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 motrices en un eje y ninguna rueda trasera . Este tipo de locomotora se suele denominar 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. La primera 4-2-0 que se construyó fue la Experiment , más tarde llamada Brother Jonathan , para el ferrocarril Mohawk and Hudson en 1832. Fue construida por West Point Foundry basándose en un diseño de John B. Jervis . Al no tener mucho más a lo que hacer referencia, los fabricantes diseñaron la caldera y el mecanismo de válvulas a partir de 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 lejos para obtener sus ideas iniciales.
En Inglaterra, el 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 alterado para colocar dos pares de ruedas en la parte delantera para mejorar la estabilidad, con los cilindros exteriores entre ellos.
En los Estados Unidos, el diseño era una modificación del diseño 0-4-0 , de uso común en ese entonces. El 0-4-0 resultó ser demasiado rígido para los ferrocarriles de la época, y a menudo descarrilaba en las curvas cerradas y los cambios rápidos de elevación de los primeros ferrocarriles estadounidenses. Para el 4-2-0 , Jervis introdujo un bogie principal de cuatro ruedas debajo de la caja de humos de la locomotora . Giraba independientemente del bastidor principal de la locomotora, en contraste con las locomotoras 4-2-0 inglesas que tenían bastidores rígidos. Los pistones impulsaban un solo eje motriz en la parte trasera de la locomotora, justo detrás de la caja de fuego . Este diseño dio como resultado una locomotora mucho más estable que podía guiarse por las curvas con mayor facilidad que la 0-4-0 . [1] [2]
Este diseño resultó tan eficaz en los ferrocarriles estadounidenses que muchas de las primeras locomotoras 0-4-0 se reconstruyeron como 4-2-0 . La 4-2-0 se destacó por su capacidad de permanecer en la vía, especialmente aquellas con un solo eje motriz detrás de la caja de fuego, cuya principal virtud era la estabilidad. Sin embargo, con un solo eje motriz detrás de la caja de fuego, el peso de la locomotora se distribuyó en una pequeña proporción de ruedas motrices, lo que redujo sustancialmente su peso adhesivo. En las locomotoras 4-2-0 que tenían el eje motriz delante de la caja de fuego, se aumentó el peso adhesivo. Si bien este plan colocó más peso de la locomotora en el eje motriz, redujo el peso en el bogie delantero, lo que la hizo más propensa a descarrilarse . [1] [2]
Una posible solución fue patentada en 1834 por EL Miller y utilizada ampliamente por Matthias W. Baldwin . Funcionaba elevando un par de palancas para unir el bastidor del ténder a una extensión del bastidor del motor, lo que transfería algo de peso del ténder al bastidor de la locomotora y aumentaba el peso adhesivo. Una versión automática fue patentada en 1835 por George E. Sellers y fue utilizada ampliamente por el constructor de locomotoras William Norris después de obtener los derechos sobre ella. Este sistema utilizaba una viga cuyo punto de apoyo era el eje motriz. En superficies planas y niveladas, la viga se elevaba ligeramente, pero al arrancar o en pendientes, la resistencia hacía que la viga asumiera una posición horizontal que hacía 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 caja de fuego de la locomotora. Esto se hizo porque Baldwin se negó a concederle derechos a Norris para utilizar su sistema patentado de "media manivela". Al colocar en voladizo el peso de la caja de fuego y la tripulación de la locomotora detrás del eje motriz, se colocó más peso en el eje motriz sin reducir sustancialmente el peso en el bogie delantero. Sin embargo, el diseño de Norris condujo a una distancia entre ejes más corta, que tendía a compensar cualquier ganancia en 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 la pendiente Lickey , los fabricantes británicos se negaron a 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 nuevas locomotoras con la 0-4-0 Best Friend of Charleston de 1831, en la fundición estadounidense West Point Foundry , la primera locomotora 4-4-0 fue diseñada por Henry R. Campbell , en ese momento ingeniero jefe del ferrocarril de Filadelfia, Germantown y Norristown. Campbell recibió una patente para el diseño en febrero de 1836 y pronto se puso a trabajar en la construcción de la primera 4-4-0 . La 4-4-0 de Campbell era un gigante entre las locomotoras de la época. Sus cilindros medían 14 pulgadas × 16 pulgadas (356 mm × 406 mm), tenía ruedas motrices de 54 pulgadas (1372 mm) de diámetro, una caldera de 90 psi (620 kPa) y pesaba 12 toneladas cortas (10,9 t). Se estima que la locomotora de Campbell podía tirar de un tren de 450 toneladas cortas (410 t) a 24 km/h (15 mph) en vías niveladas, superando en esfuerzo de tracción a la 4-2-0 más fuerte de Baldwin en aproximadamente un 63%. Sin embargo, el bastidor y el mecanismo de transmisión 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 ya que no era tan capaz para tirar de una carga. Las 4-2-0 continuaron construyéndose hasta la década de 1850, pero su uso se restringió a trenes ligeros ya que, en ese momento, la mayoría de los ferrocarriles las habían considerado inadecuadas para el trabajo regular. [1] [2]
En Inglaterra, las locomotoras de cuatro y seis acoplamientos funcionaron bien en el transporte de mercancías, pero el objetivo para el transporte de pasajeros era aumentar la velocidad. Debido a las frágiles bielas de hierro fundido , se siguieron utilizando locomotoras "simples", con las ruedas motrices más grandes posibles.
Por razones poco claras, los fabricantes británicos no se plantearon la idea de montar las ruedas delanteras en un bogie durante algunos años. Posiblemente existían temores sobre su estabilidad y con un bastidor rígido largo se conseguía una mayor velocidad, aunque a costa de una marcha muy dura y de dañar la vía. La culminación de este planteamiento se vio en la locomotora Crampton , donde, para hacer las ruedas motrices lo más grandes posible, se montaron detrás de la caja de fuego. [1] [2] [3]
En 1923, los Ferrocarriles Sudafricanos realizaron pruebas con un prototipo de tractor de carretera-ferrocarril propulsado por gasolina y parafina y, en 1924, pusieron en servicio al menos dos tractores de carretera-ferrocarril a 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 desmontable entre las ruedas delanteras para elevarlas lo suficiente como para evitar el contacto con el suelo. Un pasador de bola en el bogie encajaba en un receptáculo 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 en 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 circular alrededor del tren, sin necesidad de bucles especiales para ese fin. Para dar marcha atrás en la vía, como al maniobrar, las ruedas traseras se modificaron para que fueran orientables. [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 el ferrocarril Utica and Schenectady en Nueva York . Más tarde fue comprada usada por William B. Ogden para el ferrocarril Galena and Chicago Union , el predecesor más antiguo del ferrocarril Chicago and North Western . La locomotora llegó a Chicago en goleta el 10 de octubre de 1848 y sacó el primer tren en dirección oeste de la ciudad quince días después, el 25 de octubre de 1848. [10]
