Què és una locomotora de vapor?

Les locomotores de vapor són locomotores propulsades per vapor. Les locomotores de vapor es van utilitzar des de mitjans del segle XIX fins a mitjans del segle XX.

A les carreteres, que es van començar a utilitzar a Alemanya a mitjans del 1500, les locomotores van començar a ser tirades per cavalls. Amb la invenció de la màquina de vapor a principis del 1700, aquestes carreteres van començar a convertir-se en ferrocarrils i la primera locomotora de vapor va ser fabricada a Anglaterra el 1804 per Richard Trevithick i Andrew Vivian. La locomotora treballava a la línia de tramvia "Penydarren" (Merthyr Tydfil) a Gal·les, que està a prop dels amples del ferrocarril. En el període següent, es va construir una locomotora de doble cilindre de Matthew Murray el 1812 per a Middleton Railway, l'operador de Wagonway.

Aquests desenvolupaments a Anglaterra van accelerar el treball dels EUA, i el 1829, la primera locomotora de vapor nord-americana que va treballar al ferrocarril de Baltimore-Ohio, Tom Thumb, va començar a treballar en aquesta línia, però Thumb era un model de prova i es va posar en servei. a la cerimònia d'obertura del ferrocarril de Carolina del Sud a Amèrica.El millor amic de Charleston va ser la primera locomotora de ferrocarril d'èxit.

El desenvolupament de la locomotora de vapor

En els 25 anys posteriors a la construcció de la locomotora Trevithick, un nombre limitat de locomotores de vapor es van utilitzar amb èxit als ferrocarrils amb carbó. Aquest augment dels preus dels pinsos cap al final de les guerres napoleòniques va tenir un impacte important en això. Atès que les carreteres d'Ievha fetes de ferro colat no eren prou resistents per suportar el pes de la locomotora de vapor, aquestes carreteres de tram "L", sobre les quals s'assentaven les rodes del vagó, aviat es van substituir per rails de superfície plana i rodes amb brides.

Corró de la locomotora de vapor

El 1814, George Stephenson, aprofitant l'experiència dels seus predecessors, va començar a construir locomotores amb superfícies planes sobre rails. En més o menys totes les locomotores anteriors, els cilindres estaven col·locats verticalment i parcialment submergits a la caldera. El 1815, Stephenson i Losh van patentar la idea de transmetre la potència motriu directament des dels cilindres, mitjançant bielas amb les rodes motrius principals al davant, en lloc de transmetre la potència motriu del pistó a la roda motriu principal mitjançant rodes d'engranatge. El mecanisme, que transmet la potència motriu amb les rodes dentades, provocava un moviment brusc, sobretot quan es produïa el desgast de les grans dents. El mecanisme, que transmet la potència directament des del cilindre, és més prim, donant més llibertat als dissenyadors.

Calderes de locomotores de vapor

Les calderes de locomotores, que abans tenien forma de tub llis, s'han convertit en una forma de tub giratori, i després una forma tubular en la qual es combinen molts tubs, proporcionant així una superfície de calefacció més gran. En aquesta darrera forma, una sèrie de tubs es van unir a una placa semblant situada al costat de la llar. El vapor d'escapament dels cilindres va provocar una explosió mentre passava per les canonades i entrava a la xemeneia des de l'extrem del fum, mantenint així el foc viu mentre la locomotora estava en moviment. Mentre la locomotora estava parada, es feia servir una trena. Henry Booth, comptable de la Liverpool and Manchester Company, va patentar un desenvolupament posterior, la caldera multitub, el 1827. Stephenson també va utilitzar l'invent a la seva locomotora Rocket (però primer va trigar força temps a assegurar-se que els collars de connexió de les plaques finals a les quals estaven connectades les canonades de coure no fossin estanques).

A partir de 1830 la locomotora de vapor va prendre la forma en què es coneix avui dia. Els cilindres es col·locaven horitzontalment o lleugerament inclinats a l'extrem d'on sortia el fum, i el lloc del bomber era al final on cremava el forn.

Xassís de la locomotora de vapor

Com que els cilindres i els eixos van deixar d'estar connectats o col·locats directament sota la caldera, es va haver de fer un marc per subjectar les diferents parts. El marc de la barra, que es va utilitzar per primera vegada a les locomotores britàniques, aviat es va aplicar també als EUA, fent la transició del ferro forjat a l'acer fos. Els corrons es van muntar fora del marc. A Anglaterra, el marc de la barra es va substituir pel marc de la placa. En aquest, els corrons s'allotjaven dins del bastidor i disposaven de suspensions de molla (helicoïdals o en forma de fulla) per als bastidors i coixinets d'eix (coixinet lubricat) per subjectar els eixos.

Després de 1860, amb l'ús de l'acer en la construcció de calderes, es va poder treballar a pressions més altes. Cap a finals del segle XIX, la pressió de 19 bar es va fer habitual a les locomotores; a les locomotores compostes es va utilitzar una pressió de 12 bar. Aquesta pressió va augmentar fins als 3,8 bar en aquesta edat. L'any 17,2 es van fabricar els cilindres de les locomotores exprés amb un diàmetre de 1890 cm i una carrera de 51 cm. Més tard, en països com els EUA, el diàmetre del cilindre va augmentar fins als 66 cm i es van començar a fer més grans tant locomotores com vagons.

Les primeres locomotores tenien bombes accionades per eixos. Tanmateix, aquests només funcionaven quan el motor estava en marxa. L'any 1859 es va trobar l'injector. El vapor (o posteriorment el vapor d'escapament) de la caldera brollava del gran broquet en forma de con (difusor), omplint l'aigua a la caldera a una pressió més alta. Una "vàlvula de retenció" (vàlvula unidireccional) mantenia el vapor dins de la caldera. El vapor sec s'agafava de la part superior de la caldera i es recollia en una canonada perforada o des d'un punt de la part superior de la caldera i es recollia al sostre de vapor. Aquest vapor sec es transferia després a un regulador, que controlava la distribució del vapor sec. El desenvolupament més important de les locomotores de vapor va ser la introducció del sobreescalfament.

La canonada corba, que transporta el vapor a través d'una canonada de gas fins al forn i després a un col·lector a l'extrem frontal de la caldera, va ser inventada per Wilhelm Schmidt i utilitzada per altres enginyers. L'estalvi de combustible, sobretot d'aigua, es va fer evident de seguida. Per exemple, es va produir vapor 'saturat' a una pressió de 12 bar i una temperatura de 188 °C; aquest vapor es va expandir ràpidament als cilindres, escalfant-se a 93 °C més. Així, al segle XX, les locomotores podien funcionar a gran velocitat fins i tot amb temps de tall curts del 20%. Avenços com les rodes d'acer, els revestiments de calderes de fibra de vidre, les vàlvules de pistó de pas llarg, els passos directes de vapor i el sobreescalfament van contribuir a l'etapa final de l'aplicació de la locomotores de vapor.

El vapor de la caldera també s'utilitzava per a altres finalitats. Per tal d'augmentar la tracció, en comptes de rentar, el 1887 es va introduir el "sandblasting" de vapor, que va augmentar la força de fricció. Els frens principals s'accionaven mitjançant el buit de la màquina o aire comprimit subministrat per una bomba de vapor. A més, l'escalfament era proporcionat pel vapor que portava als vagons per canonades i s'obtenia llum elèctrica a partir de les dinamos de vapor (generador).