En una locomotora de vapor, la marcha atrás se utiliza para controlar la dirección de marcha de la locomotora. También ajusta el corte de la locomotora de vapor.
Esta es la forma más común de inversor. También se la conoce como barra Johnson en los Estados Unidos. Consiste en una palanca larga montada paralela al sentido de la marcha, en el lado del conductor de la cabina. Tiene un mango y un gatillo con resorte en la parte superior y gira en la parte inferior para pasar entre dos placas sectoriales con muescas. La varilla de inversión , que se conecta al engranaje de la válvula , está unida a esta palanca , ya sea por encima o por debajo del pivote, en una posición que proporcione un buen apalancamiento. Un pasador cuadrado está dispuesto para engancharse con las muescas de las placas y mantener la palanca en la posición deseada cuando se suelta el gatillo.
Las ventajas de este diseño son que el cambio entre marcha adelante y marcha atrás se puede realizar muy rápidamente (como es necesario, por ejemplo, en un motor de maniobras).
La palanca de inversión tiene un mecanismo de retención que se acopla con una serie de muescas para mantener la palanca en la posición de corte deseada. Esto significa que el operador no puede elegir entre las posiciones de corte entre marcha máxima y media, sino sólo aquellas que se corresponden con las muescas. La posición de las muescas la elige el diseñador o constructor de la locomotora teniendo en cuenta el uso previsto de la locomotora. En general, los motores diseñados para mercancías tendrán menos muescas con un corte mínimo "más largo" (lo que proporciona un gran esfuerzo de tracción a bajas velocidades pero poca eficiencia a altas velocidades), mientras que una locomotora de pasajeros tendrá más muescas y un corte mínimo más corto ( permitiendo eficiencia a altas velocidades a expensas del esfuerzo de tracción). Si el corte mínimo previsto por las muescas fuera demasiado alto, no sería posible hacer funcionar la locomotora de la manera eficiente descrita anteriormente (con un regulador completamente abierto) sin provocar un desperdicio de vapor o una "estrangulación" de los conductos de vapor. , por lo que habría que cerrar el regulador. Eso limita la eficiencia.
La barra Johnson es efectivamente parte de todo el engranaje de válvulas y está conectada a los distintos enlaces y brazos para cumplir su función de ajustarlos. Esto significa que las fuerzas en el engranaje de válvulas se pueden transmitir a la palanca. Este es especialmente el caso si el motor tiene válvulas de corredera desequilibradas , que tienen una alta fricción operativa y están sujetas a las fuerzas del vapor en ambos lados de la válvula. Esta fricción significaba que si se desbloquea la barra Johnson mientras el motor está funcionando bajo alta presión de vapor (aberturas amplias del regulador y alto corte) o a altas velocidades, las fuerzas que se supone que actúan sobre las válvulas deslizantes pueden transmitirse de regreso. a través del varillaje hasta la palanca de inversión ahora libre. Esto arrojará repentina y violentamente la palanca a la posición de desconexión total, lo que conllevará un peligro real de lesiones al conductor, daños al engranaje de válvulas y provocar que las ruedas de la locomotora patinen. La única forma de evitar esto es cerrar el regulador y permitir que baje la presión del vapor en el cuerpo de la válvula. A continuación se puede desbloquear la palanca de inversión y colocarla en una nueva posición de desconexión y luego se puede abrir de nuevo el regulador. Durante este proceso la locomotora no está bajo tensión. En pendientes ascendentes, era cuestión de gran habilidad reducir la apertura del regulador lo suficiente como para desbloquear con seguridad la barra Johnson mientras se mantenía suficiente presión de vapor en los cilindros. Cada vez que se volvía a abrir el regulador había una oportunidad de encontrar deslizamiento de las ruedas y, en los trenes con acoplamiento flojo, cada cierre y apertura del regulador generaba fuerzas dinámicas a lo largo del tren que corrían el riesgo de romper los acoplamientos. El inversor de tornillo superó todos estos problemas.
Los peligros del tradicional Johnson Bar (que creció a medida que aumentaron la potencia de las locomotoras, el peso y las presiones de vapor operativas durante la primera mitad del siglo XX) llevaron a que la Comisión de Comercio Interestatal lo prohibiera en los EE. UU . A partir de 1939, todas las locomotoras de vapor de nueva construcción tuvieron que estar equipadas con inversores de potencia y, a partir de 1942, los motores equipados con Johnson Bar que se sometían a una importante revisión o reconstrucción tuvieron que equiparse con inversores de potencia. Existían excepciones para locomotoras y conmutadores ligeros y de baja potencia . Para el cambio, que requería cambios frecuentes de dirección de marcha adelante a marcha atrás, se prefirió la barra Johnson porque el cambio se podía realizar rápidamente con un solo movimiento en lugar de los múltiples giros de la manija de un inversor de tornillo de marcha baja. .
En el mecanismo de inversión de tornillo (a veces llamado rebanador de tocino en el Reino Unido), la varilla de inversión está controlada por un tornillo y una tuerca, accionados por una rueda en la cabina. La tuerca actúa sobre la varilla de inversión directamente o mediante una palanca, como se indica arriba. El tornillo y la tuerca se pueden cortar con una rosca doble (también conocida como 2 entradas) y un paso grueso para mover el mecanismo lo más rápido posible. La rueda está equipada con una palanca de bloqueo para evitar el deslizamiento y hay un indicador que muestra el porcentaje de corte en uso. Este método de alterar el límite ofrece un control más preciso que la palanca sectorial, pero tiene la desventaja de un funcionamiento lento. Es más adecuado para motores de pasajeros de larga distancia donde no se requieren cambios frecuentes de corte y donde los ajustes finos ofrecen el mayor beneficio. En las locomotoras equipadas con equipo de frenos de aire Westinghouse y engranaje de válvula Stephenson , era común utilizar la carcasa del tornillo como cilindro de aire, con la tuerca extendida para formar un pistón. Se aplicó aire comprimido de los depósitos de freno a un lado del pistón para reducir el esfuerzo requerido para levantar el pesado enlace de expansión, con la ayuda de la gravedad en la dirección opuesta. [1]
Con motores más grandes, los enlaces involucrados en el control del corte y la dirección se volvieron progresivamente más pesados y hubo necesidad de asistencia eléctrica para ajustarlos. Los engranajes de inversión accionados por vapor (más tarde, aire comprimido) se desarrollaron a finales del siglo XIX y principios del XX. Por lo general, el operador accionaba una válvula que admitía vapor a un lado u otro de un cilindro conectado al mecanismo de inversión hasta que el indicador mostraba la posición deseada. Se requería un segundo mecanismo, generalmente un pistón en un cilindro lleno de aceite que se mantenía en posición cerrando una llave de control, para mantener los enlaces en su lugar.
El primer maquinista de locomotoras que instaló un dispositivo de este tipo fue James Stirling de Glasgow and South Western Railway en 1873. [2] Varios ingenieros los probaron, entre ellos William Dean de GWR y Vincent Raven de North Eastern Railway , pero los encontraron. poco de su agrado, principalmente debido a dificultades de mantenimiento: cualquier fuga de aceite del cilindro de bloqueo, ya sea a través del casquillo del pistón o del grifo, permitía que el mecanismo se deslizara, o peor aún, "cayera en picada", a la velocidad máxima mientras estaba en marcha. Stirling se mudó al South Eastern Railway y Harry Smith Wainwright , su sucesor en esa empresa, los incorporó a la mayoría de sus diseños, que estaban en producción unos treinta años después de la innovación de Stirling. Más tarde, el ingeniero de Ferrocarriles del Sur, Oliver Bulleid, las instaló en sus famosas locomotoras de la Marina Mercante , pero en su mayoría fueron retiradas durante la reconstrucción.
Patentado en 1882, el engranaje de marcha atrás de Henszey ilustra una solución temprana típica. [3] El dispositivo de Henszey consta de dos pistones montados en un único vástago. Ambos pistones tienen dos extremos. Uno es un pistón de vapor para mover la varilla según sea necesario. El otro, que contiene aceite, mantiene la varilla en una posición fija cuando se corta el vapor. El control se realiza mediante una pequeña válvula de vapor de tres vías (“adelante”, “parada”, “atrás”) y un indicador separado que muestra la posición de la varilla y, por lo tanto, el porcentaje de corte en uso. Cuando la válvula de vapor está en “parada”, también se cierra un grifo de aceite que conecta los dos extremos del pistón de bloqueo, manteniendo así el mecanismo en su posición. El vástago del pistón se conecta mediante palancas al engranaje inversor, que funciona de la forma habitual, según el tipo de engranaje de válvula utilizado.
El inversor de potencia Ragonnet, patentado en 1909, era un verdadero servomecanismo controlado por retroalimentación . La potencia inversa amplificó los pequeños movimientos de la palanca de inversión realizados en la cabina de la locomotora con una fuerza modesta en movimientos mucho más grandes y contundentes de la varilla de alcance que controlaba el apagado y la dirección del motor. [4] Por lo general, funcionaba con aire, pero también podía funcionar con vapor. [5] El término servomotor fue utilizado explícitamente por los desarrolladores de algunos mecanismos posteriores de inversión de potencia. [6] El uso del control de retroalimentación en estos mecanismos de inversión de potencia posteriores eliminó la necesidad de un segundo cilindro para un mecanismo de bloqueo hidráulico y restauró la simplicidad de una única palanca operativa que controlaba el varillaje de inversión e indicaba su posición.
El desarrollo de locomotoras articuladas fue un gran impulso para el desarrollo de sistemas de marcha atrás, porque normalmente tenían dos o incluso tres juegos de marcha atrás, en lugar de solo uno en una locomotora simple. [7] [8] Baldwin Locomotive Works utilizó el engranaje de marcha atrás Ragonnet y otros constructores estadounidenses generalmente abandonaron las funciones de bloqueo positivo más temprano que tarde. Muchas locomotoras estadounidenses fueron construidas o adaptadas con inversores de potencia, incluidas las PRR K4 , PRR N1 , PRR B6 y PRR L1 , pero en Gran Bretaña los cilindros de bloqueo siguieron utilizándose. El engranaje de marcha atrás Hadfield, patentado en 1950, era en su mayoría un engranaje de marcha atrás Ragonnet con un cilindro de bloqueo adicional. [9] La mayoría de las locomotoras Beyer Garratt utilizaron el sistema Hadfield. [10]