Constructie van het spoorwegmaterieel; handleiding bij de colleges van Prof. ir. F. Westendorp

.t=r~_{- - - - ~--~ - _._ - - - - - ~}

r .

HANDLEIDINGEN BIJ HET ONDERWIJS AAN DE TECHNISCHE

HOOGESCHOOL TE DELFT ONDER REDACTIE VAN DE

CENT R ALE COMMISSIE VOOR STUDIEBELANGEN

Constructie

van

het

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

'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 sch t , de bespreking van de stoomlocomotief te bekorten, zoodat enkele onderwerpen, zooals b.v. de stoomverdeeling, buiten beschouwing bleven.

Er is getracht, door het geven van.uitgebreide literatuurverwijzingen, de studie te vergemakkelijken, waar bij 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.

'*<

.

---. - - -

-INHOUD

Hoofdstuk

111.

De locomotief-machine § 18. De zuigerstoommachine

19. Het vermogen in de cilinders

20. De weerstand van del loc. en van de trein 21. De trekkracht aan de rails

Hoofdstuk IV. Het bepalen van de hoofdafmetingen § 22. Gang van de berekening

23. Belastingstoestanden 24. Het tractiediagram

25. Voorbeeld van de berekening Hoofdstuk 1. § 1. 2.

3.

4. 5.

6

.

Hoofdstuk

11.

§ 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Overzîcht van de stoomtractie Inleiding

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

Blz. 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

Hoofdstuk VI.

De krachtswerking in de loc.

§ 31. Overzicht

32. Invloed va n de koppelstangen 33. Invloed van speling in de' metalen 34. De tangentiaalkracht aan de krukcirkel 35. Het aanzetten

.36. De scheendrukken 37. De vrije krachten

Hoofdstuk VII. De balanceering

§ 38. Het balanceeren door tegengewichten 39. De plaats van de tegengewichten 40. De inv loe d van meer cilinders 41. De invloed van de snelheid

Blz.

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

8

0

82

Het onderzoek van de

l

oc.

Verschillend e me thod en Proefrit in ge~on e dienst

Vcrgelij ksproe ven in gewo ne die ns t Onderzoek met de meetwagen Proefstand onderzoek

Hoofdstuk VIII.

De gewichtsverdeeling

§ 42. De veer-ophanging van de loc.

43. De stabiliteit van de loc. in bogen 44. De gang van de loc. bij hooge snelheden 45. Het ontsporingsgevaar

46. De aanlooplengte

47. Het in- en uitrijden van bogen 48. Eén as in recht spoor

49. Twee vaste assen in krom spoor 50. Het wrijvingsmiddelpunt

Hoofdstuk IX.

Enkele constructie-details

§ 51. Literatuur 52. De loc ketel 53. De vuurkist 54. Het cilindergietstuk 55. De cilinderdeksels 56. De zuigerstang 57. De drijfstang 58. De koppelstangen

Hoofdstuk V.

§ 26. 27. 28. 29. 30.

-*\ ~ . - .- - - -=--=- - -

-Hoofdstuk X.

§ 59. 60. 61. 62. 63.

64.

De voertuigen

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

Blz. 84

84

88

88

91

94

95

Hoofdstuk XI.

§ 65. 66. 67. 68.

69.

70. 71.

Rijtuig-draaistellen

Doel van het draaistel

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

96

96

96

100 104 104 105 110

Hoofdstuk XIII.

Motortractie.

125

§ 76. De keuze van de tractiesoort 125

77. De voornaamste kenmerken der verbrandingsmotoren 127

78. Indeeling der motortractie 130

79. Mechanische transmissies 131

80. Voorbeeld van een diesel-mechanische automotrice 133

81. Constructie details 141

82. Hydraulische transmissie 145

83. Electrische transmissie 147

84. Vergelijking der transmissie-systemen 150 I 1 1 '; 7 7

o

2

Hoofdstuk XII.

Spoorwegassen

§ 72. Berekening van een wagenas

73. Draagpotten van rijtuigen en wagens 74. Loopweerstand van voertuigen

75. Het remmen van treinen

Hoofdstuk XIV.

Electrische tractie

§ 85. Overzicht

86. De.ove r b r enging tusschen motoras en rijtuigas ..

Literatuuropgave

112 112 113 117 119 153 153 153 160

STOOMTRACTIE,

HOOFDSTUK I.

§ 1. Teneinde een inzicht te krijgen in de constructie van een stoom-locomotief, 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 vol-deed, 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) De locomotief moet in een bepaalde ruimte, het "profiel", passen. 2) Zij moet haar eigen voorraden mee kunnen nemen.

3) De loop moet bij alle snelheden rustig zijn. 4) De constructie moet robust zijn.

5) Het onderhoud moet goedkoop zijn.

Daarbij komen dan de bijzondere eischen,zooals deze worden omschre-ven 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 weder-zijds belemmeren, en het is het doel van den constructeur, hiertusschen l'en harmonisch evenwicht te vinden.

"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 Am er ik a ans che - en een Dui tsche machine uit het [aar 1939 <>Jgebeeld. Ter vergelijking zijn in onderstaande ta bel eveneens de hoofdafmetingen van een latere (1942) Amerikaansche en een oude Nederlandsche sneltreinlocomotief opgenomen :

Eigenaar P.R.R . P.R. H.. D.H.B. X.S .

Bouwjaar 19·12 1939 1939 HJIl

Type 2Bn 2 :3

nn a

21)2 2 C

\'.0. vuurkist 46.5 Hl:'! 61 m? 31 lil:! ₁₅ In2 \'.0. pijpen en bu ize n .1·15 ,5 In:! 465 Jll2 2.58In2 1:10 In2 \',0 , stoo mvo r me nd :392 _In-., .526 In2 289 BI:! 1·1.5m2 \'.0, oververhitter ₁₅₆ In2 Hl·l In2 ]:32 ,5 In2 4:31112 ILO. 8.54 In2 ]2,3 In2 .5.0·1 1112 2.8 In2 Stoomdruk 21 at. 21 at , 20 at.; ( ]2 at..

Cvlinders {

Dia meter 502 mmo 5.59 mm. 520 mm. 400 mm.

Slag 660 mm. 660 mm. 720 mm. 660 mm.

Aantal cvlinders 4 4 3 4

Enkelvoudig of compo u nd enkelvo u d ig enkelvoudig enkelvo ud ig enke lvoudig .

Drij f'wield ia met er 20:32 mm. 2]:1,1 In111 2000 mm . 1850 mm. Trek kracht 24060 kg, 28,1]0 kg. 20140 kg. n5nO kg . Adhne xieg ewich t ]22 t , 128 t. 80 t. ·18 t. Dienstgewicht 225 t. 276 t., ]·13 .5 t. 70 t. Gewicht loc .

₊

tender 422 t. 480 t. 225.5 t. 112 t. Yaste radstand 924.5 mm. 8077 mm. 6750 mm, 4200 mm. Ra d st a nd loc. 1.582,1mm. 1960n mm . 14525 m m . 8650 mm. Le ng t e loc.

₊

tender 374:3.1 mm. 427:35 m m. 26:34::; mm. 18·180 mmo Wa t e r 37 t. 27 t. 10 t. 6 t. Kol en 7,1 In:~ _92.7 111:J _{:38 In}3 _{18 m"} Treingewicht op vlakke

baan 800 t, met 1000 t. me t 650 t. met 500 t. me t ]60 km/h lGOkmh 120km/h 90 km/h

Literatuur R. Gaz. R,~r.E. ln:39. Or ga n 1939 Boll em an Kijl st ra ]fJ46 1 _{blz. 164, :311 blz.} 3.5.1 en Lnbrijn : blz.:3~O,'J:31 He t. s

poorweg-mat erieelen het spoor. blz. :H. Met de lil de eerste kolom vermelde 2 BB 2-machine werden op den

3BB3 R I O S- L OC. PRR

~::.::..::...

_

_

..;....r---:

~

---.J-~1fu~ ~

- -" '\ r: " ~~ /,13660 ~'3(,0 13300 '3 0

2.lJ2

.lZ7

ro

S-L Oe.

.IJ.

H.B.

/.~::ç--- ~"--

..

-_...

"

.

-.

n

.

o'·

_, •I ... r'--'\~OD.... - I ,. r-' '; " ·:;':'~-i~· -,,"" ,,\_-- - ~ ~ , _:",J }~\. J\. ./f11-. <r-, .1, ~ 675'- _{~ ~}

s

'5"2. f"o'526 -.r21L:a .?6H'~ I I

t

t

~ ~ 3S:~' ó'zf Fig . 1 en ~.

proefstand te

Altoona

o.a. de volgende resu ltate n bere ik t 1) : Bij

V

= 160 krn/h bedroeg het geindieeerde vermogen 6000-6500ipk. Het sp ec ifie ke stoomverbruik was daarbij q = 6,5-7 ,1 kg/ ip kh- Het grootste vermogen

Ni

= 6552 ipk. werd ontwikkeld bij

V

= 138 km/ho . Het totale stoom-ve r b ruik bedroeg daarbij 46000 kg/_h, dus q = 7,1 kg/ipk h. · He t me -chanisch rendement lag bij alle snelheden boven 90

°

10

en wa s he t hoogst 197,5

OIo

)

bij

V

= 60 km/h en

N

i

= 4500 ipk. Het tota le rendement schommelde tusschen 5

°

10

en 8

OIo

en lag bij vermogens ben eden 5500 ipk.

tu ssch c n 6,5

°

10

en 7,5

°

1

0.

§ 3. De stoomlocomotief is gebonden aan het natuurkundig-programma, dat aan de stoommachine ten grondslag is gelegd, d.w.z, de omstandig -heden van de stoom (temperatuur en druk) aan het begin en aan het ein de

va n het proces. Bij normale locomotieven speelt het zich af tussche n de volgende grenzen:

begintoestand van de stoom PI = .15-20 kg/cm2 absoluut ; tI = 3 50-400 0 C.

'ein d t oest a n d van de stoom Ps =1,2-1,4 kg/cm2 absolu u t; t2 =110-, 160 0 C.

j) Sp, en Tr. 1946, blz. 102.

= 140

=

01821₎ 770 '

o

e n 1 -st

lt

k

.

a, 5

-'"

Le

I

e

0--

-

-

-

- - - - -' - ---- - -

-Uit het W-S diagram kan b.v. de volgende adiabatische warmteval

word en afgelezen (figuur 3) :

per

kg.

stoom. beschikbaar voor adiabatische warmteval : a

=

W,-W2 ~ 770-630= 140 kcal.

het thermisch rendement is : _ W\-W2

I] adiab -

W

1

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

Fig . :3

verhit is (teneinde ongewenschte condenstatie In de cylinders te

vermij-den) 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-W2= 770-670

=

100 kcal.

Het thermodynamisch nuttig effect bedraagt:

d 100

1] therrnodyn - - - - =0,715.

a 140

'j Bij vorwua rloozing va n de temperatuu r va n he t ket el yoeding\\'a t e r. Bre ng t me n deze in rek en ing (zooals in de tabel op figuur '1) dan wordt het ad iabati';;ch nuttig;

el feet grooter . Zie § 6,

Het thermisch nuttig effect van de arbeid van de stoom in de cylinders is dus:

17 adiab X 17 thermodyn

=

0,182 X 0,715 = 0,130.

§ 4. Het thermisch nuttig]effect van de arbeid van de locomotie f, ge-meten aan de trekhaak is :

1ltrek ha ak= 17ketel

X

17a diab

X

1lthe rmodyn

X

17IDf Ch

X

17Ioc. als voer t uig 17ketel

17mechanis ch

17Ioc. als voeltuig

Q}. b'

- - -(zie § 17). Het cdr a agt ong evee r 0,75. B.R.h

mechanisch nuttig effect van het drijfstang-kru k-mechanisme. Het ligt tusschen 0,90 en 0,94.

=

het quotient, dat aange eft welk gedeelte van de arbeid verbruikt wordt voor het overwinnen van de

bewcgingsweerstand van de locomotief, en dat wor dt

uitgedrukt door de verhouding (trekkracht aan de

trekhaak): (trekkracht aan de rail).Het is duidelij k , dat bij hooge snelheden deze verhouding ongunstig word 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 reden gezocht w or-den, 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 quotien t

EP K , waarbij de E P K het aan de trekhaak ontwikkelde vermogen

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 het

t 1 t ) > 1 t

-

-

- - - - ---=---====:...-- - - ~- -

-Wt

fA. )

kcal 800 Fig. ·1

nuttig effect berekent voor de arbeid, die uiteindelijk' van de krachtbron geeischt wordt.

= 0,69 kg/_epkh beperkt kunnen worden, dus een bespa ring van § 6. In de loop der jaren zijn verschillende pogingen gedaan, door verbetering van 11_adia b.-e en gunstiger nuttig effect te bereiken.

Figuur 4 geeft een overzicht van de ver schill end e programma 's, die ge-probeerd zijn. Men heeft getracht, eenerzijds met hooge begindruk en

-temperatuur (111 at. en 4800 _{c.), anderzijds door compoundwerking}

(eventueel met tusschenoververhitting in tweedrukketels), gepaard met lage einddruk (eventueel in turbines met condensatie], de warmteva l zoo groot mogelijk te maken, terwijl door voedingwatervoorve r warming of of exhaustinjecteurs de vormingawarmte (WI ' verminderd me t w armte-inhoud voedingwater] verminderd werd.

Een normale moderne machine heeft een thermisch nuttig effect in de

cylinders van ongeveer 11

o

io,

dus van 100 kcal. op het rooster entwik -keld worden er 11 in de cylinders tot mechanische arbeid omgezet. Per

632

i

pkh

moet op het rooster - X 100

=

5745 kcal ontwikkeld wor d en.

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 versche stoom is 786 kcal/kg' bij de tus-sch en oververhitting wordt 65 .kcal/kg toegevoer d, de warmteinhoud van het voedingwater bedraagt 115 kcal/kil !l) Zoodoende wordt 11_adiab

=

0,315 en het thermisch nuttig effect in de cylinders 0,179 en aan de tre

k-haak 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

') De construc t iev e uit voering cischte een eenigs zins ande re kringloop da n de hier voorgeatclde, doch het pr inci pe'.is het zel fd e.

") Lit e ratu u r; Nordmnnn

z.v.n.r

]6-6-19 34 . Chape lon Revu e Gén éral e 2-1935.

Nordmann die Lok om otive 194J . blz. 153. Neese n dio Lok om ot.ive 194:3,' blz. 1. 4720

6800

rond 40

o

io

ten opzichte van een normale machine.

Het is echter in het bedrijf gebleken, dat bij deze bijzondere locomotieve n de besparing in het kolenverbruik door de hoogere aanschaffings- en o n-derhoudskosten te niet worden gedaan. Slechts de oververhitting,

voe-dingwatervoorverwarming en de cornpoundeering hebben goed volda an

~-

-- -- -- -- -- = = -- -- -- -- -- ---=----=---==

HOOFDSTUK 11.

§ 7. De locomotiefketel is een langgerekte vlampijpketel met vie

r-kan t e, watergekoelde vuurha ar d voor geforceerd bedrijf (figuur 5). De

-t-+- -'--±----fJ+-

-lF==

= ===== =====f- .

- -

-

--\--\--Fig. 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

ont-wijk en . Het voedingwater wordt met behulp van injeeteurs (normale in'

ject eu r of exhaust injecteur] of een voedingpomp [vocdingwatervoorver

-wa rm er) in de ketel gebracht. De gevormde stoom wordt in de dom

via de regulateur onttrokken en passeert de oververhitter alvorens in

· § 8. De brandstof is gewoonlijk steenkool. Bij bepaalde plaatselijk e

omstandigheden komen ook andere brandstoffen, b.v. hout.of stookolie ,

in aanmerking. Proeven met poederkoolstookinrichtingen hadden geen

succes. (D.R.B., S.S).

Bij verstoken van hout is de benoodigde luchthoeveelheid klein,

dus smalle.roosterspleten. Verder is voor een goede vonkenvanger

zorg te dragen. Men rekent met een stookwaarde h

=

3150

kcal/kg: 76

°

10

vluchtige bestanddcelen en een stoomproductie van

3,5 kg stoom/kg hout en van 2800kg st/m, ROh.

Stookolie wordt in branders verstoven; h

=

10.000 kcal/kg, 78Ufo

vluchtige bestanddeelen. Stoomproductie per kg. ongeveer 40»t«

hooger dan per kg. steenkool.

Afhankelijk van de gebruikte soort steenkool, varieert h tusschen

6800 en 7975 kcal/kg'

§ 9. De hoeveelheid per uur verstookte brandstof wordt bepaald

door het roosteroppervlak (R m"] en de roosterbelasting (B kg/m'R.O.h ).

Een grens wordt gesteld door de physieke kracht van den stoker; bij

roosteroppervlakken boven 5 m? moet men mechanische

stookinrichtin-gen toepassen.

Het roosteroppervlak hangt af van de vorm van de vuurkist. Bij

smalle, tusschen het frame liggende, kisten bedraagt het ten hoogste ruim

3 m", Bij breede, op het frame rustende, en door 1 tot 3 loopassen

ondersteunde kisten kan, bij een roosterbreedte tot 2,7 m en toepassing

van een',automatischen stoker, het roosteroppervlak tof 10 á 12 m" stijgen

(moderne Amerikaansche practijk).

§ 10. De warmteoverdracht in de vuurkist geschiedt in de eerste

plaats door straling, in de tweede plaats door convectie; in de vlampijpen

hoofdzakelijk door convectie. De temperatuur in de vuurkist is dus

afhankelijk van de warmteoverdracht door de vuurkistwand op het

ketelwater.

Voor de verbranding geldt de volgende betrekking 1) :

BRhl]r = BRGcp (Tg-Tl)

+

Qstr

waarin l]r

=

nuttig effect rooster (l-l]r

=

verliezen door onve

r-brand in gassen, stibbe en asch, en door uitstraling in de aschbak).

.e, ~n in, er 50 aD 0/0 %

G

=

gewicht verbrandingsgassen per kg. brandstof;

0= soortelijke warmte verbrandingsgassen;

= absolute gastemperatuur, vlak boven de brandstoflaag:

=

absolute temperatuur verbrandingslucht;

=

stralings warrnte;

1

-

T

4

T

"l

Qstr= 4,1 1>

R

~ 10~)

-

C~~)

.J

-=vormfaetor. Voor normale vuurkist zonder verbrandingskamer

is 1> co 1.

=

absolute temp. in de brandstoflaag:

=

absolute temp.in de vuurkistwand.

en 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

bij in

-·e

I a " rr ,,;., tJ fStlO ,?" .~ t~

'''',.,

tYM / ~ ~ ,.-f;'fJrJ ,... '/(Jd V fOfJrJ Bij tirn ;e n ing ~e n -st e pen dus het zer -ak ). I't1d ,,?dtJ JtI(J ~(J(J 500 6dt7 r"Nürh<>lastin~ -o//"./t? ajh

Fig. 6

(fig. 6), doch bij de voor beide soorten gebruikelijke roosterbelastingen

zijn de vuurkisttemperaturen ongeveer gelijk.

Zie: Lawford H. Fry, Heat Transfer in the Locomotive Boiler. Trans

-actioris of the Am. Soc. of Mechanical Engineers 1946.

§ 11. De vuurbrug bevordert de goede menging der gassen met de

ve r b r a n din gslu ch t en een goede verdceling van de gasstroom over de

pijpenplaat. Vaak worden waterpijpen aangebracht; zij dienen ter onder

-st e uni n g 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

waterpijpen 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 te bewerken;

3) warmte geleidingsvermogen-veel beter dan van staal;

4) vermijding va n warmtestuwinge n:

De

nadeelen zijn : 1) hooge prijs j

2) slechte me chanische eigenschappen bij hoog e temper atuur . Ïn Amerika heeft men zich op stalen vuu rkisten inge steld,terwijl in de la a tst e jaren ook in Europa deze constructievorm vel d begint te winnen. Door het toepassen van syphons en verbrandingskame rs (zoodo ende het bestraalde oppervlak sterk vergrootend. de afstand tussc hen de pijp en-platen beperkend en de circulatie verbeterend) gepaard met een lage roosterbelasting (mogelijk gemaakt door de zeer groote roosters) heeft men de bezwaren van de slechte warmtegeleiding weten telondervangen.

Het inbouwen van waterpijpen en syphons in kop eren vuurkisten levert nog moeilijkheden op. Dit is een bezwaar, voor a l omdat de inten-sieve watercirculatie wegvalt.

§ 12. De warmteoverdracht in de langsketel va lt moeilijk langs theo-retische weg te berekenen. Ondanks vele pogingen 1) is nog ge en bevredigende methode gevonden. In de practijk berekent men het VOst. en het VOovop grond van ervaringscijfers, bij proeven ver k 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 Wagner2) de volgend e rekenmethode aan 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 geko elde overver-hitterelementen.

D

R

=

F

=

hydraulische radius.

1

F

R = D = 400 - : 420.

§ 13. Het doel van de exhaustwerking is het bereiken va n een zoo hoog 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) Barsk e: Re chn er-isch e Unt ersuc h u ng der änneübertragung in Lokomotiv-Ke s xeln.

Ha n nove r 1930.

Chapelon: La locom itive à vapeur. Pa rijs-1938 .

Postu palsk i : Or g an 1943, blz . 283.

Heise: die Lokom ot.ive 1943, blz . 95. S) Wagner : Z.\' .D.l. 1929, blz. 12lï . .

~- .

- - -~- - -

-§ 14.

10.) 20.)

Bij ketelvoeding onderscheidt men tw e e functies (figuur 7) het inbrengen! van het voedingwater in de keteli

het voorverwarmen va n het voedingwater.

:I

e

:n. .et n-ge en en m -Injecteur.

~

~!1/'e'7.el ater !!..na!!..a!!..r~"~e~te{ - ~. -rer"she!Jto.", p"_t!._r,,_".. el or"t!.Y:e . ~ o-en en

.

-t-.

~2). :e n [de id e )or

er-Ex

ha.ust -Injecteur Ef9.e",e,.H.. stoo," zoo op

e

elt

va n sein.

\rceding wo.ter - Voorverwo.rmer.

Fig. 7

a) Injccteur : Beide functies worden door de versche stoom verricht.

op, want de ternperatuursverhooging va n het voedi ngwater (tot 80 0

bij intrede ketel) wordt verkregen door gebruik van versch e stoom. b) Exhaust-inj ecteur, Beide functies worden ge zame lijk do or afgewerk -te en versche stoom verricht, Het wa rmte a a n de el der afgew erk t e stoom bij 14 at. keteldruk en 1,2 at tegendru k bedra a gt ('V 58"[«, d.w.z. een besparing van 6,5oio t.o.v. 'de ve r s ch e stoom injecteur.

Uitvoering: Davles and Metcalfe.

c] Pomp met voedingwatervoorverwarmer. De ee r s te functie wordt door de pomp verricht, die versche stoom verb r uik t. De' tw eede door afgewerkte stoom. Bij een voedingwatertemperatuur van 95° be-draagt de bruto winst (VOOri 14 at. keteldruk en 1,2 at. tegendruk]

95-10= 12,5

OIo

.

Verminderd met het stoomv erbruik va n de pomp , is de 667

netto winst:

Voor ,- pomp: 12,5-2,5 = 10

OIo;

Voor compound-pomp: 12,5-1,5 = 11

OIo

.

Uitvoeringen: Knorr, Dabeg, Worthington, ACF I.

§ 15. De stoomproductie is niet gelijkmatig over de kete llengt e ver -deeld. Proeven hebben aangetoond dat ongeveer ~ tot ~ van de totale

- 'l . 3

stoomproductie boven de vuurkist plaats vindt. In de pijpenbund e l neemt de gastemperatuur snel af, dus de waarde van het st oomvormend V.O. varieert sterk (b.v. van 360 kg/m 'VO.h boven de vuu r k ist tot 10

kg/m'VO.h bij de voorpijpenplaat], hetgeen bij de bepaling de r

hoofd-afmetingen in rekening gebracht moet worden.Er kunnen in de vuurkist -wand plaatselijk zeer hoogc temperaturen optreden, zoo als uit onder-st a a n 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 ... . . .. .... . ... ... .... . . . = 6800kca1_/kg 11_r ••. .• .• •.• •. ..• . . •.. • • • . . .. .•. .• . = 0,95

per uur passecren de vuurkistwand : 15 X 320 X 640 = 3072000 kcal

I

h

" " wordt op het rooster ontwikkeld: 500X3 X6800 XO,95 =9690000 kca\

I

h dus ('V.

1

/3

van de ontwikkelde warmte passe ert de

°

e 0, r. .e r -e Û ld

o

:l

.

t -r -T, ) ~o

t--

'

Noem (fig. 8) temperatuur vuurzijde wand tW1 l t waterzijde !I t w, !I ketelwater !I tk !I wa terzijde ketelsteen

=

t,

Bij stoom van 14

at.

is t_k = 1970 _{en tw,-tk}

C'.) 10°,

Fig..8

Per mmo materiaaldikte is het warmtegeleidingsvermogen per m2

en per

cC 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 m2 _{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

temper átuursverschil . Dus over de geheele wanddikte ló X

2

13

=

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

Ketelsteen: per mmo ketelsteen

=

100

°

ternperatuursverschil 2.000 ,

Bijgaande tabel geeft de temperatuur voor verschillende waarden van d2 :

d2 0 1 2 3 mm ketelsteen t_k 197 197 197 197

°

C t_s 207 207 207

°

C tw. 207 307 407 507

°

C tWlkoper 218 318 418 518

°

C tW1ilzer 240 340 440 540

°

C

21

Cu brandt af en verliest zijn va stheid bij temperatuur boven 400° .

Fe verandert van structuur enne emt C op.

Hieruit blijkt bovendien de noodzakelijkheid van een regelma t ige

ketelreiniging en va n een goede hoedanigheid van het voe dingwater.

22

500 600 350 100 450 200 300 150 550 2'50 600 500 Fig. 9 300 200 ~. , •.B,h

*

=,. :~

-h~stook w ..ardpz 6800 kcal.

~'!l

~~

_iÎR

I.,...-Voo,. IS.a1.en 350·c

"

x , 662 kcaf.voo,./ocmetv.wv. _9Y.,a~I... r ~

x, 742 ~z o ~"'V.WV. ~~~ Cl. 7.0 k9,toom/ iPkh.enra

V

~V

:,....-10"'" R q.'6.5 " FO / ' . / 9/b 'Ik.'0.88-0.061.8.s,:~0.

_V

P'"

..

-/ ' y

r

1

/

-:

j..-.- 1-. .-

-~

"""

~""~

~

~

~~

.>

I ~ I .-/

-.:

0

V

_---r

, / _/10"'" - '

.:

?"/

_~7('

...--r

500 .-

•

h

e:

. /

-:

Vi I

i

I 000 I I

~.

~

V

,

t I I I 00 I

~

I I I

:

I 00 200 300 400 500 800 700 'Ik % 1

ti-

~ 80 12.} 1."'i

_~

~ ~ ~ ~ 9'...

-

~~

-

r--:

~

r-

--70 t---, j r--_~p...-.Q

1'---.

,

~~

-

"'""----

---

~ -...:: :::--..

...,

9 2

--

_r-

'

--

_~

I'---

~ ... ~ IlO r-

-

~ ~ I P R.R. 1<45 2el ~ ~~

~

:--l.. 2

""'"

20.

""

-.:.

.

< ,

--

_--.!f-.. 3 115 .E 8 ORB. 01 zcr _~ IE2 9 PB 2C 2 4c.a.Q. M4

.

5 Ho.Pu.1699 101 t)ües ter-r;St.B. 29 4 8 PO 240.701 20 " Rusl.LomonossoffE 7

.

231,722 2el 12 , •• 0•• •_O,O.'.~ 0 )OClO sa 100 10

§

16. De voordeelen van het oververhitten van de stoom zijn: 1) Grooter soortelijk volume, dus zuiniger stoomverbruik. 2) Oververhitte stoom blijft bij expansie droog.

3) Door de slechte warmtegeleiding wordt he t afkoelingsverlies van de cylinderwand kleiner.

Bij gelijke ketelafmetingen wordt het vermogen door he t overver -hitten van de stoom 30% vergroot. Constructievormen zijn o.a . : Schmidt, Waguer, Houlet.

~ ~- .

". ._ - - -

-Het verband tusschen 17k en B kan voor elke het onderste deel van figuur 9 is dit De lijnen kunnen worden opgevat als

B. 6800 stelt een 106 moderne locomotief onderstaande cijfers1) : B

=

429 1090 kg/_m'_R._O._h 145 302 mmo waterkolom 58,9 38,8

Ofo

14,8 11,1 OIo 9,4 23,5 OIo 7,4 16,8

Ofo

9,5 9,8 0/0

10

k9/h

,

dan is het nuttig effect van

een functie 17k = a - b B. De lijn 17k

=

0,86-0,061

gemiddelde voor, dat bij de berekening voor een mag worden aangenomen.

Va cuum rookkast

Voor stoomvorming gebruikt Afgevoerd met ve r b ran di n gsga sse n Uit schoorsteen geslingerde stibbe

Uitst ralings- en andere verliezen Sluitpost (onverbrand in asch etc.)

Is Q = totale stoomproductie d ke eteI 17k = -Q-.J.

B.R.h

locomotief onderzocht worden. In voor een aantal machines gedaan.

§ 17. De stoomproductie is afhankelijk van de roosterbelasting (figuu r 9). Bij toenemende roosterbelasting neemt echter het nuttig effect va n de ketel af. Dit blijkt uit

17k =

Q}.

= a- b B B.R.h -Q

=

a.R.h.B _ b Rh B2 J, }. dQ

-

=

0 levert maximum

Q :

dB a R h{a2 a2} a2R h B

=

2 b en Qmax.

=

T

2b - 4b

=

4b J.

en 17k

=

a

- b .

.5!....

=

.5!.... •Gebruik makende va n de aangegeven waarden

Th

2

.

vinden wij zoodoende :Qmax. = 4700 kg/_m•RO.h met V.W.V.

Qmax. = 4240 kg/_m, RO.h zonder V.W.V.

waarbij echter het nuttig effect daalt tot: 17k

=

0,43 (zonder oververhit-ting in rekening te brengen).

zan 'er

-a. : _Resultaten') Universit.y_{van ketelproeven me t}of lllinois Bulle t in_moXo_derne. 82. _{Amerik aansch e}Sept. 1915 . _{stoomlocomotieven worden}

medegedeeld in de R.l\LE . 1940, blz. 43.

HOOFDSTUK III

§ 18. De zuigerstoommachine beheerscht het beeld van de stoom

-tractie. Proeven met andere machinesoorten (turbine : Ljüngströrn , K

rupp-Zoelly, Winthertur; turbo-electrisch: Reid-MacLeod, General-Electriet in

-dividueele asaandrijving: Sentinel, Henschel, Brown-Boveri] zijn veelvul-dig 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:

nd2

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 nd2

de arbeid: - .l .Pm : n

4

Voor een 2 cylinderlocomotiefwordt zoodoende het geïndiceerd vermogen:

nd2

2 ._ . 2l .Pm . n Ni = _ _4---==:-:,---_

-'-7500

nd2 ₁

Noemt men 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 proefon-dervindelijk onderzochte machines gereduceerd tot het vermogen va n een 2-cyl.

1-

,loco m o tief, 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 JXn

dus

.u

= e (ne

=

aantal cyls.].

2

X

100 .

Het, vermogen,is recht evenredig met het product Pm.n.Bij toenemende snelheid; stijgt aanvankelijk n ._{sn e ll e r dan Pm daalt, naderhand evenwel}

24

f - - _ _ _~ _ _ _. _ _ _ _ _ _ _

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

-ders. Teneinde P_m zoo hoog mogelijk te maken trachf men:

1) de drukval tusschen ketel en schuifkast te beperken (inwendig

stroomlijnen) ;

2) het knijpen; van de stoom bij in- en uitlaat te verminderen

(kleppen inpl. v. schuiven).

He t gemiddelde va n de gevonden waarden vere enigt men tot de

krom-menbundelNi 100-n voor verschillende waarden van M (figuur 10). Voegt men hier de krommen q - n(q= sp e cifie k stoomverbruik in k9/_ipkh M )

N

;

100

M =TOTAAL STOOMVERBRUIK

Ui100= TOTAAL VERMOG EH

~ =5TOOM VE RB RUI K

kg/h { .Ielocomotief waar-lpk vanelkemach.nehelft

kgjipkh 100 Isl4gvolumeh ••ft. L..-I - , f -HI"eooo _i,....- / - 1 -- '

...-7000 /

..-

-/

...

. / / - - - - -? / . /

-

/ 6000 . // / - 560 0 I

..--

-

/ -.;;;:

--- 40 0 0

-

~uu

-

--1 2 3 4 5

I

,\

~\

6000 3000~

x

7000 4000 ~~

<,

<,H=eooo '"'-.!

I

5'f0 ~<,

<c-

--::: q 9 8 7 6 n omw/sec. 4 3 2

GELDIG VOOR r0 •16at •3~0·e.

o 200 100 o Ni100 1200 1100 600 900 eoo 500 700 300 400 1000 J, ~n dt

I

e

n: n-in

,

lil

et 00 n- p-n· l I- p-1"

:Ie

el Fig. 10

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 at en t =

3500

C. Bij andere drukken en temperaturen mo eten corr ectiefa ctoren wor d en ingevoerd. De correctiefactor voor de druk bedraa gt 3% voor

elke at boven of onder de 16 at Voor p

=

14 at word t de factor b.v. 1-(16-14) X 0,03

=

1-0,06

=

0,94; N 1100 (14)

=

0,94 Ni 100(16). Voor elke 60 verschil met 3500 is NI 100te vermeerderen of te vermin

deren met 1

%

.

B.v. t

=

3600 _{geeft de correctie factor 1}

+

_{(360- 350) 0,01} 6

=

1,0167jNI I00(3 60)= 1,0167 Ni 100 (350)'

Dus Ni 100(H.at3600)

=

0,94 X 1,0167 Ni 100(16at350 0)

=

0,955 N i100 (16at350 0)

Bij moderne machines rekent men met q

=

6,5-7,0 kgstoom/_ipkh voor

11 -[- 0 en q

=

5,5-6,Okgstoom/_ipkh voor IV

I=-

O.

§ 20. Del geind iee er de trekkracht Ti wordt besteed aa n hetoverwinnen van de treinweerstand en het versnellen va n de trein. De weerstand

be-staat 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 locomoti 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 geme -ten. De luchtweerstand kan niet direct bepaald worden: met behu lp van modelproeven in de windtunnel kan men zich evenwel een voorst elling vormen van de optredende verschijnselen1). 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 t er

-') West en dorp, Ingen ieur 1933 No. 28.

Nordrnann , Organ 1935, blz. 395 . 'I'aschin ger, E. B. 1942, blz . 66.

Lipetz. Tran sact ion s Ame r. Soc. Mech . Eng. 1937, blz. 617.

26

I ' - - - _ - ---~---. -

-rijtuig en uitloopproeven, een formule samen te stellen. De algemee ne vorm is :

W

= (a

+

b

V) Ge

+

cV /; wa a r in V = snelheid van de trein, G_t

=

treingewicht:Vr = 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 opgesteld1), wor-den hier een drietal opgegeven:

Voor stoomlocomotieven luidt de gewijzigde formule van Strahl 2):

W =:= 2 ..G[

+

c. Gadh .

+

0,6

P

F (V

~

8) 2

+

Cl G[+ t

waarin : W = weerstand loc.

+

tender in kg, G[ = gewicht'! in t op de loopassen van loc.

+

tender.

G_adh = adhaesiegewicht in t, G,

+

t = dienstgewicht in t van:loc.

+

tender. or or n· 01 6 en l

e-C = 5,8 voor2gek. assen en 2 cyl,

C

=

7,8 " 2 " 11 11 4 11

C

=

7,3 11 3 11 11 11 2 11 C

=

9,3 11 3 " " 11 4 !I

C

=

8,4 ! I 4 !1 " 11 2 !I C

=

10,4 11 4 " ,. 11 4 !I C

=

9,3 11 5 !1 11 11 2 !I C

=

11,3 ,, 5 !I " 4 !I C

=

10 " 6 ,, ! I 11 2 !I C

=

12 !I 6 " " 11 4 11

fi

= 1 voor normale loc.

P

= 0,75 voor gedeeltelijk

gestroomlijnde loc. (drijfwerk open)

fi

= 0,45 voor volledig gestroo m-lijnde locomotief.

F = 10 m2 _{bij ldcin'e locs.}

F = 12 m" bij groote locs. V = snelheid in krn/h

8 = toeslag om rekening te houden met de wind. a 6,2 voo r V = 20 4,0 30 2,7 40 1,7 60 1 0,6 80 100 0,4 0,3 0,2 120 140 160 0,15 lRO km/ho De formule van Sauthoff3) voo r personenrijtuigen luidt:

W=l,9

+

b. V

+

0,0048 (n

+

2,7) f (Vr

)2

G 10 ald Je --an ing ~en oe-md lijk de .e r

-W

= w e e r st a n d inkg/_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

b = 0,0025 voor 4 assigo rijtuigen. b

=

0,004 11 3 ., "

b

=

0,007 " 2 11 " f = 1,45 !I moderne D rijtuigen. f = 1,55 11 oude D 11 f = 1,15 2- en 3-assig materieel.

') Nord rn a n n, Glasers Annalen 1916, blz. 133 .

Vogel pohl, Z.V.D.I. ]935, blz. 851.

") Eckha rd, die Lokomotive 1939, blz. 18 7.

~) Nor dm ann , Glasers 'An nalen 1932-1I, blz. 87.

Voor goederenwagens wordt nog gebruik gemaak l van de oude for-mule van Strahl :

W

=

2,5

+

C

l

(~~Y

W

=

weerstan d in kgft trcinq e w.

Vr = relatieve snel heid t,o.v. de lucht.

voor leege goederenwagens.

voor beladen goe de ren w a ge ns .

1

40

1.

10

De weerstand op een helling (hellingshoek

=

rtl) bedraagt : WheJliog =

G

sin a

Drukt men de hellingshoek uit in i0/001 d.w.z. i mm stijging per

strek-kende 111,dan is sin a= i. Dus

~

~

i : de hellingswecrstand in kg/t .trcing w.

=

stijging in 0/ 00 ' /

De boçhtweers tand IS nog onvolledig onderzocht. Protopapadakis1)

f 1 W 233,2

+

103,4 ak [winter] &e e t aan voor norrnaa spoor : bocht

_R

g_,/ ._{ttre rn qew.} win ter

275

+

78a

W

l-ocht k9_fttreinqew. (zomer) . R

') Bu!let in du Congrès Int erna t ion al des Chemi ns de Fer 19.37, blz. 1540.

28

een 2 cyl . 7t d 2 1 .Pm .n (D

=

drijfwieldiameter 7500

waann a

=

vaste radstand in m. R ==st ra al vld boog in m.

§ 21. Tusschen

Ti

en Ni bestaat de volgende betrekking bij

I-lo comotief : Ti X V = N. (T in kri V in km/h N· In pk], 270 1 I . 5' , 1 T X n7tD X 3600 1 105 Na omvorming : 270 Pmd2 ₁

D

De trekkracht aan de rail T_d

=

I/dr Ti (I/dr

=

mechanisch nuttig effect

~

-

-. '

-Vervangen wij Ildr Pm door

pd21

T

_d = C- - . Van D om de aanzettrekkracht van een deze uitdrukking maken wij gebruik

locomotief te berekenen.

d21

aandrijfmechanisme), dus Tod = 'ldr Pm

D

c P [p = keteldruk, C = constante), dan verkrijgen wij

k-Voor II

l

-

p d 2

₁

IS Td= c - -D Voor III 1- 3 p d 2₁ IS Td = - c- -2 D Voor IV

l

-

p d 2

₁

IS Td= 2c - -D Voor IV

_F

_{is Td}= Cl Pdj21 - D-c - l\65-0,70 dl = diameter L.D. cyls. in cm. [W. ClC') 0,42

Een grens wordt gesteld door de wrijving tusschen wiel en rail. Deze bedraagt f G adh : Voor f mag worden aangenomen:

1)

normaal bedrijf f = -1 -1

5 6

rr) ₁

bij zandslrooien f =

-3) sr)

bij gladde rails f= -I -1

10 20

y

l.

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.

HOOFDSTUK IV.

·

--§ 22. De gang van de berekening der hoofdafmetingen is nu de

vol-gende ;

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

be-hulp van de _{weerstandsformules worden W 1oe}. Wvoer~.t, Whelling en

Wboeht berekend. Nu moet Ti =2: W, waaruit dus Ti gevonden wordt.

Het vermogen is te vinden uit

N,

= Ti

X

V

Kiest men vervolgens n

[mo-,

no .

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 Ni100 bepaald wordt.

Q

N

·

Nu IS - - I =fl hetgeen ons lil staat stelt ketel- en

cylinderafme-M-

Ni 100 '

tingen te berekenen.

De ketel moet dus

Q

kg.stoom/h leveren. Rekening met het

stoomver-bruik 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 tIvoor q = 6,5

I

resp. 7,0 kg!ipkh, zoodat voor een andere waarde van q de krommen

R

opnieuw geteekend moeten worden.' Op grond van ervaringscijfers kiest

1

1

men voorts VastC'.) 50 R en VO ov C'.) - à - Vast. Een andere

bereke-3 2,2

v ol-een de iEen vert be-en rrdt. [mo-het .u u r, eden ieke alde rrdt. lme -ver -zien van ding =6,5

I

1

-R

ciest e ke-bij

normale ketelbelasting van 57-60 kg stoom/m2. VO~t/h.

De cylinderafmetingen worden gevonden uit I X ne

=

,u

(§ 19). Me n

2X 100

kiest het aantal cylinders rekening houdende met de voor- en nadeel en

van de verschillende uitvoeringen. Zoo hebben 2 cylinders het voo r de el

va n kleine afkoel ingsverliezen, doch het nadeel van ongunstige krachts.

wer k ing . Drie cylinders geven een gelijkmatige·tr ekk r a ch tv erd 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 op-onthoud 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

con-strueert in overeenstemming hiermee verder. Het voltooide ontwerp

wor d t dan nogmaals aan een contröleberekening 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 ketel bij normale belasting met een gunstig nuttig effect te laten

werken. Bij het ontwerp rekent men met B <."J 500 kgfm2 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 = 1000kg/m 2RO.hbereikt. Dit hooge

cijfer geeft Chapelon op voor de locn. der Mij. P.O. Zet men de

ketelvoe-ding af, dan is de stoomproductie nog verder te vergroeten. Men teert'

hierbij de waterreserve van de ketel in, en kan'dit slechts korte tijd

(afhankelijk van de ketelgrootte] volhouden.

De mogelijkheid tot het overbelasten is een zeer gunstige eigenschap,

die de stoomlocomotief bij uitstek geschikt doet zijn VOOr de tractie-dienst.

§ 24. In het trekkrachtdiagram (figuur 11) wordt Ti berekend uit

TiX V N . 1 Iuncti V B" 1 V l ' d bii d

- _ - : - i ed UItgezet a s unctie van . IJ age lIgt e grens IJ e

270

ad h a esie t r e k k r a ch t

f.

G_adh. Na aftrek van de totale treinweerstand

houdt men het tractie diagram over, dat het verband geeft tusschen vrije

vers n e llin gsk r a ch t en snelheid. Dit laatste wordt gebruikt als grondslag

voo r he t bepalen der Vos en V-t diagrammen, die het uitgangspunt vor

!DIn

r

a s-t.oc

~- -~ I \ - ·d.~ OlLInO mf:ter ry t \

-,

\ - --- -e~,..ekenln9 <, i'.'

""--

,,

r-;

<,

""

"~.~~.6~r;;-_

~

t.>",~

-

-

I---

---I --u~ :---te " reg

~

vJ\.e~te"d.·r y

t-

:

t

'NlOC.t'; Itd..r (St ro.hU

I 18000 16000 HOOO 12000 10000 8000 6()(J(J ~ooo 2000 o 30 50 60 70 90 6,5 t 5,5 ornw/ sec. 105 ._{k m/ h} 860 pk 2520 pk 7,2 kg/_{ip kh} 7,3 5 96 884 2590 7 8,3 4,5 . 85,5 893 2616 6.9 4 76,8 884 2590 7 :Ir =-1815Ükg stoom/_h

I

=

- x

7,2~

X

7,2

X

:2 = 586liter. 4 . 18150 = 2,93. M=- - = 6190kgstoom/ho 2,93 n= 1 2 3 3,5 19,2 38,4 57.6 67,2 658 770 846 865 1928 2256 2478 2534 9,4 8 7,3 7,15 Fig. 11 § 25. Voorbeeld: 1D 1 2 cvl.l- 0 typ e 5der N.M.B.S . (figuur 11).

Hoofdafmetingen: p = 14 at. R = 5,5 m", Vast = 284 m", VO_ov

= 112,5.m". D= 1700 mm., d = 720 mm .•

I

= 720 mm.,

G

I

=

122.7 t,

G

ad h

=

90,8 t,

G

1

+

t = 213,5 t.

Uit de voor 14 at. gecorrigeerde diagrammen lezen wij af :

bij

B

= 500kg_/ m2 ROh is

~

= 3300kg/_m2.ROh en Q 5,5

X

3300 586 /I - -2 X 100

v

=

NilOO= .N, = q=

Ti

_27~Ni _

/27 15.9 11.6 10,29,1

W

1+t= 2406 1780 1697 1722 1763 1823 1936 2056 kg De adhaesietrekkracht bij f=

~

is 90,8 X

l.

= 18,16 t. 5 5 .

Er blijkt ee n goede overe ens te mming te zijn tusschen deze waarden en

de waarden. gevonden op proefritten met het dynarn om e lerri jtuig: het

~

-

-

-

- - '

-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 me-thodes :

1) Het opnemen van gegevens gedurende éérn rit in de gewone dienst;

2) Vf:rgelijkende proeven van verschillende locomotieven in de-zelfde dienst gedurende een zekere tijdsperiocie;

3) Onderzoek op de baan met behulp van een dvnamorneterrijtuig:

4) Onderzoek op de proefstand . B Fig . 12 . /

"

-:

\

/ \

/ '

/

'\

/ /

-\

/ I

/

_\'

₁

/ /

\~

1 /

_Vil'

\

1/

V

A

§ 27. Tijdens een rit in de gewone dienst kan de waarnemer opne-men: het kolen- en wa t e rve r b r u ik ; de sn elh eid; de vu llingsgra a d ; het

V 3300 wj_sec. ;86 <

-<

100 .1).

r

o

_{o v} 2,7 t, I ipkh en en ~; het

vacuum in de rookkast; stoomtemperatuur en -druk; en een beperkt aantal indicateur diagrammen..Het is de oudste methode van locomotief-onderzoe k , doch heeft het groote nadeel, dabde trekkracht niet geme'ten wordt. dus dat een berekening van het ontwikkelde vermogen onmoge-lijk i!'. Als vergelijkingsbasis moeten de verbruikscijlers per locomotief-km, per askm, per tonkm, of per eenheidskrrs (berekend volgens een

bepaalde sleutel) dienen. Een verder bezwaar is, dat de methode van

rijden van groote invloed is; op de cijfers. In fig. 12' zijn' ritten van

') Dia mond : R. Gnz. 19:35-1. hlz, 69l.

Bulletin 19:3i, bl». 2.0. 4,j9. 1109

twee verschillende locomotieftypen met dezelfde trein tusschan A en B voorgesteld. De reisduur is in beide gevallen gelijk, doch de verbruiks-cijfers zullen verschillend zijn. De methode wordt dan ook niet meer bij wetenschappelijk onderzoek toegepast.

§ 28. Bij vergelijkende proeven laat men gedurende een paar

maan-den 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

ver-kregen 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.

.ç1 - -

-§ 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

wor-den 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 opge-steld, 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 locomotiefweerstand.

5) Het kolen- en waterverbruik.

Oorspronkelijk was men bij het bepalen van Ni aangewezen op indi-cateurdiagrarnrnen. De indicateur is voorzien van een trommel met ver-schuifbare'. papierstrook, zoodat tijdens de rit 20-30 diagrammen kunnen worden genomen. Dit is ten eenenmale onvoldoende, wanneer men be-denkt, 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

ver-mogen in ipk en ipkh te meten. Het toestel (fig. 13) werkt als volgt:

indi-~Fl - - _ ' _ en _{3 4} ks-bij 2 an -,nst eer ed e 5 er-te de äa n Fig. ]3 la k , en t is zor -de de de ) ge-ijn :

cateurtrommel 2. De telrol wordt in radiale richting op de trommel ver-steld 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 dynamometer-rijtuig kunnen voortdurend aflezingen gedaan worden, en kan men dus op bepaalde gedeelten van het afgelegde traject het geïndiceerde vermo-gen 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

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

nd i- ver-.n en

be-met )dig

z

.g

.

v

er-19t :

ndi

-i

2.

!

l

-

T~--

-

-I

IT

_

35

zuiger 5 past, belast 'door een zorgvuldig

ge~alibireerde

veer 6. Aan zui-ger 5 is de teekenstift 7 verbonden, die op dà papierstrook 8 de uitge-oefende trekkracht registreert.

De arbeid aan de trekhaak bedraagt

I

P 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 tgtp

=

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 instel-len, 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

rotatiesnelhe-to , FG AFsin T

den van d en e bedraagt - - = - = - - - = tgT (AF= AD = Rb I)

W S DE ADcosrp "

en W: = 0)J tgT. 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. de beweging van rol e IS evenredig

ui-ge -de en net het net 1 is die met Bij lel-dit :se n

XX

Ihe -edig -5~ - -- _ .

aan de verrichte arbeid. Tusschen rol e en dei heugelbeweginglis een

automatische omkeerbeweging geschakeld, die de registratiepen bij een bepaalde uitslag va n richting omkeert. De arbeid verschijnt als een z ig-zaglijn op de papierstrook.

H_{et ve rmoge n} 1\_1'.1_l . h ti t arbeid I h bruik b l'

e IS et quo rent - - -. n et ge rui te 0

instru-tijd

ment (fig. 16) word t rol

g

door een electrometor met constante snelheid

Fig. 16

aangedreven: de bewegin g is recht evenredig aan de tijd. Rol h is

gekop peld aan rol e va n de arbeidsmeter en heeft dezelfde straal als

rol g. Wij vin d e n de volgende betrekkingen :

(I)h :

(I)~

=

MN: KL

=tg

({

=

~

Sg

Cl .

Sh= s,=

C

.I

P

dx en Sg=

C

z

T

dus t(ct =

C

,

/ Pd x =

C

3/ P dx , m.a .w . t(a is evenredig aan Ne.

CC_z

-

T-

-r

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 e t tanden, die alle naar

0

gericht

zijn. De tandstang

S

brengt de getande trommel T in beweging. Bij een

hoekverdraaiing

c

a

van de tandstang. draait de trommel over Z d:a Is

de hoekverdraaiing a, dan is de trommeldraaiing

r

Zda. Zorgt men,

" 1 /

dat

I

Zca= - t(a, dan is de trommeldraaiing evenredig met Ne'Na

diffe-. C3

f_{erentJeeren :}. Zc..a= d« I 0f Z

=

--1-~. Is de tan stang vo gensd 1

C

₃cosza

C

3CO SZ(1

1

de kromme gevormd, dan is aan de eisch volda a n. De beweging

C

3CO S2 a

van T wordt via een heugel op de registratiepen overgebrach t.

-

0

I

s

De traagheidskrachten (dit zijn de krachten tengevolge van de v ersnel-ling of de afremming van de trein, en van de helling van het baanva k ) 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 zoodani g. dat

de traagheidskracht mp en de zwaartekracht mg evenwicht maken met

de kracht N in de slinger. tg (/J= mp =

~

d.w.z.tg (/Jis even re dig me t de

mg G

tra agheidsrkachtper gewichtseenheid. Aangezien hoek(/Jzeer klein is,pas t bij

K een om M draaibare gaffel om de slinger,zoodat tgy=OKtg cP= Ctg CP.

MK

.

De beweging van de gaffel wordt op de boven beschreven wijze met b

e-hulp van boiinstrumenten geregistreerd. Rijdt de trein een helling (

<

a)

op, dan is (/J= a

+

f3

(f3= hoek t.g.v. van de treinversnell ing . kan posit ie f

Fig. 18 Fig. 17

en negatief zijn). Uit de krachtenvergelijking volgt : l'g ifJ=

tga

+

- p-.

gcosa

ais klein, dus COfa C') 1, waaruit volgt: tgifJ

=

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 het

kort het volgende gezegd worden: Men bepaalt van een proeftrein

(Glee

+

Gveert) bij verschillende snelheden Ni, Neen P. Men kan daar

-uit he t T- V diagram construeeren (fig. 19]. Nu is de locomotiefweerstand

=

I

T

--"'voert

.

I

_v

Fig. 19

bewegingsweerstand

-+

hellingsweerstand

-+

versnellingsweerstand

=

Ti- Te. Deitraagheidsslinger levert de som van ver snellings- en hel

-Iingswcerstand in kg/_t. Dus Wlee= Ti

-T,

+

(p

+

i) Glee kg. De

voertuig-weerstand is Wvoert.= Te - (p

-+

i) Gvoert. kg. Aanvullende weer

-stands-metingen 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 maakt

daartoe 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

paald. Ook kunne n de verbruikscijfers van de lo com o ti ef be t er in ver band

met de verrichte arbeid worden gebracht. .

Lit e ra t u u r : Guudy : Schweizorisr-he Bauzeitu ng 1914 , ;\0. .J.

Czecrott, ; Bull e tin 19:31. blz. 195

Pont : Spoor- en Trumweg en 1933, blz. 387.

Plar -e ; Revu e Généra!e ; 19:3:3-1. hlz, :322.

de Gruijter-: Ing en ieu r van :\. I. : Juli 1!J:3.J.

Nord menn : Glusers Annalen : 1!J:3ï-1I, blz. 16~.

§ 30. Aan,het onderzoek van de locomotief met behulp va n een dy na

-mometerrijtuig is het bezwaar verbonden, dat de proefritten we ge ns

onveilige seinstand onderbroken kunnen worden, snelheidsbeperkingen

in acht genomen moeten worden e.d, Bovendien is een volle dig ketel -onderzoek niet mogelijk. Men is er daarom toe overge gaa n , loc om o t ie f

-proefstanden te bouwen, waa r de locomotief onder gelijkmatige omstan -digheden stationnair werkt, en de verschillende metingen nauwkeurig

kunnen worden verricht. De zeer hooge kosten van de benood igd e ins t a

l-latie zijn oorzaak, dat er in de geheele wereld slechts enkele

locomotief-proefstanden gebouwd zijn (Purdue University , Altoona , Sw indon , Gr ü n e

-wald, Vitry). Het principe is als volgb (figuur 20) :

.

W

.

go

\ \ \ ~ Fig . 20

De locomotief rust met haar drijfwielen op de rollen 2. Het afgege ve n

vermogen wordt.doo r deze rollen opgenomen en in hydraulische rem m en geabsorbeerd. Een dynamometer 1, aan de trekhaak van de locomoti e f

verbonden, heeft het tweeledige doel, de trekkracht te meten en de

locomotief stationnair te houden. Er dient dan ook op gelet te wor de n, dat de dynamometer zelfs bij de hoogste belasting ge e n noemenswaardige

1

3

- $' .... - -

-opgevangen en door een cycloon geleid. Hierin worden alle stibben

afge-scheiden, waardoor men in staat is, de schoorsteenverliezen te bepalen.

De gevonden waarden van trekkracht (Td) en vermogen (Nd) zijn

sle ch ts van beperkte waarde, 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 mogelijkheid, een goed onderzoek naar het

nu ttig effect van de ketel en naar de verschijnselen der stoomproduetic

in te stellen.

Ee n volledige theoratische beproeving van de locomotief geschied!

da a r om zoowel cp de proefstand als met behulp van een

dynamometer-rijtu ig.

Lit era t u u r: Oarbe: Die Dumpflokom otive der Gegen wart, blz. 661. Pla ee: Re vu e Gén é ral e 19:3:3_1I. bh~ . :331.

Bulletin 19:17, blz. 28:3, 459, 1109. .Johnson: The Ste a m Locomotive, blz. :344.

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

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 (Td)

Zij vormen een samenstel,dat zoowel inwendig,als uitwendig werkzaam

is . Wij beschouwen één cylinder, en gaan daarvan de kr a ch t s w e r k in g na ;

wa a r b ij we de krachten zuilen uitdrukken in de stoomdruk ( Po), de,

kruk-hoek (a), de cylinderdiameter (d), de krukstraal (r), de

drijfstang-lengte (1), de drijfwielstraal (R) en de constructiematen (a, b, c en!d)

van het drijfwerk.

sin a leibaandruk zijn:

1

/

12

cos a ) ,.- _ sin''a r2 De verticale railreacties tengevolge van de

c+ a

VI

=

V

_{2 c} . '12

V

-

-

sin2_a r2

Op de as werkt het koppel:

Pr

sin :a

+

Vr cos :a

=

Tr.

Na omvorming : T =

P

sina (1

+

d2_X P= Po

+

m dt

2 : de stangkracht is gelijk de zuigerdruk. verm

in-derd met de tragheidskracht der heen- en weergaande (H en W) deeJen.

m d2x =

G

rw1 (cosa

+

~

cos 2 al. waarin

G

=

ge w ich t

H

en'W

dee-dt2 g 1.

len en w = 2 n n = hoeksnelheid va n de kruk.

dus

P

= Po

±

G rw1 (cos a

+

~

cos 2a)

g 1

Uit

de figuur blijkt, dat V =

P

tg

fJ

=

P

.n

:n

c - a

v .

=

V

2c

Neemt men aan, dat de as gelijkmatig getordeerd wordt, dan is de

ver-hou ingdi der horionzon a e ral re ac lest 1 'I ti : -Td 1= -c

+

- a

T

d r c - a