LOCOMOTIVA BALDWIN - 1912
A força de tração máxima que pode ser desenvolvida por uma locomotiva depende principalmente do peso carregado nas rodas motrizes. Com determinadas condições da pista, há uma carga máxima por roda que não pode ser excedida com segurança; portanto, o número de rodas motrizes usadas deve ser tal que o peso necessário para a aderência possa ser carregado sem sobrecarregar os trilhos. Devido às limitações da distância entre eixos, não é praticável acoplar mais de cinco pares de rodas motrizes em um grupo; e em algumas estradas até isso exigiria uma distância entre eixos rígida de comprimento proibitivo. Se, portanto, forem necessárias rodas adicionais para transportar o peso necessário, é necessário dividi-las em dois grupos e organizar pelo menos um grupo na forma de um caminhão, a fim de manter a distância entre eixos rígida dentro de limites razoáveis.
O tipo de locomotiva articulada de maior sucesso atualmente em uso nas ferrovias americanas é o Mallet. Essas locomotivas foram introduzidas pela primeira vez nas ferrovias europeias, em 1889, por M. Anatole Mallet, um notável engenheiro francês. Eles foram construídos pela primeira vez pela The Baldwin Locomotive Works em 1904, para a American Railroad of Porto Rico, uma linha de medida métrica; mas só dois anos depois eles começaram a trabalhar em ferrovias nos Estados Unidos.
O uso de locomotivas Mallet neste país foi inicialmente restrito a empurrar serviço em declives de montanha. Para isso, eles são admiravelmente adaptados, pois devido à sua grande força de tração, o número de motores auxiliares necessários para realizar um determinado serviço é reduzido ao mínimo, assim como a quantidade de redução de tonelagem necessária ao transferir um trem de um nível para uma montanha divisão.
Com um determinado peso permitido por eixo, uma locomotiva Mallet pode ser construída para desenvolver duas vezes mais força de tração do que um motor do tipo comum, porque o dobro de pares de rodas motrizes podem ser colocados sob ela. O peso necessário para a adesão pode assim ser transportado com segurança e um aumento proporcional na força de tração desenvolvida. construindo a locomotiva de dimensões adequadas. Essa alta força de tração, entretanto, pode ser utilizada apenas em velocidades moderadas, como aquelas mantidas em cargas pesadas e serviços de montanha. Como em outros tipos de locomotivas, a força de tração de um Mallet diminui com o aumento da velocidade; e, portanto, um ponto é logo alcançado onde o grande peso de adesão não pode ser utilizado. É importante que as locomotivas Mallet sejam especialmente projetadas para o serviço necessário,
Em certos casos, as locomotivas Mallet são utilizadas com vantagem no serviço rodoviário; como, por exemplo, onde trens de tonelagem pesada são rebocados em rampas longas em velocidades moderadas. Esse trabalho requer locomotivas capazes de exercer uma grande força de tração por períodos sustentados de tempo. As locomotivas para a estrada de Clinchfield estão operando nessas condições. Várias outras locomotivas usadas no serviço rodoviário são descritas. Em cada caso, os motores foram especialmente projetados para o serviço específico exigido.
As características gerais do tipo de locomotiva Mallet são bem conhecidas, e apenas uma breve referência precisa ser feita a eles neste contexto. Os cilindros são em número de quatro e estão dispostos no sistema composto; os cilindros de alta pressão que conduzem o grupo traseiro de rodas e os de baixa pressão o grupo dianteiro. Os chassis dianteiros são articulados aos chassis traseiros de tal forma que, quando o motor entra em uma curva, o grupo dianteiro de rodas oscila em torno de um pino de articulação localizado na linha central do motor entre os cilindros de alta pressão. A caldeira é mantida em alinhamento rígido com as estruturas traseiras e é apoiada nas estruturas dianteiras por rolamentos deslizantes. Tubos flexíveis transportam o vapor dos cilindros de alta para os cilindros de baixa pressão e destes para a caixa de fumaça.
As primeiras locomotivas Mallet de bitola padrão construídas pela The Baldwin Locomotive Works foram concluídas em 1906, para a Great Northern Railway. Essas locomotivas são do tipo 2-6-6-2 e o arranjo geral da tubulação de vapor é como aquele mostrado na Figura 1. A cúpula de vapor é colocada imediatamente acima dos cilindros de alta pressão e o vapor vivo é transportado do acelerador para as caixas de vapor através de tubos rígidos externos. O tubo receptor que conecta os cilindros de alta e baixa pressão é colocado na linha central da locomotiva entre os chassis e é equipado com uma junta esférica na extremidade traseira. A linha central da junta esférica coincide com o centro da conexão da estrutura articulada, de modo que o comprimento do tubo receptor é constante, independentemente das posições relativas das estruturas frontal e traseira. UMA A junta de deslizamento é colocada perto da extremidade frontal do tubo, para compensar a expansão e contração. O tubo de escape está equipado com uma junta esférica em cada extremidade e uma junta corrediça no meio.
A ilustração na Figura 2 mostra o arranjo da tubulação usada quando um reaquecedor Baldwin é instalado na caixa de fumaça. A descarga de alta pressão é conduzida através de tubulações externas, que descarregam o vapor nos tambores do reaquecedor inferior. O reaquecedor é organizado como um superaquecedor Baldwin. O vapor passa de ambas as seções do reaquecedor para o tubo receptor flexível, que é colocado em um ângulo sob a caixa de fumaça. Este tubo é necessariamente equipado com uma junta esférica em cada extremidade e uma junta deslizante intermediária.
Em muitas das locomotivas Mallet maiores construídas pela The Baldwin Locomotive Works, a caldeira é construída em duas seções, que são unidas por uma junta separável. A seção frontal da caldeira contém um aquecedor de água de alimentação. Uma câmara aberta é colocada entre o aquecedor de água de alimentação e a caldeira propriamente dita, e a junta separável circunda essa câmara. A junta é formada por dois anéis externos, que são rebitados nas seções dianteira e traseira da caldeira, respectivamente. Esses anéis são reforçados, com um encaixe em forma de V, e mantidos juntos por parafusos horizontais que são colocados em intervalos próximos ao redor de toda a circunferência.
A ilustração acima mostra a seção dianteira de uma caldeira deste tipo. O acordo é o aplicado às locomotivas de passageiros da Southern Pacific Company. Nesse caso, o escapamento de alta pressão entra em um tubo horizontal, que atravessa o aquecedor de água de alimentação por uma grande chaminé. Este tubo se comunica com o tubo receptor flexível, por meio de um cotovelo de ferro fundido localizado na caixa de fumaça. Desta forma, embora a superfície de reaquecimento seja pequena, a tubulação é exposta o menos possível aos efeitos de resfriamento da atmosfera.
A ilustração mostra ainda a construção do aquecedor de água de alimentação, que é atravessado por tubos de fogo horizontais e é mantido constantemente cheio de água. Os injetores, quando em operação, forçam a água para o fundo do aquecedor, e a água é descarregada por uma saída na parte superior, sendo então forçada para a seção de evaporação da caldeira. Desta forma, a alimentação é aquecida a uma temperatura de cerca de 250 graus. Este arranjo de aquecedor de água foi aplicado, com notável sucesso, a um grande número de locomotivas.
No caso das locomotivas da Ferrovia da Virgínia e da Ferrovia Duluth, Missabe e do Norte, o tubo único no aquecedor de água é substituído por um ninho de pequenos tubos, que fornecem uma superfície de reaquecimento considerável.
As caldeiras de duas das locomotivas da Ferrovia Atchison, Topeka e Santa Fe, incorporam várias características especiais de construção. A primeira locomotiva possui uma caldeira rígida do tipo separável. A seção da caldeira frontal contém, na sequência seguinte, uma caixa de fumaça, aquecedor de água de alimentação, câmara intermediária, reaquecedor e superaquecedor. O reaquecedor e o superaquecedor são do tipo Buck-Jacobs. Eles são embutidos na estrutura da caldeira e são separados por uma placa tubular; enquanto um conjunto de tubos atravessa aquecedores Bofh. O vapor, guiado por placas defletoras internas; circula pelos aquecedores e absorve o calor dos gases da fornalha que estão fluindo pelos tubos. Os tubos de vapor usados nesta locomotiva são todos colocados fora do corpo da caldeira, de modo que as juntas dos tubos sejam facilmente acessíveis. Outro recurso especial é a fornalha, que é do tipo seccional Jacobs-Shupert desenvolvido pelos oficiais mecânicos do Sistema Santa Fe. As conchas interna e externa desta fornalha são compostas, cada uma, por uma série de seções de canal, que são dobradas em forma de ferradura. Os parafusos de fixação usuais são substituídos por placas, que possuem aberturas cortadas para permitir a livre circulação de vapor e água, e são rebitados entre os canais adjacentes. A construção desta fornalha foi totalmente explicada na imprensa técnica. e são rebitados entre os canais adjacentes. A construção desta fornalha foi totalmente explicada na imprensa técnica. e são rebitados entre os canais adjacentes. A construção desta fornalha foi totalmente explicada na imprensa técnica.
O superaquecedor, nesta caldeira, é embutido na seção traseira, enquanto o reaquecedor é embutido na seção frontal. Ambos os aquecedores são do tipo Jacob, dispostos para conexões externas de tubo de vapor. O superaquecedor é atravessado em seu centro por uma chaminé de dezoito polegadas, e o reaquecedor por uma chaminé de seis polegadas; sendo essas chaminés fornecidas para facilitar a remoção dos tubos da caldeira. As extremidades dos tubos são todas acessíveis por meio de câmaras na caldeira, e essas câmaras podem ser acessadas através de bueiros adequados.
Em uma locomotiva deste tipo, não é necessário ter suportes deslizantes sob a parte dianteira da caldeira; e as curvas da locomotiva com uma resistência mínima, e sua estabilidade, ao percorrer uma curva, não é afetada. É necessário apenas um tubo de vapor flexível, que conecta os cilindros de alta pressão ao reaquecedor. Nos tubos de alimentação que passam pela articulação da caldeira são utilizadas juntas flexíveis metálicas.
A Figura 5 mostra o projeto mais recente de conexão de quadro articulado usado em locomotivas articuladas Mallet construídas pela The Baldwin Locomotive Works. Nesta construção, a sela do cilindro de alta pressão serve de suporte para os cilindros e a caldeira, e constitui parte da estrutura principal da locomotiva. Esta sela também carrega o pino da dobradiça e contém um bolso no qual é colocada a junta esférica do tubo receptor. A sela é de aço fundido, composta por duas peças. A peça superior é rebitada ao corpo da caldeira, pois uma junta mais apertada pode ser fixada desta forma do que quando as peças são aparafusadas. As armações principais são aparafusadas à seção inferior da sela, e a junta é disposta com um encaixe de laje profundo e é travada por um par de chavetas que são conduzidas em uma longa chaveta vertical com suas faces cônicas em contato. Um plano semelhante é usado para chavear os cilindros na sela. A conexão do quadro é efetuada por uma única barra de raio, que também constitui uma forte cinta transversal para a extremidade traseira dos quadros dianteiros. O pino da dobradiça é inserido por baixo e é mantido no lugar por um parafuso de suporte. Os orifícios para o pino da dobradiça na barra de raio e na sela são buchas. Conforme mostrado no desenho, o centro do pino da dobradiça coincide com o da junta esférica no tubo receptor. A sela é dotada de uma passagem adequada, através da qual o vapor passa dos tubos de escape de alta pressão para o tubo receptor. e é mantido no lugar por um parafuso de suporte. Os orifícios para o pino da dobradiça na barra de raio e na sela são buchas. Conforme mostrado no desenho, o centro do pino da dobradiça coincide com o da junta esférica no tubo receptor. A sela é dotada de uma passagem adequada, através da qual o vapor passa dos tubos de escape de alta pressão para o tubo receptor. e é mantido no lugar por um parafuso de suporte. Os orifícios para o pino da dobradiça na barra de raio e na sela são buchas. Conforme mostrado no desenho, o centro do pino da dobradiça coincide com o da junta esférica no tubo receptor. A sela é dotada de uma passagem adequada, através da qual o vapor passa dos tubos de escape de alta pressão para o tubo receptor.
A sela é feita com uma extensão dianteira de cada lado, e essa extensão tem uma pequena folga vertical entre os trilhos superior e inferior das armações frontais. Qualquer transferência de peso neste ponto ocorre pelo contato real entre as armações. O desenho mostra a junta na haste de alcance que conecta os eixos reversos dos motores dianteiro e traseiro. Essa junta é disposta como uma cruzeta e as guias que a suportam são aparafusadas às paredes internas da sela. Essa cruzeta, em todo o seu percurso, está tão próxima do centro do pino da dobradiça que praticamente não há distorção no movimento das válvulas de baixa pressão quando o motor está fazendo curvas.
A Figura 6 mostra a construção na extremidade dianteira das armações frontais. O arranjo é em muitos aspectos semelhante ao descrito acima, exceto que nenhum suporte é fornecido para a caldeira. A fundição entre os cilindros possui passagens adequadas para transportar o vapor do tubo receptor para tubos em cotovelo curtos que conduzem às caixas de vapor de baixa pressão.
Os arranjos para aparafusar as armações, cilindros e selas de cilindro, como descrito acima, são excepcionalmente fortes e as várias partes têm superfícies de apoio tão grandes que as chances de se soltarem são reduzidas ao mínimo. Os cilindros são dispostos de maneira que possam ser facilmente removidos sem desmontar as selas, armações ou tubos de vapor principais. Esses projetos constituem uma ilustração interessante do uso de aço fundido na construção de locomotivas pesadas, pois seriam impraticáveis a menos que as partes maiores (com exceção dos cilindros) fossem feitas deste material.
Uma forma confiável de mecanismo de reversão de potência é uma característica essencial de uma locomotiva Mallet, para que o motor possa ser manuseado sem esforço indevido por parte dos engenheiros. A Figura 8 representa a engrenagem motriz Ragonnet, um dispositivo patenteado que é regularmente aplicado às locomotivas Mallet construídas pela The Baldwin Locomotive Works. Este dispositivo consiste em um cilindro de ar, cujo pistão é conectado ao eixo reverso do motor traseiro por meio de uma cruzeta e elo adequados. A admissão de ar ao cilindro é controlada por um
Esta engrenagem provou ser tão confiável em serviço que normalmente nenhum mecanismo de reversão manual é aplicado.
O desenho também mostra a construção da junta esférica na extremidade frontal do tubo. A esfera está assentada em dois anéis de latão revestidos de babbitt, e estes podem ser ajustados por uma glândula compactada. A junta deslizante no meio do tubo tem um encaixe deslizante longo e é mantida apertada por um par de anéis de retenção e uma série de ranhuras de vazamento.
As juntas esféricas no tubo receptor são semelhantes em construção às usadas na extremidade dianteira do tubo de escape. A junta corrediça no tubo receptor é dotada de um prensa-cabo, pois a pressão aqui é suficientemente alta para exigir esta forma de construção.
O manuseio de locomotivas articuladas de martelo
O manuseio de uma locomotiva articulada Mallet não apresenta dificuldades especiais. Como os motores de alta e baixa pressão operam cada um como uma única locomotiva de expansão, é desnecessário introduzir recursos complicados por causa da aplicação do princípio do composto. Para permitir que a locomotiva desenvolva plena potência na partida, é necessário prever meios de admissão do vapor direto da caldeira para os cilindros de baixa pressão. No motor Baldwin, um pequeno tubo passa de uma válvula de partida na cabine ao tubo receptor que conecta os cilindros de alta e baixa pressão. Ao abrir a válvula de partida, o vapor passará direto da caldeira para o tubo receptor e daí para os cilindros de baixa pressão, e a locomotiva desenvolverá uma força de tração até o limite de sua adesão.
Os tubos flexíveis que transportam o vapor dos cilindros de alta para os cilindros de baixa pressão e deste para a caixa de fumaça devem ser freqüentemente inspecionados e testados quanto a vazamentos; pois é importante que as juntas esféricas e deslizantes sejam mantidas firmes. Os mancais de deslizamento que sustentam a caldeira nas molduras dianteiras devem ser lubrificados regularmente; também o pino da dobradiça conectando as estruturas dianteira e traseira, e a junta na haste de alcance conectando os eixos reverso dianteiro e traseiro. Essa junta, normalmente disposta nas locomotivas Mallet construídas pela The Baldwin Locomotive Works, é fornecida com uma cruzeta, que é colocada entre as paredes internas da sela do cilindro de alta pressão; e está disposto de modo que a haste de alcance possa se acomodar ao balanço das estruturas dianteiras quando o motor está fazendo curvas.
Já foi feita referência ao tipo separável de caldeira usado em grandes locomotivas Mallet. Uma caldeira deste tipo deve ser alimentada da mesma maneira que uma caldeira comum, já que a água é simplesmente forçada do aquecedor de água de alimentação para a seção de evaporação quando os injetores estão em operação. A temperatura da água de alimentação é elevada para cerca de 250 graus; portanto, uma certa quantidade de incrustações, dependendo da qualidade da água, será depositada no aquecedor, com uma redução correspondente na quantidade depositada na caldeira. O aquecedor, portanto, deve ser limpo em intervalos regulares.
Em uma longa caldeira desse tipo, os gases da caixa de fumaça são comparativamente frios, os testes mostraram temperaturas de aproximadamente 450 graus. O resultado é uma eficiência da caldeira relativamente alta, devido à grande quantidade de calor absorvida pela água antes que os gases escapem pela chaminé.
Os cilindros de alta pressão de uma locomotiva articulada Mallet são lubrificados da cabine da maneira usual. Os cilindros de baixa pressão podem ser lubrificados da mesma forma, através de tubos flexíveis. Outro método, que se mostrou conveniente e satisfatório, é usar um par de bombas de óleo de alimentação forçada, que são acionadas a partir do movimento da válvula do motor dianteiro. A tubulação flexível é, portanto, dispensada. De forma semelhante, o grupo dianteiro de rodas motrizes pode ser abastecido com areia de uma caixa colocada sobre a placa dianteira do convés, e a areia entregue aos trilhos por meio de tubos rígidos. As torneiras do cilindro operadas pneumaticamente são freqüentemente usadas nos cilindros de baixa pressão, e a montagem da torneira do cilindro é simplificada por este arranjo.
Antes de dar partida em uma locomotiva Mallet em viagem, deve-se tomar cuidado para que a pressão do ar esteja totalmente bombeada e que a válvula de admissão do ar do reservatório principal ao cilindro do reverso esteja aberta. Os mancais de deslizamento sob a caldeira e o pino da conexão do quadro articulado, também a haste de alcance, devem ser inspecionados e devidamente lubrificados. O tubo receptor entre os cilindros de alta e baixa pressão pode ser testado quanto a vazamentos abrindo a válvula de partida enquanto o motor está parado com os freios acionados. As juntas dos tubos são dotadas de bucins para absorver o desgaste da gaxeta, e qualquer vazamento deve receber atenção imediata.
Ao mover o motor para o trem, as torneiras dos cilindros devem ser mantidas abertas, pois uma condensação considerável pode ocorrer. Isso é especialmente verdadeiro para os cilindros de baixa pressão e, em climas frios, é aconselhável aquecê-los antes de dar partida, mantendo a válvula de partida aberta por um curto período.
O uso adequado da válvula de partida é essencial para garantir os melhores resultados ao operar uma locomotiva deste tipo. Se o motor estiver na extremidade dianteira do trem e a folga puder ser compensada, uma partida bem-sucedida geralmente pode ser feita apenas com o acelerador principal, pois quando todo o trem estiver em movimento os cilindros de baixa pressão estarão recebendo vapor e toda a força de tração da locomotiva podem ser desenvolvidos. Se, no entanto, a folga não puder ser compensada, como geralmente acontece quando a locomotiva está empurrando, a válvula de partida deve ser aberta. Assim que as rodas tiverem dado algumas voltas e os cilindros de baixa pressão estiverem recebendo vapor da alta pressão, a válvula deve ser fechada.
Atenção deve ser dada ao escorregamento das rodas motrizes em uma locomotiva Mallet. Se as rodas do grupo dianteiro escorregam com frequência, enquanto as do grupo traseiro não, é uma indicação de que o vapor está vazando pelas válvulas de alta pressão, e estas devem ser examinadas para verificar se há sopros. Se as válvulas estiverem em boas condições e as rodas de apenas um grupo derraparem, as pressões desequilibradas resultantes tenderão a impedir esse deslizamento. Qualquer deslizamento contínuo pode ocorrer apenas em ambos os grupos de rodas simultaneamente, e deve ser corrigido estrangulando o vapor e usando areia.
Ao operar essas locomotivas, deve-se tomar cuidado para não tentar operá-las com corte muito curto, pois isso resultará em uma pressão terminal muito baixa. É preferível usar um corte relativamente longo e estrangular o vapor quando houver muita energia desenvolvida. Além disso, se o corte for muito curto, a compressão resultante fará com que a locomotiva gire com dificuldade. A experiência indicará imediatamente até que ponto a locomotiva pode ser conectada a qualquer velocidade, sem resultados prejudiciais.
Em deriva em rampas longas, a válvula de partida deve ser aberta em intervalos para manter os cilindros de baixa pressão úmidos; caso contrário, podem ficar quentes. Válvulas de vácuo são fornecidas em todos os cilindros, e válvulas de desvio são normalmente colocadas em cilindros de válvula de pistão, para permitir que a locomotiva flutue livremente.
A economia no consumo de combustível e água resulta do uso de cilindros compostos, e com base no carvão e água por tonelada-milha, as locomotivas Mallet apresentam uma redução acentuada quando comparadas com locomotivas de expansão simples de tipos comuns. Por esta razão, o acionamento desses motores não apresenta dificuldades especiais.
Em caso de avaria na estrada, qualquer um dos quatro cilindros pode ser cortado desligando a engrenagem da válvula, bloqueando a válvula na posição central e baixando a haste principal. O motor pode então funcionar com três cilindros. Se um dos cilindros de alta pressão for cortado, a válvula de partida deve ser deixada aberta, de modo que mais vapor seja distribuído para os cilindros de baixa pressão e energia adicional desenvolvida. Se uma válvula de alta pressão for quebrada, o vapor vazará para o tubo receptor e passará direto para os cilindros de baixa pressão. Nesse caso, será necessário estrangular o vapor cuidadosamente para evitar escorregamento excessivo do motor de baixa pressão.
Em todos os outros aspectos, as regras aplicáveis às locomotivas de expansão simples são aplicáveis ao tipo Mallet, e o mesmo cuidado e atenção devem ser dados à manutenção das locomotivas para que resultados de serviço satisfatórios possam ser obtidos.
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