Ba/OKc

Ba / OKc
JvmKDAJ03133.jpg
UGJ littera Ba nr 25
(Järnvägsmuseet KDAJ03133)
Tillverkningsår1913
Byggt antal2
TillverkareSverige NOHAB
Axelföljd2'C—3 h4v
Hjulställning4-6-0 & 6 [a]
Effekt1355 ihk [b]
Största tillåtna hastighet90 km/h
Startdragkraft8,2 ton [c]
OperatörerSverige UGJ, SJ, DJ

UGJ littera Ba var en normalspårig ånglokstyp inom Uppsala―Gävle Järnväg (UGJ) som användes för att dra snälltåg.[5] Tillverkare var Nydqvist & Holm AB (NOHAB) och totalt levererades två lok till UGJ under år 1913 med individnummer 25 och 26.[5]

Ba-loken var konstruerade som fyrcylindriga tenderlok med överhettning och arbetade med dubbel expansion via högtrycks- och lågtryckscylindrar, s.k. kompoundlok.[4][d] De var Sveriges första fyrcylindriga kompoundlok.[7] Axelföljden var 2'C, d.v.s. en tvåaxlig löpboggi följt av tre kopplade axlar.[4] Loken blev en föregångare till SJ littera F, ett annat fyrcylindrigt kompoundlok verksamt inom Statens Järnvägar (SJ) som introducerades 1914.[4]

Ba-loken var omtyckta av personalen men UGJ kom aldrig att beställa fler Ba-lok då dessa var underhållskrävande p.g.a. tekniken med kompound.[8] Fyrcylindriga ånglok i sig var dyrare i inköp och underhåll jämfört med ett tvåcylindrigt maskineri och utövade dessutom ett större friktionsmotstånd.[9] Innan beställningen av Ba-loken hade loktillverkare offererat UGJ tvåcylindriga maskiner, men dessa hade avfärdats av UGJ p.g.a. olika skäl.[10] Vid efterföljande lokbeställning valde UGJ återigen en fyrcylindrig konstruktion baserad på Ba-loken, men där samtliga cylindrar hade samma dimensioner och endast arbetade med enkel expansion.[11] Dessa lok fick UGJ:s littera Bb och kom att bli Sveriges första och enda fyrlingar.[11]

I samband med att UGJ förstatligades 1933 övertogs Ba-loken av SJ.[4] Inom SJ tilldelades loken litterat OKc med individnummer 1515 och 1516.[4] SJ betraktade loken som udda och 1935 såldes nr 1515 till Dalslands Järnväg (DJ).[4] Nr 1516 skrotades vid SJ:s huvudverkstad i Örebro samma år[e] och plundrades på reservdelar åt DJ.[13][14] Inom DJ fick loket litterat H3[f] med individnummer 12.[13] När DJ elektrifierades 1939 försökte man avyttra loket, men inga intressenter fanns och därmed kom även det andra loket att skrotas.[13]

Igångsättning av fyracylinders kompoundlok

I ett kompoundlok matas normalt endast högtryckscylindrarna med ånga från pannan.[16] Avloppsångan överförs sedan till en ångbehållare (receiver) som sedan förser lågtryckscylindrarna med ånga.[17] I samband med start efter ett stationsuppehåll bidrar endast högtryckscylindrarna med startdragkraft innan receivern är fylld.[18] Vid större tågvikter kan detta försvåra igångsättningen av ett tåg.[18]

Ett sätt att starta fyrcylindriga kompoundlok är att lokföraren med ett reglage sätter högtryckscylindrarna ur spel och direkt matar lågtryckscylindrarna med ånga från pannan, men med reducerat tryck.[18] På så sätt agerar loket som ett tvillinglok, men med större dragkraft än vad enbart högtryckscylindrarna klarar och t.o.m. mer än i kompound.[19] SJ:s F-lok utvecklade nominellt 8,7 tons dragkraft i kompound och 9,4 tons dragkraft som tvillinglok med lågtryckscylindrarna.[19] Med enbart högtryckscylindrarna utvecklade F-loket nominellt 6,3 tons dragkraft.[19]

Ba-lokets nominella dragkraft vid kompound var 8,2 ton.[2] Om Ba-loket hade en motsvarande igångsättningsfunktion som F-loket är okänt.

Specifikationer

Specifikationerna är enligt Diehl, Forsberg, Höjer och Statens Järnvägar.[4][5][2][20] Dragkrafter uttryckta i ton är omvandlade till SI-enheter (kN) med hjälp av konventionsvärdet för tyngdaccelerationen, d.v.s. 9,80665 m/s².[21] Förkortningarna HC och LC står för "högtryckscylinder" respektive "lågtryckscylinder".

  • Spårvidd: 1435 mm (normalspår)
  • Axelanordning (lok): 2'C
  • Axelanordning (tender): 3
  • Löphjul Ø: 1015 mm
  • Kopplade hjul Ø: 1850 mm
  • Tenderhjul Ø: 1015 mm
  • Broms, lok: Ångbroms och skruvbroms
  • Broms, tender/tåg: Tryckluft (Knorr)
  • Belysning: AGA-gas (standardsystem)
  • Cylinderantal: 4 (2 HC + 2 LC)
  • Cylinderdiameter (HC): 386 mm
  • Cylinderdiameter (LC): 590 mm
  • Slaglängd: 660 mm
  • Slidstyrning: Walschaert
  • Rostyta: 2,80 m²
  • Eldyta: 137,8 m²
  • Överhettningsyta: 36,5 m²
  • Ångtryck: 14 kg/cm²
  • Materialvikt, lok: Okänd
  • Materialvikt, tender: 13,9 ton
  • Tjänstevikt, lok: 70,8 ton [g]
  • Tjänstevikt, tender: 33,2 ton
  • Adhesionsvikt: 47,2 ton
  • Kolförråd: 5,0 ton
  • Vattenförråd: 15,0 m³
  • Hjulbas, lok: 7925 mm
  • Hjulbas, tender: 3000 mm
  • Hjulbas, lok med tender: 13 990 mm
  • Längd över buffertar: 17 887 mm
  • Dragkraft (Höjer): 8,2 ton (80 kN)
  • Dragkraft (Diehl/Forsberg): 7,3 ton (72 kN)
  • Största tillåten hastighet: 90 km/h

Högtryckscylindrarna var invändigt placerade och lågtryckscylindrarna utvändigt.[5] Respektive set av högtrycks- och lågtryckscylinder var fasförskjutna 180° och noggrant balanserade för att få mycket goda gångegenskaper.[5] Högtryckscylindrarna drev den första kopplade axeln och lågtryckscylindrarna den andra.[5]

Indikerad effekt

Tillämpar man beräkning enligt Lokomotivlära utvecklade Ba-loket teoretiskt en indikerad effekt på 1355 ihk vid en gynnsammaste hastighet på 81,8 km/h.[22] Värdet gäller vid en normal rostansträngning. Med normal rostansträngning menas en påeldning av 500 kg stenkol per kvadratmeter rostyta och timme där stenkolets värmevärde är 7000 kcal/kg.[23] Vid denna rostansträngning och full belastning förbrukade Ba-loket teoretiskt 1,4 ton kol och 8,3 m³ vatten per timme. Teoretiskt räckte då tenderns kolförråd i 3,6 timmar och vattenförrådet i 1,8 timmar. Den tillförda effekten blir 9,80 miljoner kcal per timme, vilket motsvarar 15500 hk. En hästkraft motsvarar 632,415 kcal/h.[24]

Teoretiska dragkrafter vid olika hastigheter

Med indikerad effekt avses den effekt som utvecklas i cylindrarna.[22] Med nyttig effekt och nyttig dragkraft avses den effekt och dragkraft som utvecklas vid drivhjulsperiferin.[22] Tabellerna är beräknade med kalkylprogram och full decimalutveckling varför små avvikelser kan förekomma vid manuell kontrollberäkning.

Dragkrafter p.g.a. maskinkraften

Tabellen är beräknad enligt Lokomotivlära och gäller vid 75% cylinderfyllning och i kompounddrift.[25][h] Uppgifter om Ba-lokets maximala cylinderfyllning saknas. Värden i kursiv stil kan ej utvecklas fullt ut då pannans ångbildningsförmåga är begränsande.

DRAGKRAFTER P.G.A. MASKINKRAFTEN
Hastighet (km/h)10,520,931,441,952,3
Varvtal (varv/s)0,501,001,502,002,50
Indikerad effekt (ihk)36269398812441464
Maskineriets verkningsgrad0,8840,8840,8840,8840,884
Nyttig effekt (hk)32061287311001294
Nyttig dragkraft (ton)8,257,907,517,106,68

Dragkrafter p.g.a. pannans ångbildningsförmåga

Tabellen är beräknad enligt Lokomotivlära och gäller vid en normal rostansträngning.[26] Värden i kursiv stil kan ej utvecklas fullt ut då maskinkraften vid 75% cylinderfyllning är begränsande. Effektförhållande och maskineriets verkningsgrad är funktioner av hastighetsförhållandet och kan avläsas grafiskt i Lokomotivlära.[27] Cylinderfyllningarna är beräknade med formler i Lokomotivlära.[28]

DRAGKRAFTER P.G.A. PANNANS ÅNGBILDNINGSFÖRMÅGA
Hastighet (km/h)32,740,949,157,365,573,781,890,098,2
Varvtal (varv/s)1,561,962,352,743,133,523,914,304,69
Hastighetsförhållande0,40,50,60,70,80,91,01,11,2
Effektförhållande0,7920,8570,9070,9470,9750,9931,0000,9970,987
Indikerad effekt (ihk)107311611229128313211346135513511337
Maskineriets verkningsgrad0,8880,8820,8740,8660,8570,8460,8360,8230,810
Cylinderfyllning (%)77,963,453,446,240,535,831,828,325,3
Nyttig effekt (hk)95310241074111111321138113311121083
Nyttig dragkraft (ton)7,866,765,915,244,674,173,743,342,98

Teoretisk dragkraftskurva

Dragkraftskurvan är konstruerad med hjälp av data i tabellerna ovan. Vid låga hastigheter (<36 km/h) begränsas dragkraftsutvecklingen av maskinkraften vid 75% cylinderfyllning (röd kurva). Vid höga hastigheter (>36 km/h) begränsas dragkraftsutvecklingen av pannans ångbildningsförmåga (svart kurva). Den röda kurvan är extrapolerad till 0 km/h med kvadratisk regression.

*) Ordinatan (y-axeln) omfattar även tågmotstånd uttryckt i ton.

Enligt grafen kunde Ba-loket utveckla 8,6 tons dragkraft vid det absoluta startögonblicket. För detta krävdes en friktionskoefficient på 0,18 vilket låg innanför den i Lokomotivlära rekommenderade gränsen på 0,20 som syftade till att minska risken för slirning.[29][30] Den nominella dragkraften på 8,2 ton enligt Höjer kunde utvecklas upp till 12 km/h och krävde en friktionskoefficient på 0,17. Den nominella dragkraften på 7,3 ton enligt Diehl och Forsberg kunde utvecklas upp till 36 km/h och krävde en friktionskoefficient på 0,15.

I grafen finns inlagt motståndskurvor för ett tågsätt bestående av ett Ba-lok som drar 12 boggivagnar á 35 tons vagnvikt vid 10‰ motlut (grön kurva) samt vid vågrätt bana (brun kurva).[i] Lokets gångmotstånd är beräknad med Strahls formel och vagnarnas gångmotstånd är beräknad med Franks formel för boggivagnar.[31][32] Stigningsmotståndet vid 10‰ motlut är beräknad med 10 kg/ton tågvikt.[33] Ingen hänsyn har tagits till eventuellt kurvmotstånd. Total tågvikt med loket blir 524 ton. Skärningarna i dragkraftskurvan visar att Ba-loket teoretiskt kunde dra tågsättet vid ca 38 km/h vid 10‰ varaktigt motlut samt vid ca 94 km/h vid vågrätt bana. UGJ:s kravspecifikation hos NOHAB för Ba-lokets efterföljare, littera Bb, var bland annat att det skulle klara att dra 12 boggivagnar á 35 ton i 90 km/h vid rak och vågrätt bana.[34] Denna specifikation har tillämpats i detta beräkningsexempel.

Teoretisk effektkurva

Effektkurvorna är konstruerade med hjälp av data i ovanstående tabeller. Vid drivhjulsperiferin var Ba-loken som mest effektiva vid ca 74 km/h enligt grafen. Vid en tillförd effekt på 15500 hk (se rubriken "Indikerad effekt" ovan) blir den teoretiska verkningsgraden som bäst 8,7% vid cylindrarna och 7,3% vid drivhjulsperiferin. Generellt kan ånglok högst uppnå 9% verkningsgrad.[35]

Teoretiska cylinderfyllningar vid olika hastigheter

Grafen är konstruerad med hjälp av tabellen ovan. För att köra Ba-loket i 90 km/h måste cylinderfyllningen minskas till 28% enligt grafen. Lokomotivlära rekommenderade att inte köra kompoundlok med cylinderfyllningar under 30%.[36] Enligt grafen gick Ba-loket i ca 86 km/h vid 30% cylinderfyllning.

Anmärkningar

  1. ^ I USA kallas ånglok med hjulställningen 4-6-0 för en "Ten-wheeler".[1]
  2. ^ Enligt beräkningsmodell i Lokomotivlära. Se rubriken "Indikerad effekt".
  3. ^ Enligt tabelluppgift och formel i Lokomotivlära.[2][3] Diehl och Forsberg angav 7,3 ton.[4][5]
  4. ^ Fördelen med kompound är bl.a. att ångans arbete kan utnyttjas effektivare genom att dela upp temperaturfallet i två steg samt att tryckskillnaden mellan de båda kolvsidorna minskar.[6]
  5. ^ Enligt SJ anbefalldes slopning av lok och tender år 1935 men skrotning skedde först 1936.[12]
  6. ^ DJ:s H3-lok ska ej förväxlas med privatbanornas H3-lok som var av en annan typ av 2'C-lok.[15]
  7. ^ Höjer angav 70,63 ton.[2]
  8. ^ Då Ba-loket var ett kompoundlok motsvarar 75% cylinderfyllning i Ba-lokets fall mot en s.k. ideell cylinderfyllning på 32,1%.[25] Ideell cylinderfyllning är ett tänkt värde där man låtsas att enbart lågtryckscylindrarna arbetar med fulltrycksånga direkt från pannan vilket förenklar beräkningen av dragkrafterna.[25] Då tabellvärden för 32,1% ideell cylinderfyllning saknas i "Sammanställning XXVIII" i Lokomotivlära har tabellvärden för 30% och 35% interpolerats linjärt till 32,1%.
  9. ^ Beräkning av lokets och vagnarnas gångmotstånd har skett vid hastigheterna 31,4, 32,7, 40,9, 41,9, 49,1, 81,4, 90,0 och 98,2 km/h.

Referenser

Noter

  1. ^ Peck 1952, sid. 499.
  2. ^ [a b c d] Höjer 1921, sid. 96-97.
  3. ^ Höjer 1921, Stycke 1247.
  4. ^ [a b c d e f g h] Diehl 1973, sid. 239.
  5. ^ [a b c d e f g] Forsberg 1995, sid. 116.
  6. ^ Höjer 1921, Stycke 1162.
  7. ^ Runberger 2010, sid. 15.
  8. ^ Forsberg 1995, sid. 116-117.
  9. ^ Höjer 1921, Stycke 1179.
  10. ^ Forsberg 1995, sid. 114, 116.
  11. ^ [a b] Diehl 1973, sid. 48.
  12. ^ Statens Järnvägar 1937, sid. 257.
  13. ^ [a b c] Forsberg 1995, sid. 117.
  14. ^ Diehl 1973, sid. 276.
  15. ^ Diehl 1973, sid. 40.
  16. ^ Höjer 1921, Stycke 1155.
  17. ^ Höjer 1921, Stycke 1156.
  18. ^ [a b c] Höjer 1921, Stycke 1181.
  19. ^ [a b c] Järnvägsstyrelsen 1927, sid. 13.
  20. ^ Statens Järnvägar 1934, sid. 4a, 6, 14, 22.
  21. ^ Ohlon 1986, sid. 106.
  22. ^ [a b c] Höjer 1921, Stycke 1251.
  23. ^ Höjer 1921, Stycke 1250.
  24. ^ Ohlon 1986, sid. 232.
  25. ^ [a b c] Höjer 1921, Stycke 1246.
  26. ^ Höjer 1921, Stycke 1255.
  27. ^ Höjer 1921, Bild 640, s. 578.
  28. ^ Höjer 1921, Stycke 1245 (s. 569) och stycke 1246.
  29. ^ Höjer 1921, Stycke 1242.
  30. ^ Höjer 1921, Stycke 1257.
  31. ^ Höjer 1921, Stycke 1234.
  32. ^ Höjer 1921, Stycke 1235.
  33. ^ Höjer 1921, Stycke 1237.
  34. ^ Forsberg 1988, sid. 33-34.
  35. ^ Höjer 1921, Stycke 147.
  36. ^ Höjer 1921, Stycke 1166.

Källor

  • Diehl, Ulf; Fjeld, Ulf; Nilsson, Lennart (1973). Normalspåriga ånglok vid Statens Järnvägar. Svenska Järnvägsklubbens skriftserie. "13". Stockholm: Svenska Järnvägsklubben. Libris 7745477. ISBN 91-85098-13-2 
  • Forsberg, Bernt; Palm, Olle (1988). ”Upsala—Gefle Järnvägars unika fyrcylinderlokomotiv litt Bb — ett nyförvärv till Sveriges Järnvägsmuseum”. Spår — Järnvägsmusei vänners årsbok 1987. Gävle: Svenska Järnvägsmusei Vänner. sid. 33-41. Libris 8260692 
  • Forsberg, Bernt (1995). Uppsala—Gäfle Järnvägar: Lokomotiven och deras personal. Malmö: Frank Stenvalls Förlag. Libris 7630222. ISBN 9172661356 
  • Höjer, Elis B; Granér, GEB (1921). Lokomotivlära (Tredje upplagan). Stockholm: Kungliga Järnvägsstyrelsen. Libris 1485257 
  • Järnvägsstyrelsen, red (1927). Illustrerad förteckning över Statens Järnvägars lokomotiv. "Del I. Ånglokomotiv och tendrar." (Andra upplagan). Kungliga Järnvägsstyrelsen 
  • Ohlon, Rolf (1986). Gamla mått och nya. Stockholm: Ingenjörsförlaget. Libris 8373476. ISBN 91-7284-218-0 
  • Peck, CB, red (1952) (på engelska). Locomotive Cyclopedia of American Practice (Fourteenth Edition). New York: Simmons-Boardman 
  • Runberger, Svante (2010). ”SJ ånglok litt F — en fantastisk berättelse”. Spår 2010. Gävle: Sveriges Järnvägsmuseum. sid. 9-54. Libris 8260692 
  • Statens Järnvägar, red (1934). Förteckning över lokomotiv och vagnar. Statens Järnvägars Författningssamling. "Särtryck nr 77" 
  • Statens Järnvägar, red (1937). Förteckning över lokomotiv och vagnar. Statens Järnvägars Författningssamling. "Särtryck nr 77" 

Media som används på denna webbplats

JvmKDAJ03133.jpg
Uppsala-Gävle Railways steam locomotive Class Ba no 25, later Swedish State Railways Class OKc no 1515 .