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Manantial de vapor

Locomotora de cuatro ruedas Stephenson de alrededor de 1814 [ 1 ] Los resortes de vapor o suspensión de vapor son un tipo de suspensión utilizada en algunas de las primeras loco...

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Grabado estadounidense de 1826 que muestra la vista trasera y lateral de la locomotora de vapor y los vagones del ferrocarril Stockton and Darlington, propiedad de George Stephenson. Se aprecia la cadena de transmisión que une los dos ejes de la locomotora, así como los cortos tubos verticales situados sobre cada rueda, que contienen los resortes de vapor.
Locomotora de cuatro ruedas Stephenson de alrededor de 1814 [ 1 ]

Los resortes de vapor o suspensión de vapor son un tipo de suspensión utilizada en algunas de las primeras locomotoras de vapor diseñadas y construidas por George Stephenson . Su uso fue breve y posiblemente se emplearon en menos de diez locomotoras.

Requisitos para la suspensión

Una hilera de secciones de rieles de hierro fundido con forma de vientre de pez, cada una de una yarda de largo, entre traviesas de bloques de piedra.
Barandilla de hierro fundido con forma de vientre de pez

Los primeros ferrocarriles utilizaban raíles de hierro fundido con forma de vientre de pez . Estos eran frágiles y propensos a agrietarse bajo cargas de impacto. Las nuevas locomotoras de vapor de la década de 1820 eran mucho más pesadas que los vagones tirados por caballos de las vías férreas anteriores . Las locomotoras de este período también utilizaban cilindros verticales dentro de la caldera. Las fuerzas verticales de los pistones en movimiento generaban un efecto de percusión que aumentaba la carga sobre los raíles.

Otra razón para la suspensión era mejorar el contacto por fricción entre las ruedas y el riel. Esto dependía de mantener un buen contacto, lo que requería una buena suspensión de las ruedas sobre la vía irregular. [ 2 ] La capacidad de una locomotora de tracción por adherencia para arrastrar un tren fue muy cuestionada en ese momento, ya que se pensaba que la fricción entre una rueda de hierro lisa y el riel sería insuficiente. Algunos diseñadores, como Blenkinsop con su Salamanca, pensaban que sería necesario un sistema de dientes dentados. Stephenson creía que, siempre que se pudiera mantener un buen contacto entre la rueda y el riel, la adherencia por fricción por sí sola sería suficiente.

Manantiales de vapor

Una locomotora Stephenson de seis ruedas, con las tuberías de los resortes de vapor seccionadas, dejando ver los pistones.
Dibujo de 1877 de una supuesta 'locomotora Stephenson de 1815', [ 3 ] similar a The Duke pero con ruedas con pestañas, una cadena de placas y sin la rueda dentada central.

En la época de estas primeras locomotoras, aún no existía un método para forjar un resorte de acero adecuado para soportar el peso de una locomotora. Si bien el acero de alta calidad estaba disponible desde el proceso de crisol de Huntsman , seguía siendo tan caro que se le consideraba un «metal semiprecioso». [ 4 ] Pasarían otros cuarenta años antes de que el convertidor de Bessemer hiciera posible el acceso a acero barato a granel. Un problema similar afectaba a las válvulas de seguridad , lo que las obligaba a depender de contrapesos o del voluminoso conjunto de resortes de lámina de Hackworth , [ 5 ] en lugar del omnipresente resorte helicoidal de acero que aparecería más tarde.

La «suspensión de vapor» de Stephenson proporcionaba a cada rueda su propio «resorte de vapor». Cilindros verticales se ubicaban en la base de la caldera, sobre cada eje y desplazados en pares hacia los lados. El chasis o bastidor de las locomotoras de Stephenson ofrecía poca resistencia estructural, la cual provenía principalmente de la carcasa de la caldera . Dentro de cada cilindro, un pistón soportaba la carga del eje y ejercía presión hacia arriba contra la presión del vapor dentro de la caldera. [ 6 ] Un pistón de tan solo unas pocas pulgadas de diámetro era suficiente para equilibrar el peso de la locomotora. Los cojinetes de la caja de ejes podían deslizarse verticalmente dentro de los soportes fijados al bastidor de madera debajo de la caldera.

Los sellos de los pistones eran un problema perenne en esta época. Los de los grandes motores estacionarios, que trabajaban a bajas presiones, se sellaban mediante diversos métodos, como arandelas de cuero, charcos de agua estancada e incluso una cataplasma de estiércol de vaca. A medida que aumentaban las presiones de trabajo, lo cual había sido esencial para convertir la máquina de vapor estacionaria en la locomotora de vapor móvil , las exigencias sobre el sello del pistón aumentaron aún más. Los pistones ahora se sellaban principalmente enrollando cuerda de estopa alrededor de ellos en una ranura, a menudo untada con sebo . Mantener la cuerda húmeda, y por lo tanto hinchada, se reconoció como un factor importante para lograr un buen sellado. Como los cilindros de resorte de vapor estaban en la parte inferior de la caldera, por debajo de la línea de agua, se esperaba que sellaran bien. A pesar de esto, continuaron dando problemas de fugas y finalmente se retiraron y se reemplazaron por resortes de lámina de hierro o acero. [ 7 ] Wood en 1831 ilustra una de las locomotoras de Killingworth, ahora equipada con resortes de lámina de metal y también bielas de acoplamiento . [ 8 ] [ 9 ]

Locomotoras de la mina de carbón de Killingworth

La primera locomotora de George Stephenson fue la Blücher de 1814. [ 6 ] [ i ] Esta era una locomotora de cuatro ruedas con las ruedas acopladas por engranajes rectos . Sufría de poca tracción en la tecnología relativamente nueva de rieles de borde con ruedas con pestaña, debido al problema de mantener un buen contacto con ellos. Fue la primera de un lote de las primeras locomotoras de Stephenson conocidas como las " locomotoras de la mina de carbón de Killingworth ". [ ii ] El siguiente diseño de Stephenson fue un desarrollo de esta, todavía con cuatro ruedas, pero ahora usando una transmisión por cadena para acoplarlas. [ 11 ] Esta fue su primera locomotora en usar resortes de vapor. [ 1 ]

El duque

Stephenson se había labrado una reputación como constructor de locomotoras y se le encargó la construcción de la primera locomotora para su uso en Escocia, en el ferrocarril de Kilmarnock y Troon . La Duke era más grande, con seis ruedas, y utilizaba la misma transmisión por cadena y muelles de vapor que las locomotoras de Killingworth. Como esta locomotora iba a ser construida para un cliente externo, Stephenson ya no podía utilizar las instalaciones del taller en Killingworth, por lo que se construyó en la fábrica de hierro Walker Iron Works de su amigo William Losh en Newcastle . [ 7 ] Las mejoras de esta locomotora se detallaron en una patente, presentada conjuntamente con Losh, el 30 de septiembre de 1816.

La locomotora Duke probablemente se completó en 1817 [ 12 ] y funcionó en Kilmarnock, pero parece que continuó con los problemas de rotura de raíles. Fue vendida al conde de Elgin en octubre de 1824 para su ferrocarril en Fife , pero al ser demasiado pesada para los raíles, se utilizó como máquina de bombeo estacionaria en una cantera en Charlestown , y desde 1830 en una mina de carbón cerca de Dunfermline ; su destino posterior no está registrado.

La mayoría de las representaciones escocesas de The Duke son inexactas, ya que se basan en las locomotoras de Killingworth o incluso en la Rocket de Stephenson , pero en 1914 se hizo un modelo conmemorativo de plata para el centenario y solo este parece preciso, mostrando las seis ruedas y los cilindros de los resortes de vapor. [ 13 ]

Locomotoras de la mina de carbón de Hetton

Se construyeron cinco locomotoras para la mina de carbón de Hetton entre 1820 y 1822, cuatro de las cuales recibieron nombres: Hetton , Dart , Tallyho y Star . [ 7 ] [ 14 ] Estas eran de diseño similar a The Duke , pero de cuatro ruedas con ruedas de 3 pies 9 pulgadas (1140 mm) . Se construyeron con resortes de vapor, que posteriormente se retiraron debido a problemas de fugas de vapor. [ 7 ]   

En 1852, Lyon fue construida como una réplica de estas primeras locomotoras Hetton.

Locomotoras y locomoción posteriores

Una réplica moderna de Locomotion, que muestra las características que introdujo, como las bielas externas y las ruedas de disco de dos piezas más resistentes de Hackworth.
Locomoción (réplica), con bielas y ruedas de disco Hackworth de dos piezas.

Las locomotoras posteriores abandonaron los resortes de vapor. Para la locomotora del ferrocarril Stockton y Darlington en 1825 no se proporcionó ningún tipo de suspensión. Aunque no había resortes, se proporcionó una compensación lateral para mantener un buen contacto entre los rieles y las ruedas. Uno de los ejes estaba soportado por un cojinete de «caja de cañón» que pivotaba centralmente y podía inclinarse de lado a lado. [ 15 ] Si bien no proporcionaba una marcha estable a la locomotora, permitía que las ruedas siguieran una vía irregular. La presencia de esta caja de cañón entre las ruedas también impidió el uso previo de la cadena de transmisión central, por lo que Stephenson adoptó por primera vez las ahora omnipresentes bielas de acoplamiento . La reducción del recorrido de la suspensión, en comparación con la de los resortes de vapor, también facilitó la provisión de bielas de acoplamiento de libre rodadura, ya que evitaba el cambio en la distancia efectiva entre ejes cuando un eje se movía con respecto al otro.

La suspensión no amortiguada rompió las ruedas originales de hierro fundido de ocho radios, por lo que Hackworth las reemplazó con sus distintivas ruedas de disco de hierro fundido de dos piezas , alineadas con cuñas de madera entre las partes concéntricas. [ 15 ] Para entonces, la rotura de rieles se había reducido con el uso de rieles más resistentes. Estos nuevos rieles de hierro forjado maleable habían sido la causa de una disputa entre Stephenson y Losh, ya que Losh originalmente esperaba suministrar rieles de hierro fundido de su fundición, en la que Stephenson había sido socio brevemente. Sin embargo, Stephenson optó por utilizar un riel de hierro mejorado de la fundición Bedlington de John Birkinshaw .

Notas

  1. ↑ Estudios recientes sostienen que My Lord de Stephenson de 1814 es anterior a Blücher [ 10 ].
  2. ↑ No se sabe con certeza cuándo se construyeron las distintas locomotoras de Killingworth y los detalles de sus diversos diseños se informan erróneamente.

Referencias

  1. 1 2 Strickland, William (1826). "Locomotora patentada de G. Stephenson" (grabado) .
  2. ↑ Warren, JGH (1970) [1923]. Un siglo de construcción de locomotoras . David & Charles . pág. 24. ISBN  0-7153-4378-5.
  3. ↑ Thurston, Robert H. (1878). Una historia del crecimiento de la máquina de vapor .
  4. ↑ Jones, MH (2011). Las minas de hierro de Brendon Hills y el ferrocarril minero de West Somerset . Lightmoor Press. pág. 16. ISBN  9781899889-5-3-2.
  5. ↑ "Válvula de seguridad de resorte de Hackworth" (Imagen de una pieza de museo) . Museo Nacional del Ferrocarril. 1830.
  6. 1 2 Thurston (1878) , pág. 187.
  7. 1 2 3 4 Lowe, James W. (1975). "George Stephenson". British Steam Locomotive Builders . Guild Publishing. págs. 606–607 . ISBN  0900404213.
  8. ↑ Wood, Nicholas (1825). Un tratado práctico sobre ferrocarriles y comunicaciones interiores en general . Londres: Knight & Lacey. pág. Lámina VII. 
  9. ↑ Bailey (2014) , pág. 32.
  10. ↑ Bailey, Michael R. (2014). «Los tipos de George Stephenson, década de 1820». Loco Motion . The History Press. pág. 31. ISBN  978-0-7524-9101-1.
  11. ↑ Locomotora Killingworth de Stephenson, 1815 , grabado de 1829, autor desconocido, en The British Railway Locomotive 1803-1853 . HMSO . 1958.
  12. ↑ Brotchie, Alan W; Jack, Harry (2007). Early Railways of West Fife . Catrine: Stenlake Publishing. pp. 49–53 . ISBN  978-1-84033-409-8.
  13. ↑ "El icono industrial de Troon: la primera locomotora de ferrocarril de Escocia" . Blog de historia de South Ayrshire . Bibliotecas de South Ayrshire. 16 de octubre de 2012.
  14. ↑ Thurston (1878) , pág. 190.
  15. 1 2 Bailey (2014) , págs. 35–36.