Locomotora de vapor con transmisión por engranajes.
La Shay se encuentra entre las locomotoras de vapor con engranajes más populares.
Una locomotora de vapor con engranajes es un tipo de locomotora de vapor que utiliza engranajes, generalmente engranajes reductores , en el tren motriz , a diferencia del diseño común de transmisión directa.
Este engranaje es parte de la maquinaria dentro de la locomotora y no debe confundirse con el piñón que impulsa una locomotora de cremallera a lo largo de la cremallera entre los rieles. Las locomotoras de vapor de engranajes que se han construido han sido para vía convencional, apoyándose en la adherencia entre ruedas y carril.
A diferencia de las locomotoras de vapor convencionales, no se clasifican según la disposición de las ruedas. En cambio, se clasifican por su modelo y la cantidad de camiones que tienen.
Una rueda de una locomotora Shay. Un eje (visto hacia la derecha de la foto) transfirió potencia a un engranaje cónico (parcialmente visible debajo de una cubierta), que transfirió potencia a la rueda.
La velocidad de rotación máxima es bastante fija para una tecnología de motor determinada. Dada la falta de transmisión de relación variable entre el motor de pistón y las ruedas, el diseñador se ve obligado a llegar a un acuerdo entre el par deseado y la velocidad máxima deseada; el radio de las ruedas motrices determina esto. El radio de la manivela fijada a la rueda es, por supuesto, menor que éste; su radio determina la longitud de la carrera del pistón. Esto no puede ser demasiado grande, ya que la locomotora no podrá generar suficiente vapor para alimentar esos grandes cilindros a gran velocidad; no puede ser demasiado pequeño, o el par de arranque disponible y, por tanto, el esfuerzo de tracción serán demasiado pequeños y la locomotora no podrá arrancar el tren.
Muchas aplicaciones industriales requieren una locomotora de baja velocidad con un amplio esfuerzo de tracción inicial. Estas industrias van desde operaciones de minería y canteras hasta operaciones forestales y madereras . Las líneas con pendientes pronunciadas, especialmente cuando la vía es de construcción barata y no adecuada para altas velocidades, también favorecerán el uso de una locomotora con un alto esfuerzo de tracción. Aunque el equilibrio entre velocidad y par se puede ajustar a favor del par y el esfuerzo de tracción reduciendo el tamaño de las ruedas motrices, existe un límite práctico por debajo del cual esto no se puede hacer sin acortar demasiado la carrera del pistón en una carrera directa. locomotora impulsada.
La solución es separar la manivela de las ruedas, en primer lugar, permitiendo una carrera del pistón y un radio de manivela razonables sin requerir ruedas motrices más grandes de lo deseado y, en segundo lugar, permitiendo la reducción de la velocidad de rotación mediante engranajes. Una locomotora de este tipo es una locomotora de engranajes . La mayoría eran y siguen siendo de una sola velocidad, pero algunos empleaban una caja de cambios de relación variable y relaciones múltiples.
Tipos de locomotora con engranajes
La gran mayoría de las locomotoras con engranajes del mundo se construyeron con uno de tres diseños distintos, ya sean oficiales y con licencia, o clones construidos después de la expiración de patentes clave. De los tipos, la locomotora Shay fue la más numerosa y conocida. La abrumadora mayoría operaba en la región de América del Norte , pero había algunos en uso en varias partes de América del Sur y un buen número en Australia y Nueva Zelanda , incluidos los tipos desarrollados en el país.
Estas no fueron las primeras locomotoras que utilizaron transmisión por engranajes. La locomotora Coalbrookdale de Richard Trevithick utilizó un engranaje grande en lugar de varillas laterales para unir el cigüeñal a los ejes motrices , con una relación de transmisión neta de 1:1 . Las primeras locomotoras Grasshopper (1832), Crab (1837) y Mud Digger (1842) construidas para el ferrocarril de Baltimore y Ohio utilizaban relaciones de transmisión del orden de 2:1, de modo que cada vuelta del cigüeñal provocaba aproximadamente dos vueltas de los ejes motrices. . Esto permitió el uso de ruedas motrices relativamente pequeñas sin sacrificar la velocidad. [1]
La locomotora Shay
Clase C Shay (tres camiones conducidos)
La locomotora Shay presenta una caldera desplazada con un motor de varios cilindros colocado en el lado opuesto, que acciona un eje longitudinal acoplado a los ejes mediante engranajes cónicos (ver también Ephraim Shay , inventor).
La locomotora Climax
Locomotora Climax clase C
Las locomotoras Climax de clases B y C tienen dos cilindros inclinados que accionan un cigüeñal transversal, engranado a un eje de transmisión longitudinal colocado centralmente en la locomotora y que acciona los vagones propulsores mediante engranajes internos.
También hubo un Climax Clase A anterior con una máquina de vapor de tipo marino montada verticalmente, que funcionaba a través de una línea motriz similar, a través de una caja de cambios de dos velocidades.
La locomotora Heisler
Una locomotora Heisler: observe la ubicación del cilindro
La locomotora Heisler tiene una máquina de vapor estilo ' V-twin ', un cilindro a cada lado de la caldera, fijada a un eje de transmisión longitudinal ubicado centralmente, nuevamente engranado a las ruedas.
Otros tipos
Además de los tres diseños principales mencionados, hubo otros diseños y clones:
Sentinel Waggon Works construyó numerosas locomotoras de maniobras con engranajes para varios diseños, principalmente con calderas acuotubulares verticales y motores de válvula de asiento cerrados de alta velocidad. Estas combinaban calderas de alta presión con engranajes de alta reducción para proporcionar un par elevado a bajas velocidades. [2]
La locomotora Willamette era un clon mejorado de la locomotora Shay producida en cantidades limitadas por Willamette Iron & Steel (más conocida por sus motores de burro de vapor ) después de que expiraran las patentes clave. Los clientes madereros de la costa oeste clamaban por mejoras en el diseño detallado y la aplicación de tecnología locomotora más moderna a la locomotora de engranajes; Lima (fabricantes del Shay) estaban dando largas. El Willamette fue la respuesta a eso.
Davenport Locomotive Works poseía una serie de patentes para cajas de cambios diseñadas para circular entre los bastidores de las locomotoras de varilla lateral, la primera concedida en 1913 tenía engranajes abiertos. [3] [4] Las mejoras posteriores tenían engranajes completamente cerrados. [5] [6] [7] Esto se ofreció como transmisión de una y dos velocidades, y se usó en locomotoras de varilla lateral de cuatro y seis acoplamientos, con la entrada del cigüeñal a la caja de cambios justo detrás. el conductor trasero . [8] Se construyeron locomotoras articuladas más grandes con 2 bogies de 4 engranajes acoplados, con los cilindros en los extremos interiores y las cajas de cambios en el exterior. [9] Davenport anunció estas locomotoras para uso industrial, de canteras y de explotación maderera. [10]
Bell Locomotive Works vendió una línea de pequeñas locomotoras industriales basadas en "motores de vapor" modulares de dos cilindros completamente cerrados y engranados a los ejes motrices. [11] [12] [13] [14]
A & G Price Ltd de Thames, Nueva Zelanda, construyó varias locomotoras con engranajes, a menudo variantes locales de los tipos Climax A, Climax B o Heisler. Sin embargo, produjeron un tipo conocido como "vehículo de 16 ruedas" (0-4-4-4-4-0) que también fue producido por otro fabricante de Nueva Zelanda, Johnson Brothers de Invercargill. La última máquina de vapor de Price fue una locomotora Heisler , construida 3 años después de que se construyera la última Heisler estadounidense.
La Avonside Engine Company produjo una pequeña cantidad de locomotoras de vapor de vía estrecha para las plantaciones de caña de azúcar en Natal . Estos eran similares en diseño a los Heisler.
La locomotora Kitson-Still utilizaba diferentes extremos de los mismos cilindros para propulsión a vapor o diésel. La manivela estaba encima del bastidor y un tren de engranajes de reducción fija la unía al eje central.
En 1899, la Wiener Lokomotivfabrik de Floridsdorf, Austria, fabricó las locomotoras dentadas de vapor de vía estrecha que circulaban en el ferrocarril Achensee .
Las locomotoras verticales con caldera de café a menudo estaban equipadas con engranajes, aunque las fabricadas por De Winton no.
Hoy
Con la disminución del uso comercial de la tracción a vapor, el uso comercial de locomotoras con engranajes se ha reducido de manera similar.
Algunas locomotoras de vapor con engranajes todavía funcionan en las plantaciones de azúcar de Indonesia , y sin duda también en otros lugares [ cita requerida ] , pero en la mayoría de los países ahora solo se pueden ver en líneas turísticas, sitios de preservación y museos. La ventaja particular en las operaciones de caña de azúcar es la capacidad de utilizar el residuo sólido seco del prensado de la caña (ver bagazo ) como combustible de costo trivial, siempre que se disponga de mano de obra técnica de bajo costo para mantener las locomotoras.
Clase B Climax 1694. Comprado por la Comisión de Bosques de Victoria en 1928 para transportar troncos en el tranvía de madera de Tyers Valley que se bifurcaba del ferrocarril Moe-Walhalla al este de Melbourne. Después de desmantelar la locomotora a principios de la década de 1950, se almacenó (abandonó) en el sitio del aserradero estatal en Erica hasta que fue transferida al museo de Puffing Billy para su exhibición estática en 1965. Restaurada a vapor por el ferrocarril Puffing Billy en la década de 1980. Se completó una revisión importante y volvió a estar en servicio el domingo 8 de septiembre de 2013. [15]
Locomotora Shay construida en Lima del ferrocarril Ali-shan en Taiwán , aunque aún no ha sido restaurada.
Canadá
El Museo de Ciencia y Tecnología de Canadá en Ottawa, Ontario, tiene una locomotora Shay clase B operativa de 50 toneladas cortas (45 toneladas largas; 45 t), que está en funcionamiento los domingos y miércoles de julio y agosto.
Amplia variedad de tipos todavía en uso en los ingenios azucareros. La mayoría son locomotoras 0-10-0 de batalla larga que utilizan una técnica de articulación que incorpora una transmisión por engranajes en los ejes más externos, siendo el par interno de transmisión directa.
El Ferrocarril Central de White Mountain en Clark's Trading Post en Lincoln, New Hampshire , opera Climax #6, construido en 1920 (número de constructor 1603), en su línea turística. Clark's también tiene al último Shay que queda en Nueva Inglaterra. El Shay no está operativo pero está almacenado. Clark's también tiene una locomotora Heisler de 32 toneladas que está a la espera de ser reemplazada.
Una locomotora Lima de 1922 de 65 toneladas con diseño Shay de tres bogies se exhibe estáticamente en el museo al aire libre Travel Town en Los Ángeles .
El Museo del Ferrocarril del Sureste en Duluth, Georgia , tiene un Heisler de dos camiones (n.º 9) cuidadosamente restaurado en exhibición estática dentro de la sala de exposiciones principal. El Heisler está pintado para Campbell Limestone Co y está en excelentes condiciones.
En el ferrocarril panorámico Mount Rainier en el estado de Washington , un West Fork Logging Heisler #91 de 99 toneladas está operativo, un Hillcrest Lumber Climax #10 de 70 toneladas está operativo, un Pickering Lumber Shay #11 de 95 toneladas está esperando trabajos en la caldera y un Rayonier Company Willamette #2 de 75 toneladas está operativo y es el único Willamette en funcionamiento.
El ferrocarril Silver Creek y Stephenson en Freeport, Illinois . Tienda Heisler número 1260 en funcionamiento.
El ferrocarril Foster Brook & State Line en Bradford, Pensilvania . Vía estrecha de 2 pies ( 610 mm ) [18] Shay (taller Lima Locomotive Works #3118) operativo. No disponible para el público.
El Hesston Steam Museum en Hesston, Indiana, tiene una locomotora Shay operativa que fue restaurada por primera vez en 1975. Sufrió graves daños en el incendio de 1985, pero se restauró nuevamente entre 2000 y 2006 a tiempo para el 50 aniversario de la fundación. Desde entonces, la restauración ha continuado y "The Big Shay" comenzará a ofrecer paseos a los clientes del museo el fin de semana del 5 de agosto de 2023.
Taiwán
El Alishan Forest Railway en Taiwán operó 22 locomotoras Shay en el pasado, la más antigua data de 1910 Archivado el 17 de abril de 2016 en Wayback Machine . Se han conservado dieciséis de los 22 originales, 3 en condiciones operativas y 1 conservado en el ferrocarril Puffing Billy .
^ J. Snowden Bell, La fuerza motriz temprana del ferrocarril de Baltimore y Ohio; véanse los capítulos I y IV.
^ "Artículo de la Enciclopedia LNER sobre Sentinel clase Y10".
^ Lorin W. Barger, motor articulado, patente estadounidense 1.060.883 , concedida el 6 de mayo de 1913.
^ Elmer F. Backer, Camión para locomotora articulada con engranajes, patente estadounidense 1.242.308 , concedida el 9 de octubre de 1917.
^ Elmer F. Backer, Geared Locomotive, patente estadounidense 1.360.709 , concedida el 30 de noviembre de 1920.
^ Elmer F. Backer, Geared Locomotive, patente estadounidense 1.369.212 , concedida el 22 de febrero de 1921.
^ Elmer F. Backer, Geared Locomotive, patente estadounidense 1.397.716 , concedida el 22 de noviembre de 1921.
^ Davenport Locomotive Works, Locomotoras de varilla y engranajes, The Mining Catalog (Metal and Quarry Edition), segundo número, Keystone Consolidated Publishing Co., Pittsburgh, 1922; página 347.
^ Lorin W. Barger, Steam Pipe System, patente estadounidense 1.292.990 , concedida el 4 de febrero de 1919.
^ Davenport Locomotive Works, publicidad, The Timberman, vol. XXV, núm. 7 (mayo de 1924); página 189. El mismo anuncio aparece en la página 189 de los números de julio, agosto, septiembre y octubre.
^ Locomotora ligera de petróleo para contratistas, Revista Municipal, vol. XXXIV, núm. 1 (2 de enero de 1913); página 40.
^ Harvey W. Bell, Locomotora, patente estadounidense 1.084.388 , expedida el 13 de enero de 1914.
^ Nueva locomotora Bell, The Contractor, 15 de febrero de 1916; página 46.
^ La locomotora industrial Bell con caldera de petróleo, The Locomotive Magazine y Railway and Carriage Review, Vol XXVIII, No. 358 (15 de junio de 1922); página 162.
^ "Climax 1694 vuelve a funcionar". Sociedad de Preservación de Puffing Billy . Archivado desde el original el 24 de junio de 2014 . Consultado el 24 de junio de 2014 .
^ "9 State Hwy 7, Arnold Valley". Mapas de Google . Consultado el 15 de septiembre de 2022 .
^ "El superviviente de Davidson". www.trainweb.org . Consultado el 15 de septiembre de 2022 .
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