後退ギア

蒸気機関車では、逆転装置は機関車の進行方向を制御するために使用されます。また、蒸気機関車の カットオフを調整します。

これは最も一般的な形式のリバーサーです。米国ではジョンソン バーとも呼ばれています。キャブの運転席側に、移動方向と平行に取り付けられた長いレバーで構成されています。上部にハンドルとバネ付きトリガーがあり、下部で旋回して 2 つのノッチ付きセクター プレートの間を通過します。バルブ ギアに接続するリバース ロッドは、この (ハンドル)レバーの旋回軸の上または下に、適切なてこ作用が得られる位置で取り付けられています。四角いピンがプレートのノッチとかみ合い、トリガーを放したときにレバーを目的の位置に保持するように配置されています。

この設計の利点は、前進ギアと後進ギアの切り替えを非常に迅速に行うことができることです (たとえば、入換機関車で必要となる場合)。

リバースレバーにはキャッチ機構があり、一連のノッチと噛み合ってレバーを希望のカットオフ位置に保持します。つまり、オペレーターは最大ギアと中間ギアの間のカットオフ位置を完全に選択できるわけではなく、ノッチに対応する位置のみを選択できます。ノッチの位置は、機関車の設計者または製造者が機関車の用途を考慮して選択します。一般に、貨物用に設計されたエンジンは、ノッチが少なく、最小カットオフが「長め」です (低速では高い牽引力が得られますが、高速では効率が悪くなります)。一方、旅客用機関車は、ノッチが多く、最小カットオフが短くなります (牽引力を犠牲にして高速での効率を高めます)。ノッチによって提供される最小カットオフが高すぎると、蒸気の浪費や蒸気通路の「詰まり」を招くことなく、上記の効率的な方法（レギュレーターを完全に開いた状態）で機関車を走行させることが不可能になるため、レギュレーターを閉じる必要があります。これにより効率が制限されます。

ジョンソン バーは、実質的にはバルブ ギア全体の一部であり、さまざまなリンケージやアームに接続されて、それらを調整する機能を果たします。つまり、バルブ ギアの力がレバーに伝達される可能性があります。これは、エンジンにアンバランス スライド バルブがある場合に特に当てはまります。アンバランス スライド バルブは動作摩擦が高く、バルブの両側で蒸気の力を受けます。この摩擦​​により、エンジンが高蒸気圧 (広い調整器開口部と高いカットオフ) または高速で動作しているときにジョンソン バーがロック解除されると、スライド バルブに作用するはずの力が、リンケージを介して自由になったリバース レバーに逆方向に伝達される可能性があります。これにより、レバーが突然、激しく完全カットオフ位置に投げ出され、運転手の負傷、バルブ ギアの損傷、機関車の車輪のスリップの引き金となるという実際の危険が伴います。これを防ぐ唯一の方法は、調整器を閉じて、バルブ チェスト内の蒸気圧を下げることです。次に、リバース レバーのラッチを解除して新しいカットオフ位置に設定し、レギュレーターを再び開くことができます。このプロセス中、機関車は動力を受けていません。上り勾配では、シリンダーへの十分な蒸気圧を維持しながら、レギュレーターの開度をジョンソン バーのラッチを安全に解除できる程度まで下げるのは、高度な技術が求められました。レギュレーターが再び開くたびに、車輪のスリップが発生する可能性があり、緩く連結された列車では、レギュレーターが開閉するたびに、列車の全長にわたって動的な力が発生し、連結が壊れる危険がありました。スクリュー リバーサーは、これらの問題をすべて克服しました。

従来のジョンソン・バーの危険性（20世紀前半を通じて機関車の出力、重量、動作蒸気圧が増加するにつれて増大した）により、米国では州際通商委員会によって禁止された。1939年以降、すべての新造蒸気機関車には動力逆転装置を装備しなければならず、1942年以降はジョンソン・バーを装備した機関車で大規模なオーバーホールまたは再構築を受ける場合は動力逆転装置を後から装備しなければならなかった。軽量で低出力の機関車とスイッチャーには例外があった。全速ギアから全速後進ギアへの頻繁な方向転換を必要とするスイッチャーには、低速ギアのスクリューリバーサーのハンドルを何度も回すのではなく、1回の動作で素早く方向転換できるため、ジョンソン・バーが好まれた。

スクリューリバーサー機構（英国ではベーコンスライサーと呼ばれることもある）では、逆転ロッドはキャブ内のホイールによって動かされるスクリューとナットによって制御される。ナットは、上記のように、逆転ロッドに対して直接またはレバーを介して作動する。機構をできるだけ素早く動かすために、スクリューとナットに二条ねじ（別名2条ねじ）と粗いピッチを切ることができる。ホイールにはクリープを防止するためのロックレバーが取り付けられており、使用中のカットオフのパーセンテージを示すインジケーターがある。カットオフを変更するこの方法は、セクターレバーよりも細かい制御ができるが、動作が遅いという欠点がある。これは、カットオフを頻繁に変更する必要がなく、微調整が最も役立つ長距離旅客機関車に最適である。ウェスティングハウスの空気ブレーキ装置とスティーブンソンの弁装置を装備した機関車では、ナットを伸ばしてピストンを形成し、スクリューハウジングをエアシリンダーとして使用するのが一般的であった。ブレーキリザーバーからの圧縮空気がピストンの片側に適用され、重い膨張リンクを持ち上げるために必要な労力が軽減され、反対方向では重力が補助されます。^[1]

エンジンが大型化すると、遮断と方向を制御するリンケージが次第に重くなり、調整に動力補助が必要になりました。蒸気 (後に圧縮空気) 駆動の逆転装置は、19 世紀後半から 20 世紀初頭にかけて開発されました。通常、操作者は逆転機構に接続されたシリンダーの片側または反対側に蒸気を入れるバルブを操作し、インジケーターが目的の位置を示すまで操作しました。リンケージを所定の位置に維持するには、通常は制御コックを閉じることで所定の位置に保持されるオイル充填シリンダー内のピストンである 2 番目の機構が必要でした。

スターリングギア

このような装置を最初に取り付けた機関車技師は、1873年のグラスゴー・アンド・サウス・ウェスタン鉄道のジェームズ・スターリングであった。 ^[2]その後、GWRのウィリアム・ディーンやノース・イースタン鉄道のヴィンセント・レイヴンなど数人の技師が試したが、主にメンテナンスの難しさからあまり気に入らなかった。ピストン・グランドまたはコックを通じたロッキング・シリンダーからのオイル漏れにより、走行中に機構がゆっくりと動き出し、さらに悪いことに「急降下」してフル前進ギアに入ってしまうのであった。スターリングはサウス・イースタン鉄道に移り、同社の後継者であるハリー・スミス・ウェインライトは、スターリングの発明から約30年後に生産されたほとんどの設計にこの装置を取り入れた。さらに後には、先見の明のあるサザン鉄道の技師オリバー・ブレイドが有名なマーチャント・ネイビー・クラスの機関車にこの装置を取り付けたが、改造の際にほとんどが取り外された。

ヘンゼイのリバースギア

1882年に特許を取得したヘンゼイの逆転装置は、初期の典型的な解決策を示しています。^[3]ヘンゼイの装置は、1本のピストンロッドに取り付けられた2つのピストンで構成されています。両方のピストンは両端が開いています。1つは必要に応じてロッドを動かす蒸気ピストンです。もう1つはオイルが入っており、蒸気がオフになっているときにロッドを固定位置に保持します。制御は、小さな3方蒸気バルブ（「前進」、「停止」、「後退」）と、ロッドの位置と使用中のカットオフの割合を示す別のインジケーターによって行われます。蒸気バルブが「停止」のとき、ロッキングピストンの両端を接続するオイルコックも閉じられ、メカニズムが所定の位置に保持されます。ピストンロッドはレバーで逆転装置に接続され、使用されているバルブギアの種類に応じて通常の方法で動作します。

ラゴネットパワーリバーサー

1909年に特許を取得したラゴネットのパワーリバースは、真のフィードバック制御サーボ機構でした。パワーリバースは、機関車の運転席で控えめな力で行われたリバースレバーの小さな動きを、エンジンのカットオフと方向を制御するリーチロッドのはるかに大きく強力な動きに増幅しました。^[4]通常は空気圧で駆動しましたが、蒸気で駆動することもできました。^[5]サーボモーター という用語は、後のパワーリバース機構の開発者によって明示的に使用されました。^[6]これらの後のパワーリバース機構でフィードバック制御を使用することで、油圧ロック機構用の2番目のシリンダーの必要性がなくなり、リバースリンケージの制御とその位置の表示の両方を行う単一の操作レバーのシンプルさが回復しました。

連結式機関車の開発は、パワーリバースシステムの開発の大きな推進力となった。なぜなら、これらには、単純な機関車に1組だけあるのに対し、通常2組、あるいは3組のリバースギアがあったからである。^{[7] [8]}ボールドウィン機関車工場はラゴネット逆転装置を使用し、他の米国の製造業者は概して、遅かれ早かれポジティブロック機能を放棄した。PRR K4、PRR N1、PRR B6、PRR L1など、多くの米国の機関車はパワーリバース装置付きで製造または後付けされたが、英国ではロックシリンダーが使用され続けた。1950年に特許を取得したハドフィールド逆転装置は、ほとんどの点でラゴネット逆転装置にロックシリンダーを追加したものだった。^[9]ベイヤー・ガレットの機関車のほとんどはハドフィールドシステムを使用していた。^[10]

• 車両ジョンソンバー

• アレン、セシル J; (1949); 20 世紀の機関車の実践と性能; W. ヘッファー アンド サンズ社; ケンブリッジ
• ベル、A. モートン; (1950);機関車 : 第 1 巻; 第 7 版; ロンドン、Virtue and Company Ltd.