Un propulsor de locomotora para locomotoras de vapor es un pequeño motor de vapor suplementario de dos cilindros conectado por engranajes traseros al eje del bogie trasero de la locomotora o a uno de los bogies del ténder . Fue inventado en 1918 por Howard L. Ingersoll, asistente del presidente del Ferrocarril Central de Nueva York . [1]
Un engranaje loco oscilante permite que el conductor (ingeniero) ponga en funcionamiento el motor de refuerzo . Un motor de refuerzo con engranajes impulsa un solo eje y puede ser no reversible, con un engranaje loco, o reversible, con dos engranajes locos. Hubo variaciones construidas por la empresa Franklin que utilizaban barras laterales para transmitir fuerza de tracción a todos los ejes del camión de refuerzo. Estos refuerzos de barras se usaban predominantemente en el camión líder del ténder, aunque hay un ejemplo de un Lehigh Valley 4-8-4 que lo usaba como camión de refuerzo trasero. [2]
Un motor auxiliar se utiliza para arrancar un tren pesado o mantener una velocidad baja en condiciones exigentes. Con una potencia nominal de entre 300 y 500 caballos de fuerza (220-370 kW) a velocidades de entre 16 y 56 km/h (10 y 35 mph), se puede poner en marcha mientras se mueve a velocidades inferiores a 19-35 km/h (12-22 mph) y se desconecta de forma semiautomática cuando el maquinista vuelve a poner la marcha atrás o manualmente al bajar el pestillo de control hasta una velocidad de entre 34 y 56 km/h (21 y 35 mph), según el modelo y el engranaje del motor auxiliar. Una potencia nominal de tracción de entre 44 y 53 kN (10 000 y 12 000 libras-fuerza) era común, aunque eran posibles potencias de hasta alrededor de 67 kN (15 000 lbf). [3] [4]
Los propulsores de ténder están equipados con barras laterales que conectan los ejes del bogie principal. Estas barras laterales tan pequeñas limitan la velocidad y, por lo tanto, se utilizan principalmente en locomotoras de maniobras, que suelen utilizarse en servicios de transferencia entre patios. Los propulsores de ténder eran mucho menos comunes que los propulsores de motor; el peso inherente de los ténderes se reducía a medida que se consumía carbón y agua durante la operación, lo que reducía efectivamente la adherencia del bogie impulsado por el propulsor.
El propulsor tenía como objetivo compensar los defectos fundamentales en el diseño de la locomotora de vapor estándar. Para empezar, la mayoría de las locomotoras de vapor no proporcionan potencia a todas las ruedas. La cantidad de fuerza que se puede aplicar al raíl depende del peso de las ruedas motrices y del factor de adherencia de las ruedas contra la vía. Las ruedas sin propulsión suelen ser necesarias para proporcionar estabilidad a alta velocidad, pero a baja velocidad no son necesarias, por lo que, en la práctica, "desperdician" peso que podría utilizarse para la tracción. Por lo tanto, la aplicación de un motor propulsor al eje que antes no tenía propulsión significó que el esfuerzo de tracción inicial general se incrementó sin penalizar los niveles de adherencia del motor principal.
Además, el "engranaje" de una locomotora de vapor es fijo, porque los pistones están conectados directamente a las ruedas a través de bielas y manivelas. Por lo tanto, se debe encontrar un compromiso entre la capacidad de ejercer un gran esfuerzo de tracción a baja velocidad y la capacidad de funcionar a alta velocidad sin inducir velocidades excesivas de los pistones (que provocarían una avería) o el agotamiento del vapor. Ese compromiso significa que, a bajas velocidades, una locomotora de vapor no puede utilizar toda la potencia que la caldera es capaz de producir; simplemente no puede utilizar vapor tan rápidamente, por lo que existe una diferencia sustancial entre la cantidad de vapor que la caldera puede producir y la cantidad que se puede utilizar. El motor de refuerzo permitió aprovechar ese potencial desperdiciado.
El mayor esfuerzo de tracción inicial proporcionado por el propulsor significó que, en algunos casos, los ferrocarriles pudieron reducir el número de locomotoras auxiliares adicionales o eliminar su uso en trenes más pesados. Esto dio como resultado menores costos operativos y de mantenimiento, mayor disponibilidad y productividad de las locomotoras (toneladas-milla) y, en última instancia, mayor rentabilidad.
Los propulsores eran costosos de mantener, con sus tubos de vapor y escape flexibles, engranajes locos, etc. El funcionamiento inadecuado también podía provocar caídas indeseables en la presión de la caldera y/o daños en el propulsor. El propulsor y sus componentes asociados también añadían varias toneladas de peso a la locomotora, lo que se consideraría "peso muerto" a velocidades por encima de las cuales el propulsor no podía utilizarse. Además, si el propulsor sufría una avería que impidiera desconectar el engranaje loco, toda la locomotora tendría una velocidad restringida a 20 mph o menos, hasta que pudiera retirarse del servicio para facilitar las reparaciones, lo que reduciría la disponibilidad de la locomotora.
Se podría realizar un cálculo aproximado del esfuerzo de tracción del amplificador con la siguiente fórmula: [5]
dónde
El propulsor de locomotora típico empleaba un par de cilindros de 10 pulgadas de diámetro (250 mm) por 12 pulgadas de carrera (300 mm). Las relaciones de transmisión disponibles y las velocidades de funcionamiento asociadas para los modelos de propulsor Franklin tipo C y tipo E se detallan en la siguiente tabla.
El propulsor se utilizó sobre todo en América del Norte . Los sistemas ferroviarios de otros lugares solían considerar que el gasto y la complejidad eran injustificados.
Incluso en la región de América del Norte, los motores de refuerzo se aplicaron a solo una fracción de todas las locomotoras construidas. Algunos ferrocarriles usaron refuerzos extensivamente mientras que otros no. El New York Central fue el primer ferrocarril en usar un refuerzo en 1919 y siguió siendo un defensor del dispositivo, aplicándolos a todas sus locomotoras Hudson 4-6-4 de alto impulsor para aumentar su aceleración al salir de las estaciones con trenes de pasajeros de crack. Sin embargo, el rival Pennsylvania Railroad usó pocas locomotoras equipadas con refuerzos. De manera similar, Chesapeake & Ohio especificó refuerzos en todas sus locomotoras Superpower , excepto en Allegheny, para aumentar las clasificaciones de tonelaje en algunos de los terrenos montañosos que se encuentran en sus líneas principales, mientras que su rival Norfolk & Western experimentó con refuerzos brevemente y encontró que su costo no estaba justificado, optando en cambio por aumentar el esfuerzo de tracción del motor mediante el aumento de la presión de la caldera.
Canadian Pacific Railway tenía en su plantilla 3.257 locomotoras de vapor adquiridas entre 1881 y 1949, pero solo 55 estaban equipadas con propulsores: 17 H1 clase 4-6-4, 2 K1 clase 4-8-4 y las 36 Selkirk 2-10-4 .
En Australia, Victorian Railways equipó todas menos una de sus locomotoras 2-8-2 de clase X (construidas entre 1929 y 1947) con un motor de refuerzo de dos cilindros 'Franklin', luego de una prueba exitosa del dispositivo en una 2-8-2 de clase N más pequeña en 1927. A partir de 1929, las 500 locomotoras pesadas de pasajeros 4-8-2 de clase 500 de South Australian Railways se reconstruyeron en 4-8-4 con la adición de un bogie de refuerzo.
Las locomotoras de la clase KB de NZR de 1939 se construyeron con un bogie de refuerzo para permitir que las locomotoras pudieran soportar las pendientes más pronunciadas de algunas líneas de la Isla Sur (en particular, Cass Bank de la línea Midland ). Algunos de los boosters se retiraron más tarde debido al atasco de los engranajes.
En Gran Bretaña, ocho locomotoras de cuatro clases diferentes en el London and North Eastern Railway fueron equipadas con unidades de refuerzo por Nigel Gresley . Cuatro eran locomotoras existentes reconstruidas con refuerzos entre 1923 y 1932: una de la clase C1 (en 1923); [6] ambas conversiones de la clase C7 a la clase C9 (en 1931); [7] y una de la clase S1 (en 1932). [8] Las cuatro restantes fueron instaladas en locomotoras nuevas: las dos locomotoras P1 2-8-2 , construidas en 1925; [9] y dos locomotoras de la clase S1 construidas en 1932. [8] Los refuerzos fueron retirados entre 1935 y 1938, [10] [11] aparte de los de la clase S1 que se mantuvieron hasta 1943. [8]
Un tipo temprano de refuerzo utilizado en Gran Bretaña fue el ténder de vapor , que fue probado en 1859 por Benjamin Connor del Ferrocarril Caledonian en cuatro locomotoras 2-4-0. Archibald Sturrock del Great Northern Railway (GNR) patentó un sistema similar el 6 de mayo de 1863 (patente n.º 1135). Se utilizó en cincuenta locomotoras GNR 0-6-0: treinta convertidas a partir de locomotoras existentes entre 1863 y 1866, y veinte construidas nuevas en 1865 (n.º 400-419). El equipo fue retirado de las cincuenta durante 1867-68. [12] [13]
