Motor de refuerzo

El motor auxiliar se diseñó para subsanar las deficiencias fundamentales de la locomotora de vapor estándar. La mayoría de las locomotoras de vapor no transmiten potencia a todas las ruedas. La fuerza que se puede aplicar al raíl depende del peso de las ruedas motrices y de su adherencia a la vía. Generalmente, se necesitan ruedas sin motor para proporcionar estabilidad a alta velocidad, pero a baja velocidad no ofrecen ninguna ventaja y solo añaden peso. La incorporación de un motor auxiliar a un eje que antes no tenía motor significaba que el esfuerzo de tracción inicial aumentaba sin perjudicar la adherencia del motor principal.

Dado que el sistema de transmisión de una locomotora de vapor es fijo (ya que sus pistones están conectados directamente a las ruedas mediante bielas y manivelas), es necesario encontrar un equilibrio entre la capacidad de ejercer una gran fuerza de tracción a baja velocidad y la capacidad de circular a alta velocidad (sin que ello provoque velocidades excesivas en los pistones ni el agotamiento del vapor). A bajas velocidades, una locomotora de vapor no puede aprovechar toda la potencia que produce su caldera; un motor auxiliar utiliza ese potencial desaprovechado.

El mayor esfuerzo de tracción inicial que proporcionaba el sistema auxiliar permitió, en algunos casos, que las compañías ferroviarias redujeran el número de locomotoras auxiliares adicionales o incluso las eliminaran en trenes más pesados. Esto se tradujo en menores costes de operación y mantenimiento, mayor disponibilidad y productividad de las locomotoras (en toneladas-milla) y, en definitiva, una mayor rentabilidad.

Los compresores auxiliares eran costosos de mantener, debido a sus tuberías flexibles de vapor y escape, engranajes tensores, etc. Un funcionamiento incorrecto también podía provocar caídas indeseables en la presión de la caldera o daños en el compresor. Además, el compresor auxiliar y sus componentes asociados añadían varias toneladas de peso a la locomotora, lo que se consideraba "peso muerto" a velocidades superiores a las de su funcionamiento. Asimismo, si el compresor auxiliar sufría una avería que impedía la desconexión del engranaje tensor, la velocidad de toda la locomotora se limitaba a 32 km/h (20 mph ) o menos hasta que pudiera retirarse del servicio para su reparación, lo que reducía su disponibilidad.  

Se podría realizar un cálculo aproximado del esfuerzo de tracción del propulsor con la siguiente fórmula: ^{[ 5 ]}

$${\displaystyle t={\frac {cd^{2}spr}{w}},}$$

dónde

• t es el esfuerzo de tracción en libras-fuerza
• c es el coeficiente que representa la presión efectiva media, normalmente fijado en 0,80.
• d es el diámetro del pistón en pulgadas ( diámetro interior )
• s es la carrera del pistón en pulgadas
• p es la presión de trabajo en libras por pulgada cuadrada.
• r es la relación de transmisión del amplificador.
• w es el diámetro de las ruedas traseras a las que está acoplado el propulsor, expresado en pulgadas.

El propulsor típico de la locomotora empleaba un par de cilindros de 250 mm (10 pulgadas ) de diámetro y 300 mm (12 pulgadas ) de carrera . Las relaciones de transmisión disponibles y las velocidades de funcionamiento correspondientes para los modelos de propulsor Franklin tipo C y tipo E se detallan en la tabla siguiente.  

El sistema de refuerzo se utilizó principalmente en Norteamérica . En otros lugares, los sistemas ferroviarios a menudo consideraban que el costo y la complejidad eran injustificados.

Incluso en Norteamérica, el uso de motores auxiliares era limitado y se distribuía de forma irregular. Mientras que algunos ferrocarriles los utilizaban ampliamente, otros no. El New York Central fue el primero en usar un motor auxiliar en 1919 y siguió siendo un defensor de su uso, aplicándolos a todas sus locomotoras Hudson 4-6-4 de alta tracción para aumentar su aceleración al salir de las estaciones con trenes de pasajeros de alta velocidad. Sin embargo, el ferrocarril rival Pennsylvania Railroad utilizó pocas locomotoras equipadas con motores auxiliares. El Chesapeake & Ohio especificó motores auxiliares en todas sus locomotoras Superpower , excepto en la Allegheny , para aumentar la capacidad de carga en algunos de los terrenos montañosos de sus líneas principales, mientras que el rival Norfolk & Western experimentó brevemente con motores auxiliares y consideró que su costo no se justificaba, optando en cambio por aumentar el esfuerzo de tracción del motor elevando la presión de la caldera.

De las 3.257 locomotoras de vapor adquiridas por la Canadian Pacific Railway entre 1881 y 1949, solo 55 estaban equipadas con sistemas de refuerzo: 17 locomotoras de la clase H1 4-6-4, 2 de la clase K1 4-8-4 y las 36 locomotoras Selkirk 2-10-4 .

En Australia, Victorian Railways equipó todas menos una de sus locomotoras de la clase X 2-8-2 (construidas entre 1929 y 1947) con un motor auxiliar de dos cilindros 'Franklin', tras una prueba exitosa del dispositivo en una locomotora más pequeña de la clase N 2-8-2 en 1927. A partir de 1929, las locomotoras de pasajeros pesadas de la clase 500 de South Australian Railways 4-8-2 fueron reconstruidas como 4-8-4 con la adición de un bogie auxiliar.

Las locomotoras de la clase KB de NZR de 1939 fueron construidas con un bogie auxiliar para que pudieran afrontar las pendientes más pronunciadas de algunas líneas de la Isla Sur (en particular, la de Cass Bank en la línea Midland ). Posteriormente, se retiraron algunos bogies auxiliares debido a que el mecanismo se atascaba.

En Gran Bretaña, ocho locomotoras de cuatro clases diferentes en el London and North Eastern Railway (LNER) fueron equipadas con unidades de refuerzo por Nigel Gresley . Cuatro eran locomotoras existentes reconstruidas con refuerzos entre 1923 y 1932: una de la clase C1 (en 1923), a la que se le dio un refuerzo Franklin Tipo C-1; ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} ambas conversiones de la clase C7 a la clase C9 (en 1931), a las que se les dieron refuerzos J. Stone & Co Tipo C3; ^{[ 9 ]} y una de la clase S1 (en 1932). ^{[ 10 ]} Las cuatro restantes fueron todas instaladas en locomotoras nuevas: las dos locomotoras P1 2-8-2 , construidas en 1925 con el refuerzo Franklin Tipo C-1; ^{[ 11 ]} y dos locomotoras de la clase S1 construidas en 1932. ^{[ 10 ]} Los tres amplificadores instalados en la clase S1 fueron fabricados por J. Stone & Co, pero se diferenciaban de los dos instalados en la clase C9 por ser reversibles y tener una relación de engranajes de 3:1 en lugar de 1:1. ^{[ 12 ]} Al encargar cinco amplificadores a Stones al mismo tiempo, la LNER pudo obtener un precio de 875 libras esterlinas cada uno, mientras que los tres comprados a Franklin habían costado más de 1100 libras esterlinas cada uno. ^{[ 13 ]} Los amplificadores fueron retirados entre 1935 y 1938, ^{[ 14 ] [ 15 ]} excepto los de la clase S1 que se conservaron hasta 1943. ^{[ 10 ]}

Un tipo temprano de propulsor utilizado en Gran Bretaña fue el ténder de vapor , que Benjamin Connor del Ferrocarril Caledonio probó en 1859 en cuatro locomotoras 2-4-0. Archibald Sturrock del Ferrocarril del Gran Norte (GNR) patentó un sistema similar el 6 de mayo de 1863 (patente n.° 1135). Se utilizó en cincuenta locomotoras 0-6-0 del GNR: treinta convertidas a partir de locomotoras existentes entre 1863 y 1866, y veinte construidas nuevas en 1865 (n.° 400-419). El equipo se retiró de las cincuenta durante 1867-1868. ^{[ 16 ] [ 17 ]}