Rack jernbane - Rack railway

Lokomotiv 7 i Vitznau-Rigi-Bahn , et af de sidste operationelle lokomotiver med en lodret kedel
Fungerende af rack og pinion på Strub systemet
Ende på stativet i jernbanen Saline-Volterra, bygget med Strub-systemet

En rackbane (også tandhjulsbane , tandhjulsbane eller tandhjulsbane ) er en stejl jernbane med en tandstangskinne , normalt mellem løbeskinnerne . De togene er udstyret med en eller flere tandhjul eller tanddrev der går i indgreb med denne tandstang jernbane. Dette gør det muligt for togene at køre på stejle kvaliteter over 10%, hvilket er maksimum for friktionsbaseret jernbane . De fleste rackbaner er bjergbaner , selvom nogle få er transitbaner eller sporveje bygget til at overvinde en stejl hældning i et bymiljø .

Den første tandhjulsbane var Middleton Railway mellem Middleton og Leeds i West Yorkshire , England, Storbritannien , hvor det første kommercielt succesfulde damplokomotiv , Salamanca , kørte i 1812. Dette brugte et tandhjuls system designet og patenteret i 1811 af John Blenkinsop .

Den første bjergkogbane var Mount Washington Cog Railway i den amerikanske delstat New Hampshire , der transporterede sine første billetbetalende passagerer i 1868. Sporet blev færdiggjort for at nå toppen af Mount Washington i 1869. Den første bjergrejebane i kontinentaleuropa var Vitznau-Rigi-Bahn på Rigi- bjerget i Schweiz , der åbnede i 1871. Begge linjer kører stadig.

Racksystemer

Forskellige reolsystemer: fra venstre,
Riggenbach , Strub , Abt og Locher .

En række forskellige reolsystemer er blevet udviklet. Med undtagelse af nogle tidlige Morgan- og Blenkinsop -rackinstallationer placerer reolsystemer stativskinnen halvvejs mellem løbeskinnerne. I dag bruger de fleste rackbaner Abt -systemet.

Blenkinsop (1812)

Blenkinsop stativ og tandhjul med tænder kun på ydersiden af ​​den ene skinne

John Blenkinsop mente, at friktionen ville være for lav fra metalhjul på metalskinner, så han byggede sine damplokomotiver til Middleton Railway i 1812 med et tandhjul med en tand på 914 mm i diameter (914 mm) på tandhjulet venstre side, der beskæftiger sig med tandstangstænder (to tænder per foot) på ydersiden af skinnen, metal "fishbelly" kantskinne med sin side rack væsen støbt i ét stykke, i tre-fod (en yard; ni- hundrede og fjorten millimeter) længder. Blenkinsops system forblev i brug i 25 år på Middleton Railway, men det blev en kuriositet, fordi simpel friktion viste sig at være tilstrækkelig til jernbaner, der kører på plant underlag.

Marsh (1861)

Marsh rack og pinion system

Den første succesrige rackbane i USA var Mount Washington Cog Railway, udviklet af Sylvester Marsh . Marsh blev udstedt et amerikansk patent på den generelle idé om en jernbanestang i september 1861 og i januar 1867 for et praktisk stativ, hvor tandstængerne har form af ruller arrangeret som trin på en stige mellem to L-formede smedejern skinner. Den første offentlige forsøg med Marsh -stativet på Mount Washington blev foretaget den 29. august 1866, da kun 402 meter spor var blevet afsluttet. Mount Washington -jernbanen åbnede for offentligheden den 14. august 1868. Drevhjulene på lokomotiverne har dybe tænder, der sikrer, at mindst to tænder er i indgreb med stativet til enhver tid; denne foranstaltning hjælper med at reducere muligheden for at tandhjulene kører op og ud af stativet.

Faldt (1860'erne)

Hovedartikel: Fell bjergbanesystem

Fell bjergbanesystemet, udviklet i 1860'erne, er ikke strengt taget en rackbane, da der ikke er tandhjul med tænder. Dette system bruger derimod en glat hævet midterskinne mellem de to løbeskinner på stejle sektioner af linjer, der er grebet på begge sider for at forbedre friktionen. Togene drives af hjul eller bremses af sko, der presses vandret på midterskinnen, samt ved hjælp af de normale løbehjul.

Riggenbach (1871)

Riggenbach reolsystem

Riggenbach rack -systemet blev opfundet af Niklaus Riggenbach, der arbejdede på omtrent samme tid som, men uafhængigt af Marsh. Riggenbach fik et fransk patent i 1863 baseret på en arbejdsmodel, som han brugte til at interessere potentielle schweiziske bagmænd. I løbet af denne tid besøgte den schweiziske konsul til USA Marsh's Mount Washington Cog Railway og rapporterede tilbage med entusiasme til den schweiziske regering. Regeringen var ivrig efter at øge turismen i Schweiz og bestilte Riggenbach at bygge en rackbane op ad Rigi -bjerget . Efter opførelsen af en prototype lokomotiv og testbane i et stenbrud nær Bern , den Vitznau-Rigi-Bahn åbnede den 22. maj 1871.

Riggenbach -systemet ligner i design til Marsh -systemet. Det bruger en stige rack, udformet af stål plader eller kanaler forbundet med runde eller firkantede stænger med jævne mellemrum. Riggenbach -systemet lider af det problem, at dets faste stigerække er mere komplekst og dyrere at bygge end de andre systemer.

Efter succesen med Vitznau-Rigi-Bahn etablerede Riggenbach Maschinenfabrik der Internationalen Gesellschaft für Bergbahnen (IGB)-et firma, der producerede racklokomotiver til hans design.

Abt (1882)

Abt rack system
Abt rack system brugt på Snowdon Mountain Railway .
Traktionsovergangssektion

Abt -systemet blev udtænkt af Carl Roman Abt , en schweizisk lokomotivingeniør. Abt arbejdede for Riggenbach ved hans værker i Olten og senere hos hans IGB -racklokomotivfirma. I 1885 grundlagde han sit eget anlægsvirksomhed.

I begyndelsen af ​​1880'erne arbejdede Abt på at udtænke et forbedret stativsystem, der overvandt begrænsningerne ved Riggenbach -systemet. Især Riggenbach -stativet var dyrt at fremstille og vedligeholde, og kontakterne var komplekse. I 1882 designede Abt et nyt stativ ved hjælp af massive stænger med lodrette tænder bearbejdet i dem. To eller tre af disse stænger er monteret centralt mellem skinnerne, med tænderne forskudt. Brug af flere stænger med forskudte tænder sikrer, at tandhjulene på lokomotivets drivhjul konstant er i indgreb med stativet. Abt -systemet er billigere at bygge end Riggenbach, fordi det kræver en lavere vægt af stativet over en given længde. Riggenbach -systemet udviser imidlertid større slidstyrke end Abt.

Abt udviklede også et system til udjævning af overgangen fra friktion til tandhjulstraktion ved hjælp af en fjedermonteret tandstangssektion for gradvist at bringe tandhjulstænderne i indgreb.

Den første brug af Abt -systemet var på Harzbahn i Tyskland, som åbnede i 1885. Abt -systemet blev også brugt til konstruktion af Snowdon Mountain Railway i Wales fra 1894 til 1896.

Drevhjulene kan monteres på samme aksel som skinnehjulene, eller køres separat. Damplokomotiverne på Mount Lyell Mining and Railway Company havde separate cylindre, der driver tandhjulet, ligesom lokomotiverne i "X" -klassen på Nilgiri Mountain Railway .


Strub (1896)

Strub-reolsystemet blev opfundet af Emil Strub i 1896. Det bruger en rullet fladbundet skinne med tandstænger bearbejdet i hovedet cirka 100 mm (3,9 tommer) fra hinanden. Sikkerhedskæber monteret på lokomotivet griber ind i hovedets underside for at forhindre afsporing og fungere som en bremse. Strub's amerikanske patent, udstedt i 1898, indeholder også detaljer om, hvordan stativskinnen er integreret med mekanismen for et valgdeltagelse .

Den mest kendte anvendelse af Strub-systemet er på Jungfraubahn i Schweiz. Den 7+1 ⁄ 4  in(184 mm) sporviddeBeamish Cog RailwaypåBeamish Museumer den eneste rackbane i England. Den har en 46 meter lang viadukt og klatrer ved en maksimalstigningpå 1 ud af 8 eller 12,5% stigning.

Strub er det enkleste reolsystem at vedligeholde og er blevet stadig mere populært.


Locher (1889)

Locher rack system
Locher Rack system (set ovenfra)

Locher -stativsystemet, opfundet af Eduard Locher , har tandhjulstænder skåret i siderne frem for toppen af ​​skinnen, der er i indgreb af to tandhjul på lokomotivet. Dette system tillader brug på stejlere kvaliteter end de andre systemer, hvis tænder kunne springe ud af stativet. Det bruges på Pilatus Railway .

Locher satte sig for at designe et stativsystem, der kunne bruges på skråninger så stejle som 1 ud af 2 (50%). Abt -systemet - det mest almindelige racksystem i Schweiz på det tidspunkt - var begrænset til en maksimal gradient på 1 ud af 4 (25%). Locher viste, at Abt-systemet i stejlere klasse var tilbøjelig til at køre-tandhjulet overkørte stativet og forårsagede potentielt katastrofale afsporinger, som forudsagt af Dr. Abt. For at overvinde dette problem og lade et stativ stå op ad de stejle sider af Mount Pilatus , udviklede Locher et stativsystem, hvor stativet er en flad stang med symmetriske, vandrette tænder. Vandrette tandhjul med flanger under stativet griber ind i den centralt monterede stang, både driver lokomotivet og holder det centreret på sporet.

Dette system giver en meget stabil fastgørelse til banen og beskytter også bilen mod at vælte selv under de mest alvorlige sidevind. Sådanne gear kan også føre bilen, så selv flanger på løbende hjul er valgfri. Den største mangel ved systemet er, at standard jernbanekontakten ikke kan bruges, og der skal bruges et overførselsbord eller anden kompleks enhed, hvor der er behov for forgrening af sporet.

Efter test blev Locher -systemet indsat på Pilatus -jernbanen, der åbnede i 1889. Ingen anden offentlig jernbane bruger Locher -systemet, selvom nogle europæiske kulminer bruger et lignende system på stejlt graderede underjordiske linjer.

Morgan (1900)

Den ikke-drevne variant af Morgan-stativet, fra Goodman-kataloget fra 1919
Et rack-drevet Goodman-lokomotiv på en 16% -grad i en kulmine nær Everist, Iowa .

I 1900 modtog EC Morgan fra Chicago et patent på et jernbanesystem, der mekanisk lignede Riggenbach -stativet, men hvor stativet også blev brugt som en tredje skinne til at drive det elektriske lokomotiv. Morgan fortsatte med at udvikle tungere lokomotiver og med JH Morgan, valgdeltagelser for dette system. I 1904 patenterede han et forenklet, men kompatibelt stativ, hvor tænderne på motorhjulene greb ind i firkantede huller i en stangformet midterskinne. JH Morgan patenterede flere alternative valgmuligheder til brug med dette stativsystem. Mærkeligt nok anbefalede Morgan et off-center stativ for at tillade fri passage for fodgængere og dyr, der gik langs sporene. Nogle fotos af tidlige Morgan -installationer viser dette. Et forenklet stativmonteringssystem kunne bruges, når Morgan-stativet ikke blev brugt til tredje-jernbanestrøm, og Morgan-stativet tilbød interessante muligheder for gadebaner. Morgan -stativet var godt til karakterer på op til 16 procent .

Goodman Equipment Company begyndte at markedsføre Morgan -systemet til minejernbaner , og det oplevede udbredt brug, især hvor stejle kvaliteter blev stødt under jorden. I 1907 havde Goodman kontorer i Cardiff, Wales , for at betjene det britiske marked. Mellem 1903 og 1909 installerede McKell Coal and Coke-virksomheden i Raleigh County, West Virginia, 35.000 fod (10.700 m) Morgan rack/tredje-jernbanespor i sine miner. Mellem 1905 og 1906 installerede Mammoth Vein Coal Company 8.200 fod (2.500 m) drevet rack i to af sine miner i Everist, Iowa , med en maksimalgrad på 16%. Donohoe Coke Co. i Greenwald, Pennsylvania havde 3.050 m Goodman -stativ i sin mine i 1906. Morgan -systemet oplevede begrænset brug på en fælles transportjernbane i USA, Chicago Tunnel Company , en smalsporet fragt transportør, der havde en stejl klasse i rækken op til deres overfladebortskaffelsesstation på Chicago -søen.

Lamella

Fælles mellem Riggenbach og Lamella
Skitube Alpine Railway mellemspor forklaret

Lamella -systemet (også kendt som Von Roll -systemet) blev udviklet af Von Roll -virksomheden, efter at de rullede stålskinner, der blev brugt i Strub -systemet, blev utilgængelige. Det er dannet af et enkelt blad skåret i en lignende form som Abt -systemet, men typisk bredere end en enkelt Abt -stang. Lamellastativet kan bruges af lokomotiver designet til brug på Riggenbach- eller Strub-systemerne, så længe de sikkerhedskæber, der var en funktion i det originale Strub-system, ikke bruges. Nogle jernbaner bruger stativer fra flere systemer; for eksempel har St. Gallen Gais Appenzell Railway i Schweiz sektioner af Riggenbach, Strub og Lamella rack.

De fleste rackbaner bygget fra slutningen af ​​det 20. århundrede og fremefter har brugt Lamella -systemet.

Rack-and-adhesion systems / Pure rack-systemer

Rack-and-adhesion-systemer bruger tandhjulstrækningen kun på de stejleste sektioner og fungerer andre steder som en almindelig jernbane. Andre, de stejlere, er kun rack. På sidstnævnte type er lokomotivernes hjul generelt frihjulede og bidrager trods udseende ikke til at køre toget. I dette tilfælde fortsætter stativerne også i eventuelle vandrette dele.

Skifter

Jernbaneskift på en rackbane. Fremmødet bruger Lamella rackskinner, men det overordnede design var banebrydende af Strub. Banen uden for fremmødet bruger Riggenbach rackskinner. ( Schynige Platte Railway , Schweiz )
Mount Washington Cog Railway Operators, 2000
En automatisk hydraulisk opkald til Mount Washington Cog Railway

Rack -jernbanekontakter er lige så forskellige som rack -jernbaneteknologier, for valgfri racklinjer som Zentralbahn i Schweiz og West Coast Wilderness Railway i Tasmanien er det praktisk at kun bruge kontakter på sektioner, der er flade nok til vedhæftning (f.eks. På et pass -topmøde ). Andre systemer, der er afhængige af stativet til kørsel (med de konventionelle skinnehjul udriven) såsom Dolderbahn i Zürich , Štrbské Pleso i Slovakiet og Schynige Platte -rackbanen i stedet skal skifte stativskinnen. Dolderbahn -kontakten fungerer ved at bøje alle tre skinner, en operation, der udføres hver tur, når de to tog passerer i midten.

Den geometri af racksystemet har en stor indflydelse på opbygningen af sporskifter. Hvis stativet er hævet over skinneskinnerne, er det ikke nødvendigt at afbryde køreskinnerne for at tillade passage af motorernes drivhjul. Strub dokumenterede dette eksplicit i sit amerikanske patent. Strub brugte et komplekst sæt klokke-krumtap og skubbestænger, der forbandt kastestangen for punkterne til de to kastestænger til de bevægelige stativafsnit. Et brud i stativet var påkrævet for at vælge mellem de to ruter, og et andet brud var påkrævet, hvor stativskinnerne krydser løbeskinnerne. Fremmøderne til Morgan Rack -systemet var ens, idet stativet var hævet over skinneskinnerne. De fleste af Morgan -deltagelsespatenterne omfattede bevægelige reolsektioner for at undgå brud på stativet, men fordi alle Morgan -lokomotiver havde to sammenkædede drivhjul, var der ikke behov for et kontinuerligt stativ. Så længe pauserne i stativet var kortere end afstanden mellem drivhjulene på lokomotivet, kunne stativskinnen afbrydes, hvor der var behov for at krydse en løbeskinne.

Fremmødet er langt mere komplekst, når stativet er på eller under niveauet for løbeskinnerne. Marshs første rackpatent viser et sådant arrangement, og den originale Mount Washington Cog Railway, han byggede, havde ingen valgmuligheder. Det var først i 1941, at der blev konstrueret en valgdeltagelse på denne linje. Der blev bygget flere valgdeltagelser til linjen, men alle blev håndbetjent. I 2003 blev et nyt automatisk hydraulisk valgdeltagelse udviklet og bygget på basen som en prototype. Med succesen med den nye valgdeltagelse blev der bygget flere nye automatiske hydrauliske skiftemaskiner for at erstatte de håndbetjente. De nye valgdeltagelser, der blev installeret på Mount Washington -linjen i 2007, er i det væsentlige overførselstabeller . Locher -stativet kræver også overførselsborde.

Tandhjulslokomotiver

Lodret kedellokomotiv på jernbanen Vitznau - Rigi
"Old Peppersass" fra Mount Washington Cog Railway, USA
Schneeberg tandhjulslokomotiv med kip, med skrå kedel, på plant spor
Rittnerbahn tidligt elektrisk tandhjulslokomotiv og vogn

Oprindeligt blev næsten alle tandhjulsbaner drevet af damplokomotiver . Damplokomotivet skal ændres grundigt for at fungere effektivt i dette miljø. I modsætning til et diesellokomotiv eller elektrisk lokomotiv fungerer damplokomotivet kun, når dets motor (kedlen, i dette tilfælde) er rimeligt plant. Lokomotivkedlen kræver hele tiden vand til at dække kedlerørene og ildkassepladerne , især kronbladet , metaloverdelen af ​​ildkassen. Hvis dette ikke er dækket af vand, vil varmen fra ilden blødgøre det nok til at vige under kedeltrykket, hvilket fører til en katastrofal svigt.

På reolsystemer med ekstreme stigninger vippes lokomotivets kedel, førerhus og generelle overbygning fremad i forhold til hjulene, så de er mere eller mindre vandrette, når de er på det stejlt stigende spor. Disse lokomotiver kan ofte ikke fungere på plan spor, og derfor skal hele linjen, herunder vedligeholdelsesbutikker, lægges på en skråning. Dette er en af ​​grundene til, at rackbaner var blandt de første, der blev elektrificeret, og de fleste af nutidens rackbaner er elektrisk drevne. I nogle tilfælde kan der bruges en lodret kedel, der er mindre følsom for sporforløbet.

På en jernbane, der kun er til rack, er lokomotiverne altid nedad i forhold til deres personbiler af sikkerhedsmæssige årsager: Lokomotivet er udstyret med kraftige bremser, ofte inklusive kroge eller klemmer, der holder fast i stativskinnen. Nogle lokomotiver er udstyret med automatiske bremser, der aktiveres, hvis hastigheden bliver for høj, hvilket forhindrer løbsk. Ofte er der ingen kobling mellem lokomotiv og tog, da tyngdekraften altid vil presse personbilen ned mod lokomotivet. Elektrisk drevne køretøjer har ofte også elektromagnetiske sporbremser.

Den maksimale hastighed for tog, der kører på en tandhjulsbane, er meget lav, generelt fra 9 til 25 kilometer i timen (5,6 til 15,5 mph) afhængigt af stigning og fremdriftsmetode. Fordi Skitube har blidere gradienter end typisk, er dens hastigheder højere end typiske.

Rack jernbaner i fiktion

Culdee Fell Railway er en fiktiv tandhjulsbane på øen Sodor i The Railway Series af pastor W. Awdry . Driften, lokomotiverne og historien er baseret på Snowdon Mountain Railway . Det findes i bogen Mountain Engines .

Se også

Referencer

eksterne links