蒸気泉

蒸気ばねまたは蒸気サスペンションは、ジョージ・スティーブンソンが設計、製造した初期の蒸気機関車に使用されたサスペンションの一種です。使用されたのは短期間で、10台未満の機関車に使用された可能性があります。

初期の鉄道では鋳鉄製の フィッシュベリーレールが使用されていました。このレールは脆く、衝撃荷重を受けると割れやすくなっていました。1820 年代の新しい蒸気機関車は、初期のプレートウェイの馬車よりもはるかに重かったです。この時代の機関車は、ボイラー内に垂直シリンダーも使用していました。ピストンが動く垂直方向の力によってハンマーブローがさらに発生し、レールにかかる負荷が増加しました。

サスペンションのもうひとつの理由は、車輪とレールの摩擦接触を改善するためだった。これは良好な接触を維持することに依存しており、そのためには不均一な線路上で車輪が良好にサスペンションされる必要があった。^[2]当時、滑らかな鉄の車輪とレールの間の摩擦が不十分であると考えられていたため、粘着牽引式機関車の列車牽引能力には大きな疑問があった。サラマンカを設計したブレンキンソップなど、一部の設計者は歯車のシステムが必要だと考えた。スティーブンソンは、車輪とレールの接触が良好に維持されれば、摩擦粘着だけで十分であると信じていた。

こうした初期の機関車の時代には、機関車の重量を支えるのに適切な鋼鉄のバネを鍛造する方法がまだなかった。ハンツマンのるつぼ法以来、高品質の鋼鉄は入手可能であったが、それでも「半貴金属」と見なされるほど高価であった。^[4]ベッセマーの転炉によって安価なバルク鋼が利用可能になるまでには、さらに40年を要した。同様の問題が安全弁にも発生し、安全弁はデッドウェイトやハックワースのかさばる板バネの積み重ねに頼らざるを得なくなり、^[5]後に登場した 鋼鉄のコイルバネは普及しなかった。

スティーブンソンの「蒸気サスペンション」は、各車輪に独自の「蒸気スプリング」を提供しました。垂直シリンダーがボイラーのベースに設置され、各車軸の上と側面に2つずつオフセットされていました。スティーブンソンの機関車のシャーシまたはフレームは構造上の強度をほとんど提供せず、そのほとんどはボイラーの外殻から得られました。各シリンダー内のピストンは車軸の荷重を支え、ボイラー内の蒸気圧に逆らって上向きに押しました。^[6]直径がわずか数インチのピストンで、機関車の重量をバランスさせるのに十分でした。車軸箱ベアリングは、ボイラーの下の木製フレームに取り付けられたホーンブロック内で垂直にスライドできました。

ピストンシールは、この当時、永遠の課題でした。低圧で作動する大型の固定式エンジンのピストンシールは、革製のカップワッシャー、溜まった水、さらには牛糞の湿布など、さまざまな方法でシールされていました。固定式蒸気エンジンを移動式蒸気機関車に変える上で不可欠な要素であった作動圧力の上昇に伴い、ピストンシールへの要求はさらに高まりました。ピストンは、溝にオークのロープを巻き付けてシールされることが多く、そのロープには獣脂が塗られることが多かったです。ロープシールを湿らせて膨張させることは、良好なシールを実現するための重要な要素であると認識されていました。蒸気スプリングシリンダーはボイラーの下部、水面下にあったため、密閉性は良好であると期待されていました。それにもかかわらず、蒸気スプリングシリンダーは漏れの問題を引き起こし続けたため、最終的に取り外され、鉄または鋼の板バネに交換されました。^[7] ウッドは1831年にキリングワース機関車の1台を描いたもので、現在は金属製の板バネと連結棒が取り付けられている。^{[8] [9]}

ジョージ・スチーブンソンの最初の機関車は1814年のブリュッヒャー^{でした。 [6] [i]}これは4輪の機関車で、車輪は平歯車で連結されていました。比較的新しい技術であるフランジ付き車輪を備えたエッジレールでは、車輪との良好な接触を維持するのに問題があったため、牽引力が弱かったです。これは「キリングワース炭鉱機関車」として知られる初期のスチーブンソン機関車の最初のものでした。^[ii]スチーブンソンの次の設計はこれを発展させたもので、やはり4輪でしたが、今度はチェーン駆動で車輪を連結しました。^[11]これは蒸気ばねを使用した最初の機関車でした。^[1]

スチーブンソンは機関車製造者としての名声を得ており、スコットランドのキルマーノック・アンド・トゥルーン鉄道で使われる最初の機関車の製造を依頼された。デュークはキリングワースの機関車と同じチェーン駆動と蒸気バネを使用し、6輪で大型だった。この機関車は社外の顧客向けに製造されることになっていたため、スチーブンソンはキリングワースの工場設備を使用できなくなり、友人のウィリアム・ロッシュのニューキャッスルのウォーカー鉄工所で製造された。^[7]この機関車の改良の詳細は、1816年9月30日にロッシュと共同で出願した特許に記載されている。

デュークはおそらく1817年に完成し^[12]、キルマーノックで運行されたが、レール破損の問題は続いたようである。 1824年10月にファイフの鉄道用にエルギン伯爵に売却されたが、レールには重すぎたため、チャールズタウンの採石場の固定式ポンプエンジンとして使用され、1830年からはダンファームリン近くの炭鉱でも使用された。その後の運命は記録されていない。

スコットランドの公爵の描写のほとんどは不正確で、キリングワースの機関車やスティーブンソンのロケットに基づいているが、1914年に百周年を記念した銀の模型が作られ、6つの車輪と蒸気ばねのシリンダーを示しており、これだけは正確であると思われる。^[13]

1820年から1822年にかけてヘットン炭鉱向けに5台の機関車が製造され、そのうち4台はヘットン、ダート、タリーホー、スターと名付けられました。^{[7] [14]これらは}デュークと同様の設計でしたが、3フィート9インチの車輪を備えた4輪でした。蒸気バネ付きで製造されましたが、後に蒸気漏れの問題により取り外されました。^[7]

1852 年、リヨンはこれらの初期のヘットン機関車のレプリカとして製造されました。

その後の機関車は蒸気ばねを廃止した。 1825年のストックトン・アンド・ダーリントン鉄道の機関車にはばねは備えられていなかった。ばねはなかったが、レールと車輪の接触を良好に保つために左右の補正が備えられていた。車軸の1つは「キャノンボックス」ベアリングで支えられており、中央で軸受けされ、左右に傾くことができた。^[15]機関車の乗り心地は安定しなかったが、車輪が不均一な軌道をたどることは可能だった。車輪の間にこのキャノンボックスがあったため、以前は中央駆動チェーンが使用できなかったため、スティーヴンソンは初めて今ではどこにでもある連結棒を採用した。蒸気ばねの場合と比べてサスペンションの移動距離が短くなったため、自由走行連結棒の設置も容易になった。これは、一方の車軸が他方の車軸に対して動いたときに有効ホイールベースが変化することを回避できたためである。

バネのない乗り物によって元々の8本スポークの鋳鉄製車輪が壊れたため、ハックワースはこれを、同心円状の部品の間に木製のくさびを入れて真っ直ぐにした、彼独特の2ピースの鋳鉄製ディスク車輪に交換した。^[15]この時までに、より強いレールの使用により、レールの破損は減少していた。この新しい可鍛性の錬鉄製レールは、スチーブンソンとロッシュの間の亀裂の原因となった。ロッシュは当初、スチーブンソンが短期間共同経営者となっていた自身の製鉄所から鋳鉄製レールを供給することを期待していたからである。しかしスチーブンソンは、代わりにジョン・バーキンショーのベドリントン製鉄所の改良された鉄製レールを使用することを選択した。