Locomotora de vapor con transmisión por engranajes
La Shay es una de 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 la transmisión , a diferencia del diseño común de transmisión directa.
Este engranaje forma parte de la maquinaria de la locomotora y no debe confundirse con el piñón que impulsa una locomotora de cremallera a lo largo de la cremallera entre los raíles. Las locomotoras de vapor con engranajes que se han construido han sido para vías convencionales, basándose en la adherencia entre las ruedas y el raíl.
A diferencia de las locomotoras de vapor convencionales, no se clasifican por la disposición de sus ruedas, sino por su modelo y el número de bogies que tienen.
Una rueda de una locomotora Shay. Un eje (que se ve a la derecha de la foto) transmitía potencia a un engranaje cónico (parcialmente visible bajo una cubierta), que a su vez transmitía potencia a la rueda.
La velocidad máxima de rotación es bastante fija para una tecnología de motor determinada. Dada la falta de cualquier transmisión de relación variable entre el motor de pistón y las ruedas, el diseñador se ve obligado a alcanzar un equilibrio 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 esto; su radio determina la longitud de la carrera del pistón. Este no puede ser demasiado grande, ya que la locomotora no podría generar suficiente vapor para alimentar esos grandes cilindros a alta velocidad; no puede ser demasiado pequeño, o el par de arranque disponible y, por lo tanto, el esfuerzo de tracción serán demasiado pequeños, y la locomotora no podrá poner en marcha un tren.
Muchas aplicaciones industriales requieren una locomotora de baja velocidad con un amplio esfuerzo de tracción inicial. Estas industrias abarcan desde operaciones mineras y de canteras hasta operaciones forestales y de explotación forestal . Las líneas con pendientes pronunciadas, especialmente cuando la vía es de construcción barata y no es adecuada para altas velocidades, también favorecerán el uso de una locomotora con un alto esfuerzo de tracción. Aunque la compensación entre velocidad y par motor se puede ajustar a favor del par motor 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 hacer que la carrera del pistón sea demasiado corta en una locomotora de transmisión directa.
La solución es separar el cigüeñal de las ruedas, lo que permite, en primer lugar, una carrera del pistón y un radio del cigüeñal razonables sin necesidad de ruedas motrices más grandes de lo deseado y, en segundo lugar, permite la reducción de la velocidad de rotación mediante engranajes. Este tipo de locomotoras son locomotoras con engranajes . La mayoría eran y siguen siendo de una sola velocidad, pero algunas empleaban una caja de cambios de relación variable y relaciones múltiples.
Tipos de locomotoras con engranajes
La gran mayoría de las locomotoras con engranajes del mundo se construyeron según uno de tres diseños distintos, ya fueran licenciadas y oficiales o clones construidos después de la expiración de las patentes clave. De los tipos, la locomotora Shay fue la más numerosa y la más conocida. La abrumadora mayoría operó en la región de América del Norte , pero había algunas en uso en varias partes de América del Sur y una cantidad considerable en Australia y Nueva Zelanda , incluidos tipos desarrollados localmente.
La locomotora Shay presenta una caldera desplazada con un motor de varios cilindros fijado a ella en el lado opuesto, que impulsa un eje longitudinal engranado a los ejes a través de 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 impulsan un cigüeñal transversal, engranado a un eje de transmisión longitudinal colocado centralmente en la locomotora y que impulsa los bogies motorizados a través de engranajes internos.
También hubo una Clase A Climax anterior con un motor de vapor de tipo marino montado verticalmente, que funcionaba a través de una línea de transmisión similar, mediante una caja de cambios de dos velocidades.
La locomotora Heisler
Una locomotora Heisler: observe la ubicación del cilindro
La locomotora Heisler tiene un motor de vapor de estilo " V-twin ", un cilindro a cada lado de la caldera, fijado a un eje de transmisión longitudinal ubicado en el centro, a su vez engranado con 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 de varios diseños, principalmente con calderas acuotubulares verticales y motores de válvulas de asiento cerrados de alta velocidad. Estos combinaban calderas de alta presión con engranajes de alta reducción para proporcionar un alto par 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 locomotoras de vapor ) después de que expiraran las patentes clave. Los clientes madereros de la costa oeste clamaban por mejoras en el diseño de detalles y la aplicación de tecnología de locomotoras más moderna a la locomotora con engranajes; Lima (fabricantes de la Shay) se mostraba reticente. La 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 locomotoras de varillas laterales; la primera, otorgada en 1913, tenía engranajes abiertos. [3] [4] Las mejoras posteriores tenían engranajes completamente cerrados. [5] [6] [7] Esto se ofrecía como transmisión de una o dos velocidades, y se usaba en locomotoras de varillas laterales de cuatro y seis acoplamientos, con la entrada del cigüeñal a la caja de cambios justo detrás del conductor trasero . [8] Las locomotoras articuladas más grandes se construyeron con 2 bogies con engranajes de 4 acoplamientos, con los cilindros en los extremos interiores y las cajas de cambios en el exterior. [9] Davenport publicitó estas locomotoras para uso industrial, de canteras y maderero. [10]
Bell Locomotive Works vendió una línea de pequeñas locomotoras industriales basadas en "motores de vapor" modulares de 2 cilindros totalmente cerrados, conectados a los ejes de transmisión. [11] [12] [13] [14]
A & G Price Ltd de Thames, Nueva Zelanda, construyó una serie de locomotoras con engranajes, a menudo variantes locales de los tipos Climax A, Climax B o Heisler. Sin embargo, produjeron un tipo conocido como "16-wheeler" (0-4-4-4-4-0) que también fue producido por otro fabricante neozelandés, Johnson Brothers de Invercargill. La última máquina de vapor de Price fue una locomotora Heisler , construida tres años después de que se construyera la última Heisler estadounidense.
La Avonside Engine Company produjo una pequeña cantidad de locomotoras de vapor con engranajes de vía estrecha para las plantaciones de caña de azúcar de Natal . Su diseño era similar al de las Heisler.
La locomotora Kitson-Still utilizaba diferentes extremos de los mismos cilindros para propulsión a vapor o diésel. El cigüeñal se encontraba por encima del bastidor y un tren de engranajes de reducción fija lo vinculaba al eje central.
En 1899, la Wiener Lokomotivfabrik, Floridsdorf, Austria, produjo las locomotoras de vapor con cremallera y engranajes de vía estrecha que funcionaron en el ferrocarril Achensee .
Las locomotoras "cafetera" con caldera vertical 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 siguen funcionando en las plantaciones de azúcar de Indonesia , y sin duda también en otros lugares, [ cita requerida ] pero en la mayoría de los países ahora sólo se las puede ver en líneas turísticas, sitios de conservación y museos. La ventaja particular de estas locomotoras en las operaciones de caña de azúcar es su 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. Comprada por la Comisión Forestal de Victoria en 1928 para transportar troncos en el tranvía maderero de Tyers Valley, que se desviaba 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 se transfirió 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 funcionar 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.
Amplia variedad de tipos que aún se utilizan 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, mientras que el par interno es de transmisión directa.
En Estados Unidos ya no existen locomotoras de vapor con engranajes en uso comercial, pero sí varias de ellas en servicio en líneas turísticas.
El parque estatal Cass Scenic Railroad en Virginia Occidental utiliza solo locomotoras con engranajes y cuenta con la locomotora Shay más grande que queda y la última que se ha construido, la Western Maryland Railway #6 de 162 toneladas. El ferrocarril también posee una locomotora Climax y una Heisler, lo que permite ver los tres tipos.
El ferrocarril White Mountain Central Railroad, en el puesto comercial Clark's Trading Post en Lincoln, New Hampshire , opera la Climax #6, construida en 1920 (número de constructor 1603), en su línea turística. Clark's también tiene la última locomotora Shay que queda en Nueva Inglaterra. La Shay no está en funcionamiento, pero está almacenada. Clark's también tiene una locomotora Heisler de 32 toneladas que está esperando el reemplazo de los tirantes.
Una locomotora Lima de 65 toneladas de 1922 con diseño Shay de tres vagones se encuentra en exhibición estática en el museo al aire libre Travel Town en Los Ángeles .
El Museo del Ferrocarril del Sureste en Duluth, Georgia , tiene una locomotora Heisler de dos vagones (#9) restaurada con mucho cariño en exhibición estática dentro de la sala de exposiciones principal. La Heisler está pintada para Campbell Limestone Co y se encuentra 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 trabajo en la caldera y un Rayonier Company Willamette #2 de 75 toneladas está operativo y es el único Willamette en funcionamiento.
Ferrocarril Silver Creek and Stephenson en Freeport, Illinois . Taller Heisler número 1260 en funcionamiento.
Ferrocarril Foster Brook & State Line en Bradford, Pensilvania . Vía estrecha de 2 pies ( 610 mm ) [18] Shay (taller nº 3118 de Lima Locomotive Works) en funcionamiento. No disponible para el público.
El Museo del Vapor de Hesston , en Hesston, Indiana, tiene una locomotora Shay en funcionamiento que fue restaurada por primera vez en 1975. Resultó gravemente dañada en el incendio de 1985, pero se restauró nuevamente entre 2000 y 2006 a tiempo para el 50.º aniversario de la fundación. La restauración ha continuado desde entonces y "The Big Shay" comenzará a ofrecer viajes a los visitantes del museo el fin de semana del 5 de agosto de 2023.
Taiwán
El ferrocarril forestal de Alishan en Taiwán operó 22 locomotoras Shay en el pasado, de las cuales la más antigua data de 1910 Archivado el 17 de abril de 2016 en Wayback Machine . Se han conservado dieciséis de las 22 originales, 3 de ellas en condiciones operativas y 1 preservada en el ferrocarril Puffing Billy .
^ J. Snowden Bell, La potencia motriz inicial del ferrocarril de Baltimore y Ohio; véanse los capítulos I y IV.
^ "Artículo de la Enciclopedia LNER sobre la clase Sentinel 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, Locomotora con engranajes, patente estadounidense 1.360.709 , concedida el 30 de noviembre de 1920.
^ Elmer F. Backer, Locomotora con engranajes, patente estadounidense 1.369.212 , concedida el 22 de febrero de 1921.
^ Elmer F. Backer, Locomotora con engranajes, patente estadounidense 1.397.716 , concedida el 22 de noviembre de 1921.
^ Davenport Locomotive Works, Locomotoras con transmisión por varilla y engranaje, The Mining Catalog (Metal and Quarry Edition), 2.º 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, Anuncio, The Timberman, Vol. XXV, No. 7, (mayo de 1924); página 189. El mismo anuncio aparece en la página 189 de las ediciones de julio, agosto, septiembre y octubre.
^ Contratistas de locomotoras de fueloil ligero, Municipal Journal, vol. XXXIV, n.º 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 fueloil, The Locomotive Magazine y Railway and Carriage Review, vol. XXVIII, n.º 358 (15 de junio de 1922); página 162.
^ "Climax 1694 vuelve a navegar". Puffing Billy Preservation Society . Archivado desde el original el 24 de junio de 2014. Consultado el 24 de junio de 2014 .
^ "9 State Hwy 7, Arnold Valley". Google Maps . Consultado el 15 de septiembre de 2022 .
^ "El superviviente de Davidson". www.trainweb.org . Consultado el 15 de septiembre de 2022 .
^ Compañía constructora de buenos caminos n.º 3118
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