.t=r~
--------
~--~ - _._ - - -
- - ~
r. HANDLEIDINGEN BIJ HET ONDERWIJS AAN DE TECHNISCHE HOO GESCHOOL TE DELFT ONDER REDACTIE VAN DE CENT R ALE COMMISSIE VOOR STUDIEBELANGEN
Constructie
het
van
Spoorwegma terieel HANDLEIDING BIJ DE COLLEGES VAN Prof. Ir F.W EST END 0 R P
BEWERKT DOOR
Ir W . R. G. VAN DEN BROEK Assistent in de Werktllighollwlwnde
_
DELFT
-
194ï
' j;;r
,
----- -~--- - ~
----------------=--.=--
- -----=-=-
--
-
- -
-
-
-
-
-
VOORBERICHT
De handleiding "Constructie van Spoorwegmaterieel" is een inleiding tot de stof, die .in het vierde studiejaar voor werktuigbouwkundige studenten behandeld wordt. De omvang van het onderwerp dwong tot beperking, waarbij de gedane, keus een overzicht beoogt te geven van de voornaamste problemen, die zich bij het ontwerp van rollend materieel voordoen. De ontwikkeling der. diesel- en electrische tractie maakte het gew en scht , de bespreking van de stoomlocomotief te bekorten, zoodat enkele onderwerpen, zooals b.v. de stoomverdeeling, buiten beschouwing bl even. Er is getracht, door het geven van . uitgebreide literatuurverwijzingen, de studie te vergemakkelijken, waarbij in .vele ', geva llen in de geciteerde artikelen verdere li tera tuur opgaven te vinden :zijn. Grooten dank is de bewerker verschuldigd aan Prof. ir F. Westendorp, die hem bij het opstellen van de handleiding op vele wijzen gesteund heeft.
De bewerker.
. '*<-----.
-
----
-
INHOUD Blz.
Hoofdstuk 1. Overzîcht van de stoomtractie § 1. Inleiding 2.
3. 4. 5.
6. Hoofdstuk 11. § 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Vergelijking van moderne sneltreinlocomotieven Het natuurkundig programma der stoommachine Het totale thermisch rendement der locomotief Voorbeeld Middelen tot verbetering van het thermisch rendement
De locomotief-ketel Algerneene inrichting Brandstoffen De verbrandingssnelheid De warmte-overdracht in de vuurkist De vuurbrug en de waterpijpen De warmte-overdracht in de langsketel De exhaustwerking De ketelvoeding De stoomvorming in de ketel Het oververhitten van de stoom Het nuttig effect van de loc.ketel
Hoofdstuk 111. De locomotief-machine § 18. De zuigerstoommachine 19. 20. 21.
Het vermogen in de cilinders De weerstand van del loc. en van de trein De trekkracht aan de rails
Hoofdstuk IV. Het bepalen van de hoofdafmetingen § 22. Gang van de berekening 23. Belastingstoestanden 24. 25.
Het tractiediagram Voorbeeld van de berekening
8 8 9 10 12 12 14 15 15 16 16 16 17 18 18
19 20 22
23 24 24 24 26
28 30 30 31 31
32
5
Blz.
Hoofdstuk V. Het onderzoek van de loc. § 26. 27. 28 . 29 . 30.
Ve rschillend e me thod en Proefrit in ge~on e diens t Vcrgelij ksproe ven in gewo ne die ns t Onderzoek met de mee twagen Proefstand onderzoek
Hoofdstuk VI. De krachtswerking in de loc. § 31. 32. 33. 34. 35. . 36. 37.
Overzicht In vloed va n de koppelstangen Invloed van speling in de ' metalen De tangentiaalkracht aan de krukcirk el Het aanzetten De scheendrukken De vrije krachten
Hoofdstuk VII. De balanceering § 38. 39. 40. 41.
Het balanceeren door tegengewichten De plaats van de tegengewichten De invloed van meer cilinders De invloed van de snelheid
Hoofdstuk VIII. § 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50.
De gewichtsverdeeling
De veer-ophanging van de loc. De stabiliteit van de loc. in bogen De gang van de loc. bij hoo ge snelheden Het ontsporingsgevaar De aanlooplengte Het in- en uitrijden van bogen Eén as in recht spoor Twee vaste assen in krom spoor Het wrijvingsmiddelpunt
Hoofdstuk IX. Enkele constructie-details § 51. 52. 53. 54. 55.
56. 57. 58.
6
Literatuur De loc ketel De vuurkist Het cilindergietstuk De cilinderdeksels De zuigerstang De drijfstang De koppelstangen
33 33 33 34 34 40
42 42 44 45 46
48 48 49 51 51 52 54 55 56 56 59 61 63 64 65 68 68
70 71 71 71 71 75 77 77
80 82
-*\ ~
-
.
. --- --
--
-=--=- - -
-
Hoofdstuk X. De voertuigen § 59. 60. 61. 62. 63.
64.
Tractie vormen. Stoot- en hekwerk Algemecne vorm van personen-rijtuigen Stelbalk constructie Stalen bak, geklonken Gelaschte koker-constructie van de bak Grondbeginselen voor lichte constructie
Hoofdstuk XI. Rijtuig-draaistellen § 65. Doel van het draaistel 66. 67. 68.
69. 70. 71.
Verschillende draaistel constructies Voorbeeld van de berekening van een draaistel Krachten in een electrisch: aangedreven draaistel Rustige gang: van het rijtuig De veering van het voertuig De invloed van de radstand en van het bandprofiel
Hoofdstuk XII. § 72. 73. 74. 75.
Spoorwegassen
Berekening van een wagenas Draagpotten van rijtuigen en wagens Loopweerstand van voertuigen Het remmen van treinen
Hoofdstuk XIII. § 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84.
Motortractie.
De keuze van de tractiesoort De voornaamste kenmerken der verbrandingsmotoren Indeeling der motortractie Mechanische transmissies Voorbeeld van een diesel-mechanische automotrice Constructie details Hydraulische transmissie Electrische transmissie Vergelijking der transmissie-systemen
I
1 1
';
Hoofdstuk XIV. Electrische tractie § 85. 86.
Overzicht De .ove rbr enging tusschen motoras en rijtuigas ..
Blz . 84
84 88 88 91
94 95
96 96 96 100 104 104 105 110 112 112 113 117 119 125 125 127 130 131 133 141 145 147 150 153 153 153
7
7
Literatuuropgave
160
o
2
7
STOOMTRACTIE,
HOOFDSTUK I.
§ 1. Teneinde een inzicht te krijgen in de constructie van een stoomlocomotief, moet men zich een beeld vormen van de voorwaarden, die gesteld worden. Deze zijn geheel anders dan van een vaste installatie, en leiden dan ook tot een sterk afwijkende bouwwijze. Het pleit voor het geniale inzicht der eerste locomotiefconstructeurs. dat zij hiervoor een vorm hebben gevonden, die zich tot op heden heeft gehandhaafd. Hoewel in den loop der jaren tallooze proefnemingen met andere constructievormen genomen zijn, is het niet gelukt een oplossing te vinden, die beter aan de omstandigheden van het spoorwegbedrijf voldeed, dan wat wij willen noemen: de klassieke vorm van de " R ock e t" , van Stephenson. In het kort zijn de gestelde algerneene eischen de volgende: 1) 2) 3) 4) 5)
De locomotief moet in een bepaalde ruimte, het "profiel", passen. Zij moet haar eigen voorraden mee kunnen nemen. De loop moet bij alle snelheden rustig zijn. De constructie moet robust zijn. Het onderhoud moet goedkoop zijn.
Daarbij komen dan de bijzondere eischen, zooals deze worden omschreven in het z.g. "programma" van de locomotief, en die bepaald worden door de omstandigheden van een bepaald baanvak. Het zijn: 1) Vermogen. 2) Snelheid op de vlakke baan en op bepaalde hellingen. 3) Grootte der voorraden. 4) . Hoogst toegestane asdruk. 5) Kleinste straal der bogen. 6) Treinsoort. Het is wel duidelijk, dat de verschillende voorwaarden elkaar wederzijds belemmeren, en het is het doel van den constructeur, hiertusschen l'en harmonisch evenwicht te vinden.
8
"I'i I
~
-
- -----
-
§ 2. Om een denkbeeld te, geven van de afmetingen van een moderne st oomlo como tief, zijn in fig. 1 en 2 een A mer ik a ansche - en een Dui tsche machine uit het [aar 1939 <>Jgebeeld. Ter vergelijking zijn in onderstaande t a bel eveneens de hoofdafmetingen van een latere (1942) Amerikaansche en een oude Nederlandsche sneltreinlocomotief opgenomen :
Bouwjaar
19·12
Type
2Bn 2
\'.0 . vu urkist
46.5
Hl:'!
.1·15 ,5
In :!
\'.0. pijpen en buize n
D. H.B.
X .S .
1939
1939
HJIl
:3 nn a
21)2
2 C
P. R. H..
P .R.R .
Eigenaa r
.,
61 m? 465
Jll
\' ,0 , s too mvo r me nd
:392 In-
.526
In
\' .0, oververhitte r
156
2
Hl·l
In
ILO.
8.54
Stoomdruk
In In
2
21 at.
]2,3
31
lil:!
15
2
2.58
In
2
1:10
2
289
B I:!
2
] :32,5
In
2
21 a t ,
In
.5.0·1
In 2 In
2
1·1.5 m 2 4:3
2
111
2
20 at.;
(
2.8
2 111 In 2
]2 at..
Dia meter
502 mmo
5.59 mm .
520 mm .
400 mm.
Slag
660 mm.
660 mm.
720 mm.
660 mm.
Cvlinders {
4
Aanta l cv linders
3
4
Enkelvoudig of co mpo u nd enkelvo ud ig
enkelvoud ig 2] :1,1
4
e nkelvo ud ig
enke lvoudig .
2000 m m .
1850 mm .
Drij f'wield ia met er
20:32 mm.
T rek kracht
24060 k g,
28,1]0 kg.
] 22 t ,
128 t.
80 t.
225 t.
276 t.,
] ·13.5 t.
70 t.
422 t.
480 t.
225 .5 t.
112 t.
Ad h ne xiegewich t Dienstgewicht
+
Gewicht loc .
tender
In 111
20140 kg.
n5nO kg . ·18 t.
6750 mm ,
4200 mm .
924.5 mm.
8077 m m.
1.582,1 mm .
1960n m m .
14525 m m .
8650 m m.
374:3.1 mm .
42 7:35 m m .
26:34::; m m .
18·180 mm o
Water
37 t.
27 t.
K olen
7,1 In :~
Yaste radsta nd Ra d st a nd loc.
L e ng t e loc .
+
tender
Treingewicht op vlakke baa n
Literatuur
Met de
800 ] 60
t,
met
km/ h
R . Gaz. ]fJ46 1 blz. :3~O, 'J:31
lil
92.7
111:J
1000 t . me t l GO km h R ,~r.E . l n:39. blz. 164, :311
10 t . :38
In
6 t. 3
650 t . met 120 km/ h O r ga n 1939
blz . 3.5.1
18 m" 500 t. me t 90 km /h Boll em an K ijl st ra en Ln brijn : H e t. s poorwegma t erieel e n het spoo r. blz . :H.
de eerste kolom vermelde 2 BB 2-machine werden op den
9
3BB3 R I O S - L OC. PR R
~::.::..::......_
..;....r-----:~ ------.J -~1f u~ ~
_
-"
'\ r:
"
~~
~
'3(,0
'3 0
13300 /,13660
2.lJ2 .lZ7ro S-L Oe. .IJ. H.B. /. ~::ç---
n .o'·,
-
, r-' _:",J
~
~
"--
I•
.. -_........ ...
".
-.
'- -'\~OD ....
r
I
,.
'; " · :;':'~-i~· -, , "" ,,\ _ -- - ~ ~
J\. ./f 11- . 675'~
} ~\.
s
~
-.r21L: a
f"o '526
.?6 H'~
~ ~ 3S:~' Fig . 1 en
.1,
I
I
t
t
'5"2.
ó'z f
~.
proefstand te Altoona o.a. de volgende resu ltaten b ereik t 1) : Bij V = 160 krn/h b edroeg het ge indieeerde vermogen 6000-6500ipk. Het sp ec ifiek e stoomverbruik was daarbij q = 6,5-7 ,1 kg / ipkh- Het gr ootste vermogen Ni = 6552 ipk. werd ontwikkeld bij V = 138 km/ho . H et totale stoomv er b ruik bedroeg daarbij 46000 kg / h , dus q = 7, 1 kg / ipk h. · H e t m e chanisch rendement lag bij alle snelheden bo ven 90 °10 en w a s he t hoogst 197,5 OIo) bij V = 60 km/h en Ni = 4500 ipk. He t tota le r endement schommelde tusschen 5 °10 en 8 OIo en lag bij vermogens ben eden 5500 ipk. t u ssch cn 6,5 °10 en 7,5 °10.
§ 3. De stoomlocomotief is gebonden aan het natuurkundig-programma, dat aan de stoommachine ten grondslag is gelegd, d.w.z , de omstandigheden van de stoom (temperatuur en druk) aan het begin en aan he t ei nde v a n het proces. Bij normale locomotieven speelt het zich af tussche n de volgende grenzen: begintoestand van de stoom PI = .15-20 400 0 C. 'eind t oestand van de stoom Ps =1 ,2-1,4 , 160 0 C. j)
10
Sp , en T r . 1946, blz . 102. Bulletin 19·10 blz . S9.
kg / cm 2
absoluut ; tI = 350-
kg / cm 2
a bsoluut; t 2 =110-
- -- -
-
-
-
-
-'
--
-
--
-
-
-
Uit het W-S diagram kan b. v. de volgende adiabatische warmteval w orden afgelezen (figuur 3) : per kg. stoom. beschikbaar voor adiabatische warmteval : a
= W ,-W 2
~
770-630 = 140 kcal.
h et thermisch rendement is : _ W \-W 2 = 140 = 0182 1) W 770 ' 1
I] ad iab -
Deze lage waarde beheerscht de economie van de stoomlocomotief. Aangezien men echter wenscht, dat de stoom na de expansie nog over-
cal 770
X
a 670
o e
F ig . :3
n
1-
st
lt k.
a, 5-
'" Le
Ie
verhit is (teneinde ongewenschte condenstatie In de cylinders te vermijden) en er de volgende verliezen optreden: 1) drukval tusschen ketel en cylinders 2) onvolledige expansie 3) smoren bij in- en uitlaat 4) warmtewisseling met de cylinderwand 5) schadelijke ruimte in de cylinder 6) uitwendige afkoeling 7) lekken over zuiger en schuif IS de werkelijk optredende warmteval veel kleiner: 1
cl = Wt-W 2 = 770-670 = 100 kcal. Het thermodynamisch nuttig effect bedraagt:
0-
1]
therrnodyn -
d a
-
-
100 = 0,715. 140
-
' j B ij vorwua rlooz ing va n de t em perat u u r va n het k et el yoeding\\'a t e r. B rengt m en deze in r ek en ing (zooa ls in de tabel op figuur '1) dan word t het ad iabati';;ch nuttig; el feet g rooter. Z ie § 6,
11
Het thermisch nuttig effect van de arbeid van de stoom in de cylinders is dus: 17 ad iab
X
=
17 thermod yn
0, 182 X 0,715 = 0,130.
§ 4. Het thermisch nuttig] effect van de arbeid van de locomotie f, gemeten aan de trekhaak is : 1ltrek ha ak =
17 ketel
17ketel
X
17a diab
X
1lthe rmodyn
X
17 ID f C h
X 17Ioc.
als v oer tuig
Q}. b' - - - (zie § 17). Het c dr a agt ong evee r 0,75. B.R.h mechanisch nuttig effect van het drijfstang-kru kmechanisme. Het ligt tusschen 0,90 en 0,94.
17mechanis ch
17Ioc. als voel tuig
= het quotient, dat a ange eft welk gedeelte van de arbeid verbruikt wordt voor het overwinnen van de bewcgingsweerstand van de locomotief, en dat wo r dt uitgedrukt door de verhouding (trekkracht aan de trekhaak): (trekkracht aan de rail). Het is d uidelij k , dat bij hooge snelheden deze verhouding ongunstig w ord t; de luchtweerstand gaat een groote rol spelen. Zij ' va rieert van 0,86 bij lage snelheden tot 40 á 0,30 bij zeer hooge snelheid.. Hier moet de r eden gezocht w orden, waarom men tot het str oomlijne n van de loco motief is overgegaan.
°
Soms worden laatstgenoemde nuttige effecten gecombineerd tot een to taal mechanisch nuttig effect, dat uitgedrukt kan worden als het quotient EP K , waarbij de E P K het aan de trekhaak ontwikkelde vermoge n
I PK
voorstelt, en de l P K het in de cylinders ontwikkelde vermogen.
§ 5. Gebruik makende van de in het voorafgaande gegeven cijfers wordt nu het thermisch nuttig effect aan de trekhaak berekend : 1ltrekhaak =
0,75 X 0,182 X 0,715 X 0 ,94 X (0,86 à 0,30)
= 0,079 bij lage V = 0,028 bij zeer hooge V (in werkelijkheid is dit nog
kleiner, immers
1Jketel
zal bij hooge belasting dalen).
In vergelijking met vaste installa ties lijkt dit cijfer slechter, dan het in werkelijkheid is , omdat men bij de vaste installaties slechts zelden h et
12
--
-
-
-
- - - -=----====:...-- - -
- -
~-
-
-
Wt
fA. )
kcal
800
t
1
t
)
>
Fig. ·1
1
t
13
nuttig effect berekent voor de arbeid, die uiteindelijk' van de krachtbron geeischt wordt.
§ 6. In de loop der jaren zijn verschillende pogingen gedaan, door verbetering van 11adiab. -e en gunstiger nuttig effect te bereiken. Figuur 4 geeft een overzicht van de v er schill ende programma 's, di e geprobeerd zijn. Men heeft getracht, eenerzijds met hooge begindruk en -temperatuur (111 at. en 480 0 c.), anderzijds door compoundwerking (eventueel met tusschenoververhitting in tweedrukketels) , gepaard met lage einddruk (eventueel in turbines met condensatie] , de warmteva l zo o groot mogelijk te maken, terwijl door voedingwatervoorve rwarming of of exhaustinjecteurs de vormingawarmte (W I ' verminderd me t w armteinhoud voedingwater] verminderd werd. Een normale moderne machine heeft een thermisch nuttig effect in de c ylinders van ongeveer 11 oio, dus van 100 kcal. op het rooster en twik keld worden er 11 in de cylinders tot mechanische arbeid omgezet. Per 632 ipkh moet op het rooster X 100 = 5745 kcal ontwikkeld w or den.
11
.
632 Aan de trekhaak wordtl het b.v . X 100 = 8000 kcal / epkh . 7,9 Bij de hoogedruklocomotief van Löffler is de beschikbare warmteval 232 kcal. De warmteinhoud van de ve rsche stoom is 786 kcal /k g' bij de tussch en oververhitting wordt 65 . kcal /kg toegevoer d, de warm teinhoud v an het voedingwater bedraagt 115 kcal /kil !l) Zoodoende wordt 11 a diab = 0,315 en het thermisch nuttig effect in de cylinders 0,179 en aan de tr e khaak 0,134. Hiermede werd het verbruik 3530 kcal/ipkh en 4720 8000 / kcal/epkh. Het kolenverbruik zou dus van - - = 1,18 kg / epkh tot 6800 4720 = 0,69 kg/ epkh beperkt kunnen worden, dus een bespa ring van 6800 rond 40 oio ten opzichte van een normale machine. Het is echter in het bedrijf gebleken, dat bij deze bijzondere locomotie ve n de besparing in het kolenverbruik door de hoogere aanschaffings- en onderhoudskosten te niet worden gedaan. Sl echts de oververhitting , voedingwatervoorverwarming en de cornpoundeering hebben goed volda an en worden vrij algemeen toegepast. 2) ' ) D e con st r uc t ieve uit voe ri ng ci scht e ee n eenigs zins a nde re kringl oop d a n de h ier voorgeatclde, d och het p r inci pe'. is het zel fd e . ")
14
L it e ratu u r; N ordmnnn z.v.n.r ]6-6-19 34 . Chape lon R evu e G én éral e 2-1935 . N ordmann d ie L ok om otive 194J . blz . 153. Neese n di o L ok om ot.ive 194:3, ' blz . 1.
~-
-----==------
-=----=---==
-
HOOFDSTUK 11.
§ 7. De locomotiefketel is een langgerekte vlampijpketel met v ie rkante, watergekoelde vuurha ar d voor geforceerd bedrijf (figuur 5). De
-t-+-
-'-- ±----fJ+-
-lF=== ==========f- .- - ---\--\--
F ig . 5
brandstof wordt op' het rooster verbrand, en de verbrandingsgassen worden door de pijpenbundel naar de rookkast geleid, waaruit zij door de geforceerde trek van de afgewerkte stoom via de schoorsteen ontwi jk en. Het voedingwater wordt met behulp van injeeteurs (normale in' jec t eu r of exhaust injecteur] of een voedingpomp [vocdingwatervoorverw a rmer) in de ketel gebracht. De gevormde stoom wordt in de dom vi a de regulateur onttrokken en passeert de oververhitter alvorens in de cylinders arbeid te verrichten.
15
plaatse lijke · § 8. De brands tof is gewoo nlijk steenk ool. Bij bepaal de .of stooko lie , omstan dighed en komen ook andere brands toffen, b.v. hout hadde n geen en ichting ookinr koolst in aanme rking. Proeve n met poeder succes . (D.R.B., S.S). klein, Bij versto ken van hout is de benood igde luchth oeveel heid er nvang vonke dus smalle .rooste rsplete n. Verde r is voor een goede 3150 = zorg te dragen . Men rekent met een stookw aarde h tie van kcal/kg: 76 °10 vlucht ige bestan ddcele n en een stoom produc k ROh. st/ m, 3,5 kg stoom /kg hout en van 2800 g ven; h = 10.000 kcal/kg, 78 Ufo versto rs brande Stooko lie wordt in tie per kg . ongev eer 40 »t« produc Stoom vlucht ige bestan ddeele n. hooge r dan per kg. steenk ool. Afhan kelijk van de gebrui kte soort steenk ool, 6800 en 7975 kcal /kg'
variee rt
h
tussch en
bepaal d § 9. De hoevee lheid per uur versto okte brands tof wordt h ). O. kg/m'R. (B ing rbelast door het rooste ropper vlak (R m"] en de rooste ; bi j stoker den van kracht ke Een grens wordt gesteld door de physie nnrichti stooki rooste ropper vlakke n boven 5 m? moet men mecha nische gen toepas sen. st. Bij Het rooste ropper vlak hangt af van de vorm van de vuurki e ruim hoogst ten het gt bedraa smalle , tussch en het frame liggend e, kisten sen loopas 3 tot 1 door 3 m", Bij breede , op het frame rusten de, en sing toepas en onders teunde kisten kan, bij een rooste rbreed te tot 2,7 m 12 m" stijgen 10 tof vlak ropper rooste het , stoker van een', autom atische n k). (mode rne Ameri kaansc he practij á
de eerste § 10. De warmt eoverd racht in de vuurki st geschi edt in jpen vlampi de plaats door stralin g, in de tweed e plaats door convec tie; in st is dus hoofdz akelijk door convec tie. De tempe ratuur in de vuurki op het stwand vuurki de door afhank elijk van de warmt eoverd racht ketelw ater. Voor de verbra nding geldt de volgen de betrek king 1) : BRhl]r = BRGc p (Tg-Tl )
+ Qstr
onve rwaarin l]r = nuttig effect rooste r (l-l]r = verliez en door k). aschba de in brand in gassen , stibbe en asch, en door uitstra ling ')
16
Ingenie ur Hl24 , blz. 384 .
.e,
~n
G
= gewicht verbrandingsgassen per kg. brandstof; so ortelijke warmte verbrandingsgassen; absolute ga stemperatuur, vlak boven de brandstoflaag: = absolute temperatuur verbrandingslucht ; = stralings warrn te ;
0= =
in, er 50
aD
0/0
%
en
4,1 1> R
T
C~~)
4
-
"l.J
-= vormfaetor. Voor normale vuurkist zonder verbrandingskamer is 1> co 1. = absolute temp. in de brandstoflaag: = absolute temp. in de vuurkistwand.
Bij stationnaire ketels is 1> < 1, dus de temperatuur hooger. Bij toe nemende B neemt de temperatuur niet zoo snel toe als bij een landketel I
·e fStlO
a
"
rr
,,;.,
tJ ,?"
'''',.,
bij in -
T
~ 10~) 1 -
Qstr =
/
tYM
,.... f;'fJrJ
'/(Jd
......
. ~ t~
~~
,.-
V
fOfJrJ
Bij
I't1d
,,?dtJ
JtI(J
~(J(J
r"Nürh<>lastin~
500
6dt7
-o//"./t? ajh
tirn
;e n ing ~en
-st e pen dus het
ze r -
ak ).
Fig . 6
(fig. 6), doch bij de voor beide soorten gebruikelijke roosterbelastingen zi jn de vuurkisttemperaturen ongeveer gelijk. Zie: Lawford H. Fry, Heat Transfer in the Locomotive Boiler. Trans ac tioris of the Am. Soc. of M echanical Engineers 1946.
§ 11. De vuurbrug bevordert de goede menging der gassen met de v er b ra ndingslu ch t en een goede verdceling van de gasstroom over de pijpenplaat. Vaak worden waterpijpen aangebracht; zij dienen ter onderst euni ng van de vuurbrug en bevorderen tevens de watercirculatie. Dit is uitgegroeid tot de z.g . "syphons", die in veel sterkere mate nog dan -d e wa terpijpen de circulatie bevorderen en die met hun groote oppervlak veel stralingswarmte kunnen opnemen. In Europa werd gewoonlijk de vu ur k ist van koper gemaakt. De voordeelen van koper zijn: 1) bestand tegen corrosie en inwerking der verbrandingsgassen ; 2) goed t e bewerken; 3) warmte geleidingsvermogen -veel beter dan van staal; 4) vermijding v a n warmtestuwinge n: 5) het materiaal behoudt zijn waarde als schroot.
17
De nadeelen zijn : 1)
2)
hooge prijs j slechte me chanische eigenschappen bij ho oge te mper atuur.
Ï n Amerika heeft men zich op stalen vuurkisten ingesteld , terwijl in de la a tste jaren ook in Europa deze constructievorm v el d begint te w innen. Door het toepassen van syphons en verbrandingskame rs (zoodo ende het bestraalde oppervlak sterk vergrootend. de afstand tussc hen de pijp enplaten beperkend en de circulatie verbeterend) gepaard me t e en lage roosterbelasting (mogelijk gemaakt door de zeer groote roosters) heeft men de bezwaren van de slechte warmtegeleiding weten tel ondervangen. Het inbouwen van waterpijpen en syphons in k op eren vuurkisten levert nog moeilijkheden op. Dit is een bezwaar, voor a l omdat de intensieve watercirculatie wegvalt.
§ 12. De warmteoverdracht in de langsketel va lt moeilijk langs theoretische weg te berekenen. Ondanks ve le pogingen 1) is nog ge en bevredigende methode gevonden. In de practijk berekent me n he t V O st . en het VOovop grond van ervaringscijfers, bij proe ven v erk r eg en( § 22). De gasstroom moet zich gelijkmatig over de vlampijpen en -buize n verdeeleu, Teneinde de doorstroomingsweerstand in de verschillend wijde doortochten gelijk te maken, geeft Wagner 2) de v olgende rekenmethode a an voor lange ketels: D = vrije doorsnede van een vlampijp of -buis. F = aanrakings-oppervlak der verbrandingsgassen met de door water gek oelde wand en de door stoom gekoelde oververhitterelementen. R =
D F
= hydraulische radius. 1
F
R = D =
400 - : 420 .
§ 13. Het doel van de exhaustwerking is het bereiken va n een zoo h oog mogelijk rookkast-vacuum bij een zoo laag mogelijke te gendruk op de cylinders. De zeer uitgebreide onderzoekingen op dit gebied heeft "vijlen ir, P. de Gruyter Sr. in de Ingenieur van Nederlandsch Indië van Juli 1935 beschreven. 1) B arsk e : Re chn er-ische U nt e r suc h u ng de r änn eüb ertragung in Lokomotiv-Ke s xeln. H a n nove r 1930. Chapelon: L a locomit ive à vape ur. P a rij s -1938 . P ostu pal sk i : Or g an 1943 , blz . 283. H ei se: di e L okomot.ive 1943 , bl z . 95. S) Wagner : Z .\' .D.l. 1929, blz. 12lï . .
18
~-
-
--
~
.
------- -
-
§ 14. Bij ketelvoeding onderscheidt men tw ee functies (figuur 7) 10.) het inbrengen! van het voedingwater in de ketel i 20.) het voorverwarmen v a n het voedingwater.
:Ie :n .
.et nge en I njecteur.
en m-
~!1/' e'7.el
~
ater
!!..na!!..a!!..r~"~e~te{ - ~.
or"t!.Y:e
p"_t!._r,,_".. el ~ o-
en en
-rer"she!Jto.",
.
.-t-.
~2 ).
:e n [d e
id e
Ex ha.ust -Injecteur Ef9.e",e,.H.. stoo,"
)or er-
zoo op
eelt
va n \rceding wo.ter - Voorverwo.rmer .
se in.
Fig. 7
a)
Injccteur : Beide functies worden door de versche stoom verricht. 17m~ ch . laag, doch 17therm. zeer hoog (99 % ). Levert geen besparing
19
b)
c]
op, want de ternperatuursverhooging va n het voedi ngwater (tot 80 0 bij intrede k etel) wordt verkregen door gebruik van versche stoom. E xhaust-inj ecteur, Beide functies worden gezamelijk do or afgewerk te en versche stoom verricht, Het w a rmte a an de el d er a fgew erk t e stoom bij 14 at. keteldruk en 1,2 at t egendru k bedra a gt ('V 58 "[«, d.w.z. een besparing van 6,5 oio t.o.v. 'd e vers ch e stoom injecteur. Uitvoering: Davles and Metcalfe. Pomp met voedingwatervoorverwarmer. De e ers te fu nctie wo rdt door de pomp verricht, die versche stoom verb r uik t. De' tw eede door afgewerkte stoom. Bij een voedingwatertemperatuur van 95 ° bedraagt de bruto winst (VOOri 14 at. keteldruk en 1,2 at. tegendruk] 95-10= 12,5 OIo. Verminderd met het stoomverbruik va n de p omp , is de 667 netto winst: Voor ,pomp: 12,5-2,5 = 10 OIo; Voor compound-pomp: 12,5-1,5 = 11 OIo . Uitvo eringen: Knorr, Dabeg, Worthington, A CF I.
§ 15. De stoomproductie is niet gelijkmatig over de k etellengt e verdeeld. Proeven hebben aangetoond dat ongeveer ~ tot ~ van de totale -
'l
.
3
stoomproductie boven de vuurkist plaats vindt. In de pijpe nbund el neemt de gastemperatuur snel af, dus d e waarde van h et st oomvormend V.O. varieert sterk (b.v. van 360 kg/m 'VO.h bo ven de vuu r kist tot 10 kg/ m'VO.h bij de voorpijpenplaat], hetgeen bi j de bepaling d er hoofdafmetingen in rekening gebracht mo et worden. Er kunnen in d e vu urkist wand plaatselijk ze er hoogc temperaturen optreden, zoo al s uit onders t a an d voorbeeld blijkt: Stoomproductie per m ~ vuurkistoppervlak = 320 kg/m".h Vormingswarrnte stoom van 14 at. en 350 ° C = 640 kca l / kg (bij toepassing va n V.W.V.W.) V.O. vuurkist = 15 m? B " = 500 kJ ,'h R = 3 m? h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = 6800 kca 1 / kg 11r • •. . • .• • . • •. . . • . . • . . • • • . . .. .•. .• . = 0,95 per uur passecren de vuurkistwand : 15 X 320 X 640 = 3072000 kca l Ih " " wordt op het rooster ontwikkeld : 500 X3 X6800 XO,95 =9690000 kca\ I h dus ('V. 1/3 van de ontwikkelde warmte passe ert de vuurkistwand.
20
-
'
Noem (fig. 8)
°
e
temperatuur vuurzijde wand waterzijde !I !I ketelwater !I !I wa terzijde ketelsteen Bij stoom van 14 at. is t k = 197 0 en t w,-tk
t W1 t w, tk
lt
= C'.)
t,
10°,
0,
r.
.e
F ig .. 8
re Û
ld
o
:l. t-
r-
T, )
~o
t-
Per mmo materiaaldikte is het warmtegeleidingsvermogen per m 2 en per c C temperatuursverschil : roodkoper 300.000 kcal/m• -c.s ijzer 60.000 kcal /mz -c.s. ketelsteen 2.000 kcal /mz-c.s. In ons voorbeeld is de warmtedoorgang per m 2 per uur: 320 >< 640 C'.) 200.000 kcal /m ' . h. 1 200.000 Koperen vuurkist: d, 16 mmo Per mmo plaatdikte =-= 2/3 0 300.000 t emper átuursverschil. Dus over de geheele wanddikte ló X 213 = 11°. 200.000 Ijzeren vuurkist: d, = 10 mmo Per mmo plaat dikte = 3,3 0 60 .000 temperatuurverschil. ' Dus over de geheele wanddikte 10 X 3,3 = 33 u .
,
2ooCoo
= 100 ° ternperatuursverschil 2.000 , Bijgaande tabel geeft de temperatuur voor verschillende waarden van d 2 : d2 0 1 2 3 mm k etelsteen tk 197 197 197 197 °C ts 207 207 207 °C tw. 207 307 407 507 °C tW lkoper 218 318 418 518 °C tW 1ilzer 240 340 440 540 °C Ketelsteen: per mmo ketelsteen
21
400° . Cu brandt af en verlies t zijn va stheid bij tempe ratuur boven F e v erande rt van structu ur en n eemt C op. tige Hierui t blijkt bo vendie n de noodza kelijkh eid van een r egelma ater. dingw oe v t he ketelre iniging en va n een goede hoedan igheid van
~ . , • . B,h
* z
-
:~
=, .
h ~ stook w .. ard p
~'!l~~ iÎR I.,...-
6 800 kc a l.
Voo,. IS.a1. en 350 ·c x , 662 kca f.voo,./oc met v.wv. ~ z o ~ "' V.W V. x, 74 2 Cl. 7.0 k9 ,toom/ iPkh. en " FO q. ' 6.5
"
9Y.,a~ I............. ~~~
V ~V ./ /'
ra
R
9/b
'Ik. '0.88- 0.06 1. 8 . s,:~0 .
1/ -:
"""
~~ .>
.:0
)OClO
h e:
000
~
1000
,/
.-/ /10"'"
-'
-
-
.-
-~
~
~
I
t
I
:
I I
400
450
350
2'50
200
I
I
I I
500
300
I
300
200
I
---r
..
~""~
~
I
550
:,....-10"'"
•
-: ,
./
~. ~ V
00
V
. - 1-.
j..-
.- ~ 7(' ...--r Vi III i
.: ?"/
500
V r
/' y
P'"
600
~
r
150 100
500
800
700
'I k %
1
80
12.}
ti-
1.
~
"'i ~ ~
,j
IlO I
2 3
sa
4
5 8 7
0 100
-
~~
--
r~ ~ r--: t--- ~ r-- ~ p...-.Q1'---. , ~ ~ "'""---- ......., -...:: :::--.. 2 r- r~ ~ I'--- ~ ~ 9'
70
~
............
--
-
-'--
-
2el 20. zcr 8 ORB . 01 .E 115 2C PB IE2 9 c.a.Q . M4 29 B. St. ter-r; s üe t) 101 Ho.Pu. 1699 PO 240.701 20 " Rusl.Lomono ssoffE 231 ,722 2e l 12 , •• 0•• • _O,O.' .~
. ""'"
P R.R.
1<45
~
""-.:.<,
.
--9
~
........
--
~
~~ ~ :--l.. ~
--.!f-.. 2
4
.
200
300
500
600
Fig . 9
De voorde elen van het overve rhitten van de stoom zijn: Groote r soortel ijk volum e, dus zuinig er stoom verbru ik. Overv erhitte stoom blijft bij expans ie droog. van Door de slechte warmt egeleid ing wordt he t afk oelings verlies de cylind erwan d kleine r. ov erverBij gelijke ketelaf meting en wordt het vermo gen door h e t o.a . : zijn ormen uctiev vergro ot. Constr hitten van de stoom 30 % Schmi dt, Wague r, Houlet .
§ 16. 1) 2) 3)
22
".
~
~-
._ - -
--
--
-
-
.
-----
§ 17. De stoomproductie is afhankelijk van de (figuu r 9). Bij toenemende roosterbelasting neemt echter v a n de ketel af. Dit blijkt uit onderstaande cijfers 1) : B = 429 1090 145 302 Va cuum rookkast 58,9 38,8 Voor stoomvorming gebruikt 14,8 11,1 Afgevoerd met v e r b ran di n gsga sse n 9,4 23,5 Uit schoorsteen geslingerde stibbe 7,4 16,8 Ui tst ralings- en andere verliezen 9,5 9,8 Sluitpost (onverbrand in asch etc.) Is Q = totale stoomproductie 10 k9/h , dan is het
roosterbelasting het nuttig effect kg/ m ' R .O .h
mmo waterkolom
Ofo OIo OIo
Ofo 0/0
nuttig effect van
Q .J.
Het verband tusschen 17k en B kan voor elke B.R.h locomotief onderzocht worden. In het onderste deel van figuur 9 is dit voor een aantal machines gedaan. De lijnen kunnen worden opgevat als B. 6800 stelt een een functie 17k = a - b B. De lijn 17k = 0,86-0,061 106 gemiddelde voor, dat bij de berekening voor een moderne locomotief mag worden aangenomen.
d e k ete I
17k =
-
17k =
Q
Q}.
= a.R.h. B _ J,
dQ
-
dB
=
en 17k
0
levert maximum Q :
= a-
b . .5!.... Th
= .5!.... 2
= a-
B.R.h -
bB
b Rh B2 }.
2 2 2} a R h {a a Rh 2b - 4b = 4b J.
a B = 2 b en Qmax.
=T
• Gebruik makende v a n de aangegeven
.
waarden
vinden wij zoodoende :Qmax. = 4700 kg/ m• RO .h met V.W.V. 4240 kg/ m, RO .h zonder V.W.V. waarbij echter het nuttig effect daalt tot : 17k = 0,43 (zonder oververhitting in rekening te brengen). Qmax. =
zan
'era. :
') Un iversit.y of lllinois Bulle t in X o. 82 . Se pt. 1915. Resultaten va n ketelproeven me t moderne Amerik aansche medegedeeld in de R .l\L E . 1940, blz . 43.
stoomlocomotieven
worden
23
HOOFDSTUK III
§ 18. De zuigerstoommachine beheerscht het beeld van de stoom tractie. Proeven met andere machinesoorten (turbine : Lj üngströrn , KruppZoelly, Winthertur; turbo-electrisch: Reid-MacLeod, General-Electriet in dividueele asaandrijving: Sentinel, Henschel, Brown-Boveri] zijn veelvuldig genomen, doch de hooge kosten zijn ocrzaak geworden, dat ten op zichte van andere tractiesoorten geen voordeel werd verkregen. § 19. Per drijfwielomwenteling wordt in de cylinder de volgende arbeid verricht: nd 2 A = . 2 l. Plll' waarm d = cyl. diameter in cm, l = slag In cm" 4 en Po = gemiddelde zuigerdruk in' kg / em2. Dus bij n ':Jmw·/see. wordt nd 2 de arbeid: . l . Pm : n 4
Voor een 2 cylinderlocomotiefwordt zoodoende het geïndiceerd vermogen : 2
2 . nd _ . 2 l . Pm . n
Ni = _ _ 4---==:-:,---_ -'7500
Noemt men
nd 2 1 4 . I. 1000 = slagvolume in ' liters van één cylinder
= J,
dan is N = 0,533 J P.n n . Wordt nu het totale stoomverbruik (Q) constant gehouden, dan is de kromme te teekenen, die het verband tusschen Ni en n bij een bepaald stoomverbruik Qr aangeeft. Om een juiste vergelijkingsbasis te vinden, wordt het vermogen van de proefondervindelijk onderzochte machines gereduceerd tot het vermogen v a n een 2-cyl. , locomotief, waarvan elke cylinder een slagvolume van 100 1. heeft. Het stoomverbruik wordt daarbij aangeduid door M en het vermogen door Ni 100 53,3 Pro. n. Verder is Q = IJ· M en Ni = P Ni 100
1-
.u
JXn
e (ne = aantal cyls.]. 2 X 100 . Het, vermogen, is recht evenredig met het product Pm.n.Bij toenemende snelheid; stijgt aanvankelijk n .sn ell e r dan Pm daalt, naderhand evenwel
dus
24
=
f
n-
--
_
_
_
_~
_ _. _ _ _ _ _ _
_
niet meer. De kromme N i 100 -n vertoont dus een maximum. De daling van Pm is toe te schrijven aan de toenemende knijpverliezen in de cylin d ers. Teneinde P m zoo hoog mogelijk te maken trachf men: 1) de drukval tusschen ketel en schuifkast te beperken (inwendig stroomlijnen) ; 2) h et knijpen; van de stoom bij in- en uitlaat te verminderen (kleppen in pl . v . schuiven). H e t gemiddelde v a n de ge vonden waarden vere enigt men tot d e krommenbundel Ni 100-n voor verschillend e waarden van M (figuur 10). Voegt
p-
n· lI-
p-
men hier de krommen q - n (q = sp e cifie k stoomverbruik in
M)
N; 100
Ni 100 1200
1000
-
HI"eooo 1- - '
900
1"
700
dt
-
600 -
5600
500 -
I 40 00
-
./
6000
./
----
-~uu
400
n:
-
300
/
..--
-
/
/
..-
./
?
i,....-
......-
7000
eoo - -
,
L..- I -
1100 f - -
Ie
k9/ ipkh
-
/
........
/
/ /
/ /
-.;;;:
--
200 100
o
J,
1
2
4
3
5
q
I
9
,\
~\ 6000 3000 ~ 7000 H=eooo 4000 ~ ~ <, <, '"'-.!
8
x
I 5'f0
~n
~
<,
7 --:::
no
in
,lil et 00
GELDIG VOOR
M
r0
TOTAAL STOOMVERBRU IK
Ui 100 = TOTAAL VERMOG EH ~
:Ie
=
3
2
= 5TOOM VE RB RUI K
6 n omw/sec.
4 • 16
at •
kg/h lpk kgj ipkh
{
3~0·e.
.Ie locomotief
waar-
van elke mach.nehelft 100 I sl4gvolume h ••ft.
Fig. 10
el
25
aan toe, dan heeft men eerr basis gevonden voor het na re k en en van een bestaande locomotief en het ontwerpen van een -nieuwe. De afgebeelde krommen gelden slechts voor p = 16 a t en t = 350 0 C. Bij andere drukken en temperaturen moeten corr ectiefa ctoren w or den in gevoerd. De correctiefactor voor de druk bedraa gt 3 % voor elke at boven of onder de 16 at Voor p = 14 a t w ordt de factor b.v. 1-(16-14) X 0,03 = 1-0,06 = 0,94; N 1 100 (14) = 0,94 N i 100(16). Voor elke 6 0 verschil met 350 0 is NI 100 te vermeerderen of te vermin deren met 1 % . B.v. t = 360 0 geeft de correctie factor 1
= 1,0167 j NI I00(360) =
+ (360- 350)
0,01 6
1,0167 Ni 100 (350)'
Dus Ni 100 (H .at 360 0) = 0,94 X 1,0167 Ni 100(16 at 350 0) = 0,955 N i 100 (16 at 350 0) Bij moderne machines rekent men met q 11 -[ - 0 en q = 5,5-6,Okg stoom/ i pkh voor IV
= 6,5-7 ,0 kg stoom / i pkh
I=- O .
voor
§ 20. Del geindiee er de trekkracht Ti wordt besteed a a n h et ove rwinnen van de treinweerstand en het versnellen va n de trein. De weerstand bestaat uit : al bewegingsweerstand op de vlakke, rechte baan : b) hellingweerstand : c] bochtweerstand . De bewegingsweerstand (zie § 74) wordt teweeggebracht door : 1) wrijving in het aandrijfmechanisme van de locomo ti ef ; 2) tapwrijving: 3) rollende wrijving; 4) luchtweerstand; 5) restweerstand. De wrijving in het aandrijfmechanisme kan slechts indirect bepaald worden. Tapwrijving en rollende wrijving worden op proefstanden gemeten. De luchtweerstand kan niet direct bepaald worden: met behu lp v an modelproeven in de windtunnel kan men zich evenwel een voorstelling vormen van de optredende verschijnselen 1). In de restw eerstand liggen de invloeden opgesloten, die niet voor meting vatbaar zijn, zooals : toe stand van de bovenbouw, loop van de voertuigen in het spoor, toestand der veering en van het stoot- en trekwerk. Het is dan ook niet mogelijk langs bovengenoemde weg tot een bruikbare formule te komen ; en de gebruikelijke methode is , op grond van proefritten met het dynamome ter')
26
West en dorp, I ngen ieur 1933 No . 28. Nordrnann , Or gan 1935, blz . 395 . 'I'aschin ger, E . B . 1942, blz. 66 . L ipetz. Tran sact ion s Ame r. Soc . Mech . Eng. 1937, blz. 617.
I'
- - -
_
.
-
---~---
-
-
rijtuig en uitloopproeven, een formule samen te stellen. De a lgemeene vorm is : W = (a + b V) Ge cV /; w a a r in V = snelheid van de trein, G t = treingewicht: V r = relatieve snelheid van de trein, t.o. v , de lucht ; en a , b en c constanten. Van de vele weerstandsformules in de loop der jaren opgesteld 1), worden hier een drietal opgegeven: Voor stoomlocomotieven luidt de gewijzigde formul e van Strahl 2) :
+
or or n·
01
+
W =:= 2 . . G[
+ 0,6 P F
c. G adh .
(V
6
waarin : W = weerstand loc. loopassen van loc. + tender. G adh = adhaesiegewicht in t, G,
C = en
le-
ald
C= C= C = C= C = C = C = C = C =
5,8 voor 2 7,8 " 2 7,3 11 3 9,3 11 3 8,4 4 10,4 11 4 9,3 11 5 11,3 ,, 5 10 " 6 12 6 !I
!I
a 6,2 v oo r V = 20
~e n
oemd lijk de .e r -
+
t
tender in kg , G[
!I !I
4,0 30
!I
!I
1,7 60
2,7 40
t
= gewicht'! in t op de
+ tender.
1 voor normale loc. 0,75 voor gedeeltelijk gestroomlijnde loc. (drijfwerk open) fi = 0,45 voor volledig gestroomlijnde locomotief. F = 10 m 2 bij ldcin'e locs. F = 12 m " bij groote locs. V = snelheid in krn/h 8 = toeslag om rekening te houden met de wind.
!I
"
G[ +
fi = P=
!I
!I
Cl
= dienstgewicht in t van: loc .
gek. assen en 2 cyl, " 11 11 4 11 11 11 11 2 11 " " 11 4 !1 " 11 2 " ,. 11 4 !1 11 11 2 4 ,, 11 2 " " 11 4 11 !I
2
1 80
0,6 100
0,4 120
0,3 140
0 ,2 160
0,15 lRO km/h o
De formule van Sauthoff 3) v oor personenrijtuigen luidt:
Je-
-a n ing
+
~ 8) +
W =l,9
W = w e e rst a n d in
+ b.
V
+ 0,0048
kg/ t trelngew
V = snelheid in km/ h G = treingew. in t 11 = aantal rijtuigen V r = relatieve snelheid t.o .v. lucht in km/ h ') ")
~)
(n
G
b b b f f f
+
2,7) f (V r
10
)2
= 0,0025 voor 4 assigo rijtuigen. 11 3 ., " " 2 11 " = 1,45 moderne D rijtuigen. = 1,55 11 oude D 11 = 1,15 2- en 3-assig materieel.
= 0,004 = 0,007
!I
N ord rn a nn , Gla sers Ann a len 1916, bl z. 133 . Vogel pohl , Z .V .D.I. ] 935, bl z. 851. E ck ha rd, d ie Loko motive 1939, blz. 18 7. Nor dm ann , Gla se rs 'Ann alen 1932-1I, bl z . 87.
27
Voor goederenwagens wordt nog gebruik gemaak l van de oude formule van Strahl :
W= W = wee rstan d in kgf t
Vr
=
2,5
+
(~~Y
Cl
trcinq ew .
relatieve snel heid t,o. v. de lucht. 1
voor beladen goe de renw a ge ns .
40 1.
10
voor leege goederenwagens.
De weerstand op een helling (hellingshoek = rtl) b edraagt :
G sin a Drukt men de hellingshoek uit in i 0 /001 d.w.z . i mm stijging per strekWheJliog =
kende
111,
dan is sin a = i. Dus
= stijging in
~ ~
0 / 00 '
De boçhtweers tand
i : de hellingswecrstand in kg / t
. trcing w.
/
IS
nog onvolledig onderzocht. Protopapadakis
233,2
&e e f t aan voor norrnaa 1spoor : W bocht
+R103,4 a kg ,/t tre.rn qew. [winter] w inter
275
W l-oc ht
1)
+ 78 a R
k9 f t treinqew .
(zomer) .
waann a = vaste radstand in m. R == st ra al vld boog in m.
§ 21. Tusschen Ti en Ni bestaat de volgende betrekking bij een 2 cyl. I- locomotief : Ti X V = N. (T in kri V in km /h N·
270
1
I
.
T X n 7t D X 3600 1 10 5 Na omvorming : 270 2 Pm d 1 In cm) vinden wij : Ti D De trekkracht aan de rail Td = ')
28
5'
,
1
In
pk],
2
7t
I/dr
d 1 . Pm . n (D = drijfwieldiameter 7500
Ti
(I/dr
=
mechanisch nu ttig effect
Bu!let in du Congrès Int erna t ion al des Chemi ns de Fer 19.37, blz. 1540 .
~
-
-.
'
-
d 21
Vervangen wij Ildr Pm door D p d 21 c P [p = keteldruk, C = constante), dan verkrijgen wij Td = C - - . Van D deze uitdrukking maken wij gebruik om de aanzettrekkracht van een locomotief te berekenen. p d2 1 c - l\65-0,70 Voor II IS T d = c - D 3 p d2 1 IS Td = - c - Vo or III 12 D p d2 1 Voor IV l- IS T d = 2c - D P dj 2 1 dl = diameter L.D. cyls. in cm. Voor IV F is T d = Cl - Daandrijfmechanisme), dus Tod = 'ldr P m
l-
k-
Cl
C')
0,42
[W .
1)
rr)
sr)
yl.
Een grens wordt gesteld door de wrijving tusschen wiel en rail. Deze bedraagt f G adh : Voor f mag worden aangenomen: 1 1 normaal bedrijf f = 5 6 1 bij zands lrooien f = 3) 1 I bij gladde rails f = 20 10 De eisch is, dat Td -= f G adh . Toenemende vermogens hebben zoodoende geleid tot het koppelen van meerdere assen. In de laatste tijd gaat men er in Amerika echter toe over, het cylindervermogen te verdeelen over verschillende drijfwerken (zie figuur 1), aangezien de krukas niet meer het volle vermogen kon opnemen.
er
29
·
HOOFDSTUK IV.
§ 22. De gang van de berekening der hoofdafmetingen is nu de volgende ; In het programma (§ 1) wordt voorgeschreven, dat de locomotief een bepaald treingewicht (G voert. t) met bepaalde snelheid (Vkm/ h) op de vlakke baan of op een helling (i °/"0) moet kunnen trekken. Een voorloopige schatting (aan de hand van bestaande uitvoeringen) levert het locomotiefgewicht (G loe t) en het adhaesiegewicht (Gadh . ). Met behulp van de weerstandsformules worden W 1oe. W voer~.t , Whelling en Wboeht berekend. Nu moet Ti =2: W, waaruit dus Ti gevonden wordt. Het vermogen is te vinden uit N, = Ti
,
XV no .
Kiest men vervolgens n [mo-
derne machines hebben r C'.) 5,5-6 omw./ sec), dan vindt men D. Na keuze van keteldruk (p) en stoomtemperatuur (t) kan in het diagram (figuur" 10), eventueel gecorrigeerd voor druk en temperatuur: uitgaande van de gedachte, dat het laagste stoomverbruik moet optreden bij normale dienst snelheid, voor de berekende n het gunstigste specifieke stoomverbruik q afgelezen worden. Daarbij hoort een bepaalde M, waarna in het bovenste deel van het diagram Ni 100 bepaald wordt. Q N· Nu IS - I =fl hetgeen ons lil staat stelt ketel- en cylinderafmeM- Ni 100 ' tingen te berekenen. De ketel moet dus Q kg.stoom/h leveren. Rekening met het stoomverbruik van hulpwerktuigen behoeft niet gehouden te worden, aangezien dit in de ervaringscijfers verwerkt is, en slechts een kleinefraetie van het totaal uitmaakt. Kiest men B dan vindt men R uit de verhouding
~
of
~
(figuur 9). Let echter Op, dat de figuur slechts .gel d t Ivoor q
=
resp. 7,0 kg!ipkh, zoodat voor een andere waarde van q de krommen
6,5
RI
opnieuw geteekend moeten worden.' Op grond van ervaringscijfers kiest men voorts Vast C'.) 50 R en VO ov
1
1
à Vast. Een andere bereke3 2,2 ningswijzc VOOr Vast gaat uit van een gemiddelde stoomproductie bij
30
C'.)
-
--
norm ale ketelbelasting van 57-60 kg stoom/ m2. VO~t/h .
v ol-
een de iEen vert been rrdt .
[mo-
het .u ur , eden ieke alde
rrdt.
lme -
ver zien van ding
De cylinderafmetingen worden gevonden uit I X n e = ,u (§ 19). M e n 2 X 100 ki est het aantal cylinders rekening houdende met de voor- en nadeel en van de verschillende uitvoeringen. Zoo hebben 2 cylinders het v oor de el va n kleine afkoel ingsverliezen, doch het nadeel van ongunstige krachts . w er k ing . Drie cylinders geven een gelijkmatige · t r ekk r a ch tverd eelinr' per drijfwiel omwenteling en een betere balanceering, Vier cylinders Zijl. he el goed te balanceeren en geven een lichf drijfwerk. Compoundwerking is op haar plaats, wanneer lange ritten zonder oponthoud worden afgelegd. De slaglengte bedraagt 660-720 mm.; met behulp van de gevonden I en de gekozen n e kan de diameter d bepaald worden Aan de hand van deze algemeene gegevens zoekt men in de lit e r a tuu r een uitgevoerde machine van ongeveer dezelfde afmetingen op en construeert in overeenstemming hiermee verder. Het voltooide ontwerp word t dan nogmaals aan een contr öleberekening onderworpen.
§ 23. Het is duidelijk, dat door de keuze van B een zekere reserve ge schapen wordt. Men neemt n.l. bij voorkeur B niet te hoog, teneinde de k etel bij normale belasting met een gunstig nuttig effect te laten werken. Bij het ontwerp rekent men met B <."J 500 kgf m 2 R.O . h. Wij onderscheiden: 1) normale ketelbelasting : 2) grootste vol te houden ketelbelasting : 3) grootste tijdelijke ketelbelasting. Door opvoeren van B verkrijgt men de grootste vol te houden ketel belasting. In de practijk wordt soms B = 1000 kg/m 2RO.h bereikt. Dit hooge cijfer geeft Chapelon op v oor de locn. der Mij. P.O . Zet men de ketelvoeding af , dan is de stoomproductie nog verder te vergroeten. Men teert ' hi erbij de waterreserve van de ketel in, en kan ' dit slechts korte tijd (afhankelijk van de ketelgrootte] volhouden. De mogelijkheid tot het overbelasten is een ze er gunstige eigenschap, die de stoomlocomotief bij uitstek geschikt doet zijn VOOr de tractiedienst.
= 6,5
§ 24.
I
Ti_ X -V: - N i -
1 -
R
ciest
ekebij
In het trekk rachtdiagram (figuur 11) wordt Ti berekend uit
. ' de grens biiIJ de ed UItgezet a 1s Iuncti unctie van V . B" IJ 1age V llIgt 270 a dh a esiet re k k r a ch t f. G adh . Na aftrek van de totale treinweerstand houdt m en het tractie diagram over, dat het verband geeft tusschen vrije vers n ellin gsk r a ch t en snelheid. Dit laatste wordt gebruikt als grondslag voor het bepalen der Vos en V-t diagrammen, die het uitgangspunt vormen va n de rijtijdberekening.
31
!DIn r a 18000
~-
I \
-,
16000
s-t.oc
-~
· d. ~ OlLInO m f:t e r ry t
-
\
-- -- -
\
e~,..ekenl n9
<, i'.'
HOOO
""--,,
12 000
r-; <,
""
10000
".~~ ~ .6~r;;- _
8000
t.>",~
--
~ I--
----
6()(J(J
~ooo
I
- -u~ t e " re g
:---
~
vJ\.e ~te"d.· r y
2000
:t
t-
'N lOC.t'; Itd..r ( St ro.hU
I
o 50
30
70
60
90
F ig . 11
§ 25. Voorbeeld: 1 D 1 2 cvl. l- 0 typ e 5 der N.M.B.S. (figuur 11). Hoofdafmetingen: p = 14 at. R = 5,5 m", Va st = 284 m", VO ov = 112,5. m". D = 1700 mm., d = 720 mm .• I = 720 m m. , G I = 122.7 t, G adh = 90,8 t, G 1 t = 213,5 t. Uit de voor 14 at. gecorrigeerde diagrammen lezen w ij af :
+
bi j B = 500 kg / m2 ROh is
=- 1815Ü k g stoom / h I =
~
:Ir x
= 3300 kg / m2.RO h en Q 7,2~
X 7,2 X :2 = 586 liter.
5,5 X 3300 /I -
4
.
18150 = 2,93. M = - = 6190kg stoom/ho 2,93 4,5 . 5 4 n= 1 2 3 3,5 19,2 38,4 57.6 67,2 76,8 85,5 96 v= 658 770 846 865 884 884 893 Ni lOO = .N, = 1928 2256 2478 2534 2590 2616 2590 8 7,3 7,15 7 7 q = 9,4 6.9
Ti _27~Ni _ W 1+ t =
/ 27 2406
15.9 1780
11.6 1697
De adhaesietrekkracht bij f =
10,29,1
8,3
7,3
1722
1823
1936
~ is
5
1763
90,8 X
l.
=
5,5
ornw /
sec.
105 .k m/ h
860 pk 2520 pk 7,2 kg/ ipkh 6,5 t 2056 kg
18,16 t.
. Er b lijkt ee n goede overe ens te mming te zijn tu sschen dez e waarden en de waarden. gevonden op proefritten met het d ynarn om e lerrijtuig: het grootste verschil bedraagt niet meer dan 10 %.
32
5
586 2 X 100
---
~
---
--
'
-
HOOFDSTUK V.
§ 26. De meeste betrekkingen, bij het locomotiefontwerp gebruikt. berusten op ervaringscijfers.Deze worden verkregen door het onderzoek van de locomotief in dienst of op de proefstand I). Men kent vier methodes : 1) Het opnemen van gegevens gedurende éérn rit in de gewone dienst; 2) Vf:rgelijkende proeven van verschillende locomotieven in dezelfde dienst gedurende een zekere tijdsperiocie; 3) Onderzoek op de baan met behulp van een dvnamorneterrijtuig: 4) Onderzoek op de proefstand .
.1).
ro o v
2, 7 t,
§ 27. T ijdens een rit in de gewone dienst kan de waarnemer opnemen: het kolen- en w a terver br uik ; de snelh eid; de vullingsgra a d ; het V
3300
/
I
;86
/
./
/
1/
<---
< 100
/'
-:
"
\ /\ -\ '\ / / // \~ \' 1 \
Vil'
1/
V w j sec.
I
ipkh
en en
~; het
B
A Fig . 12
vacuum in de r ookkast; stoomtemperatuur en -druk; en een beperkt aantal indicateur diagrammen.. Het is de oudste methode van locomotiefonderzoe k , doch heeft het groote nadeel, dab de trekkracht niet geme'ten wordt. dus dat een berekening van het ontwikkelde vermogen onmogelijk i!'. Als vergelijkingsbasis moeten de verbruikscijlers per locomotiefkm , per askm, per tonkm, of per eenheidskrrs (berekend volgens een b epaalde sleutel) dienen. Een verder bezwaar is, dat de methode van rijden van groote invloed is ; op de cijfers. In fig. 12' zijn ' ritten van ' ) D ia mond : R. Gnz . 19:35-1. hl z , 69l. Bulletin 19:3i, bl». 2. 0. 4,j9. 1109
33
.ç1
twee verschillende locomotieftypen met dezelfde trein tusschan A en B voorgesteld. De reisduur is in beide gevallen gelijk, doch de verbruikscijfers zullen verschillend zijn. De methode wordt dan ook niet meer bij wetenschappelijk onderzoek toegepast.
§ 28. Bij vergelijkende proeven laat men gedurende een paar maanden een aantal locomotieven van een bepaald type in dezelfde dienst locpen met een gelijk aantal van een ander type, doch van ongeveer hetzelfde vermogen. Bij zorgvuldige instructie van het personeel en goede administratie der te verzamelen gegevens kunnen goede resultaten verkregen worden. De methode wordt vooral gebruikt om inzicht te krijgen in de onderhoudskosten, die een even belangrijke rol spelen in de totale tractiekosten als het brandstof-, olie- en waterverbruik, en is dan ook in het kader van het volledige locomotiefonderzoek onmisbaar. § 29. Nauwkeurige metingen van trekkracht aanJ de tenderhaak. effectief en geïndiceerd vermogen, treinweerstand, versnellingskracht en -arbeid worden verricht met behulp van het dynamometerrijtuig. Het is daartoe voorzien van de noodige meetinstrumenten. De resulta ten worden geregistreerd op een papierstrook, die evenredig zoowel met de dgelegde weg, als met de tijd bewogen kan worden. Ook kunnen de metingen, vermeld in § 27, bij dynamometerproeven verricht worden; de hiertoe benoodigde instrumenten zijn dan ten deele in het rijtuig opgesteld, gewoonlijk aangevuld met een apparáat voor rookgasanalyse. De belangrijkste gegevens bij het onderzoek van de locomotief zijn: 1) Het geïndiceerd vermogen in Ni en ipkh. 2) Het vermogen aan de trekhaak in \Ne en epkh. 3) De treinweerstand. 4) De lo comotiefweerstand. 5) Het kolen- en waterverbruik. Oorspronkelijk was men bij het bepalen van Ni aangewezen op indicateurdiagrarnrnen. De indicateur is voorzien van een trommel met verschuifbare'. papierstrook, zoodat tijdens de rit 20-30 diagrammen kunnen worden genomen. Dit is ten eenenmale onvoldoende, wanneer men bedenkt, dat b.v. op een rit van 100 km. voor een 2-cylinder locomotief met D
=
2000 mmo
lO~~O~O
C'V
16.000 diagrammen per cylinderhelft noodig
zijn. Het heeft slechts zin bij wijze van momentopname van N:j • De z.g. IILeistungszähler" van Böttcher stelt ons in staat, het ontwikkelde vermogen in ipk en ipkh te meten . Het toestel (fig. 13) werkt als volgt: Een lichte trekveer 5 drukt de telrol 1 tegen het bovenvlak van de indi-
34
-
- -
~ Fl
- -
_
en ksbij
3
'
_
4
2
an ,ns t eer ede erte de äan
la k , en t is zor de de de )geijn :
ndiver.n en
5
Fig . ]3
cateurtrommel 2. De telrol wordt in radiale richting op de trommel versteld door middel van het hefboomstelsel 3, dat de beweging aan de indicateurzuiger ontleent. De combinatie van de beweging van. de indicateurzuiger en de -trommel wordt a.h .w . geplanimetreerd en in het telwerk 4 doorloopend gesommeerd. Is de aflezing van het telwerk b.v, Z, de tijdsduur t en de constante C, dan is Ni ': C Z. Door eleetrische t
overbrenging van de cijferstand van het telwerk naar het dynamometerrijtuig kunnen voortdurend aflezingen gedaan worden, en kan men dus op bepaalde gedeelten van het afgelegde traject het geïndiceerde vermogen bepalen. Het toestel heeft in de . practijk niet geheel voldaan, omdat het een te groote eigentraagheid bezit en te gevoelig is voor schokken. De trekkracht wordt gemeten met een dynamometer. Deze kan op verschillende principes berusten: gecalibreerde veeren, hydraulische membranen en hydraulische plunjerstelsels. Figuur 14 geeft het laatste in
i 2.
be-
! l- T~- - - -I
IT _
met
)d ig
z.g.
ver-
19t :
n di -
Fig. ] 4
principe weer. De trekkracht aan de haak werkt op de plunjer 1, die in een met olie gevulde, vast aan het rijtuig verbonden, cylinder 2 past. Leiding 3 verbindt de drukcylinder met de meetcylinder 4, waarin een
35
zuiger 5 past, belast 'door een zorgvuldig ge~alibireerde veer 6. Aan zuiger 5 is de teekenstift 7 verbonden, die op dà papierstrook 8 de uitgeoefende trekkracht registreert. De arbeid aan de trekhaak bedraagt
IP
dx (P = trekkracht, dx =
afgelegde weg). De hefboom AB, die om A draaibaar is, grijpt in de zuigerstang 9 van de meetcylinder. De uitslag Be is evenredig P cn AB tg tp = C tg rp = P. De verticale as door A draagt een beugel b met twee rollen c, tusschen welke een bol opgesloten is (figuur 15). In het horizontale diametraalvlak loodrecht A liggen de rollen d en e, die met
Fig. 15
lichte druk tegen de bol' aangeperst worden. De beweging van rol d is on tieend aan een wielas van het rij tuig, is dus evenredig dx, Rol e, die dezelfde straal heeft als dj beweegt via een tandwiel een heugel met schrijfstift, die op de papierstrook de trekkrachtsarbeid registreert. Bij draaiing van rol d zal zich de omwentelingsas van de bol zoodanig instellen, dat tusschen de rollen c en de bol de weerstand minimaal is : dit treedt op, wanneer er slechts rollende wrijving is, dus wanneer de assen van c en omwentelingsas van de bol (XX.) parallel zijn. De as XX maakt zoodoende een hoek 1; met FH. De verhoudingi der rotatiesnelheto , FG AFsin T den van d en e bedraagt - - = = - - - = tg T (AF = AD = Rb I) WS DE ADcos rp " en W: = 0) J tg T. dus de afgelegde wegen verhouden zich als se = Scl tg r.
Nu is scl evenredig aan de afgelegde weg dx : s cl =
Cl
r
dx en
Se =Clf dx tg rp. Na omvorming: se = Cl
(p dx d.w.z.
C .'
36
de beweging van rol e
IS
evenredig
-5 ~
ui-
ge-
de en net het net
- --
_
.
aan de verrichte arbeid. Tusschen rol e en dei heugelbeweging l is een automatische omkeerbeweging geschakeld, die de registratiepen bij een bepaalde uitslag van rich ting omkeert. De a rbeid verschijnt als een zigza glijn op de papie rstrook. h e t quo tirentt arbeid - - . I n h et ge bruik rui te b 0 l'instrutijd ment (fig. 16) wo rd t rol g door een electrometor met constante snelheid H et vermogen
1\1
1'.l
e
.IS
F ig. 16
aangedreven: de bewegin g is recht evenredig aan de tijd. Rol h is gekop peld aan r ol e van de arbeidsmeter en heeft dezelfde straal als rol g. Wij vinden de volgende betrekkingen :
1 is die met Bij leldit :sen
(I)h :
Sg
Sh = s , =
dus t (ct =
XX
Ihe -
edig
(I)~ = MN: KL =tg ({ = ~ Cl
C
.I .P dx
en
Sg =
C, / Pd x = C3 / P dx , m. a .w . CC z - T-
-r
Cz T
t (a
is evenredig aan Ne.
De rollen i, in de beugel k gelagerd, richtera zich coaxiaal met de as XX : de beugel krijgt een uitslag a. Op de as! door 0 van de beugel is de tandstang S bevestigd (figuur 17), .m et tanden, die alle naar 0 gericht zijn. De tandstang S brengt de getande trommel T in beweging. Bij een hoekverdraaiing ca van de tandstang. draait de trommel over Z d:a Is de hoekverdraaiing a , dan is de trommeldraaiing dat
"
1
I Zca = -C .
t(a ,
r
Zda. Zorgt men,
dan is de trommeldraaiing evenredig met Ne' Na diffe-
3
f erentJeeren . : Z c.. a =
d«
C3cos z a
I
0
f Z=
1 ---~.
C3CO SZ (1
Is d e tan d stang vo 1gens
37
/
de kromme
1
C3COS 2 a
gevormd, dan is aan de eisch vol daa n. De beweging
van T wordt via een heugel op de registratiepen overgebrach t.
s
-0
I
Fig. 17
Fig . 18
De traagheidskrachten (dit zijn de krachten tengevolge van de versnelling of de afremming van de trein, en van de helling van het baanvak ) wor den gemeten met behulp van de traagheidsslinger van Desdouits . Dit is een in de ' langsrichting van het rijtuig vrij opgehangen slinge r (fig. 18). Ondervindt de trein een versnelling p, dan blijft de slinger, volgens het principe van d'Alembert, over een hoek (/J achter, en wel zoo dani g. dat de traagheidskracht mp en de zwaartekracht mg evenwicht maken met mp = ~ d.w.z. tg (/J is even redig met de mg G tra agheidsrkach t per gewichtseenheid. Aangezien hoek (/J ze er kl ein is, pas t bij
de kracht N in de slinger. tg
(/J =
K een om M draaibare gaffel om de slinger, zoodat tg y=OK tg cP = C tg CP.
MK
.
De beweging van de gaffel wordt op de boven beschreven wijze me t behulp van boiinstrumenten geregistreerd. Rijdt de trein een helling ( < a) op, dan is (/J = a f3 (f3 = hoek t.g.v. van de treinversnell ing . k an posit ief
+
38
en negatief zijn). Uit de krachtenvergelijking volgt : l'g ifJ = tga
a is klein, dus
- p-. gcos a
= tg a +E- , welke
betrekking g ons in staat stelt, ook op een helling de treinversnelling te bepalen. Ten aanzien va n de uitwerking van de gevonden waarden kan in he t kort h et volgende gezegd worden: Men bepaalt van een proeftrein (Glee Gveert) bij verschillende sn elheden Ni, Neen P . Men kan daar uit he t T- V diagram construeeren (fig. 19]. Nu is de locomotiefweerstand = COfa
C')
1, waaruit volgt: tgifJ
+
+
I
T
--
"'voert. I
_v
F ig . 19
bewegingsweerstand -+ hellingsweerstand -+ versnellingsweerstand = Ti - Te . Dei t raagheidsslinger levert de som van ver snellings- en helIingswcerstand in kg /t . Dus Wl ee = Ti -T, (p i) Glee kg. De voertuigweerstand is Wvoert. = Te - (p i) Gvoert. kg. Aanvullende weer-standsmetingen kunnen met uitloopproeven gedaan worden. De beschreven methode heeft het bezwaar, dat de traagheidsslinger zeer gevoelig is voor schokken, zoodat parasitaire slingeringen kunnen optreden, die een onjuist beeld van P geven. Door Czeczott is een methode ontwikkeld, die tegenwoordig bij voorkeur wordt toegepast. Hij maak t daarto e gebruik van remlocomotieven, uitgerust met een tegendrukrem fRiggenbach). Zij worden achter het dynamometerrijtuig gekoppeld en leveren de treinweerstand. De locomotief wordt bij constante snelheden onderzocht; door variatie van de tegendruk kunnen de machinisten van de rernlocomotieverr de snelheid nauwkeurig constant houden. Zoodoende wordt P = 0 en valt uil de berekeningen weg. Volgens deze methode kan bij elke snelheid de gunstigste vullingsgraad der cylinders worden be-
-+
+ +
39
paald. Ook kunne n de verbrui kscijfers van d e lo com oti ef b e t er in ver band met de verrichte arbeid word en gebrach t. . Lit e ra t u u r :
Guudy : Schweizo ri sr-he Bauzeit u ng 1914 , ;\ 0 . .J. Czecrott, ; Bull e tin 19:31. blz . 195 P ont : S poor- e n Tru m weg en 1933 , blz. 387. Pl ar-e ; Revu e Généra !e ; 19:3:3-1. hlz , :322. de Gruijter- : In g en ieu r van :\ . I. : Juli 1!J:3.J. Nord menn : Glu se rs Anna len : 1!J:3ï-1I, blz . 1 6~ .
§ 30. Aan, het onderzoek van de locomotief met b ehulp v a n een dy na mometerrijtuig is het bezwaar verbonden, dat de proefritten w ege ns onveilige seinstand onderbroken kunnen worden , snelheidsbeperkingen in acht genomen moeten word en e.d, Bovendien is e en v olle dig ketelonderzoek niet mogelijk. Men is er daarom toe overge gaan, loc om ot iefproefstanden te bouwen, waa r de locomotief onder gelijkmatige omstan digheden stationnair werkt, en de verschillende metingen n auwkeurig kunnen worden verricht. De zeer hooge kosten van de benood igd e ins t allatie zijn oorzaak, dat er in de geheele wereld slechts enkele locomotiefproefstanden gebouwd zijn (Purdue University, Altoona , Sw indon, G r ü n e w ald, Vitry) . Het principe is als volgb (figuur 20) :
.W .go \
\ \
~
Fi g . 20
De locomotief rust met haar drijfwielen op de rollen 2. Het a fgege ve n vermogen wordt .door deze rollen opgenomen en in h ydraulische rem m en geabsorbeerd. Een dynamometer 1, aan de trekhaak van d e locomo ti ef verbonden, heeft het tweeledige doel, d e trekkracht t e meten en d e locomotief stationnair te houden. Er dient dan ook op gelet te w or den, dat de dynamometer zelfs bij de hoogste belasting ge e n noemenswaardige verplaatsing ondergaat. Del exhaustgassen worden in d e ro ok vanger 3
40
-
$'
....
-- -
opgevangen en door een cycloon geleid. Hierin worden alle stibben afgescheiden, waardoor men in staat is, de schoorsteenverliezen te bepalen. De gevonden waarden van trekkracht (T d) en vermogen (N d) zijn sle ch ts van beperkte w aarde, immers voor de economie van de locomotief zijn vooral Tet Ne en brandstofverbruik per epkh van belang. Anderszijels bie d t de proefstand echter de mogelijkh eid, een go ed onderzoek naar het nu ttig effect van de ketel en naar de verschijnselen der stoomproduetic in te stellen. E en volledige theor atische beproeving van de locomotief geschied! d a a rom zoowel c p de proefstand als m et behulp van een dynamometerrij tu ig. Li t era t u u r:
Oarbe : Die Dumpflok om ot ive der Gegenwart, Pla ee: Re vu e Gén é ral e 19:3:3_1 I. bh~ . :331. Bulletin 19:17, blz. 28:3, 459, 1109 . .John son : Th e Ste a m Locom ot ive, blz . :344.
bl z. 661.
1
3
41
HOOFDSTUK VI.
§ 31. De krachten in de locomotief zijn te scheiden in inwendige krachten, die materiaalspanningen veroorzaken, en vrije krachten, die
p.
G
Fig. 21
bewegingen ten gevolge hebben. Figuur 21 stelt het schema van een 2-cylinder locomotief met binnenliggend drijfwerk voor in horizontale en verticale projectie. De optredende krachten zijn:
4:2
.n :n
1) Zuiger- en dekseldruk (Po) 2) Stangkracht (P) ; 3) Tangentiaalkracht (T) ; 4) Leibaandruk ( V ); 5) Scheendruk (H) ; 6) Koppelstangkracht (K) ; 7) Trekkracht aan de rail (T d) Zij vormen een samenstel, dat zoowel inwendig, als uitwendig werkzaam is . Wij beschouwen één cylinder, en gaan daarvan de k r a ch t sw e r k in g na ; w a a r bij we de krachten zuilen uitdrukken in de stoomdruk ( Po), d e, krukhoek (a), de cylinderdiameter (d), de krukstraal (r), de drijfstanglengte (1), de drijfwi elstraal (R) en de constructiematen (a, b, c en! d) van het drijfwerk.
P = Po
+
m
d2
X
dt 2
:
de stangkracht is gelijk de zuigerdruk. vermin-
derd met de tragheidskracht der heen- en weergaande (H en W) deeJen.
+~
2
m d x = G rw1 (cos a cos 2 al. waarin G dt 2 g 1. len en w = 2 n n = hoeksnelheid v a n d e kruk. dus P
=
Po
±G g
rw1 (cos a
Uit de figuur blijkt, dat V
=
+~ 1
=
ge w ich t H en 'W dee-
cos 2 a) sin
P tg fJ = P
V-'12r 2
Op de as werkt het koppel: Pr sin :a Na omvorming : T = P sin a (1
+
+ 1/
Vr cos :a cos a
12 _ sin'' a
a
sin 2 a
= Tr. )
,. -
r2
De verticale railreacties tengevolge van de leibaandruk zijn:
VI = V
v. =
V
c+ a 2c . c- a
2c Ne emt men aan, dat de as gelijkmatig getordeerd wordt, dan is de ver-
+
onzon t a 1e ral'I re ac tiles : -T d 1 = -c - a h ou diing d er hori Td r c - a
43
. en (Td1+Tdr) R = Pr sm
(t
(1 +
cos (1
. ., 1' -r 2 - SIn- a
c+(1 r dus : Tdl = - -P - SIn n (1 + 2c R
/lF
r2
Tdr =c-(lP ~ SIn ft (1 +
'
2c
R
_ )
/ 12
/F
Vr
2
CO, " -
•
) ?
sm"
~~
CO": -
)
) \
sin? ft
De sche endr u k k en zijn:
H =p h - a r 2b § 32. Voerl men thans de koppelstangkracht K in, waarvan d e grootte onbekend is, dan wordt h et vraagstuk statisch onbepaald. Een berekening v an K stuit af op de moeilijkheid, dat in de as , het w iel, d e lap en de koppelstang elastische werkingen. optreden, die niet te bepalen zijn. Men ga a t daarom uit van de veronderstelling, dat: a) het eerste aangedreven wiel zo oveel kracht opneem t, al s d e adhaesiegrens f G toelaat; b) het eerste wiel slipt, en alle kracht door de k oppelstang w or dt opgenomen. De minimum koppelstangkracht is volgens a) : KI min r . sin a = (Td 1 - f Gd) R a a nge dre ven wiel).
(Gd = adhaesiegewicht van he t
De maximum koppelstangkracht is volgens b) : Kl max. • r sin a = f G k • R
(G k = adhaesiegewdcht
der
gekoppelde
wielen). Wa'nneer in de do ode punten sin a tot 0 nadert , zou Koneindig groo t kunnen worden. Dit gebeurt echter niet, omdat het materiaal vervormd wordt tot het restant van de kracht door de koppelstang aan de andere zijde wordt opgenomen. De totale scheendrukken zijn dus te vinden door Tdl te vervangen d oor f G 1 en Kl en Td r te vervangen door f G, en Kr ' Uit de evenwiehtsv oor w a a r den blijkt:
11
-~ ,.
- .
--
------_.
Hl
t ota al
b +a c+b fG c-b_K d-b = p - - + f G, - - + KI d+ b _ r 2c r 2b 2b 7. c 2b
H,
totaa l
b-a c-b = P - - - f G 1- 2b 2c
-
Kl
d-b + f G c+ b+ K d+b 2b r 2b r 2b
\
I
~
§ 33. De spelingen in het drijfwerk zijn niet in rekening gebracht. Deze zijn noodig, om aan de gekoppelde wielen het veerenspel mogelijk te maken. Is de speling te klein, dan bestaat er kans op warmloop en der la gers, Bij te groote speling wordt evenwel de slijtage te groot, en treden stooten in het drijfwerk op.
----1"0.----
Jf eI
..
•Ir
Ir
----1,.... +&
~4
J(
K
:lt1:, J
Fig. 22
1
Is de nominale lengte van de koppelstang 1 norn (figuur 22), en de speling (), dan wordt de afstand der tappen bij op druk belaste stangl n o m _ (), en bij op trek belaste stang 1nam IJ,'. In de doade punten verandert dus de lengte met 2 b. Dit komt tot uiting in de ongelijkmatige slijtage der wielbanden, omdat het wiel bij bepaalde koppelstangstanden moet slippen. Het wiel krijgt dan een onronde vorm, waarvan het verschil tusschen grootste - en kleinste diameter 3-5 mmo kan bedragen. De assen liggen in het starre frame in horizontale richting vast. Het is daarom noodzakelijk. . dat de passingen .van de draagpotten tusschen de schenen en van de assen in de draagpotten binnen zekere grenzen blijven, zoodat de lengte der koppelstangen overeenkomt met de afstand van de aanrakingspunten der wielen met de rail. De stoomlocomotief heeft een open systeem: de zuiger- en koppelstang van de eene machinehelft en d ie van de andere machinehelft staan slechts via de drijfas en de koppelassen met elkaar in verbinding. Elastische vormveranderingen in de wielen en assen, benevens d~lengteveranderingen,tengevolge van het veerenspel en de stor-ende bewegingen, kunnen dus vrij opgenomen worden.
+
t
Cl e
;-
45
Electrische locomotieven met stangaandrijving hebben een gesloter systeem: de beide machinehelften worden door dezelfde motoras aangedreven, In het bedrijf ondervond men groote moeilijkheden en men moest zijn toevlucht nemen tot ingewikkelde stangconstructies. teneinde genoemde lengteveranderingen op te laten nemen, Na de ontwikkeling van de individueele asaandrijving heeft men de blinde as met drijfstang vrijwel overal verlaten, k~",
12 25%
~
-'0 i""":::/ :::-~'\. -8 '" V /// ~~ _. ~ 'l// ~~ ~ % ...!( 0<4 ////') '"~.......... d -eer / / ? ' I-"'6
70
'I
2
.
0
---~
;1
~
~
6
8 1
'"'"
~
~7
~~r-, ~" '\'" r-,
\~
'--
12 O·.;j O·
(l0·
90·
Fig.
~
120 0
~
"'"
1SO·UJO·
2 ~~
§ 34, Teneinde een zoo gelijkmatig mogelijke trekkracht te ontwikkelen, moet de tangentiaalkracht (zie § 31) zoowel bij volle snelheid als bij het aanzetten over het verloop van de krukcirkel weinig verandering vertoonen. Ter bepaling van het tangentiaalkrachtdiagram gaan wij uit .van het druk-tegendruk diagram van één dubbelwerkende cylinder bij volle snelheid (figuur 23) en bij aanzetten: (zie § 35.), De massatraagheid der H. en W. deelen is steeds tegengesteld gericht aan de verandering van beweging van de zuiger en kan na herleiding in druk per cm'' zuigeroppervlak in het diagram in rekening gebracht worden. Wij houden dan het gearceerde gedeelte over, dat de gecorrigeerde effectieve druk aangeeft. Het blijkt dat de massa traagheid der H. en W. deelen een gunstig stangkrachtdiagram oplevert, doch dat zij de rustige gang der locomotief niet bevordert (zie § 38).' Met behulp van de in § 31 gegeven formule, kunnen wij vervolgens de tangentiaalkracht berekenen. Telt
46
::;- -~-~~ -~"'t:$-'ï -cro :-- a.... -.=:-~ao.-(J)
I
t L\."
~""""""~l '
~'~ I::-...'\..'\.."\. I:\.. '\..'\.. "\. ~,"
'tz" Fig . 24
I
~7"....·f6,9
16
I
'.#
~
8
'1
~
/ I/
10
•
/
<,
/ I'-R...
2
I
""\.
I
4 /
'" -
30·
6'0·
7",... 6.,
/
~7...127S
~ ~I'
/
7 7
'"
.
~/'
./
"
/
I'/ . IX
/
,'\. /
""
.
/ I'-RG.
I
~
<; /1\. I
\
iU': XI. 'l/ 1'1 IV ~(7; '1
/
7
""\ \
I
/ hL ...
"\.
o 1/ 0•
~
"-.I /1\.
'\.
/
I'TOTML....
/ I1
J '\.
ti
2
t\.,
I
""\
I
\
/
r-e:
\" .~
7
'\.
I
I\.
I
\.
\
~
)
- 0120
SlO·
I"--'
ISO·-
- 210·
IiJO·-
,~
1"-. .. /
.MO·
- - -0 300
2'10°
--
3300-
31$0·
t 16
..J
'i
Fig. 25
12
to iJ B
2 ,.,J>..
/ o 1/ O·
,
/
1F.Gt2dl..
~
" ..........
r-,
1.olll"'"
I~
<;
-'
-
TOTAAl. I J
V
~
v"
L"
/
.,
/ 60·
go"
...
":7
J
/-L" 120"-
fSO"-
/ f7 180·-
..-
1/
ioI'" ~
......... ~
"
"
~
----
/
I' / /
7 FROt
/
30"
~
/
/ / / /-Rv
4
""J
-~
"
--
r
"
/
/
rLa..
/
/
--
210
--- 2<90·
1/
-270·
- - .... 300· ~
...... _...
330·
360·
men de tangentiaalkrachten der ve rs chillende cylinders op, dan ver krijgt m en het gezochte tangentiaalkrachtdia gram (fig, 24). Het diagram k an ook polair gcte e k end worden (zie autografie). T -T , De graad va n onregelmatigheid m a x , mln bedraagt bi j e en 2- cylinder
T ge m. lo como tief ongeveer 0,68 , bij een 3-cylinder loc om otief met krukleen onder 120 0 slechts 0,30 en bij een 4-cyl ind er locomo tief met voor elke machinehelft tegenloopende krukken 0,52.
§ 35. Moderne machines hebben ee n maximum vullingsgraad 0 f ' 0U , 75 / 0 . Construeert men op de beschreven wi jze he t ta ngenti a alkracb tdiagrarrs bij aanzetten, dan krijgt men een verloop als in figuur 25. Massa traagheidsk ra chten spelen bij het aanzetten gee n ro l.. T ee k en t men in de figuur tevens de lijn voor de adhaesietrekkracht en de voor het in beweging zelten van de trein benoodigde trekk racht, dan zie t men dat b. v. bij een 2-cylinder locomotief per drijfwie lom wenteli ng de a dhaesie gr en s 4 maal overschreden wordt, en dat er 4 standen zijn, w aarin de t r ek k ra ch t onvoldoende is. ~n het e ene geval bestaat er kans op doorsla a n , in het andere ge val moet de machinist, door de loc om o tie f even achteruit te zetten, een gunstiger krukstand vinden. Een 3-cylinder locomotief is ook in dit opzicht vee! beter, doch heeft tegenover e en 4-cylinder machine het nadeel, dat de balanccering der vri je krach ten minder guns tig mog elijk is (zie § 40). § 36. Met behulp van de in § 32 ge geven formul es is he t mogelijk de sche endr uk ken te berekenen voor iede re cyl inder a fzonde rl ijk. Na sommeering der gevoncien waarden kan men ee n diagram opstelle n, dat het verloop der scheendrukken aangeeft, uitgezet over de krukheek {fig. 26). H r = scheen druk a an de rechterzijde, en Hl = sc heendruk aan I'"
-
I
L l
o
, , ,
-,
I I
-~'
11
Fig 26
48
_I< .,
ver
linder
ikken . el k e
graad -:lchtMasmen le t in n da t
--
_
de linkerzijde. Zij zijn berekend volgens de aanname, dat de koppelstangen recht tegenover de krukken zijn aangebracht. H / en Hl ' zijn de sche e nd ru k k en, die zouden optreden, wanneer .d e koppelstangen niet a anw e zig waren en de adhaesie der drijfwielen groot genoeg was. Het blijkt dus, dat in dit geval de koppelstangen: een ongunstige invloed hebbe n op de grootte der scheendrukken. Wanneer de scheendruk door nul gaat, treedt drukwisseling op, zoodat de draagpot tegen de andere scheen komt aan te liggen. Tengevolge van de altijd aanwezige speling treedt een stoot op, die; iIL grootte afhan. leelijk is van de helling der scheendrukkromme in het punt van drukwisseling en de maat der speling. Worden deze stooten te groot (b.v.
1
resie -
in de dooreven loc ocvlin -inder
jk de so mt het .hoek c aan
[
]
]
[
\ Z .~
[ Jftt ]
[
Fig. 2ï
door slijtage der scheenvlakken), dan gaat de loco~otief onrustig Iocpen. Zet men de ligging van de as t.o.v. de, schenen gedurende; één omwenteling uit (figuur 27), waarbij de standen 1-.;.;.-4 overeenkomen met de perioden 1--ö-- 4 in figuur 26, dan blijkt er viermaal een eenzijdige verplaatsing van de as in het frame plaats te vinden, hetgeen slippen der wielen moet veroorzaken. Dit verschijnsel h mede oorzaak van de , in. § 33 genoemde ongelijkmatige slijtage der wielbanden. Het aantal krn., dat een locomotief kan afleggen zonder dat de wielbanden behoeven te worden afgedraaid, bedraagt: voor II I met buitenliggend drijfwerk: 40000- 60000 80000-100000 ... II I .. binnenliggend
.
"
IV
I
100000-120000
§ 37. De vrije krachten bepalen de beweging van de locomotief. Denken wij ons een assenkruis door het zwaartepunt van de locomotief, zoodaBig dat de X as horizontaal in de langsrichting van het spoor, de Y as horizontaal loodrecht op het spoor, en de Z as verticaal loopt. dan kunnen wij de optredende krachten ontbinden in krachten door het zwaartepunt en momenten om het zwaartepunt.
49
Langs de X as werken: 1) krachten t.g.v. de stoomdruk in de cylinder s : 2) de traagheid der H. en W. de el en ; 3) " de contragewichten in de w iel en; 4) " de traagheid van de trein. 1I
1I
1I
1I
Langs de Y as : 1)
1I
1I
1I
1I
de oneffenheden van het sp oo r .
Langs de Z as :
IJ
de Ieibaandrukken : de contragewichten in de wielen: de oneffenheden in het spoor.
2) 1I 1I 1I 3) 1I Om de X as werken: a) momenten t.g.v. de leibaandrukken; b) 1I 1I de oneffenheden van het spoor; c] 1I ti de contragewichten in de w ielen.
Om de Y as: a) b)
1I
1I
1I
1I
Om de Z as :
de leibaandrukken ; de oneffenheden van het spoor.
a) de stoomdruk in de cylinders. de traagheid der H. en W . deelen t b) c] de contragewichten in de wielen. De krachten langs de X as veroorzaken rukkende krachten. Z stooten van de loc omotief. De momenten om de X as veroorzaken rollen van de locomotief. Y veroorzaken galoppeeren van de loco motief Z veroorzaken slingeren van de locomo tie f. VCGr de beweging van de trein is slechts een gelijkmatige kracht langs de X as benoodigd, de overige krachten en momenten vero orzaken "torende bewegingen. Door middel van de balanceering en de keuze van het aantal cylinders kunnen de rukkende krachten en de slingermomenten binnen toelaatbare grenzen gehouden worden. 1I
1I
1I
1I
"
1I
50
1I
1I
1I
1I
1I
1I
1I
1I
1I
1I
1I
1I
1I
"
J'O"
1.
---.
---- -
-
. ----
HOOFDSTUK VII . '
ij
§ 38. De b alanceering wordt toegepast cp de roteerende- en de H,. en W . deelen van het drijfwerk. Het is duidelijk , dat de roteerende deelerr ten volle gebahmceerd kunnen en moeten worden. Als zoodanig worden .b esch ouw d : krukpennen, krukwangen. excentrieken, koppelstangen en e en gedeelte der drijfstangen,
F ig. 28
.n :
ef
D ~ massa l\~ van de drijfstang (fig. '28) splitst men in een roteerende massa m en een H. en W . massa m o . Nu is my -s m , z en m + m o = M. De plaats van het zwaartepunt Z wordt door slingerproeven bepaald. In 3 de regel is z C') - 1. Men berekent alle roteerende massa's gereduceerd
5
:ht ren ran en-
Fig . 29
op de krukcirkel en plaatst er een contragewicht van gelijke massa diametraal tegenover. Bij de balanceering der H. en W. deelen (zuiger, zuigerstang, kruiskop,
51
schaar beweg ing) een gedeel te van de drijfsta ng en een ~edeelte van de n regula teur, gaat men uit van de aannar ne., dat de machin e met geslote massa kracht en dus zonde r stoomd ruk, loopt. Er werke n dus uitslui tend n, omdat worde d arloos verwa mag: ng (fig. 29). De schuin te van de drijfsta 2
V
deze een term levert (Mv cos 2a). I die klein is t.o.v, Mr
2
cos a Denkt men
I
entree rd, dan zich de massa der H. en! W. deelen op de krukpe n geconc V Deze kan ontis de horizo ntaal gerich te traagh eidskr acht M 2 cos a. r
MV2 .
bonde n worde n in een kracht op het frame -r een kracht aan de rail
cos a -
MV2 - -
2R
sin 2 a en
MV 2 sm 2 a. Plaats t men op de krukci rkel dia2R 2
Cv kracht - metraa i hierteg enover een contra gewich t C, dan kan de massa r ontbon den worde n in de horizo ntale compo nent
Cv 2 - - cos a en de vertir
2
een kracht cale Cv sin a . De horizo ntale compo nent oefent op het frame r
C V2 R - r sin a C V2 uit, en aan de rail een kracht - -sin 2 a, beide tegen- - cos a 2R R r ng op het frame gesteld aan de kracht en t.g.v. M. De.. totale kracht swerki 2
wordt : (M-C) {v cos a -
R
~ sin
2R
2 a }en aan de rail: (M-C)
~
2R
sin 2 a.
n de rukken de Voor C = M bestaa t er horizo ntaal evenw icht, en worde kracht en = o. 2
De vertica le ontbon dene C
~ sin a veroor zaakt echter vrije kracht en r
veel schade op het spoor (z.g. "wisse lkrach ten" ; "hamm erblow "), die dat deze T.V.), ., (A.R.D d kunne n aanric hten. Men heeft daarom bepaal bemogen k kracht en bij Vmax hoogst ens 15 °10 van de statisc he raildru wordt maken , dragen . Tenein de toch een goede balanc cering mogeli jk te pelde assen gekop de over deelen W. en het contra gewich t voor de H. gebala nen kracht de verdee ld, waarbi j een groot gedeel te der rukken krachwissel de dat ceerd wordt . en tevens aan de! eisch voldaa n wordt, ten niet meer dan 15 °10 van de statisc he raildru k bedrag en. contra ge§ 39. Op elke krukci rkel van de machin e komt dus een en H. nderoteere der d wicht te ,ligge n, tenein de de storen de invloe uctief constr echter en W. deelen te vermin deren. Dit contra gewich t is
52
~ \.
~
--
-
-
-
.
- -
niet te plaatsen en moet over de beide wielen verdeeld worden. F iguur 30a gedt aan, hoe dit voor een binnenliggend drijfwerk geschiedt
_ _ _ _+--4~m'·
F ig . :30b
Fi g . :30a
De massa M op een afstand b van de hartlijn der locomotief wordt gebalanceerd door het contragewicht C. Dit wordt over de beide wielen (op een afstand a van de hartlijn) verdeeld.. Nu is
C =Ml+ m' MI = C(a+b) 2a \ _ C (a - b) m 2a
t
e
Bij een buiten liggend drijfwerk (fig. 30b) wordt b> a dus m ' wordt negatief, d.w.z. het moet aan dezelfde zijde als M worden geplaatst.
r.
Ie
ie
ze
cdt
n-
h-
.e-
H.
ief
Fig , :31 a
Fig", :>lb
Nu heeft de locomotief op zijn minst twee drijfwerken. Fig. 31a en 31b geven een aanzicht tegen het linkerwiel van een 2 cylinder machine met binnenliggend-, resp. buitenliggend drijfwerk. De gestippelde massa 's en _ contragewichten gelden voor h et rechterwiel. Het uit m! en M I resulteerende contragewicht ligt dus niet diametraal tegenover de kruk , doch onder een hoek sp. T er ge w ich tsb esp a ring en met het oog op de beschikbare plaatsruimte wordt het contragewicht uitgevoerd als een in de rand va n het w iel gelegd sikkelvormig lichaam, waarvan de zwaarte-
53
is I). Bij 3- en puntsa fstand tot het hart van de as zoo groot mogeli jk er, doch loop t 4-cylin der locom otieve n wordt de bereke ning ingew ikkeld volgen s dezelf de princip es als hierbo ven beschr even. ers heeft § 40. De keuze van het aantal en de plaats der cylind Men ten. momen groote invloe d op de rukken de kracht en en de slinger onders cheidt : ers is · gr oo t, a) 2 buiten liggen de cylind ers : de hartlij nafstan d der cylind gewich ten contra de dus aan, tap drijf- en koppe lstang grijpen op één gedeel teslechts deden wordcr i zwaar. Boven dien kunne n de H. en W. wissel krach ten lijk gebala nceerd worde n met het oog op de toelaa tbare De machin e rukt en slinger t sterk. kruk kunb) 2 binnen liggen de cylind ers : Drijfst ang- en koppe lstang balanc eetelijk gedeel elkaar nen diame traal tegeno ver elkaar staan, dus beperk t nten mome slinger ren, De hartlij nsafsta nd is klein, waard oor de vlakke n der blijven . De massa 's der H- en W. deelen liggen binnen de der H. en W . contra gewich ten (zie fig. 30), zoodat een groote r gedeel te ten kan in gewich contra der deelen gebala nceerd kan worde n. Een deel machin e De . ) België de krukw angen worde n onderg ebrach t [b.v. 2 B 1 loopt betrek kelijk rustig. klein en c] 3 cylind ers onder 120°. De rukken de kracht en zijn zeer tief van hetde slinger momen ten in vergeli jking met een 2-cylin der locomo ). deelen . W zelfde vermo gen, gering er (wegen s de lichter e H. en en . De krukk e d) 4-cylin ders met voor elke machin ehelft tegenl oopend momenten rukken de kracht en zijn practis ch uitges chakel d en de slinger 4-cylin der de is loop rustige een van sterk vermin derd. Uit het oogpu nt locom otief dan ook het gunstig st. rk gelijk In de verond erstell ing, dat de afmeti ngen van het drijfwe momen ten van gemaa kt worde n, zijn de rukken de kracht en en de slinger elkaar vergede versch illende machi netype n in onders taande tabel met drijfwe rk als d liggen buiten met leken, waarbi j de 2-cylin der locomo tief gronds lag is genom en: 2 buitenl iggend e .. cylinder s 1 Rukken de kra chten Slingerm omen t en Litera tuur:
I)
54
1
4 cvli nders met 3 cy linde rs me t 2 binnenli ggend e krnkk. onde r 120" kr uk k . onder 2 x 130" cylindcr s C,I 0, 14 0,8 0,4 1 0, 3
Jahn : Organ 1911 , blz . 163. Najork : Gla sers Ann al en 1915 , U-blz . 149.
Be rekoning sm ethoden zie : '('he I '~ngin eer 26 Sept. Hl02. di e Lok omoti\'c 1940, blz . 111.
~- ' - - ~
r
a e
n
.
§ 41. Toen in de laatste jaren de treinsnelheden belangrijk werden opgevoerd, is de belanceering van de locomotief opnieuw een belangrijk probleem gaan vormen. Bij hooge snelheid worden de wisselkrachten zoo groot, dat zij beschadiging van het spoor kunnen veroorzaken. In de Vereenigde Staten, waar in de regel een hoog percentage der H . en W. deelen (50-600/0) werd uitgebalanceerd, en zelfs de grootste sneltreinlocomotieven als 2-cyIindermachines met buitenliggend drijfwerk worden gebouwd, kwamen verschijnselen aan het licht, die een nader onderzoek noodzakelijk maakten. Het bleek namelijk, dat de wielen reeds van de rails opsprongen bij een snelheid, waarop de wisselkracht nog geen evenwicht maakte met het op het wiel rustende gewicht. Er treedt resonatie op in het veerende stelsel: opgehangen last-wiel-rail tusschen de wisselkrachten en de elastische vervorming van rail + ballastbed, waardoor trillingen van dusdanige grootte worden ingeleid, dat het wiel de rail verlaat. Een oplossing werd gevonden door het toepassen van een licht drijfwerk en het .verlagen van het gebalanceerde percentage der H. en W. deelen. De daarbij optredende toename der rukkende krachten en slingermomenten heeft in verband met het zeer hooge locomotiefgewicht, gepaard gaande met een vaste koppeling van locomotief en tender, geen ernstig schadelijke invloed. Lite rat uu r :
Buckwalt e r and Horger:
Rn ilway Mechnnical Engineer 1939 , bl z. 85 .
Is
0"
55
HOOFDSTUK VIII.
§ 42. Het gewicht van de locomotief moet in overeenstemming me t de eischen van het ontwerp over de assen verdeeld worden. Daartoe maakt men onderscheid tusschen het onafgeveerde- en het afgeveerde gewicht. Het onafgeveerde gewicht omvat de wielstellen, de draagpotten, de veeren en een deel van het drijfwerk. Het afgeveerde gewicht, rustend op het frame , kan men in de berekening vervangen door een stijve balk op veerende steunpunten, belast d oor een kracht, gelijk aan het afgeveerde gewicht, die in het zwaartepunt aangrijpt I). Er kan onderscheid gema'lkt worden tusschen 2 soorten van ondersteuning : 1) het veerensysteem is statisch onbepaald; 2) het veerensysteem is statisch bepaald. Figuur 32 a en b stelt een 2 C 1 locomotief in de twee genoemde uitvoeringen voor. Er is verondersteld, dat het draaistel door middel van een bolvormige taatspot centraal belast wordt.. Alle veeren, die door balansen verbonden zijn, worden in omgekeerde verhouding tot de ba lansarmen belast, onder voorwaarde, dat de aan de balans verbonde n veerhangers door middel van meskanten zonder wrijving op de veer werken, en dat de bout in het draaipunt van de balans zuiver past, aangezien bij speling tusschen deze bout en het boutgathet draaipunt niet nauwkeurig te bepalen is. 'Volgens figuur 32d gelden de volgende betrekkingen: PI +P2 +P3 = P; P2= PI +P3j A +B ==P; .P,a = P 3b; Aa = Bb met andere woorden: de veerdrukken (dus ook de asdrukken] van de door balansen verbonden veeren (assen) verhouden zich omgekeerd a ls de balansarmen. Het is dus mogelijk door juiste keuze der lengten van de balansen de asdrukken naar wensch te regelen, hetgeen b.v. voor een nauwkeurige verdeeling van het adhaesiegewicht over drijfas en koppelassen van groot belang is. De plaats van de resultante P is te bepalen volgen s PI =P3 (2al + 2b l + a +b) + P2 (2a, +8.) De reactiekrachten van alle door balansen verbonden veeren ZIJn dus te vervangen door de resultante P op een afstand 1. In figuur 32a is de voorste koppelas met de drijfas, en de achterste kop')
56
Gl!rhe : Di e Dam pfl ok om otive der Gegenw art , blz. 670 e .v.
:Ir
I
-I~=T .
~ ~--I,
~--z
'I
.
---.14
Fig. :12b
F ig . 32a
p
t 1 4 - - - - ,- - --101
e s
A
n
I
r n
e
e
'--.....
~'-W--+---+---.
-
C ---J
'------L
l~ i ~.
C
A
/3
32c
pelas met de loopas door balansen verbonden. Er zijn dus drie vlakken , waarin het afgeveerde gewicht ondersteund wordt. Dit is een statisch onbepaald geval. Beschouwt men het echter als een balk op veerènde steunp unten, dan is met behulp van de methode van Clapeyron een oplossing te vinden.
57
Er gelden de volgen de betrek kingen :
G = A +B +C Ah +Bb
=
G (1-z)
(Cfc - Af...) : (Bfb - Afa) = 1: 1\. drie onderWaari n A, B en C de resulte erende kracht en zijn, die in de kg / m m van de steunin gsvlak ken werke n en fa' fb en fc de stijfhe id in en verbon den veeren voorst ellen, die in de plaats van het door balans een zoodan ige veeren stelsel gedach t kunne n worde n. Door deze veeren B gelijk nul kracht wel dan A, voorsp anning tel geven, dat kracht zon kantief wordt (krach t C kan nooit = 0 worde n, omdat de locomo kunne n voortelen}, verkrij gt men de uiterst e belasti ngsgev allen, die zich verbin dt men doen. Zet men deze uit, zooals ' in figuur 32c is gedaan , en al b.v. At, B I deze onderl ing, dan kant men het gewen schte belasti ngsgev . kiezen rp ontwe het en Cl in overee nstemm ing met de eische n van tengev olge Bij tender locom otieve n doet zich de moeili jkheid voor, dat zwaar tepun t van het oprake n der voorra den het gewich t afneem t en het inderin g een van plaats verand ert. Eenerz ijds wil men de gewich tsverm iegewi cht, adhaes het op nen zoo gering mogeli jke invloe d laten uitoefe niet te ' loop veilige de anderz ijds mogen de loopas sen met het oog op den en voorra der veel ontlas t worde n. Slecht s door zorgvu ldige plaatsi ng aanva ardbaa r juiste keuze van de stijfhe id der veeren stelsel s kan een compr omis gevond en worde n. andere In figuur 32b is dezelfd e locomo tief afgebe eld, echter met een ste achter de met zijn lassen uitvoe ring der balans en. Drijfas en koppe veerende optred loopas door balans en onderl ing verbon den, de gen worde n. drukke n kunne n tezame n door één resulta nte vervan die statisc h Wij verhij gen een driepu nts-op leggin g in twee vlakke n, ukken wieldr de blijven spoor bepaal d is. Bij oneffe nheden in het uitDeze ring. consta nt, in tegens telling met de boven beschr even uitvoe niet zoo voerin g komt in aanme rking wanne er de ligging van het spoor toelaa tbaar is . goed is, en een oversc hrijdin g van de hoogst e asdruk niet edt door het geschi (dit veeren der Het nadeel is, dat door nastell en de gewich tsop d invloe inkort en resp. verlen gen der vcerha ngers] geen ties van de correc vedeel ing uitgeo efend kan worde n, zoodat eventu eele van de eren asbela stinge n uitslui tend te verkrij gen zijn door het verand radsta nd of het verpla atsen van het zwaart epunt. en worde n Bij het naweg en van de locomo tief moet rekeni ng gehoud gens bij eenvol achter tief locomo met de stand van de krukas . Wordt de elde gemidd het en en, twee diame traal tegeng estelde krukst anden gewog . hakeld der gemete n waard en genom en, dan is deze invloe d uitgesc
58
~---':-~
,
De veranderingen in de gewichtsverdeeling, die kunnen optreden bij het remmen, zullen hier buiten beschouwing 2elaten worden.
§ 43 . Bij het doorloop en van bogen werkt in het zwaartepunt van de locomotief de centrifugaalkracht, die een kantelend moment uitoefent. Dit wordt tegengegaan door het buitenbeen van het spoor in de Docht hooge r te leggen. De verkanting h wordt berekend volgens de empirische formule:
V2
h =II ,8 R
1 1
h = verkan ling in mmo V = snelheid in km Ih R = straal van de boog in m. Met het oog op de stabiliteit van een stilstaande of langzaamrijdende trein in de boog is de grootste waarde van h = 150 mm, bij uitzondering h = 160 mm o Wanneer de plaatselijke toestand het niet toelaat, wordt de verkanting kleiner gemaakt. Als minimum grens geldt: h ,= 11,8
n
e
)0
is . et
is -
:Ie
bi j de
V2
R
- 90 mmo Het kan
dus noodzakelijk zijn, in scherpe bogen snelheidsbeperkingen op te leggen. Bij het inrichten van een baanvak voor treinen met hooge snelheden moet veel aandacht aan de bogen besteed worden. Teneinde een gelijkmatige overgang te verkrijgen wordt tusschen het rechte spoor en d e boog een z.g .overgangsboog gelegd, waarin de straal van en tot de boogstraal verloopt en de verkanting geleidelijk tot h wordt opgevoerd. Groote schokken tengevolge van een plotselinge verandering in de bewe ging der treinen worden zoodoende vermeden. Moeten wissels met hooge snelheid over het afbuigende spoor bereden worden,_ dan is een bijzondere constructie noodzakelijk 1). De krachtswerking op een locomotief met het gewicht G kg, die met een snelheid V km Ih een boog mel straal R m. doorloopt, is in fig. 33 aangegeven: De verkanting bedraagt h mm., de afstand tusschen de loopcirkels der wielen s = 1,5 m. De hoogte H van het zwaartepunt Z is te berekenen met de voor Europeesene locomotieven opgestelde ervaringsiormule H = 1,034 Hketel- 1,20 m., waarin Hketel de afstand in m is van de hart-
G
V2
Iijn . der ketel tot bovenkant spoorstaaf. De centrifugaalkracht C = - -
g R
GV2
(v= snelheid in mI). Nu is v =:i.. dus C = - - -. Tengevolge van de sec.
1)
Ra ilwav Onze t te
3,6
127,5R
1936-1I, blz . 521.
59
werking van de centrifugaalkracht op 't veerend opgehangen gedeelte komt het zwaartepunt op een afstand e = f. OZuit het midden te liggen (f .
buiging der veeren, d
=
~
=
door-
halve hartlijnafstand der veeren) . Bij machines
·c}
z
. '"r
c'·"
H,
J
H
f
Fig.
3:~
met veeren of balansen onder de draagpotten mag OZ == H genomen worden; liggen zij er boven, dan wordt OZ = Hl aangenomen. Dus e = f H. Voor de doorbuiging der veeren rekent men met f=Sü mmo d Het verschil tusschen de horizontale componenten van centrifugaal- en zwaartekracht is C-G t·,a = 6. C. Nu is sin a
h
GV 2
h en cos a C') 1 (want s
h
a is klein), dus tg a C') - . Of 6. C = - G - . Dit verschil oefent een = s 127;5R s
60
n
n
=-
'\.._ ~
kantelend moment 6. C X H uit. Bij n-voudige zekerheid moet dus s s I::, H X n = G cos a e )C') G(z- e).
ex
(2-
Na uitwerken vindt men: n=
127,5 R (0,75 - e)
H(V 2 - 85hR)
In verband met de veiligheid wordt in de dienstvoorschriften de eisch ges teld , dat n minstens ' 5 bedraagt. In het algemeen wordt hieraan zeer ruim voldaan, zoodat een hooge ligging van de ketel niet als een bezwaar voor de veilige loop cioor bogen kan worden opgevat. Anderzijds wordt bij een hooge ligging van het zwaartepunt de slingertijd van de locomotief om een as, samenvallende met de hartlijn van het spoor, langer, hetÇ,een de rustige gang bevordert.
§ 44. De gang van een voertuig In het spoor wordt beheerscht door de volgende factoren: 1) de bewegingsvrijheid der wielen in het spoor en in het frame; 2) het krachtenspel tusschen wiel en rail; 3) de ligging van het zwaartepunt van het voertuig ten opzichte van de assen; 4) de snelheid van het voertuig; 5) de afwijkingen van de weg en van het voertuig van de theoretisch juiste constructie (invloed van de slijtage). Tezamen vormen zij een samenstel, dat moeilijk voor exacte berekening toegankelijk is. De gestelde eischen zijn: a) rustige loop bij alle snelheden; b] zekerheid tegen het gevaar van ontsporen; cl mogelijkheid door bogen te rijden. Figuur 34 geeft een beeld van het wielbandprofiel en een spoorstaaf met een gewicht van 46 kg/ mo zooals bij de Nederlandsche Spoorwegen in gebruik, voorgesteld in de middenstand in recht spoor. De rails worden onder een helling van 1:20 gelegd, terwijl In bogen een spoorver.wijding wordt toegepast. Deze bedraagt voor: R E
= =,
> ! 100 0
450 10
300 15
250 18
200 22
180 25
m. mm o
De wielmiddellijn wordt gemeten over de loopcirkel. De speling tusschen rail en wielflens bedraagt aan weerszijden 5 mmo Het profiel der wielband is zoodanig gekozen, dat een losse as om de verticale loodlijn door het middelpunt vrij in bet spoor kan ronddraaien (zie figuur 39 boven). De tapschheid der wielbanden is oorzaak, dat een as op recht
61
in de wielba nd sp oo r d e midde nstand zal zoeken . De onrege lmatig heden e n zijn e ch kracht ende en het spoor samen met and ere uitwen dig optred beschr ijft. oor ter oor za a k, dat de as ' een langge rekte golflijn in h et sp profiel v an de M en noemt het lIveter gang". Door juiste keuze v a n het e rd wor den. wielba nd kan de storen de invloe d van de v eterga ng v e r mind loopvl akke n der helling de men dat In h ei algeme en komt dit er op neer ,
1 - - - - - - 1435
Fig . 34
golflen gte van gering er maakt , b.v. 1:40 in plaats van 1:20, waard oor de . De r us tige derd vermin de storing vergro ot w ordt, dU3 de freque ntie p van ti jd verloo na loop der rijtuige n wordt hierdo ur wel verbet erd, doch toch weer verand ert het wielba ndprof iel onder invloe d van de slijtage . zoo veel, dat het gewen schte effect te niet wordt gedaan tisch mogeli jk theore het zou komt, \X' anneer het voertu ig in een bocht wiel op een buiten het dat zijn, d at de as zich zoodan ig in iiet spoor stelt, d e t a psche van d groote re loopci rkel loopt dan het binnen wiel (invloe boog gaat. G ~ vorm der wielba nder.] en de as zuiver rollend door de straal mog ebereke ning leert echter , dat dit dechts in bogen met groote een der wi elen lijk is 1). In bogen met kleine re draal zal slippen v a n n, om de a s werke n moete optred en, en zal een kracht op de wielfle ns door de bocht te dwinge n. opt, is van Ook de snelhe id, waarm ede het voertu ig de bocht doorlo tegen he t b u iinvloe d. Immer s de centrif ugaalk r acht tracht het voertu ig ting juist h et t e nb ee n van het spoor aan te drukke n, terwijl de verkan h et onde rbij zich men dat jk, tegeno verges telde bewer kt. Het is duideli 1)
62
Krei ssig : He re ch n nn g des
E isenb~hn \\':1gen s,
blz. 15.
n
e
n
s
n
i-
~t
r-
zoek van het gevaar van ontsporen zal moeten beperken tot de onguns tigste stand, die het wiel ten opzichte van de rail k an aannemen. I
§ 45. Verschuift men de as loodrecht op de hartlijn van het spoor te tdat de flens de railflank raakt, dan ligt dit raakpunt in een vlak 10 mmo on der de loopcirk el . Bij schuinstelling van de as ten opzichte van het spoor, komt het raakpunt naar voren te liggen. De hoek a : waaronder de w ielflens in de bocht tegen de railflank aanloopt, bedraagt bij hoofdsp oorw egen ten hoogste 2°. In figuur 37 is een voorstelling gegeven van e en doorsnede in een vlak 10 mmo onder de loopcirkel van het wiel. Het punt A, waar de flens bij schuinstelling van de as tegen de railflank
F ig .
Fig;. :lil
:~(j
loopt, beschrijft een verlengde cycloide (figuur 35) en heeft een snelheid vol ge ns de pijl gericht. In het aanrakingspunt treedt dus wrijving op tusschen wielband en rail, waardoor kans op oploopen en ontsporen ontstaat. Bovendien is deze wrijving een bron van slijtage. De in punt A optredende krachten (figuur 36) zijn de volgende: H en V zijn de horizontale cn V C I ticale krachten. Deze hebben een resultante R, die te ontbinden valt in de normaalkracht N en de tangentiaalkracht T . Tengevolge van de relatieve beweging van de flens ten opzichte van de rail, die, zooals uit figuur 35 blijkt, vrijwel in de richting van, T verloopt, treedt wrijving op. Men! mag aannemen dat de wrijvingskracht f.l N in hetzelfde verticale vlak werkt als T. Zij is tegengesteld aan de bewegingsrichting, dus naar boven gericht. Het wiel zal beginnen op te loopen. als T- ,u N= o. Aangezien T = V sin (3 - H cos (3 N = V cos luidt de voorwaarde:
fJ + H sin fJ
H=
tg (3 - ft V 1 + f.l tg (3
63
k G. De V geli jk aan de tota le rad dru Zoo dra het wie l opl oop t, wo rdt . r k euz e . blii ' H ieru IJ k t, d a t doo it H - tg (3 - ,ll voo rwa ar d e wor dt d an: -G - 1 fl tg (3 . veil ige loo p een vol doe nde rad dru k G de van een gro ote Hen sho ek (3 en 0 (3 bed raa gt 60-54 • waa rbo rgd is. De gro otte van
+
/
Fi g . 3 7
rde n, and ere voo rwa ard e ver vul d wo § 46. Er mo et eve nwe l nog een rkt, eme opg d wer ver late n. Zoo als ree ds alv ore ns het wie l de rail kan otte gro De kel. k 10 mmo ond er de loo pcir raa kt de flen s de rail in een vla ver een vou bep aal d me t beh ulp van de van de flen svo orsp ron g wo rdt ert, imm ers (fig. 38), die een ben ade ring lev dig de form ule 1= l /{r + lO)2_ r2 lag er dan eid s en rail , ligt in wer kel ijkh pun t A, het raa kpu nt van flen as van het che n loo pci rke l ~n rail . Op de pun t B, het aan rak ing spu nt tuss mas satr aag een kra cht P (tre kkr ach t en wie l we rke n: het gew ich t G, aan loo pen dat het wie l doe t dra aien . Bij hei dsk rac ht] en een mo men t M, 1 N sin (3. 1(3 os Nc ver tica le kra cht Q = van de flen s we rkt in A een van he t g ain dra de mo men t Q X I, dat Dez e kra cht Q ' ver oor za a k t een nie t nog l wie erst and . ver gro ot. Zoo lang het ewie l bel emm ert en de loo pwe likk enb oog n aan gen om en, dat pun t B het beg int op te loo pen , mag wo rde sve rge lijk ing het wie l blijft. De eve nwi cht lijk pun t van wen teli ng van aan de ver dat ot, Q 1. Wo rdt Q zoo gro om pun t B luid t: P r + M =
+
64
len,
rkt,
)tte
-o u -
ie rs dan het aag-
ip e n in {jo
het nie t k k eking ver-
gelijking voldaan wordt, dan begint het wiel op te loopen. Het blijkt d us, dat groote w ie le n (met een groote I) makkelijker tot ontsporing k omen dan kleine. Bij sterke slijtage van de wielband (z.g. scherp geloopen flens) wordt e veneens I groot ; red en, waarom de wielbanden na het afleggen va n e en bepaald, aantal kilometers opnieuw moeten worden afg edraa id .
F ig. 38
§ 47. Bij overgang van recht- op krom spoor verandert de beweg;ng van de locomotief van een rechtlijnige in een combinatie van translatie e n rotatie. De versnellingskracht, benoodigd om de massa van de locomo tief de rotatie te geven, werkt in horizontale richting loodrecht op de hartlijn van het spoor. Hier komt de- resultante 6. C van de middelpuntvliede n d e kracht en de ontbondene der zwaartekracht nog bij (ziel § 43). Deze horizontale krachten moeten worden opgenomen door de wrijving tussc h e n wielband en rail en de flensdruk. In het ongunstigste geval, waarin de -gr oo ts te ontsporingskans bestaat, worden de horizontale krachten geheel door de flensdruk opgenomen. Dit is de in § 45 genoemde kracht H. die echter langs theoretische weg niet te berekenen is. De grootte is n.l . niet alleen afhankelijk van de reeds genoemde factoren, doch ook van de plaats van de as in het frame . Denkt men zich b.v, een locomotief met voorloopend draaistel, die door een boog loopt, dan is de verhouding d er Hensdrukken op de wielen van het draaistel en op de gekoppelde wielen afhankelijk van de kracht, die de terugstelveer van het draaistel op het . hoofdframe uitoefent. De hefboomsarm ten opzichte van het zwaartepunt van de massa, die een rotatie moet verkrijgen, is bij het draaistel het grootst, terwijl de kleine diameter der loopwielen een, goede w a a r b or g te~en ontsporen biedt. Het is dus gunstig, een zoo groot mogelijk gedeelte van de benoodigde horizontale flens druk door de draaistel wielen te laten opnemen. D<:: veerconstante en de voorspanning van de
65
I
I
gebrac ht worterugs telvee r moete n met deze eisch in overee nstemm ing en der t erugng afmeti de den. Tot voor kort was men bij het bepale n van loop eigende ste lve er aangew ezen op de ervarin gen, opged aan met met beh ulp schapp en van reeds uitgev oerde locom otiefty pes. Door meting ges la ag d, een van piézo- clectri sche instrum enten is men er ec hter in lo comot ief de van n sse a illende ov erzich t te krijgen van de in versch pun t opinga no aank een die en, tijdens de rit optred ende horizo ntale kracht de en, g verkre middel geven voor de Hensd rukken . en heeft men een werkin g van de terugs telvee r in de practij k te to etsen 1). a lle omsta nHet is echter noodza kelijk, dat de voorst e assen onder HiV niet te dighed en voldoe nde belasl blijven , lenein de de v erho uding et sla p zijn, mo assen e voorst der g ongun stig te laten worde n. De veerin opzich te ten spoor het van zo oda t bij plotsel inge hoogte verand eringe n t en van a rl ve het bij van het wiel, zoo als die b.v. voorko men wanne er ve rkan de een boog het hoofdf rame nog scheef staat onder invloe d van de raddru k ling van het spoor en de bogie reeds recht komt te staan, op de onderzo o weinig mogeli jk afneem t. In dil verban d zij ge wezen . 3 nn Bauma en zoekin gen van Uebel acker 2) ~-.,so
l S0
1 sis 4
-jrr-
--- j
-----Itt-----
r---~fO
11'
, {
') 2) 3)
66
Fig. 39 12D. Hi ller, Orgn n 1938, blz . 330 en N ord ma nn , Organ 19·11, blz. Oru a n 1926. blz. 49ï en Organ 1928, blz. 42ï . . Bulleti n 1935:, blz . 234ï.
-
f t ~
~
l!
•
I,
~
e
.
~
n
,
11 11
...
[-
k
10) I
..
lu
"l
~
<:)
lil
11
.
;
~
.. ...•
...
<)
t-
"1
......
~
,
~ ~
~
Q:;
l:)
-Cl
11
a
I
~
•
11
ct:
Q::
.::l
~
L F ig; . 40
67
wordt Figuur 39 toont, hoe een as in recht spoor schem atisch door wielen de voorge steld. De as wordt vervan gen door de hartlijn , van s speling de de aanloo plengt en 1 van de wielfle nzen en het spoor door schaal als het het wielste l. Zoude n wij trachte n, de boog op dezelf de ien wij zoowe l aangez groot, te figuur . voertu ig te teeken en, dan wordt de de dimen · loopen uiteen de boogst raal als de speling in het spoor, die zeer jk op de duideli mm.], sjes hebben b.v, R= 180 m. en s + E = 35 ede waarm en, tceken ing willen zien. Roy 1) heeft een metho de gevond g in het door passen de keuze der schale n voor breedt e (spelin practis ch een [R] raal boogst en ig) spoor) , lengte (lengte van het voertu het beechter heeft de bruikb are teekon ing werd verkre gen. De metho igen voertu lange zwaar, dat zij voor bogen van kleine straal en voor ellings voorst andere niet geheel juiste waard en levert. Vogel 2) heeft een b- b (figuur 40) wijze ingevo erd, die nauwk eurige r is. Uitgaa nde van de basis een afstan d op uit spoor het van hartlijn zet men de abscis sen x van de
§ 48.
12
I e y= - - ' -en bereke nt men de ordina ten y volgen s de formul 2. R.b b .n middel tot punt waarin I de afstan d op ware groott e van hef gezoch te spoor zet men dellijn c-c van de boog voorst elt. Op de hartlij n van het E naar b enetut en d e spe I'mg -s oven ' naarb vervol,gens d e spe I'll1g,-s b
x
. 2b
2b
+-
het spoor. Voor den. Tezam en vorme n zij de totale speling van de as in of 4, en n = 20 2 = b de schaal coëffic ienten b en n kiesf men gewoo nlijk E = 35 mm., b =4, n = 10, terwijl of 10. In figuur 40 is R = 180 m. en s de' geheel e figuur op de halve groott e verkle ind is.
+
zal in § 49. Een voertu ig met twee vast in het frame gelage rde assen as met de wieleen boog een zoodan ige stand inneme n, dat de voorst e zoo mogeli jk zich as flens iegen de buiten rail aanloo pt, en de achter ste de bocht. door ig radiaa l stelt (fig. 41). De flensd ruk H v dwing t het voertu
~; ;t .
=F'~ i
R
Fig. 41
1) 2)
68
Revue Gen . 1884-IJ, hls . 153. Organ 1926, blz. 35-1. Ka stner. E. B. 1941, blz. 31.
-""",:,,-;o'_~"
-
•
Deze instelling is mogelijk, indien de vaste radstand niet grooter is dan a m ax . = R (s E). Voor R = 180 m , en s E = 35 mmo is a m ax . =
i2
+
+
l' 2 X 180 X 0.035 ~ 3.5 m. Bedraagt de vaste radstand meer dan 3,5 m. , dan gaat de achterste as tegen de binnenrail aanlocpen (fig. 42) en neemt de flens druk Ha een deel va n de kracht op, benoodigd om het voert uig door de bocht te dwingen. Me n noemt dit " snijgang". Bij hoog c snelheid (> 70 krn !h) loopt ook de achteras onder invloed van de centrifugaalkracht tegen de buitenrail. Deze
n
a Fig . 42
1n
)r
!O
ljl
in
-I-
jk
lt.
dynamische instelling, die men .Jcoordegang" noemt, is gunstiger, omdat de aanloophoek a, waaronder 'de flens tegen de rail komt, kleiner wordt. Bij het ontwerp rekent men echter uitsluitend met snijgang. Omdat' de krachten H v en Ha het spoor uit elkaar trachten te drukken, beperkt men de vaste radstand van locomotieven tot oo 4,5 m. Bij radstanden, die grooter dan 4,5 m. zijn, moeten bijzondere eenstructieve maatregelen getroffen worden. In de rijtuigbouw is men al spoedig tot draaistelconstructies gekomen, die behalve een goede loop door bogen een betere veering m ogelijk maken. In de goederenwagenbouw past men voor groote radstanden de z.g. vrije zwenkassen toe. De aspotten hebben tusschen de schenen in langs- en dwarsrichting speling, en laten dus een zekere radiaalstelling van d~ as toe. De draagveeren zijn draaibaa r op de aspotten bevestigd, of hebben veerschalmen, die een verplaatsing van de as ten opzichte van de stelbalk toelaten. Door deze constructie wordt de as a u toma tisch in de middenstand teruggebracht. !:..ocom otiev en hebben meestal enkele vast in het hoofdframe gelagerde assen. Met behulp van de in § 48 beschreven methode gaat men na, hoe de locomotief zich in de boog zal instellen, en bepaalt daaruit. welke constructie toegepast moet worden, De verschillende mogelijkheden zijn : 1) het dunner draaien der wielf1enzen van binnen de vaste radstand liggonde assen. 2) zijdelingsche verplaatsbaarheid der assen; 3) radiaalstelling der assen (b.v. ecnassig draaistel, Bissel truck); 4) draaistellen met 2 of 3 assen, die tevens zijdelings verplaatsbaar zijn (b.v. bogie, Kraus-Helmholz truck);
69
b.v. toepas sing van meerd ere drijfw erken (geleed e locom otieve n, Mallet , Fairly, Garrat t]. hooge snelGeleed e locom otieve n hebbe n het bezwa ar, dat de loop bij beweg eheid, als gevoig van de groote overha ngend e massa 's en de groote wordt. ig onrust te rame, hoofdf het lijkhei d der assen ten opzich te van men zoodat ar, kostba oud De constr uctie is ingewi kkeld en het onderh vergroot van tief slechts tot deze vorm overga at, wanne er een locomo een en n mogen gebou wd moet worde n voor een traject met scherp e bochte hooge snelhe id niet vereis cht wordt. 5)
§ 50. In het algem een gelden de volgen de regels : punt a) een as, die vóór' het voetpu nt van de loodlij n uit het middel naar dringt van de boog op de hutlijn van het voertu ig ligt, buiten. ; b] een as, die achter dit voetpu nt ligt, dringt naar binnen l. radiaa zuiver c] een as, die in die loodlij n ligt, loopt 2 Cl locoAls voorbe eld is in het onders te gedeel te van figuur 40 een e = 20 mmo en in een boog motief in een boog mef R = 450 m. en s uitwijk ing van met R = 120 m. en s + e = 35 mmo afgebe eld. De groots te In de boog mmo 55 ruck bisselt de van het draais tel bedraa gt 102 mmo en (en neemt rail buiten de tegen las met R = 450 loopt de voorst e koppe staat de en 47) dus een gedeel te van de horizo ntale kracht op, zie § slechts op achter ste koppe las radiaa l. In de boog met R = 120 m (die berede n zal empla cemen ten voorko mt, en dan met gering e snelhe id rail kan huiten de tegen meer niet worde n) blijkt, dat de voorst e koppc las .id gedraa r dunne las koppe aanloo pcn, en dat de flens van de midde lste
+
moet worde n.
70
-"'--"
- ,
.
~
HOOFDSTUK IX.
§ 51. In het volgende zullen enkele onderdeelen van de locomotiefconstructie nader worden beschreven, Voor uitvoerige gegevens en berekeningsmetheden zie: P h illi pson : Stea m Lo como t ive Des ig n . Da t a a nd Iorm uluo. L ond en 1935 .. Dcv ernaij : La L ocomot iv o a ct uell e . P a rij s ]1)42 .
r
';'11" L ocom ot iv e C vclopaed ia , 10 th . ed it ion . Handboek
VOOl'
New Yor k
was.
spoo rwe g tech nie k . L e id en 1935 .
l p;c l ; Hnndb uch de s Lokomot ivbn ue s .
Berlijn 1\)2:3.
Ball er e n St ürz e r : Berr-ohnuu p; und Kon st rukt ion ven Da mp f'loko mot ive n. \\ï c"ba d ell 1923 . ;I' ,·in ek e; K u rze s Lehrbu ch de s Da mpflokom ot.ivba uos. Berl ij n W:3I.
g n
g .t e
P I
n
l:l
Ralph S . .Iohnson :
The Stea rn Locomot ive.
New - York H)45.
§52 . De ketel is een vhmpijpketel voor gzforceerd bedrijf. De vorm is bepaald door het profiel van vrije ruimte. D e langsketel is samengesteld uit meerdere rondsels , waarvan de; lengte ten hoogste 4 m. is, afhankelijk van de in de Iabricki beschikbare plaatwalsen. De langsnaden worden al s R owenaad met hoog percentage (S5-95 0/0) uitgevoerd. De rondsels 'Zijn met el kaar door enkele- of dubbele iapnaden verbonden; soms worden dubb ele stripnaden to egepast. Op pla a tsen, waar de ketelplaat onderbroken is [stoomdom, voedingskraanklepkast, veiligheid, enz .], worden versterkingsri ngen a angebracht. De in de vuurkist gevormde verbran dingsgassen passeeren de lan gketel door de pijpenbundel tusschen de vuurkistfrontplaat en de frontpijpenplaat . De pijpenbundel bestaat uit vlampijpen er, vlambuizen. In de laatste zijn ove rverhitterelementen (verschillende constructies: Schmidt, Wagner, Houlet, D. M.) ondergebracht. De vlampi jpen en -buizen zijn aan de voorzijde C'.) 3 m.m . uitgezet, en aan d ~ ac hte rzijde e-s m .m. vernauwd, waardoor zij gemakkelijk gedemonteerd kunnen worden. Zij worden in de pijpenplaten vastgewalst. en daarna in d e vuurkist om gekraald om a fbr an den tegen te gaan. In stalen vuurkis ten le gt men wel eens een laschrups om de kraal , om voldoende a fdichti ng te krijgen. De waterspatie tusschen de vlampijpen en -bu izen bedraagt op zijn minst 17 m.m., beter is 20 mmo
§ 53 . De vuurkist-constructie hangt af van de keteldiameter. de roosterafmetingen en de beschikbare pla a tsruim te. De roosterlengte is voor met de hand gestookte locomotieven ten hoogste 3 m., kan ech-
71
veel groote r ter bij toepas sing van autom atische stooki nrichti ngen ropper vlak. worde n. Gewoo nlijk neemt men aan, dat het groots te rooste gt. De bedraa m", 5 eer ongev n, worde dat nog met de hand gestoo kt kan constru framec de , profiel rooste rbreed te hangt af van het vrije ruimte vuurde Ligt tie, de plaatsi ng der assen en de hoogte ligging van de ketel. te rooste rkist tussch en het frame, dan is bij norma al-spo or de groots /
I
R
~
en achter of breedt e C'V 1 D J (fig. 43). Ligt de vuurki st boven, het frame worde n. als boven de drijfwi elen, dan kan het rooste r zoo ' breed gemaa kt mOl!egging ketelli hooge bi] het profiel toelaa t (fig. 44). Dit is dus alleen
l'ig . ,14
ter onder de lijk, terwijl slechts wielen met betrek kelijk kleine diame vuurki st geplaa tst kunne n worde n (meest loopas sen).
72
Naar de vorm van de buitenvuurkisttopplaat maakt men .onderscheid tusschen de ronde [Crarnpton, waggontop] vuurkist (fig. 44) en de r echte [Belpairc] vuurkist (fig. 43). Andere vormen blijven hier buiten beschouwing. De voordcelen van een ronde vuurkist zijn: 1) goedkoope constructie; 2) licht gewicht; en van een vierkante vuurkist: a) groote stoornruimte: b] goede verankering. Het materiaal van de binnenvuurkist is koper of sta al. Koperen vuurkisten laten een betere warmtegeleiding to e (zie § 15), doch zijn kostbaar en zwaar en hebben het bezwaar, dat het materiaal bij hooge temperatuur haar vastheid verliest (bij normale temperatuur heeft' koper een trekvastheid van 25 kg/ mm" en staal van 40 kg / mm., te rwijl bij 350 0 deze voor koper daalt tot nog geen 10 kg !mm', terwijl staal vrijwel dezelfde trekvastheid behoudt). Stalen vuurkisten zijn evenwel gevoeliger voor ketelsteenafzetting en ' worden eerder door de verbrandingsgassen aangetast (de koolstof kan wegbranden) . Zoowel koperen- als stalen vuurkisten kunnen gelascht worden, eerstgenoemde autogeen 1), laatstgenoemde ook electrisch. De wanddikte bedraagt 8-11 mmo voor stalen- en 13-18 ' mm o voor koperen vuurkisten. De frontplaat, die door de gaten van de pijpen.. bundel verzwakt is, is dikleer : 12-13 mmo bij stalen- en 25-30 bij koperen kisten. De in, fig. 43 aangegeven afrondingen en waterspaties hebben de volgende kleinste waarden (voor stalen vuurkisten zijn deze waarden zoo groot mogelijk' te nemen): ' r l = 200-335 r 2 = 115-160 SO-140 r3 SO-100 r4 3575 rs 25'35 ra 60- 75 r7 rB = 600-1000 rg - 75
mrn.
mmo mmo mmo mmo mmo mmo mmo mmo
60- 80 60- 80 S2 80-100 53 90-135 S4 = 100-130 Ss SI
a
mmo mmo mmo mmo mmo
0,4-0,5 R.
De vlambuizen zijn in een rechthoekig, de vlampijpen in een ruitvormig patroon geplaatst. Buiten- en binnenvuurkist moeten ondersteund worden om de kracht van de stoomdruk op te nemen. Daartoe zijn zij met elkaar verankerd.. De afstand der steunbouten en ankers bedraapt
.e ')
Spoor- en Tramwegen ] 942, blz. 330.
ï3
door steunb ou t en 90-105 mm o In een vierka nt met zijd e a, a a n de hoe ken k van 1 cm. g("steu nd, is het !-,:rootste buigen d mome nt in een stroo
1
12 pa
2
pa " - = -2 (d ~X 1 X d2 2d 6 neemt men aan . dat , is tisch quadra wandd ikte). Omdat de inklem ming
Pa
pa"
br eedte : Mb = - = - (p = 12 12 .
pa"
a= -
2
stoom druk) en aa =
-
-
D e door , (a = 110 kg/cm' voor koper en 450-50 0 k9/ cm2 voor staal],
4d een steunb out snede der steunb outen volgt uit de kracht , die op een door odat bij b r eu k zo , ord doorbo onder st eu nde rechth oek a X b werkt. Zij zijn dan: is water uit het verklik kergaa tje treedt. De treksp anning
a=
n
d~i a bn u' 2 [dr
=
di amete r steunb out. 0
=
diame ter verklik kerga a t je],
4 4 de 22-35 mrn. , afhank elijk van het materi aal der steun bou t en. gt bedraa dl van outen st worde n steunb ~rootte van a en b en de stoomd ruk. T oegepa kg of staal (a = 500 kg!cm') I). !cm') 600 kg = (a etaal koper (a = 300 /cm')' monelm k en of r ondom Zij worde n in de vuurki stwand geschr oefd, en omgek lon e is de schroe fvastge lascht. Over het in de waterr uimte lig gende ge d eelt v erschi llende draad wegge draaid om ketelst eenafz etting te vermij den. De d e te mp e ra · uitzett ing van binnen - en buiten vuurki st. ver oor zaak t door In de orden. w omen tuurve rschill en, m oe t door de steunb outen opgen te groot paties eerste plaats komt men hieraa n tegem oet, door de waters ne ch k un n maken , zoodat de steunb outen zich over groote lengte elastis en mei d e ve r vorm en . Verde r maakt men de steunb outen op de plaats waa ri n de sten, vuurki stalen Bij groots te lineair e uitwijk ing beweg elijk. een groot is n, tempe ra tuurve rschill en groote r worde n , dan in kopere h emelan k e r gedeel te der deunb outen en hemel ankers beweg elijk. De r steeds van bereke ning is analoo g, aan die der' steunb outen. Zij zijn echte
staal, of h emelDe deelen van vuurki st en ketel, die niet door steunb outen en ge kering eran ankers verbon den zijn , worde n door staaf- of plaatv steund . ontpla at en De langsa nkers nemen de op het vrije ged e elte v an ketelfr stalen staven , . achter plaat uitgeo efende drukkr acht op. Het zijn dikke spanni nge n extra van ctie onstru die als voorde el hebben , d at zij de ketelc t ri llen, gaan n kunne ontlast en, doch als nadcel en, dat zij zwaar zijn, . In maken v eel onderh oud vereisc hen, en de ketel minde r toegan kelijk 1)
74
R.l\LE .] 9.39, blz . 334.
e
n
e e
t
n
lange ketels worden zij daarom niet toegepast. Men kent er voor in de plaats twee andere constructies: n.l. een verstijving met behulp van platen, die door middel van hoekijzers aan de ketelplaten vastgeklonken worden, of wel met behulp van korte schuine langsankers, die in opgeklonken, nokken aan de ketelrondsels bevestigd worden. De' dwarsankers ondersteunen de vrije zijvlakken van de buitcnvuurkist. In Amerika is het gebruikelijk, de vuurkisttopplaat een lichte welving te geven en de straal 1'2 (fig. 43) van de afronding groot te maken. De hemelankers zijn hier eenigszins radiaal ingeplaa tst, waar door dwarsankers overbodig zijn. De klampankers vormen een verbinding tusschen de langsketel en het niet gesteunde onderste deel van de vuurkistpijpenplaat. Zij moeten lang zijn om voldoende bewegelijkheld te hebben en opwaartsche uitzetting van de pijpenplaat te volgen. De verbinding van vuurkistplaten en bodemring wordt geklonken. In de hoeken, waar niet voldoende plaats is voor de nagelkoppen. worden tapeinden ingeschroefd en omgeklonken.
§ 54. Bij het ontwerp van het cylindergietstuk moet op het volgende gelet worden: 1) Stoomcylinder en schuifkast mogen geen gemeenschappelijke wand hebben, teneinde spanningen voortvloeiende uit het temperatuurver~chil van versche- en afgewerkte stoom te vermijden. 2) De kanalen moeten groot zijn , en de doorstrooming van de stoom zoo weinig mogelijk weerstand bieden. Zoo noodig zijn de zijwanden der kanaJen te steunen met in- of uitwendige ruggen. Inwendige rug~en moeten in stroomlijnvorm uitgevoerd worden. 3) Bij vereeniging van meerdere cylinders in één gietstuk, mogen' de cylinderwanden niet gemeenschappelijk zijn (zie punt 1). 4) De kanalen voor versche- en afgewerkte stoom moeten gescheiden blijven. 5) De schuifdiameter moet groot zijn, waardoor de stoom snelheid be-
k
16)
n
n,
n,
n
7)
perkt wordt. Gewoonlijk kiest men het schuifoppervlak C'.) ZUloppervlak. De schadelijke ruimte moet zoo klein mogelijk zijn. Het is gebruikelijk, de cylinderdeksels een vorm te geven, die zich nauwkeurig aanpast aan de vorm van de zuiger. Wanneer de drijfstang nastelbare metalen heeft, moet de ruimte tusschen zuiger en cylinderdeksel aan de krukzijde iets grooter zijn dan aan de dekselziide, zoodat voldoende speling overblijft, wanneer de drijfstang ingekort is. De speling bedraagt C'V ') mmo De kanalen zijn liefst recht en zoo kort mogelijk te maken, daar zij
75
stoom de schade lijke ruimte vergro eten en de doorst roome nde langer weerst and bieden . Dit heeft tengev olge, dat de schuif kast wordt dan de cylind er. men. 8) Materi aaloph ooping en IlJogen in het gietstu k niet voorko mogen niet 9) De bevest igings bouten van het gietstu k aan het frame door midn worde n op afschu iving belast worde n. De deksel drukke bracht . del van vertica le pasvla kken en spieën op het frame overge één gietstu k 10) Wanne er de cylind ers en het rookka stzade l samen t door vorme n, wordt het op het rookka stzade l rusten de ~ewich . bracht overge frame het op middel van horizo ntale pasvl~kken de op en zijn kelijk 11.) De versch illende boutga ten moete n goed toegan boorba nk bewer kt kunne n worde n. n zoo moge12) Gietst ukken van linker- en rechte rmach inehel ft moefe en geeft lijk verwis selbaa r zijn. Dit spaart model- en vormk osten, streeft Men n. edeele reserv van n bespar ing in het voorra dig houde locomo de van eeIen onderd er naar, een zoo groot mogeli jk aantal gd verlaa sten tief te standa riseere n, waard oor de onderh oudsko vorworde n. In Ameri ka en Duitsc hland 1) zijn op dit gebied groote 13)
14)
')
76
dering en gemaa kt. groote re' De, pasran d voor het cylind erdeks el heeft een 12-14 mmo behoud t diame ter dan de cylind er. Bij het uitbor en van de cylind er bedus de rand dezelfd e diamet er, waard oor het deksel zonder is dien Boven n. worde kan teerd zwaar opnieu w stoomd icht gemon schuin eter ddiam pasran en de overga ng tussch en cylind erdiam eter akafgedr aaid, hetgee n het inbren gen van de zuiger veeren vergem dat n, kelijkt . Het begin van de afschu ining wordt zoodan ig gekoze nd bij slijtage van de cylind erwan d de zuiger veeren geen stootra ercylind erlijke afzond men past kunne n vorme n. Tegen woord ig kt kan voerin gen toe , zoodat het cylind ergiets tuk van staal gemaa WDrgehard worde n. Eventu eel kunne n de voerin gen met chroom e gering den, waard oor een zeer glad opperv lak ontsta at met zeer slijtage . itingen : Op het gietstu k moet plaats zijn voor de volgen de aanslu smerin g van zuiger en schuif; cylind erkran en: veiligh eidsk leppen ; indica teurs; kijkga ten voor het stellen van de schuif. geplaa tst Eventu eel kunne n enkele hierva n op het cylind erdeks el worde n. Orgarr 19:1O, blz . lll.
Als bijzondere construetievormen kunnen genoemd worden: De in de Ver. Staten gebmikelijke vorm, waarbij frame, cylinders en rookkastzadel met de bijbehoorende verstijvingen uit één stuk gegoten worden 1). b] D2 cylinders en het rookkastzadel worden uit plaatstaal gelascht 2~ . De afmetingen der stoompoorten berekent men als volgt: De poortlengte bC'V 2/3 à 3/4 schuilomtrek (in verband met de dammen in de schuifbus] . a)
· a D e poort b ree d te a vo I gt UIt:
. . = -c X- f , waarm c = genu.dd e ld e zuiger-
b Xw snelheid in m/s~c t f = zuigeroppervlak in m", b = poortlengte in m, en w = stoomsnelheid in m/s~c. Men neemt w --= 50 m/s~c . . De poortlengte in de cylinder mag evenwel niet te groot worden, de omtrekshoek bedraagt ten hoogste C'V 140 °, waarbij zoo noodig dammen worden ingegoten met het oog op heb inbrengen van de zuigerveeren.
§ 55. De wanddikte der cylinderdeksels is kleiner dan van de cylindcrs, zoodat bij zware waterslag, die niet door de veiligheidskleppen verwerkt kan worden het deksel het eerst zal bezwijken en het kostbare cylindergietstuk gespaard blijft. Het gebeurt echter zoo zelden, da t men in Enge~and en Amerika er geen bezwaar in ziet, het achtercylinderdeksel samen met de cylinder uit één stuk te gieten. Losse cylinderdeksels worden op tapeinden vastgeschroefd, waarvan de steek ten hoogste 120 mmo mag zijn. De in de tapeinden toe te laten spanning is 500 kil /cm', De zuigerstang loopt door pakking bussen, die bewe~elijk zijn en uitsluitend voor stoomdichte afsluiting van de cylinder zorgen. De zuigerschijf heeft een 4-5 mmo kleinere diameter dan de cylinder, de speling wordt door de zuigerveeren ingenomen. De hartlijn van de cylinder is gericht op het middelpunt van de krukcirkel. Om een gunstige krachtswerking te verkrijgen legt men de cylinders zoo mogelijk horizontaal. Bij de plaatsing moet rekening gehouden worden met de beschikbare ruimte, en nagegaan. worden, of in het drijfwerk geen met elkaar in strijd komende bewegingen ontstaan. Zoo moet er b.v. op gelet worden, dat kruiskop en koppelstang elkaar niet kunnen pakken. Cylinder en deksels worden met warmte-isoleerend materiaal bekleed. § 56. De zuigerstang (fig. 45) wordt op trek en druk belast. Tusschen kruiskop en zuiger is ook de knikzekerheid na te rekenen. Volgens Eder
t
is n ) )
=
n2
EI
- -.
PF
Deze bedraagt voor zuigerstangen 10-20. Daar evenwel de
Lo comotivo Cyclopae d ia 19.'38 , blz . .. .. R . Gaz . 1938-1, blz . 178 , Organ 1939, blz. 232.
77
Fig. 45
slankheid veelal
<
105 is, past men beter de formule van Tetmayer t oe .
Voor vloeistaal luidt zij : T
knik
= 335-6,2~ (waarin
traagheid~straal
i =
1
van de stangdoorsne de]. De knikzekerheid n = T knik bedraagt in dit ge-
Tdru k
val 4·6. Wordt de stanglengte tusschen zuigerschijf en kruiskop groo te r dan 2 m ., dan is het wenschelijk, dat de stang tusschen achtercylinderdeksel en kruiskop nog door een lei bus loopt, waardoor de kniklengte en de doorbuiging beperkt worden. Zulke lange stangen vinden slechts zelde n toepassing. Men kiest dl en d 2 zoodanig. dat er een toegift van enkel e meters worden door ingedraaide groeven aangeg even. Om te verhinderen, dat de zuiger op de cylinderwand loopt, past' men de v e r lengde zuigers lang toe . Tevens wordt hiermee bereikt, da t de zuigerkrachten aan k ruk- en dekselzijde ongeveer gelijk worden , hetgeen de rustige loo p bevordert. De zuiger met - stang is dan opgelegd in de kruiskop en e en draagbus op het voorcylinderdeksel (deze b~s ligt vóór de pakkingbus l]. De doorbuiging bij de zuiger mag in de ongunstigste stand niet me e r dan 1,5 mm o bedragen, De stang (fig. 46) is opgelegd in de punten A en B. De reacties in de ze pnten zijn te vinden uit:
A= G 12 + / 21 3 + Z 1 1
B = G I1 + 1 / 2 13 Z
voorts
IS
1
A 13 3EI 1
ft = - -'-
q
- I ~ + + . ql I' I
1
/ 21
, +
q2
I 11 + 13 + 2 1
I1 4 f _ BV 8 Eli en 2 3 EI 2
+ I, ~ 1
3
(f
j
1 1/ 2 12 1
q 2 2
q.
en y = f l
78
1 12+13 + I I. 1
-
f l)
112
q 2
I~
V
8 EI 2
~_
" 1-
-
_ _
_
_ _-
_~~ ~
---~
-
Om gewicht te sparen (met het oog op de balanceering, zie § 38 e .v.] ma ak t men soms zuigerstang en verlengde zuigerstang hol. In Engeland en Amerika laat men de verl engde zuigerstang ve rva llen en aanvaard t de ongeli jkmótige slijtage van de cylinderwand. De spie, waarmede de zuigerstang in de kruiskop is bevestigd, wordt op a fschuivin g belast. Men rekent de spie na v oo r 1,5 maal de grootste stanqkracht. De to e te laten sp a nning en zijn (fig. 45) : In doorsnede A -B a = 1000-1 200 kg /cm ' In doorsnede C-D 7: = 400- 500 kg /cm' 950-1 400 kg /c m' r = In de spie
et, J, 1,
a'2 Ja. '12
-- - -
-----
8
~4
t,
'3
'4 I.
Fig _ 46
De vlaktedruk tusschen kruiskop slof en leibaan mag bij aanzetten 4-8 kg / cm2 bedragen, doch liefst niet meer dan 5 k g/cm ' Bij volle snelheid mag het product van vlaktedruk in kg /cm ' en gemiddelde kruiskopsnelheid in m/ sec . een waarde van 40-50 bereiken. Men noemt dit het wrijvings getal. De kruiskop-pen wordt op buiging belast (a'> -=: 1200 k g jcm' en kan ter ~ewichtsbesparing doorboord worden. De kruiskopwangen moeten niet kunne n vervormen als gevolg van de stangkrachten en de versnellingskrachten. Wanneer de slingerhefboom van de coulisse aan de kruiskop is bevestigd, treden dientengevolge extra versnellingskrachtcn op. De doorsnede van de leibaan wordt b epaald in overeenstemming met de eisch, dat de doorbuiging tengevolge van de verticale kruiskop druk in de onguustigstc stand ten hoogste 1 mm o mag bedragen. Voorts moet er op gdet worden, dal in de uiterste stand nog 4-5 mm o speling blijft tussche n drijfsta ng en lei baan.
79
eva lle n, § 57. De drijfsta ng is te bereke nen vo lgens twee bela stingsg n.l. bi j aanzet ten en bij volle snelhe id,
Bij aanzet ten
16
n:J.2 p 4 de maxrm um stangk racht P m = - - (r = krukst raal)
l! 1 -~F
I
1
e 1 = drij fstan glengte . Hierui t vind t men de k leins te st ang do orsned
=
F min .
P", De toelaa tbare spanni ng
=
a.D
C'.)
500
kg/c m' .
e c
Voorts wordt
a,D
moe t worde n de stang op kn ik belast- Gezien de speling der la gers,
I
I
I
I
L ._ r
._ _ ._._.1 J I ~ 01",_
IJ",," F ig . 47
vla k sc ha rnie aangen omen, dat de stang in het horizo ntale -en vertica le van Euler rend is opgele gd. De in, dit geval van t oepass ing zijnd e for mule ' ste tra ag hrer'cl s. h et 11 ç ein "cl > 105] 1Uiid t: P kn = 'Jt~ El 12min ' " Imin . IS (--:-1.IS a 1tIJ .
.
I
n = mome nt van de stangd oorsne de. in fig. 48 is dit dus I y.
P kn P
2
H
11
en
op de massabedraa gt 1,2-2 voor sneltre inmach ines (waar met het oo g vo or goede2-4 en , ordt] w d t~ueer kracht en zoo licht mogeli jk gecons stanggroote t me stijd renma chines (die een groot gedeel te van de bedrijf g ekenin r men kracht en werken ). Bij nauwk eurige r bereke ning houdt ele he ge de met de niet consta nte doorsn ede van de stang. Het voor stang gelden de traagh eidsmo ment is dan 1.= (0,34 + 0,66 47 boven) of 1= ( ,0,80 + 0,20
-V
ImiD ' ) I mllx .
J/
Im I D. ) Imilx.(fig..
I max
Imax. (fig. 47 onder) .
druk in de Bij volle snelhe id wordt de stang niet alleen door de stoom druk door of trek en ~ buigin op cylind ers op trek of druk belast, maar ook lag , waters door n kunne de massa kracht en in het drijfwe rk I}. Boven dien ')
Wül decke,
Organ 1936, bls . 432.
g
1 n d
v" cl n
.,
t,
1)
:1t
---
.
-
-
-
doorslaan en zandstrooien extra belastingen optreden, die vooral voor koppelstangen (gesloten systeem, zie § 33) zeer nadeelig zijn. Het denderen van de locomotief op d~ b~an kan leiden tot boventrillingen in het drijfwerk 1). De ge mid delde stoomdruk in de cylinders bij volle snelheid kan voor e nk elw e r k e nd e machines globaal aangegeven worden met de formul e Pm = 3,6 { I +0.03 (p-12) } (p = volle stoomdruk), waaruit men de stangk rach t en de trek- en drukspanningen at en ad kon vinden. De ronddraaiende component van de drijfstangbeweging oefent op de massa een centrifugaalkracht uit, die men de zwiepkracht noemt. Deze veroor-
~n
-r ~... ie ler
:lsen saden g.ing iele
Fig. 48
za akt buigspanningen, die evenals de stangkracht een wisselend karakter h e bb e n . Bij korte drijfstangen kan met de volgende analytische bereken in g der wisselspanningen volstaan worden: Met verwaarloozing van de in de lengteas werkende massakrachten, en in de veronderstelling, dat de stang' prismatisch is , verkrijgt men het in fig. 48 geteekende belastings15 vlak: qmax. =m r W 2= ~ r (2 :re n)2 C") 2 r n 2 f C, waarin r = krukstraal in cm., Il = aantal drijfwielomwentelingen per seconde, f = . doorsnede van de drijfstang in cm ? en C =3 . g. staal = 0.0078 k9/cm3' Het grootste buigend moment M max. C")
de loor ;lag,
161
q F . Nu mag
atolaal =
al>
+ a,
tot 1000k g/cmt
bedragen. Voor lange drijfstangen, waar men zorgvuldig moet construee·· ren, is deze berekeningswijze niet nauwkeurig genoeg, en past men de gr a fisch e methode toe (zie litho). De stang wordt in een aantal stukken verdeeld, voor welke afzonderlijk de massakracht berekend wordt. Zoodoende kan het niet prismatische verloop van het stangprofiel in rekening gebracht worden. Na constructie van de momentenlijn kunnen de !)
Leh r
Z .V.D._I 1938, blz . 541.
81
buigsp anning en gevon den worde n , e r ia a l van d e In verban d met de wissel ende belasti ng moe t het ma t stang van zeen goede kwalit eit zijn. tte n zijn De in de drijfsta ngmet alen toe te laten vlakte drukk en bij a anze p (met ko 300-35 0 kg/cm ; in de kleine kop en 100-12 0 k9 / cm 2 in d e groote m e n de z.g, n as t elba r e metale n) " Inplaa ts van nastelb are metale n kan aste gietijze v n e e is op stangk n " Hoa t ing bush" toepas sen. In de geslote bronze n bus e loss orde doorbo re n bus gepers t, waarin een met smeerg aten He t geheel vrij. der ver is past. Deze kan niet zijdelin gs versch uiven, maar ositie ge tcomp wordt met een harde, b ij hooge tempe ratuur smelte nde ve k g/ 2. T egenvuld. De toelaa tbare vlak te druk b ij aanzet ten is 60-90 cm rs toegep ast. woord ig worde n in toenem ende mate drijfsta ngen met rollage d w a ren bestem niet s rolletje de dat A a n va n k elijk was de moeili jkheid , en, doch optred rk drijfwe het tegen de stoote n en de wi sselkra chten. die in p ro duge ur vensdu le tegenw oordig worde n lagers met voldoe nd gr oote age rs , glijdl n da ce e r d. 'Zif zijn echter kostba ar. Rollag ers zijn v e el smalle r e n de drijfsta ng kan lichter uitgev oerd worde n. . . max. stangk racht oo 100 geeft een go ede b enad e r ing van De verhou ding stangg ewicht het stangg ewicht . nd als de § 58. De koppe lstang en worde n op dezelfd e manie r bereke geslot en t he in die en, drijfsta ng. Met het oog op de groote kracht k nik de el evenw sys te em der koppe lstang en kunne n optred en, w or dt ige eur k nauw ze k e r heid bij aanzet ten grooIe r genom en, n.l, n = 2-2 ,5. Een sn elh eid is n ie t bepalin g van de koppe lstang kracht bij aanze tten en v olle drijfsta ngk r a ch t mo gelijk , aangez ien niet beken d is, welk gedeel te v an de wor dt opge n olstang koppe de door het drijfwi el , en welk gedeel te door en c P = drijften men (zie § 32) . Wann eer P = drijfst angkra cht bij aanzet nin g a a n bereke st a ngk r a ch t bij volle snelhe id is, dan neemt men voor de ht, ve rmenig da t de koppe lstang kracht gelijk is a a n de drijfsta ngkrac v e rschill ende vu ldigd met een factor, die in onders taande tabel v oor drijfw erken is aangeg even:
I,,""
P laa t s
'>P"
TI
C D
E
82
2de
k oppels t..
koppol st.
d rij fa s
P
I
cP
I
P
I
·ld e
:3de
1ste
k oppolst .
cP
IP I
cP
I I
ko ppe l-t .
P
-
I cP -
0.8
0.5
-
-
-
-
TI
0.7
0.33
0.7
0.33
-
~
C
0.6
0.25
0.9
0.50
0;6
0.25
-
-
0.5
0.20
0.8
0.'10
0.8
0.40
0.5
0.20
A
C
-
n
:l ~.
Teneinde het veerenspel mogelijk te maken, Zijn de koppelstangen scha rn ie r end verbonden. Bij de berekening der kruktappen blijft de koppelstangreactie buiten beschouwing. De hoogst toelaatbare buigspanning, die optreedt op de plaats, waar de tap in de krukwang ingezet is , bedraagt 1200kg!cm2. Ter v ermin dering van het te balanceeren gewicht worden de tappen soms hol geboor d.
s ~1
r-
t. :n
h
's,
:Ie
k-
lO -
.jf an ig.d e
20
83
HOOF DSTU K X.
en de § 59. Men kent twee tractie vorme n : de locomo tieftra ctie bezit. De motorw agentr actie, waarbi j elke eenhei d een eigen tractie orgaan beteeende toenem van oer enverv motorw agentr actie is voor het person locoBij . belang geen van ch kenis, voor goede renver voer evenw el practis aan die n, bestaa ding verbin motief tractie moet tussch en de voertu igen een de volgen de eische n voldoe t: bogen) ; 1) beweg elijkhe ld in het horizo ntale vlak [doorl oopen van n v an stoote en nspel (veere vlak le 2) beweg elijkhe ld in het vertica de weg); 3) de trekkr acht moet kunne n worde n opgeno men; ten en 4) besten dighei d tegen rukken de kracht en, die bij aanzet remme n optred en j ; voor het 5) gemak kelijk te koppe len en los te maken verbin dingen en. eiding mingsl verwar en person enmat erieel óók voor de remverbalk buffer de Oorspr onkeli jk waren de koppel ingen veeren d met opgerstel bonde n en werd de trekkr acht door het houten voertu igonde 49 boven) . nomen en overge bracht . De trekve eren staan dan in serie (fig.
t1J
f'-'- 'H= '-'H'- '-~~ Fig. 49
dus ook. van Met het toenem en van de zwaar te en snelhe id der treinen en a toe over de in het trekwe rk optred ende kracht en is men er in Europ
84
t
D
er
moeten gaan het doorgaande trekwerk in te voeren, waardoor het voertuigonderstel ontlast werd. De trekveeren komen dan echter parallel te staan (fig. 49 onder). Om een doorgaande verbinding te krijgen, die stootv r ij werkt, moet in de koppeling een spaninrichting worden aangebracht. Om de stooten bij het rangeeren op te nemen, worden zij-buffers toegepast. Bij het koppelen van rijtuigen geeft men de buffers een zekere voorspanning (door de spaninrichting in de koppeling aan te draaien], w a a r d oor de rustige loop van de rijtuigen bevorderd wordt. Dit moet worden toegeschreven aan de wrijving der bufferschijven over elkaar, die de onderlinge bewegingen van twee aan elkaar gekoppelde rijtuigen bemoeilijkt. Hel stoot- en trekwerk is in Europa genormaliseerd, zoodat overgang der voertuigen op de verschillende netten mogelijk is. Het bezwaar van de boven beschreven constructie is, dat er een groot verschil ontstaat in de elasticiteit van het stootwerk en het trekwerk. Immers de buffers staan nog altijd in serie, zoodat bij remmen een groote hoe v e elh eid energie in de bufferveeren wordt opgehoopt. Dit is een gevolg van de constructie van de rem. De theoretisch kortste remweg, die met wielremmen bereikt kan worden, volgt uit de vergelijking: f. G. 1 =
"" I0 W 2 waarin • f = wruvingscoë .. . "ff'ierent '" . I op ral. '1 -1 m. V"- +.. -1 .::.-. van WIe 2 2 G = treingewicht, 1 = remweg, m = massa van de trein, V" = snelheid, Jo = massatraaghcidsmornent der roteerende massadeelen (wielen en assen, eventueel motorankers. enz.] en (IJ = rotatiesnelheid. Deze kleinste. r emweg is in de practijk niet te bereiken, want het begin van de rernwerking is afhankelijk van de doorslagsnelheid en van de vultijd der remcylinders. Bovendien is de wrijvingscoêfficient j. tusschen blok en wiel niet constant. De doorslagsnelheid is de snelheid, waarmede zich de drukvermindering (begin van de rernwerking] voortplant door de treinleiding. Deze kan bij de hoogedruk-snelrem tot 300 m!sec. bedragen. Er treedt dan een tijdsverschil op in het begin van de remwerking tusschen het voorsteen het achterste deel van de trein. Gedurende deze periode loop en de achterste voertuigen op en wordt er energie in de bufferveeren verzameld. Bij het uitveelren kunnen in het weinig elastische trekwerk zulke ~roote schokken optreden, dat het breekt. Bij goederentreinen, die los gekoppeld moeten worden om het aanzetten te vergemakkelijken en waar de doorslagsnelheid veel geringer is [oe 150mjsec, ), en een gedeelte der wagens soms niet geremd wordt, treedt dit verschijnsel nog sterker op. De grootte van deze schokken hangt af van de bulierdemping. d.w.z. het verschil tusschen opgenomen- en teruggegeven energie van de buiferveeren. De voluutveer. die vroeger algemeen in het stoot- en lrekwerk werd I
85
12
I
t fO
/
8 6
./.
2
o o
,"~»~ '> "e(\ ~~
~,
....«' ~
~~
~
~d
7
r/
\Ó'''''
0(\
- ""'~ &0
50
.30
60
80 """
Fig. 50
(fig. 50) geeft toegep ast, vertoo nt vrijwe l geen dempin g. Het veerdi agram e, die door energi dit weer. Het kleine versch il (gearc eerde gedeel te) is de De voluut veer wrijvin g van de windin gen over elkaar is geabso rbeerd . wordt grafisc h bereke nd I). Deze zetten Tegen woord ig past men veelvu ldig wrijvin gsbuff ers toe.
Pcos Ol
N
Fig . 51
beken de coneen groot deel van de energi e om in wrijvin gsarbe id. Een aantal in een uit t structi e IS de ringve erbuff er 2). Deze bestaa I)
2)
86
Stark. Z.Y .D.I. 1935, blz. 727 . K reis sig, Bercchn unz des Eisenba hnwage ns, blz. 109.
i-
n
elkaar passende ringen (fig. 51), waarvan de buitenste op trek, en de binnenste op druk belast worden. Het materiaal is over de gehe cl e doorsnede gelijkmatig belast, in tegenstelling met buigings- en torsie veeren, waarin de grootste toelaatbare spanning slechts in de uiterste vezels v oor k om t. Door de wrijvingsarbeid is de terugstoot belangrijk kleiner d an de stoot, zooals in het diagram (fig. 52) te zien is. De stootkrach t P
t
r----r---.....----r----,---~--,--__r_-__r____"
2.8t----t----t---+--1I--+---+---+----+~
2-+ 1----+- --1---f---+-- -+---4---\..L',, ---"k-~ 201----t----/---+---+--+--/~~rl~~~~
10
20
30
40
50
GO
70
80
"''''
Fig . 52
w or dt langs het hellend vlak ontbonden, en er bestaat het volgende verband tusschen N en P : Bij inveeren is de stootkracht = Po , de wrijvings-
Po Bij uitveeren is de terugstoottg (a CPo) PI de, wrijvingscoëfficiënt = f, = tg CP Ien PI = Ntg (a- cp \)=
coëfficiënt fo = kracht
=
tg CPo en N
=
+
P@tg (a - CP J . Voor a = 150, tlgcpO = 0,16 en tg rpl = 0,10 is PI = 0,356 p o, tg (a + rpo) m. a.w, slechts oe
113 van de stoot wordt bij uitveeren teruggegeven. Omdat
het materiaal een hoogere drukbelasting kan verdragen ' dan de trekbelasting, geeft men de buitenringen. die op trek belast worden, een grootere doorsnede. Door de keuze van de hellingshoek o, materiaal, aantal en a fm et in gen der ringen, kan de dempende werking van de veer geregeld worden. Een tcgroote demping is n.l . met het oog op het rangeeren niet ~ e we n s c h t. Ringveerbuffers worden gebouwd voor een stootkracht van t en hoogste 30 t, die voor Europeesche go ederenwagens nog toelaatbaar
87
geacht wordt, voor speciale wagens kan dit tot 50 t stijgen. Grootere stootkrachten moeten in hydraulische buffers opgevangen worden I}. Deze vinden soms toepassing in vaste stootblokken. In toenemende mate vinden automatische koppelingen toepassing , v o ora l voor motortreinen. Er bestaan uitvoeringen, waar de remleiding en de stuurstroomleidingen automatisch meegekoppeld worden [b.v, Scharfenbergkoppeling] .
§ 60, Voor het personenvervoer worden tegenwoordig vrijwel uitsluitend rijtuigen op draaistellen gebouwd, die zoowel wat veering als wat rustige loop, bij hooge snelheid betreft beter zijn dan rijtuigen met vaste.. of schuifassen. De constructie van de rijtuigbak heeft de volgende ontwikkeling doorgemaakt: 1) Stalen onderstel met een gewapende stelbalk, dat alle krachten opneemt en waarop een afzonderlijke houten bak rust. 2) Stalen bekleeding van de houten bak beneden de raarnlijst: de stelbalk is in de bakconstructie opgenomen. Er is geen onderstel meer. 3) Geheel stalen bakconstructie. oorspronkelijk geklonken, later gelascht. Het rijtuig kan lichter uitgevoerd worden, omdat de zijwand met de geheele hoogte tusschen stelbalk en hemelboom als draagconstructie werkt. 4) Stalen of aluminium kokerconstructie van de rijtuigbak (geheel gelascht); het dak en de vloer, tezamen met de zijwanden, vormen een draagconstructie, die lichter kan zijn dan volgens 3). Bij de overgang van houten- op stalen rijtuigen nam het gewicht sterk tee (van N 35 t tot N 45 à 50 t voor een 4-assig Europeesch Dvrijtuig] . Weliswaar verkreeg men zoodoende een zeer rustig loopende en veilige constructie, doch ten koste van hooge treingewichten. die het verder opvoeren van del snelheid belemmerden. Onder invloed van de in de automobiel- en vliegtuigbouw ontwikkelde lichte constructiewijzen is men to t de kokerconstructie [rnonocoque] overgegaan (zie § 63) . § 61.
Het in fig. 53 schematisch voorgestelde stalen onderstel met ~ewapende ligger wordt als volgt berekend: De balk wordt belast door een gelijkmatig verdeelde belasting q kg/ m de geconcentreerde belastingen (hier buiten beschouwing gelaten) en de verticale bufferreacties PI kg. De bufIerreacties kunnen naar boven en naar beneden gericht zijn, beide gevallen moeten worden nagegaan, en het ongunstigste in rekening gebracht. Hierdoor ontstaan trek- en drukkrachten in de wapening. De ligger is 1)
88
Langen en 'fhomé,
Z.V.D .I. 1931, blz. 10l3.
· r -,
-
__ _ _
_ _ _._ _ _
- -- --
statisch onbepaald, en de grootte van de kracht X kan met behulp van de stelling van Castigliane berekend worden. Vervolgens wordt he l mom entenvla k getee1cend, w aaruit de sterkte van de ligger bepaald w ord t, r ekening houdende met de krachten , die in het stoot- en trekwerk op tr e den. Men kan het momentenvlak vervormen, door de wapening een vo or spa nnin g Xo te geven. Zoodoende kan M I = M~ gemaakt worden en net stelbalkprofiel zoo licht mogelijk. Voor M~ en M4 is de balk dan
4-
-+--+--'-t--- 1. - -- 1 - - - - \---..1-~xi:--~.!!.--
~.
I
/ I
/
/
/ / /
-"
/
e
t
:1
n
:r t-
l-
t.
ts
F ig . 53
pla a tselijk te versterken. In onbelaste toestand heeft de ligger, waarvan ' de wapening een voorspanning Xo bezit, een negatieve doorbuiging f o', die berekend en do or de constructeur aan de werkplaats opgegeven moet worden. Gewoonlijk bestaat de' wapening uit ronde slaven, die door middel van spanmoeren met linksche- en rechtsche draad na te stellen zijn. De afstand a en de hoek a zijn zóó te ki ezen, dat de hartlijn van de trekstang de hartlijn va n de stelbalk buiten A-B snijdt. Dit wordt in de constructie, zo oals in fig. 54 boven voorgesteld is, bereikt. Het aangrijpingspunt van de kracht in de trekstang van de wapening is gelegen in een stoel onder de hartlijn van de stelbalk Het moment
~. a t ga
werkt in
gunstigen zin op het verloop van de momentenlijn. Een constructie, waarin
89
het aangrijpingspunt in de 'ha r tli jn van de stelbalk is ge legen (fig. 54 mid-
L=.=~==~ ~ + J
4
I
11
11
•• .
~J
I
SE:jSib;-+ .
~
~:-:c
I - :-
- 4
I
•
I
:iJ " • '.",: :I:\--
Fig. 54
den) is ongunstiger, doch een constructie, waar het a angrijpingspunt boven deze hartlijn ligt (fig. 54 onder) is beslist fout , het moment
~. tga
a is dan
negatief. De benaming van de verschillende onderdeelen van de ho u ten bak is in fig. 55 aangegeven. Het gewicht van de rijtuigbak wordt via schamelbalk e n taatspot (die als trappenschijf of bolvormig uitgevoerd kan worden) op de wi eg ba lk van het draaistel overgebracht. Links en rechts liggen op schamelbalk en wi eg -
I
h~melhoom I
r
stelbalI<
I
flronclhoom
~ iC
!
I
Fig . 55
Fig . 56
balk stootkussens, die het slingeren van de rijtuigbak ve rhi nde ren, doch die geen gewichtsdruk opnemen. De schamelbalk, die de stoet en va n het draaistel op de stelbalk moet overbrengen, is uitgevoerd als ve erende
90
h
~igger
met groot weerstandsmoment, waardoor de buigspanning binnen toelaatbare grenzen blijft. Het profiel moet dus een vorm krijgen als in fig . 56 boven. Het profiel, voorgesteld in het onderste deel van fig. 56 heeft weliswaar een groote I (dus kleine obtliQ)' doch is stijf. Er bestaan ook constructies 1), waarbij de taatspot uitsluitend centree rend werkt, en de kussens de gewichtsdruk opnemen. De schamelbalk en de wiegbalk kunnen nu veel lichter en als stijve ligger uitgevoerd' worden. Er dient evenwel voor gezorgd te worden, dat de smering der zijkussens te allen tijde verzekerd is, zoodat het draaistel niet kan klemmen en ontsporing veroorzaken. Daarom worden voor deze glijvlakken soms zelfsmerende metalen gebruikt. 2).
§ 62.
Omstreeks 1908 is men op het Europeesche vasteland overgegaan tot de in fig. 51 voorgestelde bouwwijze. De houten bak is tot de ceintuurlijst met een plaatijzeren bekleeding voorzien, die aan de stelbalk is vastgeklonken. Deze Z.g. dragende zijwand is voldoende sterk om de rijtuigbak te dragen, en de wapening kan vervallen. Toen vervolgens de geheele rijtuigbak van staal vervaardigd werd, kon men de geheele hoogte van de zijwand benutten voor de draagconstructie (b.v. electrisch ma te-
c~intuurly"5t
~a
stgUZ_!lz~r)
t(.3-+,...
vloer
~ stelhallc Fig. 57
ricel N. S. 1927). De bovenrand wordt gevormd door de hemelboom, en de onderrand door de grondboom, bcklecdingsplaat en ceintuurlijst. Om gewicht te sparen is de onderrand zoo licht gemaakt, dat zij de statische belasting niet meer kan opnemen, zoodat een deel van de belasting door de hemelboom wordt opgenomen. Tusschen de ramen zijn stijlen aange bracht, die de verbinding vormen tusschen onderrand en bovenrand. Men denkt zich nu de bovenrand samengesteld uit afzonderlijk, door schamie-
:t
t)
e
')
R. Gaz. 193ï . blz . :~38. Revue Gén érale Hl:lï, hlz . 115 .
91
,
ngen van de ren aan de stijlen bevest igde, staven . Uit de gekoze n afmeti stijlen en hemelb oom kunne n dan bereke nd worde n: 1) De trek- en drukkr achten in de staven van de boven rand. ande ligger 2) De extra mome nten door deze kracht en op de doorga uitgeo efend. 3) De mome nten in de stijlen. van de bovenDeze bereke ning loopt als volgt (fig. 58) : Met weglat ing rs doorge randst aven (men denke zich de hemelb oom boven de venste teweeg gebrac ht sneden ), wordt de resulte erende momen tenlijn bepaal d, t + lading] door de oplegr eacties . de gelijkm atige belasti ng (eigen gewich vouwb alg met nd kopwa . sten en de geconc entree rde lasten [b.v. accuka ve of nepositie in rijving en buffers , e,;entu eele motori nstalla ties, bufferw dezelf de is stijlen ende gatiev e zin). De hoekv erdraa iing van twee opvolg als van de hartlijn van de ligger tussch en deze stijlen
0
1 .'
I Mdx = EI .
-
E I consta nt is, wordt dit mome ntenvl ak
EI
(0
=
=
(Mdx . Wann eer
.
EI
.
opperv lak van het
tussch en twee opvolg ende doorsn eden). De verpla atsing
van de stijlen is dus
6. =
~~
. Deze verpla atsing wordt echter door de
op 6. is b.v. onbek ende kracht X te niet gedaan . De invloe d van X voor veld 4 de volgen de: naar elkaar toe: 1) De beide bij de ceintu urlijst ingekl emde stijlen buigen
(X rX 3 ) IJ .
3EI34
+
(XS-X4 ) iS
3EI 1s
de stijlen De hoofdl igger onderg aat door X.I een extra buiging , · zoodat ak van ntenvl mome het uit de volgen , elkaar nadere n over een afstand atverpla de en 14, L1. XJ. is ak ntenvl Xi. Het opperv lak van dit mome sing
2)
X4 L , 14 L Eli . I · NU IS
' d h t.g.v. aatsing , e verpl L I ' en net 041 tussc en 6. J en verse hil -6. 1 = -
Eli
X4 moet gelijk zijn aan de rek van de hemel boom, dus: X 1 X4 L I 2J4 (X4 - Xs) IJ ( (X4 - X3 ) iS = -J -4 6. 4 E F4 Eli 3 EI J S 3 EI34 ergelii kinZoodo ende kan men voor alle n velden de vormv erande ringsv nigvul diverme Door ren. opleve X n ~ en opstell en, die de kracht en XI -:-
92
ging van de krachten X met de arm vindt men de extra momenten op de hoofdligger; waaruit de resulteerende momentenlijn (fig. 58 onder) volgt. De sterkte van onderrand en stijlen en hemelboom wordt nu gecontroleerd. Bij de constructie is er op te letten, dat er zich geen spanningsconce ntraties voordoen, b.v. in de hoeken van de ramen. Het moment in de hemelboomstaven in de bovenhoeken van de ramen
.-
I .
Fig. 58 '
)-
1-
93
is in het bovenstaande verwaarloosd. Di t is toelaatbaar, zo ola ng de const ru ctie niet volkomen stijf-wordt uitgevoerd, althans t en opzich te van de stijl als scharnierend kan w or den beschouwd.
§ 63. De geheel stalen constructie van de rijtuigbak heeft de veilig" he id sterk vergroot. Het telescopeergevaar is vrijwel ve rdwenen, en de bak blijft onder zeer on gunstige omstandigheden intact. He t onderzoek van het gedrag van het materieel bij ongelukken biedt hiervoor belangrijk e gegeve ns 1). Het streven van de constructeurs is e ch ter het gewicht te verminde r en, zonder afbreuk te doen aan de sterkte. De ze gewichtsvermindering is niet zoozeer vereischt door de rollende weerstand op de vlakke baan (bij hooge snelheid is n.l. de luchtweerstand , dus de vorm, van veel groo ter invloed dan de rollende! wrijving) .(zie fig. 74), doch do or de versnellings- en hellingsweerstand, die recht evenredig met het ge wicht zijn. Door de invoering van gelaschte constructies is een aanzienlijke gewicht s be sparing mogelijk geworden, die mede door de ontwi k kelin g van de mo tortreinen voor hooge .sn elheid , groote in vlo ed he ef t gehad op de construetievorm . Men heeft in vele gevallen afstand gedaa n van het normale stoot- en trekwerk . De bakconstruclie kan dan ve el lich te r worden en het; zwaartepunt kan lager komen te liggen, immers de eisch, dat het frame in staat moet zijn , op een bepaalde hoogte (1050 mm o bove n bovenkant spoorstaaf) aanzienlijke trek- en drukkrachten op te n emen, komt te vervallen. Er bestaan hiertegen ook bezwaren, aangezien de op deze wijze gebouwde rijtuigen slechts als zelfstandige eenheden gebruikt kunne n worden. Me n is, geleid door uitgebreide proefnemingen 2) er ev enwel in ges la agd, ook in de normale rijtuigbouw nieuwe gela schte constructies t e on tw er pen, die een aanzienlijke gewichtsbesparing geven ten opzichte va n de vroeger e uitvoering. Zoo kon het gewicht van een 4-assig stalen D vrijtui g tot oo 35 t- dalen, De ge1asch te verbindingen zijn als volk ome n stijf te beschouwen. De in § 62 vermelde berek eningswijze is du s nie t me er van toepassing : de rijtuigbak moet beschouwd al s een stijve (vier ende el) ligger. In de hemelboom treden dus momenten op, die in rek ening gebra ch t
' Yon Stockert : Eisenbahnunfälle. L eipzig 1913 en Ch ronik cirugcr m de n Jahren 1813-l918 bekannt gewo rdenen grö sseren E isenba hnunfälle . We cnen 1920 . R . Oaz . 19.13-II , bl z . 972 en 1935-1, blz. 184 (Lagny). R . Gaz . HJ:l5-I , blz . 794 (Marcheprimes ) . R . Gaz , 1938-II, blz. 97 (Dieselt.rei n U.S .A .) . R. Age 1939- IT, blz . 97 (D ieselt rein L.S.A .) R.!lL E. 1940 , blz. 1 ~ . R . Oaz. 19:39-1, blz . 125 ('fortuga s-U.S .A .) . ') Taschinger, Orga n 1939 , blz . 385 .
94
moeten worden. Voor de gang der berekening zij verwezen naar de volgen d e literatuur: .Yrn s t ein :
~[e eh a n i (':d
En g ineerin g 1935, blz. 553.
Hc-rt ra nd : R evue Généra le 19:37, blz . 33 1. Schweizerische B nu zcit ung 19é1 7, hl z . 116. 'ln sc- hinge r : Or ga n 19:39, blz. 1. ~I a ll c re r :
Org"n 1940 , blz. 167.
Wiens : O rg an 1940. blz. 237 . v, Wa ld st ät ten : Orga n 194 1, blz . 25-5.
Osi nga en va n Jl:ijp : Or gan 1942, »Iz. 293.
S. i.xr . Mit i eilu ngen : D ecember 1942, blz . 11.
§ 64. De lichte rijtuigconstructie wordt gekenmerkt door 'h e t streven het materiaal zoo voordeclig mogelijk te benutten en het binnenwerk va n lichte materialen te vervaardigen [b.v, aluminiumlegeeringen VOOr fittings, stalen meubelen, holle triplex binnendeuren). De producten van Budd, Bugatti en Michelin zijn in dit verband als uitersten te beschouwen. Eenige bijzonderheden kunnen hier genoemd worden ~ De normale walsprofielen zijn vervangen door uit plaatijzer opgebouwde, en door laschnaden samengevoegde profielen. Het is nu op zeer eenvoudige wijze mogelijk op plaatsen, waar de grootste belastingen optreden, de bak te versterken. Tevens kan de spanningsverdeeling beter in overeenstemming met de vermoeiîngsvastheid gebracht worden. Onderzoekingen omtrek. trek
1:D aruk
aruk
gewalst
gel.a sc/) t F ig. 60
trent de invloed van indraaiïngcn. en corrosie op de vermoeiïngsvastheid hebben b.v, de volgende resultaten opgeleverd: Veredeld chroomnikkelstaal met een oorsprongsvastheid van 160 k g/mm 2 gepolijst ingedraaid gecorrodeerd dynamische trekbelastmg (0·....,. I....,. 0) 120 95 15 dynamische drukbelasting (0....,. - I....,. 0) 165 153 157 Het blijkt, dat de dynamische drukvastheid weinig gevoelig is voor bovenstaande invloeden. Men maakt van deze eigenschap gebruik, door het profiel onsymmetrisch te maken (fig. 60), zoodat de spanningen naar de drukzijde verschoven worden. Het onderzoek naar de verrnoeiïngsvastheid is nog in volle gang, doch heeft reeds groote invloed gehad op de eenstructiemethoden.
+
95
HOOF DSTU K XI.
t op § 65 . Person enrijtu igen worde n wegen s hun lengte en gewich bogen de ede waarm , gemak draais tellen geplaa tst. Afgezi en van het groot~ van rijtuig en doorlo cpen worde n, hebben draaist elrijtu igen ten opzich te omdat : appen, met vaste- of schuifa ssen aanzie nlijk betere loopei gensch in de 1) de oneffe nheden van de weg slechts met de halve hoogte wagen bak bemer kbaar zijn, en door de veerin g vrijwe l geheel kunne n worde n opgeno men; n, en dus 2) stoote n in zijdeli ngscha richtin g het draais tel doen draaie dien Boven gedeel telijk in beweg ingsen ergie worde n omgez et. op de wordt de zijdeli ngsche verpla atsing slechts voor de helft wagen bak overge bracht ; het speor 3) het slinger en van de rijtuig bak in de lengte as van [d.i. het ek overst wordt verkle ind door vermin dering van het buiten de radsta nd uitstek ende deel van de bak); n in 4) de constr uctie de mogeli jkheid biedt meerd ere veeren groepe te schake len tussch en wagen bak en rail. de uiteind en Tenein de ruimte en gewich t te sparen , plaats t men soms l toegep ast (voora van twee rijtuig en op -ee n gemee nschap pelijk draais tel bezwa ar van bij voorst ads- en lichte motort reinen ). Het voorna amste e geartic udeze uitvoe ring is, dat bij defect in één der deelen het geheel leerde treinst el buiten dienst komt. voldoe n. Zij Locom otiefdr aaistel len moete n aan geheel andere eische n terugs teleen dan moete n een zijdeli ngsche uitslag kunne n maken en nde werkracht op het hoofdf rame uitoefe nen, en zij mogen geen dempe geheel andere king hebben (zie § 47). De constr uctie heeft zich langs . blijven uwing lijnen ontwik keld en zal hier buiten bescho met kleine § 66. Het rijtuig draaist el is een twee- of dricass ig wagen tje d.w.z. liggen, n kunne frame 't in radsta nd (2,5-3,6 m], zooda t de assen vast het door as le vertica onderl ing evenw ijdig blijven in bOf,!"E.n. Het is om een de op ot midde n draaib aar. Het halve bakgew icht wordt via de taatsp het op stelsel wiegba lk overge bracht , die door midde l van een veeren draagp otten is en e e1fram draaist cn Tussch frame van het draais tel rust. tussch en cheid onders maakt Men een tweed e veeren stelsel aangeb racht. draais tellen met tweede clige- en eendee lige wieg.
96
Tot het eerste t ype (fig 61) behooren ': 1) Het Duitsche draaistel (met Engelscha variant) . 2) Het Amerikaansche draaistel met zwanenhalsligger (met variant der N.S.)
p
n n
e
~1
lS
.n
Ie
~
~
'Q:
~
lij
)r et
(Ij ~
.... ~ ~
'",
~
in ......
~n
bIJ
r;;
.st an u-
Zij el -
'S
~r-
l:: Ö
:re
in e r.z : he t de het I is aen
..c: \l 11)
....:j
"l->
Q
ti
......:.c ài
~
q;:.
97
are wiegba lk ! In het Duitsc he draais tel rust de om de taatsp ot 8 draaib eren 2 op bladve che (fig. 62), met 3 of 4 stel dubbel e, dwarsl iggend e elliptis d 5 verban dwars een onderb alk 3, die door middel van hanger s 4 aan het de : zijkuss ens van het draaist elfram e 6 is opgeha ngen. s = speling van 'h e eft ten doel, (C'V 1 mrn], w = wiegsp eling (C'V25-35 mm.), De wiegsp eling te van het opzich ten bak rijtuig de de zijdeli ngscha beweg ingsvr ijheid van
7
1
5
8
Fig . 62
stoot door de draais telfram e te vergro oten, zoodat dwars kracht en zonder de wiegba lk wagen bak opgeno men kunne n worde n, Bij uitwijk ing van in de evenontsta an in de wiegha ngers terugs telkrac htcn, die de wieg ringsv ormen . wiehts stand terugb rengen . Figuur 63 toont versch illende uitvoe
h
ex:
c Fig:. 63
gstrek van In geval a) is er een aanvan gsdruk , en in geval b]' een aanvan voor- en er wanne eerd getord de midde nstelk racht. De rijtuig bak wordt gsaanvan geen er is c] achter draais tel tegeng esteld uitwijk en. In geval de en lf zichze spanni ng; de wiegba lk blijft bij uitwijk en evenw ijdig aan en voorvan bak wordt schuin getrok ken bij tegeng estelde uitwijk ing de rijtuigomdat n, worde groot te niet mag achter draaise I. De wiegsp eling ' moet ruimte vrije van profiel het bak in de onguns tigste stand nog binnen in zijn m Daaro . maakt jk blijven en men gaarne de bak zoo breed mogeli
98
~
5 s
het dr aai st elframe de stootkussens 7 aangebracht. De grootte van de terugstel krachten in de wieghangers is theoretisch nagegaan 1) doch de methode is sl ech ts mogelijk door vereenvoudigende aannamen te doen en de do orbuiging van de wiegveeren buiten beschouwing te laten. Het Duitsche draaistel wordt vrijwel niet meer gebouwd. Het Engelsche dra a istel, dat destijds in Nederland door de H.S.M. werd toegepast, is op 't oogcnblik in Engeland ' nog steeds in zwang. Het heeft goede loopeigenschappen, die men toeschrijft aan de groote elasticiteit van het fram e. In vele landen is men overgegaan tot het Amerikaansche draaistel. Het v e rs ch il met de bovengenoemde typen ligt in de wijze, waarop de belasting v a n het frame op de draagpotten wordt overgebracht. Inplaats van een onafhankelijke v eering der assen door middel van bladveeren, die in spiraalveeren op rubber kussens zijn opgehangen, zijn in het Amerikaansch e draaistel de aspotten verbonden door een juk (de z.g. zwaanhals] , w aar op het draais telframe door middel van spiraalveeren rust. Dit typ e dr aais t el heeft uitstekend voldaan, en biedt de volgende voordeelen: De raddrukken van beide assen zijn gelijk: het juk werkt als een balans. b) Het juk bevordert de paralleliteit van de assen. Hierdoor wordt de vetergang (zie § 44) rustiger 2). c] De afstand der spiraalveeren is kleiner dan de radstand, dus de momenten in het draaistelframe zijn niet zoo groot als bij het oude type (zie § 67). Bij de variant der Nederlandsche Spoorwegen hangt het juk onder aan de draagpotten. Borgbouten 1 (fig. 61) verhinderen, dat het juk bij breuk op de baan valt. Tot het tweede type (fig. 64) behoort het z.g. "Görlitz" draaistel (met Zwit se r sch e v ariant]. De wiegbalk 1 rust op twee in langsrichting loopende lange elliptisch e bladveeren 2, die door middel van lange als wieghangers dienstdoende schalmen 3 aan het draaistelframe 4 bevestigd. zijn. Omdat de veerbasis van de wieg groot is , kunnen de wiegveeren slap zijn, zonder dat de stabiliteit van de rijtuigbak in gevaar komt. Het inbouwen Van een verbrandingsmotoraggregaat is in dit type draaistel goed mogelijk ; de wiegbalk wordt dan boven het draaistelframe gelegd. De Görlitz draaistellen hebben het bezwaar, dat het eigen gewicht als gevolg van de groote radstand hoog is, en dat de veering in verticale richting vrij hard is, omdat een groot gede elte van de veering door middel a)
~e
Ik n-
an en gsoe en tigoet 1
')
M ari é : R evu e Gen erale ]90ï-T, blz . 249 . Ron a i : O rg nn ] 942, blz . 28 l. ') Een u it.voc ri rre bescho uwing over d e s t or end e bewegingen va n spoorwegvoe rt ui g e n g edtJ Sc hönig in he t O rg an ] 9·1 2, blz . 208 e. v .
99
ringen van de van bladve eren geschi edt (zie" § 70). Bij de niéuws te uitvoe als torsie telijk Duitsc he spoorw egen zijn dan ook de wiegv eeren gedeel veeren uitgev oerd 1). v ariant 2) is , In de door de Zwitse rsche Bonds spoorw egen ontwik kelde he t draais telonder aan de draagp otten een juk 1 aangeb racht, waaro p al veeren zijn a spir e dez In rust. 2 n frame door midde l van de spiraa lveere tten verze gpo draa de van oliede mpers gebouw d, die tevens de geleiding bied e n wieg lige keren. De schene n zijn verval len. Draais tellen met eendee 3). plaats voor de inbouw van een electro rnagne tische railrem
~ö'rtitz
Varia nt 5.8.B. F ig . 64
e ne men § 67. Als voorbe eld van de bereke ning van het draais telfram . Hierop wij een rijtuig draaist el met zwaan halslig ger (fig. 65, boven) werke n: derd met 1) Het eigen gewich t = qk9/ m van het draais tel, vermin aspott en , ellen, (wielst het gewich t der onafge veerde deelen zwaan halslig gers. spiraal veeren ) . . lk en w ieg2) Het halve bakgew icht plus het gewich t van wiegba veeren = G. Het bakgew icht bestaa t uit eigeng ewicht + aantal zitplaa tsen X 75 kg. Voor overbe lasting in het bedrijf rekent men met 100 Ofo van de nuttige last. ngers] = 3) De remkr achten (zoowe l op de balans en als in de rernha
R en R1. 4) 2) 2) 3)
100
De draagv eerrea cties (beinv loed door . de remkra chten)
W ien s, Or gan 1940, blz. 261. R. Ga» . 1937_1I , blz . 111 . Sp oor- en tramwe gen 1942, blz . 373 .
=
V ± R~ .
~ "f-
1 t
_
___
5) 6)
De statisch onbepaalde kracht X in de sluitstang tusschen de b alanspoorten . De horizontale belastingen.
x
~~f---
I., -~
1'4----
'S
X
---~
F ig . 65
Voor stooten geeft men nog een toeslag van 20 % en voor onbekende invloeden een toeslag van 30 0/0. De remkrachten vinden wij uit de betrekking (fig. 66) :f. G r = R ; waarin f = wrijvingscoéffient tusschen wiel en rail (men rekent met f = 0,25) , Gr
=
raddruk en R
=
remkracht aan de rail. Het remmoment is R _D 2
en de krachten in de remhangers zijn Rl
=~ ", ~
•
De balansdruk
=
R en
101
iging der het balans mome nt = R.h.L (h is afhank elijk van de doorbu eeren. draagv draagv e ercn]. Deze v eroorz a k en een veerre aetie R~ in de Bij v erwaar loozin g van de wrijving in de sche ne n is
R
- , (D
+ 2 h)~
v
in het midDe resulte erende momen tenlijn va n de vertica le k ra chte n is
Fig . 66
het daa rden van fig. 65 weerge geven. Wann eer het traagh eidsrn ornent kra cht X onder gesche tste verloo p heeft, dan is de statisc h onbep aalde overw eging, in de sluitst ang tussch en de halans poorte n te vinden me t de de doorvan olge tengev en dat de horizo ntale verpla atsing van de balans en zelf balans De buiging gelijk moet zijl} aan de rek in de sluitst ang. w or de n als volkom en stijf bescho uwd, dus nu is : X Is
( 1)
EF = H . rp s
H = afst a nd waarin Is = lengte sluitsta ng. F, = doorsn ede sluitst a ng . de framevan lijn le neutra de en X tussch en het aangri jpings punt van punten A de en tussch alk balk, en rp = hoekv erdraa iing van de frameb tussch en die ak, ntenvl en B. Noeme n wij de gedeel ten van het mome ---;'- L 4, dan is : deze twee punten liggen 01 --;-'- O ~, met de lengte n Lr rp= (MdL _ /.HXdL
.
EI
.
EI
=l- {(Ol-a 4) + (02- 0 3) } _ E
. 11
12
HX f L I
E l
+ L 4+ L2 + L3}(2) 11
12
t X verUit de vergel ijkinge n (1) en (2) is X op te lossen .. De k rach tenlijn (fig. 65 oorzaa kt een mome nt H X, waarm ede de' definit ieve momen onder) bepaal d is. V en de De zwane nhalsli gger (fig. 67) wordt belast door de veerre aetie mom ende van hand remkr acht R~. V '"" G r , dus P = G r + R2. Aan de tenlijn worde n de versch illende ' doorsn eden nagere kend.
102
Het materiaal van het draaistelframe is St 37 of St 52. Wegens de goede htscheigenschappen wordt wel aan St 37 de ' voorkeur gegeven. In het bovenstaande zijn de horizontale belastingen niet in rekening ge.bracht. In langsrichting treden krachten op, veroorzaakt door ongelijk remmen, de loop door bogen en de tapsche vorm der wielbanden (vetergang, sinusgang] . Zij zijn niet voor een exacte berekening vatbaar en
Fig. 67
belasten het frame op ho akverdraaimçen (het wordt als het ware scheluw getrokken), die door de elastische vervorming opgenomen kan worden. In dwarsrichting werken de flensdruk op de wielen, de zijdelingsche ontbondene van de wieghangerreactie, stooten van de wiegbalk tegen de zijkussens (verreweg de belangrijkste kracht) en de winddruk De als gevol\8 van deze krachten optredende spanningen worden bij de reeds berekende spanningen in het verticale vlak opgeteld. De toraiespanningen, veroorzaakt doordat de aangrijpingspunten van de verschillende verticale krachten niet in hetzelfde vlak ligRen, worden vcrwaarsloosd.
~)
5
e
, i 4 - - - --
Cr
b ---~
}-
Fig. 68
103
i-:,. __
§ 68. Een electrisch motordraaistel ondervindt behalve. de reeds ge noemde- nog een belasting tengevolge van het motorgewicht G m en h e t motorkoppel. Een electromotor in tramophanging (fig. 68) veroorzaak t een neusdruk N. Als de maximum trekkracht = f G r dan is N max. = i
~
+
!?-.
f . Gr Gm De neusveeren zijn voor deze druk , v er m ee r 2a a derd met een zekere voorspanning, te berekenen. Soms worden rubberveeren toegepast. Als eisch geldt, dat de motor binnen het profiel van
=
N
c
-+-- . ---"
---I
Fig. 69
vrije ruimte moet blijven, De trekkracht = f G, veroorzaakt een druk op de balansen, dus een buigend moment in de langsligger = f. G r . L De draagveerreacties VI tengevolge van de neusdrukken en de balansrnomenten zijn voor een draaistel met twee symmetrisch ingebouwde mo to69}' 2 f Gr' h ren [fi1 9 . . VI = Ne - I v
De langsligger wordt nagerekend voor de belastingsgevallen : 1} statische last remreacties . 2} statische last + motorreacties. Het draaistelframe is een ruimtelijke constructie, waarin ruimtelijke krachtswerkingen optreden, zoodat alle berekeningen slechts in zooverre waarde bezitten, dat zij een inzicht in de optredende spanningen geven, evenwel geen exacte uitkomsten. Vooral bij gelaschte constructies is een berekening tijdroovend en onvolledig, en men is er in sommige ge vallen toe overgegaan, een proefdraaistel op verschillende wijzen te belasten, teneinde op deze wijze tot een lichte, doch voldoend sterke, constructie te komen I}.
+
§ 69. De rustige gang van een rijtuig is afhankelijk van de toestand van baan en bovenbouw, de veering. de radstand, het profiel van de wielbanden, de ligging van het zwaartepunt, en de slijtagetoestand. Het is duidelijk, dat de toestand van d-e baan van groote invloed is op de rustige gang (zie handlelding Verkeerstechniek). Alle onregelmatigheden van de baan veroorzaken stoeten in verticale- en horizontale rich')
104
'I'aschingcri .
Organ 1939, blz. 207.
1'-<. _
1
k
.e 'e J,
n n ti,
.e
_
_
ting, die met de twe ede macht van de snelheid toenemen. Daarbij komen de stoe ten, afkomstig va n het rollend materieel. In de eerste plaats zijn dil' de storende bewegingen van de stoomlocomotieven (zie § 37), die een gevolg zijn van de werking van de stoom in de cylinders en in hoofdzaak van de massa krachten in het drijfwerk. Electrische- en motorlocomotieve n zijn in dit opzicht gunstig~r, omdat het aandrijfkoppel gedurende een drijfw ielomwenteling constant blijft, en er ge en heen- en weergaande drijfwerk deeJen zijn . Verder kunn en excentrische vorm en -massa van rijtuigwielste llen bi j hooge snelheid aanleiding zijn to t groote verticale krachten. [zie. § 72), die samen m et resonnantieversch ijn selen van de veering sterke trillin gen in het voertuig en stooten op de baan veroorzaken. Bij alle spoorw eg voertu igen treden voorts storende b ewegingen op, die een gevolg zijn van de tapsene vorm der wielbanden, de speling in het spoor, de centrifugaalkracht in de bochten en de winddruk 1). Alle genoemde invloeden veroorzaken een wisselwerking tusschen ba a n en voertuig. Het onderhoud van een spoor, dat door treinen met hooge snelheden bereden wordt , vereischt dan ook groote zorg, waarbij de moeilijkheid is, dat in de me este geva llen, behalve de goedloopende en in goede onderhondstoestand verkeerende sneltreinen ook goederentreinen, met vaak slecht loopend, sterk versleten materieel, van hetzelfde spoor gebruik maken.
§ 70. De veering heeft het tweeledige doel , om - eenerzijds - de stoeten van de weg zoodanig op te vangen en te dempen, dat de reizigers er geen last van ondervinden en de slijtage van het voertuig bepe rkt blijft en om - anderzijds - de stoeten op de weg te beperken . Dit wordt b ereikt door het inschakelen van veerende elementen tusschen wagenb ak en rail. In volgorde zijn het: 1) Veering tusschen wielband en as. 2} Veering tusschen as en draaistelframe. 3) Veering tusschen draaistelframe en rijtuigbak. Een veering tusschen wielband en as is slech ls toegepast bij d e - zeer lichte constructies [b.v. van Michelin en Bugatti), waar een luchtband, r espectievelijk rubber kussens als veerend el ement zijn ingebouwd. Het groote bezwaa ris, dat een op deze wijze geconstrueerd wielstel slech ts geringe dwarskrachten kan opnemen, en dus alleen voor zeer licht materieel bruikbaar is. De veerin g tusschen as en draaistelfrarne, benevens die tusschen draaistelframe en rijtuigbak bestaat uit buigings-fblad-I en torsieveeren (spira a lveeren) . 1)
Schönig.
Organ 1942, blz. 208.
105
Een buigingsvcer bestaat uit een aantal los op el kaar gelegde veerbladen, die in het midden door een opgekrornpen ve erstr op bijeengehouden worden (fig. 70). De uiteinden zijn verbonden aan de veerhangers. Om het materiaal zoo voordeclig mogelijk te gebruik en , voert men de
mA>5
~
3 2. 1
PC~I -Jp eP
Fig . 70
bladveer uit als ligger van gelijke weerstand. Dit is een drie ho e k. die a an de basis ingeklemd is, en bij de top belast wordt. Men ve r deelt de driehoek in strooken, die tezamen de veerbladen vorme n. Voo r een dergelijke veer gelden de volgende betrekkingen: De doorbui ging PIJ 6 PIJ f = -- = [n = aantal veerbladen met de do orsnede b X hl. de
2 EI
nbh" E
órootste spanning in de uiterste vezels a ~
-
m-
6
~ nbh 2
'
en het a rb eids ver -
EttLJ Fi g . il
106 ,
F ig . i2
mogen A = 2 (lh P X f) =
e
19 Le
= volume van de veer
=
~G
i m
16 PR = - , h et ar b elid svern~
? d2 R' .1) d moge n A I = lh P fl = _ _,n_ (V = volume va n d e veer = re: en e 4G 2 64 R3 i v eer cons ta n t e C l = 4G
i
2
d Voor uitgebreide gegevens omtrent de veerberekening zij ve r w e ze n naar ( ; ros ~
Cros,
r-
6E
. = 64 PR 3 i ; cl e maximurn se h tllilsnanni spanning
V
.e
nbh " E
V02
= _~ ( V
n b h 1). Onder de veerconstante c verstaat men del doorbuiging in mmo . f v a n de veer per ton belasting op de ' vee rstrop. Dus c = . 2P Voor een dubbele wiegveer. die bestaa tuit 3 parallel staande dubbele elliptische bladveeren van dezelfde afmetingen (fig. 71) is b.v. Q = 6 PI i 6 P J3 2 QI3 6P 1 QI Q 2J3 f 2 J3 f 1 'a I - -·A= - - e n ç = - - - - E nbh" - nbh" E' .n - nbh" - nbh " ' nbh " E Q - nbh" E (n = aan tal bladen van elke veer afzondarlijk]. Een torsieveer bestaat uit een cirkel- of spiraalvormig opgewonden staaf van ronde- of rechthoekige doorsnede, die door de belasting getordeerd wordt. Voor een cirkelvormig g2wonden torsieveer met ronde doorsnede (fig. 72) met i werkzame windingen is in eerste benadering de doorbuiging
. 11
:n
6 P21 J
: B e re chn u ng und Gestn lt ung d e l' F ed e rn . Berl ij n 19.'3 1. P Il
Leh r :
die Fcdern ,
B erlijn l! ):3S.
Sanders: Sp ri ngs, a nd S uspen sion . Londe n 19:31.
De verschillen tusschen buigingsveer en torsieveer zijn de volgende : 1°). Het arbeidsvermogen van een torsieveer per volumeeenheid is grooter dan van e en buigingsveer, Voor een materiaal, waarin b.v. de volgende spanningen toelaatbaar zijn: Om = 80 k g/mm 2. en 7 m = 60 k g/mm en waarvoor E = 2,15 X 10 6 en G = 0,83 X 10 6 , verhoudt zich het ar-
ffi ' F ig . 73
107
\4.
o
2
t
2
beidsverrnogen per volumeeenheid als: ~:~= 1 : 2,19. Het in fig. 73
6E 4 G
geteekende profiel van een veerblad van een buigingsvcer is in dit .op zicht gunstiger dan een zuiver rechthoekig profiel. Rekent men de in de uiterste vezels op afstand e optredende buigspanningen 0' op de gewone wijze uit, dan blijkt deze bij een gegeven belasting ver boven de breukvastheid te liggen. Dit is te verldaren uit de niet rechtlijnige spanningsverdeeling in de doorsnede, die op de volgende wijze verkregen wordt : het blad wordt in .gloeiende toestand gebogen, vervolgens gehard en onder de veerenpers vlak gedrukt. In de uiterste vezels treedt vloeien op , zoodat de. spanningsverdeeling het in I geschetste verloop krijgt. Na ontlasten kan het biad niet meer in de oorspronkelijke vorm terugleeeren : het niet overbelaste deel wordt daarin gehinderd door het materiaal, dat gevloeid heeft, de oorspronkelijk vlakke doorsnede krijgt een vorm als in 11. Aan de trekzijde b.v. heerscht nu in onbelaste toestand in de uiterste vezels een drukspanning. die in evenwicht gehouden wordt door een trekspanning in het materiaal dich ter bij de neutrale lijn. Wordt het blad nu op nieuw aan hetzelfde buigend moment blootgesteld, dan stijgt de randspanning niet boven de vloeigrens. Het geteekende profiel heeft het voordeel, dat bij het vloeien de smalle uitstekende ribben een dwarscontractie kunnen ondergaan- zonder ongewenschte spanningen in dwarsrichting te veroorzaken. Bovendien sluiten de ribben samen een ruimte in, die met een smeermiddel gevuld kan worden, waardoor een blijvende smering en een bescherming tegen corrosie gewaarborgd is (zie onder 2°). 2 °) In een torsieveer treedt geen inwendige wrijving op. Wanneer een bladveer doorveert. schuiven de veerbladen over elkaar, Ih e t ge e n rr.et wrijving gepaard gaat. De grootte van deze wrijving is afhankelijk van de vlaktedruk en de oppervlaktetoestand (smering en corrosie) der v ee r b la de n . Een gedeelte van het arbeidsvermogen wordt dus in warmte [wriivingsarbeid] omgezet. Voor personenrijtuigen bedraagt dit gede elte 3-15 % van het arbeidsvermogen, dat in de bladveer opgenomen wordt: voor goederenwagens, die in de regel slecht onderhouden worden. en 'w a a r va n de veeren dus sterk aan corrosie blootgesteld zijn, stijgt dit tot 20-400/0. Een veerend opgehangen massa m, die een stoot krijgt , geraakt in 2 .n Ilm waarin c == veerconstante. De masc sa blijft in trilling, wanneer de veer geen inwendige wrijving heeft. Men kan nu het stelsel baan-wielstel-draaistel-rijtuigbak als een samenstel van verschillende veerend opgehangen massa's beschouwen (fig. 7-1; mi = massa halve rijtuigbak. ma = massa draaistelfrarne, ma = massa van de trilling. De trillingstijd T
108
=
I
_
'1-<'
73
p-
de oe
k-
~s-
t :
er .a t an
_
.
_
_
onafgeveerde deelen, zooals wielstellen en aspotten ,VI = veerenstelsel tusschen rijtuigbak en draaistelframe. [wiegveeren] , V2 = veerenstelsel tusschen draaistelframe en aspotten [draagveeren] , e rib = bovenbouw op elastische fundatie). In dit stelsel kunnen voor de reiziger onaangename r es on nan tieve r schijns ele n optreden, die afhankelijk zijn van de massa's, de v e e r const a n t e n, de doorbuigingstrillingen van de r ijtuigbak. de frequ en t ie van de v erticale stooterr (b.v. tengevolge van de raillasschen] en de be ddingscoêfficient van de bovenbouw (men verstaat onder de beddingscoëfficient de belasting in ton op de bovenbouw. die een doorzak~~~I---mf
~r-
~'---v,
eid
. .'~~I---me
an els m-
"""--V2 ~~'---ma
p-
idle t rs rs, "lte
ide !O).
re n ~e t
ran
:Ier at e ·He dt: en tot in .asIen ;tel
b Fig. 74
king van 1 mmo veroorzaakt). Deze heeft zeer uiteenloopende waarden (b.v. van 6 tot 55 t/mm ) , afhankelijk van de diepte en conditie van het ballastbed, de ondersteuuning van de rails en de ondergrond. Het is dus zaak, de trillingen in het veerenstelsel te dempen. Bladveeren hebben een dempende werking, omdat de inwendige wrijving de trillingsenergie uitput. Zij zijn dus bij uitstek geschikt voor de voertuigbouw. doch hebben het bezwaar, dat zij zich ten opzichte van kleine stootkrachten, die niet voldoende groot zijn om de inwendige veerwrijvingsweerstand te overwinnen, als een volkomen stijve balk gedragen, zoodat de stoot onverminderd op de wagenbak wordt overgebracht. Dit is de reden, waarom men vaak een gedeelte' der' veering als torsieveeren uitvoert (aanbevolen wordt een verhouding bladveeren : torsieveering = 2 : 1), die geen inwendige wrijving bezitten, De torsieveeren hebben echter geen dempende werking, zoodat, wanneer een groot gedeelte van de veering als torsie veering wordt uitgevoerd, speciale inrichtingen moeten worden ingebouwd, om de trillingen te dempen (schokdempers) I). Metalen veeren zijn vrij' ongevoelig voor trillingen met hooge frequentie . Om deze uit te schakelen, past men rubberkussens in de veering toe . Daarbij is in constructief opzicht rekening te houden met de groote zijdelingsche uitzetting van een rubber kussen bij indrukken. De moeilijkheid, waar men tegenwoordig nog mee te 'k a mp e n heef is, dat het -rubber spoeä
de
')
F orest ier en L ejeune :
R evu e Gén éral e 1944, blz . 1. '
109
dig door chemische invloeden [h.v. van de atmosfeer en van smeerolie] wordt aangetast en zijn elasticiteit verliest (hard wordt). § 71. De: invloed van radstand en profiel der wielbanden op de r JStige gang kan aan de hand van onderstaande overwegingen nagegaan worden: Wanneer een rijtuigas, die een vrije beweging kan uitvoeren, om de een of andere reden uit de middenstand is gekomen, ontstaat door de tapsche vorm der wielbanden de veter- of sinusgang (zie § 44). Is de wieldiameter = dm, de spoorbreedte (over ' de loopcirkels gemeten) = Sm, en de hellingshoek van de wielband = '( , dan is de golflengte van de sinusgang I
=
2n
},
d,S m (formule van Klingel). De baan van het mid-
4'(
den van de as is een sinus-vormige golflijn, die in grove benadering vervannen k:n worden door twee cirkelbogen met straal oS
I) C'V
=
_12_ (i]
32ij
=
halve
speling van de as in het spoor). De bij het doorloopen van deze cirkel2
bogen optredende centripetale versnelling is ~ (v
e
=
snelheid in m/ sec . ) . De
grootte van deze versnelling is dus afhankelijk van de snelheid v van het voertuig, de amplitudo ij van de sinuslijn, en de golflengte 1, die op haar beurt weer afhangt van de hellingshoek '( van de wielband. Deze grove benadering stelt ons in staat, een globaal overzicht van de optredende verschijnselen te krijgen, waarbij bovengenoemde versnelling als vergelijkingsmaat voor de grootte der optredende zijdelingsche st ooten kan dienen. Om ons doel (rustige loop, dus kleine stooten) te bereiken; moeten wij dus in het algemeen 1 groot maken en y klein. Door de wielbanden een kleinere hellingshoek te geven (b.v. 1: 40 i.p.v. 1 : 20 ; zelfs draait men in enkele gevallen de loopvlakken cylindrisch af) verkrijgen wij een groote 1. Het bezwaar is, dat bij slijtage: van de wielband de hellingshoek snel toeneemt (een wielband met een hellingshoek van 1 : 40 heeft b.v. na 42000 km. een hellingshoek van 1 : 20, na 92000 km . van 1: 8 en na 106000 km. van 1: 6,7 gekregen). Door regelmatig afdraaien (b.v. om de 50000 km) en gebruik van verslijtbestendig materiaal tracht' men een kleine hellingshoek te behouden. De amplitudo ij van de sinuslijn: is - naar de ervaring geleerd heeft - te beperken door het spel van de draagpot tusschen de balanspoort loodrecht op de asrichting, en zoodoende de bewegingsvrijheid van de as te beperken. In de practijk is gebleken, dat draaistelrijtuigen zich gedragen als 2 assige rijtuigen met een radstand gelijk aan de draaipuntsafstand der trucks. Zoodoende worden de zijdelingsche stootkrachten op het spoor en het rijtuig klein (want de hefboomsarm, die het rijtuig doet draaien, is groot), doch tevens
110
s-
ln
m or
1e
ln
d-
-r -
blijft de aanloophoek klein (wegens de beperkte radstand van het draaist el], De ligging van het zwaartepunt is van invloed op de slingerbewegingen om een 3S, evenwijdig aan het spoor. Ligt het zwaartepunt hoog, dan is de slingerperiode groot en de: arm van de kracht, die de slingering veroorzaakt, groot, dus de kracht zelf klein. De stabiliteit is niet zoo gr cot als van een voertuig met laag zwaartepunt (zie § 43). Ligt het zwaartepunt laag, dan wordt de kracht, die de slingering veroorzaakt, en de slingerperiode klein; de stabiliteit evenwel beter. Daarom is het juist voor gestroomlijnde motortreinen, die een laag zwaartepunt hebben, van groot belang, dat de invloeden, die een slingerende beweging inleiden, zooveel mogelijk beperkt worden. Het vraagstuk is ingewikkelder, dan hier is aangegeven; de stijfheid der veeren en de ligging van het metacentrum spelen hier een rol I).
ve
el-
.e t op ze -png
io -
eide W: ~r-
nd an .m . aflal e Jel en ·i.jk let
[de ew ~ns
-- - -- -
1)
Vallancien ,
Rev . Gén. 1933 , blz . 393.
111
r-... . _
HOOF DSTU K XII.
w ordt § 72. De in fig. .75 voorge stelde as me t buiten liggend e tap belast door de volgen de kracht en: gewich t. 1) _ De gewich tsdruk P van het op de draagp otten ru ste nde
F ig . 75
met In verban d met sloote n in vertica le richting rekent men P . = 1,4 P, horizo ntale kracht op de w ielflen s. Men neemt P2 = 0,4 Pl. De 2) 32P t 11 en O = 32 P 2 \2 . V er cl er . 2 neze veroor zatk en de spanm ngen o.>" - - 3 nd 3
nd
ht door bet treedt in de doorsn ede een vlakte druk p op, teweeg gebrac de p assing van elijk oppers en van het wiel op de as, en. in groott e afhank O 2 voort en l a tussch en naaf en as. Aange zien de as draait, verand eren nge n . spanni durend van richtin g en hebben wij te maken met wissel p < 650 kg / c m2. Di! is O2 Vroeg er nam men als voorw aarde, dat al Ob heeft van 50 kg/ mm ! een aal laag, wanne er wij bedenk en, dat het materi j een betere kenwaarbi Tegen woord ig laat men hooger e spanni ngen toe; is dan evenw el Het nis der wissel spanni ngsthe orie den weg wijst 1),
+ +
.')
112
H änehen .
Förder t echniek 1943, blz . 75 en G. A. 19'J2, blz . l :l ï.
.. . -
---
~
rdt
. t.
--
noodzakelijk, de vormgeving in overeenstemming te brengen met de inzichten omtrent de spanningsverdeeling: zoo moeten b.v. de aîrondingsst ra le n van de overgangen tusschen v e r sch ill e nde diameters, met het oog op de kerfwerking. groot gemaakt worden. Bij de dieseltreinen der N.S. van 1934 heeft men een nieuw soort wielstel toegepast, dat 50 OIo lichter is dan voorafgaande uitvoeringen. De as is dikker, doch hol, en het schijfwiel is geen omwentelingslichaam meer. Deze constructie is evenwel in het bedrijf te licht gebleken. De tappen, waarop het draagmetaal rust, worden geslepen en onder druk gepolijst [prägepoliert] en hebben een harde buitenlaag, De tap moet zoo glad zijn, als door inloopen bereikt kan worden; en moet volkomen cylindrisch en gecentreerd zijn ten opzichte van de hartlijn van het wiel. Wanneer b.v. het zwaartepunt van een wielstel met een gewicht v a n 1000 kg. en een wieldiameter van 1 m een excentriciteit heeft van 2,5 mrn . dan is de centrifugaalkracht bij V = 160 km;h : C = m r W 2 = 1000 • • •• (1600) -X 0,0025 X (1600) - - 2 C'V = 2000 kg. De trillingsîrequentie IS dan - 9,S! 18 36 n C'V 14,1 Hz (1 Hz = 1 Hertz = 1 trilling Isec , ) . De centrifugaalkrachtkan de ~~r en s van 15 OIo van de statische asdruk overschrijden (Zie § 38) en is dus schadelijk voor de bovenbouw; en de trillingen kunnen resonnantieverschijnselen in het voertuig veroorzaken I).
met
l PI. [rde r . bet ssing bortgen. ~ it is g /mm!
ken~ nwel
§ 73. De draagpotten vormen een belangrijk constructiedétail, van het rollend materieel. De gestelde eischen zijn hoog: personenrijtuigen moeten lange ritten (b.v. Amsterdam-Marseille) zonder onderhoud volbrengen; goederenwagens moeten 3 jaar kunnen loop en zonder eenig onderhoud; de draagpotten van locomotieven en motorrijtuigen moeten bestand zijn .t ege n de groote krachten, afkomstig van het drijfwerk. De draagpotten zijn onafgeveerd. en krijgen de stooten van de weg in volle sterkte te verduren. Wij maken onderscheid tusschen glijdlagers en rollagers. Glijdlagers worden nog veel toegepast, omdat zij goedkoop zijn en - afgezien van een beginperiode - slechts weinig grootere lagerweerstand bieden dan rollagers, terwijl de lagerweerstand - vooal bij hooge snelheid - slechts een klein deel van de totale bewegingsweerstand uitmaakt. Bij het in fig. 76 afgebeelde 'glijdlage r rust het bronzen draagmetaal met voering 1 op de tap 2. Aan de onderkant drukt een veer 3 het smeerk usse n 4, dat door draden de olie uit de oliekamer 5 in het huis 6 opzuigt, tegen de tap aan. Een stofring 7 (meestal van vilt) sluit het lager stofdicht af. De voering van het draagmetaal bestaat uit witmetaal, meestal ')
Lütterot h,
Organ 1933, blz. 129.
113
el bij ge br ek met tin als bestan ddeel; in de aîgelo opan jaren zijn evenw (waarin da n aan tin uitgeb reide proeve n met andere soorte n witme taal gietijze r of !!een tin verwe rkt is) of zelfs geheel andere materi alen, b.v, niet bereik t. kunsth ars, gedaan . Gehee l bevred igende resulta ten zijn nog
P
- Men laat vlak Het dra ëend opperv lak = 1 X d, en de vlakte druk = l Xd ' s loopt, en tedruk ken tot °56 kg/cm' toe. Bij person enmat erieel, dat licht het lager over waarbi j geen stoete n in de beweg ingsric hting optred en is enmat eriee l minde r dan de halve tapom trek doorge trokke n; bij goeder over de h alve echter - met het oog op de stoote n bij ruw rangee ren horizo ntal e de ook die gers, tapom trek. Draag metale n van Iocom otiefla de halve minst zijn op drijfw erkskr achten op moete n nemen , sluiten
5
4
3 Fig. ï6
toe : de tap omtrek in. Soms past men nog verder doorge trokke n lagers nn lag~r). draagm etalen moete n dan gedeel d worde n (b.v. Oberg ethrna Ow rijving sDe P. ,11 = g wrijvin de is tap Voor een met P kg ." belaste c.oëHic ient p is afhank elijk van : 1) de vlakte druk op de tap. 2) del tapsne lheid. van he t 3) de tempe ratuur van de wrijfv lakken (dus de koelin g lager). Bij hooge tempe ratuur wordt de olie dunner . 4) de viscos iteit en de smeere igensc happen van de olie . stilstaa t, 5) de tijd, dat de tap heeft geloop en. Wann eer de tap Na perst. wegge tap wordt de oliefilm tnssch en lagersc haal en en g, wrijvin het in beweg ing komen is er een oogenb lik drooge duurt het een tijd, vóórda t de oliefilm weer herste ld is . k ken van 6) de passin g en de opperv lakteq ualitei t van de loopvl a tap en draagm etaal.
]14
7) . 8)
an of
kt.
het materiaal van tap en draagmeta al. de smeermethode, met andere woorden: d e hoeveelheid olie per ti jdseenheid toegevoerd.
Bij proeven zijn de v olge n d e waarden voor I1 gevonden I) :
k-
I- -
V
en ve r
4
k m/h
I
I I
10
0,00457
0,00943
0,005 49
50
0,00770
0,00395
0,00345
90
0,00625
0,00324
0,00297
20
I
Bij aanzetten is p in verband met het onder 5 genoemde grooter. Het v e rl oop van I1 in afhankelijkheid van de tijd, die de tap heeft geloopen, is in fig 77 schematisch weergegeven. De duur van het oponthoud is van invloed op de beginwaarde van p, zoo als uit de volgende cijfers blijkt: Aanzet jen na 5 minuten stilstand: ,a = 0,027 ,/I :-..:J 0,130 (Bij locomotieven 11 1 uur " 1 p '" 0,070 11 14 12 kan dit tot ,tI = 0,26 stijgen). De wrijvingsarbeid wordt in warmte omgezet en door de olie, de tap en de lagerschaal afgevoerd. Bij hooge lagerbelasting en hooge snelheid lt
lt
lt
"
IJ.
: de .r ]. ings -
i
het F ig . 77
s t aat, t. Na tg, en
[1
7
I
eel lve .ale lve
Lagerbelasting in t
va n
vo rm t de ' warmteafvoer een probleem, daar de koeling betrekkelijk slecht is . Door betere oliecirculatie poogt men de lagerkoeling te verbeteren (b .v . Isoth e rmo s lalier). . ')
} Iüner. G .A . e x t ra 111 11l11lle r va n 1 .Ju li ] 927. blz. 279 .
Ca rh ers ,
Or g un Hl:36 , blz . 29:3 .
115
draagm etaal Wordt de smerin g onvold oende, of klemt· de tap in het en), dan optred kan poort balans de (hetge en bij groote lagersp eling in van gevaar at ontsta er en neemt de wrijvin gscoêf ficient ,u. sterk toe, er pen: wegloo en n warml oopen. In dat geval kan het lagerm etaal smelte t gestop tijdig is welisw aar een noodlo opvlak aanwe zig: doch wanne er niet niet zaken wordt, bezwij kt ook dit laatste . Warmgeloop~n lagers veroor ns kosten alleen herste lkoste n en oponth oud van het verkee r, waar evenee brand en van zijn ing aanleid de aan verbon den zijn, doch kunne n ook - een komen voorge is alen ongelu kken, wanne er - zooals reeds meerm warmg eleope n tap breekt en het voertu ig ontspo ort. 2
Fig. 78
wrijvin gsWij meten de wrijvin gscoëî ficient met behulp van de z.g. dat door het balans (fig. 78). Over het lager 1 is een juk 2 geplaa tst, motor in e1ectro sterke een door wordt gewich t P belast wordt. De tap 3 aflezen . S kracht de wij n beweg ing gebrac ht. Op een veerba lans kunne . Op de in de T. H. De waard e van ft volgt uit de betrck king : ft = ~ Pr van de olieaanwe zige proefs tand kan, behalv e de ft, ook de verdee ling druk over het draagm etaal bepaal d worde n. Zij hebbe n In toenem ende mate vinden rollage rs toepas sing als aslage rs. de volgen de voorde elen boven glijdla gers : e wrij1) een bij aanzet ten en volle snelhe id vrijwe l consta nte gering vings-c o ëfficie nt u, '" 0,0022. 2) groo te bedrijf szeker heid. 3) gering onderh oud. liggend e _ Als bezwa ar geldt de hooge prijs, en - bij tussch en de wielen van een ring binnen de rollage rs - de moeili jke monta ge en demon tage: om n. rollage r te vervan gen moet het wiel van de as losgep erst worde
116
§ 74. Zooals reeds in § 20 werd opgemerkt, is de bewegingsweerstand van een trein op de rechte, vlakke baan een samenstel van de volgende weerstanden: 1) de rollende wrijving tusschen wiel en rail. 2) de tapwrijving. 3) de luchtweerstand. 4) de drijfwerksweerstand (bij tractie voertuigen]. 5) de restweerstand.
Pig.79
set in
n.
H. e-
De rollende wrijving is afhankelijk van de aanraking van het wiel met de rail, dus van de wieldruk, het materiaal van wiel en rail, en de sn elh eid . Onder invloed van het op het w iel rustende gewicht deukt de rail e e nigszins in. Dit is in fig. 79 sterk overdreven weergegeven. Het drukpunt , w a a r men zich kan voorstellen, dat de gewichtsdruk van het wiel op de rail wordt overgebracht, komt op een afstand f I vóór het snijpunt van de verticale as door het middelpunt van het wiel met de rail te liggen. Noemèn wij' de coëfficiënt van rollende wrijving f I, dan kunnen wij ons een denkbeeld van de grootte dezer coëfficient vormen, door aan te nemen, dat de kracht, benoodigd om het wiel ' v oort te bewegen, vermenigvuldigd met de straal van het wiel, -ev enwich t moet maken met een fictief 1
cm
"ij-
moment ft X G w (G w . = wielbelasting]. Dus TI = fl . G. R - (T,I = trekkracht noodig om de rollende wrijving te overwinnen). Op de proefstand te Göttingen zijn de volgende waarden voor fl gevonden:
V de . en
km / h
40 60 90
f, cm 0,02R
0,031 0,048
117
I
I
buiten beDe invloe d van de doorza kking van de boven bouw is hier gemideen met n rekene wij schouw ing geblev en; in verban d waarm ede snelhe alle delde waard e van fl = 0,05 em., en aannem en, dat deze voor dus 1 m is den consta nt is. Voor een voertu ig met! een wiel diame ter van TI
= 0,05.
1~~0 =
1
kg!t.
Fig. SO
vinden wij De trekkr acht, benood igd om de tapwri jving te overw innen, ding ~ V1 uit de betrek king (fig. 80) : T2 = !l.G.~. Gewoo nlijk is de verhou
R
R
wanne er wij rekene n met een gemid delde waard e van ,u =0,006
0,1 dus is T2 = 0,6 kg!t (glijdla ger) of (glijdla ger) of ft = 0,0022 [rollag er] T2 = 0,22 kg!t (rollag er). De luchtw eersta nd W j is afhank elijk van: 1) de vorm en net opperv lak van kopwa nd en achter wand; 2) het opperv lak en de .gla d heid van de zijwan den; 3) de dichth eid van de lucht; de lucht; 4) de relatie ve snelhe id van het voertu ig ten opzich te van en uit5) de mate, waarin de luchtst room gestoo rd wordt door ine.d. tors laten van koeler s, ventila het vermo gen, De luchtw eersta nd W\ is ongev eer evenre dig met V2, dus W1·V is ongev eer 270 ellen van de treinst D.E. elige driede met n evenre dig met V3. Bij proeve eersta nd luchtw de {h km 70 bij dat Duitsc he spoorw egen I)' is b.v. geblek en, reeds !h km 160 bij kt; 35 % van de totale beweg ingswe erstan d uitmaa luchtde van 740/0; om bij 200 km{h te stijgen tot 810/0. Vermi nderin g afwerk ing weerst and, te bereik en door stroom lijnvor m en een gladde
noodig om de luchtw eersta nd te overw innen N =
')
118
~ielke ,
Cl. Annalen 1936-1, blz. 131.
tj
ti
nt
de ad äs t-
og
van zijwanden en boven- en onderwand (geen uitstekende deelen) levert dus bij hoogc snelheid een aanzienlijke besparing in het voor de voortbeweging benoodigde vermogen. Hoewel de invloed van het voertuiggewicht op de bewegingsweerstand - zooals uif het bovenstaande blijkt - bij toenemende snelheid kleiner wordt, streeft men er toch naar, de voertuigen zoo licht mogelijk te mak e n, overwegende, dat de hellingweerstand en de versnellingsweerstand recht evenredig zijn aan het gewicht, dus dat gewichtsbesparing een hoogere snelheid op hellingen en eeni grootere aanzetversnelling mogelijk maakt bij gelijkblijvend vermogen, of omgekeerd een geringer krachtv erbruik vereischen bij gelijkblijvellde aanzetversnelling I). De drijfwerkweerstand valt - evenmin als de restweerstand, die de invloed van alle onregelmatigheden in de loop van het voertuig omvat niet langs direeten weg te bepalen. Op grond van proeven zijn verschillende formules opgesteld van de bewegingsweerstand op de rechte vlakke baan, waarvan in § 20 een drietal voorbeelden gegeven zijn. Het ver schil tusschen . trekkracht en totale weerstand [bewegingsweerstand ( +- hellingweerstand + bochtweerstand) is beschikbaar voor het versnellen van de trein. De bepaling van de aanzetkrommen is reeds in de handleiding verkeerstechniek (blz. 59) behandeld; een meer uitgebreide beha ndeling van dit vraagstuk vindt men o.a . in de volgende literatuur : Lub imoff : Ubèr rechneri sc he u nrl zei chnerische Erm itt lungen del" Fa hrzeiten von Eixon ba hn zügen . -Iud t.mnnn : :,\ lûller: Ln hrjjn :
Be rl ijn 1931.
Mot orzugförderung au f Schionen .
Fu h rdvna miek del' Verkehrsmitte l.
" -eenen 1938.
Be rlijn 1939 .
Spoo r- en 'I'ra mwege n 1941 , blz . 4:n.
§ 75. Een rem voor spoorwegmaterieel 2) moet a.an de volgende eische n voldoen : 1) De trein moet binnen een zekere afstand (b.v. 700 of 1000 m.] on geacht de beginsnelheid tot stilstand gebracht kunnen worden. 2) De w erking moet automatisch zijn. 3) Een afgebroken treindeel moet onmiddellijk tot stilstand komen. 4) Het systeem moet bij samenwerking met andere remsystemen bevredigend funetionneeren. In internationaal ov erl eg zijn zek ere normen vastge leg d, waaraan elk remstelsel moet voldoen. 5) D ei slijtage moet binnen redelijke grenzen blijven. In bergstreken wordt no g als aanvullende eisch gesteld, dat de rem on u itputtelijk is, hetgeen er gew oonlijk op neer komt, dat zij trapsgewi jze gel ost kan worden. - 1) - Bollem a n Kijl stra, SpOL' r- en T ramw eg en 1942, bl z . 97. ") l\fij ller, S .H. /::. HJ42-II , blz . 25:3 .
11 9
De meest verbre ide remso orten zijn: a) Vacuu mrern. b) Luchtd rukrem . c] Electri sche rem. d) Electro magne tische rem. gemaa kt van Bij de: eerstg enoem de twee remso orten wordt gebrui k remcy linders lucht, die door vacuum - of drukw erking een kracht in de rn], of [wielre nd wielba de tegen kken ontwik kelt, waarm ede de remblo rukt. aanged n worde elrem) tegen een schijf (schijfr em) of tromm el (tromm de van kracht e De ontwik kelde wrijvin g wordt benut om de levend bij ast n toegep rijdend e trein te vernie tigen. De electri sche rern . kan worde de tractie laat Men jving. aandri sche electri alle tractie voertu igen met ken, die opwek stroom ling schake dere motor en met behulp van een bijzon rijdraa d de aan weer of rn] in weerst anden vernie tigd wordt [weers tandsre tenrem tische terugg egeven wordt (recup eratier em). Bij de electro magne teRen de rail slotte wordt een remsch oen door sterke elcctro magne ten werkin g ui t. aanget rokken . De opgew ekte wrijvin g oefent een remme nde Hoewe l de ig. voertu het van die onafha nkelijk is van het adhaes iegcwi cht past m en rails, de slepen de wrijvin g van de remsch oen! niet gunstig is voor jk geblek en is , deze magne etrem meer en meer toe, omdat het niet mogeli g te verkrij gen. Een meb andere remso orten een voldoe nde korte remwe van Fouca ultander soort electro rnagne tische rem, die gebrui k maakt schijf worde n nde stroom en. die door een electro rnagne et in een draaie opgew ekt, vindt een enkele maal toepas sing 1) . voorge steld De levend e kracht van een in beweg ing zijnde trein w ordt door:
A =
.!.. m V2 2
+ .!.. 2
.J: I
W2
'
G, V = snelhe id, I = massa traagh eids, g . mome nt van: elk der met een hoeksn elheid! w draaie nde deelen toeslag zekere een trein de van massa de Gewoo nlijk geeft men op van de l aandee het' om ) deelen ndu (afhan kelijk van de groott e der rcteere t schrijf en. n brenge te roteer ende deelen in de levend e kracht in rekeni ng niek, erstech Verke iding A = 1/ 2 m r V2, waarin m i = 1,05 m. (zie handle
waarin m = ma ssa van de trein =
I
blz. 52). een levend e Een trein van 500 t. bezit bijl een snelhe id van 140 km/ h
40)2 '" 40 X 106 k gm, diie bii 1J remme n bimnen krac h t A = 1,05 X 500 X 1000(1-
2 X 9,81
')
] 20
Bulletin 1937, blz . 1554.
3,6
.
~... ~.----
korten tijd vernietigd moet worden. .N erne n wij aan, dat alle wielen van de trein gelijkmatig belast zijn rne t 5 t. per wiel, en dat elk wiel door 2 remblokken geremd wordt, dan) is dus de levende kracht, die per rem40 X 10 6 blok vernietigd moet worden: = 20 X 10 4 kgm. Rekenen wij 500
-
m
rs of
X 2 5 voorts met een bij het remmen volledig benutte, constante wrijvingscoëf-
ficiënt tusschen, wiel en rail f= 0,135, dan is f G =
Ga, dus de gemiddel-
g
de remvertraging a = 9,81 X 0,135 = 1,325 m/ sec2 . Nu vinden uit de betrekking V = a t. dus 140
.
n-
aH
.it. de en is , en lten
lag de
jjft ek,
ide
ren
de remtijd
t te
= 1,325 t, of = 29,4 sec.
Per remblok wordt dus gedurende het remmen het groote vermogen 20 X 10 4 . - - - -- = 91 PK ontwikkeld, hetgeen voor de geheele trein neer komt 29,4 X 75 op een vermogen van 18200 PK. De kortste theoretisch mogelijkei remweg bij: op de. wielen of assen werkende remmen volgt - met verwaarloozing van de bewegingsweerstand van de trein - uit de betrekking: f.G.! = 1/ 2 mi V2, waarin f = coëfficiënt van rollende wrijving tusschen wiel en rail, G = gewicht van het afge· remde deel van de trein, en I = remweg. Uitgebreide onderzoekingen van Metzkow 1) hebben/ getoond, dat de coëfficiënt van rollende wrijving tusschen wiel en rail f niet afhankelijk is van de snelheid, doch wel van de toestand van de rails. Metzkow vond:
sld
ds-
3,6
1S
droge rails natte rails (na lang regenen) glibberige rails (beginnende regen) droge rails (met zandstrooieri]
f f f f
Vl Vl Vl Vl
0,24 0,19 0,12 0,35
Wij rekenen met de lage gemiddelde waarde f = 0,135 en vinden b.v. voor bovengenoemde trein - onder aanname dat alle assen tot de adhaesiegrens afgeremd werden - een remweg van Vl 572 m. Wanneer ;~v e nwel hel wiel door de r'em tot stilstand wordt gebracht en over de rails gaat glijden, daalt de wrijvingscoëfficiënt tusschen wiel en rail aanzienlijk en kan bij hooge snelheden de zeer lage waarde f Vl 0,025 bereiken. Afgezien van de lagere remweg, die hier een gevolg van zou zijn, slijt de wielband! op' het glijvlak sterk en krijgt een z.g. platte kant. Het materiaal in de buurt van het glijvlak blijkt van structuur veranderd te zijn: er is een harde plek gevormd; hetgeen toe te schrijven is aan de plaatselijk optredende temperatuur en druk Eenerzijds veroorzaakt , ')
~retzko\\' ,
Orga n HJ:34 , blz . 257 .
121
I
I
en een sterke een platge leopen wielba nd stooten , dus een onrust ige gang diepte in hei slijtage , anderz ijds zet zich de harde plek tot een groote en bij het materi aal van de wielba nd voort en gé'.at er veél materi aal verlor dient rails de over wielen de van n afdraa ien van de wielba nden. Slippe n. dus onder alle omstan dighed en verme den te worde enoem de Er zijn ve-rsch illende oorzak en, die verhin deren dat boveng treedt er een kortste remwe g verwez enlijkt wordt. In de eerste plaats het met volle en aan remkr de van tijdsve rschil op tussch en het bedien en elijk van afhank is rschil kracht aandru kken van het remblo k. Het tijdsve van de en de doorsl agsnel heid van de remwe rking door de treinle iding zoo hoog vultijd van de remcyl inder. Men tracht de doorsl agsnel heid een rijtuig elk in er wanne um, maxim mogeli jk op te voeren en bereik t een Dit racht. aangeb is iding electri sch bedien de luchtu itlaatk lep in de treinle die-in lrern, ruksne hooged en vindt o.a, toepas sing bij de Knorr- Larnbe rtsen Neder landsc he de diesel- elcctri sche en elcctri sche stroom lijntre inen der Spoorw egen is geïnst alleerd 1,). en remblo k In. de tweed e plaats is het niet mogeli jk de wrijvin g tussch remblo k en en tussch g en wiel p N Lu = coëffic iënt van slepen de wrijvin nd wordt wielba nd, N = kracht , waarm ede het remblo k tegen de wielba gelijk aan tG te houden . De wrijvin gs-coë faanged rukt] consta nt en de tempeficiënt ft is n.l. afhank elijk van de vlakte druk, de snelhe id, bij gietheeft n ratuur van de wrijfv lakken . Dit samen stel van factore wrijde ien ijzeren remblo kken een bijzon der onguns tig effect 2), aangez moeilij k door vingsc oëffici ënt bij hooge tempe ratuur sterk' daalt, hetgee n de wrijvin g omdat nd, vereffe n worde kan het opvoe ren van de vlakte druk wordt dan dien niet rechte venred ig met de vlakte druk toenee mt. Boven door de wrijde slijtage oneven redig groot, tenvijl h~t moeilij k wordt, de remblo kken ving ontwik kelde warmte r snel genoeg af te voeren : de ndt en verbra er gietijz het uit f koolsto de dat kunne n zelfs zóó heet worde n, rembij heeft Men Ol). jt het overbl ijvend e zachte materi aal snel wegsli ongec rein lijnt proeve n met een Ameri kaansc he diesel- electri sche stroom en zich op statcer d, dat het gietijz er van de remblo kken was gesmo lten de remvan lak opperv het men ot de wielba nd had afgeze t 4). Vergro ote vergro het op ratuur schoen , zeedat de vlakte druk en dus ook de tempe met ing nstemm wrijfvl ak daalt, dan zijn de resulta ten niet altijd in overee de wielba nd, de verwac htinge n. Het remblo k wordt n.l, veel warme r dan il. tussch en versch een er komt ing dus tengev olge van de lineair e uitzett er plaats edat , gevolg als de kromt estrale n van rembl ok en wielba nd met
er.
') ") ")
']
122
Spoor- en 'I' rn mwcgan ]942, blz , :3i3. Bollema n Kijlstm , De Ingenie ur W3 9. hlz , \ T 6i . Me, Cune, Mechan ica! Enginee ring ]!)3fl. hlz . 583 .
R. Gaz.
1936-1, bI?. 59.'3.
e
Ie n
Ic >g tit m
1e
~n
dt
H-
le ~t
'ij-
lor
ng .a n rij:en en .m Jn op .m ote net .n d , be n ls e-
lijk toch nog zeer hooge vlaktedrukken kunnen optreden. Daarom worden de remblokken tegenwoordig veelal liedeeld uitgevoerd. Om bovengenoemde bezwaren te ondervangen, heeft men uitgebreide proefnemingen gedaan met remblokken of -voeringen, die van andere materiaal soorten dan gietijzer vervaardigd zijn. Gezocht werd een materiaal , dat een bij alle snelheden vrijwel constante wr ijvingscoêificién t heeft, zoodat een constante remvertraging a = tg verkregen kan worden, zonder dat het noodzakelijk is, de remdruk te ·v a r ie e re n. Voortbouwende op de ervaringen, in del automobielbouw opgedaan, bleken asbestvoeringen [b.v. Ferodo) de verlangde eigenschap te bezitten. Het warrntegeleidingsvermogen is echter gering, zoodat zeer hooge oppervlaktetemperaturen kunnen ontslaan. Hel is dus noodzakelijk, dat de remschijven of -trornmels speciaal gekoeld worden. Zij kunnen zoodoende in het algemeen slechts bij licht materiaal - waar het door de rem te ontwikkelen vermogen beperkt is - toegepast worden. De ervaring door de Nederlandschei Spoorwegen met bovengenoemd soort remvoeringen opgedaan heeft er toe geleid, dat men weer is teruggekeerdi tot gietijzeren remblokken op de wielen, echter aangevuld door electromagnctische railremmen. In Amerika daarentegen is juist het omgekeerde geschied: Een in 1939 in dienst gestelde diese1-eieetrische stroomlijntrein werd voor het eerst met niet op de wielen werkende trommelremmen met speciale remvoering u it ~~erust 1). _ Omdal bij gietijzeren remblokken de wrijvingscoëfficiënt bij hooge snelheid Jaag is ; ziet men zich genoodzaakt de remdruk op te voeren. W,Jnneer wij onder het rempercentage verstaan de verhouding tusschen de remkracht N en het adhaesicgewicht G van het wiel op de rail , dan vo'gt u it Je betrekking f G = ft N, dat N
G
= I. Deze verhouding kan bij
hocge
/1
snelheid waarden tot 150 à 180 % bereiken. Bij het afnemen van ' de snelheid neemt p toe, dus is er - om gevaar van slippen van de wielen te vermijden - een inrichting noodig, die gedurende het remmen de remdruk automatisch in overeenstemming houdt met het verloop van de wrijvingscoëfficiënt ft.. Uitvoeringen dezer inrichtingen zie o.a. de reeds ge cit ee r d e literatuur en Glasers Annalen 1939, blz. 158. Een derde oorzaak, die het bereiken van de kortste remweg verhindert, is gelegen in het feit , dat het niet mogelijk is, het geheele treingewicht volledig voor de remwerking te gebruiken. Zoo mogen b.v. de leidende assen van een locomotief met het oog op de veilige lo op in het s p oor niet zoo sterk afgeremd worden als volgens de adhaesie mogelijk zou zijn. Bij goederenwagens is de moeilijkheid, dat er een groot verschil ')
R .M .E . 1939, blz . 170.
123
Om toch een bestaa t in gewich t tussch en lcege- en belade n toestan d. ingen toegeinricht verstel n bevred igende remwe rking te behou den worde nstemm ing overee in past, die - al dan niet autom atisch - del remdr uk met de beladin g van de wagon brenge n. een trein, die Resum eerend e kan men zeggen , dat' voor het proble em om te afstan d met groote snelhe id (b.v. .160 km/h ) rijdt, binnen een beperk igende bevred en volkom geen (b.v. 1000 m.] tot stilsta nd te brenge n, nog oploss ing is gevond en. is versch enen Een uitvoe rige studie over het bereke nen van den remwe g in het Bullet in van Mei 1946.
124
.
~"
---
.
.en ~e
ing ~li e
HOOFDSTUK XIII.
lOd Ide ie n
§ 76. Naast de stoomkracht vindt sinds omstreeks 1900 de electrische tractie en sinds omstreeks 1920 de verbrandingsmotortractie uitgebreide toepassing in hel spoorwegbedrijf. De factoren, die de keuze van de tractiesoort bepalen, zijn in hoofdzaak van economische aard, aangezien men er in geslaagd is het technische vraagstuk, om het door de machinein.stalla tic ontwikkelde vermogen om te zetten in een bruikbare trekkrachtskarakterestiek (zie § 80 en § 83) op bevredigende wijze op te lossen. De elcctrische tractie biedt de volgende voordeden boven de stoom-' tractie: 1) Beter thermisch nuttig effect, en de mogelijkheid brandstof met een geringe stookwaarde te gebruiken [b.v. bruinkoolcentrales in Midden-Duitschland). 2) Mogelijkheid tot het gebruik van waterkrachtsenergie (in bergachtige landen). Dit voordeel wordt grooter, naarmate steenkolen moeilijker' te verkrijgen zijn. 3) Personeclsbesparing : Eén man is voldoende om een locomotief of motorrij tuig te bedienen. Bij toepassing van stuurstroom kunnen meerdere eenheden [zoowel locomotieven als motorrijtuigen) vanuit één stuurstand bediend worden (zie onder 10). 4) Vergrooting van de capaciteit van een baanvak, omdat grootere treingewichten, hoogere snelheden en dichtere treinopvolging mogelijk zijn. 5) Gcwichtsbcsparing : een electrisch tractievoertuig behoeft practisch geen voorraden mee te voeren, terwijl het gewicht in kg / p k lager is dan van een stoomlocomotief. 6) Lange diensttijd: het oponthoud op de depots voor het reinigen van het rooster, het ketelwasschen (bij een stoomlocomotief b.v. 1 dag ketelwasschen na, 6 dagen dienst) en' het nemen van voorraden (kolen en water) vervalt geheel. Bovendien is een electrisch locomotief of -rnotorwagen terstond gereed voor de dienst 7) Betere loopeigenschappen : er zijn geen storende bewegingen in het drijfwerk. Daarentegen kunnen de groote onafgeveerde gewichten en de massa's met laag zwaartepunt, zooals bij' electro12 5
invloe d molore n in tramop hangin g kan voorko men, onguns tige sche hebben . Hierop moet dan ook bij het ontwe rp van electri n. worde gelet den tractie voerlu igen voor hooge snelhe voertu ig 8) Zuinig energi everbr uik: Wanne er een electri sch tractie de stilstaa t, verbru ikt het geen ' energi e , in tegens telling met Ook ouden. stooml ocomo tief, waarbi j het vuur moet worde n onderh bestaa t de mogeli jkheid - vooral op bergtr ajecten van belang . winnen te terug e energi m door toepas sing van een recupe ratiere een ajecten stadstr op en s tunnel 9) Geen rook vormin g : vooral in belang rijk voorde el. . Bij deze 10) De mogeli jkheid om motorw agentr actie toe te passen en mtractie vorm wordt de voortb ewegin gsinsta llatie in de rijtuig stuurvan middel door r voerde wagen de gebou wd en bedien t enkele er l Hoewe trein. stroom tegelij kertijd alle motore n van de (Senuitvoe ringen van motorr ijtuige n met stoom tractie bestaa n tend tinel, BesIer ) kan men zeggen , dat motorw agentr actie uitslui De te bij electri sche- en verbra ndings motort ractie mogeli jk is. behale n voorde e1en zijn : kt worde n. a) De gehee1 e treinle ngte kan voor nuttige lading gebrui voor adhaes ie bl Bij gebrui k van een groot gedeel te van het treinge wicht kunne n zeer hooge aanzet versne llingen verkre gen worde n. wicht toe. c] Het tractie vermo gen neemt evenre dig met het treinge voor intensi ef kt geschi uitstek Hierm ee is de motorw agentr actie bij rondsc he onderg op keer. person enverv oer, zooals b.v. in het voorst adsver spoorw egen, en in dichtb evolkt e streke n plaats vindt. De bezwa ren van de electri sche tractie zijn: "J De hooge kosten van aanleg: en onderh oud der electri sche stroom toevoersi nstalla ties. de energi e via b) De afhank elijkhe id van de stroom bron, van waaru it toegev oerd. bovenl eiding of derde rail aan de tractie voertu igen wordt Met een Een storing in deze toevoe r legt het gehee1 e verkee r stil. n deze kunne n tregele rgsmaa voorzo goede organi satie en voldoe nde n. worde t storing en evenw el tot een minim um beperk aak deDe voordc elen van de verbra ndings motort ractie zijn in hoofdz moet houde n zelfde als van! de electri sche tractie , hoewe l men rekeni ng met de volgen de factor en: iSI af1) Het vermo gen van een 't rein met verbra ndings motort ractie emachin voerde meege trein hankel ijk van de groott e der in de j waarbi , tractie install a tie, in tegens telling met de electri sche eenergi door bovenl eiding of derde rail een vrijwe l onbep erkte . toevoe r mogeli jk is. Het gewich t in kg/ pk is aanzie nlijk hooger eenerz ijds 2) De' brands tofvoo rraad wordt in de trein meege voerd:
12G
.
--~ .
ed he
3)
een groot voordeel, omdat men zoodoende onafhankelijke tractie-eenheden verkrijgt; anderzijds een gering nadeel, omdat de brandstofvoorraad van tijd tot tijd' moet worden aangevuld, met het daaraan verbonden oponthoud. De verbrandingsmotor is niet "elastisch", m.a.w. hij kan practisch niet overbelast worden en evenmin 'beneden een zeker toerental werken. Dit is een groot nadeel in vergelijking met de stoomtractie, waarbij - weliswaar met een zeer ongunstig, nuttig effect - grootere vermogens geleverd kunnen worden, dan het vermogen waarvoor het tractievoertuig is ontwopen, Dit bezwaar geldt
eze
en-
end
te
v~rlf~f', .s~()om
.a:s.
~
J"a'/l"Atht'id
E~
Fig. 81 ~ si e
sief che
toe-
vla erd. een Ieze
deiden
;;1 af-
unearbij rgieer. zijds
In zekere mate ook voor de electrische tractie, hoewel men daarbij tijdelijk zeer hooge overbelastingen kan toelaten, afhankelijk van de verwarming der eleetromotoren (zie § 83). 4) De kosten van de electrische stroomtoevoer vervallen, daarcn- . tegen zijn de aanschaffingsprijs en de onderhoudskosten van verbrandingsmotorlocomotieven en -rijtuigcn in het algemeen hooger. Zooals reeds werd opgemerkt, wordt de keuze van de tractievorm in hoofdzaak bepaald door economische factoren, waarbij niet alleen de kosten een rol spelen, maar ook het algemeene landsbelang overwogen moet worden.j Het valt buiten het bestek van deze handleiding hier nader op in te gaan: ten aanzien van de in fig. 81 afgebeelde vergelijking der kosten van stoorn-, diesel-electrische, en electrische tractie per tonkm. in afhankelijkheid van de de verkeersdichtheid zij slechts vermeld, dat deze is opgesteld als algemcene norm zonder rekening te houden met de specifieke omstandigheden, die in ieder land verschillend zijn, en dus niet als absolute maatstaf beschouwd mag worden.
§ 77. Onder verbrandingsmotoren verslaan wij kr achtwcrktuigen, waarin de (meestal vloeibare) brandstof opgehoopte energie zonder tusschenrncdium in mechanische arbeid wordt omgezet. Daarnaast zijn in de laatste jaren oold gasturbines ontwikkeld, die de energie met vermijding van het drijfstang-krukmechanisme direct aan een ro teerende as afgeven. Hoewel het rendement van de gasturbine voorloopig nog niet zoo 127
niet! uitg esloke ver bra ndi ngs mo tor is het hoo g is als van een eve n ster egt rac tie . zal gaa n inn eme n in de spo orw ten, da t dez e nog een pla ats otie f v er wn Bov eri een gas turb ine loc om Ree ds wer d doo r de firm a Bro rdt ond e rlik aan uitg ebr eid e pro eve n wo vaa rdig d I), die op het oog enb dies elend luit uits n teg enw oor dig vrij wel wor pen . Voo r trac tie pas t me de el en r voo de gen . ben zin emo tore n de vol mo tore n toe, om dat dez e t.o. v bez itte n: is gro oter . 1) Het the rmi sch nut tig effe ct r. 2) De bra nds tof is goe dko ope 3) Er is gee n bra ndg eva ar. enw oor dig bin nen bep aald e gre nze n is teg De reg elin g van het toe ren tal / p k vor mt kg elij k. Het hoo ger e gew ich t in bij een die selm oto r goe d mog gen de hewaa r. Wij zul len ons in het vol voo r; spo orw egt rac tie gee n bez de die selm oto rtra ctie . per ken -tot de beh and elin g van ndi cee rde wij' het ver ban d tuss che n de, geï Van een die selm oto r kun nen Ni pk gen mo ver en het geï ndi cee rd /cm ' gem idd elde zui ger dru k pml kg p · X V Xn 4-ta et-m oto r. S mi = i N : gen kin rek bet de uitd ruk ken in 900 en
Ni =
Pmi
X VS X n
2-ta ct-m oto r.
450
n. .Bij een rs en n == toe ren tal in omw ·/m; waa rin V s ;= slag vol ume in lite geï ndi cee rd k Pml = C ver loo pt dus het con stan te gem idd elde zui ger dru ,
..
'. Olltw/
_11
Fig. 82
')
128
B .B .C .
~I it t e ilung e n
I D4 2, lilz , t13.
/lnin
i otie. er.e r iel~len
rdig >rmt he -
i:! r d e pk
een :ee r d
vermogen rechtlijnig met het toerental. Aangezien echter de geïndiceerde ge midd elde zuiger druk bi j het toenemen v an. het toerental - eerst langza a m, naderhand sneller - zakt als gevolg v a n de toenemende stroo mi ngs- en smoorve rliezen in de toevoer van v erbrandingslucht en brands t of, zal het geïndiceerd vermogen niet volkomen rechtlijnig met het toe rental toenemen. Ook de inwendige bewegingsw eerstand van de motor iW pk] neemt sterk toe , zoodat het effectieve vermogen (Ne = N i- W pk] n a h et bereiken van e e n maximum w e er sn el zal dalen. Het brandstofverbruik b gr/ epkh loopt dan hoog op, en men zal dus de verbrandingsmotor sl echts tot een bepaald toerental (nmax), dicht in de buurt van het maximurn dfectieve vermogen, belasten (fig. 82). Het effectief vermogen Ne pk kan eveneens worden uitgedrukt in ge middelde effectieve zuigerdruk p me kg!cm2, het slagvolume Vs liter, en
Ilet toerental n omw-lmin .' Ne = Pme X Vs X n _
900
4-tact-motor,
en Ne =PmeXVs X n
450
2-taci-motor.
Noemt men het uitwendig motordraaimoment M kg cm, dan is : Ne M = 716,2 , of M = 0,8 Pme' V s -l-tact-motor. n
M = 1,59 Pme ' Vs -
2-tact-motor.
Het blijkt dus , dat het draaimoment afhankelijk is van de gemiddeide effectieve zuigerdruk en het ,s la gv olu me , echter niet direct v a n het toerental. In fig. 83 is als voorbeeld de motorkarakterestiek van een 12 cylinder 4-tact Maybach dieselm~tor van 410 epk bij 1400 omw-l min . afgebeeld I), waarop het verloop van Ne cru M met het toerental te zien is. Pogingen om de dieselmotor direct te koppelen met de aandrijving van de assen [b.v, Sulzer 2) ) zijn allen min of meer mislukt. Men stuitte n.l. op de moeilijkheid, dat de motor niet belast kan aanzetten, zoodat omvangrijke hulpinstallaties noodzakelijk waren, om de machine door de aanzeiperi öde te helpen, Bovendien is bij directe aandrijving de trekkracht aan de rail recht evenredig met het draaimoment van de motor, dat - zoo als wij in het' bovenstaande gezien hebben - bij alle snelheden practisch constant is. Het vermogen neemt dan recht evenredig met de snelheid toe, en bij lage sn ëlheden (toerentallen) levert de locomotief onvoldoende trekkracht. ') t.)
lIille en Xord en, Organ 1983, blz . 55. Lomonossoff, Die sellokomotiven, blz. 6.
129
mo torv ergeb ruik va n h et bes ch ikb a r e The ore tisc h zou - bij voll edig g ens TV trek kra cht s kar ak teri stie k (vol 270 mog en - het trad ied iag ram (= ale ide de men erb ool zijn. Dit noe mt = N = con stan t een geli jkzi jdig e hyp doo r tuss chen sc hak eling van een me n trek kra cht ska rak tere stie k, die goe d mog eche n mo tor en drij fwi el zoo ove rb ren gingsme cha nism e tuss 80). lijk trac ht te ben ade ren (zie § ./
plc ." .",
-
,., "
-- /
to0
No/
/
V
/ / / r- -
~
V rr
40 0 /
3
--r --t1
/
100
V
I
V
40 0
80 0
..
12 00
omW/ /ln in
n- -~
F ig . 8:3
opg este ld ind celi nge n der mo tort rac tie §78 Er kun nen ver sch ille nde rwe qen , da n de toe pas sing en op hoo fds poo wor den . Bep erk en wij ons tot s de voe rgen een " ind celi ng ops tell en vol kun nen wij in de eer ste pla ats tuig soo rt :. te ver dee len in : A) Loc om otie ftra ctie , ond er Ver mo gen te ran gee r- en lijn dien st. I 1) Loc om oto ren , voo r lich 70-300 epk . dien st. r zwa re ran gee r- en lich te lijn 2) Ran gee rloc om otie ven ; voo Ver mo gen 300 -10 00 epk . de inlo com otie ve n. In de Ve ree nig Goe der en- , per son en- en sne ltre 3~ in , epk mo gen s van' 5400-6000 Sta ten ree ds' uitg evo erd tot ver Eur opa tot oo 4000 epk .
130
B)
Motorwagen tractie, onder te verdeelen in : Lichte 2-assige automotrices voor verkeer op zijlijnen. Vermogen 70-150 epk. . 2) Lichte -l-assige automotrices voor verkeer op zijlijnen en licht personenvervoer op de hoofdlijnen. Vermogen 150-300 epk. 3) Zware motortreinen. bestaande uit meerdere kortgekoppelde rijtuigen, bestemd voor zeer snelle verbindingen tusschen groote bcvolkingscentra. Vermogen tot 1800-2000 epk. per treinstel. 1)
Een andere indecling is volgens transmissiesoort. Wij onderscheiden in hoofdzaak: a) mechanische transmissie, voor vermogens totoo 300 epk per versnellingsbak j b) hydraulische transmissie, voor vermogens tot oo 1500 epk. per converter; c] electrische transmissie, voor onbeperkt groote vermogens. A fgez:en van deze drie hoofdgroepen bestaan er nog tusschenvormen, die b.v. gedeeltelijk hydraulisch en gedeeltelijk mechanisch werken (b.v. sysieem Trilok 1)) respectievelijk gedeeltelijk electrisch en gedeeltelijk mechanisch (b.v. systeem Sousedik). Ook zijn er nog andere transmissies [b.v, met samengeperste lucht: M.A.N.), die evenwel slechts weinig toepassing gevonden hebben. Wij zullen ons tot de genoemde drie hoofdsoorten beperken. Aangezien het principe van de overbrenging bij de verschillende voertuigsoorten hetzelfde is, kan volstaan worden met de beschrijving aan de hand van een voorbeeld (zie § 80 e.v.]. Op de keuze van de transmissie wort zal in§ 84 nader ingegaan worden.
§ 79. Bij de mechanische transmissie wordt het draaimoment van de motor (motorkoppel) via slipkoppeling. versnellingsbak met ingebouwde omkeerbeweging, cardanas en pinion met kroonwiel (of worm met wormwiel) op de drijfas overgebracht. Met de motor beginnende; kan worden ' opgemerkt, dat er een groo~ aantal soorten dieselmotoren voor spoorwegtractie te krijgen zijn, waarvan de gegevem( te vinden zijn in de catalogi van de motorenlabrieken en o.a. in de volgende artikelen: Bulletin 1935, blz .
878.
Bullet in HlS7, blz . 1624 , 1645 , 1769.
Het supplement van ·de Railway Gazette : Diesel Railway Traction, bevat regelmatig beschrijvingen van motoren voor spoorwegtractie. Een samenva ttend artikel vindt men in de ja:1rgang' 1937-11, blz. 258 e.v. , M.en kiest een motor op grond van gegevens omtrent: ')
Z.V.D. I 19.'H , blz . 1:32L,
131
vermo gen, toeren tal, brands tofver bruik , betrou wbare werkin g, goede r egelba arheid , afmeti ngen, verkri jgbaar heid va n onderd eelen , prijs.
c
ee n groote In slip koppel ingen en versne llingsb akken b estaat eve neens oo rzaak veelal ver sch eidenh eid van merke n en uitvoe ringen , w aa rvan de h door eigen zic 's firma de n ille te zoeken is in het streve n der versch ijving zij beschr de Voor patenl en een plaats op de markt tei verzek eren. : r eratuu lit w e der om verw ezen na a r de catalog i en o.a . de vol gende S iibe r k r iib: F ahrzeu gg et r iehe . B erlijn 1929. g en F ra nco en L a b rij n : Ve rb ren nu n g slok o mot ivon und -T'rje bwa . 899 blz. 1935 Bulleti n B u lleti n 193Î blz. 1533, 1662, lÎ83.
D en H aag '32.
R a ilwa y Oazette 19:32-1, blz. 14è) e.v . ilway 'I' rac t ion sup j.le ment. ben ev en s d e verschil lend e ja arg ang en van het Diesel Ha
uitgev oerd De koppel ingen kunne n volgen s v erschillende syst eme n w or de n : a) droge platen koppel ingen; b) hydrau lische koppel ingen; c] elcctro magne tische koppel ingen. t r o-p neuDe versne llingsb akken worde n mecha nisch, pneum atisch, elec ko ppelin g of matisc h of electri sch bedien d. Bij het bepaler). van het so ort overw eelfde ez d van uit men at versne llingsb ak dat men wil toepas sen, ga eisch, de t me ng gin&en als bij de dieselm otor, en houdt eventu eel rekeni één vanaf n dat de machin einstal laties van versch illende mo torvoe rt uige stuurs tand bedien d kunne n worde n. moet zoo De overbr enging sverho uding der versch illende versne llingen k op pe l motor het n va olge' tengev danig bepaal d worde n, dat de aan de rail bracht ge g min em nst uitgeo efende trekkr acht zoo goed mogeli jk in overee wordt met de ideale trekkr achtsk arakte ristiek . gewoo nlijk De transm issie tussch en versne llingsb ak en drijfas bes ta at Bij lichte . ijft aandr iel kroonw het pinion uit een cardan as, die via een ast, die toegep issie transm locom otoren wordt soms de goedk oope ketting e 2r Wann n. elhede zich evenw el niet leent voor groote vermo gens en -sn is n, reve meerd ere drijfas sen vanuit één versne llingsb ak wu rden aanged ha ing te sc het noodz akelijk een differe ntieel lussch en de drijfas sen onderl n ontsta àn k ele n, tenein de de kleine versch illen in to erenta l, die kunne
132
-
-
-
-
-
--=...-
-
door ongelijke wicIdiameters, te egalisecren 1). Een overbrenging met worm en wormwiel - soms wegens gebrek aan plaatsruimte in de asaandriiving toegepast - heeft het bezwaar, dat het nuttig effect slecht is. Bij de plaatsing van de machineinstallatie in een motorrijtuig kan een keus gemaakt worden tusschen meerdere mogelijkheden: 1J In de rijtuigbak. 2) Onder de rijtuigbak. 3) In een apart draagraam. veerend aan het! rijtuigframe opge hangen. 4) In een apart draagraam. rustend op de assen. 5) In de draaistellen . Verder bestaat de mogelijkheid, de motorin of onder de rijtuigbak te plaat. sen en de versnellingsbak in het draaistel onder te brengen. Hierbij dient men rekening te houden met de gestelde eischen, n.l, : a) De trillingen van de motor' mogen niet op de rijtuigbak worden overgebracht. Dit is te vermijden door de motor veerend op te stellen, b.v. op rubberkussens. die de trillingen dempen. b) De reizigers mogen geen last ondervinden van-motorlawaai of van uitlaa tgassen. c) De machineinstallatie moet' zoo weinig mogelijk ruimte innemen. d) De machineinstalla tie en de transmissie moeten goed toegankelijk zijn. e) Het rijtuig moet een rustige loop hebben (zie § RO). De vorm en de afmetingen van de dieselmotor zijn eveneens van invloed: er kan onde;scheid gemaakt worden tusschen staande, - V-vormige - , en liggende motoren, welke laatste zich zeer goed leenen voor inbouw onder de rijtuigbak. Aanvankelijk werden de koelwaterradiatoren in de rijtuigkopwand of op het dak gemonteerd, waarbij de' luchtstroom door de voortbeweging van het rijtuig werd veroorzaakt. Het bezwaar was echter, dat bij kleine snelheden de ' koeling onvoldoende werd. Tegenwoordig plaatst men 'dan ook meestal de radiatoren onder de rijtuigbak en wekt met behulp van fans een koelluchtstroom op, die onafhankelijk is van de' snelheid ven het motorrijtuig. De warmte van het koelwater wordt 's winters benut ter verwarming van het rijtuig. Bij dieselmotorlocomotieven wordt de motor (soms met een .v eer ende ondersteuning) op een fundatieplaat in het hoofdframe geplaatst.
§ 80. Als voorbeeld van het doorrekenen van een diesel-mechanische transmissie nemen wij het ontwerp van een -l-assige automotrice met. ')
R evu e Gén éral e 19.'39-1, blz . 125.
133
[] DJ = =
o
11
I
I I
)1-----1 I J
134
onder de bak geplaatste motoren voor ± 80 personen met bagage, die een snelheid van 120 km/ h op d o rechte vlakke baan moet kunnen volhouden . A a n de hand van de ver declin g der reizigers over de verschillende rijtuigk la ss e n stellen wi j een voorloopige plattegrond van het ri jtuig op (fig. 84 ), waarin ook een bagageruimte (boven de motoren) en twee sluurstanden w or d e n opgenomen. Ter vermindering van de luchtweerstand worden d e kopwanden afgerond. De vorm van de afronding is met modelproeven in d e windtunnel va stgest eld. De draaipunlsafstand der draaistellen kiezen wi j zoo gr oot, dat deze! niet precies gelijk is aan de gemiddelde afstand d e r raillasschen, zoodat er geen resonnantieverschijnselen kunnen optreden als ge volg van gelijktijdig stooten bij het passeeren van de raillassche n (zie § 70). Een v oor loop ige schatting van het gewicht le verl de volgende waarden ' Wagenbak (zonder machineinstallatie] 14000 k g 2 motoren van 150 epk à 700 kg 1400 kg 2 transmissies à 600 kg 1200 kg 2 stel cardanassen met ornkeerbeweging, koelers, accu's 2400 k g stoot- en trekwerk , etc. 19000 kg 600 k g 400 kg
Wagenbak (leeg) brandstof (700 1., s. g. 0,85) koelwater, smeerolie , ge reedschap Wagenbak (ledig, dienstvaardig) reizigers + bagage (80 X 75 = 6000 kg ./
.
+
1500 kg)
20000 k g. 7500 kg
Wag enbak (beladen, dienstvaardig) 2 draais tellen à 4500 kg
27500 k g 9000 kg
Totaal gewicht (beladen)
36500 k g
Om h et vermogen te berekenen, dal noodig is om het motorrijtuig met een snelheid van 120 km / h op de vlakke, rechte baan voort te bewegen, moet eerst de bewegingsweerstand bepaald worden. Hiervoor zijn in de laatste tijd vele formules opgesteld 1), waarvan wij de volgende kiezen: W = 2,5
c,
+ 112
c -:
F.( V:0 VYwaarin W = bewegingsweerstand 6
op de rechte, vlakke baan in kg; G t = treingewichf in ton i c w = luchtwe erstandscoëfficient, afhankelijk van de vorm van het rijtuig; F = fr on t a a l oppervlak van het rijtuig in m 2 ; V = snelheid in km/ h '; 6 V = toeslag op de snelheid, teneinde rek ening te houden met tegenwind. ')
.l udt.man n : Motorzllgfö rdenmg auf Schiencn, bl z . 2i. We rks poor , Mcdedeel ingen No . 6, blz. 24 . Xordmann, Orgun] 9:35, blz. 395.
135
Met de' gegeven afmetingen van het motorrijtuig is G t = 36,5 t j c w = 0,49 ; F = 8,3 m-: V .= 120 km jh en b, V = 15 km jh ' dus W ~ 46~ k g. H e t netto tractievermogen bedraagt du s 462 X 120", 206 pk. Wanneer het 270 tot a al nuttig effect van de transmissie tusschen motoras en drijfas in d e hoogste versnelling (prise directe) bij voorzichtige schatting C'.) 0,85 bedraagt, is het bruto tractievermogen 206 = 243 pk. Nemen wij verder 0,85 aan, dat voor de hulpinrichtingen [radiatorfan, remcompressor. dynamo] nog een vermogen van oo 25 pki benoodigd is, dan moeten de beide motoren samen 243 + 25 = 268 epk leveren. Bij inbouw van 2 motoren, die 150 epk kunnen leveren bij 1500 omw.fmin . blijft nog 32 pk beschikbaar, zoodat het motorrijtuig de' snelheid, van 120 km /h nog' op een helling van 2 "100 kan volhouden. In den regel wordt het geinstalleerde · motorvermogen aan de ruime kant gehouden, waarmee bereikt wordt, dat er een zekere trekkrachtareserve blijft, zoodal de volle snelheid ook onder ongunstige omstandigheden volgehouden kan worden en de aanzetperiode niet onnoodig lang wordt. De wieldiameter (bij half afgesleten wielbanden) bedraagt '880 mmo Bij . 120 k m/h IS
h et aan t a I drIJiifWIe . 1om wen t e liingen n = Ol:
120 X 1000 X 0.88 X 60
722 omw.fmin . i het motortoerental is 1500 omw·/ min. ; de overbrengingsverhouding in de versnellingsbak is 1 : 1 (prise directe); dus de overbrenging tusschen 'p in ion en kroonwiel moet 722 : 1500 = 1 : 2,08 bedragen. Het bruto motorkoppel bij vollast Mb = 716,2 Ne = 716,2
~=
71,62 1500 tusschen netto motorkoppel en trekkracht wordt uitgedrukt door be ben
benoodigde vermogen, is M n = 716,2 X 137,5 = 65,65 kgm. Het vc rband 1500 tusschen netto motorkoppel en trekkracht wordt uitgedrukt door be b etrekking: M n =
D
T cl X - X 2
i
, waarin T cl = trekkracht aan de rail in
Ilt
kg, D = drijfwiel diameter in m, i =
drijfwieltoerental = overbrengingamotortoerental verhouding tusscherr motoras en drijfas en Ilt = totaal nuttig: effect van de. transmissie tusschen motoras en drijfas. Zoolang er eern starre verbinding bestaat tusschen motoras en aangedreven as - zooals' dit bij elke versnellingstrap van de mechanische transmissie het geval is - is de trekkracht evenredig aan het motorkoppel, dus - in overeenstemming
136
.Bij toepas sing met de motor karald erestie k - practis ch consta nt (fig. 85) . het bovenvan een hydrau lische- of electro rnagnc tische koppel ing blijft van de nkelijk onafha oment staand e van kracht , omdat het draaim T-V Het is. groot even slip in de koppel ing - op beide kopple linghe lften diagra m is dus trapvo rmig. zou men het Tenein de de ideale trekkr achts- karakt eristie k te benade ren, de praeaantal versne llingst rappen groot kunne n maken , waaaa n echter en zwaar grijk, omvan atie install tische bezwa ren verbon den zijn, dat de verde n worde regel kostba ar wordt en de bedien ing ingewi kkeld. In den trappe n uitgesnellin gsbakk en voor spoorw egtrac tie (zie l § 81) met 4 à 5 (tot 8) verrust, hoewe l er uitvoe ringen met een groote r aantal tappen llingsb ak krijgba ar zijn. Wij kiezen voor ons voorbe eld een Mylius 1) versne is, in de directe prise een lling met 4 trappe n, waarv an de hoogst el versne voor nde voldoe ruim! uit voerin g voor een motork oppel van 76 kgm, dus dt. optree het draaim oment dat bij de in het voorbe eld gekoze n motor wil laten belast motor de men ede waarm tal, Als het kleinst e toeren en de tussch k ding verhou de werke n, n'llin. genoem d wordt, dan is t bereik rap llingst versne elke minim um- en de maxim um-sne lheid, die op nmin. Vmin. = - - = k. Verde r moet Y max van de eerste kan worde n: ynmax max. \ en evenzo o versne lling gelijk zijn aan Ymin. van de tweede versne lling, de ' derde verYmax. van de tweede versne lling' gelijk! zijn aan V min. van Vlmin. _ k -_ Vlm!n. en V 2min. -_ k _ V 2min._ waaru it snellin g, Dus V 3min V 2max. V 2min. V 1max. volgt: Vlmin. = k V 2min. = .... = k4V4max. omw-Imin . en Bij 4 versne llingen en de motort oerent allen nmin . = 800 de overvolgen de b.v. n max. = 1500 omw.fmin. (dus k = 0,53) vindt men brengi ngsver houdin gen in de versne llingsb ak: V max. km I h \ V min. = kV max. km I h
I prise direct e 3de ve rs n ellin g 2d ~ ve rsn elfing l s te ve rs ne lling
1 :1
6,1
3.1 ,1
1 :1,88
:34)
18,2
] :3,53
9,7
] :6,60
18 ,2
De snelhe den benede n 9,7 Ioopen worde n. ')
64
120
I ove r br en g ing sve rh oud in g
kmih
moete n met slippen de koppel ing door-
R . Ga 7.. I 937-Jl , bl 7. . 86.
137
Aangezien het v ermogen recht evenredig is met het t oeren tal (fig. 83} is h et verlies aan tractievermogen ten opzichte van de ideale trekkra chts15OOr----.-r--,-----,,---,...--..--,---,----.-------.
a.::"
Î
n
60
20
80
1(}O
v_
eo 7
F ig. 86
karakteristiek (in fig. 85 gearceerd aangegeven) afhankelij k van de grootte . n . der snelheidstrappen, dus va n de verhouding k = ~. Da arom is het . n ma x . niet gewenscht keen kleine waarde te geven. Bij een gr oote w a arde van k , b.v. .k = 0,70 wordt evenwel V min . in de eerste v er sn elling hoog ; in ons voorbeeld VI min , = k 4 V4 ma x. = 0,24 X 120 = 28,8 km /h ; en k rijgt men het bezwaar, da. de aanzettrekkracht niet zoo groot is, terwijl de snelheden beneden 28,8 km / h met slippende koppeling ger ede n moet w orden. Wanneer men niet wil overgaan tot meer dan 4 versn ellingen, trach t men een compromis te vinden door de overbrengingsverhouding in de lage versnellingen groot te maken, dus overeenkomend met een k le ine w a arde van k , en in de hooge versnellingen klein, overeenkomend met een groote waarde van k. De in het voorbeeld behandelde Mylius versnellingsbak heeft on de rstaan'de overbrengingsverhoudingen, waarmede de eveneens in de tabel opgenomen motortoerentallen, snelheden, en w a a r de n van k ove re en komen:
II
Motortoerental n om w. / mln. .
Overbeeco teqsO verbrenqteqsverhoudm q verhoudi ng tusschen motoras ve rsn elli ngsbak
k
en drijfas
Snelheid in
km , h
v.: I v.:
I
950
1500
I'
76
]20
150n
0,6:3 0",~ ;; ~
1 :2,08
930
I
I :1
:lde versnelling
I : I,58
I :3, 28
17
76
2de vors nolling
[
815
isoo
] :5,:1
,. _
800
I I
I :2, 55.
ioo
I Q,5--!
1 :4 ,68
I :9, 7;3
] 3.7
priSe! direct
] ste versnel ling
I 138
0,5:3
I
l
n
47
<'0,:1
25,11
I
J
'motor toeren tal In het z.g. zaagdi agram (fig. 86) is het verban d tussch en n grafisc h vooren sn el heid voor boven staand e overbr enging sverho udinge : in de eerste mln. -j omw 800 gt ge steld . Het minim um motort oerent al bedraa km/ h, zoodat de v ersnell ing k om t dit overee n met een snelhe id van 13,7 kelijk lage koppel ing moet slippen , bened en 13,7 km/ h hetgee n een betrek als gevolg van snelhe id is. De aanzet trekkr acht in de laagste versne lling is In de hoogst e gruot. nde voldoe nog de gunstig e overbr enging sverho uding 950 0 nw./ min ., à 930 tot tw ee versne llingen zakt het motort oerent al slechts en blijft het verlies aan vermo gen beperk t. d.w.z , snel Wann eer het motorr ijtuig meerd ere dienst snelhe den heeft, lange perioheden, die in de norma le uitvoe ring van de dienst gedure nde n in d e udinge sverho enging den worde n volgeh ouden, dient men de overbr den snelhe mende versne llingsb ak zoodan ig te kiezen , dat de meest voorko n kunne n rede met het volle motor toeren tal (dus het volle vermo gen) 'ge worde n. eontw ikkelin g De koppel ing moet in staat zijn, zonder overm atige warmt kiezen een Wij . slippen te of -slijtag c, gedure nde betrek kelijk\ langen tijd een slip ng belasti Vulcan -Sincla ir hydrau lische koppel ing 1), die bij volle va n 2 à 3 % vertoo nt. netto motorZooals reeds werd verme ld, is het verban d tussch en het X -~. ko~pe l Mn kgm en de trek krach t aan de rail T cl kg: M a = T cl X Q Ijt 2 drijfas err s motora en tussch Het nuttig effect van de geheel e transm issie de koppel ing (voor hy17c = 17k X l jv X 17a• waarin 17k = nuttig effect van versne llingsb ak draulis che' koppel ing 97à 98 0/0); 17v = nuttig effect van de prise directe ); (92 à 94 et: in de laagste drie versne llingen en 100 % irr de ak en drijfen 17 a = nuttig effect van de transm issie tussch en versne llingsb bij 2 oment draaim netto wiel (90 à 92 0/0). Het voor tractid beschi kbare dus kgm, 131,3 motore n van 150 epk, bij 1500 omw.fm in. is 2 X 65,65 =
I M (kgm )
I
I
D (m) 0,88
1:31,:3
"I h
p rise direct e :3d c ve rs n èlling
131,:3
o.ss
x.
2d e vers nelling
1:31.3
0,88
I s t e ve rs nel lin jr
131.3
O,SS
•
I'
Ilt 2)
i ·1
I
T (kg)
1 2.08 1 -3.28
0,87
540
0 .80
78:3
1 5.3 1
0 .130
9.14
0.80
I
I
I
1265 2327
') ){. Gaz . 1935-1, blz. 998. ; hij proeven heeft me n 2) De hier opgegev en waarden zijn zeer voorzicht.ig geschat blz. 89). 1935-lJ, Gal'.. . H l, Lehe ( n gevonde cijfers r stige un g bom, I'eel
139
s bove nde trekkr acht is thans voor de versch illende ve rsn ellinge n volgen staand e tahel te bereke nen. egeven ; In het trekkr acht-d iagram (fig. 85) zijn deze w a a rden va n Taang id ten snelhe de t me acht trekkr de kleine afwijk ing in het verloo p van de ering verand de door opzich te' van een horizo ntale lijn wordt veroor zaakt va n het motord raaimo me nt met het toeren tal (fig. 83). ,\
~
2000
V>v
T.V 270
VJ>
1500
:=
220
'// lÀ
I/>--
1000
-U
/--,..
--- [ '>-; ho
51J!J
20
40
Ba
80
100
120 kJ(
V--
Fig . 85
gsw cerst and Na aftrek van de (niet in het diagra m geteek enè e) bewegin de bere k evoor: lag gronds als] m van het motorr ijtuig kan men het diagra blz. 59). nick erstech ning van. de aanzet period e gebrui ken' (zie hld. Verke , die king erbre Men dient echter rekeni ng te houde n met de trekkr acht-o nd optree dt. Met gedure nd e de korte period e (2-6 sec.] van het oversc hakele n kan dez e sp ecia le constr ucties [b.v . Miner va ') en Ardelt 2) gangw issels) onderb re k ing vrijwe l geëlim ineerd worde n. 2400 k g en De, groots te trekkr acht in de eerste versne lling bedraa gt C') 1200 kg. W anis over twee drijfas sen verdee ld, dus per drijfas werkt C') IS (fig. 87 neer het rijtuig gewich t gelijkm atig over de a ssen ve r de eld 36,5 . h t per driif - = 9 . 1 t . B"IJ een riJ as aesieg ewic b'oven ) b e d raagt 1let a dhaesi 4 adhaes iefacto r f =
X ~is de adhaes ietrekk racht ~ 7
7
9,1 = 1,3 t = 1300 kg ; dus
n van de bij het ontwo rpen motorr ijtuig bestaa t ge en gevaar van do orslaa [b.v. een st uitgeru is n motore drijfwi elen. Wann eer een rijtuig met sterke re ') 2)
140
R. Gnz . 1936-1, blz. 974.
R . Gnz . I 936-TT, blz. 372.
motorrijtuig, dat in staat moe tcz ijn een aanhangrijtuig te trekken, of da t op steile hellingen dienst moet doen) , gaat men er soms to e over, het draaipunt uit he t midden van het dra aistel te leggen,. zoodat een groote r ~5, e wi c h t op de drijfassen komt te rusten. In fig. 87 '(onder) bedraagt de 1 a dstand van het draaistel 3 m en de excentriciteit van het d raaipun t 0,48 m, zoodat hef adhaesiegewicht van de drijfas 18,2 1,98 ~ 12 3 be dr aa gt. e
=
t'
.----l-----.
~lt
9,1f
1~r 6.2t
l
6.2t
let
12t Fig . 87
De rustige loop van het rijtuig wordt beïnvloed door de plaatsing der motoren. Zijn de motoren in het draaistel geplaatst, dan is de massa van het draaistel groot, zoodat de slingerbewegingen (de vetergang. zie § 44} op de rechte baan worden gedempt. De ' zijdelingsche krachten op wielflens en spoor worden evenwel groot, omdat zoowel het zwaartepunt laag ligt, als . ook de massatraagheid van het draaistel groot is. Bij .h et inloopen va n b ogen, die niet goed gelegd zijn (te korte overgangsboog], kunnen zwa r e stooten optreden. Wanneer het ontwerp van een motorrijtuig vast ligt, wordt nogmaals een contr öleberekening van de hoofdafmetingen uitgevoerd, § 81. Tusschcn motor en versnellingsbak dient - behalve de slipkoppeling - een elastische k oppeling geschakeld te worden, die de motortrillingen absorbeert. Dit is overbodig bij een hydraulische koppeling, waarin
141
en motora s en - ook bij volle belasti ng - geen vaste verbin ding tussch aanged reven as tot stand komt. moeili jkheid, Bij de constr uctie van de versne llingsb ak stuit merr op de afmeti ngen van dat een groot vermo gen moet worde n overge bracht en de van draaie nde de versne llingsb ak beperk t zijn. Aange zien het inscha kelen vermo gens groote bij as de over tandw ielen door zijdeli ngsche versch uiving llingsb ak versne ; slijtage bezwa ren opleve rt [gevaa r van tandbr euk; groote los op de j neemt tel veel plaats in}, komt men tot uitvoe ringen , waarbi specia le kopde as loopen de tandw ielpare n steeds in ingrijp ing zijn en door n. worde n peling en met de as verbon den kunne lingen : Men onders cheidt in de versne llingsb ak drie soorte n koppe a} klauw koppe ling (zonde r slip); b} wrijvin gskopp eling (met slip); c] magne tische koppel ing (met slip). eene versne lBij het oversc hakele n worde n de tandw ielpare n van de met de as lling versne ling ontkop peld en de tandw ielen van de volgen de rijtuig, dus bij gekopp eld. Dit geschi edt tijdens de beweg ing van het draaie nde assen. er de klauKlauw koppel ingen kunne n niet ingesc hakeld worde n, wanne de omwen kelijk noodza wen ten opzich te van elkaar beweg en, dus is het kelen, van te telings snelhe id van het tandw ielpaa r, dat men wil inscha de as, waarvoren te synchr onisee rcru met de omwen telings snelhe id van edt met geschi ren onisee synchr Het mee het gekop peld moet worde n. een met; of en lamell behulp van een kleine wrijvin gskopp eling (met massa de conisc h vlak, zie b.v. hld. Verke crstech niek fig. 36), die slechts t te versne lvan het tandw ielpaa r dat ingesc hakeld moet worde n, behoef phasen : len of te vertrag en. Het overs; :hakel en bestaat : dus uit drie 1} ontkop pelen van de bestaa nde overbr enging ; 2} synchr onisee rerr van de nieuwe overbr enging ; 3} koppe len van de nieuwe overbr enging . hronis eerd Wrijvi ngs-- en magne tische koppel ingen behoev en niet gesync diger wordt. Er te worde n, zooda t de constr uctie in dat opzich t eenvou en as, zooda t is dan geen onwrik bare verbin ding tussch en tandw iel anderz ijds een t, bestaa slip e eenerz ijds de mogel ijkheid van ongew enscht tandbr euk van zekere waarb org tegen plotsel inge stoete n - met gevaar veel plaats wordt verkre gen. Het bezwa ar is echter , dat deze koppel ingen dat de onderinnem en (zij kunne n groote r worde n dan de tandwi elen), dus wordt. .groot ak linge afstan d der assen in de versne llingsb bracht kan Het draaim oment , dat door een tandwi eltrans missie overge worde n, hangt van de volgen de factore n af :
142
1)
de materiaaleigenschappen (hardheid, elasticiteits-modulus, toelaatbare druk- en buigspanning) van de tandwielen; 2) de tandvorm en -afrnetingen: 3) de plaats op de tandflank, waar de grootste belasting optreedt; 4) het aantal banden, dat in ingrijping is (bij schuine tanden> I), 5) de tandsnelheid j 6) de steek- en flankfouten (dus de nauwkeurigheid van de afwerking); 7) de massatraagheid van de aan de transmissieassen verbonden massa's (dus de l stootwerking] ; 8) de gelijkmatigheid van de belasting; 9) de verlangde levensduur; 10) een veiligheidsfactor. Door het opvoeren van het toerental der transmissieassen kan het over te brengen vermogen vergroot worden. De cardanas heeft ' dan evenwel nog een hoog toerental, zoodat de reductiefactor tusschen pinion en kroonwiel groot zal zijn. Een grens wordt hieraan gesteld door de beschikbare ruimte; in den regel is de reductiefactor niet grooter dan 1 : 3. Bij de berekening der tandwielen gaat men uit van de werkelijk optredende belasting en onderzoekt of deze' beneden de uit een oogpunt van sterkte en slijtage toelaatbare grenzen blijft I). De cardanas (zie litho) moet bewegelijk zijn: a) in verticalen zin om het veerenspel en de doorbuiging van de wagenbak te volgen; , b) in horizontalen zin om de uitslag van het draaistel in bogen te vo~en; , c] in langsrichting om het lengteverschil tengevolge van bovengenoemde bewegingen op te nemen. De bewegelijkheid in vcrticalen en horizontalen zin wordt door universeelkoppelingen verzekerd. Van een universeelkoppeling loopt de aandrijvende as uit in een vork, waarin twee diametraal tegenovergesteld; tappen van een hartstuk passen. Loodrecht daarop staan in hetzelfde vlak
Fig, 88
')
Bu ekingha m,
}bnllui of Geur Design, New York 193!),
143
aanged reven op het hartstu k twee andere tapp en, die in een vo rk van de het draaivan as passen . De ' vlakte druk tussch en tap en vork is a fhanke lijk sing van mome nt en de afmeti ngen der unive rseelk oppeli ng. Bij toepas n en zoonaaldl agers kan men hooge vlakte drukk en (to t 7Sk9/ cm .J toelate n beelinge p op seelk univer de doende de afmeti ngen en het gewich t van en 88) (fig. maken perken . Wann eer twe e assen een hoek a me f elk aar één e ge durend de drijven de as heeft een consta nte hoeksn elheid co; dan is a s cv cos a reven aanged de van elheid omwen teling del kleinst e hoeksn w - (J) cosa _c_os__a_---' _ en de groots te ~v_ . De graad van onrege lma tigh ei d ä = (IJ cos a 1 - cosê c X 100 0/0. Voor :a = SO u is à = 0,8 % en voor a = X 100 = cos a 10 0 is 0 = 3,1 OIo. nas, met Plaats t men nog e en tweed e univer seelko ppelin g in de carda eerste ande a t loop ijdig evenw weer as dezelfd e hoek a , zoodat de derde n van hoeke de Zijn ven. as, dan wordt de onrege lmatig heid weer opgehe tigheid lma beide univer seelko ppelin gen niet gefijk, dan blijft er een onrege t de hoeke n over, die echter in de practij k van geen belang is, omda slechts klein zijn. ca rdanas te In langsri chting verkrij gt men de beweg elijkhe ld door de a a r te paselk in deelen en de uiteind en met in- en uitwen dige spielo cpen sen. Hd geheel wordt met een leeren stofko p omslot en. elk ast, De as aandri jving is gelage rd in een olie- en stofdic hte tandwi Het 89). (fig. is n e voorzi n ntsteu die van een veeren d opgeha ngen mome
-
F ig . 89
P op de verban d tussch en de trekkr acht aan de rail T cl en de kracht v eroor za akte mome ntsteu n is: Pa = Tcl R. De door het draaim oment n in drie tandkr acht op de conisc he tandw ielen kan ontbon den worde sse n re sp eca de van te opzich ten onderl ing loodre chte - richtin gen, die
144
tievelijk tangentiaal, radiaal en axiaal loopen en waarvan de grootte afhangt van de overbrengingsverhouding, de ingrijpingshoek, de l tandhoek [bi] schuine tanden) en het draaimoment. Deze krachten veroorzaken krachten en momenten op de cardanas en de drijfas. Met uitzondering van het draaimoment moeten alle krachten en momenten door de lagers van de tandwielkast opgenomen worden, die dienovereenkomstig te berekene n zijn. De bevestiging van het kroonwiel op de drijfas door middel van spie ën of door oppersen, levert bezwaren op, omdat bij demontage van het tandwiel van te voren het wiellosgeperst moet' worden. Daarom maakt men in den regel het kroonwiel uit twee helften, die met nauwkeurig pasge slepen bouten op een kraag van de drijfas bevestigd worden. In de geheele transmissie kunnen buigings- en torsietrillingen 1) aanleiciing worden tot groote slijtage of breuk. Daarom wordt de transmissie zoo veel mogelijk trillingdempend ondersteund [rubberkussens .in de op Iegpunten]. Ook de stooten van de weg oefenen op de min of meer starre verbinding, die bij mechanische overbrenging tusschenl motoras en drijfas bestaat, een ongunstige invloed uit, die blijkt uit sterke slijtage. Het vermogen van! een diesel-mechanische aandrijving is op grond van de afmetingen van de verschillende fransmissiedeelen (koppeling, versnellingsbak, cardanas) beperkt: in den regel neemt men per transmissie geen grooter vermogen dan C'.) 300 epk.
§ 82. Een moderne hydraulische transmissie bestaat uit een door de motor aangedreven schoepenrad (pomp) en een met de drijfas verbonden schoepenrad (turbine), die in een gemeenschappelijk huis zijn geplaatst en waartusschen een vloeistof (olie) kan circuleercn. De oorspronkelijk ontwikkelde hydraulische transmissies, die: met aparte vloeistofpompen en -motoren werken 2), zijn geheel in onbruik geraakt. Men kan onderscheid maken tusschen: 1) hydraulische koppelingen; 2) converfers ("wandier"). Bij hydraulische koppelingen is het draaimoment van drijvende- en aangedreven as gelijk, dus M, = M 2 (MI = motorkoppel, M 2 = koppel van de aangedreven as), het nuttig effect gedreven as; n,
1]
=
n 2 X 100 OIo (n 2 n,
toerental aan-
=
n,-n2 X 100%. Hieruit n, blijkt, dat de hydraulische koppeling in het algemeen niet geschikt is om ') 2)
=
motortoerental) en de slip
=
é;
Süss, F'ördertechnik 19:35 , blz. 49. S übe rk rü b, di e F ahrzeuggetri cbe, hlz , 8 7 e. v ,
145
te worde n . zonder versne llingsb ak tussch en motor en drijfas gescha keld bij volle snelimmer s bij aanzet ten zal de trekkr acht niet groote r zijn dan e van weinig heid. Sle ch ts in gevalle n, waarin de duur van de aanzet period afstan d (die . langen op rkeer snelve belang is, b.v. bij motorr ijtuige n voor dergel ijke een zou en), bovend ien geen groote helling en hoeve n te bestijg 1), waar en rrijtuig transm issie a a nva ard kunne n worde n. Bij 'de Bugatt i-moto uitvoe ringen dit princip e toepas sing gevond en lieeft, is men in de nieuw ste n. De comer toch weer toe ov ergega an, een versne llingsb ak in te bouwe een me als kar. ak llingsb versne binatie van hydrau lische koppel ing met ch anisch e transm issie b escho uw d werde n. en turbine Bij c1e hydrau lische co nv erters 2) evenw el is tussch en de pomp waard oor he ~ een vast aan het huis verbon den letdsch oepen rad geplaa tst, as groote r is mo gelijk wordt, da t het dra a imome nt van de aanged reven oppel t motork het 1 M is 90 dan het draaim oment van de drijven de as. In fig. de van effect M2 het draaim om ent van de aange dreven as; 11c het nuttig (n I) en carco nv erter en n2 de verhou ding der toeren tallen van motor • nl effect bereik t danas (n2) bij e en const an t motort oerent al nI' Het nuttig een max imu m
(C'-"
2 85 %) bij de varhou ding n C'-" 0,5 en neemt bij groote re nl
is dus noodza waard en van n2 [hoc ger e rijsnelheden ] weer sterk af. Het n,
Î+ I\.I\. 11
'I\. 3
~
-,
-,
% '00
-- .--" /-,1. .~
./
"7.
"'r-, .
/1.'/ f
si
,/ o
0.4
0.6
0'7
<,
x0.0
25
N f
Fig. 90
elke trap een k elijk, het sn elh e idsber eik in t ra pp en te ve r deelen, met voor nuttig effect stigste gun t he a p ar te conver ter, die den in het gebied va n Ferrand , Revue G én érale 193:3-Il, blz . 120. Organ 1938, blz . 29. ') Spies, Or gan 19:35, hlz. 59.
')
146
kan werken. Gewoonlijk past men voor de hoogste snelheidetrap inplaats van ecru converter een directe koppeling [Ly sholm-Smith] of een hydraulische koppeling [Voith, Trilok) tusschen motoras en cardanas toe, waardoor de transmissie bij V max. het gunsti gste nuttig effect heeft. Het verlies in tractieve rmogen tengevolge van de daling van het motortoerental bij he t inschakelen der k oppeling bl ijft betrekkelijk gering. Bij een motorvermogen = Ne e p k en een n uttig effect van de hydraulis ch e transmissie = 17c b edraagt de warmteontwikkeling in de transmissie : (l- l ]c) Ne . 632 kca lfh '_ Deze warmte wordt afgestaan aan de vloeistof, die dus ge koeld moet worden, E en h ydraulische overbr enginq werkt zeer soepel en heeft geringe slijtag e, doch heeft voor m otorrijtuigen - evenals de mechanische transmissie - het bezwaar, dat de cardanoverbrenging tusschen motor en drijfas slechts een beperkt vermogen kan opnemen. Wanneer de drijfassen door middel van, koppelstangen van uit een blinde as worden aangedreven zoo als dit bij locomotieven mogelijk is t) - geldt bovengenoemd bezwaar ni et, doch k om en weer andere bezwaren (zie § 86) naar voren.
§ 83. Bij de eerste pogingen, de verbrandingsmotor (aanvankelijk de benzinemotor, later de dieselmotor) voor spoorwegtractie te gebruiken, is men reeds in den beginne gekomen tot de electrische transmissie. Aangezien de ontwikkeling der el ectrische generatoren en -tractiemotoren een vo orsprong had op de ontwikkeling der snelloopende, lichte verbrandingsmotoren, is het steeds - in tegenstelling met de mechanische- of hydraulische transmissies - mogelijk geweest een electrische overbrenging te ontwerpen, passend bij het vermogen, dat door de verkrijgbare dieselmotoren werd ontwikkeld. De electrische transmissie bestaat uit een direct met de dieselmotor gekoppelde gelijkstroomdynamo, die de stroom levert aan de tractie motoren. De tractiemotoren zijn seriem otoren. De keuze van gelijkstroom is bepaald door de eenvoudige regeling van de combinatie dynamoelectrornotor. Het vermogen van een gelijkstroomgenerator of -motor kan worden
E I
EI
kW = - - 17 Pk. (736 W = 1 pk, E ~ klem 1000 736 . stroomsterkte in ampères en i] = nuttig effect); dus
voorgesteld door N
= -
spanning in volts, I
=
-
1]
het draaimoment M =716,2
!"!
= 0,973 El I] kgm (n = toerental In n n omw-Jmin . ) . De trekkracht aan de rail is recht evenredig aan het motorkoppel (wanneer wij aannemen, dat het nuttig effect van de tandwie lover 1)
Org an 1935, blz. 281
147
consta nt is), brengi ng tussch en tractie motor en drijfas bij alle to er entall en ' h e t tegenv e ld van El» - . B"IJ een Iaag t oeren t a i IS en d us evenre diIg aan n
ns tan te klem e en seriem otor klein, zoodat de · stroom sterkte bij ee n co is groot. Deze el pkopp spa nning hoog is, met andere woord en: het aanloo eigens chap maakt de seriem otor zeer geschi kt voor tractie . elec trische Staat practis ch onbep erkt energi e ter beschi kking, zooa ls bij wordt het dan , ail r derde of eiding tractie met stroom toevoe r door bovenl de addoor epaald b en aanloo pkopp el en het vermo gen der tractie motor blijft nning a dsp haesie grens en de toelaa tbare verwar ming, want de rijdraa groote te van vrijwe l consta nt, ongeac ht de stroom sterkte . T er vermij ding he t a anzetbij nning lemspa k de moet en stroom sterkte n in de tractie motor chakel voors ling, schake arallel ten door een specia le schake ling [seriep weerst anden] vermin derd worde n. het verBij diesel- electri sche' tractie is de stroom toevoe r beperk t door de genera tor mogen van de dieselm otor, dus moet de bekrac htiging va n ht maakt zoodan ig zijn , dat het genera torkop pel bij elk toeren tal e venwic a nning torsp genera de door met het dieselm otorko ppe1. Dit is te bereik en opp el otork dieselm te regele n I), waarbi j als aanvul ling een regelin g van het n direct op en -toere ntal moet worde n toegep ast"]. De tractie motore n k unne nden en een de genera tor worde n aanges loten, waarbi j voorsc hakelw eersta n, nader voere ver te ons zou serie-p arallel schake ling overbo dig zijn . Het is o.a. ijving beschr sene op de electri sche schake ling in te gaan; een algem e.v. 112 z. bl te vinden in: Judtm ann. Motor zugför derung auf Schien en dig a an het De warmt eontw ikkelin g in een genera tor of motor is evenre iaa l mag emater isolati het op oog quadra at van stroom sterkte . Met het k oeerke st door ijds de tempe ratuur niet te hoog worde n, hetgee n eenerz duur, tijds de ling [gefor ceerde ventila tie], anderz ijds door beperk ing van wo rde n. In dit gedure nde welke de stroom sterkte groot is, verme den kan verban d wordt onders cheid gemaa kt tussch en : 1) contin u vermo gen en trekkr acht 2) uurver mogen en trekkr acht tijd 3) maxim um vermog en. en trekkr acht gedure nde k orte [spitsv ermoge n], b.v. bij aanzet ten. oertuig het Wann eer de dieselm otor bij alle snelhe den van het motorv ze nlijkt verwe nbij naaste volle velmo gen afgeef t (hetge en in de praktij k ten in kg; V =-...: wordt) , dan is T.V = N e.1Jt (T = tre kkrach t aan de rail 270 eff e ct van sn elheid in km/h ; Ne = dieselm otorve rmoge n in epk: llt = nuttig 1)
:)
148
Lomono ssoff : di e Di esell okom ot ive, blz . 12.5. S.B. Z . 1943-II, blz. 83.
de electrische transmissie met inbegrip van de tandwieloverbrenging tussche n tractiemotor en drijfas). Wanneer l}g = nuttig effect van de generator, llm = nuttig effect van de tractiemotor, en l}a = nuttig effect van de aandrijving van de drijfas, dan is llt = l}g X l}m X l}a ' Zoowel van de generator als van de tractiemotor wordt het nuttig effect bepaald door; a) b)
c]
de ijzerver1iezen de koperverliezen de mechanische verliezen.
De ijzerverliezen worden veroorzaakt door de hysteresisverliezen en de wervelstroomen (foucaultsche stroomen) in het ijzer van anker en poolschoenen. Zij treden reeds bij geringe stroomsterkte op. De koperverliezen omvatten de l warmteontwikkeling door de anker- en de veldstroom, benevens de borstelverliezen, en zijn dus ongeveer evenredig met P. Tot de ' mechanische verliezen rekent men de energie, benoodigd om de lagerwrijving en de luchtweerstand van! het anker te overwinnen, en het vermogen, dat door de fan voor de geforceerde ventilatie wordt opgenomen. % 100
I
0
r-
70
-
Ol"
~
V
\,../
-,
6Q
I I
/
I
Tlcg
<, '-MO
3000
IK. =328
~/Z 7(1
P+\,
t uur _ ' - -
-t -I-~~ continu _ f-~ -i-~ ~~ ~tt-II
I
' - - f-~- ~2000
tooo
,
--'
I
""'-:
I
20
~o
60 "
80
v-
Fig. 91
149
n e n met Na aftrek van het voor de hulpin stallat ie be noodi gde verm oge n.l. een edt tre (er n rmoge inach tname van het beschi kbare dieselm otorve nerato rbelas·· gering e toeren taldali ng van de dieselm otor op bij bepaald e ge T -V kromm e tingen] en van het nuttig e!fect der overbr enging 1lt kan de in ee n coëffiopgest eld worde n. De verliez en kunne n worde n samengevat rm ogen otorve dieselm ale ciënt a, die aangee ft welk gedeel te van het nomin voor trekkr achtsa rbeid beschi kbaar is, dus TV = a N e.
270
otor van 410 , Als voorbe eld nemen wij een autom otrice met ee n dieselm .91 is het fig In I). rijden epk, die, met een snelhe id V = 100 km/ h moet krom me V T verloo p van a met de snelhe id, en - daarui t bereke nd - de = 1513 k g. geteek end, b.v. V = 60 km i h' N = 410 pk, a = 0,82, dus T TV = 328, hetge en Nemen wij als ideale trekkr achtsk arakte resliek
270
de ka rakteoveree nkomt · met een consta nte waard e a = 0,80, dan blijkt aan te pasrestlek van de eleclri sche overbr enging zich zeer goed hierbij kg e n de sen. In de figuur zijn voorts de contin u trekkr acht = 1708 aanzet t en het Bij even. aangeg trekkr acht gedure nde één uur = 2680 kg 4300 kg van e waard mag de trekkr acht gedure nde korten tijd tot de hoogo mt op een toenem en, hetgee n bij een adhaes iegewi cht van 26 t neerko adhaes iefacto r f
=
.!.. 6
motor en De constr uctiev e uitvoe ring der overbr enging tussch en tractie is geheel n drijfas van diesel- electri sche motorr ijtuige n en -locorn otieve tu k XIV dezelf de als bij electri sche tractie voertu igen, e n zal in hoofds bespro ken worde n. orten ku n§ 84. Bij een vergel ijking van boveng enoem de transm issieso doele innen wij uilgaa n van het nuttig effect. Dit geeft echter voor tractie derd vermin bij rlies gensve vermo den geen juist beeld, aangez ien het om t, he is Beter toeren tal van de dieselm otor daarbi j niet tot uiting komt. id als perhet aan de rail ontwik kelde vermo gen (= TV) bij elke snelhe
270
.
en op dez e centag e van het nomin ale dieselm otorve rmoge n uit te drukk en (fig. 92). In basis een vergeli jking te maken tussch en de transm issieso orten ; een llingen versne 4 met .d eze figuur worde n een mecha nische transm issie snelhe lage hydrau lische transm issie bestaa nde uit een conve rter voor de transm isden en een koppel ing V0011 hooge snelhe den; en een electri sche rijtuign. rmoge otorve dieselm de sie - allen globaa l bereke nd voor hetzelf 1)
150
Hille en Narden ,
Orga n 19:);3, hlz , 5iJ.
gewicht en dezelfde maximum snelheid - met elkaar vergeleken 1). Aan deze grafiek moet geen! absolute waarde worden toegekend, aang ezien de
I
V/
/
f.
'/ I?/
VI w
-e 20
I/
!!
/I'
41
<:
"-/-
'~
./
/,
.- .-
.--"'-
.V
V 1
/
/
,
I
20
- - . mec!Jo."isch _ . __ hyciraulisch
-f---
___.• electrisch
-f---
.eo
60
90
fOOX
-V Fig. 92
grootte van het nuttig effect sterk afhankelijk is van de zorgvuldige uitvoering van de transmissie. Voor de in § 80 en § 83 behandelde voorbeelden gelden dan ook afwijkende waarden. Als algemeen beeld van de onderlinge verhouding der transmissiesoorten is de figuur echter voldoende. Het blijkt dat het niet mogelijk is te zeggen welke transmissiesoort in het algemeen het beste rendement heeft, omdat dit sterk afhankelijk is van de snelheid van het voertuig. De keuze' van de transmissiesoort moet dan ook gedaan worden op grond van de bedrijfssoort, waarvoor het tractievoertuig wordt ontworpen, waarbij de karakterestiek e eigenschappen van de verschillende transmissiesoorten niet uit het oog verloren mogen worden. Wanneer een mechanische overbrenging zorgvuldig geconstrueerd is (goede aanpassing der versnellingstrappen aan de bedrijfsvoorwaarden, korte trekkrachtsonderbreking bij overschakelen) kan zij bij een beperkt motorvermogen zeer goed toegepast worden. De voordcelen zijn: 1) gering gewicht; 2) lage prijs; 3) hoog nuttig effect bij vollast. De nadeelen zijn: a) slechte aanpassing aan de ideale trekkrachtskarakterestiek; b) d e mechanische verbinding tusschen motor en drijfas, waaraan men in de opbouw van het tractievoertuig gebonden is. I)
D umas en Lé\'Y,
Bu lletin 1935, blz. flOO,
151
De hydrau lische overbr enging heeft als voorde elen : ristiek ; 1) vrij goede aanpas sing aan de ideale trekkr achtsk arakte n; organe 2) weinig slijtage van de hydrau lische mecha 3) een gewich t, dat slechts weinig groote r is dan van een nische transm issie. , of van 4) het oversc hakele n van de eene conve rter op de andere geeking nderbr achtso trekkr zonder conve rter op koppel ing kan schied en. mecha nische Een nadeel is, dat ook bij de hydrau lische overbr enging de n. verbin ding tussch en motor en drijfas niet gemist kan worde eelen: voord als De clectri sche transm issie biedt iek: 1) zeer goede aanpas sing aan de ideale trekkr ach tskara kterist 2) geen trekkr achtso nderbr eking: 3) hooge aanzet trekkr acht; motor en 4) net ontbre ken van een mecha nische verbin ding tussch en dieselvan ing opstell de in is vrij drijfas, waard oor men geheel en traetie motore n; 5) het vermo gen wordt niet door de transm issie beperk t. Als nadeel en staan hier tegeno ver: hooge prijs; a) b) groot gewich t; nische c]' een lager rendem ent bij maxim um-sn elheid dan een mecha transm issie.
152
HOOFDSTUK XIV,
§ 85. Bij de behandeling van de electrische tractie kunnen wij onderscheid maken tusschen het mechanische- en het electrische gedeelte der tractievoertuigen. Het mechanische gedeelte omvat: l ] De transmissie tusschen tractiemotor en drijfas. 2) De constructie van het draagraam en de wagenbak, met inbegrip van veering. stoot- en trekwerk. beremrning, enz. 3) De drijf- en loopassen en de constructieve maatregelen, benoodigd om een rustige loop op de rechte .baan, benevens een gemakkelijke loop door bogen te verzekeren. Met uitzondering van de l transmissie, die in § 86 in het kort besproken zal worden, is de constructieve uitvoering van bovengenoemde deelen reeds in de voorafgaande hoofdstukken ter sprake gekomen. Het electrfsche gedeelte omvat de l installatie, die noodig is om de tractiemotoren olectrische energie van gewenschte stroomsterkte en -spanning toe te voeren, met de daarbij behoorende beveiligingen en besturingsorganen. De electrotechnische vraagstukken, die . zich hierbij voordoen, zullen hier buiten beschouwing blijven; een uitvoerige behandeling is o.a. te vinden in : E.
E.
8l'ef~hln er:
Elektrisch e Zugf'örderung.
Berlijn 1924.
K . Sad, , :
El ektri sche Vollbahnlokomot.iven.
J;erlijn] 928 .
H . I'arodi:
Cou rs de Traction El ectrique.
Parij~
19:36.
§ 86.
De opstelling der tractiemotoren kan zijn: geheel onafgeveerd. b) gedeeltelijk geveerd; c) geheel geveerd. De geheelonafgeveerde opstelling, waarbij het motoranker vast op de drijfas gezet wordt en de! poolschoenen in een huis worden geplaatst, dat op de drijfas ongeveerd is gelagerd, is geheel verlaten, omdat het onafgeveerde gewicht te groot wordt; het motortoerental niet grooter kan zijn dan het drijfwieltoerental, hetgeen tot een zware motorconstructie leidt, waarvoor de plaatsruimte ontbreekt; en bij reparatie van het motoranker van te voren ~en drijfwiel moet worden afgepest. Ook dei uitvoering. dat de poolschoenen vast met het draagraam verbonden. zijn, zoodat het onafgeveerde gewicht kleiner is, wordt niet meer toegepast, omdat de andere bezwaren niet vervallen.
al
153
q, is de In de gedeel telijk afgeve erde opstell ing, de z.g. tramop hangin veeren d ant k e ander de aan en motor aan de eene kant vast op de drijfas is het hting jric ri de van k in het draagr aam gelage rd. (fig. 68), Afhank elij . G iifas : G w G m -boa ± T b-c - , waarm . h t per d rIJ ona f gflveer d e gevllc b b m = moterg egewich t van het wi el stel met draagp otten en potvee re n ; G toegep ast, wicht; T = tandkr acht. De tramop hanging wordt ze er veel inneem t, omdat het e en eenvou dige constr uctie is, die w einig plaatsr uimte tellen draais de in en motor tractie en dus voor motorr ijtuige n, waarbi j de veel kan rental onderg ebrach t worde n, zeer geschi kt. Het mo tortoe n kunne gen groote r worde n dan het drijfwi eltoere ntal. dus de motora fmetin alleen h et kleine r blijven . Het bezwa ar van de tramop hangin g is niet voertui g), en bouw boven op n stoote hooge onafge veerde ge,y-icht (zware stoo ten deze aan direct maar ook dat de tractie motor en de transm issie volTerige n. worde zoowe l in vertica le- als in axiale richtin g, blootg esteld , b.v. optred end bij het ~e van de vertica le verpla atsinge n van de drijfas v ersne llingen passec ren van raillas schen, ontsta an er plotsel ing groote nde a an zoodoe die issie, transm of vertrag ingen in het motor anker en de zware belasti ngen worde n onderw orpen 1). en v ast Bij de gehee] afgeve erde opstell ing, waarbi j dus de tractie motor ve be weg ing in het Irarne geplaa tst zijn, moet .de transm issie een relatie de motorvan te opzich ten spel) van de drijfas (tenge volge van het veeren as mogeli jk maken . Dit kan worde n bereik t door: l °J stanga andrijv ing: idual axle 2 Ü ) individ ueele asaand rijving ("Einz elasch antrieb " , ,,Indiv drive" ) arnloo pe nBij de stanga andrijv ing is de motora s door drijfsta ngen [langza n) me t e en de motore n) of een tandwi eltrans missie (snel1o opende motore wee me est t De den. verbon as vast in het draagr aam gelage rde blinde du s het die sen, drijfas en voorko me nde verbin dingen tussch en blinde as veeren spel der drijfas sen moete n toelate n, zijn : a) door middel van' koppe lstang en (fig. 93 a); v an b) door middel van drieho ekige koppel ramen , waarin de tappen b]. 93 (fig. hebben de blinde as in een sleuf vertica al spel en, waarbij Er bestaa n vele varian ten op deze' beide afgebe elde system ment on echter het princip e hetzelf de blijft. Tenein de het motord raaimo de drij fas se n a fhanke lijk van de stand der koppe lstang en of -ramen op machin ehelft r rechte en over te brenge n, staan de krukke n van linker-
+
')
154
Pf'lnn z.
KB . HJ41, blz. 25.
onderling loodrecht, zoodat d e d oode stand a a n d e eene zijde samenvalt met de middenstand aan de and e r e zijde. De stangkracht in een koppel-
Fig . 93
s t a ng varieert van 0 in: de doode stand tot een maximum in de middenstand, hetgeen zich g",durende één drijfwielomwenteling tweemaal herhaalt. De krachtsverdeeling over de beide machinehelften, die tezamen een statisch onbepaald systeem vormen, kan slechts berekend worden . wanneer rekening gehouden wordt met de elastische vormveranderingen en de lagerspelingen in het drijfwerk. De koppelstang en de daardoor verbonden assen (drijfas -blinde as - motoras) zijn dus aan periodieke elastische vervormingen en stooten onderworpen, waardoor energie wordt opgehoopt en weer vrij komt. Dit ka~ aanleiding zijn tot trillingen in het drijfwerk, die samen met de resonnantie van de star verbonden massa's (gesloten systeem, zie § 33) van koppelstang, drijfas, blinde as en moto ras een onrustige gang, groote slijtage, en zelfs breuk kunnen veroorzaken . Bij wisselstroommotoren is het draaimoment niet constant, doch evenredig aan het aantal perioden. Dit kan bij bepaalde motortoerentallen tot extra trillingen leiden.'] . Weiiswaar heeft men door inbouw van veerendeelementen met dempende werking 2) in het drijfwerk de bovengenoemde trillings- en reson ') ~)
Kum me r : Ma ch inenl eh ro der elektrischen Zug f örd oru ng . Be rlijn lP25, bl z. 90 Sachs: El ek t rische Vollbah nl ok omot iven, hlz , 82.
. 155
• het drijfw erk nantie versch ijnsele n - met succes - weten te bestrij den, doch van de indivereis cht een zorgvu ldig onderh oud; terwijl de ontwik keling sversch ijnviduee le asaand rijving , waarbi j de ocrzak en van deze trilling andrijstanga de t da geleid, heeft selen goedde els zijn wegge nomen , ertoe ast. toegep ving nog slechts op zeer beperk te, schaal wordt een vast in Een individ ueeIe asaand rijving "] bestaa t in het algem een uit veeren d opgehet frame gelage rde, hol!e transm issieas , waarin de in de spel heeft. De axiaal en al vertica hangen draagp otten gelage rde drijfas drijfas bes taat del en issieas elastis che koppel ing tussch en de holle transm nstelse l [b.v. stange uit veeren [b.v, Westin ghouse , AEG-K leinow ), of een ing loodre chte Oerlik on, Siemen s, Tschan tz, BBC-B uchli), of een in onderl ur, Jeumo nt). couliss en beweg elijk gelage rd raam [b.v. SLM-W interth tst zijn, W0rgeplaa d veeren Doord at de traetie motor en en de transm issie het voervan loop den zij niet blootg steld aan de stoeten , die tijdens den i \lig optred en.
as 1, waaro p In de Westin ghouse overbr enging (fig. 94) loopt de holle
5
3
3
2
Fig. 94
met tussch en het door de tractie motor aanged reven tandwi el 2 en de ster in de vast zijn, de spaken van het drijfwi el passen de armen 3 bevest igd door, tussch enin het frame geplaa tste lagers 4. Het draaim oment wordt 6 overga tappen de liggen buiten met komst van de veeren 5 op de drijfas el ten drijfwi het van bracht . De veeren laten een kleine verpla atsing kan pel eerens opzich te van de ster toe, zooda t het drijfwi el het draagv door: volgen . In de veeren 5 treden spanni ngen op, veroor zaakt l); rkoppe 11 het draaim oment (traeti emoto
2) 3)
1)
156
de centrif ugaalk racht: atsing de vervor ming, die optree dt, wanne er de veer een verpla van de drijfas ten opzich te van de holle as moet opnem en.
Bug. Bulletin 1946, blz . 409.
Met het oog op het wisselende karakter dezer belastingen, di e bovend ien stootsgewijze kunnen optreden, moeten de veeren zwaar zijn, zooda t de constructie veel plaats inneemt, die slechts bij betrekkelijk groote drijfwieldiameters a an w ezig is. Dit bezwaar geldt eveneens voor d e system e n, die als elastische verbinding tusschen holle as en drijfas een stangenstelse l of een in coulissen gelagerd raam hebben.
7 9
8
F ig . 95
In fig. 95 is he t schema van e en SLM-Winterthur-aandrijving afgebeeld. In het vast op de holle as bevestigde tandewiel 1 zijn de tappen 2 ge plaatst, die aan de andere zijde gelagerd zijn in glijblokjes 3. Deze passen in de sleuven 4 van het starre coulissenraam 5. In het drilwiel 6 of in een op de drijfas bevestigde krukarm zijn de tappen 7 geplaatst, die aan de andere zijde in de glijblokjes 8 gelagerd zijn. Deze passen in de 100.drecht op de sleuven 4 staande sleuf 9 van het coulissenraam 5. De kleine bewegingen van de drijfas ten opzichte van de holle as kunnen "nu door de verschuiving van de glijblokjes in de sleuven opgenomen worden. Gezien d e slijtage, waaraan de elastische koppelingen met behulp van een stangenstelsel of een coulisseraam onderhevig zijn, wordt het onder houd kostbaar en gaat men er meer en meer toe: over, elastische koppelingen met veeren toe te passen. Teneinde een gunstiger veerbelasting te verkrijgen stelt men in de nieuwste uitvoeringen 1) de veeren niet meer bloot aan vervormingen, veroorzaakt door de verplaatsing van de - drijfas ten opzichte van, de holle as. Fig. 96 stelt b.v, een BBC-aandrijving vol gens dit systeem voor. De veeren 1 zijn opgesloten tusschen de veerscho tels 2, die in uitsparingen van het op de- holle as bevestigde aangedreven t andwiel 3 speling in de richting van de hartlijn van de veeren 1 hebben. Op de drijfas 4 is de' ster 5 bevestigd, waarvan de armen met aanslagen I)
Suchs ,
s.n:z.
1940-1, hb . ] 48.
157
tegen de vaers chotels 2 rusten. Bij een beweging van de drijfas ten opzichte van de holle as kunnen deze aanslagen langs de veerschotels bewegen, terwijl de veeren 1 vrijwel uitsluitend op druk belast worden. Dit soort aandrijving neemt weinig plaats in, en kan ook in motorrijtuigen met kleine wieldiame ters gebruikt word,en, waardoor het mogelijk is , de
Fig. 96
.
bezwa ren va n de tr am op ha n ging te vermijden . Dit kan ook b e reik t worden door eer.. cardanas te schak elen! tu ssche n motoras e n drijfa s (of transrnissiea s]. Afgezien van u it v oe ri n ge n, waarbij de op stell ing van d e electrischa tractiemotor en de transmissie v eel gd ijkeni s v ertoonen met de reeds bij de diesel-mechanische tractie behandelde v orm [b .v, d e electrische motorrijtuigen systeem Michelin 1) ) v e r di en t een recente uit v o er ing van de BBC de aandacht 2). Daarbij is de trac ti e mo t or v a st a a n het fdraaistel)frame bevestigd e n via e en door d e holle m ot oras loopende cardanas met de tandwieltransmissie verbonden (fig. 97) . D e cardana s is aan het eene uiteinde door middel van een elastische stalen schi jf 2. di e als w rijv in gslooze cardankoppeling werkt, met de holle m ot oranke ras 3 verbonden; en aan het andere uiteinde door e e n t weede el a stische stalen schijf 4 met de as van het. rondselS, dat het v a st) op d e drij fas bevestigde tandwiel 6 aandrijft. De as van het rondsel is gelage r d in een transmissie1)
~)
158
Revue 19:39-1. blz. 125. S.E. Z. 1942~1 , blz . 266 . B.B.C.-)iitteiltlhgen 1945, blz . :329.
kast 7, die op de drijfas 8 is gelagerd, en die het draagveer enspel kan v olgen. Een veerend opgehangen momentsteun neemt het door het tractiekoppel op de transmissiekast uitgeoefend e draaimoment op. Een van de moeilijkheden bij de ontwikkeling der clectrische tractiev oer tuigen is de const ru cti e van de tandwieltransmissie geweest, aange zi en groo te vermogens door tandwielen van b ep erkte afmetingen moeten worden overgebracht, terwijl door het stooten van de drijfwielen op de rails ongunstige belastingen kunnen optreden. De bewerking der tanden
5 ~
1
3
F ig . 97
moet zeer nauwkeurig zijn , omda t kleine afwijkingen van de juiste tandvorm groote versnellingen of vertragingen teweegbrengen, die zich uiten in een sterk geruisch 2n groote slijtage . Met de toepassing van snelloopende electomotoren, die een groot vermogen aan een laag gewicht paren, moet de reductiefaetor groot worden, hetgeen tot kleine rondseldiameters leidt, met het gevaar, dat bij een normale ingrijpingshoek (15 °) ondersnijding in de voet van de rondseltanden optreedt. Dit kan vermeden worden door correctie van de tandhoogten [b.v. A.E.G.-vertanding van Laschel • of door een ingrijpingshoek toe te passen, die grooter is dan 15° [b.v. Maag vertanding). De trillingen en de stooten, die ook bij individueele asaandrijving nog in de transmissie kunnen optreden, kunnen gedempt worden door een der tandwielen van de transmissie van een veerende tandkrans te voorzien.
159
Overzicht van afkortingen van titels van tijdschriften: Bulleti n D.H .T .
Bullet in d u Cong rès Intern at ionul des Chemins de Fer.
=
di e Lokomot ive = d ie L ok om otive . E.B.
=
Elektri sch e Bahn en .
En g;ineer = Th e En gineer. UI. Ann .
=
Be r lij n. Berlijn . U t rec ht.
Mech. Engin . = Mech anical Engineering. =
New 'lork .
Organ für di e Fortschritte der Ei senbahrmesen s.
R . Gaz . = The Ra.ilway Gazette.
Berlijn .
Londen .
R .l\LE. = R ailwa y Mochanical Engineer. New York . H evue = R evue G én érale des Ch emins de F el' et des 'I'r a.mways . S p. en T . = Spoor- en Tramwegen .
160
P arij s .
Ut rec ht.
l".U. Z . = Sc h we ize r isc he Bauzeitung. Zürich. z.\'.n.1. = Zei tschfifti des Ve rcines D eu t sch er Ingenieure .
Er zij qucllen matisch ar-tikels
Lond en .
Bi el efeld .
Londen.
Gla sers Annal en.
ln genieur = D e Ingenieu r. Organ
Brussel.
Di esel Railway Tra ction , supplement va n de R a ilwuy Gazette .
=
Berl ij n .
gewezen op de uitgave van del firma Henschel : ,,20000 Schriftzur Eisenbahnkunde". Kassei 1941, waarin een uitgebreide systegerangschikte opgave van de tot 1940 verschenen tijdschriften boeken: op spoorweggebied is opgenomen.
