@ 2013.07.02 , 11:08
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小学堂:Shay垂直气缸火车

# celeron533 童鞋投递译制视频 [Youtube]

背景介绍:

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Shay蒸汽机车,它的发明者Ephraim Shay是位美国工程师,他在1870年代美国南北战争时期加入北军,并在密西根州开垦森林。战争结束后Ephraim Shay在密西根州铺设伐木铁道,而他的林场用机械,都是向创立于1869年俄亥俄州的Lima公司购买。他发现一般往复式汽缸的火车,并不适合轨道路线弯曲,时走时停的森林铁道中行驶。于是他经过五年的研究改良,在1878年发明了「直立式汽缸」与齿轮结构传动,并命名为Shay,于1881年正式取得专利,并将它卖给专门生产林业用机械的Lima公司。

直立式汽缸(Cylinder Vertical Engine),是指火车汽缸中的活塞以垂直的方向运动,带动曲柄,以伞型齿轮带动车轮,它的优点是可以行驶在不平整的轨道,曲率半径极小又弯又陡的路线上,对于路线标准较差的森林铁道十分适合。伞型齿轮的减速作用增大了扭矩,使火车在坡度路段停车时亦不致下滑,爬坡力强这是它的优点。

于是从1892年4月12日开始,莱玛公司(Lima Locomotive & Machine Co.)开始生产这种直立式汽缸,称之为Shay齿轮式火车(Geared Locomotive),这种火车一经问世便受到美国伐木业极大的欢迎。 1880年第一部Shay诞生之后订单不断,1893年更在万国博览会上声名大噪,收到许多海外的订单,Shay从此成为这种特殊火车的代名词。

Lima公司生产的Shay,从最小的10吨到最大的150吨共有17种型式;轨距从轻便窄轨762毫米,到标准轨1435毫米皆可使用。尽管他们的大小不同,对轨道的弯度和坡度适应力,丝毫不打折扣。尤其直立式汽缸联动两侧伞型齿轮的伸缩杆,可依轨道弯度自动伸缩,这种行驶弯道的能力,除了Climax与Heisler另外两款齿轮式火车,世界上没有任何蒸汽机车的地形适应力,可与Shay相提并论。


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TOTAL COMMENTS: 24+1

  1. ymxjxfs
    @4 years ago
    2057864

    有卖模型的么,好酷

  2. 额呵呵呵
    @4 years ago
    2057872

    屌炸天

  3. 2057876

    This is one of the Canadian treasure…

    可以吐槽加拿大么。。已经开始用火车头刷存在感了。。太可怜了T_T…

    [20] XX [4] 回复 [0]
  4. 随便叫我啥都行
    @4 years ago
    2057898

    看过视频的朋友请告诉我,这样的火车跑起来也是况且况且的声音么?我这里看不到视频啊!

  5. 2057908

    美国的火车烟囱上面应该有个防火星溢出的东西吧?

  6. 2057912

    = =你的…………太短………………….我是说视频

  7. 挣脱地平线线
    @4 years ago
    2057914

    看见 直、缸 才点来的

  8. 2057916

    谢耳朵要非接触式高潮了

    [33] XX [0] 回复 [0]
  9. 搪瓷七厂
    @4 years ago
    2057932

    我就没看明白,为什么垂直气缸可以让爬坡变强,所以去wiki查了下。原来关键是传动部分用带齿的轮轴来驱动有齿的车轮,jandan讲就是小齿轮带动大齿轮,所以驱动力变强了,

  10. 搪瓷七厂
    @4 years ago
    [14] XX [1] 回复 [0]
  11. yoshiki
    @4 years ago
    2057964

    我也看不明白

  12. celeron533
    @4 years ago
    2058040

    火车运行时的视频
    http://v.youku.com/v_show/id_XNTc3OTU2OTI4.html

    [17] XX [0] 回复 [0]
  13. 金得瀚
    @4 years ago
    2058052

    也不讲讲远离,比差速器和机械表的讲解良心差多了

  14. petcon
    @4 years ago
    2058080

    视频真坑爹,什么也没讲

  15. 汤圆
    @4 years ago
    2058104

    真心酷啊!蒸汽时代真是伟大!

  16. 你哥
    @4 years ago
    2058148

    曲率驱动引擎

  17. 金鱼佬伯伯
    @4 years ago
    2058184

    这乘客发出的噪音比火车都大·····

  18. 奥拉拉
    @4 years ago
    2058842

    怎么有点感动呢?

  19. 九猫
    @4 years ago
    2058968

    @随便叫我啥都行: 况且况且的声音来自车轮和铁轨接缝之间的撞击。。。水平气缸的蒸汽机车声音是哄、哄、哄、的,主要是因为单汽缸。。。这个车有三个气缸,所以发出的噪音也就平稳了许多。。。基本上相当于手扶拖拉机和夏利的噪音比较。。。

  20. 2059142

    看不懂,装个伞形齿轮就能有这么牛逼的属性?吹得吧。

  21. 虚拟现场
    @4 years ago
    2059192

    @金得瀚
    机械的实用性设计

    核心问题:
    使车轮滚动的驱动力矩,如何尽量增大?
    (动力输出水平一定时,显而易见应该在车轮的边缘施力,此处和轮心的距离D最大,力矩=FD,正如人力转盘抽奖游戏所示,谁想把那个沉重的盘子抡得飞转,就应该在盘的边缘着手,而不要选更靠近盘心的位置。)

    **设计思维小展开
    这轮子的预想运行状态,是在按照希望的方向旋转时受到持续不断的干扰力(摩擦制动阻力、以及可能有让轮子反转的爬坡逆动力),所以驱动力必须持续对抗干扰力力,如果相比更小,就轮子就不转或者反转;如果相比更大但不持续施加(不持续地有效输出),轮子就会在不施加时只受干扰力,旋转状态越来越不理想。
    所以必须让驱动力战胜轮子的转动干扰力,而且最好持续战胜(转动世界中要靠力矩的更大来做到,只谈谁的力有更多牛顿是没用的,被门板夹爆的核桃发来确认电),以兔轮子的旋转被干扰力钻了空子(运动状态控制窗口的失守)。

    选哪种机械结构模式?

    备选模式1、改良版的水平气缸引擎+动力输出系统。
    这个模式有现成的好处,已经大量制造,节省了设计制造成本,如果把原来的动力输出结构改一改,驱动连杆的施力点移到并保持在轮缘,就OK了。
    但这种模式的驱动连杆属于往复式平动的变异种,类似人骑自行车时的腿脚,在硬件结构上不适合在轮缘上持续施加最大驱动力,如果以强迫症的名义强行做,必须给它加一个外挂:持续定点施力的输出功率转换器,从而让它驱动这个器,再由这个器在轮缘的固定位置产生转动力矩。
    用一个不能在轮缘持续威猛施力的结构,驱动一个能的结构,再让能的结构做正事?那么这车就是一条有脚的机械蛇,承认能爬,但要点XX。

    备选模式2、只用那个器,直接做成完整的动力输出系统。
    把那个器直接装上去。糟糕,气缸是平动系列的原始物种,那个器必须把气缸活塞的水平往复移动,转换成自己的某种动,再传到车头后方几乎同样高度、水平距离相当远的轮子上,才能完成远程的“化直为曲”,结构实体不可能太简单。
    所以应该尽量简单化。化直为曲的机械结构,总会有角度的便宜,占了它罢——活塞不太重,气缸竖起来的运行状态不太受重力影响,那个器的化直为曲却减少90度角的动力转换设计、制造、维护成本,嗯嗯,原则上点oo。

  22. 虚拟现场
    @4 years ago
    2059388

    @^2:金得瀚

    原则上点oo而已,如果还是有问题,也要XX掉。

    进阶设计

    备选模式2.1、往复平动连杆编织的那个器
    平动系列的机械实体,都不可能在转动体的固定一点上持续施加驱动力。
    如果这些平动的机械零件,组成一个系统(例如有一个零件和气缸活塞保持接触的曲轴连杆系统),通过在互相持续施力,持续改变相当位置关系——从而持续改变互相施力的方向——将会驱动其中的一个或者几个零件,向外界做出化直为曲的动作。
    太好了,制造很多个这种系统,凑成一个很长的大系统,把气缸活塞的平动传到车头后方很远的地方,并且驱动轮子旋转,这火车就爬了起来。
    嗯嗯,样子仿佛车两边扒着成群的自行车运动员,我蹬他屁股,你踹他膝盖,他死死抱住第四者,在空中划出诡异的曲线,踩得车轮呼呼旋转….这个应力的问题不会有吧?那个掉颗钉子进去搞坏连杆蜘蛛网的问题不会有吧?….先看看别的模式能不能更好吧。

    模式2.2、转动传递物组成的那个器。
    反正最终要让轮子猛力旋转,而且旋转的机械最容易互相传递旋转力。既然如此,干脆只在气缸活塞附近装上化直为曲的零件,然后全是旋转的零件,互相传递转动力,直到传给轮子的边缘。
    这个结构不难实现,主要就是一些齿轮、转轴,满街跑的汽车就是这样传动的,只不过把施加点设计在轮轴上,没有最大限度利用放大驱动力矩的条件(在轮子的结构上占了便宜,不必使用更重更贵的带齿车轮毂)。
    这种设计,让传动系统持续接触轮子边缘的固定位置,持续产生最大转动力矩,而且靠传动齿的咬合,能比普通刹车装置更可靠地制动,比平动系列的传动系统更适应轮子的相对横扭,自然更适应坡陡弯小的路况。
    看来这个模式相对更好,如果不要求轮子像普通火车跑水平轨道一样的高速旋转(持续紧紧咬合的传动系统零件都必须持续高速旋转,会出现其他大问题,所以普通火车不要这个模式),可以点oo。

  23. 2061912

    @celeron533:
    台灣!! 所以說這車頭是窄軌系統的~~~

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