잭축(로코모티브)

Jackshaft (locomotive)
스위스 연방 철도의 악어. 각 6개의 구동 휠 세트는 구동 휠 사이의 잭 축에 의해 구동되며, 한 쌍의 트랙션 모터에 의해 기어 구동된다.

잭축은 엔진이나 모터의 출력축과 같은 동력축에서 기관차의 구동축과 같은 구동축으로 동력을 전달하는 데 사용되는 중간축이다. 19세기와 20세기의 철도 기관차에 적용되었듯이 잭축은 일반적으로 기관차의 구동 차축과 일직선을 이루었고, 그 차축과 측면봉으로 연결되었다. 일반적으로 기관차의 각 구동 차축은 프레임에 대해 수직으로 약 1인치(2.5cm) 자유롭게 이동할 수 있으며, 기관차 중량은 스프링에 실려 있다. 이는 엔진이나 모터 또는 변속기가 기관차 프레임에 견고하게 부착되어 있으면 차축에 견고하게 연결될 수 없다는 것을 의미한다. 이 문제는 잭 샤프트를 언스프링 베어링에 장착하고 사이드 로드 또는 (일부 초기 예에서) 체인 드라이브를 사용하여 해결할 수 있다.[1]

잭 샤프트는 초기 증기 기관차에 처음 사용되었지만, 디자이너들은 아직 그들을 그 이름으로 부르지 않았다. 20세기 초에는 무거운 간선 서비스를 위해 잭샤프트를 이용한 전기 기관차가 대거 건설되었다. 잭축 구동은 또한 기계적인 변속기를 사용하는 많은 초기 가솔린 및 디젤 기관차에도 사용되었다.

증기기관차

볼티모어와 오하이오 크랩. 크랭크축은 엔진 전면의 캐빈 바로 아래에 있으며, 잭 샤프트에 맞춰져 있으며, 사이드 로드에 의해 구동 차축과 결합된다.

볼티모어와 오하이오 철도는 잭축 구동식 기관차의 사용에 있어 선구자였다. 최초의 베짱이 기관차의 구동축이 크랭크축의 스퍼 기어에 의해 직접 구동되는 동안, 1833년에 배달된 트래블러는 이후의 모든 베짱이와 크랩 기관차가 그랬던 것처럼 잭축을 사용했다. 이들 기관차는 소형 직경의 구동 휠을 이용해 적당한 주행 속도를 내기 위해 스텝업 기어를 사용했다. 주목할 점은 잭축이라는 용어가 이러한 기계의 설계자들에 의해 사용되지 않았다는 것이다. 대신, 그들은 나중에 잭 축이라고 불리게 될 것을 "전면 차축에서 약 3피트 전방으로 떨어진 별도의 차축과 두 개의 노면 차축에서 크랭크에 연결시켜 크랭크축을 운반하는 것"[2]이라고 언급했다. 기관차의 게 등급으로 알려지게 된 것에 대한 1837년 특허에서 로스 위난스는 그의 잭축을 "피니언 휠 샤프트" 또는 "제3 차축"이라고 불렀다.[3]

전통적인 증기 기관차에서, 크랭크축은 구동 차축 중 하나이다. 잭 축 구동 증기 기관차에서 크랭크축은 잭 축을 회전시켜 운전자를 회전시킨다. 일부 증기 기관차는 구동 차축과 구별되는 크랭크축과 함께 이러한 극단의 중간 설계가 있다. 1831년 B&O에서 처음 시험한 피나스 데이비스의 B&O 베짱이는 1836년 스톡턴과 달링턴 철도의 스위프트와 마찬가지로 이 등급으로, 크랭크축이 구동 차축 사이에 직접 있었다.[4] 이 두 예는 모두 수직 실린더를 사용했으며, 크랭크축은 구동 축의 평면에 있었다. 전자는 첫 번째 구동 차축에 게어링 구동력을 사용했고, 후자는 이 연결에 사이드 로드를 사용했다. 후자의 경우 구동 축과 구별되는 크랭크축을 사용한 것으로 유추된 이유는 "파워 샤프트에서 작업하는 충격을 흡수하기 위함"[5]이었다.

여러 기관차가 후면 구동축 바로 위에서 크랭크축을 구동하는 수평 실린더로 제작되었으며, 공통의 스프링이 축과 축을 모두 지지하여 수직으로 함께 이동할 수 있도록 하였다. 로스 위넌스는 1842년부터 일련의 0-8-0 기관차를 설계하여 B&O 머드 디거급 엔진을 출시하였다. 그들 앞의 베짱이 기관차와 마찬가지로 이들 엔진의 크랭크축은 구동축에 맞춰져 있었다.[6] 1843년 특허에서 위나스는 크랭크축을 제5축, 즉 차축이라고 지칭했다.[7] 1880년 리즈 잉글랜드의 파울러 증기 플랜지는 크랭크축과 후면 차축 사이에 수직 사이드 로드가 있는 유사한 0-4-0 기관차 설계에 대한 특허를 받았다. 여기서, 동기는 실린더와 피스톤 로드를 작은 구동 바퀴가 달린 엔진의 먼지와 먼지로부터 멀리 끌어올리는 것이었다.[8][9] 그런 파울러 기관차가 살아남는데, 아주 작은 협궤 0-4-2T.[10]

증기터빈 기관차의 초기 설계자들은 감속 기어 또는 스프링 서스펜션의 필요성을 이해하지 못했다.[11][12] 이러한 문제를 파악한 후, 터빈 출력 변속기를 구동 휠에 연결하기 위한 하나의 대안으로 잭 샤프트가 등장했다. 이탈리아의 주세페 벨루초는 이 아이디어의 변형에 대한 몇 가지 미국 특허를 받았다.[13][14][15] 잭축 드라이브 대신 구동축 위에 터빈을 얹은 퀼 드라이브를 사용하거나, 기관차와 터빈축 사이에 기어박스를 수평으로 매달아 놓은 퀼 드라이브의 조합을 사용했다.[16][17]

전기 기관차

PRR DD1의 실행 기어. 잭축, 그리고 그들을 필요하게 만든 큰 전기 모터들이 선명하게 보인다.

많은 초기 전기 기관차에도 잭 샤프트가 장착되어 있었다. 1915년 전기 기관차 설계에 대한 일반적인 조사에 따르면 24개의 기관차 설계 중 15개의 뚜렷한 잭 축 구동 배열이 나타난다.

일부 초기 기관차는 개별 차축에 장착된 소형 직경 DC 견인 모터를 사용했지만, 특히 AC 동력 기관차의 경우 대다수가 대형 직경 모터를 1~2개밖에 가지고 있지 않았다. 이러한 큰 직경의 모터는 대부분의 구동 휠보다 더 크기 때문에 구동 차축의 레벨보다 훨씬 위에 장착되었다.[18] 모터나 모터가 기어나 사이드 로드를 통해 잭축이나 잭축을 구동시킨 다음, 잭축이 사이드 로드를 통해 바퀴를 돌린 것이다. 유럽에서는 오얼리콘과 브라운, 보베리 등이 다양한 잭샤프트 디자인을 개척했고, 미국에서는 웨스팅하우스가 우세했다.[19] 여기에 인용된 전기 기관차 설계의 초기 조사에서는 모두 잭 축 또는 잭 축이라는 용어를 사용한다.

예를 들면 PRR DD1과 FF1 전기 기관차를 비롯하여 스위스 등급 Ce 6/8 악어와 그 좁은 가우지의 사촌인 라에티아 철도 Ge 6/6 I가 있다.

전기 모터의 지속적인 발전은 그들을 더 작게 만들었고, 제2차 세계대전에 의해 가장 새롭고 잭 샤프트를 쓸모없게 만들었다.

내연기관차

A British Rail Class 03shunter

볼드윈이 내연기관차를 처음 만들기 시작했을 때 20세기 초 수십 년 동안 그들은 가솔린 엔진에서 잭 축으로 2단 변속기를 사용했다.[1] 볼드윈의 초기 내연 기관차 특허는 잭 샤프트를 구동 휠에 연결하기 위해 양쪽 사이드 로드와 체인 드라이브의 사용을 다루었다.[20][21] 첫 번째 볼드윈 내연기관차는 0-4-0의 구성을 사용했으며 3.5톤에서 9톤까지 무게가 나갔으나 1919년에는 25톤짜리 0-6-0의 구성을 사용할 수 있었다.[22] 이 기관차들은 제1차 세계대전의 좁은 궤간 참호 철도에 광범위한 서비스를 제공했다.[23]

영국식 레일클래스 03 디젤(사진)이 더 최근 사례다. 잭 샤프트는 일부 디젤 기계식 및 디젤 유압식 기관차에 사용되었지만 디젤 전기 장치에는 거의 사용되지 않았다. 한 가지 예외는 영국 철도 등급 D3/7이었다.[24]

서스펜션 이동

소형 포울러 4wDM 디젤 기계식 잭축 커플링 로드가 어떻게 멀리 떨어진 액슬까지 더 긴 경로를 통해 각도를 감소시키는지 주목하십시오.

잭 샤프트에서 연결봉 구동이 어려운 경우 차축의 수직 서스펜션 이동을 허용해야 한다. 이것을 허용하기 위해 몇 가지 기계적 배치가 사용되어 왔다.

긴 수평 막대

가장 간단한 배열은 수평으로 달리는 긴 연결봉들을 사용하는 것이다. 휠 끝에서 큰 수직 이동은 잭축 드라이브에서 작은 수평 이동만 발생시킨다. 디젤-기계식 기관차의 경우, 수평으로 호환되는 변속기를 장착하여 이를 보상할 수 있다. 무거운 엔진은 부착력을 위해 구동 휠 위로 운반되지만 상대적으로 경량인 기어박스는 연결된 휠베이스 너머 한쪽 끝에 장착할 수 있다. 최종 드라이브 케이스는 프레임 사이에 장착할 수 있을 정도로 좁아서 낮은 높이로 장착할 수 있으며 구동 차축과 수평으로 장착할 수 있다.

스웨덴 스타텐스 예른베가르두 클래스 1-C-1

이 배치는 저속 디젤 션터에는 일반적이지만, 보통 본선 속도에는 해당되지 않는다. 1925년의 스웨덴 D-록은 그것을 사용했는데, 1-C-1 레이아웃의 두 구동축 사이에 짧은 로드가 있는 단일 잭 축에 맞춰진 두 개의 모터가 사용되었다.

슬롯형 로드

E550
SBB Ce 6-8II(슬롯 로드 포함

경음기 내 수직 슬라이딩 베어링은 움직임을 허용하지만, 이러한 베어링은 신중하게 설계되어야 한다. 그렇지 않으면 로드를 통해 가해지는 힘은 단순히 이 베어링을 앞뒤로 미는 데 낭비될 것이다. 이러한 슬라이딩 조인트는 서스펜션이 이동할 수 있도록 배치되어야 하지만 로드 힘이 항상 슬라이드웨이에 직각으로 오도록 배치되어야 한다.

1908년의 10커플 이탈리아 E550은 각각 잭 샤프트와 함께 모터를 페어링했다. 삼각 막대기가 이들 사이에 운반되어, 동시에 회전하여 항상 수평으로 회전했다. 이 작업에는 중앙 차축용 슬라이딩 크랭크핀 저널과 긴 연결봉용 베어링이 앞뒤에 고르지 않은 간격으로 운전자의 쌍으로 전달되었다.[25] 스위스 베른에도 비슷한 약정이 사용됐다.뢰츠베르크-심플론 철도 1912년 5/[26]7 1-E-1

개념적으로 유사한 연결고리가 스위스 Ce 6/8II 악어들에게 사용되었다. 이것들이 양쪽 끝에는 하나의 트랙션 모터만 있었기 때문에, 삼각형 프레임은 또한 맹목적인 무동력의 잭 샤프트에 의해 운반되었다. 모터 잭 축이 휠 축 위에 있기 때문에 약간 기울어져 있었다.

윈터서 대각선 로드

스위스제 인도 WCG1 악어
RhB Ge 6/6 I 악어

스위스 악어 클래스의 대부분은 윈터투르 대각선 막대나 슈레그스탄난트리브(독일어) 디자인을 대신 사용했다.

이들 기관차는 각 끝의 두 개의 보그에 각각 하나의 큰 견인 모터가 달린 관절형이었다. 따라서 잭 샤프트는 구동 휠 위와 사이에 배치되었다. 구동 로드 길이를 최대화하고 각도를 줄이기 위해 가장 멀리 떨어진 구동 차축에 연결했다. 이 차축들 사이의 연결봉은 '삼각형'이었고, 상단 가장자리에 추가 베어링이 장착되어 잭축 구동봉의 추력을 받았다. 이것은 대부분의 연결봉과 달리 연결봉 베어링과 동일한 평면에 장착할 수 있다. 이것은 크랭크핀의 과도한 길이와 굽힘 부하를 감소시킨다.

이 배열은 단순하고 견고하지만 완벽한 기하학적 구조를 제공하지 않으며 특히 로드 베어링이 마모될 경우 삐걱거리는 소음과 거친 작동으로 알려져 있다. 스위스의 기관차들에게: 잘 정비되고, 가파른 경사를 넘어 느린 속도로 달리는 강력한 기관차들에게, 이것은 받아들일 만한 설계였다. 그러나 고속 여객 서비스에는 그다지 진출하지 못했다.

간츠와 칸도 연계

2BB2 400
이탈리아에서 사용되는 비안치 연결

고속 기관차에 사용되는 더욱 복잡한 연결고리로는 간즈, 칸도 또는 비안치 연결고리들이 있었다. 이것들은 역삼각형의 형태로, 높은 장착의 모터 잭축에서 휠 액슬 라인으로 내려왔다.

간즈 형태는 프랑스 PO용 헝가리제 레스 벨레스 홍로이스 2BB2 400 기관차에 사용되었다. 여기에는 삼각형을 형성하는 네 개의 링크가 있으며, 두 개의 상단 정점이 기관차 프레임(짧은 흔들림 링크를 통해)과 잭축 크랭크 핀에 장착되었다. 삼각형의 아래쪽 꼭지점에는 삼각형의 측면을 휠 크랭크핀에 연결하는 짧은 삼각형 링크가 포함되어 있었다. 이 링크를 기울임으로써 서스펜션 운동이 흡수되었다.[27] 이 연결은 스피드로 잘 작동했고 슬라이딩이 없는 선회 이음매로 구성돼 있어 동작이 흐트러지지 않았다. 그것은 아무리 복잡하고 무겁고 불균형했다.

칸도 연계는 보상이 비슷했지만, 상단 정점은 모터 잭축 한 쌍에 의해 운반되었다.

이러한 연결고리 중 널리 보급되거나 긴 사용 수명을 가진 유일한 것은 이탈리아에서 사용되는 대칭적이고 균형 잡힌 비안치 연결이었다.

참조

  1. ^ a b General Construction, Baldwin 가솔린 산업 기관차 Baldwin 기관차 작업 기록, 제74호, 1913호; 7-9페이지.
  2. ^ J. 스노든 벨, 제 1장: "그래쇼퍼"와 "크랩" 엔진 -- 타입 0-4-0, 볼티모어와 오하이오 철도의 얼리 모티브 파워; 19페이지.
  3. ^ 1837년 7월 29일 미국 특허 308호 기관차 스팀-엔진, 로스 위넌스.
  4. ^ 기관차 역사에 관한 링크들, No. XI, 엔지니어, 1881년 6월 10일; 432페이지에 큰 삽화가 있다.
  5. ^ Joseph Tomlinson, President by President by Mechanical Engineers, 제41권 (1890년); 181-202페이지.
  6. ^ J. 스노든 벨, 제4장: 8륜 연결 화물 엔진 - 타입 0-8-0, 1912년 뉴욕 볼티모어와 오하이오 철도 싱클레어의 초기 동력; 55-86쪽, 특히 57페이지의 그림 22를 참조하라.
  7. ^ 1843년 7월 28일 미국 특허 3,201호 기관차 로스 위너스.
  8. ^ 402, Alfred Greig와 William Beadon, The Commissioners of Extensions Journal, No. 2770 (1880년 7월 20일); 167페이지.
  9. ^ 로베르프 F. 맥킬롭과 존 브라우닝, 존 파울러 기관차, 사탕수수 운송, 호주 경전철 연구회, 2000년 2월 29일.
  10. ^ Australian Sugar Heritage Centre, [www.sugarmuseum.com.au/the-museum/], 2010.
  11. ^ 1907년 5월 28일 미국 특허 855,436, 증기 터빈 구동 기관차 요한 스푸프.
  12. ^ 조엘 B. 뒤마, 기관차용 증기 터빈, 미국 특허 1,010,878, 1911년 12월 5일 허가.
  13. ^ 1927년 8월 9일 미국 특허 1,638,079호 증기 터빈 기관차 주세페 벨루초.
  14. ^ 1928년 4월 17일 미국 특허 1,666,590, 증기 터빈 기관차 주세페 벨루초.
  15. ^ 1932년 11월 8일 미국 특허 1,887,178호 터빈 기관차 주세페 벨루초.
  16. ^ 1927년 6월 14일 허가된 미국 특허 1,632,707호, 터빈 구동 기관차 및 유사 차량 프레드릭 Ljungstöm.
  17. ^ 1943년 6월 10일 미국 특허 2,386,186호 증기터빈 기관차 프랭크 엘벤.
  18. ^ 앨버트 S. 리치와 윌리엄 C. 그리노, 전기 기관차, 전기 철도 핸드북, 맥그로 힐, 1915; 579-587페이지, 584-586페이지에 48-71페이지로 표시된다.
  19. ^ A. T. 도버, 제16장: 전기 기관차, 전기 견인: 1917년 뉴욕 맥밀란, 전차와 철도에 전력의 적용에 관한 논문; 355-409페이지.
  20. ^ 1910년 3월 1일 미국 특허 951,062호, 내부 결합 기관차 Archibald Ehle.
  21. ^ 아르키발트 H. 1912년 2월 27일 미국 특허 1,018,889의 내부 결합 기관차 Ehle.
  22. ^ 내연 기관차, 볼드윈 기관차 작업 기록, 95호(1919), 3-33쪽.
  23. ^ 볼드윈 기관차의 전쟁 활동, 볼드윈 기관차 작업 기록, 제93호, 1919호; 3-21페이지.
  24. ^ "Archived copy". Archived from the original on October 7, 2011. Retrieved July 5, 2009.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  25. ^ Hollingsworth, Brian; Cook, Arthur (2000). "E550 E". Modern Locomotives. pp. 32–33. ISBN 0-86288-351-2.
  26. ^ 현대 기관차(2000), 페이지 34-35.
  27. ^ 현대 기관차(2000), 페이지 50-51.

외부 링크