Tại sao đầu máy hơi nước không truyền năng lượng bằng cogwheels?

Những chiếc xe hiện đại sử dụng bánh răng để truyền sức mạnh từ động cơ đến các bánh xe. Đầu máy hơi nước đã sử dụng một số loại thanh (xin lỗi, tôi không phải là người bản ngữ) để truyền năng lượng cho các bánh xe.

Tại sao các kỹ sư không sử dụng cogwheels? Đầu máy hơi nước sẽ nhanh hơn nếu họ sử dụng bánh răng?

Tôi muốn chỉ ra rằng những chiếc xe hiện đại không sử dụng bánh răng để truyền, chúng sử dụng trục. Cogwheels được sử dụng cho các bánh răng và vi sai.

Nhưng các cơ chế thanh được sử dụng chủ yếu là vì chúng không có loại cơ sở sản xuất như chúng ta ngày nay. Cơ chế thanh rất dễ thực hiện, chúng linh hoạt và có thể duy trì trường. Trong mọi trường hợp trong thiết kế đặc biệt này cũng bởi vì toàn bộ cơ chế sẽ phải quay hướng truyền điện 2 lần. Xem pít-tông được kết nối trực tiếp với bánh trước và chuyển nó sang bánh sau tiếp theo khá đơn giản với một thanh trong khi khớp nối trục sẽ cần nhiều bộ phận hơn, một lần nữa rất khó sản xuất.

Động cơ pít-tông hơi có thể tạo ra rất nhiều mô-men xoắn từ tĩnh và pít-tông có thể ở xa vật lý từ nồi hơi, vì vậy trong hầu hết các trường hợp, thuận tiện nhất là để pít-tông trực tiếp lái các bánh xe qua một tay quay. Tương tự như xe lửa không có cơ cấu lái như vậy và có bánh xe hình nón, bạn cũng không cần vi sai.

Ngược lại, động cơ đốt trong cần phải quay ở tốc độ RPM khá vừa phải để tạo ra mô-men xoắn hữu ích và tạo ra hầu hết mô-men xoắn và công suất trong phạm vi vòng quay khá hẹp nên chúng cần cả phương tiện truyền động (bộ chuyển đổi mô-men xoắn hoặc nhớt) một hộp số tỷ lệ có thể lựa chọn để cung cấp mô-men xoắn hữu ích ở một phạm vi rộng của tốc độ đường.

Ngoài ra, động cơ IC có xu hướng hoạt động tốt hơn với nhiều xi-lanh vì điều này làm giảm việc cung cấp năng lượng qua các giai đoạn khác nhau của chu trình làm việc và do đó cần một trục khuỷu với trục đầu ra chung. Động cơ hơi nước về cơ bản là bộ truyền động khí nén để bạn có thể thực hiện hành trình miễn là thuận tiện và có được lực tuyến tính hợp lý phù hợp.

Các thanh kết nối bên ngoài trên đầu máy hơi nước là một chất tương tự trực tiếp của các thanh kết nối liên kết piston của động cơ IC với trục khuỷu.

Câu trả lời ngắn gọn là đặc tính mô-men xoắn của động cơ hơi nước chỉ đơn giản có nghĩa là hộp số là không cần thiết, vì mô-men xoắn ít nhiều không phụ thuộc vào RPM cho dải tốc độ làm việc bình thường của nó.

Dưới đây là hình ảnh của trục khuỷu bên trong động cơ đốt trong hiện đại:

Mục đích của những điều này là để chuyển đổi chuyển động qua lại của piston thành chuyển động quay. Nó rất giống với cơ chế được sử dụng trên các động cơ hơi nước cũ:

Sự khác biệt là trong động cơ đốt trong, năng lượng không được truyền trực tiếp vào các bánh xe mà đến một trục. Những lý do cho sự khác biệt này được thảo luận trong các câu trả lời khác --- Tôi chỉ muốn chỉ ra rằng cơ chế cơ bản là giống nhau.

trong một thời gian, đầu máy hơi nước thực sự đã sử dụng các bánh răng và bộ xi lanh / pít-tông dẫn động trục khuỷu. Chúng được gọi là đầu máy hướng và chúng được sử dụng để chuyên chở những vật nặng lên những đường dốc đặc biệt dốc ở tốc độ thấp. điều này làm cho chúng trở nên phổ biến cho các hoạt động khai thác gỗ ở miền tây Hoa Kỳ trong những ngày của hơi nước.

để sử dụng tốc độ cao hơn trên các sườn dốc dần dần, phương pháp truyền động trực tiếp (trong đó thanh kết nối gắn với bánh xe điều khiển) đơn giản hơn và cung cấp một kết hợp phù hợp giữa trở kháng của tải và động cơ.

Hơi nước tạo ra mô-men xoắn hoàn toàn ở tốc độ 0 như đã được đề cập ở nơi khác, vì vậy giống như trong một chiếc xe điện (có rất nhiều đặc điểm giống nhau), có rất ít để có được từ hộp số, cũng có thể lái các bánh xe trực tiếp.

Đây cũng là lý do tại sao phần lớn các đầu máy diesel trên rất nhỏ, thực sự là động cơ diesel, nó làm cho phần tốc độ gần bằng không của hiệu suất giảm bớt sự khó chịu và loại bỏ nhu cầu làm mát bộ ly hợp công suất rất cao.

Ngẫu nhiên, một vị trí hơi nước có loại "bánh răng", trong đó người lái xe có thể điều khiển thời gian của van để thay đổi thể tích hơi thừa nhận trên mỗi hành trình và do đó mô-men xoắn có sẵn, điều này tách biệt một cách tinh tế (nhưng tương tác với) từ việc thay đổi áp suất hơi .... Bạn thấy điều này khi một đoàn tàu hơi nước rút đi vì ban đầu sẽ có những luồng hơi mạnh từ ngăn xếp vì người lái có bộ bánh răng van để vẫn có áp suất đáng kể trong xi lanh khi van xả mở ra tối đa hóa mô-men xoắn), khi tốc độ tăng lên một phần của chu kỳ, van nạp được mở để giảm hiệu quả và lưu ý xả ra khi khí thải trở nên gần hơn với áp suất khí quyển. Những mối liên kết van biến đổi này là một trong những vùng nước bị nhiễm bằng sáng chế nhiều hơn sau đó với những trận đánh giữa tất cả những người chơi lớn.

Đầu máy hơi nước sử dụng piston hơi , không phải tua bin hơi .

Bánh răng / bánh răng sẽ là vô nghĩa vì không có nguồn năng lượng quay trên đầu máy hơi nước. Họ sử dụng pít-tông hơi, qua lại.

Khi vật lý hoạt động, lái xe trực tiếp hoạt động rất tốt với các giá trị có thể đạt được về đường kính piston, hành trình / lệch tâm và kích thước bánh xe. Cho đến khi nó không. Và những gì có được chúng là những đường cong.

Bộ kéo chính bị kẹt với thanh: cách quá lớn cho bánh răng

Khi nồi hơi quá nhiệt hoàn toàn trở nên rất mạnh, đầu máy xe khách nhanh đã sử dụng năng lượng này ở tốc độ cao hơn. Đối với họ, thiết kế thanh bên là hoàn hảo. Nhưng đầu máy vận chuyển hàng hóa chậm chạp cần trọng lượng lớn hơn trên đường sắt để chuyển điện ở tốc độ thấp. Điều này đòi hỏi nhiều trục lái xe để tăng trọng lượng. Điều đó làm cho một nhóm trục lái cứng nhắc quá dài cho các đường cong. Vì vậy, họ chia thành hai (hiếm khi, ba) nhóm lái xe trục. Chuyển điện được thực hiện với một động cơ trên mỗi nhóm, thường là đơn giản, đôi khi là hợp chất. Big Boy của Union Pacific có 8 trục truyền động trong hai nhóm (mỗi nhóm có động cơ đơn giản, vẫn tránh được bánh răng), xử lý các đường cong như đầu máy xe lửa 4 trục.

src

Thực hiện đến vô lý. Đường sắt Virginian cuối cùng đã bỏ cuộc và điện khí hóa.

Ở các mức công suất này, 4000-6000 mã lực, truyền động bánh răng không nằm trong câu hỏi: đó là một trật tự cường độ quá lớn cho bánh răng. Ngay cả GG1 điện của thời đại cũng sử dụng mười hai bánh răng lớn để truyền một lượng năng lượng tương tự cho sáu trục.

Động cơ nhỏ hơn nhiều có thể được hướng

Đường sắt trên núi sử dụng đầu máy năng lượng thấp, nhẹ, phải trượt lên những đường cong khá chật. Ngay cả một động cơ hơi bên thanh rất khiêm tốn cũng quá cứng cho các đường cong. Họ cũng lãng phí rất nhiều trọng lượng quý giá cho bánh xe không lái, ví dụ xe tải thí điểm và đấu thầu. Ephraim Shay đã giải quyết vấn đề này với, thực sự, đầu máy hướng. Hãy nhớ rằng đây là những đầu máy nhỏ: lớn nhất, Tây Maryland # 6, có áp suất lò hơi 200 psi và tốc độ tối đa 23 dặm / giờ.

Ephraim Shay đặt một trục truyền động dọc theo một bên của đầu máy, chuyển hướng đến từng bánh xe. Các piston trực tiếp quay trục ổ đĩa. Lưu ý các trục truyền động kính thiên văn phức tạp, đặc biệt quan trọng nhất do vị trí ngoài trung tâm của nó.

Lưu ý các bánh răng. nguồn

Charles Heisler đặt trục truyền động xuống đường tâm đầu máy và sử dụng bố trí pít-tông "vee-Twin". Lưu ý các thanh bên: có nghĩa là chỉ một trong hai trục được truyền tới trục truyền động, các thanh bên truyền sức mạnh cho trục kia. Thanh bên như thế có nghĩa là 100 mã lực mỗi trục.

Công ty sản xuất Climax đã bố trí trục trung tâm của Heisler và thêm một trục chéo và nhiều bánh răng hơn để đặt các pít-tông hơi ở một vị trí gần như thông thường.

Nhìn thấy những sắp xếp đầu máy theo hướng này, bạn có thể thấy nơi chúng sẽ không "mở rộng" lên đến đầu ra đa mã lực.