El engranaje de válvulas conjugado Gresley es un engranaje de válvulas para locomotoras de vapor diseñado por Sir Nigel Gresley , ingeniero mecánico jefe del LNER , asistido por Harold Holcroft . Permite que una locomotora de tres cilindros funcione sólo con los dos juegos de engranajes de válvulas para los cilindros exteriores, y deriva de ellos el movimiento de las válvulas para el cilindro interior por medio de palancas (la "palanca 2 a 1" y la "palanca igual"). ). [1] El equipo a veces se conoce como equipo Gresley-Holcroft , reconociendo las principales contribuciones de Holcroft a su desarrollo.
El engranaje conjugado de Gresley es efectivamente una máquina sumadora, donde la posición de la válvula del cilindro interior es la suma de las posiciones de los dos cilindros exteriores, pero en dirección invertida. También se puede considerar como una palanca oscilante entre un cilindro exterior y el cilindro interior, como es común en las locomotoras de vapor de 4 cilindros, pero con el punto de pivote movido hacia adelante y hacia atrás mediante una palanca del otro cilindro exterior.
Si aproximamos el movimiento de cada válvula mediante una onda sinusoidal, si decimos que la posición de una válvula en su recorrido de ida y vuelta es exactamente proporcional al seno del "ángulo del impulsor", una vez que hayamos establecido el punto cero de ángulo del impulsor en la posición que debe estar para esa válvula, entonces las matemáticas son simples. La posición de la válvula que está fijada al extremo largo de la palanca 2 a 1 es , mientras que se supone que las posiciones de las otras dos válvulas son y . La posición del extremo corto de la palanca 2 a 1 es —que resulta que está a medio camino entre y para cualquier valor de . Por lo tanto, una palanca 1 a 1 pivotada sobre el brazo corto de la palanca 2 a 1 será suficiente. [ cita necesaria ]
Las locomotoras con engranaje de válvulas Gresley deben tener los tres pistones funcionando exactamente a intervalos de 120 grados. (Se podrían acomodar diferentes espaciamientos mediante diferentes proporciones de palanca, si hubiera alguna ventaja en un espaciamiento distinto de 120-120-120). Para que la biela interior despeje el eje acoplado delantero, el cilindro interior de una locomotora con Gresley El engranaje de válvulas generalmente se coloca más alto que los cilindros exteriores y en ángulo hacia abajo. [2] Para mantener un flujo suave de torsión, los ángulos del cigüeñal están desplazados con una separación igual de 120 grados para compensar el ángulo del cilindro interior (por ejemplo, 120/113/127 grados). La sincronización resultante del chorro de vapor que sale de los cilindros proporciona a estas locomotoras de tres cilindros un sonido de escape regular.
Hubo varios problemas con el equipo Gresley. Debido a que el aparato de conjugación estaba montado en el extremo opuesto de los ejes de las válvulas desde el engranaje de las válvulas, a medida que los ejes de las válvulas se alargaban con el calor del vapor en los cilindros, la sincronización de las válvulas se vería afectada y sería necesario retirar el engranaje antes de poder utilizarlo. Es posible retirar las válvulas para su mantenimiento. [3] Sin embargo, los 4-6-0 Clase B17 "Footballer"/"Sandringham" evitaron este problema particular al ser diseñados con el engranaje conjugado detrás, en lugar de delante, de los cilindros. [4] La principal dificultad con este engranaje de válvulas era que a altas velocidades, las fuerzas de inercia hacían que la larga palanca conjugadora se doblara o "latiera". [5] Esto tuvo el efecto de hacer que el cilindro central funcionara con un corte más largo que los cilindros exteriores, produciendo por lo tanto una parte desproporcionada de la potencia total de salida, lo que provocó un mayor desgaste de la cabeza de biela intermedia. El funcionamiento sostenido a alta velocidad a veces podía causar que la cabeza de biela se desgastara lo suficientemente rápido como para que el mayor recorrido otorgado al pistón central por el mayor juego en el cojinete fuera suficiente para sacar los extremos del cilindro central. Esto sucedió durante la carrera de "Silver Fox" a 113 millas por hora (200 km/h). [6] Aunque el problema podría contenerse en un entorno de tiempos de paz con mantenimiento e inspecciones regulares, demostró no ser adecuado para los rigores del funcionamiento pesado y los bajos niveles de mantenimiento de la Segunda Guerra Mundial . Esto dio lugar a problemas en la biela del cilindro central de la famosa clase A4 de Pacifics aerodinámicas y muchas de estas locomotoras estaban equipadas con un pistón de diámetro reducido y tenían el cilindro interior enfundado como medida temporal. LNER Clase A4 4468 Mallard sufrió daños en la biela del cilindro central (indicado al conductor por la fractura de una "bomba fétida" adherida al cojinete, que se fractura durante el sobrecalentamiento del metal blanco) durante su carrera récord mundial y se vio obligado a cojear a su depósito para su posterior reparación. El sucesor de Gresley en LNER, Edward Thompson , criticó este engranaje de válvulas en particular . [7] Además de introducir nuevos diseños de dos cilindros, se dedicó a reconstruir las locomotoras Gresley con juegos separados de engranajes de válvulas Walschaerts para cada cilindro. [8] Bajo propiedad posterior de British Railways, la aplicación de las prácticas del antiguo taller de Great Western Railway para la alineación precisa del engranaje de válvulas y en la fabricación y lubricación del cojinete interior de la cabeza de biela resolvió eficazmente los problemas.
El engranaje de válvulas conjugado Gresley fue utilizado por la American Locomotive Company bajo licencia para las locomotoras 4-12-2, la clase Union Pacific 9000 , construidas para Union Pacific Railroad entre 1926 y 1930. Estas fueron las locomotoras más grandes que utilizaron este engranaje de válvulas. También se utilizó en Australia para los Ferrocarriles Victorianos S clase 4-6-2 de 1928 [9] y los Ferrocarriles del Gobierno de Nueva Gales del Sur D57 clase 4-8-2 de 1929. [10]
Como en el Reino Unido, el mecanismo no estuvo exento de problemas. Algunas de las locomotoras Union Pacific clase 9000 se convirtieron en un engranaje de válvulas "doble Walschaerts", mientras que ejemplos posteriores se construyeron con rodamientos de rodillos para las partes móviles del mecanismo Gresley. En Australia, las Pacific VR clase S evitaron muchos de los problemas del cilindro medio que acosaban a Gresley al colocar un "juego" en el eje de las ruedas motrices principales, permitiendo así que los tres cilindros estuvieran en el mismo plano horizontal. Los diseños posteriores de locomotoras de tres cilindros VR y NSWGR utilizaron mecanismos alternativos al sistema Gresley en un esfuerzo por superar sus altos gastos de mantenimiento. [11] [12] La clase H de Victorian Railways de 1941 estaba equipada con un mecanismo de engranajes de válvulas conjugadas de Henschel und Sohn alemán que se consideró superior al sistema Gresley, [13] mientras que en Nueva Gales del Sur se utilizó la clase D58 de 1950. un sistema de piñón y cremallera que, si bien en teoría era una mejora con respecto al sistema Gresley, en la práctica resultó ser aún más problemático. [11]
El engranaje de válvulas Gresley se utilizó en las locomotoras de seis cilindros Beyer-Garrett clase NZR G suministradas a los ferrocarriles de Nueva Zelanda en 1928. El fabricante Beyer Peacock desaconsejó la opción de tres/seis cilindros con engranaje Gresley, pero GS Lynde la requirió. Nueva Zelanda CME. Estas tres locomotoras articuladas no tuvieron éxito y fueron reconstruidas en seis locomotoras "Pacific".
