El mecanismo de válvulas conjugadas de Gresley es un mecanismo de válvulas para locomotoras de vapor diseñado por Sir Nigel Gresley , ingeniero mecánico jefe de LNER , con la ayuda de Harold Holcroft . Permite que una locomotora de tres cilindros funcione solo con los dos juegos de mecanismos de válvulas para los cilindros externos y deriva el movimiento de las válvulas para el cilindro interno a partir de ellos por medio de palancas (la palanca "2 a 1" o "conjugadora" y la palanca "igual"). [1] El mecanismo a veces se conoce como mecanismo Gresley-Holcroft , en reconocimiento a las importantes contribuciones de Holcroft a su desarrollo.
El engranaje conjugado de Gresley es, en efecto, una máquina sumadora, en la que la posición de la válvula del cilindro interior es la suma de las posiciones de los dos cilindros exteriores, pero en sentido inverso. También se puede considerar como una palanca oscilante entre un cilindro exterior y el cilindro interior, como es habitual en las locomotoras de vapor de 4 cilindros, pero con el punto de pivote movido hacia adelante y hacia atrás por 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 de accionamiento", una vez que hemos establecido el punto cero del ángulo de accionamiento 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, 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 funcionará. [ cita requerida ]
Las locomotoras con mecanismo de válvulas Gresley deben tener los tres pistones funcionando a intervalos precisos 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 mecanismo de válvulas Gresley normalmente se coloca más alto que los cilindros exteriores y en ángulo hacia abajo. [2] Para mantener un flujo suave de torque, los ángulos del cigüeñal se compensan con un espaciamiento igual de 120 grados para compensar el ángulo del cilindro interior (por ejemplo, 120/113/127 grados). La sincronización resultante de la ráfaga de vapor que sale de los cilindros proporciona a estas locomotoras de tres cilindros un ritmo de escape regular.
El engranaje Gresley tenía varios problemas. Como el aparato de conjugación estaba montado en el extremo opuesto de los husillos de las válvulas al engranaje de las válvulas, a medida que los husillos de las válvulas se alargaban con el calor del vapor en los cilindros, la sincronización de las válvulas se veía afectada y era necesario quitar el engranaje antes de poder quitar las válvulas para realizar tareas de mantenimiento. [3] Sin embargo, los B17 Class "Footballer"/"Sandringham" 4-6-0 evitaron este problema en particular al estar diseñados con el engranaje conjugado detrás de los cilindros, en lugar de delante de ellos. [4] La principal dificultad con este engranaje de válvulas era que, a altas velocidades, las fuerzas de inercia hacían que la larga palanca de conjugación se doblara o "se balanceara". [5] Esto tenía el efecto de hacer que el cilindro central funcionara con un corte más largo que los cilindros exteriores, lo que producía una parte desproporcionada de la potencia total de salida, lo que provocaba un mayor desgaste del extremo grande central. El funcionamiento sostenido a alta velocidad a veces podía provocar que el extremo grande se desgastara lo suficientemente rápido como para que el mayor recorrido proporcionado 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 113 millas por hora (200 km/h) de "Silver Fox". [6] Aunque el problema podría controlarse en un entorno de tiempos de paz con mantenimiento e inspecciones regulares, demostró ser poco adecuado para los rigores del funcionamiento pesado y los bajos niveles de mantenimiento de la Segunda Guerra Mundial . Esto dio lugar a problemas de cabeza de biela en la biela del cilindro central en la famosa clase A4 de Pacifics aerodinámicos y muchas de estas locomotoras estaban equipadas con un pistón de diámetro reducido y tenían el cilindro interior encamisado como medida temporal. La Mallard de la clase A4 4468 de LNER sufrió daños en la cabeza de biela del cilindro central (indicado al conductor por la fractura de una "bomba fétida" unida al cojinete, que se fractura durante el sobrecalentamiento del metal blanco) durante su carrera récord mundial y se vio obligada a cojear de regreso a su depósito para reparaciones después. El sucesor de Gresley en LNER, Edward Thompson , fue crítico de este mecanismo de válvulas en particular . [7] Además de introducir nuevos diseños de dos cilindros, se dedicó a reconstruir las locomotoras Gresley con conjuntos separados de mecanismos de válvulas Walschaerts para cada cilindro. [8] Bajo la propiedad posterior de British Railways, la aplicación de las antiguas prácticas de taller de Great Western Railway para la alineación precisa del mecanismo de válvulas y en la fabricación y lubricación del cojinete interior del extremo grande resolvió eficazmente los problemas.
El mecanismo de válvulas conjugadas Gresley fue utilizado por la American Locomotive Company bajo licencia para las locomotoras 4-12-2, la clase Union Pacific 9000 , construidas para el ferrocarril Union Pacific entre 1926 y 1930. Estas fueron las locomotoras más grandes que utilizaron este mecanismo de válvulas. También se utilizó en Australia para la clase S 4-6-2 de Victorian Railways de 1928 [9] y la clase D57 4-8-2 de New South Wales Government Railways de 1929. [10]
Al igual que en el Reino Unido, el mecanismo no estuvo exento de problemas. Algunas de las locomotoras de la clase 9000 de Union Pacific se convirtieron a un mecanismo de válvulas "doble Walschaerts", mientras que los ejemplares posteriores se construyeron con cojinetes de rodillos para las partes móviles del mecanismo Gresley. En Australia, las Pacific de la clase VR S evitaron muchos de los problemas de los cilindros centrales que acosaban a Gresley al colocar un "juego" en el eje de las ruedas motrices delanteras, lo que permitía 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 su elevado coste de mantenimiento. [11] [12] La clase H de Victorian Railways de 1941 estaba equipada con un mecanismo de válvulas conjugadas alemán Henschel und Sohn que se consideró superior al sistema Gresley. [13]
En Nueva Gales del Sur, la clase D58 de 1950 reemplazó la palanca conjugadora larga con una varilla transversal, que usaba una cremallera y un piñón en el vástago de la válvula derecha para girar una varilla transversal, que a través de una segunda cremallera y un piñón daba movimiento al pivote de la palanca igual. [14] Si bien en teoría era una mejora con respecto al sistema Gresley, en la práctica resultó ser aún más problemático. [11]
En las locomotoras de seis cilindros Beyer-Garrett de la clase G de NZR suministradas a los Ferrocarriles de Nueva Zelanda en 1928 se utilizó el mecanismo de válvulas Gresley. El fabricante Beyer Peacock desaconsejó la opción de tres o seis cilindros con mecanismo de válvulas Gresley, pero GS Lynde, la CME de NZR, la exigió. Estas tres locomotoras articuladas no tuvieron éxito y se reconstruyeron para formar seis locomotoras "Pacific".
