Stephenson valve gear
સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયર અથવા સ્ટીફનસન લિંક અથવા શિફ્ટિંગ લિંક એ વાલ્વ ગિયરની એક સરળ રચના છે જેનો વિવિધ પ્રકારના વરાળ એન્જિન માટે સમગ્ર વિશ્વમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થતો હતો. તેનું નામ રોબર્ટ સ્ટીફનસનના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે પરંતુ તેની શોધ તેમના કર્મચારીઓ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. ઐતિહાસિક પૃષ્ઠભૂમિ 1830ના દાયકા દરમિયાન, વરાળ એન્જિન માટેના સૌથી લોકપ્રિય વાલ્વ ડ્રાઇવને યુનાઇટેડ કિંગડમમાં ગેબ ગતિ અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં વી-હુક ગતિ તરીકે ઓળખવામાં આવતી હતી. ગેબ ગતિમાં દરેક નળાકાર માટે વિશિષ્ટતા અને સળિયાઓના બે સમૂહનો સમાવેશ થતો હતો; એક તરંગી આગળ આપવા માટે સુયોજિત હતી અને બીજી એન્જિનને પાછળની તરફ ગતિ કરતી હતી અને એક અથવા બીજી તે મુજબ ગેબ્સના માધ્યમથી વિતરણ વાલ્વને ચલાવતી પિન સાથે જોડાઈ શકે છેઃ-વી આકારના છેડાઓ તરંગી સળિયાઓ સાથે જોડાયેલા હોય છે જે ડોલાકારને તેની સ્થિતિ ગમે તે હોય તે રીતે પકડે છે. તે એક અણઘડ પદ્ધતિ હતી, જે ચલાવવા માટે મુશ્કેલ હતી, અને માત્ર નિશ્ચિત વાલ્વ ઇવેન્ટ્સ આપતી હતી. 1841માં, રોબર્ટ સ્ટીફનસન એન્ડ કંપનીના બે કર્મચારીઓ, ડ્રાફ્ટ્સમેન વિલિયમ હોવે અને પેટર્ન બનાવનાર વિલિયમ વિલિયમ્સે, ગેબ્સને ઊભી સ્લૉટેડ લિંક સાથે બદલવાની સરળ રીત સૂચવી હતી, જે બંને છેડા પર વિચિત્ર સળિયાઓની ટીપ્સ પર કેન્દ્રિત હતી. દિશા બદલવા માટે, કડી અને લાકડીના છેડાઓને રીચીંગ લિવર સાથે જોડતી રીચીંગ લાકડી દ્વારા કામ કરાયેલ પ્રતિસંતુલિત ઘંટડી ક્રેન્ક દ્વારા શારીરિક રીતે ઊંચા અથવા નીચા કરવામાં આવતા હતા. આ માત્ર રિવર્સિંગને સરળ બનાવ્યું એટલું જ નહીં, પરંતુ એવું પણ સમજાયું હતું કે ગિયરને નાની વૃદ્ધિમાં ઊંચો અથવા નીચો કરી શકાય છે, અને આ રીતે "આગળ" અને "પાછળ" વિશિષ્ટતામાંથી અલગ-અલગ પ્રમાણમાં સંયુક્ત ગતિ વાલ્વ સુધી ટૂંકી મુસાફરી પ્રદાન કરશે, પ્રવેશ વરાળને કાપી નાખશે. લાંબા કટઑફ પર એન્જિન શરૂ કરવાની અથવા ચડતા ઢાળની પ્રથા બની ગઈ, સામાન્ય રીતે પાવર સ્ટ્રોકની મહત્તમ 70-80% અને કટઑફને ટૂંકો કરવાની પ્રથા બની ગઈ કારણ કે વિસ્તૃત કામગીરીની અર્થવ્યવસ્થા અને દરેક સ્ટ્રોકના અંતે વધેલા લીડ અને ઉચ્ચ સંકોચનની અસરથી લાભ મેળવવા માટે વેગ મેળવવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રક્રિયા લોકપ્રિય રીતે "લિંકિંગ અપ" અથવા "નોચિંગ અપ" તરીકે જાણીતી હતી, બાદમાં કારણ કે રિવર્સિંગ લિવરને ચોક્કસ સ્થિતિમાં પકડી શકાય છે, જે ચતુર્થાંશમાં નોચને જોડતા લિવર પર કેચ દ્વારા કરી શકાય છે; આ શબ્દ સ્ક્રૂ રિવર્સરની રજૂઆત પછી પણ અટવાઇ ગયો હતો. સ્ટીફનસન ગિયરનો વધુ આંતરિક ફાયદો જે મોટાભાગના અન્ય પ્રકારોમાં જોવા મળતો ન હતો તે ચલ લીડ હતો. ગિયર કેવી રીતે બહાર પાડવામાં આવ્યું તેના આધારે, સંપૂર્ણ ગિયરમાં ઓછી ઝડપે કામ કરતી વખતે દરેક પિસ્ટન સ્ટ્રોકના અંતે સંકોચન અને પીઠના દબાણને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડવું શક્ય હતું; ફરી એકવાર જેમ જેમ વેગ મળ્યો અને કટઓફ ટૂંકો થયો, તેથી લીડ આપમેળે આગળ વધી ગઈ અને સંકોચનમાં વધારો થયો, દરેક સ્ટ્રોકના અંતે પિસ્ટનને ગાદી આપી અને બાકીની ફસાયેલી વરાળને ગરમ કરી જેથી આવતા પ્રવેશ વરાળના તાજા ચાર્જમાં તાપમાનમાં ઘટાડો ન થાય. સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયરની અંદર સાર્વત્રિક રીતે કાર્યરત અમેરિકન લોકોમોટિવ્સ લગભગ 1900 સુધી ફ્રેમની વચ્ચે મૂકવામાં આવ્યા હતા, જ્યારે તે ઝડપથી વોલશેર્ટની બહારની ગતિને માર્ગ આપ્યો હતો. યુરોપમાં, સ્ટીફનસન ગિયરને ક્યાં તો ડ્રાઇવિંગ વ્હીલ્સની બહાર મૂકી શકાય છે અને ક્યાં તો એક્સેન્ટ્રિક્સ અથવા રીટર્ન ક્રેન્ક દ્વારા અથવા તો એક્સલથી એક્સેન્ટ્રિક્સ દ્વારા સંચાલિત ફ્રેમ્સ વચ્ચે ચલાવી શકાય છે, જેમ કે મોટાભાગે ગ્રેટ બ્રિટનમાં થયું હતું. એપ્લિકેશન્સ અબનેર ડોબલે સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયરને ધ્યાનમાં રાખ્યુંઃ "(.) બધામાં સૌથી સાર્વત્રિક રીતે યોગ્ય વાલ્વ ગિયર, કારણ કે તે લાંબા એન્જિન માળખા અથવા ટૂંકા એક માટે કામ કરી શકાય છે. તે ખૂબ જ સરળ વાલ્વ ગિયર હોઈ શકે છે અને હજુ પણ ખૂબ જ સચોટ હોઈ શકે છે, પરંતુ તેનો મોટો ફાયદો એ છે કે તેની ચોકસાઈ સ્વ-સમાવિષ્ટ છે, કારણ કે તેના આધાર બિંદુઓ (શાફ્ટ, વાલ્વ ક્રોસહેડ અને લિંક હેંગર આર્મ પર વિશિષ્ટતા) વચ્ચેના ચોક્કસ સંબંધની વાલ્વની ગતિ પર બહુ ઓછી અસર પડે છે. એન્જિન પર તેનો ઉપયોગ જેમાં તમામ સિલિન્ડરો એક જ સમતલમાં આવેલા હોય, તે લેખકની માન્યતામાં શ્રેષ્ઠ પસંદગીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. સ્ટીફનસન ગિયરનો બીજો ફાયદો, જે સિસ્ટમ માટે આંતરિક છે, તે ચલ લીડ છેઃ સામાન્ય રીતે સંપૂર્ણ ગિયરમાં શૂન્ય હોય છે અને કટઓફ ટૂંકા થાય તેમ વધે છે. સ્ટીફનસન ગિયરનો એક પરિણામી ગેરલાભ એ છે કે જ્યારે ખૂબ જ ટૂંકા કટ-ઓફનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે ત્યારે તે સ્ટ્રોકના અંતે વધુ પડતા સંકોચનનું વલણ ધરાવે છે, અને તેથી ન્યૂનતમ કટ-ઓફ વોલશેર્ટ્સ ગિયરવાળા લોકોમોટિવ જેટલું નીચું ન હોઈ શકે. લાંબા તરંગી સળિયા અને ટૂંકી કડી આ અસરને ઘટાડે છે. સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયર એ કોઈપણ એન્જિન માટે અનુકૂળ વ્યવસ્થા છે જેને રિવર્સ કરવાની જરૂર હોય છે અને તે રેલવે એન્જિન, ટ્રેક્શન એન્જિન, વરાળ કાર એન્જિન અને સ્થિર એન્જિન કે જેને રિવર્સ કરવાની જરૂર હોય, જેમ કે રોલિંગ-મિલ એન્જિન પર વ્યાપકપણે લાગુ કરવામાં આવે છે. તેનો ઉપયોગ મોટાભાગના દરિયાઈ એન્જિન પર થતો હતો. ગ્રેટ વેસ્ટર્ન રેલ્વેએ તેના મોટાભાગના લોકોમોટિવ્સ પર સ્ટીફનસન ગિયરનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જોકે પછીના ચાર સિલિન્ડર એન્જિનનો ઉપયોગ વોલશેર્ટ્સ ગિયરની અંદર કરવામાં આવ્યો હતો. ગિયરની વિગતો મુખ્યત્વે વિસ્તરણ કડીની ગોઠવણીમાં અલગ પડે છે. પ્રારંભિક લોકોમોટિવ પ્રેક્ટિસમાં, તરંગી લાકડીના છેડાઓને કડીના છેડા પર પિવોટ કરવામાં આવતા હતા, જ્યારે દરિયાઈ એન્જિનમાં, તરંગી લાકડીના પિવોટને કડી સ્લોટની પાછળ (અથવા ઊભી એન્જિનની નીચે) ગોઠવવામાં આવતા હતા. આ અનુક્રમે 'લોકોમોટિવ લિંક' અને 'લોન્ચ લિંક' તરીકે જાણીતા બન્યા. પ્રક્ષેપણ કડીએ લોકોમોટિવના પ્રકારનું સ્થાન લીધું કારણ કે તે સંપૂર્ણ ગિયરમાં પિસ્ટન સળિયાને વધુ સીધી રેખીય ડ્રાઇવની મંજૂરી આપે છે અને આપેલ મુસાફરી માટે જરૂરી વિચિત્ર કદને ઘટાડીને આપેલ જગ્યામાં લાંબા સમય સુધી વાલ્વની મુસાફરીની મંજૂરી આપે છે. 1850ના દાયકાથી જ અમેરિકન લોકોમોટિવ્સ માટે પ્રક્ષેપણ-પ્રકારની કડીઓ ખૂબ સારી રીતે સાર્વત્રિક હતી, પરંતુ યુરોપમાં, 1846ની શરૂઆતમાં આવી હોવા છતાં, તે 1900ની આસપાસ સુધી વ્યાપક બની ન હતી. મોટા દરિયાઈ એન્જિન સામાન્ય રીતે બલ્કિયર અને વધુ મોંઘા દરિયાઈ ડબલ-બાર લિંકનો ઉપયોગ કરે છે, જે વધુ પહેરેલી સપાટીઓ ધરાવે છે અને જે પ્રક્ષેપણ લિંકમાં અંતર્ગત ભૌમિતિક સમાધાનને ઘટાડીને વાલ્વ ઇવેન્ટ્સમાં સુધારો કરે છે. યુનાઇટેડ કિંગડમમાં, સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયર ધરાવતા લોકોમોટિવ્સમાં સામાન્ય રીતે આ લોકોમોટિવ ફ્રેમ્સની વચ્ચે માઉન્ટ કરવામાં આવતા હતા. 1947માં, લંડન, મિડલેન્ડ અને સ્કોટિશ રેલવેએ તેમના સ્ટેનિઅર વર્ગ 5 4-6-0 એન્જિનમોટિવ્સની શ્રેણીનું નિર્માણ કર્યું હતું, જેમાંથી મોટાભાગનામાં વોલશેર્ટ્સના વાલ્વ ગિયર હતા જે આ વર્ગ માટે સામાન્ય હતા, પરંતુ તેમાંથી એક, નં. 4767, સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયર વ્હીલ્સ અને ફ્રેમ્સની બહાર માઉન્ટ થયેલ હતું. એક્સેન્ટ્રિક્સને બદલે, વિચિત્ર સળિયા ચલાવવા માટે ડબલ રીટર્ન ક્રેન્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો અને પ્રક્ષેપણ-પ્રકારની વિસ્તરણ કડીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આની કિંમત 13,278 પાઉન્ડ હતી, જે વોલશેર્ટ્સના વાલ્વ ગિયર સાથે એક જ સમયે બાંધવામાં આવેલી કિંમત કરતાં લગભગ 600 પાઉન્ડ વધારે હતી. આ પ્રયોગનો ઉદ્દેશ એ જાણવાનો હતો કે ચલ લીડ (વોલશેર્ટ્સની ગતિની સતત લીડના વિરોધમાં) ધરાવતું વાલ્વ ગિયર કામગીરીને અસર કરશે કે કેમ. ટ્રાયલ પર, તેનો કોઈ ફાયદો સાબિત થયો ન હતો, જો કે સામાન્ય સેવામાં તેણે બેંકોમાં સારા પ્રદર્શન કરનાર તરીકેની પ્રતિષ્ઠા મેળવી હતી. વ્યુત્પન્ન હાર્મોનિક વાલ્વ ગિયર તરીકે, સ્ટીફનસન ગોઠવણીને મહત્તમ ગણી શકાય. તેમ છતાં, હકીકત એ છે કે લિંકને ઉલટાવવા માટે શારીરિક રીતે વિસ્થાપિત કરવાની જરૂર હતી તેનો અર્થ એ હતો કે તેને નોંધપાત્ર ઊભી મંજૂરીની જરૂર હતી. તેની રજૂઆતના સમયે, લોકોમોટિવ વિશ્વમાં ગુરુત્વાકર્ષણનું કેન્દ્ર રાખવું મહત્વપૂર્ણ માનવામાં આવતું હતું, અને તેથી બોઈલર સેન્ટર લાઇન શક્ય તેટલી ઓછી હતી. બ્રિટનમાં વાલ્વ ગિયર સામાન્ય રીતે બોઈલરની નીચેની ફ્રેમની વચ્ચે મૂકવામાં આવતા હોવાથી, અત્યંત તંગ પરિસ્થિતિઓએ વાલ્વ ગિયરને સર્વિસિંગ માટે અપ્રાપ્ય બનાવી દીધું હતું. રિવર્સિંગ પણ એક સખત વ્યવસાય હોઈ શકે છે કારણ કે તેમાં કડીનું વજન અને વિચિત્ર લાકડીના છેડા ઉઠાવવાનો સમાવેશ થાય છે. આ સમસ્યાઓનું સમાધાન કરવા માટે બે મુખ્ય પ્રકારો વિકસાવવામાં આવ્યા હતાઃ ગૂચ વાલ્વ ગિયર ગૂચ વાલ્વ ગિયરમાં (1843માં ડેનિયલ ગૂચ દ્વારા શોધાયેલ) રિવર્સિંગ અને કટ-ઓફ ફંક્શન્સ ત્રિજ્યા સળિયાને વધારીને અથવા ઘટાડીને પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યા હતા જે વાલ્વ-સળિયાને નિશ્ચિત બિંદુની આસપાસ "સ્થિર" કડી સાથે જોડે છે. માંગવામાં આવેલા ફાયદાઓમાં ગિયર માટે ઊંચાઈ ઘટાડવી અને હળવી ક્રિયા હતી કારણ કે રિવર્સિંગ લીવર માત્ર ત્રિજ્યા સળિયાનું વજન ઉપાડવા માટે જરૂરી હતું. આનો અર્થ એ થયો કે કડી અંતર્મુખને બદલે બહિર્મુખ (વિશિષ્ટતાના સંબંધમાં) હતી. ગૂચ વાલ્વ ગિયરમાં સંપૂર્ણ ગિયરમાં વાલ્વ સ્પિન્ડલ અને તરંગી લાકડી વચ્ચે કોણીયતાનો ગેરલાભ હતો, જ્યારે સ્ટીફનસન ગિયરના શ્રેષ્ઠ સ્વરૂપો, થ્રસ્ટ એક સીધી રેખામાં હતો. ગૂચ ગિયર ગમે તે કટઓફ પર સતત લીડ આપતું હતું. જ્યારે ગૂચ અથવા સ્ટીફનસન ગિયરથી સજ્જ સમાન એન્જિનમોટિવ્સની સેવામાં સરખામણી કરવામાં આવી ત્યારે આ એક ગેરલાભ હોવાનું જણાયું હતું ગૂચ ગિયર 1860ના દાયકા સુધી એક કે બે ઇજનેરો સિવાય બ્રિટનમાં ક્યારેય લોકપ્રિય નહોતું, પરંતુ ફ્રાન્સમાં તે એકદમ સામાન્ય હતું. એલન સ્ટ્રેટ લિંક વાલ્વ ગિયર એલન સ્ટ્રેટ લિંક વાલ્વ ગિયર (1855માં એલેક્ઝાન્ડર એલન દ્વારા શોધાયેલ) માં સ્ટીફનસન અને ગૂચ ગિયર્સની વિશેષતાઓને જોડવામાં આવી હતી. રિવર્સિંગ અને કટ-ઓફ ફંક્શન્સ એક સાથે ત્રિજ્યા સળિયાને વધારીને અને લિંકને ઘટાડીને અથવા તેનાથી ઊલટું પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યાં હતાં. ગૂચ ગિયરની જેમ, આ જગ્યા બચાવે છે પરંતુ એલન ગિયરએ પ્રદર્શનને સ્ટીફનસનની નજીક આપ્યું હતું. વધુમાં, સીધી વિસ્તરણ કડી ઉત્પાદનને સરળ બનાવે છે. ફરી એકવાર, એલન ગિયરનો ઉપયોગ યુકેમાં વારંવાર થતો ન હતો પરંતુ ખંડમાં એકદમ સામાન્ય હતો. યુકેના નોંધપાત્ર ઉદાહરણોમાં ગ્રેટ વેસ્ટર્ન રેલવેના 1361 અને 1366 વર્ગો અને નેરો-ગેજ ફેફેસ્ટિનિઓગ રેલવેના 0-4-0 TT વર્ગ (જે જ્યોર્જ ઈંગ્લેન્ડ એન્ડ કંપની દ્વારા ઉત્પાદિત કરવામાં આવ્યા હતા) અને નેરો-ગેજ ટેલિલીન રેલવેના મૂળ લોકોમોટિવ્સ, ટેલિલીન એન્ડ ડોલ્ગોચ (જે ફ્લેચર, જેનિંગ્સ એન્ડ કંપની દ્વારા ઉત્પાદિત કરવામાં આવ્યા હતા) છે. 1844માં બેલ્જિયન રેલ્વે મિકેનિકલ એન્જિનિયર એગાઇડ વોલશેર્ટ્સ દ્વારા શોધાયેલ વોલશેર્ટ્સ વાલ્વ ગિયર પણ જુઓ, જે યુરોપ અને ઉત્તર અમેરિકામાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું વાલ્વ ગિયર બન્યું હતું. બેકર વાલ્વ ગિયરની શોધ 1903 માં અમેરિકન ઇજનેરો દ્વારા કરવામાં આવી હતી અને ઉત્તર અમેરિકામાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. કેપ્રોટી વાલ્વ ગિયરની શોધ 1920 ના દાયકાની શરૂઆતમાં ઇટાલિયન આર્કિટેક્ટ અને એન્જિનિયર આર્ટુરો કેપ્રોટી દ્વારા ઓટોમોટિવ વાલ્વ પર આધારિત કરવામાં આવી હતી, જેમાં તે કેમશાફ્ટ અને પોપપેટ વાલ્વનો ઉપયોગ કરે છે. અન્ય કોઈપણ પદ્ધતિ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ માનવામાં આવે છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ પ્રમાણભૂત સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયરની આકૃતિ. આકૃતિઓ સાથે સ્ટીફનસન વાલ્વ ગિયરના શૂટિંગમાં મુશ્કેલી. લોકોમોટિવ વાલ્વ ગિયર