Un eje intermedio es un eje intermedio que se utiliza para transferir potencia desde un eje motorizado, como el eje de salida de un motor o un motor, a ejes impulsados, como los ejes de transmisión de una locomotora. Tal como se aplicó a las locomotoras de ferrocarril en los siglos XIX y XX, los ejes de transmisión solían estar alineados con los ejes de transmisión de las locomotoras y conectados a ellos mediante varillas laterales.. En general, cada eje motriz de una locomotora puede moverse libremente aproximadamente una pulgada (2,5 cm) verticalmente con respecto al bastidor, con el peso de la locomotora sobre resortes. Esto significa que si el motor, el motor o la transmisión están unidos rígidamente al bastidor de la locomotora, no pueden conectarse rígidamente al eje. Este problema se puede resolver montando el eje intermedio sobre cojinetes no suspendidos y utilizando bielas laterales o (en algunos ejemplos anteriores) transmisiones por cadena. [1]
Los ejes de transmisión se utilizaron por primera vez en las primeras locomotoras de vapor, aunque los diseñadores aún no los llamaban por ese nombre. A principios del siglo XX, se construyeron un gran número de locomotoras eléctricas accionadas por eje intermedio para el servicio pesado de la línea principal. Las transmisiones de eje intermedio también se utilizaron en muchas de las primeras locomotoras de gasolina y diésel que utilizaban transmisiones mecánicas.
Locomotoras de vapor
El ferrocarril de Baltimore y Ohio fue un pionero en el uso de locomotoras impulsadas por eje intermedio. Mientras que el eje motriz de la primera locomotora Grasshopper fue impulsado directamente por engranajes rectos del cigüeñal , la Traveller entregada en 1833 usó un eje intermedio, al igual que todas las locomotoras Grasshopper y Crab posteriores. Estas locomotoras utilizaron engranajes elevadores para lograr una velocidad de funcionamiento razonable utilizando ruedas motrices de pequeño diámetro. Es de destacar que los diseñadores de estas máquinas no utilizaron el término eje intermedio . En cambio, se refirieron a lo que más tarde se llamaría un eje intermedio como "un eje separado, a unos tres pies por delante del eje delantero, y que lleva manivelas acopladas mediante bielas a manivelas en los dos ejes de la carretera". [2] En su patente de 1837 para lo que se conoció como la clase de locomotoras cangrejo , Ross Winans se refirió a su eje intermedio como "un eje de rueda de piñón", o "tercer eje". [3]
En una locomotora de vapor convencional, el cigüeñal es uno de los ejes motores . En una locomotora de vapor impulsada por eje intermedio, el cigüeñal hace girar un eje intermedio que, a su vez, hace girar al conductor. Algunas locomotoras de vapor han tenido diseños intermedios entre estos extremos, con cigüeñales distintos del eje motriz. Phineas Davis 'primera B & O s Saltamontes probados en el B & O en 1831 era en esta clase, como fue el Stockton y Darlington ferrocarril ' s Swift de 1836, donde el cigüeñal estaba directamente entre los ejes de conducción. [4] Ambos ejemplos utilizaron cilindros verticales, con el cigüeñal en el plano de los ejes motores. El primero utilizó una transmisión por engranajes para el primer eje motriz, el segundo utilizó barras laterales para este varillaje. En el último caso, la razón inferida para utilizar un cigüeñal distinto de los ejes impulsados fue "quitar los golpes del trabajo del eje de potencia". [5]
Se han construido varias locomotoras con cilindros horizontales que accionan un cigüeñal directamente sobre el eje motriz trasero , con un resorte común que sostiene tanto el eje como el eje para que puedan moverse verticalmente juntos. Ross Winans diseñó una serie de locomotoras 0-8-0 a partir de 1842, lanzando lo que se convirtió en la clase de motores B&O Mud Digger . Al igual que las locomotoras Grasshopper antes que ellos, los cigüeñales de estos motores estaban acoplados a los ejes impulsados. [6] En su patente de 1843, Winas se refirió al cigüeñal como un quinto eje o eje. [7] En 1880, Fowler Steam Plow Works de Leeds, Inglaterra, recibió una patente sobre un diseño de locomotora 0-4-0 similar con varillas laterales verticales entre el cigüeñal y el eje trasero. Aquí, la motivación era conseguir que los cilindros y los vástagos de los pistones se alejaran del polvo y la suciedad de un motor con ruedas motrices diminutas. [8] [9] Sobrevive una de esas locomotoras Fowler, una muy pequeña de vía estrecha 0-4-2 T. [10]
Los primeros diseñadores de locomotoras de turbina de vapor no entendieron la necesidad de engranajes reductores o suspensiones con resortes. [11] [12] Una vez que se entendieron estos problemas, los ejes intermedios surgieron como una alternativa para conectar la caja de cambios de salida de la turbina a las ruedas motrices . Giuseppe Belluzzo, de Italia, recibió varias patentes estadounidenses sobre variaciones de esta idea. [13] [14] [15] Las alternativas a las transmisiones por eje intermedio incluían el uso de una transmisión de canilla con la turbina sobre el eje de transmisión, o una combinación de una transmisión de canilla con una caja de cambios suspendida horizontalmente entre el eje de transmisión de una locomotora y el eje de la turbina. [16] [17]
Locomotoras electricas
Muchas de las primeras locomotoras eléctricas también estaban equipadas con ejes intermedios . Un estudio general del diseño de locomotoras eléctricas de 1915 muestra 15 disposiciones distintas de transmisión por eje intermedio de 24 diseños distintos de locomotoras.
Algunas de las primeras locomotoras usaban motores de tracción de CC de pequeño diámetro montados en ejes individuales, pero la mayoría, especialmente para las locomotoras de CA, tenían solo uno o dos motores de gran diámetro. Estos motores de gran diámetro eran más grandes que la mayoría de las ruedas motrices y, por lo tanto, estaban montados muy por encima del nivel de los ejes motrices. [18] El motor o motores impulsaron el eje intermedio o ejes intermedios a través de engranajes o bielas laterales , y luego el eje intermedio hizo girar las ruedas a través de bielas laterales . En Europa, Oerlikon y Brown, Boveri fue pionero en una variedad de diseños de ejes de transmisión, mientras que en los Estados Unidos, Westinghouse fue dominante. [19] Los primeros estudios de diseños de locomotoras eléctricas citados aquí utilizan el término eje intermedio o eje intermedio .
Los ejemplos incluyen el PRR DD1 y FF1 locomotoras eléctricas , así como la Swiss Clase Ce 6/8 Crocodile y su primo de vía estrecha, el Ferrocarril rético Ge 6/6 I .
El desarrollo continuo de los motores eléctricos los hizo más pequeños y, para la Segunda Guerra Mundial, la mayoría de los ejes intermedios nuevos y obsoletos.
Locomotoras de combustión interna
Cuando Baldwin comenzó a construir locomotoras de combustión interna en las primeras décadas del siglo XX, utilizaron una transmisión de 2 velocidades desde el motor de gasolina a un eje intermedio. [1] Las primeras patentes de locomotoras de combustión interna de Baldwin cubrían el uso de varillas laterales y transmisión por cadena para unir el eje intermedio a las ruedas motrices. [20] [21] Las primeras locomotoras de combustión interna Baldwin usaban una configuración 0-4-0 y pesaban de 3,5 a 9 toneladas, pero en 1919, estaba disponible una configuración 0-6-0 de 25 toneladas. [22] Estas locomotoras vieron un extenso servicio en los ferrocarriles de trinchera de vía estrecha de la Primera Guerra Mundial . [23]
El diesel British Rail Class 03 (en la foto) es un ejemplo más reciente. Los ejes intermedios se utilizaron en algunas locomotoras diesel-mecánicas y diesel-hidráulicas , pero rara vez se usaron en diesel-eléctricas . Una excepción fue el British Rail Class D3 / 7 . [24]
Movimiento de suspensión
Una dificultad con la transmisión de la barra de acoplamiento de un eje intermedio es la necesidad de permitir el movimiento de suspensión vertical de los ejes. Se han utilizado varias disposiciones mecánicas para permitir esto.
Varillas horizontales largas
La disposición más sencilla es utilizar varillas de acoplamiento largas, que corran horizontalmente. Un gran movimiento vertical en el extremo de la rueda da lugar a solo un pequeño movimiento horizontal en la transmisión del eje intermedio. En el caso de una locomotora diésel-mecánica, esto se puede compensar mediante el montaje horizontal de la transmisión. El motor pesado se transporta sobre las ruedas motrices para lograr un mayor peso de adherencia , pero la caja de cambios relativamente liviana se puede montar en un extremo, más allá de la distancia entre ejes acoplada. Una carcasa de transmisión final también es lo suficientemente estrecha como para montarse entre los bastidores, lo que permite que se monte en una posición baja y nivelada con los ejes impulsores.
Esta disposición es común para los shunters diésel de baja velocidad, pero no generalmente para las velocidades de la línea principal. El D-lok sueco de 1925 lo usó, con dos motores engranados a un solo eje intermedio con varillas cortas entre dos ejes impulsores de un diseño 1-C-1 .
Varillas ranuradas
Los cojinetes deslizantes verticales en los bloques de cuerno permitirían el movimiento, pero estos deben diseñarse con cuidado o, de lo contrario, la fuerza ejercida a través de las varillas se desperdiciaría simplemente deslizando este cojinete hacia adelante y hacia atrás. Dichas juntas deslizantes deben disponerse para permitir el desplazamiento de la suspensión, pero de modo que la fuerza de la varilla esté siempre en ángulo recto con la guía deslizante.
El E550 italiano de diez acoplamientos de 1908 tenía motores emparejados, cada uno con un eje intermedio. Entre estos se llevaba una varilla triangular, que giraba en sincronía y, por tanto, siempre horizontal. Este llevaba un muñón deslizante de muñequilla para el eje central y cojinetes para las largas bielas de acoplamiento a los pares de conductores desigualmente espaciados por delante y por detrás. [25] Se utilizó una disposición similar para el ferrocarril suizo Berna-Lötschberg-Simplon Be 5/7 1-E-1 de 1912. [26]
Se utilizaron vínculos conceptualmente similares para los cocodrilos suizos Ce 6/8 II . Como estos tenían solo un motor de tracción en cada extremo, el bastidor triangular también estaba soportado por un eje intermedio ciego, sin energía. Estaba ligeramente inclinado, ya que el eje intermedio del motor estaba por encima del eje de la rueda.
Varillas diagonales Winterthur
La mayoría de las clases de cocodrilos suizos utilizaron en su lugar la varilla diagonal Winterthur o el diseño Schrägstangenantrieb (alemán).
Estas locomotoras estaban articuladas, con un gran motor de tracción en cada uno de los dos bogies en cada extremo. El eje intermedio se colocó así por encima y entre las ruedas motrices. Para maximizar la longitud de su varilla de transmisión y reducir su angulación, esta se conectó cerca del eje impulsado más alejado. La barra de acoplamiento entre esos ejes era 'triangular', con un cojinete adicional montado en su borde superior, que tomaba el empuje de la barra de transmisión del eje intermedio. A diferencia de la mayoría de las bielas, esto permite que se monte en el mismo plano que los cojinetes de las bielas de acoplamiento. Esto reduce las longitudes en voladizo de las muñequillas y sus cargas de flexión.
Esta disposición es simple y robusta, pero no proporciona una geometría perfecta y, por lo tanto, es conocida por sus crujidos y su funcionamiento brusco, especialmente si los cojinetes de biela se desgastan. Para las locomotoras suizas: locomotoras potentes y en buen estado que funcionaban a baja velocidad en pendientes pronunciadas, este era un diseño aceptable. Sin embargo, no hizo muchos avances en los servicios rápidos de pasajeros.
Vínculos de Ganz y Kandó
Algunos de los enlaces más complicados utilizados para las locomotoras expresas fueron los enlaces Ganz , Kandó o Bianchi. Estos tenían la forma de un triángulo invertido, que se extendía desde el eje intermedio del motor de montaje alto hasta la línea del eje de la rueda.
La forma Ganz se utilizó en las locomotoras Les Belles Hongroisses 2BB2 400 de fabricación húngara para la OP francesa . Este tenía cuatro eslabones que formaban el triángulo, con los dos vértices superiores montados en el bastidor de la locomotora (a través de un eslabón oscilante corto) y en la muñequilla del eje intermedio. El vértice inferior del triángulo contenía un eslabón triangular corto, que unía los lados del triángulo a la muñequilla de la rueda. Al inclinar este enlace, se absorbió el movimiento de suspensión. [27] Este enlace funcionaba bien a gran velocidad y como estaba compuesto enteramente por articulaciones pivotantes sin deslizamiento, no había pérdida de movimiento. Sin embargo, era complejo, pesado y desequilibrado.
El varillaje de Kandó era similar en compensación, pero los vértices superiores fueron llevados por un par de ejes de transmisión de motor.
El único de estos enlaces con una vida útil extendida o larga fue el enlace Bianchi simétrico y mejor equilibrado, utilizado en Italia.
Referencias
- ^ a b Construcción general, Locomotoras industriales de gasolina Baldwin Registro de obras de locomotoras Baldwin , Nº 74, 1913; páginas 7-9.
- ^ J. Snowden Bell, Capítulo I: Los motores "Saltamontes" y "Cangrejo" - tipo 0-4-0, La fuerza motriz temprana del ferrocarril de Baltimore y Ohio ; página 19.
- ↑ Ross Winans, Locomotive Steam-Engines, patente estadounidense 308 , concedida el 29 de julio de 1837.
- ^ Vínculos en la historia de la locomotora, No. XI, El ingeniero , 10 de junio de 1881; página 432, con una gran ilustración.
- ^ Joseph Tomlinson, Discurso del presidente, Institución de procedimientos de ingenieros mecánicos , vol. 41 (1890); páginas 181-202.
- ^ J. Snowden Bell, Capítulo IV: Los motores de carga conectados de ocho ruedas - Tipo 0-8-0, La fuerza motriz temprana del ferrocarril Sinclair de Baltimore y Ohio , Nueva York, 1912; páginas 55-86, vea particularmente la Fig.22 en la página 57.
- ^ Ross Winas, locomotora, patente estadounidense 3.201 , concedida el 28 de julio de 1843.
- ↑ 402, Alfred Greig y William Beadon, The Commissioners of Patents Journal , No. 2770 (20 de julio de 1880); página 167.
- ^ Roberf F. McKillop y John Browning, John Fowler Locomotives, Sugar Cane Transport , Light Railway Research Society of Australia, 29 de febrero de 2000.
- ^ Centro australiano del patrimonio del azúcar, [www.sugarmuseum.com.au/the-museum/], 2010.
- ^ Johann Stumpf, locomotora con propulsión por turbina de vapor, patente estadounidense 855,436 , concedida el 28 de mayo de 1907.
- ^ Joel B. Dumas, Turbina de vapor para locomotoras, patente estadounidense 1.010.878 , concedida el 5 de diciembre de 1911.
- ^ Giuseppe Belluzzo, locomotora de turbina de vapor, patente estadounidense 1.638.079 , concedida el 9 de agosto de 1927.
- ^ Giuseppe Belluzzo, locomotora de turbina de vapor, patente estadounidense 1.666.590 , concedida el 17 de abril de 1928.
- ^ Giuseppe Belluzzo, Locomotora de turbina, Patente de Estados Unidos 1.887.178 , concedida el 8 de noviembre de 1932.
- ^ Fredrik Ljungström, Locomotora accionada por turbina y vehículo similar, Patente de Estados Unidos 1.632.707 , concedida el 14 de junio de 1927.
- ↑ Frank L Alben, Steam-Turbine Locomotive, Patente de Estados Unidos 2.386.186 , concedida el 10 de junio de 1943.
- ^ Albert S. Richey y William C. Greenough, Locomotoras eléctricas, Manual de ferrocarriles eléctricos , McGraw Hill, 1915; páginas 579-587, figuras 48-71 en las páginas 584-586.
- ^ AT Dover, Capítulo XVII: Locomotoras eléctricas, tracción eléctrica: un tratado sobre la aplicación de la energía eléctrica a los tranvías y ferrocarriles , MacMillan, Nueva York, 1917; páginas 355-409.
- ^ Archibald Ehle, locomotora de combustión interna, patente estadounidense 951,062 , concedida el 1 de marzo de 1910.
- ^ Archibald H. Ehle, locomotora de combustión interna, patente estadounidense 1.018.889 , concedida el 27 de febrero de 1912.
- ^ Locomotoras de combustión interna, Registro de obras de locomotoras Baldwin , No. 95 (1919); páginas 3-33.
- ^ Actividades de guerra de las obras de locomotoras Baldwin , Registro de obras de locomotoras Baldwin , No. 93, 1919; páginas 3-21.
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 7 de octubre de 2011 . Consultado el 5 de julio de 2009 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Hollingsworth, Brian; Cook, Arthur (2000). "E550 E". Locomotoras modernas . págs. 32–33. ISBN 0-86288-351-2.
- ^ Locomotoras modernas (2000) , págs. 34-35.
- ^ Locomotoras modernas (2000) , págs. 50-51.
enlaces externos
- http://www.du.edu/~jcalvert/tech/machines/centro.htm
- http://www.australiansteam.com/sugar.htm
- http://www.rutlandherald.com/apps/pbcs.dll/article?AID=/20041031/NEWS/410310333/1031/FEATURES02