выставочном зале. Локомотив Heisler окрашен в цвета компании Campbell Limestone Co и находится в отличном состоянии. На Маунт-Рейниер Сценической железной дороге в штате Вашингтон эксплуатируется 99-тонный Heisler №91 West Fork Logging, 70-тонный Climax №10 Hillcrest Lumber, 95-тонный Shay №11 Pickering Lumber ожидает ремонта котла, а 75-тонный Willamette №2 компании Rayonier Company эксплуатируется и является единственным действующим Willamette. На железной дороге Silver Creek and Stephenson в Фрипорте, штат Иллинойс, эксплуатируется локомотив Heisler из мастерской №1260. На железной дороге Durbin & Greenbrier Valley Railroad в Дурбине, Западная Вирджиния, эксплуатируется локомотив Climax из мастерской №1059. На железной дороге Sumpter Valley Railroad в Бейкер-Сити, штат Орегон, эксплуатируется локомотив Heisler из мастерской №1306. На железной дороге Oregon Coast Scenic Railroad в Гарибальди, штат Орегон, эксплуатируется локомотив Heisler из мастерской №1198. На железной дороге Foster Brook & State Line в Брэдфорде, штат Пенсильвания, эксплуатируется 2-футовый узкоколейный локомотив Shay (мастерская Lima Locomotive Works №3118). Доступ для публики закрыт. На железной дороге Georgetown Loop Railroad в Джорджтауне, штат Колорадо, эксплуатируется локомотив Shay (мастерская Lima Locomotive Works №3199). На железной дороге Yosemite Mountain Sugar Pine Railroad в Сугар-Пайн, штат Калифорния, также эксплуатируется локомотив. В музее паровых машин Hesston в Хесстоне, штат Индиана, есть действующий локомотив Shay, который был впервые восстановлен в 1975 году. Он был серьезно поврежден в пожаре 1985 года, но восстановлен повторно в период с 2000 по 2006 год к 50-летию фонда. Реставрационные работы продолжаются, и "Большой Шей" начнет предлагать поездки посетителям музея в выходные 5 августа 2023 года.
Тайвань
На Тайваньской лесной железной дороге Алишан в прошлом эксплуатировалось 22 локомотива Shay, самый старый из которых датируется 1910 годом. Сохранилось 16 из 22 первоначальных локомотивов, 3 из которых находятся в рабочем состоянии, а 1 – экспонируется на железной дороге Puffing Billy.