ทำไมระเนระนาดไอน้ำจึงไม่ถ่ายโอนอำนาจด้วยล้อเฟือง?

รถยนต์สมัยใหม่ใช้ล้อเฟืองในการถ่ายโอนพลังงานจากเครื่องยนต์ไปยังล้อ ตู้รถไฟไอน้ำใช้แท่งบางชนิด (ขออภัยฉันไม่ใช่เจ้าของภาษา) เพื่อถ่ายโอนอำนาจไปยังล้อ

ทำไมวิศวกรถึงไม่ใช้ล้อเฟือง? ตู้รถไฟไอน้ำจะเร็วขึ้นไหมถ้าใช้ล้อเฟือง?

ฉันต้องการจะชี้ให้เห็นว่ารถยนต์สมัยใหม่ไม่ใช้ล้อเฟืองสำหรับการส่งพวกเขาใช้เพลา ล้อเฟืองใช้สำหรับเฟืองและเฟืองท้าย

ส่วนใหญ่จะใช้กลไกแบบกลไกเพราะพวกเขาไม่มีโรงงานผลิตเหมือนที่เราทำในปัจจุบัน กลไกของบาร์นั้นง่ายต่อการทำมีความยืดหยุ่นและสามารถบำรุงรักษาได้ ไม่ว่าในกรณีใดในการออกแบบนี้เช่นกันเพราะกลไกทั้งหมดจะต้องเปลี่ยนทิศทางการส่งกำลัง 2 เท่า ดูว่าลูกสูบเชื่อมต่อโดยตรงกับล้อหน้าและถ่ายโอนไปยังล้อหลังนั้นค่อนข้างเรียบง่ายด้วยแถบในขณะที่ข้อต่อเพลาจะต้องใช้ชิ้นส่วนเพิ่มเติมซึ่งยากต่อการผลิตอีกครั้ง

เครื่องยนต์ลูกสูบของไอน้ำสามารถสร้างแรงบิดได้มากจากการเคลื่อนที่และลูกสูบสามารถอยู่ห่างจากหม้อไอน้ำได้ดังนั้นในกรณีส่วนใหญ่มันจะสะดวกที่สุดที่จะให้ลูกสูบขับล้อผ่านข้อเหวี่ยงโดยตรง ในขณะที่รถไฟไม่มีกลไกบังคับเลี้ยวและมีล้อส่วนที่เป็นรูปกรวยคุณไม่จำเป็นต้องมีส่วนต่าง

ในทางตรงกันข้ามเครื่องยนต์สันดาปภายในจำเป็นต้องหมุนที่ความเร็วรอบปานกลางอย่างพอเหมาะเพื่อสร้างแรงบิดที่มีประโยชน์และสร้างแรงบิดและกำลังแรงส่วนใหญ่ในช่วงรอบการหมุนที่ค่อนข้างแคบดังนั้นพวกเขาต้องการไดรฟ์ทั้งสองแบบ เกียร์อัตราส่วนที่เลือกได้เพื่อให้แรงบิดที่เป็นประโยชน์ในช่วงความเร็วถนนที่หลากหลาย

นอกจากนี้เครื่องยนต์ไอซีมีแนวโน้มที่จะทำงานได้ดีขึ้นกับกระบอกสูบหลาย ๆ อันเนื่องจากจะช่วยให้การจ่ายพลังงานในแต่ละรอบของวงจรการทำงานราบรื่นขึ้นและต้องการเพลาข้อเหวี่ยงที่มีเพลาส่งออกทั่วไป เครื่องยนต์ไอน้ำเป็นตัวกระตุ้นนิวเมติกเป็นหลักดังนั้นคุณสามารถสร้างจังหวะการทำงานได้ตราบใดที่สะดวกและรับแรงเชิงเส้นที่สอดคล้องกันอย่างสมเหตุสมผล

แท่งเชื่อมต่อภายนอกบนหัวรถจักรไอน้ำเป็นอะนาล็อกโดยตรงของแท่งเชื่อมต่อซึ่งเชื่อมโยงลูกสูบของเครื่องยนต์ไอซีกับเพลาข้อเหวี่ยง

คำตอบสั้น ๆ ก็คือลักษณะแรงบิดของเครื่องยนต์ไอน้ำนั้นหมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้กระปุกเนื่องจากแรงบิดนั้นไม่ขึ้นกับ RPM ในช่วงความเร็วการทำงานปกติ

นี่คือภาพของเพลาข้อเหวี่ยงภายในเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ทันสมัย:

จุดประสงค์ของสิ่งเหล่านี้คือเพื่อเปลี่ยนการเคลื่อนที่ไปมาของลูกสูบให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน มันเป็นกลไกแบบเดียวกับที่ใช้กับเครื่องยนต์ไอน้ำเก่า:

ความแตกต่างคือในเครื่องยนต์สันดาปภายในกำลังไม่ได้ส่งผ่านไปยังล้อโดยตรง แต่ไปยังเพลา เหตุผลของความแตกต่างนี้ถูกกล่าวถึงในคำตอบอื่น ๆ --- ฉันแค่ต้องการชี้ให้เห็นว่ากลไกพื้นฐานนั้นเหมือนกัน

ในขณะที่ไอน้ำตู้รถไฟจริง ๆ ใช้เกียร์และชุดลูกสูบ / กระบอกสูบซึ่งขับ crankshafts สิ่งเหล่านี้ถูกเรียกว่าตู้รถไฟเกียร์และพวกเขาถูกนำมาใช้เพื่อขนของหนักขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเอียงลาดด้วยความเร็วต่ำ นี่เองที่ทำให้พวกเขาได้รับความนิยมในการทำไม้ซุงในทางตะวันตกของสหรัฐฯในช่วงเวลาแห่งพลังไอน้ำ

สำหรับการใช้ความเร็วที่สูงขึ้นบนทางลาดแบบค่อยเป็นค่อยไปวิธีไดรฟ์ตรง (ซึ่งก้านสูบเชื่อมต่อล้อขับเคลื่อน) นั้นง่ายกว่าและให้การจับคู่ที่เพียงพอระหว่างความต้านทานของโหลดและของเครื่องยนต์

ไอน้ำสร้างแรงบิดเต็มที่ที่ศูนย์ความเร็วตามที่กล่าวไว้ในที่อื่น ๆ เช่นในรถยนต์ไฟฟ้า (ซึ่งมีลักษณะคล้ายกันมาก) มีเล็กน้อยที่จะได้รับจากกระปุกเกียร์และอาจขับล้อโดยตรง

นี่คือเหตุผลว่าทำไมส่วนใหญ่ของดีเซลระเนระนาดเหนือเล็กมากเป็นดีเซลไฟฟ้าจริง ๆ มันทำให้ส่วนความเร็วใกล้ศูนย์ของประสิทธิภาพการทำงานที่น่ารำคาญน้อยลงและไม่จำเป็นต้องพยายามที่จะเย็นคลัตช์พลังงานสูงมาก

บังเอิญไอน้ำ loco นั้นมี "gearing" ซึ่งผู้ขับขี่สามารถควบคุมเวลาของวาล์วเพื่อปรับระดับเสียงของไอน้ำที่ยอมรับต่อจังหวะและแรงบิดที่มีอยู่นี่คือการแยกอย่างละเอียด (แต่มีปฏิสัมพันธ์กับ) จากการเปลี่ยนแปลงแรงดันไอน้ำ .... คุณจะเห็นสิ่งนี้เมื่อรถไฟไอน้ำถูกดึงออกไปเพราะในตอนแรกจะมีไอน้ำที่ทรงพลังออกมาจากกองเนื่องจากผู้ขับขี่มีชุดเกียร์วาล์วซึ่งยังคงมีแรงดันสำคัญในกระบอกสูบเมื่อวาล์วไอเสียเปิด (ถึง แรงบิดสูงสุด) เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นส่วนหนึ่งของรอบวาล์วไอดีที่เปิดจะลดลงเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและหมายเหตุไอเสียจะระเหยออกเมื่อไอเสียเข้าใกล้ความดันบรรยากาศมากขึ้น การเชื่อมโยงวาล์วแปรผันเหล่านี้เป็นหนึ่งในน่านน้ำที่มีการจดสิทธิบัตรมากขึ้นในเวลานั้นด้วยการต่อสู้ระหว่างผู้เล่นรายใหญ่ทั้งหมด

รถจักรไอน้ำอบไอน้ำใช้ลูกสูบไม่อบไอน้ำกังหัน

เกียร์ / ฟันเฟืองจะไม่มีจุดหมายเพราะไม่มีแหล่งพลังงานหมุนเวียนบนตู้รถไฟไอน้ำ พวกเขาใช้ลูกสูบไอน้ำซึ่งกลับไปกลับมา

ในขณะที่ฟิสิกส์ทำงานได้ดีไดรฟ์ตรงก็ทำงานได้ดีมากโดยมีค่าเส้นผ่าศูนย์กลางลูกสูบขนาดเส้นขีด / ประหลาดและขนาดล้อที่ทำได้ จนกว่ามันจะไม่ และสิ่งที่ทำให้พวกเขาได้คือโค้ง

ตัวดึงฉีดติดอยู่กับแท่ง: มีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับเกียร์

เมื่อตุ๋น superheated กลายเป็นพลังมากตู้รถไฟโดยสารเร็วใช้พลังนี้ด้วยความเร็วสูง สำหรับพวกเขาการออกแบบก้านด้านข้างนั้นสมบูรณ์แบบ แต่ตู้รถไฟบรรทุกสินค้าที่ใช้ความเร็วต่ำนั้นต้องการน้ำหนักมากขึ้นบนรางเพื่อถ่ายโอนพลังงานที่ความเร็วต่ำ จำเป็นต้องใช้เพลาขับมากกว่านี้เพื่อกระจายน้ำหนัก นั่นทำให้กลุ่มเพลาขับเดี่ยวที่แข็งยาวเกินไปที่จะโค้ง ดังนั้นพวกเขาจึงแบ่งเพลาขับออกเป็นสองกลุ่ม การถ่ายโอนพลังงานทำได้ด้วยเครื่องยนต์ในแต่ละกลุ่มซึ่งมักจะง่าย เด็กชายใหญ่ของยูเนี่ยนแปซิฟิกมีเพลาขับ 8 ตัวในสองกลุ่ม (แต่ละอันมีเครื่องยนต์เรียบง่าย แต่ยังคงหลีกเลี่ยงเกียร์) จัดการกับโค้งเหมือนหัวรถจักร 4 เพลาขับ

src

นำมาสู่ความไร้สาระ ในที่สุดรถไฟ Virginian ก็ยอมแพ้และจ่ายกระแสไฟฟ้า

ที่ระดับพลังงานเหล่านี้ 4,000-6,000 แรงม้าการขับเคลื่อนของเฟืองนั้นไม่เป็นที่ต้องการ: มันมีขนาดกำลังมากเกินไปสำหรับเกียร์ แม้แต่ GG1 ไฟฟ้าในยุคนั้นก็ใช้เฟืองขนาดใหญ่สิบสองอันเพื่อถ่ายโอนพลังจำนวนเดียวกันไปยังเพลาหกเพลา

เครื่องยนต์ขนาดเล็กมากสามารถมุ่ง

ภูเขารถไฟใช้พลังงานต่ำระเนระนาดน้ำหนักเบาซึ่งต้องเลื่อนโค้งค่อนข้างแน่น แม้แต่เครื่องยนต์ไอน้ำแบบราวข้างแบบเรียบๆก็โค้งงอเกินไป พวกเขายังสูญเสียน้ำหนักที่มีค่ามากมายบนล้อที่ไม่ได้ขับขี่เช่นรถบรรทุกนักบินและรถที่อ่อนโยน Ephraim Shay แก้ปัญหานี้ด้วยแน่นอนตู้รถไฟมุ่ง โปรดทราบว่าตู้รถไฟขนาดเล็ก: ใหญ่ที่สุดคือ Western Maryland # 6 มีความดันหม้อไอน้ำ 200 psi และความเร็วสูงสุด 23 mph

Ephraim Shay วางเพลาขับไปทางด้านใดด้านหนึ่งของหัวรถจักรเพื่อใส่ล้อแต่ละล้อ ลูกสูบหมุนเพลาขับโดยตรง สังเกตเพลาขับที่เหลื่อมซ้อนซึ่งมีความสำคัญเป็นพิเศษเนื่องจากตำแหน่งนอกศูนย์

สังเกตเกียร์ แหล่งที่มา

Charles Heisler วางเพลาขับลงที่กึ่งกลางของหัวรถจักรและใช้การจัดเรียงลูกสูบ "vee-twin" หมายเหตุก้านด้านข้าง: นั่นหมายถึงเพียงหนึ่งในสองเพลาเท่านั้นที่มุ่งไปที่เพลาขับเพลาด้านข้างจะถ่ายโอนกำลังไปยังเพลาอื่น แท่งด้านข้างแบบนั้นอาจหมายถึง 100 แรงม้าต่อเพลา

The Climax Manufacturing Co. ใช้การจัดเรียงเพลากลางของ Heisler และเพิ่ม cross-shaft และใส่เกียร์มากขึ้นเพื่อใส่ลูกสูบไอน้ำในตำแหน่งที่เกือบจะธรรมดา

เมื่อได้เห็นการเตรียมการของหัวรถจักรที่มีเกียร์เหล่านี้คุณสามารถดูว่าพวกเขาจะไม่ "ขยาย" จนถึงผลผลิตที่หลากหลายและแรงม้า