蒸氣火車汽門種類概述..

[Zack]

最近讀了一些關於蒸氣火車運行方式的書, 頗有心得, 寫出來跟大家分享~! :P

蒸氣火車吸引人的地方, 莫過於他複雜巧妙的連動桿, 井然有序的運行方式配合著淒嗆的節奏, 深深的吸引著不少人.

蒸氣火車到底是如何推動的呢?連動桿在這中間又扮演著什麼樣的角色?不同類型的火車使用的連動桿會不一樣嗎??

其實, 並沒有想像中的那麼難, 只是在正確的時機將連動桿"往前推"或"向後拉",
蒸氣火車就可以不停的跑下去。

但要控制活塞, 就必須要有一套精確的控制系統,從0推進到180度;從180度再向後拉到360度, 而控制活塞的系統就是所謂的"汽門"(Valve Gear)。

汽門的種類繁多, 大致上可以分為:史式汽門、愛蘭式汽門、膠式汽門以及華式汽門.

1.史式汽門( Stephenson Valve Gears )
史式汽門又稱史蒂芬生式汽門, 是最古老的汽門種, 外觀上非常簡單, 僅有一組主連桿和一組副連桿以及一組十字頭和滑棒.

但這種連桿真正複雜的地方在於他的軸心, 在蒸汽機車的內部, 還隱藏著兩組行車控制系統.
這兩組機械稱為偏心輪組.
主要是控制車輛前進後退, 藉由向外延伸的升降臂(Lifting Arm)與逆轉臂(Reversing Arm)連接後通往駕駛室, 當機車運行方向改變時, 需拉動逆轉機,向後拉即為倒檔;向前推則為前進.

其作用原理是拉動逆轉機時,逆轉臂會被帶動;逆轉臂再將升降臂往上拉, 改變內部兩組偏心輪的角度, 藉此控制列車前進後退。

但由於此種汽門結構將複雜的偏心輪組裝置在車身內部, 因此保養及維修不易,
再加上時間經久會有角度偏差的情況, 而這種偏心輪又需要極為精確的角度調整, 因此將這兩組機械後來被裝置在機車外側, 便於保養、維修, 而此種結構即是下一偏要介紹的愛蘭式汽門。

2.愛蘭式汽門( Allan's Valve Gears )
愛蘭式汽門與上一偏提到的史式汽門不太相同, 他是將車輛的偏心輪組與連動桿裝在一起, 成為複雜的傳動系統.
但原理仍然一樣, 也是藉由逆轉臂拉動偏心輪組改變角度來控制方向.
而偏心輪組可分為:
1.外側偏心輪:
外側偏心輪位於兩支偏心輪組外側, 機車前進時需改變他的角度.
2.內側偏心輪:
內側偏心輪設置於內側, 機車後退時需改變該組角度.

當機車欲前進時, 逆轉機向前推動, 滑環(Expansion Link)下放, 外側偏心輪作用,
呈水平狀態, 內側偏心輪則下放, 滑環向下回授至汽門, 機車則可前進。

反之, 當機車後退時, 逆轉機向後拉動, 滑環上拉, 內側偏心輪作用,
呈水平狀態, 外側偏心倫則下放, 滑環向上回授至汽門, 機車則可後退。

愛蘭式汽門的優點是將複雜的偏心輪組移至外側, 便於維護、保養.
而愛蘭式汽門是19世紀末由德國發明的,
被大量的運用在小型的水櫃式機車上, 如BR89型.
台灣則是御風號和騰雲號使用此種連桿.

3.膠式汽門( Jays Valve Gears )
膠式汽門在構造上相當特殊, 他沒有複雜的偏心輪組, 前進後退仍然是利用逆轉機控制, 但連結至汽門上的機械則非滑環, 而是被稱為扇形滑的一種機件.
扇型滑在外觀上與滑環相似, 但構造上則略有不同.

當機車前進時, 逆轉機向前, 扇型滑向前傾, 推動閥心桿,
改變汽門閥位置(靠左), 由右側進氣.

當機車後退時, 逆轉機向後, 扇型滑向後傾, 拉動閥心桿,
改變汽門閥位置(靠右), 由左側進氣.

膠式汽門的運行行程為:
主連桿推動合併桿(主連桿與合併桿城垂直), 推動滑棒(滑棒與十字頭連接),
進氣再排氣;排氣再進氣.
如此循環不斷, 推動機車.

4.華式汽門(Walscheart Valve Gears)
華式汽門全名華羅夏茲式汽門, 是現代世界上大部份蒸汽機車的連桿類型.
華式汽門的運行行程:
主連桿推動活塞,活塞與十字接頭及合併桿連接,定同時推動汽門;而副連桿由主連桿帶動後與偏心桿連接;偏心桿推動滑環, 而華環和半徑桿則可控制機車行進方向.

華式汽門各部位零件名稱:
主連桿(Main connecting rod) 副連桿(connecting rod) 偏心桿(Eccentric Rod)
合併桿(Combination Lever) 半徑桿(Radicus Rod) 汽門(Valve Gears )
逆轉臂(Reversing Arm) 升降臂(Lifting Arm) 滑環(Expansion Link)
活塞(Piston) 曲拐銷(Return Crank) 十字頭(Cross head)

華式汽門的車輛在前進及後退上較其他車種來的簡單. 駕駛逆轉機向後, 半徑桿改變位置並向上抬起, 機車後退.

駕駛室逆轉機向前, 半徑桿改變位置向下放, 機車前進.
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目前蒸汽機車的汽門大致上可以分成這四種種類, 有幾個觀察的好去處, 小弟推薦
一下~


台南體育公園:
展示CT250型蒸汽機車和DT650型蒸汽機車各一輛, 可以進到裡面觸摸, 看清楚蒸汽機車的各部位機件.

成大校園:
成大校園展示BK20型蒸汽機車一輛, 大部份部位已經被解剖, 供學生研究,
此處可以一睹膠式汽門的真面目.

台北228紀念公園(新公園):
台北228紀念公園展示著台灣第一輛蒸汽機車騰雲號及台灣最古老的9號機車.
此處分別可以看到愛蘭式汽門即史式汽門, 非常精采~ :P

以上的報告, 供大家做做參考, 如有錯誤還請不吝指證, 謝謝各位。:P

[復興號]

這真是一門學問 :? 真是不簡單 :D :D

[kigohcy]

如果各位真的對汽門有興趣...
用講的太抽象了.
這個網站有各式蒸汽機汽門的運作方式程式
http://www.tcsn.net/charlied/
若是你使用的OS是Windows下載下面的程式
Download Windows Valve Gear Programs File 10, 0.41 MB, Version 2.6
Download Windows Valve Gear Programs File 10A, 1.29 MB, Version 2.6
..
Download Windows Valve Gear Programs File 10J, 1.29 MB, Version 2.6

抓下來後放在同一個目錄直接執行後解壓縮,生出來的每一個.EXE檔就是各種汽門
的運作方式...

這大概是我唸了四年唯一一點用處....

[trains boy]

這東西真是太讚了~
能略微解說一下嗎
太專業了不懂的地方很多~

[kigohcy]

梅小路蒸汽機關車館有一個flash...
http://www.mtm.or.jp/uslm/dictionary/device.html

就算看不懂字,也會知道蒸汽火車是怎麼開始動的...

按下スタート->按車門　->

一直按次に進む ->
出現click
一直按click便知道...

[菲力斯]

哇
這些東西實在太棒了 終於讓我了解蒸機是如何運作的