Según la notación Whyte para la clasificación de locomotoras de vapor , 4-2-0 representa la disposición de las ruedas de cuatro ruedas delanteras en dos ejes, dos ruedas motrices en un eje y ninguna rueda trasera . Este tipo de locomotora a menudo se denomina tipo Jervis , el nombre del diseñador original.
El tipo de disposición de ruedas 4-2-0 fue común en los ferrocarriles de Estados Unidos desde la década de 1830 hasta la de 1850. El primer 4-2-0 que se construyó fue el Experiment , más tarde llamado Brother Jonathan , para el ferrocarril Mohawk and Hudson en 1832. Fue construido por West Point Foundry basándose en un diseño de John B. Jervis . Al tener poco más que hacer referencia, los fabricantes modelaron la caldera y el engranaje de válvulas según las locomotoras construidas por Robert Stephenson de Inglaterra. Algunos ejemplos de locomotoras Stephenson ya estaban en funcionamiento en Estados Unidos, por lo que los ingenieros no tuvieron que viajar demasiado para tener sus ideas iniciales.
En Inglaterra, la 4-2-0 se desarrolló alrededor de 1840 a partir del diseño 2-2-2 de la primera locomotora Long Boiler de Stephenson , que había modificado para colocar dos pares de ruedas en la parte delantera para mejorar la estabilidad, con los cilindros exteriores entre ellas. a ellos.
En los Estados Unidos, el diseño fue una modificación del diseño 0-4-0 , entonces de uso común. El 0-4-0 demostró ser demasiado rígido para los ferrocarriles de la época, y a menudo descarrilaba en las curvas cerradas y los rápidos cambios de elevación de los primeros ferrocarriles estadounidenses. Para el 4-2-0 , Jervis introdujo un camión guía de cuatro ruedas debajo de la caja de humos de la locomotora . Giraba independientemente del bastidor principal de la locomotora, a diferencia de los motores ingleses 4-2-0 que tenían bastidores rígidos. Los pistones accionaban un único eje motriz en la parte trasera de la locomotora, justo detrás de la cámara de combustión . Este diseño dio como resultado una locomotora mucho más estable que podía guiarse por las curvas más fácilmente que la 0-4-0 . [1] [2]
Este diseño resultó tan efectivo en los ferrocarriles estadounidenses que muchos de los primeros 0-4-0 fueron reconstruidos como 4-2-0 . El 4-2-0 destacaba por su capacidad de permanecer en la pista, especialmente aquellos con eje motriz único detrás del hogar, cuya principal virtud era la estabilidad. Sin embargo, con un solo eje motriz detrás del hogar, el peso de la locomotora se repartía entre una pequeña proporción de ruedas motrices, lo que reducía sustancialmente su peso adhesivo. En las locomotoras 4-2-0 , cuyo eje motriz estaba delante del hogar, se aumentó el peso del adhesivo. Si bien este plan colocó más peso de la locomotora en el eje motriz, redujo el peso en el camión líder, lo que lo hizo más propenso a descarrilar . [1] [2]
Una posible solución fue patentada en 1834 por EL Miller y utilizada ampliamente por Matthias W. Baldwin . Funcionó levantando un par de palancas para unir el bastidor del ténder a una extensión del bastidor del motor, lo que transfirió algo de peso del ténder al bastidor de la locomotora y aumentó el peso del adhesivo. George E. Sellers patentó una versión automática en 1835 y fue utilizada ampliamente por el constructor de locomotoras William Norris después de obtener los derechos sobre la misma. Este sistema utilizaba una viga cuyo punto de apoyo era el eje motriz. En superficies planas y niveladas, la viga se elevaría ligeramente, pero al arrancar o en pendientes, la resistencia hacía que la viga asumiera una posición horizontal lo que provocaba que la locomotora se inclinara hacia arriba. [1] [2]
Una solución más práctica, puesta en producción por primera vez por Norris, reubicó el eje motriz en una ubicación en el bastidor frente a la cámara de combustión de la locomotora. Esto se hizo porque Baldwin se negó a otorgarle derechos a Norris para usar su sistema patentado de "media manivela". El peso en voladizo de la cámara de combustión y la tripulación de la locomotora detrás del eje motriz colocaron más peso en el eje motriz sin reducir sustancialmente el peso en el camión líder. Sin embargo, el diseño de Norris condujo a una distancia entre ejes más corta, que tendía a compensar cualquier ganancia en la fuerza de tracción en el eje motriz al reducir la estabilidad general de la locomotora. Se importaron varias locomotoras Norris a Inglaterra para su uso en el ferrocarril de Birmingham y Bristol ya que, debido a los desafíos presentados por Lickey Incline , los fabricantes británicos declinaron suministrarlas. [1] [2]
Una vez que el acero estuvo disponible, se hicieron posibles mayores velocidades de rotación con múltiples ruedas acopladas más pequeñas. Cinco años después de que comenzara la construcción de una nueva locomotora con la 0-4-0 Best Friend of Charleston de 1831, en la fundición West Point de EE. UU. , la primera locomotora 4-4-0 fue diseñada por Henry R. Campbell , en ese momento el ingeniero jefe. para el ferrocarril Filadelfia, Germantown y Norristown. Campbell recibió una patente para el diseño en febrero de 1836 y pronto se puso a trabajar en la construcción del primer 4-4-0 . El 4-4-0 de Campbell era un gigante entre las locomotoras de la época. Sus cilindros tenían un diámetro de 14 pulgadas (356 milímetros) con una carrera de pistón de 16 pulgadas (406 milímetros), contaban con ruedas motrices de 54 pulgadas (1372 milímetros) de diámetro, podían mantener 90 libras por pulgada cuadrada (620 kilopascales) de presión de vapor y pesaban 12 toneladas cortas (10,9 toneladas). Se estimó que la locomotora de Campbell era capaz de tirar de un tren de 450 toneladas cortas (410 toneladas) a 15 millas por hora (24 kilómetros por hora) en vía nivelada, superando al más fuerte de los 4-2-0 de Baldwin en esfuerzo de tracción por aproximadamente 63 %. Sin embargo, el bastidor y el tren motriz de su locomotora resultaron ser demasiado rígidos para los ferrocarriles de la época, lo que provocó que el prototipo de Campbell fuera propenso a descarrilarse. [1] [2]
A medida que se acercaba la década de 1840 y más ferrocarriles estadounidenses comenzaron a experimentar con el nuevo tipo de locomotora 4-4-0 , la 4-2-0 cayó en desgracia porque no era tan capaz a la hora de tirar de una carga. Los 4-2-0 continuaron construyéndose hasta la década de 1850, pero su uso se limitó a trenes ligeros ya que, en ese momento, la mayoría de los ferrocarriles los habían considerado inadecuados para el trabajo regular. [1] [2]
En Inglaterra, los motores de cuatro y seis pares funcionaron bien en trabajos de carga. Sin embargo, el objetivo para el trabajo de pasajeros era una mayor velocidad. Debido a las frágiles bielas de hierro fundido , se siguieron utilizando "simples", con las ruedas motrices más grandes posibles.
Por razones poco claras, los fabricantes británicos no aceptaron la idea de montar las ruedas delanteras en un bogie durante algunos años. Posiblemente se temía por su estabilidad y con un bastidor largo y rígido se consiguió una mayor velocidad, aunque a costa de una marcha muy dura y daños en la pista. La culminación de este enfoque se vio en la locomotora Crampton donde, para que las ruedas motrices fueran lo más grandes posible, se montaron detrás de la cámara de combustión. [1] [2] [3]
En 1923, los Ferrocarriles de Sudáfrica llevaron a cabo pruebas con un prototipo de tractor ferroviario de gasolina y parafina y, en 1924, pusieron en servicio al menos dos tractores ferroviarios de vapor Dutton en la nueva línea de vía estrecha de 2 pies ( 610 mm ) entre Naboomspruit y Singlewood en Transvaal. El prototipo de gasolina y parafina y uno de estos últimos tenían una disposición de ruedas 4-2-0 . [4] [5]
El prototipo era un tractor Dennis modificado que estaba equipado con un bogie extraíble entre las ruedas delanteras para elevarlas lo suficientemente alto como para evitar el contacto con el suelo. Un pasador de bola en el bogie encajaba en un casquillo en el eje delantero, y el bogie se podía quitar o reemplazar fácilmente haciendo subir el tractor por un par de rampas, colocadas a ambos lados de la vía. [4] [6] [7] [8]
El modelo de producción era un tractor de vapor Yorkshire modificado, equipado con gatos en la parte delantera para permitir maniobrar un bogie separado hasta su posición debajo del eje delantero para guiarlo sobre los rieles. Sin el bogie, el vehículo aún podía circular por carreteras normales y tenía la ventaja de poder separarse y rodear el tren, sin necesidad de bucles especiales para ello. Para dar marcha atrás en la pista, como al realizar maniobras, las ruedas traseras se modificaron para que fueran direccionables. [5] [9]
La primera locomotora de ferrocarril que operó en Chicago, Illinois, fue una 4-2-0 , la Pioneer , que fue construida en 1837 por Baldwin Locomotive Works para Utica and Schenectady Railroad en Nueva York . Más tarde fue comprado y utilizado por William B. Ogden para Galena and Chicago Union Railroad , el predecesor más antiguo de Chicago and North Western Railway . La locomotora llegó a Chicago en goleta el 10 de octubre de 1848 y sacó de la ciudad el primer tren en dirección oeste quince días después, el 25 de octubre de 1848. [10]
