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Según la notación Whyte para la clasificación de locomotoras de vapor , 4-2-2 representa la disposición de las ruedas compuesta por cuatro ruedas delanteras sobre dos ejes, dos ruedas motrices sobre un eje y dos ruedas traseras sobre un eje.
Otras clasificaciones equivalentes son:
Al igual que otros tipos de locomotoras de vapor con un solo par de ruedas motrices, también se conocían como "simples" .
La configuración 4-2-2 ofrecía a los diseñadores ocho ruedas para distribuir el peso de una locomotora más grande, pero antes de que los bogies (inventados en la década de 1830) se volvieran populares, se creó una distancia entre ejes rígida y larga con una adherencia limitada . Como resultado, el tipo fue relativamente raro hasta la década de 1870. La primera locomotora de vapor fabricada por Borsig de Berlín en 1841, la Borsig No 1, era una 4-2-2, pero la empresa rápidamente volvió a la configuración 2-2-2 más común.
La línea 3020 Cornwall de la London and North Western Railway se construyó como 4-2-2 en Crewe Works en 1847, pero fue reconstruida en profundidad y convertida en 2-2-2 en 1858.
El único ámbito en el que este tipo resultó útil fue en locomotoras de vía ancha , donde las curvas cerradas eran un problema menor. Daniel Gooch construyó 29 ejemplares de su clase de locomotoras expresas Iron Duke para el Great Western Railway entre 1847 y 1855. [1] Tenían un tamaño de rueda motriz de 8 pies (2,4 m) de diámetro. Se construyeron veinte ejemplos de un diseño similar para el Bristol and Exeter Railway después de 1849, por Stothert & Slaughter en Bristol . [2] Debido a que ambos juegos de ruedas delanteras están montados de forma independiente en los bastidores en estas clases, a veces se las describe como (2-2)-2-2 en lugar de 4-2-2. [3]
El primer 4-2-2 en tener un bogie fue construido por Archibald Sturrock del Great Northern Railway (GNR) en 1853. Este tenía ruedas motrices sin bridas de 7 pies 0 pulgadas (2,134 m) , y solo tuvo un éxito moderado, teniendo una tendencia a descarrilar. [4] En la década de 1870, el diseño mejorado de los bogies que brindaba más flexibilidad permitió a los diseñadores crear locomotoras rápidas de pasajeros exprés de ancho estándar de este tipo. En el GNR, Patrick Stirling construyó 53 ejemplos con cilindros externos en Doncaster Works entre 1870 y 1895, para su uso en la East Coast Main Line entre London King's Cross y York . Corrieron a una velocidad promedio de más de 60 mph (97 km/h) durante la carrera hacia el norte , y fueron llamados de ocho pies debido a la rueda motriz , que tenía más de 8 pies (2,4 m) de diámetro. El sucesor de Stirling, Henry Ivatt, construyó otros doce aviones monomotores entre 1898 y 1901, antes de pasar a diseños 4-4-2 más grandes .
El atractivo de las locomotoras monocilíndricas (4-2-2 o de otro tipo) era que, gracias al efecto de "engranaje" de las grandes ruedas motrices monocilíndricas, una locomotora podía alcanzar altas velocidades mientras que la velocidad de funcionamiento de los pistones y el mecanismo de válvulas del motor se mantenía relativamente baja. Esto era importante debido a los sistemas de lubricación relativamente poco sofisticados disponibles en ese momento, ya que muchas de las partes del movimiento del motor requerían ser "engrasadas" con la locomotora parada antes y después de un recorrido, o en viajes más largos, por uno de los miembros de la tripulación subiéndose al estribo para engrasar las partes necesarias mientras estaba en movimiento. La baja velocidad del pistón también significaba que la demanda de vapor en la caldera sería relativamente baja, lo que permitía una caldera más pequeña y liviana.
Antes del desarrollo de los diseños de "calderas grandes" en la década de 1890, muchas calderas no podían sostener el suministro de vapor requerido por una locomotora de ruedas pequeñas que operaba a alta velocidad, por lo que requerían las grandes ruedas motrices de una locomotora monomotora. A 70 mph (110 km/h), las ruedas motrices de una locomotora monomotora de "ocho pies" girarían a 245 revoluciones por minuto, en oposición a las 327 revoluciones de las ruedas motrices de una locomotora de "seis pies". Una locomotora con ruedas acopladas también sufría una resistencia de rodadura adicional debido a la presencia de barras de acoplamiento entre las ruedas motrices, lo que generaba una resistencia leve pero medible que surgía de las pequeñas variaciones en el diámetro de las ruedas motrices que nominalmente eran del mismo tamaño. Esto significaba que sin las barras de acoplamiento, para una velocidad dada de la locomotora, las ruedas motrices girarían a una velocidad muy ligeramente diferente, pero las barras de acoplamiento y los ejes obligaban a las ruedas motrices a girar a la misma velocidad, con el trabajo adicional que se generaba como una fuerza de unión en los cojinetes de las barras de acoplamiento. Además de esta fuerza, los propios cojinetes de las bielas de acoplamiento eran una fuente de resistencia a la rodadura. Además, cada eje motriz de una locomotora tenía que apoyarse sobre cojinetes lisos de gran tamaño , con la consiguiente lubricación adicional, lo que introducía un punto potencial de fallo mecánico por sobrecalentamiento y una fuente considerable de fricción. Con un solo eje motriz, una locomotora "monoplaza" tenía mucha menos resistencia a la rodadura que una locomotora con cuatro ejes acoplados, requiriendo menos vapor para alcanzar una velocidad determinada y también siendo más ágil al descender por una pendiente.
La disposición de ruedas 4-2-2 tenía otras ventajas específicas: el bogie delantero soportaba el peso de grandes cilindros y una caldera larga que podía superar los límites de carga en un solo eje delantero, al tiempo que proporcionaba una estabilidad y un comportamiento en curvas superiores a altas velocidades. Sin la restricción de un eje motriz trasero y ruedas, se podía utilizar una caja de fuego ancha y profunda , soportada por el pequeño eje trasero único, que proporcionaba buenas propiedades de generación de vapor y un gran cenicero, lo que hacía que estas locomotoras fueran adecuadas para circular largas distancias a altas velocidades.
Las locomotoras Stirling de ocho pies tuvieron mucho éxito, pero eran más adecuadas para la línea principal GNR, predominantemente recta y plana, en Cambridgeshire y el valle de York . Otros ferrocarriles reemplazaron lentamente sus locomotoras simples originales con locomotoras 4-4-0 que ofrecían mejor tracción a costa de la velocidad máxima. Sin embargo, en 1886 Francis Holt, gerente de Derby Works del Midland Railway, inventó una forma práctica de engranaje de lijado a vapor que permitía a las tripulaciones de las locomotoras detener de manera rápida y efectiva el patinaje de las ruedas. Esto llevó a que Midland recuperara las locomotoras simples en forma de las distintivas "Spinners" de cilindro interior ; Samuel Waite Johnson construyó ochenta y cinco de ellas según cinco diseños entre 1887 y 1900. [5] Una clase 115 , la n.° 673, sobrevive en el Museo Nacional del Ferrocarril en York. Al mismo tiempo que Holt inventó la locomotora, se produjo la denominada Carrera hacia el Norte , en la que grupos de compañías ferroviarias de las rutas de la Costa Este y la Costa Oeste entre Londres y Edimburgo compitieron entre sí por los tiempos de viaje más rápidos. Para su parte de la ruta de la Costa Oeste, el Ferrocarril Caledoniano utilizó su singular locomotora 4-2-2, la n.º 123. Esta locomotora se había construido en 1885 como pieza de exhibición para la feria mundial de 1886 en Edimburgo en lugar de para satisfacer una necesidad de tráfico del ferrocarril, por lo que había utilizado el diseño 4-2-2 "Single", ahora pasado de moda. Pero cuando se puso en servicio durante la Carrera hacia el Norte, el rendimiento a alta velocidad y la fiabilidad de la n.º 123 hicieron que otros ingenieros de locomotoras reconsideraran las ventajas de la locomotora de un solo conductor, especialmente cuando se combinó con la nueva lijadora a vapor (la n.º 123 tenía un sistema de lijado similar que funcionaba con aire comprimido).
Estos factores llevaron a un resurgimiento del interés en el "single" para el trabajo expreso rápido de pasajeros en las décadas de 1880 y 1890. William Dean, del Great Western Railway, construyó cincuenta ejemplos de la clase Achilles 3031 de ancho estándar entre 1893 y 1899. [6] El No. 3065 Duke of Connaught contribuyó al récord de recorrido del tren expreso Ocean Mail de Plymouth a Paddington en 227 minutos el 9 de mayo de 1904, cuando reemplazó al tren en Bristol del No. 3440 City of Truro y completó el viaje a Paddington en 99 minutos y 46 segundos. En 1900, las cargas medias de los trenes habían superado incluso la capacidad de un "single" equipado con lijadora y se detuvo su desarrollo. En el GNR, las famosas locomotoras de ocho pies de Stirling requerían doble dirección con 4-4-0 antes de ser reemplazadas por las locomotoras 4-4-2 "Klondyke" diseñadas por Henry Ivatt , mientras que en el Midland Railway Samuel Johnson desarrolló un potente compuesto 4-4-0 para reemplazar sus "Spinners".
Otros ejemplos notables del Reino Unido del 4-2-2 incluyen la GER Clase P43 , que fue una de las primeras locomotoras que quemaban fueloil , desarrollada por el pionero de las calderas de fueloil , James Holden . La última "monomotora" británica que se diseñó fue la Clase 13 del Great Central Railway , diseñada por Harry Pollitt en 1900 para trabajar en la nueva línea principal de la compañía a Londres. Las locomotoras monomotoras Ivatt Clase A5 del GNR, diseñadas antes que las locomotoras Great Central, continuaron en servicio durante 1901, siendo las últimas de su tipo en utilizar los raíles en Gran Bretaña.
La locomotora TD Judah fue construida como 4-2-4 por Cooke Locomotive and Machine Works en 1863. Fue comprada para su uso en el ferrocarril Central Pacific y fue reconstruida como 4-2-2 en 1872.
En 1900, las cargas típicas de los trenes expresos habían superado las capacidades de las locomotoras 4-2-2 y la configuración fue reemplazada por la 4-4-2 .
En 1910, el fabricante de locomotoras británico Kerr, Stuart and Company produjo cuatro locomotoras 4-2-2, con un peso de 120 toneladas y ruedas motrices de 7 pies, para el ferrocarril Shanghái-Nanjing . [7] [8] Estas fueron las últimas "singles" construidas registradas y casi con certeza las más grandes.