Marcha atrás

La palanca de inversión tiene un mecanismo de retención que se acopla con una serie de muescas para mantenerla en la posición de corte deseada. Esto significa que el operador no tiene una selección completa de posiciones de corte entre la marcha máxima y la intermedia, sino solo aquellas que corresponden a las muescas. La posición de las muescas la elige el diseñador o constructor de la locomotora en función de su propósito. En general, las locomotoras diseñadas para el transporte de mercancías tendrán menos muescas y un corte mínimo más prolongado (lo que proporciona una gran fuerza de tracción a bajas velocidades, pero una baja eficiencia a altas velocidades), mientras que una locomotora de pasajeros tendrá más muescas y un corte mínimo más corto (lo que permite una mayor eficiencia a altas velocidades a costa de la fuerza de tracción). Si el corte mínimo proporcionado por las muescas fuera demasiado alto, no sería posible hacer funcionar la locomotora de la manera eficiente descrita anteriormente (con el regulador completamente abierto) sin que se produjera un desperdicio de vapor o una obstrucción en los conductos de vapor, por lo que habría que cerrar el regulador. Esto limita la eficiencia.

La barra Johnson forma parte integral del mecanismo de distribución , conectándose a los distintos brazos y articulaciones para ajustarlo. Esto permite que las fuerzas en el mecanismo de distribución se transmitan a la palanca. Esto ocurre especialmente si la locomotora tiene válvulas de corredera desequilibradas , que presentan una alta fricción operativa y están sometidas a fuerzas de vapor a ambos lados. Esta fricción implica que, si la barra Johnson se desbloquea mientras la locomotora opera a alta presión de vapor (con la válvula reguladora abierta y en posición de corte elevada) o a altas velocidades, las fuerzas que deberían actuar sobre las válvulas de corredera se transmiten a través de la articulación a la palanca de inversión, ahora libre. Esto provoca un movimiento brusco y violento de la palanca hasta la posición de corte total, con el consiguiente riesgo de lesiones para el maquinista, daños en el mecanismo de distribución y deslizamiento de las ruedas. La única forma de evitarlo es cerrar el regulador y permitir que la presión del vapor en la caja de válvulas disminuya. La palanca inversora se puede desbloquear y colocar en una nueva posición de corte, y luego se puede volver a abrir el regulador. Durante este proceso, la locomotora no recibe energía. En pendientes ascendentes, se requería gran habilidad para reducir la apertura del regulador lo suficiente como para desbloquear de forma segura la barra Johnson, manteniendo al mismo tiempo una presión de vapor suficiente en los cilindros. Cada vez que se volvía a abrir el regulador, existía la posibilidad de que las ruedas patinaran, y en trenes con acoplamientos sueltos, cada apertura y cierre del regulador generaba fuerzas dinámicas a lo largo del tren, lo que conllevaba el riesgo de rotura de los acoplamientos. El inversor de tornillo solucionó todos estos problemas.

Los peligros de la tradicional barra Johnson (que aumentaron a medida que la potencia, el peso y las presiones de vapor de las locomotoras se incrementaron durante la primera mitad del siglo XX) llevaron a su prohibición en los Estados Unidos por la Comisión de Comercio Interestatal . A partir de 1939, todas las locomotoras de vapor de nueva construcción debían estar equipadas con inversores de potencia, y desde 1942, las locomotoras con barra Johnson que se sometían a una revisión o reconstrucción importante debían ser reacondicionadas con inversión de potencia. Existían excepciones para las locomotoras ligeras de baja potencia y las locomotoras de maniobras. Para las maniobras, que requerían cambios frecuentes de dirección entre la marcha adelante y la marcha atrás, se prefería la barra Johnson porque el cambio podía realizarse rápidamente en un solo movimiento, en lugar de los múltiples giros de la manivela de un inversor de tornillo de baja relación.

Con motores más grandes, los mecanismos de control de la dirección y el corte de corriente se volvieron progresivamente más pesados, lo que requirió asistencia eléctrica para su ajuste. Los mecanismos de inversión accionados por vapor (y posteriormente por aire comprimido) se desarrollaron a finales del siglo XIX y principios del XX. Normalmente, el operador accionaba una válvula que permitía el paso de vapor a uno u otro lado de un cilindro conectado al mecanismo de inversión hasta que el indicador mostraba la posición deseada. Se requería un segundo mecanismo —generalmente un pistón en un cilindro lleno de aceite, mantenido en posición mediante el cierre de una llave de paso— para mantener los mecanismos en su lugar.

Engranaje Stirling

El primer ingeniero de locomotoras en instalar un dispositivo de este tipo fue James Stirling del Glasgow and South Western Railway en 1873. ^{[ 2 ]} Varios ingenieros los probaron, incluidos William Dean del GWR y Vincent Raven del North Eastern Railway , pero no les convencieron, principalmente debido a las dificultades de mantenimiento: cualquier fuga de aceite del cilindro de bloqueo, ya sea a través de la prensaestopas o del grifo, permitía que el mecanismo se deslizara, o peor aún, se hundiera bruscamente, hasta la marcha adelante completa durante la marcha. Stirling se trasladó al South Eastern Railway y Harry Smith Wainwright , su sucesor en esa compañía, los incorporó a la mayoría de sus diseños, que estaban en producción unos treinta años después de la innovación de Stirling. Más tarde, el visionario ingeniero del Southern Railway , Oliver Bulleid, los instaló en su famosa clase de locomotoras Merchant Navy, pero en su mayoría se retiraron durante la reconstrucción.

El mecanismo de marcha atrás de Henszey

Patentado en 1882, el mecanismo de inversión de Henszey ilustra una solución típica de la época. ^{[ 3 ]} El dispositivo de Henszey consta de dos pistones montados en una sola varilla. Ambos pistones son de doble extremo. Uno es un pistón de vapor que mueve la varilla según sea necesario. El otro, que contiene aceite, mantiene la varilla en una posición fija cuando se corta el vapor. El control se realiza mediante una pequeña válvula de vapor de tres vías («adelante», «parada», «atrás») y un indicador independiente que muestra la posición de la varilla y, por lo tanto, el porcentaje de corte en uso. Cuando la válvula de vapor está en «parada», también se cierra una llave de paso de aceite que conecta los dos extremos del pistón de bloqueo, manteniendo así el mecanismo en posición. La varilla del pistón se conecta mediante palancas al mecanismo de inversión, que funciona de la manera habitual, según el tipo de mecanismo de válvulas en uso.

El inversor de potencia de Ragonnet

El inversor de potencia Ragonnet, patentado en 1909, era un verdadero servomecanismo con control de retroalimentación . El inversor de potencia amplificaba los pequeños movimientos de la palanca de inversión, realizados en la cabina de la locomotora con una fuerza moderada, convirtiéndolos en movimientos mucho mayores y más enérgicos de la biela que controlaba el corte y la dirección del motor. ^{[ 4 ]} Generalmente funcionaba con aire comprimido, pero también podía funcionar con vapor. ^{[ 5 ]} El término servomotor fue utilizado explícitamente por los desarrolladores de algunos mecanismos de inversor de potencia posteriores. ^{[ 6 ]} El uso del control de retroalimentación en estos mecanismos de inversor de potencia posteriores eliminó la necesidad de un segundo cilindro para un mecanismo de bloqueo hidráulico y restauró la simplicidad de una sola palanca de operación que controlaba el mecanismo de inversión e indicaba su posición.

El desarrollo de las locomotoras articuladas fue un gran impulso para el desarrollo de los sistemas de inversión de potencia, ya que estos generalmente tenían dos o incluso tres juegos de engranajes de inversión, en lugar de solo uno como en una locomotora simple. ^{[ 7 ] [ 8 ]} La Baldwin Locomotive Works utilizó el mecanismo de inversión Ragonnet, y otros fabricantes estadounidenses generalmente abandonaron las características de bloqueo positivo más pronto que tarde. Muchas locomotoras estadounidenses fueron construidas o adaptadas con inversores de potencia, incluidas las PRR K4 , PRR N1 , PRR B6 y PRR L1 , pero en Gran Bretaña se siguieron utilizando cilindros de bloqueo. El mecanismo de inversión Hadfield, patentado en 1950, era en la mayoría de los aspectos un mecanismo de inversión Ragonnet con un cilindro de bloqueo añadido. ^{[ 9 ]} La mayoría de las locomotoras Beyer Garratt utilizaron el sistema Hadfield. ^{[ 10 ]}