لوکوموتیو فرلی چیست؟
لوکوموتیو فرلی نوعی لوکوموتیو بخار مفصلی است که چرخهای محرک آن روی تراکهای چرخشی (Bogies) قرار دارند. این لوکوموتیو میتواند دوطرفه (دابل فرلی) یا یکطرفه (سینگل فرلی) باشد. فرلیها بیشترین شهرت خود را در راهآهن فستینیوگ در شمال ولز به دست آوردند.
اگرچه لوکوموتیوهای فرلی امروزه فقط در راهآهنهای تاریخی استفاده میشوند، اکثریت قریببهاتفاق لوکوموتیوهای دیزلی و برقی در جهان امروز از فرمی پیروی میکنند که تفاوت چندانی با فرلی ندارد؛ یعنی دو تراک محرک با تمام محورهای متحرک. بسیاری از آنها همچنین مفهوم دوطرفه بودن فرلی را دنبال میکنند و میتوانند بهطور یکسان در هر دو جهت حرکت کنند.
توسعه طراحی
رابرت فرانسیس فرلی، مهندس اسکاتلندی، طراحی خود را در سال ۱۸۶۴ ثبت اختراع کرد. او عمیقاً معتقد بود که الگوی مرسوم لوکوموتیوها ایرادات اساسی دارد؛ آنها وزن خود را روی چرخهای بدون محرک هدر میدادند (حداکثر نیروی کششی یک لوکوموتیو تابعی از وزن روی چرخهای محرک آن است) و همچنین روی ترندری که فقط سوخت و آب حمل میکرد و هیچ سهمی در وزن چسبنده لوکوموتیو نداشت. علاوه بر این، لوکوموتیوهای استاندارد جلو و عقب مشخصی داشتند و برای حرکت طولانیمدت در جهت معکوس طراحی نشده بودند؛ بنابراین در هر پایانه به چرخگردان یا مسیر Y شکل نیاز داشتند.
راهحل فرلی، یک لوکوموتیو بخار دوطرفه بود که تمام سوخت و آب خود را حمل میکرد و هر محور آن محرک بود. این لوکوموتیو یک دیگ بخار دوطرفه داشت که با یک محفظه آتش (Firebox) در مرکز و یک اتاق دود (Smokebox) در هر انتها تعبیه شده بود.
پیشینیان
فرلی اولین مهندسی نبود که یک موتور دوتایی طراحی و ساخت کرد. در سال ۱۸۵۰، شرکت بلژیکی جان کاکریل و شرکا، لوکوموتیوی با دیگ بخار دوتایی به نام سرانگ (Seraing) ساخت که دارای دو تراک محرک مفصلی مستقل بود. این طراحی تفاوتهای متعددی با طرح فرلی داشت؛ بهویژه اینکه بافرها به قاب حامل متصل بودند نه به تراکها، و تراکها با چهار پین به قاب متصل میشدند که میزان مفصلبندی را محدود میکرد. سرانگ شکست خورد و احتمالاً رابرت فرلی در دهه ۱۸۶۰ بیخبر از آن بود. در اوایل دهه ۱۸۶۰، آرچیبالد استوروک، سرپرست لوکوموتیوهای راهآهن بزرگ شمالی، با تراکهای محرک زیر ترندرهای لوکوموتیوهای بخار تجربه کرد. هرچند این طرح در نهایت موفق نبود، فرلی تحت تأثیر کار استوروک و همچنین استفاده از لوکوموتیوهای پشتبهپشت در شیب بهر گات در راهآهن شبهجزیره بزرگ هند (از سال ۱۸۵۶) قرار گرفت.
محفظه آتش
اولین لوکوموتیو، «پراگرس» نام داشت که در سال ۱۸۶۵ توسط شرکت جیمز کراس برای راهآهن نیت و برکون ساخته شد. با این حال، عبور جریان هوا از هر دو نیمه دیگ از طریق یک محفظه آتش موفقیتآمیز نبود. گازهای داغ تمایل داشتند از یک نیمه دیگ عبور کنند، در نتیجه نیمه دیگر سهم کمی در تولید بخار داشت و ناکارآمد بود. اولین لوکوموتیو راهآهن فستینیوگ، یعنی «لیتل واندر»، محفظههای آتش جداگانهای با روکش آبی بین آنها داشت که بسیار موفقتر عمل کرد.
کنترلها
راننده لوکوموتیو در یک طرف و آتشبان در طرف دیگر کار میکردند؛ محفظههای آتش آنها را از هم جدا میکرد. رگولاتورهای هر دو تراک محرک در بالای مرکز محفظههای آتش قرار داشتند و شیر ترمز بخار در یک انتها بود.
تراکهای محرک
در زیر لوکوموتیو، دستگاه روی دو تراک محرک چرخشی استوار بود که تمام چرخها محرک بودند؛ لوکوموتیوهای کوچکتر تراکهای چهارچرخ و لوکوموتیوهای بزرگتر تراکهای ششچرخ داشتند. سیلندرهای هر تراک محرک به سمت بیرون و به طرف انتهای لوکوموتیو قرار داشتند. کوپلرها و بافرها روی تراکها نصب میشدند نه روی قاب لوکوموتیو، تا همراه با انحنای مسیر بچرخند.
تأمین بخار
بخار از طریق لولههای انعطافپذیر به سیلندرها میرسید. در ابتدا این لولهها از نوع لوله مسی پیچخورده بود که پس از مدتی استفاده میشکست. در لوکوموتیوهای بعدی از لولههای اتصال صلب استفاده شد که انعطاف لازم از طریق مفاصل کروی فلزی (شبیه به آنچه در تجهیزات آزمایشگاهی استفاده میشود) تأمین میشد.
سوخت و آب
سوخت و آب روی خود لوکوموتیو حمل میشد؛ آب در مخازن کناری هر دیگ و سوخت در مخازن بالای آنها قرار داشت.
نمونههای مورد استفاده
با تکیه بر موفقیت «لیتل واندر» در فستینیوگ، فرلی در فوریه ۱۸۷۰ مجموعهای از نمایشهای بسیار موفقیتآمیز را در این مسیر برای هیئتهای قدرتمند از نقاط مختلف جهان برگزار کرد. این امر باعث شد اختراع او (و مفهوم راهآهن باریکهپهن که بر آن استوار بود) در سراسر جهان به فروش برسد. لوکوموتیوها برای بسیاری از مستعمرات بریتانیا، امپراتوری روسیه و حتی یک نمونه برای ایالات متحده ساخته شدند.
در سال ۱۸۷۹، اولین خط راهآهن دولتی در استرالیای غربی از جرالدتون به نورثهمپتون، از دو لوکوموتیو دابل فرلی به عنوان سومین و چهارمین نیروی محرکه خود استفاده کرد، اما چندان موفق نبود. تنها کاربردهای واقعاً موفق لوکوموتیو فرلی، به جز راهآهن فستینیوگ، در مکزیک، نیوزیلند و روسیه (در راهآهن ترانسقفقاز) بود.
ولز
در سال ۱۸۶۹، شرکت رابرت فرلی لوکوموتیوی به نام «لیتل واندر» را برای راهآهن فستینیوگ ساخت. فستینیوگ اولین راهآهن باریکهپهن بود که از لوکوموتیو استفاده میکرد. در طراحی فرلی، محفظههای آتش و خاکسترپاشها محدود به عرض قاب یا مسیر نبودند، بلکه فقط محدود به گيج بار کلی بودند. «لیتل واندر» چنان موفق بود که فرلی به شرکت راهآهن فستینیوگ مجوز دائمی و بدون محدودیت استفاده از اختراع خود را داد، در عوض استفاده از این خط و موفقیت لوکوموتیوهای فرلی در تبلیغات او. فستینیوگ در مجموع شش لوکوموتیو فرلی داشت که دو فروند در سال ۲۰۲۰ در حال کار بودند و یکی در موزه ملی راهآهن به نمایش گذاشته شده است. لوکوموتیو هفتم، یعنی جیمز اسپونر دوم، در حال حاضر در کارگاههای بوستون لاج در حال ساخت است.
ایالات متحده
لوکوموتیوی فروخته شده در آمریکا برای راهآهن تازهتأسیس دنور و ریوگرانده در سال ۱۸۷۲ سفارش داده شد و «ماونتینیر» نام گرفت. این تنها دابل فرلی بود که در یک راهآهن باریکهپهن آمریکایی کار میکرد. این لوکوموتیو کوچکتر با تراکهای چهارچرخ بود. تجربه این راهآهن با این لوکوموتیو نمونهای معمول بود و نشان میداد که اگرچه فرلی چندین مشکل لوکوموتیوهای مرسوم را حذف کرده بود، مشکلات جدیدی را نیز ایجاد کرده بود. حداقل یک دابل فرلی دیگر به نام یانوس توسط کارخانه میسون ساخته شد و در راهآهن لیهای ولی کار کرد.
کانادا
پنج لوکوموتیو فرلی باریکهپهن در اوایل دهه ۱۸۷۰ توسط شرکت موتور آونساید برای راهآهنهای کانادا ساخته شد. راهآهن تورنتو و نیپیسینگ از یک فرلی استفاده کرد تا اینکه خط در سال ۱۸۸۳ تبدیل شد. راهآهن تورنتو، گری و بروس نیز یک لوکوموتیو فرلی داشت. در جزیره کیپ برتون، سه لوکوموتیو فرلی برای حمل زغالسنگ استفاده شدند که تا سال ۱۹۰۲ فعال بودند.
مکزیک
در مکزیک، راهآهن مکزیکانو از فرلیها در بخش کوهستانی خط بین مکزیکوسیتی و وراکروز استفاده کرد، جایی که ۴۹ فرلی غولپیکر از انگلستان وارد شد. این لوکوموتیوها که بزرگترین و قدرتمندترین لوکوموتیوهای ساختهشده تا آن زمان بودند، تا زمان برقدار شدن خط در دهه ۱۹۲۰ استفاده شدند. ارقام نیروی کششی آنها نسبت به لوکوموتیوهای نسبتاً مدرن بسیار بالاتر بود.
رولت نوشت: «راهآهن مکزیک بود که به وفادارترین پیرو فرلی تبدیل شد. سه فرلی دوازدهچرخ آونساید در سال ۱۸۷۱ برای این شرکت ساخته شد تا در بخش شیبدار خط اصلی بین کوردوبا و قله اوریزابا کار کند. آنها چنان موفق بودند که پیشگام پنجاه فرلیای شدند که طی چهل سال توسط سازندگان بریتانیایی به مکزیک عرضه شد.»
دورانت دیدی بدبینانهتر داشت: «بزرگترین فرلیها... نمونههایی برای راهآهن مکزیکانو بودند... با وجود ابعاد چشمگیر، این موتورها فاقد سوپرهیتر یا تنظیمکنندههای مدرن شیر بودند و به زودی با برقدار شدن جایگزین شدند.»
موتورهای کارخانه ولکان تقریباً قطعاً به صورت سوختگیری نفتسوز ساخته شدند. در عکسها مخازن مستطیلی روی دیگها دیده میشود که چیدمان معمول فرلیهای نفتسوز بود. حرارت دیگها نفت را گرم نگه میداشت و از غلیظ شدن بیش از حد آن در هوای سرد جلوگیری میکرد.
ایرلند
راهآهن بزرگ جنوبی و غربی دو لوکوموتیو سینگل فرلی داشت.
نیوزیلند
در نیوزیلند، فرلیهای سینگل کلاس R و S و فرلیهای دابل کلاس B و E در دهه ۱۸۷۰ برای سیستم باریکهپهن سفارش داده شدند. سه مورد از فرلیهای کلاس S در سال ۱۸۹۱ به راهآهن دولتی استرالیای غربی فروخته شد.
روسیه
در روسیه، فرلیها در خطی بین تامبوف و ساراتوف و در گردنه سورامی راهآهن ترانسقفقاز استفاده شدند. اولین آنها در انگلستان ساخته شد، دسته دوم توسط کارخانههای آلمانی و آخرین دسته توسط کارخانه کولومنا تحت لیسانس ساخته شد. بزرگترین آنها ۹۰ تن وزن داشت و نفتسوز بود. در سال ۱۹۱۲ تمام فرلیها در روسیه در سری F قرار گرفتند و تا سال ۱۹۳۴ استفاده شدند.
هند و برمه
در سال ۱۸۷۹، شرکت آونساید ۲۵ دابل فرلی برای جنگ سوم افغان-انگلیس ساخت. این سفارش لغو شد، اما ۱۷ لوکوموتیو قبلاً ساخته شده بودند که توسط هند خریداری شدند (یکی در مسیر غرق شد). بقیه در راهآهن گردنه بولان کار کردند اما موفق نبودند و در سال ۱۸۸۷ انبار شدند. ده عدد به برمه رفت و چهار عدد دیگر به راهآهن کوهستانی نیلگیری فرستاده شد.
مشکلات طراحی
سوخت و آب
بحرانیترین مشکل، نبود ترندر بود؛ یعنی ظرفیت سوخت و آب بسیار کم بود. لوکوموتیو مکانی شلوغ است و طراحی فرلی حتی فضای کمتری نسبت به یک لوکوموتیو مخزندار معمولی برای تأمین مواد داشت. علاوه بر این، موقعیت مرکزی کابین، اضافه کردن ترندر را بعداً دشوار میکرد. همانطور که در لوکوموتیوهای کلاس لیدر بالید رخ داد، اگر به جای زغالسنگ از نفت استفاده میشد، محدودیت سوخت مشکلی نداشت.
لولههای بخار
لولههای بخار انعطافپذیر نیز مشکلساز بودند؛ مانند تمام لوکوموتیوهای مفصلی قرن نوزدهم، مستعد نشتی و هدررفتن انرژی بودند. این مشکلات تا حدی حل شدند. ثبت شده است که مشکلات طراحی اتصالات بخار انعطافپذیر برای لوکوموتیو گارات در سال ۱۹۰۹، پس از مطالعه توصیفی از مفاصل کروی بخار فرلی و بازدید از راهآهن فستینیوگ، توسط طراحان بیر پیکاک حل شد.
تراکهای محرک
مشکل دیگر در تراکهای محرک بود. چرخهای بدون محرک در لوکوموتیو بخار عملکرد تثبیتکننده داشتند و تمایل لوکوموتیو به پریدن در خطوط مستقیم را کاهش میدادند. فرلیهای اولیه تمایل به حرکت خشن، آسیب به ریل و خروج از ریل داشتند. این مشکل تا حدی به دلیل نقص در طراحی تراکها و نبود وزنههای تعادل در انتهای تراکها بود. فرلیهای بعدی بسیار ملایمتر با ریل رفتار کردند.
میدان دید
از آنجا که راننده در یک طرف محفظه آتش و آتشبان در طرف دیگر قرار داشت، لوکوموتیو در یک جهت چپفرمان و در جهت دیگر راستفرمان بود. این موضوع دیدن علائم سیگنال را دشوار میکرد.
لوکوموتیو سینگل فرلی
نوعی از فرلی که محبوبیت بیشتری (بهویژه در آمریکا) داشت، سینگل فرلی بود؛ در واقع نیمی از یک دابل فرلی با یک دیگ، کابین در یک انتها و یک تراک محرک مفصلی همراه با یک تراک بدون محرک زیر کابین. این طراحی ماهیت دوطرفه دابل فرلی را از بین برد، اما امکان داشتن مخزن سوخت و آب بزرگ پشت کابین و استفاده از ترندر را فراهم کرد. دیگ معمولی تعمیرات را ارزانتر کرد و جدایی خدمه را از بین برد.
اولین سینگل فرلی توسط الکساندر مکدونل طراحی شد. این طراحی بهویژه در آمریکا با نام «بوگی میسون» محبوب بود. در بریتانیا نیز از سینگل فرلی استفاده شد. سینگل و دابل فرلیها اولین لوکوموتیوهایی در بریتانیا و آمریکا بودند از مکانیسم اهرمی والشارتس استفاده کردند، زیرا سیستم فرلی به فضای بین قابها برای چرخش تراک نیاز داشت.
لوکوموتیو پشو-بوردون
این لوکوموتیو آخرین توسعه نوع فرلی بود که توسط کاپیتان پشو از توپخانه فرانسه برای راهآهنهای نظامی طراحی شد. دلیل انتخاب این طراحی این بود که اگر یک دیگ یا مکانیزم شیر آسیب میدید، لوکوموتیو میتوانست به کار خود ادامه دهد. تفاوت اصلی آن با فرلی این بود که فقط یک دام بخار (Steam dome) داشت. حدود پنجاه نمونه در سال ۱۹۰۶ و ۲۸۰ نمونه دیگر در جنگ جهانی اول ساخته شد.
فرلیهای اصلاحشده
فرلی اصلاحشده در سال ۱۹۲۴ توسط شرکت لوکوموتیو شمال بریتانیا به راهآهن آفریقای جنوبی معرفی شد. ظاهر آن شبیه لوکوموتیو گارات بود، اما دیگ، سوخت و مخازن آب همگی روی یک قاب واحد نصب شده بودند که روی تراکهای محرک میچرخیدند. در گارات، مخازن سوخت و آب مستقیماً روی تراکهای محرک قرار دارند.
فرلیها امروز
راهآهن فستینیوگ در ولز همچنان از لوکوموتیوهای فرلی استفاده میکند؛ سه دابل فرلی در حال کار هستند. جدیدترین آنها، جیمز اسپونر، در سال ۲۰۲۳ ساخته شد. قدیمیترین فرلی فعال، یک بوگی میسون است که در موزه هنری فورد در میشیگان نگهداری میشود و در تابستان مسافران را جابجا میکند.
از نسخههای غیرفعال، دابل فرلی ارل مریونث در کارگاه بوستون لاج حفظ شده است. دابل فرلی جوزفین در موزه اوتاگو در نیوزیلند نگهداری میشود. همچنین یک دابل فرلی در آلمان شرقی حفظ شده و لوکوموتیو لیوینگستون تامپسون در موزه ملی راهآهن یورک قرار دارد.
در داستان
در سریال کودکانه توماس و دوستان، شخصیت «مایتی مک» یک دابل فرلی در راهآهن باریکهپهن اسکارلویی است.