SJ Littera A2

SJ littera A2
JvmKAIA08008.jpg
SJ littera A2 nr 1021
Järnvägsmuseet KAIA08008
Tillverkningsår1930
Byggt antal3
TillverkareSverige MVAB [a]
Axelföljd2'C—2'2' h2
Effekt1120 ihk
Största tillåtna hastighet90 km/h
Startdragkraft6,75 ton
OperatörerSverige SJ

SJ littera A2 var tre ånglok inom Statens Järnvägar (SJ) med axelföljden 2'C som användes för att dra snälltåg.[2] Loken var en ombyggnation av SJ littera A från år 1906,[2] ett snälltågslok med axelföljden 2'B1'.[3] Ombyggnationen utfördes 1930 av Motala Verkstad AB (MVAB).[4][2] A2-loken var konstruerade som tenderlok med innerliggande cylindrar och arbetade med överhettad ånga och enkel expansion.

Historik

OKB bygger om A-lok

Incitamentet till ombyggnationen var att Ostkustbanan (OKB), en privatjärnväg, hade köpt in fem A-lok från SJ.[5][6] För att kunna köra A-loken i högre hastighet än 50 km/h norr om Sundsvall var man tvungen att minska adhesionsvikten från 30,9 ton till 29,15 ton p.g.a. sämre spåröverbyggnad mellan Sundsvall och Härnösand.[6] Med den nya adhesionsvikten kunde A-loken köras i max 60 km/h vid denna sträcka.[6] OKB fick dock problem med A-loken då de ofta kom att slira vid igångsättning av tåg.[6] Man upptäckte även att loken kunde slira vid höga hastigheter utan att lokpersonalen alltid upptäckte detta.[6] En bidragande orsak till slirning i höga hastigheter var drivhjulens motvikter som gav upphov till en relativ höjning av centrifugalkraften i relation till den minskade adhesionsvikten.[7] Droppen kom vintern 1927 då ett tåg med A-lok som dragkraft inte kunde forcera en snödriva.[6] Loket slirade och blev stående på plats.[6] OKB bestämde sig för att bygga om A-loken till axelföljden 2'C där alltså den bakre löpaxeln ersattes med en drivaxel.[6] Resultatet blev ett lok med en ökad adhesionsvikt och där maskinkraften inte begränsades av adhesionen.[7] Det ombyggda loket kunde starta med fullt ångpådrag utan att börja slira och fick därmed en bättre acceleration i samband med start, vilket var gynnsamt då vissa av OKB:s hållplatser var olämpligt belägna norr om Sundsvall.[7]

SJ bygger om A-lok till A2-lok

SJ tog intryck av OKB och lät då bygga om tre av sina A-lok[b] på liknande sätt och dessa littererades A2.[8][9] Till skillnad från OKB lät SJ byta ut ångpannorna till så kallade BGb-pannor och kunde därmed öka ångtrycket till 13 kg/cm².[8][9] OKB:s ombyggda lok hade samma ångtryck som A-loken, 12 kg/cm². Det högre trycket gjorde att A2-loken kunde utveckla mer dragkraft och effekt jämfört med OKB:s ombyggda lok.[10] Då A2-loken hade större eldyta, vattenrum och ångrum än A-loken blev de mindre känsliga för hård körning och kunde bibehålla ångtrycket.[8]

Jämförande testkörningar

Vid jämförande tester med SJ littera F visade A2-loken en startförmåga som var relativt lik F-lokens. A-loken var klart sämre än A2- och F-loken.[11] Provtåget bestod av 538 ton person- och godsvagnar.[11] A2-loken förbrukade 7% mindre kol än A-loken.[8] Under 80 km/h var A2-loken underlägsna SJ littera B, men över 80 km/h utvecklade A2-loken mer effekt än B-loken.[11] A2-loken var lämpliga att dra snälltåg med upp till 50 axlar och var i användbarhet nästan lika bra som F-loken.[11]

BGb-pannorna byts ut

BGb-pannorna kom att behövas till andra ånglok under andra världskriget.[2] SJ lät därför byta ut BGb-pannorna på två A2-lok till dess ursprungliga pannor och ångtrycket sattes ner till 12 kg/cm².[2] Dessa lok blev SJ littera A3.

Det sista A2-loket slopas

Det återstående A2-loket, individnummer 1004, slopades år 1969 och skrotning skedde året därpå.[2] Innan avställning hade detta A2-lok gjort sin sista tjänstgöring på just Ostkustbanan, men under SJ:s regi.[2]

Tekniska specifikationer

Uppgifterna hämtade från Normalspåriga ånglok vid Statens Järnvägar,[2] Statens Järnvägar 1906-1931[12] samt Illustrerad förteckning över Statens Järnvägars lokomotiv.[13]

  • Axelanordning, lok: 2'C
  • Axelanordning, tender: 2'2'
  • Spårvidd: 1435 mm
  • Kopplade hjul Ø: 1880 mm
  • Löphjul Ø: 970 mm
  • Tenderhjul Ø: 970 mm
  • Cylinderantal: 2
  • Cylinderdiameter: 500 mm
  • Slaglängd: 600 mm
  • Rostyta: 2,60 m²
  • Eldyta, fyrbox: 12,7 m²
  • Eldyta, tuber: 131,5 m²
  • Eldyta, total: 144,2 m²
  • Överhettningsyta: 50,7 m²
  • Ångtryck: 13 kg/cm²
  • Materialvikt, lok: 61,5 ton
  • Materialvikt, tender: 20,6 ton
  • Tjänstevikt, lok: 67,7 ton
  • Tjänstevikt, tender: 46,6 ton
  • Adhesionsvikt: 47,3 ton
  • Skentryck, axel I: 9,8 ton
  • Skentryck, axel II: 10,6 ton
  • Skentryck, axel III: 15,7 ton
  • Skentryck, axel IV: 15,8 ton
  • Skentryck, axel V: 15,8 ton
  • Kolförråd: 6,0 ton
  • Vattenförråd: 20,0 m³
  • Hjulbas, lok: 8200 mm
  • Hjulbas, tender: 5400 mm
  • Hjulbas, lok & tender: 16 200 mm
  • Längd över buffertar: 19 525 mm
  • Minsta kurvradie, framåt: 150 m
  • Minsta kurvradie, back: 180 m
  • Dragkraft (0,65 p): 6,75 ton (66,2 kN)
  • Största tillåtna hastighet: 90 km/h

Dragkraften har beräknats av Järnvägsstyrelsen[13][12] med förenklad formel för tvillinglok enligt Lokomotivlära, och speglar dragkraftsutvecklingen vid låga hastigheter.[14] För omräkning till SI-enheter (kN) har konventionsvärdet för tyngdaccelerationen använts, d.v.s. 9,80665 m/s².[15] Teknisk Tidskrift har i ett nummer angett något avvikande uppgifter på tubernas eldyta (132,9 m²), total eldyta (145,6 m²) och överhettningsytan (47 m²).[8]

Indikerad effekt

Tillämpar man beräkning enligt Lokomotivlära utvecklade A2-loket teoretiskt en indikerad effekt på 1148 ihk vid en normal rostansträngning och vid en gynnsammaste hastighet på 111,0 km/h.[16] Med normal rostansträngning menas en påeldning av 500 kg stenkol per kvadratmeter rostyta och timme, där stenkolets värmevärde är 7000 kcal/kg.[17] Vid denna rostansträngning och full belastning förbrukade A2-loket teoretiskt 1,3 ton kol och 7,8 m³ vatten per timme. Teoretiskt räckte då tenderns kolförråd i 4,6 timmar och vattenförrådet i 2,6 timmar. Den tillförda effekten blir 9,10 miljoner kcal per timme, vilket motsvarar 14390 hk. En hästkraft motsvarar 632,415 kcal/h.[18]

Då A2-lokets största tillåtna hastighet var begränsad till 90 km/h blir den indikerade effekten något lägre där. Avrundat till tre siffors noggrannhet blir den 1120 ihk vid 90 km/h. Det är denna siffra som redovisas i faktarutan. Se tabellen Dragkrafter p.g.a. pannans ångbildningsförmåga nedan.

Teoretiska dragkrafter vid olika hastigheter

Med indikerad effekt avses den effekt som utvecklas i cylindrarna.[16] Med nyttig effekt och nyttig dragkraft avses den effekt och dragkraft som utvecklas vid drivhjulsperiferin.[16] Tabellerna är beräknade med kalkylprogram och full decimalutveckling, varför manuell kontrollberäkning av tabelldata kan ge små avvikelser.

Dragkrafter p.g.a. maskinkraften

Tabellen är beräknad enligt Lokomotivlära och gäller vid 75% cylinderfyllning.[19] Uppgifter om A2-lokets maximala cylinderfyllning saknas. Värden i kursiv stil kan ej utvecklas fullt ut då pannans ångbildningsförmåga är begränsande.

Hastighet (km/h)10,621,331,942,553,2
Varvtal (varv/s)0,501,001,502,002,50
Indikerad effekt (ihk)31760383810141148
Maskineriets verkningsgrad0,900,900,900,900,90
Nyttig effekt (hk)2855437549131033
Nyttig dragkraft (ton)7,256,896,385,805,25

Dragkrafter p.g.a. pannans ångbildningsförmåga

Tabellen är beräknad enligt Lokomotivlära och gäller vid en normal rostansträngning.[20] 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.[21]

Hastighet (km/h)22,233,344,455,566,677,788,899,9111,0
Varvtal (varv/s)1,041,572,092,613,133,664,184,705,22
Hastighetsförhållande0,200,300,400,500,600,700,800,901,00
Effektförhållande0,6170,7100,7920,8570,9070,9470,9750,9931,000
Indikerad effekt (ihk)70981591098410421088112011401148
Maskineriets verkningsgrad0,9000,8950,8880,8820,8740,8660,8570,8460,836
Nyttig effekt (hk)638730808868910942960965960
Nyttig dragkraft (ton)7,755,924,914,223,693,272,922,612,34

Teoretisk dragkraftskurva

Dragkraftskurvan är konstruerad med hjälp av data i tabellerna ovan. Vid låga hastigheter (<28 km/h) begränsas dragkraftsutvecklingen av maskinkraften (röd kurva). Vid höga hastigheter (>28 km/h) begränsas dragkraftsutvecklingen av pannans ångbildningsförmåga (svart kurva). Den röda kurvan är extrapolerad till 0 km/h med kvadratisk regression.

Vid det absoluta startögonblicket kunde A2-loket teoretiskt utveckla 7,6 tons dragkraft enligt diagrammet. För detta krävdes en friktionskoefficient på 0,16.[22] Den nominella dragkraften på 6,75 ton krävde en friktionskoefficient på endast 0,14 och kunde utvecklas upp till 23 km/h enligt diagrammet. Under mycket gynnsamma adhesionsförhållanden kan ånglok nå en friktionskoefficient på 0,25 utan att börja slira.[23] Lokomotivlära rekommenderade att inte räkna med friktionskoefficienter högre än 0,20 vid trafikplanering för ånglok i syfte att minska risken för slirning.[24] A2-loket kunde alltså starta med fullt ångpådrag utan större risk för slirning.[9]

Teoretisk effektkurva

Effektkurvorna är konstruerade med hjälp av data i ovanstående tabeller. Vid drivhjulsperiferin var A2-loken som mest effektiva vid ca 100 km/h enligt diagrammet. Vid en tillförd effekt på 14390 hk (se rubriken "Indikerad effekt" ovan) blir den teoretiska verkningsgraden som bäst 8,0% vid cylindrarna och 6,7% vid drivhjulsperiferin. Generellt kan ånglok högst uppnå 9% verkningsgrad.[25]

Teoretiska cylinderfyllningar

Tabellen är beräknad enligt Lokomotivlära med hjälp av nyttiga dragkrafter och maskineriets verkningsgrader i ovanstående tabell.[26][27] Cylinderfyllningarna gäller vid en normal ansträngning.[28] Värden i kursiv stil markerar cylinderfyllningar som överstiger 75%.

Hastighet (km/h)22,233,344,455,566,677,788,899,9111,0
Indikerat medeltryck (kg/cm²)10,808,286,936,005,294,744,273,863,50
Cylinderfyllning (%)80,049,837,830,826,022,519,717,415,5

Lokomotivlära rekommenderade att aldrig köra överhettade ånglok med cylinderfyllningar under 20%.[29] Ett betydande mottryck uppstår vid mycket låga cylinderfyllningar p.g.a. en lång kompressionsfas som ökar motståndsarbetet i maskinen.[30] Enligt tabellen kunde A2-loket framföras i 90 km/h vid en cylinderfyllning strax under 20%.

Orientering kring littera

SJ:s litterabeteckningar var tidvis omständlig och förvirrande. Här är en orientering till beteckningar på lok associerade till A2-loken:

De fem ombyggda A-loken från OKB överfördes till SJ i samband med förstatligandet år 1933.[5] Dessa lok blev SJ littera A3.[5] De två A2-lok som återfick sina ursprungliga pannor blev också SJ littera A3 år 1939-40.[5] År 1942 blev dessa sju A3-lok littererade som SJ littera A.[5] De ursprungliga A-loken med två drivaxlar hade slopats under slutet av 1930-talet och litterat var alltså ledigt.[3]

OKB hade två andra ånglok med axelföljden 2'C, OKB littera H.[31] Dessa blev SJ littera OKa vid förstatligandet år 1933.[32] År 1942 blev dessa lok SJ littera A3.[32] Beroende på tidpunkt så refererar alltså A3-loken till två olika konstruktioner.

Anmärkningar

  1. ^ Två av de ursprungliga A-loken levererades 1907 av MVAB och det tredje 1909 av Nydqvist & Holm.[1]
  2. ^ SJ individnummer 1004, 1007 och 1021.[2]

Referenser

Noter

  1. ^ Diehl 1973, sid. 268.
  2. ^ [a b c d e f g h i] Diehl 1973, sid. 37.
  3. ^ [a b] Diehl 1973, sid. 35.
  4. ^ Höjer 1930, sid. 90.
  5. ^ [a b c d e] Diehl 1973, sid. 36.
  6. ^ [a b c d e f g h] Höjer 1930, sid. 87.
  7. ^ [a b c] Höjer 1930, sid. 89.
  8. ^ [a b c d e] Nordenhem 1931, sid. 89.
  9. ^ [a b c] Järnvägsstyrelsen 1931, sid. 446.
  10. ^ Järnvägsstyrelsen 1931, sid. 452-454.
  11. ^ [a b c d] Nordenhem 1931, sid. 90.
  12. ^ [a b] Järnvägsstyrelsen 1931, sid. 448.
  13. ^ [a b] Järnvägsstyrelsen 1927, sid. 5c.
  14. ^ Höjer 1921, Stycke 1247.
  15. ^ Ohlon 1986, sid. 106.
  16. ^ [a b c] Höjer 1921, Stycke 1251.
  17. ^ Höjer 1921, Stycke 1250.
  18. ^ Ohlon 1986, sid. 232.
  19. ^ Höjer 1921, Stycke 1245.
  20. ^ Höjer 1921, Stycke 1255.
  21. ^ Höjer 1921, Bild 640, s. 578.
  22. ^ Höjer 1921, Stycke 1242.
  23. ^ Höjer 1921, Stycke 399.
  24. ^ Höjer 1921, Stycke 1257.
  25. ^ Höjer 1921, Stycke 147.
  26. ^ Höjer 1921, Stycke 1245, s. 566.
  27. ^ Höjer 1921, Stycke 1245, s. 569.
  28. ^ Höjer 1921, Stycke 1245, ss. 568-569.
  29. ^ Höjer 1921, Stycke 662 och 1093.
  30. ^ Höjer 1921, Stycke 1088.
  31. ^ Höjer 1929, sid. 127-130.
  32. ^ [a b] Diehl 1973, sid. 38.

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 
  • Höjer, Elis B; Granér, GEB (1921). Lokomotivlära (Tredje upplagan). Stockholm: Kungliga Järnvägsstyrelsen. Libris 1485257 
  • Höjer, Elis B (19 oktober 1929). Nordström, HF. red. ”Ostkustbanans lokomotiv litt. H.”. Teknisk Tidskrift, Mekanik (Svenska teknologföreningen) (Häfte 10): sid. 127-130. 
  • Höjer, Elis B (19 juli 1930). Nordström, HF. red. ”Ombyggnad av Ostkustbanans lokomotiv litt. A.”. Teknisk Tidskrift, Mekanik (Svenska teknologföreningen) (Häfte 7): sid. 87-90. 
  • Järnvägsstyrelsen, red (1927). Illustrerad förteckning över Statens Järnvägars lokomotiv. "Del I. Ånglokomotiv och tendrar" (Andra upplagan). Stockholm: Kungliga Järnvägsstyrelsen 
  • Järnvägsstyrelsen, red (1931). ”Del IV. Maskintjänsten”. Statens Järnvägar 1906-1931. "Andra bandet". Stockholm: Kungliga Järnvägsstyrelsen. Libris 8198963 
  • Nordenhem, Hjalmar (18 juli 1931). Nordström, HF. red. ”Utvecklingen av järnvägarnas rullande materiel under senare år”. Teknisk Tidskrift, Mekanik (Svenska teknologföreningen) (Häfte 7): sid. 85-91. 
  • Ohlon, Rolf (1986). Gamla mått och nya. Stockholm: Ingenjörsförlaget. Libris 8373476. ISBN 91-7284-218-0 

Media som används på denna webbplats

JvmKAIA08008.jpg
Swedish State Railways steam locomotive class A2.