A Southern Pacific vasút F-1 osztályú, öt kapcsolt kerekű mozdonya SP fotó, Los Angeles, 1917. november,  [5]-ből A dómokat, a füstszekrényt, a hengereket, a vezetőfülkét és a szerkocsit fényes feketére festették. A kazán borítás az akkor szokásosnál könnyebb, szemre American Iron gyártmány, és 1885-ben Pennsylvaniában fejlesztették. A borítás simítása legalább három ciklus simító kalapálásból és oxigénszegény környezetben kokszos újrahevítésből állt. Ennek eredménye olyan sík lemez, amely magas hőmérsékleten nagyon rozsda ellenálló. A végtermék színe a kiindulási lemez tisztaságától és a simítás időtartamától függően változó. Az ilyen F-1 mozdonyokon a borítás színe a természetes, kékesfekete volt. Az American Iron drága volt, a nagy gazdasági válság alatt felhagytak az alkalmazásával.

2. rész: A Southern Pacific vasút mozdonyfejlesztése

A Southern Pacific meredek vonalai megkívánták a sok kapcsolt kerekű mozdonyok használatát. Az első, legkorábbi mozdonyai között is volt öt kapcsolt kerekű, aztán a modern gőzmozdonyfejlesztés során létrehozta az F-1 - F-6 osztályú, öt kapcsolt kerekű mozdonyokat, az egyetlen F-6-oson pedig kipróbálták a Two-Flow (kétáramú) hengertáplálást.

A Southern Pacific vasút (SP) 1870. október 12-én alakult. Az egyik elődvasút, a Central Pacific által is használt nagy műhely együttesben, a Sacramento Shops-ban az első időkben használt American (4-4-0, 2' B) mozdonyokat javítottak és újítottak fel. 1870-re már nagyjavításokat és komoly átépítéseket is tudtak csinálni. Aztán a No. 173 American a prototípusa lett tíz új, saját építésű mozdonynak. Az első ilyen 4-4-0, a No. 55 1873 júniusában készült el.

Kalifornia üzleti élete gyorsan fejlődött, a több szállítandó áru hosszabb vonatokat, azok pedig erősebb mozdonyokat kívántak. Sacramento Shops 1882 áprilisában egy 4-8-0 (2' D) mozdonyt készített, a 229-est. Mastodonnak (egy fajta őselefánt) nevezték el, a név ráragadt a tengelyelrendezésre. A tervezője, A. J. Stevens, a Sacramento Shops gépészeti vezérigazgatója új, "kettős szeleprendszerű" vezérlést tervezett hozzá.

A fényképen kézírással:   "C. P. 229-Built at Sacramento - 1882, 19" x 30" cylinders. First locomotive to have Power Reverse." (A CP 229-es mozdonya Sacramentóban készült 1882-ben, 483 x 762 mm-es hengerek. Az első mozdony, melynek power reverse (kontroller szervója) van. A mozdony leírásában szerepel, hogy a mozdonynak "nehéz szelepvezérlése" van, melyet a gőzhajtású power reverse állít. A 229-es mozdony újkorában Pacific Coast Chapter, R&LHS negatíve collection [5]-ből

A 229-es gépezete Crooke Locomotive Works builder's photo, Robert J. Church collection [5]-ből

A 229-es gépezetének metszeti rajza Rajz a Railroad Gazette 1882. október 20-ai számából, [5]-ből A "kettős" szelepvezérlés elrendezése a síktolattyúkon látható. A tengely hajtotta három, főkereten belüli excenter mozgatja a tolattyúkat.

A "kettős" szeleprendszerben minden hengerhez négy szelep volt: két főszelep, és két menet elzáró szelep, ezeket az excenterek mozgatták, de a keresztfej mozgásának is hatása volt rájuk. A rendszer független vezérlést tett lehetővé a gőz bebocsátására és a kipufogására. A tervező, Stevens a hosszú löket pártján volt, hogy a gőzből több munkát tudjon kinyerni. Az 55 hüvelyk (1.397 mm) hajtott kerék átmérőjű mozdony súlya 53 tonna, vonóereje 23.500 font (10.670 kp) volt.

A Sierra keleti lejtőin állt forgalomba, 20 rakott tehervagont vontathatott 8-10 mph (13-16 km/h) sebességgel. A mozdony olyan sikeres volt, hogy kiállították a Railroad Appliances Chicago Expositionön. A kiállítás után Stoddard elküldte a mozdonyt a Cooke Locomotive Works-be a New Jersey-i Pattersonba, és rendelt még 25-öt.

Az El Gobernador  (spanyolul a kormányzó)

Stevens következő mozdonyterve nem csak Sacramentóban, de az egész akkori világon újdonságnak számított. Addig Amerikában nem készült még 4-10-0 (2' E) tengelyelrendezésű mozdony.

A 237-es mozdony 1884 februárjában készült el. A munkások "The Boss" (a főnök) névvel illették. Ez volt az utolsó CP mozdony, amely nevet kapott. A(z akkori) világ legnagyobb teljesítményű mozdonya volt.

Az El Gobernador több hónapi próbaüzem, beállítás és kisebb módosítások után Sumner állomás fordítóján 1884-ben Robert J. Church collection [5]-ből

A mozdony kazánja a 4-8-0-énak a meghosszabbítottja volt. 140 psi (9.8 atm) nyomású, réz tűzszekrénnyel, ami akkoriban a szabvány volt. A tűzszekrény elején égéskamra volt. A rostélyon akár szenet, akár fát lehetett égetni. A kazán 124 psi hengernyomásig fenn tudta tartani a gőzellátást. A mozdony vonóereje 34,546 font (15.683 kp) volt. A szabályzó "power reverse", szervón keresztül szabályozta a gépezet működését. A fékeket eleinte gőz működtette, később légnyomás (a CP 1871-től használt légféket). A második és a harmadik hajtott tengely kerekein nem volt nyomkarima. A hátsó hajtott kerékpárokra a rudakat keresztirányú elmozdulást engedő eszközzel erősítették fel, gömb és aljzat csatlakozással.

A mozdony szolgálatba állását késleltette, hogy alaposan tesztelték és a legmegfelelőbb mértékre állították be, és az is, hogy a vonalon a nagyobb mozdonysúly elbírására meg kellett erősíteni a fa hidakat. A mozdonyszemélyzet aggódott, hogy a fa hidak elbírják-e a nehéz mozdonyt. Az első úton a mozdonyvezető és a fűtő a kazán melletti járdán állt, hogy ugorjon, ha a híd leszakadna. Ray, a mozdony műszaki felügyelője ugyanebből az okból a cow catcheren utazott. A mozdony toló szolgálatot teljesített. Amikor az El Gobernador tolt, a szembejövő vonatok félreálltak a megelőző vágányra, az El Gobernadornak nem kellett, így nem volt veszély, hogy kilép a kis sugarú vágányokból épített kitérőkön. A Tehachapi Summiton, a hegyi vonal tetőpontján a mozdony leakadt és hátramenetben ment vissza Sumnerig vagy Mojave-ig. Abban az időben nem volt Y-vágány Summiton, a fordítókorong kis átmérőjű és gyönge volt ehhez a mozdonyhoz.

A mozdony üzemében két hiba került elő: a kazán kapacitása kicsi volt nehéz tehervonat tartós tolásához, és a forgó szelep rendszert nem lehetett jól beállítani, hogy megfelelően működjön. Néhány hónapi próbálkozás után az El Gobernador új hengeröntvényt kapott, a forgó szelepes vezérlést pedig olyanra cserélték, amilyeneket Stevens korábbi mozdonyán, a Mastodonon volt. A mozdonyon két fűtő dolgozott. Jelentés szerint "addig töltötték szénnel, míg láng csapott ki a kéményen", a kazán mégsem tudott elegendő gőzt szolgáltatni, mikor a mozdony nehéz tehervonatot vontatott. Ezért vagy toló szolgálatra osztották be, vagy könnyebb vonatokra. Ha nem volt ilyen, az állomás egyik mellékvágányán álldogált. Az állomásfőnök El Gob-nak (kis tömegű, kis méretű) hívta. A mozdony 1892-ben Bakersfieldből Sacramentóba ment, és 1894-ben elbontották. A kazánja 1901-ig gőzt adott a gépműhelynek.

A D-1 osztályú Decapod

A maga korában kiugróan nagy teljesítményű, de a tartós munkában sikertelen El Gobernador után az SP kevesebb hajtott kerekű, de nagyobb kazánú mozdonyokat épített. Tehette, mert a fővonalak átépítésével a nehezebb felépítmény kevesebb tengelyre elosztva is elbírta a nagyobb kazán súlyát. 1925-ig kellett várni, hogy az egyik tulajdon vasútjának a hálózatán megjelenjen egy öt kapcsolt kerekű mozdony, a D-1 osztályú Decapod. Ezek a 2-10-0 mozdonyok átvétellel kerültek a Texas & New Orleans vasút, a T&NO hálózatára.

Ezek a mozdonyok nem voltak válaszok az SP egyre növekvő teljesítmény- és vonóerő igényére, de részei az SP mozdonyfejlesztési folyamatának. A három mozdony kilógott az SP mozdonyfejlesztési fő irányából, Eközben a Decapod elrendezés nagyon népszerű volt a világban, vagy 30 ezer épült belőle. Az USA gyártók 1.000 ilyen mozdonyt gyártottak belföldre, és épült az I. világháború alatt 200 Russian Decapod, Oroszország számára.

A SP egyik tulajdon vasútjához, a T&NO-hoz került három Decapod mozdony a szerkocsiján Southern Pacific Lines felirattal dolgozott Otto Perry, 1933. április 20 felvétel [5]-ből Idejűk túlnyomó részét tolató és átállító szolgálatban töltötték, mint a képen is, El Pasóban

Az öt kapcsolt kerekű mozdonyok fejlődése

A Santa Fe vasút 2-10-0-s (1' E) mozdonyokat használt lassú tehervonati vontatásra és a hegyi vonalakon tolómozdonynak. Az Alco Schenectady-i gyára kettőt szállított le 1901-ben, 1902-ben pedig a Baldwin, egy kicsit nagyobbat, egy Tandem kompaund mozdonyt, amely akkor a gyár legnagyobb mozdonya volt. A SF mindhárom mozdonyt toló szolgálatra osztotta be New Mexicóban a Raton Pass-re, 35‰-es emelkedésű vonalra. Az emelkedő csúcsán, a tolás végén nem volt hely megfordulnia a mozdonynak, hátramenetben kellett visszatérnie a lejtő aljára a következő vonatért. A Decapodoknak fordított állásban haladva nem volt megfelelő a kanyarbeálló képességük. Nem volt más megoldás, mint a nagyon kis sebesség, ami hosszabb időre foglalta a pályát. Kevéssel a Baldwin Decapod leszállítása után Samuel Vauclain, a Baldwin gépészeti főnöke meglátogatta a SF-t. Trinidadban, egy bizottsági kocsiban ebéd közben Vauclain felskiccelte a megoldást: a hátsó futókerékpáros mozdonyt. A 2-10-2-es (1' E 1') elrendezést Santa Fének nevezték el. A vasút 1903-ban 70 ilyen, Tandem kompaund mozdonyt rendelt a Baldwintól, majd a sikert látva 1904-ben még 15-öt.

Ebben az időben a Southern Pacific más úton kereste a megoldást a nehéz tehervonatok átjuttatására a hegyi vonalakon. 1909 és '13 között 2-8-8-2 és 2-6-6-2, részben cab forward (vezetőállás elöl) gőzmozdonyokat használt. 14 évvel azután, hogy a SF megrendelte a 2-10-2-esét, az SP is az ilyen mozdonyok felé fordult. 1906-ban a Sacramento Shops elkészítette az első, teljesen fém építésű expresszvonati kocsiját, és ez a vonatokat nehezebbé tette. Gyors és erős mozdonyokra lett szükség. A 2-10-2 logikus választás volt. A hátsó futó kerékpár a nagyobb tűzszekrény és rostély súlyát hordta (akkoriban még nem volt az öntött vázas Delta-típusú forgóváz). Az SP az első mozdonyokat a tengerparti, Sunset Route nagy emelkedésű szakaszára, később a Tehachapi, Siskiyou és a Sierra Nevada hegységekbe osztotta be. Az SP a mozdonyai nagy részét a Baldwintól rendelte, de az F-1 osztályú 2-10-2-eseit 1916-ban az Alcótól, amiket az a Brooks Works gyárában készített el.

Az F-1-es mozdony egy hangú mozdonysípja a vezetőállás előtt volt. Ez erősen zavarta a mozdonyszemélyzetet, ezért később áthelyezték a kéményhez. A hosszú tartály a légsűrítők mellett a főlégtartály. A mozdony jobb oldalán egy rövidebb volt. Az Alco Brooks gyára 23 F osztályú mozdonyt gyártott, 10 F-1-et az SP-nek, 12-t a T&NO, és egyetlen F-2-t az Arizona Eastern vasút számára.

A SP No. 3602 F-1-ese Los Angelesben PCC/R&LHS fotó [5]-ből

Az F-1-es mozdony alkatrészei

Abban az időben az "összeszerelt főkeret" volt a megszokott, az egyben öntött főkeret csak később terjedt el. A főkeretet a Commonwealth Steel Company, a hengeröntvényt pedig  az SP műhelye, a Sacramento Shops készítette. A 27 1/2 hüvelyk átmérőjű és 32 hüvelyk löketű (698,5 x 813 mm), öntött acél hengerek a fél nyereggel megfordíthatóak és cserélhetőek voltak. (Az SP a hosszú löketet kedvelők közé tartozott, hogy a mozdony gazdaságosabban használja ki a gőz nyomását.) A hengerfej öntött acél, túl nagy nyomásra lelökhetően szerelték fel, ha például vízütést kapna, mikor a mozdony "felkapja a vizet", a gőzzel együtt összenyomhatatlan víz is kerül a hengerbe, vagy mikor a mozdony áll, és a gőz a hengerben vízzé csapódik le. A mozdony indulásakor a mozdonyvezetőnek ki kell nyitnia a hengercsapokat, hogy az ilyen vizet kiengedje. Ha nem tette, a dugattyú a hengerben lévő vízzel lelökheti a hengerfejet. Ezt kiküszöbölendő, az SP az 1940-es évektől gőz aktiválta hengercsapokat alkalmazott, melyet a Prime Company gyártott. De emellett mindig kézzel is nyitható volt a hengarcsap. A mozdonynak Walschaerts vezérlős gépezete volt. Ezt Egide Walschaerts 1844-ben tervezte a Belga Államvasutak számára. A világ nagy részén alkalmazták. A mozdony haladási irányát és a hengerbe engedett gőz mennyiségét az Alco Ragonnet 10 hüvelykes, B típusú reverse gear, (nem tudok rá jobb fordítást, mint) kontroller szervó, szabályozta.

Sűrített levegő működtette, de hiba esetén gőzt is lehetett bele engedni. A mozdony jobb oldalán helyezték el. A kör egy negyedén mozgó működtető kart a mozdonyvezető által könnyen elérhetően helyezték el. Az Alco E típusú reverse gear-je Locomotive Cyclopedia, 1925 rajza [5]-ből Az SP az SP-1-es osztályú öt kapcsolt mozdonyánál már az Alco E típusú reverse gear-t használta. Balra a levegőt engedő állítókar a vezetőfülkében, mellette a vészhelyzeti gőzszelep.

A mozdonyon Westinghouse No. 6 ET (Engine-Train, mozdony-vonat) légfékberendezés volt. A mozdonyvezetőnek két fékezőszelepe volt: a H-6 Automatic Train Valve (automatikus vonat szelep) fékezte a mozdonyt és a vonatot, és az S-6 Independent Brake Valve (független fékezőszelep) csak a mozdony fékjeit működtette. Két Westinghouse 8 1/2 hüvelykes kereszt kompaund légsűrítőt szereltek a mozdony bal oldalára. A mozdony és a szerkocsi féktuskóinak a kopását csökkentendő, mikor a mozdonyvezető az automatikus vonat szeleppel fékezte a vonatot és a mozdonyt, a mozdony és a szerkocsi fékjeit oldhatta a független fékezőszeleppel. A mozdonyon Improved "T" Perfecto típusú öntöttvas féktuskók voltak. A vonat fékvezetékének nyomása 110 psi (7,7 atm), a fékhengerekben a féknyomás 60 psi (4,2 atm) volt. A fékrendszert 120 psi nyomásra vizsgálták. A légsűrítők fordított U alakú csövön (kép) kapták a gőzt a gőzvezetékből a vezetőálláson elhelyezett elzárón keresztül. A levegő a sűrítés közben felmelegszik, ezért a sűrítőkből kilépő levegő hűtő csőkígyón át jutott a légtartályokba. A mozdony jobb oldalán szabványos, a bal oldalán megnövelt főlégtartály volt. (jobbra) A légsűrítők a mozdony bal oldalán Fénykép [5]-ből

A Rushton kiegyensúlyozott típusú szabályozó szelep a dómban helyezkedett el, a kazán gőzét engedte a túlhevítőbe. A túlhevítőt Wilhelm Schmidt szabadalmaztatta Németországban, 1906-ban. A kazángőzt túlhevítette, mielőtt az a hengerbe ömlött. A túlhevítős mozdony jobb hatásfokúnak bizonyult, mint az anélküli, és ugyanakkora szén- és vízfogyasztás mellett a gőz egy harmaddal nagyobb teljesítményt adott le.

Ezért nem tartott soká, amíg a túlhevítés legyőzte és kiszorította a kompaund mozdonyhajtást. Az USA-ban 1910-ben a lenti rajzon látható túlhevítő volt használatban.

A Schmidt A típusú túlhevítő Rajz a Locomotive Cyclopedia and Dictionary, 1919-ben, [5]-ből A szabályzó szelep a dómban van. Mikor nyitja a mozdonyvezető, a kazán nedves gőze végigáramlik a cső hurkon, és túlhevül. Így áramlik a hengerekbe a külső gőzvezető csöveken. A D elzáró szelepet az E2 ellensúlyos vezérlő állítja. Ez az elrendezés széntüzelésű mozdonyokhoz, olajtüzelésűekhez módosítani kellett.

A túlhevítőben lévő elzáró szelepet vezérlő ellensúlyos szerkezet a járda fölött, a dugattyús tolattyúba vezető gőzbeömlő cső mögött látszik Fénykép [5]-ből Az ellensúlyos szerkezet mozgatja az elzáró szelepet. Amikor a mozdonyvezető lezár, nem halad át gőz a túlhevítő csöveken. A tűz hője túlmelegítheti és károsíthatja a túlhevítő csövezést. A gőzvezeték aktiválja az elzáró szelepet. Mikor az elzáró szelep zárt állásban van, a tűz gázai csak az alsó csöveken áramlanak át, a túlhevítő csöveken nem.

Az első rajz az elzáró szelepet zárt állásban ábrázolja. Ilyenkor nincs gőznyomás a tolattyúban, és az ellensúly alsó pozícióba kerül, ezzel zárja a szelepet. Amikor a mozdonyvezető nyitja a szabályzót és megnő a nyomás a tolattyú felé, az ellensúly felemelkedik, kinyitja az elzáró szelepet és a füstgázok útját a túlhevítő csőhurkok felé. Rajz a Locomotive Cyclopedia and Dictionary, 1919-ben, [5]-ből A szerkezet alsó kivezetése csatlakozik a gőzvezetékhez. Attól balra kicsit magasabban a kicsöpögtető nyílás van.

Az SP a kazánt utántápláló vizet a kazánvízbe vezette. Egyes vasutak a kazán tetején a gőzbe vezették, így előmelegített víz jutott a kazánvízbe. Az SP kísérletezett a tápvíz gőztérbe juttatásával a Sacramento vizsgáló állomáson 1946-ban, de az SP-nél ez a megoldás sosem vált általánossá. A homokdóm (amerikaiul sand box) az első kazánövön helyezkedett el. [5]-ben a szerző megjegyzi: "The term "sand box" is correct, and is defined in the 1925 Locomotive Cyclopedia as, 'A receptacle, usually cylindrical, with a dome-shaped top, placed on the boiler for carrying sand to prevent slipping of the drive wheels.'. (A homokláda kifejezés helyes, és mint az 1925-ös  Locomotive Cyclopedia meghatározza: tartály, általában henger formájú, dóm-formájú tetővel, a kazánon helyezik el, és homokot tartalmaz, amellyel megelőzhetik a hajtott kerekek pördülését.)

(Úgy tűnik, szakmai vita zajlott a sand box (homokláda) kifejezés helyességéről.) A kifejezés 1836-ból ered, amikor egy mozdonyon homokládát alkalmaztak a Tuscumbia, Courtland & Decatur vasúton, Pennsylvaniában. Az F-1-es mozdonyon Leach Type AV-10 Double Outside Locomotive Sander-t (dupla külső mozdony homokolót) alkalmaztak. 1 1/4 hüvelykes (32 mm-es) csővezeték vezette a homokot az első és a fő hajtott kerékpárjához. Nathan gyártmányú single-bell, vagy egy hangú, sípot először a vezetőfülke tető előtt, a mozdony középvonalától kissé balra helyezték el, de ezt hamar lecserélték a kellemesebb hangzású, öt kürtű, G, B, D, E és G hangúval.

Az Alco 1917-ben gyártott F-1-esének kezelőszervei Fénykép [5]-ből 1  Gőz hőmérséklet mérő 2  Műszervilágítás 3  Turbógenerátor (áramfejlesztő) gőzszelepe 4  Fülkevilágítás 5  Vízállás mutató cső és leeresztő szelep 6  Hármas elzáró a vízszint ellenőrzésére 7  Ötös táplálású hidrosztatikus kenőprés      a légsűrítőkhöz és a hengerekhez 8  Szabályzó 9  Síp összekötő rúd a mozdonyvezető és a fűtő     állása között 10 Lövettyű indító szelep 11 Mozdonyvezető kazánnyomás mérője 12 Reverse quadrant kar (a szabályzó szervó állító        karja) 13 Független mozdony fékezőszelep 14 Automatikus, vonatfékező szelep 15 Tűzszekrény ajtó és benéző nyílás

Az F-2 osztály, SP 3600

Az utolsó F-1-es 1919 szeptemberében állt szolgálatba. Kiválóan működött, de nincs az a gőzmozdony, amin ne lehetne kicsit javítani, a mozdonyt erősebbé, az üzemét pedig gazdaságosabbá tenni. Az F-2-es mozdonyt az F-1-esnél erősebbre terveztek, az SP lassú, nehéz tehervonatainak a vontatására a Siskiyou és a Tehachapi vonalakra. Ezért kisebb átmérőjű hajtott kerekeket terveztek, 57 hüvelykeseket (1.445 mm), az F-1-es 63 hüvelykesével (1.600 mm) szemben. A dugattyú lökete azonos, 32 hüvelyk maradt, de a henger átmérője 27 1/2-ről 26 1/4-re csökkent.

Az 57 hüvelykes hajtott kerék átmérő megegyezett az SP nehéz 2-8-0-s, és az Mk-2 osztályú 2-8-2-es mozdonyokéival, és a csökkent átmérő kicsivel nagyobb vonóerőt jelentett. Kisebb lett az F-2-es hátsó futókerékpárjának átmérője is, így a vezetőfülke 3 1/4 hüvelykkel lejjebb került. Ennek nem volt mérhető hatása a vonóerőre. De több változtatásnak volt, az F-2-es vonóereje 500 fonttal (227 kp-dal) volt nagyobb, 65.800 font (29.873 kp).

Az F-2 egy próba- és teszt útján, 1918 áprilisában Robert J. Church gyűjteményéből, [5]-ből

Mérési céllal a henger két végéből csövet vezettek ki. A mozdony mögé egy idősebb vontatási mérőkocsit kapcsoltak. Jobbról a második ember a klasszikus századfordulós pózban áll: keze az overallja pántján, és egy távoli pontra néz, nem a kamerába. A próbafutások után az F-2-es mozdony két évet dolgozott. Ezután átépítették az F-1-es specifikációi szerint 1920 januárjában a Los Angeles műhelyben.

Az F-3 osztály, SP 3653 - 3667

Pár hónappal az utolsó F-1-es szolgálatba helyezése után, 1919 szeptemberében az SP hozzáfogott egy nagyobb méretű, nehezebb és nagyobb teljesítményű 2-10-2-es mozdony tervezéséhez, és F-3 osztályúnak jelölte. A cél Los Angeles és Bakersfield között a hosszabb tehervonatok vontatása volt a meredek vonalon, át a Tehachapin. Első lépésben az SP 15 mozdonyt rendelt, az F-1 és 2-esnél nagyobb, 75.150 font (34.118 kp) vonóerővel. A gyár a mozdonyokat 1921 januárjától szállította, és februártól májusig helyezték őket szolgálatba. Jól megállták a helyüket: nyugat felé 985 (metrikus) tonnás vonatokat, míg keletre  868 tonnásakat vontathattak, kb. 13%-kal nagyobb súlyúakat, mint az F-1-esek. A változások az F-1-eshez képest: ennek, majd az F-4 és -5-ösnek is, nagyobb méretű, így nagyobb kapacitású kazánja lett. Megnövelték a tűzszekrény és az égéstér méretét is. A túlhevítő elzáró szelep hengerét a füstszekrénybe helyezték. Az öntött acél hengerek a fél nyereggel megfordíthatók és felcserélhetők voltak. A szabályzó szelep ennél a mozdonynál is a túlhevítőbe jutó gőz mennyiségét szabályozta. (jobbra:)  Az F-3-as Rushton szabályzó szelepe 1925 Locomotive Cyclopedia rajza [5]-ből

A mozdony vezetőfülkéje viszonylag rövid volt, de a kezelőszerveket gondosan helyezték el, hogy a személyzetnek elegendő hely maradjon. A villamos berendezést Pylre National turbó generátor táplálta. A homloklámpa SP gyártmányú. A mozdony a gyártótól fa első forgóvázzal érkezett. A Baldwintól mind a 15 mozdony 1921 januárjában érkezett. A teljes ár, benne a 3.569, 09 dolláros kiszállítási díjjal 86.180,56 dollár volt. 1924-ben az SP irányítási jogot szerzett az El Paso & Southwestern vasút fölött, vele jogot, hogy továbbra is szenet kapjon a Dawson Field szénmezőről New Mexicóban. A széntüzelésű mozdonyokat az El Paso - Tucumcari, vagy Tucson vonalra vezényeltek. Aztán az F-4-ek és -5-ök megérkezésével 1925-26-ban az összes F-3-ast széntüzelésűre építették át az El Paso General Shopban.

A széntüzelésű mozdonyokat Elvin RB Coal Stoker, gépi széntüzelővel szerelték fel. Aztán a forgalmi viszonyok változásával 1934 augusztusától kezdve minden F-3-ast visszaépítettek olajtüzelésűre. 1940-41-ben több F-3-ast TA-1 Hancock Turbo Injector Fedwater Heaterrel (turbó lövettyű és tápvíz melegítő) szereltek fel. Ezek kapacitása óránként 4.500 és 10.000 gallon (20.450 és 45.460 l) között volt . A bal hengerből kiáramló gőz melegítette a tápvizet. A járda alatt elhelyezett centrifugális leválasztó választotta le a henger kenőolajat, ami a kiáramló gőzben lehetett. Az olajmentes gőzt csövön a turbó lövettyűhöz vezették a hátsó futó forgóvázhoz. Az F-3-as mozdonyok jól teljesítettek az SP sokféle vonalán, ezért a vasúttársaság újabbak rendeléséről határozott a nagy gazdasági válságot követő üzleti fellendülésre.

F-4 osztály, SP 3668-3717

Az I. világháború befejeztével a gazdaság 1920-21-ben gazdasági válságba süllyedt, több iparág és a mezőgazdaság árai lezuhantak. Csak az autó- és a villamos készülék gyártás működött úgy-ahogy. Az SP 1921 januárjában átvett tizenöt F-3-ast, de ezen túl nem volt szüksége több vontatóeszközre. Azonban a menedzsment látta, hogy a válság enyhülésével több mozdonyra lesz szüksége. Az SP-nél a 2-10-2 (1' E 1') mozdonyok voltak a legnagyobb teljesítményű nem osztott főkeretes vontatók, az SP ezt fejlesztette tovább. 1921 októberében az SP 50  2-10-2-es mozdonyt rendelt a Baldwin Eddystone-i gyárától.

A Baldwinnak nagyon kellett ez a rendelés, mivel a kapacitása töredékével működött, ezért óvatosan árazott. A teljes rendelésért 3.750.000 dollárt kért. Az SP a mozdonyokat az F-4 osztályba sorolta. A Baldwin Locomotives magazin azt írta róluk: "A Southern Pacific F-4-esei a kiegészítőkkel a legteljesebben felszerelt tehervonati mozdonyok között van, és a teljesítménye közel áll ahhoz az értékhez, amit nem osztott főkeretes mozdonnyal a megengedett tengelyterhelésen belül el lehet érni." A többlet felszerelés az F-4-eseken az F-3-asokhoz képest a tápvíz melegítő és a hátsó futóforgóvázban a rásegítő, a booster.

A No. 3701 F-4-es leszállítási állapotában Sacramento Shops-ban, 1925-ben Southern Pacific felvétel [5]-ből A kipufogó gőz a gömb alakú centrifugális olajleválasztó után jut a Worthington 4B FWH tápvíz melegítőbe. A gőzdómból a ferdén le és hátra irányú cső a hátsó forgóvázban lévő rásegítő tápvezetéke. Ez a cső jó vizuális azonosítója az F-4 mozdonyoknak.

A mozdony kis sugarú ívekben is haladhatott, mégis minden hajtott kerékpárja nyomkarimás volt. Ezt az tette lehetővé, hogy ezek a kerékpárok keresztirányban elmozdulhattak, az első, a harmadik és az ötödik kerékpár 7/8 hüvelyket (22,2 mm-t), a második és a negyedik kerékpár és a futó forgóvázak kerékpárjai 5/8 hüvelyket (15,9 mm-t). A mozdony valóságos merev tengelytávja 22 láb 10 hüvelyk (6.961 mm) volt, de a kerékpárok elmozdulhatósága miatt csak 16 láb 9 hüvelynek (5.108 mm-nek) tekintették. A kazán és a hengerek méretei azonosak voltak, mint az F-3-éi, de a kazán működését a tápvíz melegítő jelentősen módosította. A mozdony jobb oldalán Nathan 1918-B Special típusú, non-lifting (nem emelő) lövettyű helyezkedett el. A nem emelő típusú lövettyűt több vasúttársaság kedvelte, több előnye is volt: ugyanabban a méretben nagyobb kapacitású volt, ritkábban romlott el, jól működött alacsonyabb vízszintnél is, nagyobb hőmérsékletnél is "felkapta a vizet", a vezetőálláson kívül volt, így több helyet hagyott a mozdonyszemélyzetnek és könnyebb volt karbantartani vagy javítani, nem kellett kiszerelni. A működtető szelepe a mozdonyvezető oldalán volt (!). Az F-4-es volt az első mozdonyosztály, melynek minden tagja fel volt szerelve tápvíz melegítővel. A Worthington Type 4B kapacitása óránként 7.200 gallon (32.730 l). A fűtő oldalán lévő egyetlen szeleppel lehetett működtetni.

Az olajleválasztó és a Worthington 4B FWH (feedwater heater, tápvíz melegítő) Southern Pacific felvétel [5]-ből Az SP bizonyos mozdonyain használt Elesco (El: Locomotive, es: Superheater, co: Company), és Coffin típusú tápvíz melegítőt is.

A tápvíz melegítő mellett az F-4-esek másik újdonsága volt a Delta típusú forgóvázban elhelyezett rásegítő gőzgép, a booster.

A Franklin Railway Supply Company Locomotive Booster, mozdony rásegítője, 1925-ben A Locomotive Cyclopedia rajza [5]-ből

A booster egyszerű (nem kompaund) kéthengeres gőzgép volt, mely szabadonfutón keresztül hajtotta a hátsó futó kerékpárt. A kazánból nedves gőzt kapott, és a fáradtgőze a mozdonyvezető oldalán a henger kipufogó gőz vezetékébe csatlakozott. A booster kézi indítású és automatikusan lekapcsolódó volt. Amikor a mozdonyvezetőnek plusz vonóerőre volt szüksége, felemelte a booster vezérlő kart, és a booster gőzt kapott. Ha a mozdony sebessége elérte a 12 - 13 mph (19 - 21 km/h) sebességet, a szabadonfutó automatikusan leválasztotta a boostert a tengelyről.

Az F-4-es vonóereje 75.150 font (34.118 kp), amit a booster 9.600 fonttal (4.358 kp-dal) növelt meg, ez jól jött nehéz tehervonatok indításánál, vagy emelkedőn kis sebességű vontatásánál. A Limának kéttengelyes hátsó forgóváza volt, boosterrel. amely magában hordozta a tűzszekrény súlyát, mert a főkeretnek nem volt a tűzszekrényig érő hosszabbítása. Ezért egyes szakirodalmak az ilyen mozdonyt osztott főkeretesnek (articulated) tekintették.

Kisebb havat az SP a mozdonyra tett hóekével kotorta el Arnold Menke collection [5]-ből Az ekét rudakkal a füstszekrény oldalához erősített tartókra függesztették.

A Prosperity Special, a fejlődés különvonat

1922 tavaszára a Baldwin Locomotive Works elkészítette az SP rendelését, az 50 F-4-est. Akkorra minden vasút érezte a gazdasági válság hatását, csökkent a szállítandó áru mennyisége, az SP-nek nem igazán volt szüksége az új mozdonyokra. A vasút san franciscói igazgatósága kifejezte az igényét, hogy nem szükséges a mozdonyokat azonnal leszállítani, mihelyt elkészülnek a gyárban.

Samuel Vauclain, az akkori világ legnagyobb mozdonygyárának a főnöke előre menekült. Be akarta mutatni, hogy az új mozdonyok a válság ellenére a vasút bizalmát mutatják a jövőben, a gazdaság újraindulásában. Az új mozdonyokból olyan hosszú vonatot állíttatott össze, amennyit célszerű volt egyben küldeni az SP-nek, és a vonatot alaposan meghirdetve, az új mozdonyokkal több helyen megállva mutatta, hogy az amerikai ipar legerősebb szereplői bíznak a gazdaság újraindulásában.

Húsz vadonatúj F-4-es útra készen Los Angeles-be, az SP igazgatóságának a városába, képezte a Prosperity Special-t (fejlődés különvonatot) Fénykép [5]-ből Az első mozdony mellett Samuel Vauclain, akkor a Baldwin gyár elnöke, mozdonytervező áll

A Prosperity Special útvonala Vonalrajz [5]-ből Valóban átszelte az egész országot. Május 26-tól több megállással június 30-ra ért Los Angeles-be.

A vonat egész útját a közönség nagy figyelme kísérte, sokan kimentek a vasútállomásra megnézni. Houston lakosai üdvözlik a Prosperity Specialt Az 1922 Baldwin Magazine felvétele [5]-ből A houstoni polgárok egy csoportja külön kérte Vauclaint, hogy a vonat menjen a városba, így az június 14-én megérkezett oda, és egy napot töltött a houstoni ipari központban. Ezrek nézték meg.

A Prosperity Special vonat egyik fontos eredménye volt, hogy a Baldwin elküldhette a számlát az SP-nek a 20 mozdonyról Southern Pacific Bulletin June 1922, [5]-ből 20 Locomotive Engines & Tenders on own wheels (20 mozdony és szerkocsi a saját kerekeiken). A számla felsorolja a mozdonyokon a kísérők neveit.

F-5 osztály, SP 3718-3768

Az SP megérezhette, hogy a Prosperity Special vonat (is) segített az amerikai gazdaság akadozó motorjának a felpörgetésében, és mihelyt az utolsó F-4-est is leszállította a Baldwin (a Prosperity Special 20 mozdonyán túl még 30 állt készen a gyárban), az SP rendelt 34 mozdonyt, melyeket F-5-ösnek jelölt. (Ugyanekkor az SP rendelt 10 nagy, 4-8-2-es (2' D 1'), Mountain személyvonati mozdonyt az Alco Schenectady gyártól. Rendelt még a Baldwintól 6 nehéz Pacific (4-6-2, 2' C 1') mozdonyt is. Ezek a rendelések összesen 4 millió dollárt tettek ki. De mielőtt a gyárak leszállították volna ezeket a mozdonyokat, az SP további 18 F-5-öst (és még 8 Pacificet) rendelt. Az F-5-ös mozdony nagyon hasonló az F-4 és az F-3-ashoz, a különbség, hogy alkalmaztak rajtuk néhány műszaki újítást. Több F-5-ös mozdonynál alkalmaztak termikus szifont a tűzszekrényben. Ez javította a hajtóanyag (az olaj) porlasztását, ezzel javította az égést is, csökkentette a hajtóanyag- és víz fogyasztást. A McCormick short pilot (rövid első forgóváz) acél kazáncsövekből készült. A rövid forgóvázból jobban kiállt a középponti kapcsolókészülék, így a mozdonyok kapcsolódhattak egymáshoz az elejükkel, anélkül, hogy meggörbítenék a cow catchert.

A forgóvázat George McCormick, az SP mérnöke tervezte, 1923-24-ben alkalmazták, elsőként az Mt-1-es, Mountain mozdonyokon. Az F-5 osztályú mozdonyokon Nathan "Bulls Eye" (bikaszem) hidrosztatikus kenőt alkalmaztak, a vezetőálláson, a mozdonyvezető oldalán. Olyan magasan, hogy a mozdonyvezető ülve is láthassa a műszereket és a kezelőeszközöket. Ez a kenő ellátta a légsűrítőket, a tápvíz melegítő hengereit és a booster hengereit. Az egyéb kenendő alkatrészeket a Nathan mechanikus kenő látta el. A nyomkarima kenőt részben a Baldwin gyár, részben az SP szerelte fel. Az olajtartálya a füstszekrény bal oldalán volt. Innen egy függőleges cső nyúlt le a futómű felé. A fűtő tartotta olajjal feltöltve ezt a csövet. Amikor a futómű első kerékpárja ívbe haladt be, az első hajtott tengely keresztirányú elmozdulást biztosító szerkezete egy bizonyos ponton kinyitott egy kis szelepet, ami olajat engedett az első kerékpár nyomkarimáira.

Los Balmos, a kis mezőgazdasági termelő közösség állomásán a 3718-as F-5-ös vizet vesz 1955 körül Arnold Menke collection [5]-ből A mozdony a 432-es számú menetrend szerinti tehervonat második szekcióját viszi a San Joaquin Valley Westside Line-ján (nyugati oldali vonalán). A mozdonynak Boxpoc fő hajtott kerékpárja (amelyet a hajtórúd hajt) van. A pálmafa és a fa víztartály egy ilyen állomás tipikus kellékei.

F-6 osztály, SP 3769

Az 1920-as évek közepén Amerikában a gőzmozdonyok tervezése és gyártása bizonyos szabványokat követett. Ezek középpontjában a megkívánt sebesség, teljesítmény és vonóerő mellett a (magas) hatékonyság állt. Ez irányította a hajtott kerekek átmérőjének a kalkulálását, a hajtásrendszer elemeinek a méretezését, a rásegítő (booster) betervezését és méretezését, a túlhevítő, a tűzszekrény és az égéstér tervezését. A vasúttársaságok, együttműködve a mozdonygyárakkal, a specifikus viszonyaikhoz jobban és jobban alkalmazkodó terveket készítettek, és a különböző vasutak tervező asztalairól nagyon hasonló mozdonytervek kerültek le. Abban az időben a szállítást a gőzmozdonyos vontatás dominálta, más technológia, mint a belső égésű motor hajtotta vasúti jármű, a dízelmozdony konkurenciája még nem volt közvetlen fenyegetés. Ennek ellenére a gőzmozdony tervezők egyre finomították a mozdonyokat, minden sikeres újítást alkalmaztak, a sikerteleneket pedig elvetették. De minden igyekezetük ellenére a gőzmozdony hatásfoka kicsi volt, kisebb még a stacionáris gőzgépekénél is, mert ott a gőzigény kisebb tartományban változott, mint az erősen változó sebességen, pálya meredekség viszonyokon és terhelésen dolgozó gőzmozdonynál. Ezen pedig nem lehetett változtatni. A tervezők keresték a mozdonyok hatásfoka növelésének a módját, ehhez pedig ötleteket, eljárásokat kerestek bárhol a világban.

(Az Amerikában leggyakoribb vezérlés, a Walschaerts tervezője belga volt.) A mozdonyok teljesítménye nőtt, és a tervezők beleütköztek a dupla excenter mozgatta Stephenson, Gooch és Allen-féle vezérlés korlátaiba. Az egyszeres excenter mozgatta Walschaerts-féle vezérlés volt a leggyakoribb. Kisebb mértékben, egyes vasutak a módosított Marshall és Hackworth féle vezérlést alkalmazták, ezeket Baker és Southern néven ismerték az USA-ban. Ezek a szelepvezérlések a szokásos gőz elosztást vezérelték, az egyszeres dugattyús szelep vezérelte a gőz mind a be-, mind a kibocsátását ugyanazon a nyíláson át, a kétfelől gőzt fogadó dugattyúra. A kipufogó gőz hűtötte a nyílást, amin kiáramlott, míg egy fázissal később az ugyanott beáramló friss gőz ismét felfűtötte, és ez hőveszteséget jelentett. Az ideális méretű friss gőzt bebocsátó nyílás ellennyomást, kibocsátási ellenállást jelentett a fáradtgőz számára. A tervezők gondosan "átlagolták" a kétféle kívánalomnak megfelelő nyílásméretet, hogy az optimális eredményt érjék el. De az ideális megoldás az, ha a gőz bebocsátás és a fáradt gőz kiengedés különböző nyíláson történik.

A megoldást keresve több tervező visszanyúlt egy elrendezéshez, melyet 1849-ben Angliában alkalmaztak. Akkor egy 2-2-2 (1' A 1') mozdonyt olyan szelepvezérlésűre alakítottak át, mely a henger mindkét végén bocsátott be gőzt, és a kibocsátás nyílások gyűrűjén át történt, a henger közepén. Ezt az egyszeres gőzirányú rendszert az angolok "uniflow"-nak hívták. A német Johann Stumpf 1909-ben szabadalmaztatott egy gyakorlatias megoldását az egyszeres gőzirányú rendszernek. Az "Unaflow"-nak hívott rendszerben a fáradtgőz a hengert annak közepén nyílások gyűrűjén át hagyja el és a kéménybe távozott, míg a bebocsátás a szokásos módon történt. A Stumpf rendszer jól működött a kisebb teljesítményű európai mozdonyokon, kisebb hatásfok növelést eredményezett. A rendszert a világban "Uniflow" néven ismerték. A Stumpf-féle Unaflow henger terv, Lentz-féle szelepekkel elegendően sikeres volt, hogy Angliában, Németországban és Dániában alkalmazzák. 1922-ben Európában vagy 200 mozdony dolgozott így.

Többet ilyenre építettek át. Ugyanebben az évben Stumpf gyárat alapított az amerikai Syracuse-ban, New York államban. 1931-ben a Delaware & Hudson vasút áramvonalas borítású Pacific mozdonyt épített Stumpf-féle Unaflow szelepekkel, de a mozdony nem lett igazán sikeres. A Baldwin mozdonygyár érdeklődött az ötlet iránt, az elvet saját szelep elrendezéssel próbálta ki. A rendszere, melyet Vauclain munkatársai terveztek, külön csatornát használt a gőz be- és kibocsátására, de teljesen különbözött az Unaflow-tól. "Two-Flow Valve System", kétáramú szelep rendszernek hívták. A gőzt minden fő henger fölött három vízszintes dugattyús tolattyú irányította, ezeket a szokásos Walschaerts-féle szelepvezérlés mozgatta. Az SP 3769-es, F-6-os mozdonyán ezt a szelep elrendezést alkalmazták.

1924 júliusában a Baldwin leszállította az SP-nek a No. 3769, F-6-ost, de az nem helyezte szolgálatba 1925. június 23-áig. Addig mérték és vizsgálták a működését, végül visszaküldték a Baldwinhoz a szükséges módosítások elvégzésére, hogy a mozdony alkalmas legyen a vonali próbákra. Ezek elvégzése után az SP birtokba vette a mozdonyt. (jobbra:) A Two-Flow (kétáramú) henger rendszer a No. 3769-esen Fénykép [5]-ből A három, 5 hüvelyk (127 mm) átmérőjű dugattyús tolattyú látható a fő henger tetején. A középső tolattyú engedte a hengerbe a frissgőzt mind az előre, mind a hátra dugattyú mozgásnál. A két szélső tolattyú a fáradtgőzt engedte ki, az egyik a fődugattyú előre-, a másik a hátra mozgásánál. Így a beáramló friss gőz és a kipufogó fáradt gőz más-más nyílást használt. Mindhárom tolattyú ugyanazt a mozgatást kapta, egyetlen keresztfejtől, a Walschaerts szelep tolattyú rúddal.

A Baldwin a 3769-es mozdonyt 87.412.80 dollárért szállította. A vonali próbák során tehervonatokkal a Two-Flow rendszer jól működött. Kis mértékű hajtóanyag megtakarítást adott. Emellett a mozdonynak magasabb lett a fejlesztési költsége, nagyobb volt a karbantartási költsége és drágább volt a hosszabb műhelyben töltött idő, és ezek a nagyobb költségek semlegesítették a hajtóanyag megtakarítást. Ezért az SP úgy döntött, hogy nem rendel több mozdonyt ilyen, Two-Flow szelep rendszerrel. Négy év szolgálat után az SP igazgatósága úgy határozott, hogy leszerelik a 3769-es mozdonyról a Two-Flow rendszert.

(A négy év szolgálat azt jelenti, hogy a mozdony jól működött, csak kicsit magasak voltak a járulékos költségek. Amerikában a nem jól működő mozdonyokat nem tartják üzemben négy évig, hanem gyorsan átépítik vagy szétvágják.) A Baldwin nem volt boldog a döntéstől, mert neki is fejlesztési költsége volt a mozdonyban, de nem tudunk további Baldwin mozdonyról, amely ezt a rendszert alkalmazta volna. Talán kárpótolta, hogy az SP-vel közösen új fejlesztésbe kezdtek, és a 3769-est Caprotti szelepvezérlővel szerelték fel. A Baldwin akkoriban vásárolta meg ennek a rendszernek a gyártási és eladási licencét.

Munkában a 3769-es F-6-os David L. Joslyn felvétele [5]-ből A nyugati irányú 2-239-es tehervonattal, Weednél Jól látszik a főhenger fölött a Two-Flow rendszer három tolattyúja.

Az F-6 3769-es füstszekrénye Fénykép [5]-ből Az Okadee-féle zsanérok lehetővé teszik a teljes füstszekrény ajtó nyitását a leszerelése nélkül. A zsanérral a nyitott ajtót rögzíteni lehet akaratlan (pl. szél miatti) becsukódás ellen. A harangot kötéllel lehet megszólaltatni. A füstszekrény ajtón a korlát nem volt szabványos része az F mozdonyoknak, talán a fűtőházfőnök döntése volt, hogy felszerelik-e vagy nem. A korlát a kis ajtó alatt távolabbra fordul, talán hogy több helyet hagyjon a kapaszkodó kéznek.

Források: Brian Solomon: American Steam Locomitive [1] Brian Solomon: Baldwin Locomotives [2] George H. Drury (compiled): Guide to North American Steam Locomotives [3] Larry E. Brasher: Santa Fe Locomotive Development  [4] Robert J. Church: Southern Pacific Ten-Coupled Locomotives [5] William D. Middleton, George M. Smerk, and Roberta L. Diehl: Encyclopedia of North American Railroads  [6] Larry E. Brasher: Charles T. Ripley, Santa Fe's unheralded Chief Mechanical Engineer, Classic TRAINS, 2007. őszi száma [7] George H. Drury: Santa Fe in the Mountains [8]

manhattani         2024. január 8.