월샤어츠 밸브 기어

Walschaerts valve gear
60163 토네이도의 월샤어츠 밸브 기어 세트.반지름 막대가 후진으로 설정되어 있다는 점에 유의하십시오.

월샤어츠 밸브 기어는 벨기에의 철도 기계 엔지니어인 Egide Walshaerts가 1844년 증기 기관차에서 피스톤으로의 증기 유량을 조절하기 위해 발명한 밸브 기어의 일종이다.이 기어는 때때로 최종 "s" 없이 이름이 붙기도 하는데, 그 이름으로 잘못 특허가 되었기 때문이다.19세기 후반부터 증기시대가 끝날 때까지 증기기관차에 광범위하게 사용되었다.

역사

스윈든, 말버러, 앤도버 철도 싱글 페어리는 1878년 0-4-4T.이것은 월샤어츠 밸브 기어를 장착한 최초의 영국 기관차였다.

월샤어츠 밸브 기어는 인기가 느렸다.스티븐슨 밸브 기어는 19세기 기관차에서 가장 흔히 사용되는 밸브 기어로 남아 있었다.그러나 월샤어츠 밸브 기어는 기관차 외부에 완전히 장착할 수 있어 프레임 사이의 공간이 명확하고 서비스와 조정을 위해 쉽게 접근할 수 있다는 장점이 있어 일부 관절형 기관차에 채택되었다.

월샤어츠 밸브 기어를 장착한 최초의 기관차는 벨기에 투비즈 워크샵에서 제작되었으며, 1873년 빈에서 열린 유니버설 전시회에서 금메달을 획득하였다.

1874년 뉴질랜드 철도는 NZR B급 기관차 두 대를 주문했다.그것들은 아본사이드에 의해 공급된 더블 페어리 기관차였다; 월샤어츠 밸브 기어의 뉴질랜드에서 처음 사용되었고 아마도 영국 제조사가 그것을 공급한 것은 처음이었을 것이다.케이프 게이지였다.

1874년 페어리 기관차를 개조해 만든 메이슨 보기는 북미에서 월샤에르츠 기어를 처음 사용했다.

영국에서의 첫 신청은 싱글 페어리에 0-4-4T로 1878년 파리에서 전시되었고 1882년 3월 스윈던, 말버러, 앤도버 철도가 구입했다.[1]아론스에 따르면,[2] 그 기관차는 밸브를 어떻게 설정할 지 아무도 모르는 것 같아 거의 서비스를 받지 못했고, 이로 인해 엄청난 석탄 소비로 이어졌다.

20세기에는 월샤에르츠 밸브 기어가[3] 특히 대형 기관차에서 가장 흔히 사용되는 유형이었다.유럽에서는 월샤어트 기어가 거의 보편적인 반면 북미에서는 월샤어트 기어가 가장 가까운 경쟁사인 파생 베이커 밸브 기어보다 큰 점수 차로 앞섰다.

독일과 폴란드나 체코슬로바키아와 같은 몇몇 인접 국가들에서 월샤에르 기어는 일반적으로 1849년에 독립적으로 이 메커니즘을 발명한 에드먼드 헤우싱어 폰 발데그의 이름을 따서 헤우싱어 밸브 기어라고 명명된다.헤우싱어의 기어는 일반적으로 채택된 형태에 더 가까웠지만, 대부분의 당국은 월샤어트의 발명을 최종 형태에 충분히 가까운 것으로 받아들이고 있다.

목적

월샤어츠 밸브 기어는 운전자가 최대 경제력에서 최대 전력에 이르는 연속적인 설정 범위에서 증기 엔진을 작동할 수 있다는 점에서 이전의 스티븐슨 밸브 기어를 개선한 것이다.어떤 설정에서든 밸브 기어는 다음 두 가지 조건을 만족시킨다.

  • 밸브는 피스톤 스트로크가 시작되기 직전에 실린더에 증기를 공급하기 위해 열린다.이 증기의 압력은 원동력을 제공한다.
  • 피스톤의 한쪽에 있는 공간이 수축하기 직전에, 밸브는 피스톤의 움직임을 방해하지 않도록 그 공간에서 대기 중으로 증기를 방출하기 시작한다.

경제적인 환경에서 증기는 스트로크의 일부분 동안만 팽창 공간에 허용되며, 운전자가 설정한 지점에서 흡수가 차단된다.배기가스 또한 닫혀 있기 때문에 스트로크의 나머지 시간 동안 실린더에 들어온 증기가 격리되어 팽창하여 압력이 감소한다.따라서 (콘덴서가 없는 경우) 증기로부터 이용 가능한 가장 많은 에너지를 사용한다.

월샤어츠 밸브 기어는 엔진 운전자가 흡기가 시작되는 지점을 변경하지 않고도 차단 지점을 변경할 수 있게 해준다.

또한 이코노미에서는 열효율을 극대화하기 위해 스로틀을 활짝 열어야 하고 보일러 압력이 최대 안전 수준에 있어야 한다.경제의 경우, 증기 기관은 열차가 평탄한 선로에서 일정한 속도로 달릴 때와 같이 가장 경제적인 설정에서 대부분의 경우 적절한 양의 전력을 산출할 수 있는 크기로 사용된다.

예를 들어, 스테이션에서 발을 뺄 때 속도를 높이고 경사를 상승시킬 때 더 큰 동력이 필요할 때, 월샤어츠 밸브 기어는 엔진 운전자가 스트로크 끝 가까이에 컷오프 지점을 설정하여 보일러의 전체 압력이 거의 스트로크 동안 피스톤에 발휘되도록 한다.이러한 설정으로 배기가스가 열리면 실린더의 증기는 보일러 압력이 거의 가득 차게 된다.그 순간의 증기의 압력은 아무런 쓸모가 없다; 그것은 대기로 갑작스러운 압력의 맥박을 몰아내고 낭비된다.

이 갑작스러운 압력의 맥박은 기차가 떠나면서 효율성이 희생되는 역에서 대부분 엔진을 접하기 때문에 공공기관의 구성원들이 증기기관과 연상시키는 시끄러운 퍼프음을 유발한다.효율에 맞게 잘 조정된 증기 기관은 배기 스트로크 내내 지속되는 부드러운 쉬싱 소리를 내는데, 두 실린더에서 나는 소리가 중첩되어 거의 일정한 소리를 낸다.

동작

월샤에르츠인 운동

밸브 기어 작동은 두 모션을 결합한다. 하나는 조합 레버(12)의 하단에 전달되는 1차 리드 모션이다.두 번째 동작은 상단에서 전달되는 방향/진폭 운동이다.운전자가 다이 블록이 중간 기어에 오도록 후진 레버를 조정했다고 가정하십시오.이 위치에서 2차 모션이 제거되고 피스톤 밸브 행정은 최단 시간이므로 증기 주입과 배기가스가 최소화된다.피스톤 밸브의 이동은 랩 플러스 리드 총량의 두 배다.

다이 블록이 팽창 링크(7)의 하단에 있을 때 최대 증기 주입 및 배기가스를 제공하는 것과 대조한다.이것은 가장 강력한 전진 설정이며 정지 상태에서 앞으로 가속하는 데 사용된다.반대로 다이 블록이 팽창 링크의 상단에 있을 때(7) 역방향의 최대 출력을 얻는다. (일부 엔진에서는 다이 블록이 전진 기어에서 링크의 상단에 있었다.이 유형은 일반적으로 탱크 엔진에 사용되었는데, 이 엔진은 전진 및 후진에서 동일하게 작동했다.)[4]

일단 기관차가 가속되면 운전자는 리버스터를 중간 기어 위치로 조정하여 컷오프를 감소시켜 보다 경제적인 증기 사용을 제공할 수 있다.엔진의 추진력은 시동이 걸릴 때보다 적지만 동력은 더 크다.

기술적 세부사항

월샤이어트 밸브 기어의 주요 구성 요소:
  1. 편심 크랭크(영국: 리턴 크랭크)
  2. 편심봉
  3. 리치 로드
  4. 리프팅 링크
  5. 리프팅 암
  6. 역팔
  7. 확장 링크
  8. 반지름 막대
  9. 크로스헤드 암(영국 드롭 링크)
  10. 밸브 스템 가이드
  11. 유니언 링크
  12. 콤비네이션 레버
  13. 밸브 스템
  14. 피스톤 밸브

1차 리드 모션은 크로스헤드 암(9)과 유니언 링크(11)에 의해 제공된다.이 피벗 막대는 의 동작 위상 구성요소를 결합 레버(12)의 하단에 제공한다.

2차 방향/진폭 운동은 여러 구성 요소로 이루어진 기계적 연결에서 도출된다.

편심 크랭크(영국: 리턴 크랭크)(1)는 메인 구동 휠에 연결된 커넥팅 로드 핀에 단단히 부착된다.이 부착 지점은 연결봉 또는 연결봉의 통로로 인해 파손되지 않는 구동 휠의 유일한 부착 지점이라는 점에 유의하십시오.편심 크랭크는 편심 로드(2)에 대한 핀 부착이 리드 모션과 위상에서 90도 벗어나도록 길이가 길다.

편심 로드는 기관차 본체까지 중앙 위치에서 회전하는 팽창 링크(7)에 대한 움직임을 제공한다.확장 링크는 반경 막대와 통합되지만 확장 링크를 따라 제한된 곡선 경로에서 자유롭게 이동할 수 있는 다이 블록에 의해 포획된 반경 막대(8)를 고정한다.

레이디어스 바의 수직 위치는 운전자가 리치 로드(3), 리프팅 링크(4), 리프팅 암(5) 및 리버스 암과 샤프트(6)를 차례로 제어하는 리버스커버를 조정하여 운전실에서 제어된다.

이러한 방식으로 보조, 위상 이탈 상태에서 운전자가 제어하는 움직임의 구성 요소는 반경 바(8)에 의해 결합 레버의 상단(12)에 전달된다.

콤비네이션 레버는 이 두 동작을 밸브 스템에 작용하는 결과물(13)과 결합하고, 밸브 스템 가이드(10)에 의해 적절히 구속되며, 피스톤 밸브(14)에 작용한다.


내부 및 외부 입구 밸브

월샤이어트 기어는 내부 또는 외부 입구 밸브와 연결될 수 있다.이 기사는 지금까지 내부 진입 피스톤 밸브만을 고려했지만 외부 진입 밸브(슬라이드 밸브 및 일부 피스톤 밸브)는 월샤어트 밸브 기어를 사용할 수 있다.밸브에 외부 입력이 있는 경우 반지름 막대는 위가 아닌 밸브 스템 아래의 결합 레버에 연결된다.

배치

펜실베이니아 철도 E6s의 월샤어트 밸브 기어

월샤이어츠 기어를 배치하려면 조합 레버의 비율을 선택해야 한다.중간 기어에서 밸브 로드의 총 이동은 전방과 후방 데드 중심 사이에 대칭이어야 한다.피스톤 이동의 절반에 의한 유니언 링크 끝의 변위는 밸브 리드 + 밸브 랩의 밸브 로드 변위를 야기해야 한다.유니언 링크 끝에서 반지름 로드가 있는 피벗까지의 거리와 반지름 로드가 있는 피벗 사이의 거리 사이의 거리는 절반의 피스톤이 밸브 랩 플러스 리드에 이동하는 것과 같은 비율이어야 한다.

다음으로, 중간 기어에서 밸브 개방이 전면과 후면 데드 중심 위치의 피스톤에 대해 동일해야 한다는 사실은 결합 로드와 리치 로드 사이의 피벗의 중간 기어 위치를 찾는 데 사용된다.실제로 타이밍 설정의 일부로 밸브 스핀들 길이를 조정한다.또한 리드 및 랩 레버의 치수는 밸브가 밸브의 리드 + 랩의 두 배로 이동하도록 설정된다.

중첩된 리턴 크랭크 모션이 없어야 하므로 중간 기어 위치에 리버터를 둔 상태에서, 팽창 링크 다이 슬롯은 중간 기어에서 피벗에 중심을 맞춘 원의 호와 반경 로드의 길이와 같아야 한다.이 조건은 반지름 로드 길이를 변경하여 밸브 기어의 조정을 방지한다.

리턴 크랭크의 투척은 이제 결정되어야 한다.크랭크에 필요한 실제 투구는 팽창 링크의 치수로부터 결정된다.

변형

Walschaerts 밸브 기어에는 다음과 같은 많은 변종이 있었다.

참고 항목

참조

  1. ^ Sands, T.B.; Jenkins, Stanley C. (1990) [1959]. The Midland and South Western Junction Railway. The Oakwood Library of Railway History (2nd ed.). Headington: Oakwood Press. pp. 37, 43. ISBN 0-85361-402-4. OL16.
  2. ^ E.L. Ahrons, "19세기 후반에 작동하는 자동차와 기차"(영국 캠브리지: Heffer, 1953), 제4권 P 122
  3. ^ "Danbury Railway Museum, the reversing bar". Archived from the original on 2007-05-20. Retrieved 2007-07-20.
  4. ^ "로코모티브 밸브 기어 및 밸브 설정"(영국 런던: 기관차 출판사,1924), 페이지 67

참고 문헌 목록

외부 링크