グレズリー共役弁装置

グレズリー共役弁装置は、ロンドン・ネバダ州立大学の主任機械技師であるサー・ナイジェル・グレズリーがハロルド・ホルクロフトの助力を得て設計した蒸気機関車用の弁装置である。この装置により、3気筒機関車は外側のシリンダー用の2組の弁装置のみで動作できるようになり、内側のシリンダーの弁の動きはレバー（「2対1」または「共役」レバーと「等」レバー）によってそれらから得られる。^{[1]この装置は、ホルクロフトが開発に大きく貢献したことを称えて、}グレズリー・ホルクロフト装置と呼ばれることもある。

グレズリー共役歯車は実質的には加算機であり、内側のシリンダーのバルブの位置は 2 つの外側のシリンダーの位置の合計ですが、方向が逆になっています。また、4 気筒蒸気機関車で一般的なように、外側のシリンダーと内側のシリンダーの間にある揺動レバーと考えることもできますが、ピボット ポイントは、もう一方の外側のシリンダーからのレバーによって前後に動かされます。

各バルブの動きを正弦波で近似すると、つまり、バルブの往復運動の位置が「駆動角」の正弦に正確に比例するとすると、駆動角のゼロ点をそのバルブに必要な位置に設定すれば、計算は簡単になります。2 対 1 レバーの長い方の端に固定されているバルブの位置は で、他の 2 つのバルブの位置はと になるはずです。2 対 1 レバーの短い方の端の位置は で、これはの任意の値に対してとの中間であることがわかります。したがって、2 対 1 レバーの短い方の腕を軸にして回転する 1 対 1 レバーで十分です。^{[引用が必要]}${\displaystyle \scriptstyle \sin \;\theta }$${\displaystyle \scriptstyle \sin(\theta +120^{\circ })}$${\displaystyle \scriptstyle \sin(\theta -120^{\circ })}$${\displaystyle \scriptstyle -{\tfrac {1}{2}}\sin \theta }$ ${\displaystyle \scriptstyle \sin(\theta +120^{\circ })}$${\displaystyle \scriptstyle \sin(\theta -120^{\circ })}$${\displaystyle \scriptstyle \;\!\theta }$

グレズリー弁装置を備えた機関車は、3つのピストンが正確に120度間隔で作動する必要があります。（120-120-120以外の間隔に利点がある場合は、異なるレバー比率で異なる間隔に対応できます。）内側のコネクティングロッドが先頭の連結された車軸をクリアするために、グレズリー弁装置を備えた機関車の内側のシリンダーは通常、外側のシリンダーよりも高く、下向きに傾斜しています。^[2]トルクのスムーズな流れを維持するために、クランク角度は内側のシリンダーの角度（例：120/113/127度）を補正するために均等な120度間隔からオフセットされています。シリンダーから出る蒸気の噴出の結果として生じるタイミングにより、これらの3気筒機関車は規則的な排気ビートを実現します。

グレズリー ギアには多くの問題がありました。結合装置はバルブ スピンドルのバルブ ギアの反対側の端に取り付けられていたため、シリンダー内の蒸気の熱でバルブ スピンドルが長くなると、バルブのタイミングが影響を受け、メンテナンスのためにバルブを取り外す前にギアを取り外す必要がありました。^[3]しかし、B17 クラス「フットボール」/「サンドリンガム」4-6-0 では、結合ギアをシリンダーの前ではなく後ろに配置することで、この問題を回避しました。^[4] このバルブ ギアの主な問題は、高速走行時に慣性力によって長い結合レバーが曲がったり「むち打ったり」することです。^[5]これにより、中間シリンダーが外側シリンダーよりも長いカットオフで動作し、総出力の不均衡な割合が生成され、中間ビッグ エンドの摩耗が増加しました。高速走行が続くと、大端部が急速に摩耗し、ベアリングの遊びの増加によって中間ピストンの移動量が増え、中間シリンダーから大端部が外れてしまうことがありました。これは、「シルバーフォックス」が時速 113 マイル (200 km/h) で走行しているときに発生しました。^{[6]この問題は、平時の環境では定期的な保守と検査によって抑えることができますが、}第二次世界大戦中の過酷な運転と保守レベルの低さという厳しい状況には適さないことが判明しました。これにより、有名な流線型のパシフィック A4 クラスのセンターシリンダーコネクティングロッドで大端部の問題が発生し、これらの機関車の多くには直径の小さいピストンが取り付けられ、一時的な対策としてシリンダーの内側がスリーブで覆われました。LNER A4クラス4468マラードは、世界記録走行中にセンターシリンダービッグエンドの損傷（ベアリングに取り付けられた「悪臭爆弾」の破裂によって運転手に通知され、ホワイトメタルの過熱で破裂する）を被り、その後修理のために車両基地までよろよろと戻ることを余儀なくされた。LNERでグレズリーの後任となったエドワード・トンプソンは、この特定のバルブギアに批判的だった。^[7]彼は、新しい2シリンダー設計を導入するだけでなく、各シリンダーに別々のワルシャートバルブギアセットを備えたグレズリー機関車を再構築し始めた。 ^[8] その後イギリス国鉄の所有下で、バルブギアの正確な位置合わせと内部ビッグエンドベアリングの製造と潤滑のための以前のグレート・ウェスタン鉄道のワークショップ手法を適用することで、問題を効果的に解決した。

グレズリー共役弁装置は、アメリカン・ロコモティブ・カンパニーによってライセンス供与され、ユニオン・パシフィック鉄道向けに1926年から1930年にかけて製造された4-12-2機関車、ユニオン・パシフィック9000クラスに使用された。これらはこの弁装置を使用した最大の機関車であった。また、オーストラリアでは1928年のビクトリア鉄道Sクラス4-6-2 ^[9]や1929年のニューサウスウェールズ州政府鉄道D57クラス4-8-2にも使用された。 ^[10]

英国と同様に、この機構にも問題がないわけではなかった。ユニオン・パシフィック9000クラス機関車の一部は「ダブル・ワルシャーツ」バルブギアに改造され、後期の機関車はグレズリー機構の可動部分にローラーベアリングを採用した。オーストラリアでは、VR Sクラス・パシフィックが、先導輪の車軸に「セット」を配置することでグレズリーを悩ませた中間シリンダーの問題の多くを回避し、3つのシリンダーすべてを同じ水平面に配置できるようにした。後期のVRおよびNSWGRの3シリンダー機関車設計では、グレズリーシステムの高額なメンテナンス費用を克服するために、グレズリーシステムの代わりになる機構が使用された。^{[11] [12] 1941年の}ビクトリア鉄道Hクラスには、グレズリーシステムよりも優れていると判断されたドイツのヘンシェル・ウント・ゾーンの共役バルブギア機構が装備された。 ^[13]

ニューサウスウェールズ州では、 1950年にD58クラスが長い共役レバーを横棒に置き換え、右バルブステムのラックとピニオンを使用して横棒を回転させ、2番目のラックとピニオンを介して同等のレバーピボットに動きを与えました。 ^[14]理論的にはグレズリーシステムよりも改善されていますが、実際にはさらに問題があることが判明しました。^[11]

グレズリーのバルブギアは、 1928 年にニュージーランド鉄道に納入されたNZR G クラスのベイヤー ギャレット 6 気筒機関車で使用されました。製造元のベイヤー ピーコックは、グレズリー ギアを使用した 3/6 気筒オプションに反対しましたが、NZR CME の GS リンデはそれを要求しました。これらの 3 台の連接機関車は成功せず、6 台の「パシフィック」機関車に改造されました。

日本では、C53形機関車がグレズリー歯車装置を採用した唯一の量産型機関車であった。島秀夫が設計し、1928年から1929年にかけて97両が製造され、東京と大阪という国内二大都市を結ぶ東海道本線の急行列車「つばめ」や「富士」を牽引した。当初の期待に応えた性能であったが、機械が複雑だったため耐用年数は短く、1950年までに同形の機関車はすべて廃止された。1961年に廃車場から救出されたC53 45号機は、観光列車牽引用に復元され、現在は京都鉄道博物館に保存されている。^{[15] [16]}

• ホルクロフトバルブギア
• 南アフリカ クラス 18 2-10-2

• 鉄道機関車歴史協会南カリフォルニア支部 ユニオンパシフィックALCO製3気筒4-12-2 UP9000に関する情報（音声録音と写真を含む）