Stephenson valve gear
स्टीफेंसन वाल्व गियर या स्टीफेंसन लिंक या शिफ्टिंग लिंक वाल्व गियर का एक सरल डिज़ाइन है जिसका व्यापक रूप से दुनिया भर में विभिन्न प्रकार के भाप इंजनों के लिए उपयोग किया जाता था। इसका नाम रॉबर्ट स्टीफेंसन के नाम पर रखा गया है लेकिन इसका आविष्कार उनके कर्मचारियों ने किया था। ऐतिहासिक पृष्ठभूमि 1830 के दशक के दौरान, भाप इंजनों के लिए सबसे लोकप्रिय वाल्व ड्राइव को यूनाइटेड किंगडम में गैब मोशन और संयुक्त राज्य अमेरिका में वी-हुक मोशन के रूप में जाना जाता था। गैब गति में प्रत्येक सिलेंडर के लिए एक्सेंट्रिक्स और रॉड के दो सेट शामिल थे; एक सनकी को आगे देने के लिए सेट किया गया था और दूसरा इंजन को पीछे की ओर गति देता था और एक या दूसरा तदनुसार गैब्स के माध्यम से वितरण वाल्व को चलाने वाले एक पिन के साथ संलग्न हो सकता थाः-वी के आकार के सिरों को सनकी रॉड के लिए माना जाता है जो वॉल्व रॉड को चलाने वाले रॉकर को पकड़ता है जो भी उसकी स्थिति हो। यह एक अनाड़ी तंत्र था, जिसे संचालित करना मुश्किल था, और केवल निश्चित वाल्व घटनाएँ देता था। 1841 में, रॉबर्ट स्टीफेंसन एंड कंपनी के दो कर्मचारियों, ड्राफ्ट्समैन विलियम होवे और पैटर्न निर्माता विलियम विलियम्स ने गैब्स को एक ऊर्ध्वाधर स्लॉटेड लिंक के साथ बदलने के सरल उपाय का सुझाव दिया, जो दोनों सिरों पर सनकी छड़ की नोकों पर केंद्रित था। दिशा बदलने के लिए, लिंक और रॉड के सिरों को एक रीच रॉड द्वारा काम किए गए काउंटरबैलेंस्ड बेल क्रैंक के माध्यम से शारीरिक रूप से ऊपर या नीचे किया जाता था जो इसे रिवर्सिंग लीवर से जोड़ता था। यह न केवल रिवर्सिंग को सरल बनाता है, बल्कि यह भी महसूस किया गया कि गियर को छोटी वृद्धि में उठाया या कम किया जा सकता है, और इस प्रकार अलग-अलग अनुपात में "आगे" और "पीछे" एक्सेंट्रिक्स से संयुक्त गति वाल्व तक कम यात्रा प्रदान करेगी, जिससे प्रवेश भाप में कटौती होगी। लंबे कटऑफ पर इंजन या चढ़ाई प्रवणता को शुरू करने की प्रथा बन गई, आमतौर पर लगभग 70-80% अधिकतम पावर स्ट्रोक और कटऑफ को छोटा करने के लिए क्योंकि विस्तारक काम करने की अर्थव्यवस्था और प्रत्येक स्ट्रोक के अंत में बढ़े हुए सीसे और उच्च संपीड़न के प्रभाव से लाभ प्राप्त करने के लिए गति प्राप्त की गई थी। इस प्रक्रिया को लोकप्रिय रूप से "लिंकिंग अप" या "नॉचिंग अप" के रूप में जाना जाता था, क्योंकि रिवर्सिंग लीवर को एक चतुर्थांश में नोकों को संलग्न करने वाले लीवर पर एक कैच के माध्यम से सटीक स्थिति में रखा जा सकता था; यह शब्द स्क्रू रिवर्सर की शुरुआत के बाद भी अटक गया। स्टीफेंसन गियर का एक और आंतरिक लाभ जो अधिकांश अन्य प्रकारों में नहीं पाया गया, वह था परिवर्तनीय सीसा। इस बात पर निर्भर करते हुए कि गियर को कैसे रखा गया था, पूर्ण गियर में कम गति से काम करते समय प्रत्येक पिस्टन स्ट्रोक के अंत में संपीड़न और पीठ के दबाव को काफी कम करना संभव था; एक बार फिर जैसे-जैसे गति प्राप्त हुई और कटऑफ छोटा हो गया, इसलिए सीसा स्वचालित रूप से उन्नत हो गया और संपीड़न बढ़ गया, प्रत्येक स्ट्रोक के अंत में पिस्टन को कुशन करना और आने वाले प्रवेश भाप के ताजा चार्ज में तापमान में गिरावट से बचने के लिए शेष फंसी हुई भाप को गर्म करना। स्टीफेंसन वाल्व गियर के अंदर सार्वभौमिक रूप से कार्यरत अमेरिकी इंजनों को लगभग 1900 तक फ्रेम के बीच रखा गया था जब इसने जल्दी से वॉलशेर्ट के बाहर की गति को रास्ता दिया। यूरोप में, स्टीफेंसन गियर को या तो ड्राइविंग पहियों के बाहर रखा जा सकता था और या तो एक्सेंट्रिक्स या रिटर्न क्रैंक द्वारा या फिर एक्सल से एक्सेंट्रिक्स के माध्यम से संचालित फ्रेम के बीच चलाया जा सकता था, जैसा कि ज्यादातर ग्रेट ब्रिटेन में हुआ था। अनुप्रयोग अबनेर डोबल ने स्टीफेंसन वाल्व गियर पर विचार कियाः "(.) सभी में सबसे सार्वभौमिक रूप से उपयुक्त वाल्व गियर, क्योंकि इसे एक लंबी इंजन संरचना या एक छोटी संरचना के लिए तैयार किया जा सकता है। यह एक बहुत ही सरल वाल्व गियर हो सकता है और फिर भी बहुत सटीक हो सकता है, लेकिन इसका सबसे बड़ा लाभ यह है कि इसकी सटीकता स्व-निहित है, क्योंकि इसके समर्थन के बिंदुओं (शाफ्ट, वाल्व क्रॉसहेड और लिंक हैंगर आर्म पर एक्सेंट्रिक्स) के बीच सटीक संबंध का वाल्व की गति पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। इंजनों पर इसका उपयोग जिसमें सभी सिलेंडर एक विमान में होते हैं, लेखक के विश्वास में, सबसे अच्छा विकल्प दर्शाता है। स्टीफेंसन गियर का एक अन्य लाभ, जो सिस्टम के लिए आंतरिक है, परिवर्तनशील लीड हैः आमतौर पर पूर्ण गियर में शून्य और कटऑफ को छोटा करने के साथ बढ़ता है। स्टीफेंसन गियर का एक परिणामी नुकसान यह है कि जब बहुत छोटे कट-ऑफ का उपयोग किया जाता है तो स्ट्रोक के अंत में अति-संपीड़न की प्रवृत्ति होती है, और इसलिए न्यूनतम कट-ऑफ वॉलशेर्ट्स गियर वाले लोकोमोटिव जितना कम नहीं हो सकता है। लंबी सनकी छड़ें और एक छोटी कड़ी इस प्रभाव को कम करती है। स्टीफेंसन वाल्व गियर किसी भी इंजन के लिए एक सुविधाजनक व्यवस्था है जिसे उलटने की आवश्यकता होती है और इसे व्यापक रूप से रेलवे इंजनों, कर्षण इंजनों, भाप कार इंजनों और स्थिर इंजनों पर लागू किया जाता था जिन्हें उलटने की आवश्यकता होती है, जैसे कि रोलिंग-मिल इंजन। इसका उपयोग अधिकांश समुद्री इंजनों पर किया जाता था। ग्रेट वेस्टर्न रेलवे ने अपने अधिकांश इंजनों पर स्टीफेंसन गियर का उपयोग किया, हालांकि बाद के चार-सिलेंडर इंजनों का उपयोग वाल्शर्ट गियर के अंदर किया गया। गियर का विवरण मुख्य रूप से विस्तार लिंक की व्यवस्था में भिन्न होता है। प्रारंभिक लोकोमोटिव अभ्यास में, सनकी छड़ के सिरों को लिंक के सिरों पर घुमाया जाता था, जबकि समुद्री इंजनों में, सनकी छड़ धुरी को लिंक स्लॉट के पीछे (या एक ऊर्ध्वाधर इंजन पर नीचे) स्थापित किया जाता था। इन्हें क्रमशः 'लोकोमोटिव लिंक' और 'लॉन्च लिंक' के रूप में जाना जाने लगा। प्रक्षेपण लिंक ने लोकोमोटिव प्रकार को हटा दिया क्योंकि यह पूर्ण गियर में पिस्टन रॉड के लिए अधिक सीधे रैखिक ड्राइव की अनुमति देता है और किसी दिए गए स्थान के भीतर एक दी गई यात्रा के लिए आवश्यक सनकी के आकार को कम करके एक लंबी वाल्व यात्रा की अनुमति देता है। 1850 के दशक से अमेरिकी इंजनों के लिए प्रक्षेपण-प्रकार के लिंक बहुत अच्छी तरह से सार्वभौमिक थे, लेकिन यूरोप में, हालांकि 1846 की शुरुआत में हुए थे, वे लगभग 1900 तक व्यापक नहीं हुए थे। बड़े समुद्री इंजन आम तौर पर बल्कियर और अधिक महंगे समुद्री डबल-बार लिंक का उपयोग करते थे, जिसमें अधिक पहनने वाली सतह होती है और जो लॉन्च लिंक में निहित ज्यामितीय समझौतों को कम करके वाल्व घटनाओं में सुधार करती है। यूनाइटेड किंगडम में, स्टीफेंसन वाल्व गियर वाले लोकोमोटिव में आम तौर पर इसे लोकोमोटिव फ्रेम के बीच में लगाया जाता था। 1947 में, लंदन, मिडलैंड और स्कॉटिश रेलवे ने अपने स्टैनियर क्लास 5 4-6-0 इंजनों की एक श्रृंखला का निर्माण किया, जिनमें से अधिकांश में वालशेर्ट्स का वाल्व गियर था जो इस वर्ग के लिए सामान्य था, लेकिन उनमें से एक, नहीं। 4767 में स्टीफेंसन वाल्व गियर पहियों और फ्रेम के बाहर लगाया गया था। एक्सेन्ट्रिक्स के बजाय, दोहरे रिटर्न क्रैंक का उपयोग सनकी छड़ें चलाने के लिए किया गया था, और एक प्रक्षेपण-प्रकार विस्तार लिंक का उपयोग किया गया था। इसकी कीमत 13,278 पाउंड थी, जो वाल्शर्ट के वाल्व गियर के साथ एक ही समय में बनाए गए उपकरणों की तुलना में लगभग 600 पाउंड अधिक थी। प्रयोग का उद्देश्य यह पता लगाना था कि क्या परिवर्तनीय सीसा (वालशेर्ट्स की गति के निरंतर सीसे के विपरीत) वाला एक वाल्व गियर प्रदर्शन को प्रभावित करेगा। परीक्षण में, इसका कोई लाभ नहीं साबित हुआ, हालांकि सामान्य सेवा में इसने बैंकों में एक अच्छे प्रदर्शनकर्ता के रूप में प्रतिष्ठा हासिल की। व्युत्पन्न एक हार्मोनिक वाल्व गियर के रूप में, स्टीफेंसन व्यवस्था को इष्टतम माना जा सकता है। फिर भी, तथ्य यह है कि लिंक को उलटने के लिए शारीरिक रूप से विस्थापित करने की आवश्यकता थी, इसका मतलब था कि इसे काफी ऊर्ध्वाधर निकासी की आवश्यकता थी। इसकी शुरुआत के समय, लोकोमोटिव की दुनिया में गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को रखना महत्वपूर्ण माना जाता था, और इसलिए बॉयलर केंद्र रेखा को यथासंभव कम रखा जाता था। चूँकि ब्रिटेन में वाल्व गियर को आम तौर पर बॉयलर के नीचे फ्रेम के बीच रखा जाता था, इसलिए बेहद तंग परिस्थितियों ने वाल्व गियर को सर्विसिंग के लिए दुर्गम बना दिया। इसके अलावा उलटना एक कठिन व्यवसाय हो सकता है क्योंकि इसमें कड़ी के भार और सनकी छड़ के सिरों को उठाना पड़ता है। इन समस्याओं को हल करने के लिए दो मुख्य प्रकार विकसित किए गए थेः गूच वाल्व गियर गूच वाल्व गियर में (1843 में डैनियल गूच द्वारा आविष्कार किया गया) रिवर्सिंग और कट-ऑफ कार्यों को एक त्रिज्या रॉड को ऊपर या नीचे करके प्राप्त किया गया था जो वाल्व-रॉड को एक निश्चित बिंदु के चारों ओर धुरी वाले "स्थिर" लिंक से जोड़ता था। जिन लाभों की मांग की गई थी, वे थे गियर के लिए कम ऊंचाई और हल्की कार्रवाई क्योंकि रिवर्सिंग लीवर की आवश्यकता केवल त्रिज्या छड़ के वजन को उठाने के लिए थी। इसका मतलब था कि कड़ी अवतल के बजाय उत्तल (विलक्षणता के संबंध में) थी। गूच वाल्व गियर में पूर्ण गियर में वाल्व स्पिंडल और सनकी छड़ के बीच कोणीयता का नुकसान था, जबकि स्टीफेंसन गियर के सबसे अच्छे रूप, थ्रस्ट एक सीधी रेखा में था। गूच गियर ने किसी भी कटऑफ पर लगातार बढ़त दी। यह एक नुकसान के रूप में देखा गया जब गूच या स्टीफेंसन गियर से सुसज्जित समान इंजनों की सेवा में तुलना की गई, गूच गियर 1860 के दशक तक एक या दो इंजीनियरों को छोड़कर ब्रिटेन में कभी भी लोकप्रिय नहीं था, लेकिन यह फ्रांस में काफी आम था। एलन स्ट्रेट लिंक वाल्व गियर (1855 में अलेक्जेंडर एलन द्वारा आविष्कार किया गया) ने स्टीफेंसन और गूच गियर की विशेषताओं को जोड़ा। रिवर्सिंग और कट-ऑफ कार्यों को एक साथ त्रिज्या छड़ को ऊपर उठाकर और लिंक को कम करके या इसके विपरीत प्राप्त किया गया था। गूच गियर के साथ, यह जगह बचाता है लेकिन एलन गियर ने प्रदर्शन को स्टीफेंसन के करीब दिया। इसके अलावा, सीधे विस्तार लिंक ने निर्माण को सरल बनाया। एक बार फिर, एलन गियर का उपयोग अक्सर यूके में नहीं किया जाता था, लेकिन महाद्वीप पर काफी आम था। ब्रिटेन के उल्लेखनीय उदाहरण हैं ग्रेट वेस्टर्न रेलवे के 1361 और 1366 वर्ग, और नैरो-गेज फेफेस्टिनियोग रेलवे का 0-4-0 TT वर्ग (जो जॉर्ज इंग्लैंड एंड कंपनी द्वारा निर्मित किया गया था) और नैरो-गेज टैलीलीन रेलवे के मूल इंजन, टैलीलीन और डॉल्गॉक (जो फ्लेचर, जेनिंग्स एंड कंपनी द्वारा निर्मित किए गए थे)। 1844 में बेल्जियम के रेलवे मैकेनिकल इंजीनियर एगाइड वाल्शर्ट्स द्वारा आविष्कार किए गए वाल्शर्ट्स वाल्व गियर को भी देखें, जो यूरोप और उत्तरी अमेरिका में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला वाल्व गियर बन गया। बेकर वाल्व गियर का आविष्कार 1903 में अमेरिकी इंजीनियरों द्वारा किया गया था और उत्तरी अमेरिका में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। 1920 के दशक की शुरुआत में इतालवी वास्तुकार और इंजीनियर आर्टुरो कैप्रोटी द्वारा मोटर वाहन वाल्व के आधार पर कैप्रोटी वाल्व गियर का आविष्कार किया गया था, यह कैमशाफ्ट और पॉपेट वाल्व का उपयोग करता है। किसी भी अन्य विधि की तुलना में अधिक कुशल माना जाता है। संदर्भ बाहरी लिंक मानक स्टीफेंसन वाल्व गियर का आरेख। आरेख के साथ स्टीफेंसन वाल्व गियर की शूटिंग में समस्या। लोकोमोटिव वाल्व गियर