Lokomotif uap

Lokomotif uap seri C3318 dan C3065 di Museum Transportasi Taman Mini Indonesia Indah (TMII).

Lokomotif uap adalah jenis lokomotif yang menggunakan tenaga mesin uap untuk menarik rangkaian kereta api. Lokomotif uap menggunakan bahan bakar batu bara, kayu, atau minyak untuk menghasilkan uap dalam pendidih. Uap ini kemudian menggerakkan piston yang secara mekanis terhubung dengan roda penggeraknya. Baik bahan bakar dan air dipasok dalam lokomotif, baik ditampung pada lokomotif atau menggunakan tender di belakangnya.

Lokomotif uap pertama kali dikembangkan di Britania Raya pada awal abad ke-19 dan digunakan dalam sistem perkeretaapian sampai pertengahan abad ke-20. Richard Trevithick menciptakan lokomotif uap pada 1802. Lokomotif uap komersial tersukses dibuat pada tahun 1812–1813 oleh John Blenkinsop, Salamanca. Locomotion No. 1, yang dirakit oleh George Stephenson, putranya Robert, dan perusahaannya Robert Stephenson and Company, merupakan lokomotif uap pertama yang mampu menarik kereta api penumpang di lintas kereta api umum, Stockton and Darlington Railway tahun 1825. Pada tahun 1830 George Stephenson membuka jalur kereta api umum antarkota pertamanya, Liverpool and Manchester Railway. Robert Stephenson and Company menjadi pembuat sekaligus pemasok lokomotif uap pada dasawarsa pertama zaman uap di Britania Raya, Amerika Serikat, dan banyak negara di Eropa.

Pada abad ke-20, Kepala Teknisi Mekanik London and North Eastern Railway (LNER) Nigel Gresley mendesain sejumlah lokomotif yang cukup terkenal, seperti Flying Scotsman, lokomotif uap pertama yang resmi mencatatkan kelajuan di atas 100 mph (160 km/h) untuk layanan penumpang, dan lokomotif LNER A4, 4468 Mallard, yang masih menjadi lokomotif uap tercepat di dunia (126 mph (203 km/h)).

Sejak awal 1900-an, lokomotif uap mulai digantikan dengan lok listrik dan diesel; sejak saat itu banyak jalur kereta api yang diubah menjadi tenaga listrik dan diesel mulai akhir 1930-an. Kebanyakan lokomotif uap dipensiunkan dari layanan reguler sejak 1980-an, meski banyak di antara mereka yang tetap menjalankan operasinya sebagai penarik KA wisata dan daya tarik warisan sejarah.

Sejarah

Lihat pula: Sejarah perkeretaapian dan Kategori:Lokomotif uap awal

Britania Raya

Dahulu sistem transportasi rel menggunakan kuda sebagai penariknya. Pada 1784, William Murdoch, penemu Skotlandia, membuat purwarupa lokomotif jalanan dalam skala kecil di Birmingham. Desain lokomotif uap skala besar diajukan oleh William Reynolds sekitar 1787. Model awal kerja lokomotif uap dirancang dan dibangun oleh perintis perahu uap John Fitch di Amerika Serikat selama tahun 1794. Lokomotifnya menggunakan roda berbilah dalam yang dipandu rel. Model ini masih ada dan dipajang di Museum Masyarakat Sejarah Ohio di Columbus. Autentisitas dan tanggal pembuatan lokomotif ini diragukan oleh sejumlah ahli dan kereta api uap yang bisa dijalankan harus menunggu penemuan mesin uap bertekanan tinggi oleh Richard Trevithick, yang merintis penggunaan lokomotif uap untuk kereta api.

Lokomotif Coalbrookdale oleh Trevithick

Lokomotif uap pertama yang bisa dijalankan menggunakan lebar sepur 3 ft (914 mm). Namanya adalah Coalbrookdale Locomotive, yang dibuat oleh Trevithick pada 1802. Loko ini dibuat di pabrik besi Coalbrookdale di Shropshire, Britania Raya meski tak ada catatan pengoperasian yang bertahan. Pada 21 Februari 1804, perjalanan kereta api uap pertama telah dilaksanakan menggunakan lokomotif uap rancangan Trevithick lainnya pada jalur trem dari pabrik besi Pen-y-darren dekat Merthyr Tydfil, menuju Abercynon di South Wales dengan sepur 4 ft 4 in (1.321 mm). Bersama rekannya Andrew Vivian, acara tersebut berjalan dengan sukses. Desain ini melibatkan banyak inovasi penting, termasuk penggunaan uap tekanan tinggi yang dapat mengurangi berat mesin dan meningkatkan efisiensi.

Trevithick berkunjung ke Newcastle tahun 1804 dan disambut oleh pemilik dan pekerja tambang batu bara. Kunjungannya sukses mengingat pertambangan batu bara di timur laut Inggris menjadi pusat eksperimentasi dan pengembangan lokomotif uap. Trevithick meneruskan eksperimen propulsi lok uapnya terhadap tiga lokomotif uap lainnya, dan terakhir adalah Catch Me Who Can tahun 1808.

Lokomotif Salamanca

Locomotion di Museum dan Pusat Kereta Api Darlington

Pada 1812, lokomotif rel gerigi silinder kembar buatan Matthew Murray, Salamanca pertama kalinya berjalan di jalur Middleton Railway. Lokomotif lainnya yang juga terkenal, Puffing Billy, dibuat 1813–1814 oleh rekayasawan William Hedley untuk beroperasi di jalur tambang Wylam dekat Newcastle upon Tyne. Lokomotif ini adalah lokomotif uap tertua yang dilestarikan, dan kini dipajang statis di Museum Sains London.

George Stephenson

George Stephenson, mantan penambang yang kemudian menjadi tukang mesin di Killingworth Colliery, mengembangkan enam belas lokomotif Killingworth, termasuk Blücher tahun 1814, lainnya tahun 1815, dan juga Killingworth Billy tahun 1816. Ia juga membuat The Duke in 1817 untuk Kilmarnock and Troon Railway, yang merupakan lokomotif uap pertama yang berjalan di Skotlandia.

Pada 1825, George Stephenson membuat Locomotion No. 1 untuk Stockton and Darlington Railway, timur laut Inggris, yang menjadi jalur kereta api uap umum pertama di dunia. Pada 1829, putranya Robert membuat The Rocket di Newcastle, yang kemudian dilombakan dalam Rainhill Trials dan juara. Kesuksesannya membuat perusahaan miliknya menjadi produsen lokomotif uap terbesar pertama yang produknya banyak dipesan perusahaan KA Britania Raya, Amerika Serikat, dan banyak wilayah Eropa. Pembukaan Liverpool and Manchester Railway setahun berikutnya membuat lokomotif uap menjadi eksklusif untuk pengangkutan penumpang dan barang.

Amerika Serikat

Stourbridge Lion

Lokomotif pertama untuk jalur KA Amerika Serikat diimpor dari Britania Raya, seperti Stourbridge Lion dan kemudian John Bull (masih menjadi kendaraan bermesin tertua yang masih bisa dijalankan di Amerika Serikat per 1981). Namun, industri lokomotif uap lokal dengan cepat berdiri. Lokomotif Baltimore and Ohio Railroad Tom Thumb tahun 1830, didesain dan dibuat oleh Peter Cooper, menjadi lokomotif uap Amerika Serikat pertama yang dijalankan di Amerika, meski mulanya hanya dibuat untuk demonstrasi traksi uap potensial bukannya lokomotif penggerak pendapatan. DeWitt Clinton juga dibuat pada 1830-an.

Eropa daratan

Layanan kereta api uap pertama di luar Britania Raya dan Amerika Utara dibuka pada 1829 di Prancis, menghubungkan Saint-Etienne dan Lyon. Lalu pada 5 Mei 1835, jalur kereta api pertama di Belgia menghubungkan Mechelen dan Brussels. Lokomotifnya bernama The Elephant.

Photo of the Adler made in the early 1850s

Di Jerman, lokomotif uap kerja pertama adalah mesin yang mirip dengan Salamanca, didesain oleh perintis lokomotif Britania Raya John Blenkinsop. Dibuat pada Juni 1816 oleh Johann Friedrich Krigar di Königliche Eisengießerei zu Berlin, lokomotif ini berjalan di rel melingkar di halaman pabrik. Lokomotif ini adalah yang pertama kalinya dibuat di daratan Eropa dan untuk layanan kereta api uap penumpang pertama; mereka yang penasaran dapat naik kereta apinya dengan ditarik karcis. Loko ini tergambar dalam lencana Tahun Baru pada Königliche Eisengießerei tertanggal 1816. Lokomotif uap lainnya dengan sistem yang sama juga dibuat pada 1817, digunakan untuk jalur kereta tambang di Königshütte dan Luisenthal di Saar (sekarang bagian dari Völklingen), tetapi tidak pernah kembali bekerja sebagai KA tambang setelah dibongkar, dipindah, dan dirakit lagi. Pada 7 Desember 1835, lokomotif Adler berjalan antara Nuremberg dan Fürth pada jalur Bavarian Ludwig. Loko ini adalah loko ke-118 yang dibuat oleh perusahaan milik Robert Stephenson dan dilindungi paten.

The Austria, the first locomotive in Austria

Pada 1837, jalur KA uap pertama di Austria dibangun menghubungkan Vienna-Floridsdorf dan Deutsch-Wagram. Lokomotif uap tertua yang masih bisa dijalankan di dunia juga berjalan di Austria: GKB 671 yang dibuat 1860, yang belum dipensiunkan dan masih dipakai untuk acara khusus.

Pada 1838, lokomotif uap ketiga juga dibuat di Jerman, yaitu Saxonia, dibuat oleh Maschinenbaufirma Übigau dekat Dresden, dibuat oleh Prof. Johann Andreas Schubert. Lokomotif yang didesain independen di Jerman adalah Beuth, dibuat oleh August Borsig tahun 1841. Lokomotif pertama yang dibuat oleh Henschel-Werke di Kassel, Drache, dikirim tahun 1848.

Lokomotif uap pertama yang beroperasi di Italia adalah Bayard dan Vesuvio, berjalan di jalur Napoli-Portici, Kerajaan Dua Sisilia.

Jalur kereta api uap pertama di wilayah Swiss adalah Strasbourg–Basle yang dibuka 1844. Tiga tahun berikutnya, jalur KA yang melayani Swiss, Spanisch Brötli Bahn, dari Zürich ke Baden, sudah dibuka.

Komponen

Artikel utama: Komponen lokomotif uap

The main components of a steam locomotive (click to enlarge)

Legenda
No.	Bagian	No.	Bagian	No.	Bagian	No.	Bagian
1	Tender	13	Bukaan peti asap	25	Katup	37	Pencurah batu bara
2	Kabin masinis	14	Roda belakang	26	Peti uap	38	Perapian
3	Katup pengaman	15	Bordes	27	Tungku	39	Pencurah abu
4	Tangkai penjangkau	16	Rangka dasar (sasis)	28	Tabung ketel	40	Periuk gandar
5	Suling	17	Kampas rem	29	Ketel	41	Batang pengimbang
6	Generator / generator turbo	18	Pipa pemasir	30	Tabung superheater	42	Pegas daun
7	Kubah pasir	19	Batang penghubung	31	Katup tuas tenaga	43	Roda penggerak
8	Tuas tenaga	20	Katup persneling	32	Superheater	44	Tumpuan
9	Kubah uap	21	Batang torak	33	Cerobong	45	Pipa ledak
10	Kompresor/pompa angin	22	Tangkai piston	34	Lampu utama	46	Roda muka
11	Peti asap	23	Piston	35	Selang abar	47	Penghalau rintangan
12	Pipa uap	24	Silinder	36	Kotak air	48	Alat perangkai

Variasi

Sejumlah variasi lokomotif uap telah dikembangkan seiring perkembangan perkeretaapian guna meningkatkan efisiensi dan kinerja.

Silinder

Artikel utama: Silinder (lokomotif)

Awalnya lok uap memiliki dua silinder, satu di kedua sisinya, dan praktik ini masih dipakai sebagai bentuk silinder paling sederhana. Silinder dapat dipasang di antara sasis utama (dikenal sebagai silinder "dalam"), atau dipasang di luar sasis dan roda penggerak (silinder "luar"). Silinder dalam menggerakkan engkol yang terpasang pada gandar penggerak; sedangkan silinder luar menggerakkan engkol pada sambungan ke gandar penggerak.

Desain selanjutnya menggunakan tiga atau empat silinder, dipasang di dalam dan di luar rangka, untuk siklus daya yang lebih merata dan luaran daya yang lebih besar. Hal ini terjadi karena pengembangan katup persneling yang lebih rumit dan peningkatan kebutuhan perawatan. Dalam beberapa kasus, silinder ketiga ditambahkan di bagian dalam untuk memungkinkan silinder luar berdiameter lebih kecil, dan karenanya mengurangi lebar lokomotif untuk digunakan pada jalur dengan ruang bebas terbatas, misalnya kelas lokomotif SR K1 dan U1.

Kebanyakan lokomotif penumpang cepat Inggris yang dibuat antara tahun 1930 dan 1950 memiliki susunan roda 4-6-0 atau 4-6-2 dengan tiga atau empat silinder (misalnya GWR Class 6000, LMS Coronation Class, SR Merchant Navy Class, LNER Gresley Class A3). Sejak tahun 1951, semua, kecuali satu dari 999 lokomotif uap kelas standar British Rail yang baru di semua tipe menggunakan konfigurasi 2 silinder untuk memudahkan perawatan.

Katup persneling

Artikel utama: Katup persneling

Lokomotif awal menggunakan katup persneling sederhana yang memberikan tenaga penuh baik maju maupun mundur. Kelak katup persneling Stephenson memungkinkan masinis untuk mengontrol cut-off; ini sebagian besar digantikan oleh katup persneling Walschaert dan yang serupa. Desain lokomotif awal yang menggunakan katup geser dan masukan luar relatif mudah untuk dibuat, tetap tidak efisien dan rentan terhadap keausan. Akhirnya, katup geser digantikan oleh katup piston masukan-dalam, meskipun ada upaya untuk menerapkan katup poppet (umumnya digunakan pada mesin stasioner) pada abad ke-20. Perlengkapan katup Stephenson umumnya ditempatkan di dalam sasis dan sulit diakses saat perawatan; katup persneling selanjutnya yang diterapkan di luar sasis lebih mudah terlihat dan dipertahankan.

Lokomotif compound

Artikel utama: Lokomotif compound

U-127, lokomotif compound de Glehn 4-6-0 pembakar minyak yang menarik KA angkutan jenazah Lenin, di Museum Kereta Api Moskwa

Lokomotif compound digunakan mulai tahun 1876, menghasilkan uap dua kali atau lebih dari lokomotif uap biasa menggunakan silinder terpisah – mengurangi kehilangan panas yang disebabkan oleh pendinginan silinder. Lokomotif compound sangat berguna pada kereta api yang memerlukan gaya yang bersifat terus-menerus dalam jangka waktu lama. Lokomotif compound berkontribusi terhadap peningkatan dramatis daya yang dicapai saat dirakitnya kembali lokomotif oleh André Chapelon dari tahun 1929. Penerapan yang umum terjadi pada lokomotif gandeng, yang paling umum adalah yang dirancang oleh Anatole Mallet, yang pada silinder tekanan tinggi dipasang langsung ke sasis ketel; di depannya diputar mesin bertekanan rendah pada sasisnya sendiri, yang menghasilkan gas buang dari mesin belakang.

Lokomotif gandeng

Artikel utama: Lokomotif gandeng

Lokomotif Garratt South Australian Railways 400 class, dirakit 1952 menurut desain Beyer, Peacock & Company oleh Société Franco-Belge.

David Lloyd George meninggalkan Stasiun Tan-y-Bwlch, Gwynedd - sebuah lokomotif Fairlie.

Lokomotif yang sangat bertenaga cenderung lebih panjang dibandingkan lokomotif dengan daya rendah, tetapi sangat tidak praktis jika menggunakan sasis tunggal yang panjang dan kaku karena jari-jari lengkung yang kecil sering dijumpai pada jalur KA sepur sempit. Berbagai desain lokomotif gandeng dikembangkan untuk mengatasi masalah ini. Mallet dan Garratt adalah dua lok yang paling populer. Lok-lok gandeng memiliki satu ketel dan dua unit mesin (set silinder dan roda penggerak): kedua unit mesin Garratt berada pada sasis lentur, sedangkan Mallet memiliki unit yang dipasang pada sasis lentur dan yang lainnya dipasang di bawah sasis ketel. Beberapa lokomotif tripleks juga dirancang, dengan unit mesin ketiga dipasang di bawah tender. Variasi lain yang kurang umum misalnya lokomotif Fairlie, yang memiliki dua ketel uap saling membelakangi pada sasis yang sama, dengan dua unit mesin terpisah.

Lokomotif dupleks

Artikel utama: Lokomotif dupleks

Lokomotif dupleks, yang menggunakan dua mesin dalam satu rangka kaku, telah dicoba, tetapi tidak terlalu berhasil. Misalnya, Pennsylvania Railroad Class T1 bergandar 4-4-4-4, yang dirancang untuk berlari kencang, mengalami masalah selip yang berulang dan pada akhirnya tidak dapat diperbaiki sepanjang kariernya.

Lokomotif uap roda gigi

Artikel utama: Lokomotif uap roda gigi

Untuk lokomotif yang memerlukan torsi awal tinggi dan kecepatan rendah, penggerak konvensional tidak memadai. Lokomotif uap "beroda gigi", seperti Shay, Climax, dan Heisler, dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan perkeretaapian khusus seperti industri, penebangan kayu, pertambangan, dan galian. Ciri umum dari ketiga tipe ini adalah penyediaan roda gigi reduksi dan batang penggerak antara poros engkol dan gandar penggerak. Pengaturan ini memungkinkan mesin bekerja pada kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada roda penggerak, bila dibandingkan dengan desain konvensional, yang rasionya 1:1.

Lokomotif kabin-muka

Pada jalur Southern Pacific Railroad di Amerika Serikat, serangkaian lokomotif kabin-muka diproduksi dengan kabin masinis dan peti api merupakan bagian muka lokomotif dan tender di belakang peti asap, sehingga lok jenis ini tampak berjalan mundur. Hal ini hanya mungkin dilakukan dengan menggunakan bahan bakar minyak. Southern Pacific memilih desain ini karena masinis merasa tidak nyaman akibat sering menghirup asap saat bernapas, terutama saat KA memasuki terowongan. Variasi lainnya adalah lokomotif punuk unta, dengan kabin terletak di tengah lokomotif. Di Inggris, Oliver Bulleid mengembangkan lokomotif SR Leader Class selama proses nasionalisasi pada akhir tahun 1940-an. Lokomotif tersebut telah diuji secara ketat tetapi beberapa kesalahan desain (seperti pembakaran batu bara dan katup selongsong) menyebabkan lokomotif ini dan lokomotif lain yang masih dalam tahap pembuatan sebagian dirucat. Desain kabin muka dibawa oleh Bulleid ke Irlandia, tempat ia pindah setelah nasionalisasi, tempat ia mengembangkan lokomotif pembakar gambut. Lokomotif ini lebih sukses, tetapi dirucat karena dieselisasi jalur kereta api Irlandia.

Satu-satunya lokomotif kabin depan yang dilestarikan adalah Southern Pacific 4294 di Sacramento, California.

Di Prancis, tiga lokomotif Heilmann dibangun dengan desain kabin-muka.

Turbin uap

Lokomotif turbin uap Ljungström dengan prapemanas udara, ca 1925

Artikel utama: Turbin uap dan Lokomotif turbin uap

Turbin uap ditemukan sebagai upaya untuk meningkatkan pengoperasian dan efisiensi lokomotif uap. Eksperimen dengan turbin uap yang menggunakan direct-drive dan transmisi elektrik di berbagai negara terbukti sebagian besar tidak berhasil. London, Midland & Scottish Railway merakit LMS Turbomotive, sebuah upaya yang sebagian besar berhasil membuktikan efisiensi turbin uap. Jika bukan karena pecahnya Perang Dunia II, mungkin lebih banyak lagi yang akan dirakit. Turbomotive beroperasi dari tahun 1935 hingga 1949, ketika dirakit kembali menjadi lokomotif konvensional karena banyak bagian yang perlu diganti. Di Amerika Serikat, perusahaan kereta api Union Pacific, Chesapeake & Ohio, serta Norfolk & Western (N&W) semuanya merakit lokomotif turbin-elektrik. Pennsylvania Railroad (PRR) juga membangun lokomotif turbin, tetapi dilengkapi direct-drive gearbox. Namun, semua desain gagal karena debu, getaran, cacat desain, atau tidak efisien pada kecepatan rendah. Lok terakhir yang masih beroperasi adalah milik N&W, yang pensiun pada bulan Januari 1958. Satu-satunya desain yang benar-benar sukses adalah TGOJ MT3, yang digunakan untuk mengangkut bijih besi dari Grängesberg di Swedia ke pelabuhan Oxelösund. Meski berfungsi dengan baik, hanya tiga yang dirakit. Dua di antaranya disimpan dalam kondisi siap operasi di museum-museum di Swedia.

Lokomotif tanpa api

Artikel utama: Lokomotif tanpa api

Lokomotif tanpa api

Pada lokomotif tanpa api, ketel digantikan oleh akumulator uap, yang diisi dengan uap (sebenarnya air pada suhu jauh di atas titik didih, (100 °C (212 °F)) dari ketel stasioner. Lokomotif tanpa api digunakan di tempat yang mempunyai risiko kebakaran tinggi (misalnya di kilang minyak), di tempat yang mengutamakan kebersihan (misalnya di pabrik makanan), atau di tempat yang mudah mendapatkan uap (misalnya pabrik kertas dan pembangkit listrik yang uapnya sendiri merupakan produk sampingan, atau tersedia dengan harga murah). Sampai semua air mendidih, tekanan uap tidak akan turun kecuali suhunya turun.

Salah satu jenis lokomotif tanpa api adalah lokomotif udara tekan.

Tenaga campuran/hibrida

Lokomotif hibrida uap-diesel

Artikel utama: Lokomotif hibrida uap-diesel

Lokomotif tenaga campuran, yang menggunakan uap sekaligus diesel, pernah diproduksi di Rusia, Britania Raya, dan Italia.

Lokomotif listrik-uap

Artikel utama: Lokomotif listrik-uap

Dalam keadaan yang tidak memungkinkan (kekurangan batu bara, melimpahnya pembangkit listrik tenaga air) beberapa lokomotif di Swiss dimodifikasi menggunakan listrik untuk memanaskan ketel, menjadikannya lokomotif listrik-uap.

Lokomotif uap-elektrik

Artikel utama: Lokomotif Heilmann

Lokomotif Heilmann No. 8001, Chemins de Fer de l'Ouest

Lokomotif uap-listrik menggunakan transmisi elektrik, seperti lokomotif diesel-elektrik, hanya saja mesin uap digunakan sebagai pengganti mesin diesel untuk menggerakkan generator. Tiga lokomotif serupa dibangun oleh rekayasawan Prancis Jean Jacques Heilmann pada tahun 1890-an.

Klasifikasi

Gov. Stanford, lok uap abad ke-19 Amerika Utara dengan notasi Whyte 4-4-0

Lok uap diklasifikasikan menurut susunan rodanya. Yang umum digunakan adalah notasi Whyte dan klasifikasi UIC.

Notasi Whyte, banyak digunakan di negara Persemakmuran dan negara dengan penutur berbahasa Inggris, menggunakan angka-angka untuk mewakili jumlah roda dalam satu set. Angka-angka pada notasi Whyte diawali dengan jumlah roda depan tak berpenggerak, kemudian jumlah (gugus) roda penggerak, dan terakhir, roda belakang tak berpenggerak. Misalnya, jika lok langsir memiliki empat roda penggerak, tanpa roda depan maupun belakang, maka susunan rodanya dinotasikan sebagai 0-4-0. Lokomotif dengan empat roda depan, kemudian enam roda penggerak, dan dua roda belakang, maka susunan rodanya menjadi 4-6-2. Susunan roda ini terkadang diberi nama atau julukan, misalnya "Santa Fe" (2-10-2) karena lok-lok dengan susunan roda ini dirakit untuk Atchison, Topeka and Santa Fe Railway.

Klasifikasi UIC banyak digunakan di Eropa selain Britania Raya. Susunan roda ini dinotasikan berdasarkan jumlah "pasang roda" (atau "gandar") dengan angka mewakili roda tanpa penggerak dan huruf kapital mewakili roda penggerak (A=1, B=2, dst.). Misalnya, lokomotif dengan notasi Whyte 4-6-2 akan ekuivalen dengan klasifikasi UIC: 2C1.

Perusahaan kereta api umumnya menetapkan registrasi dan identifikasi sarana menggunakan kelas. Kelas lokomotif akan mengidentifikasi setiap individu lokomotif dengan desain dan kinerja yang sama. Secara umum, kelas dan penomoran lokomotif dapat ditentukan menurut susunan roda. Terkadang individu maupun beberapa lok dalam suatu kelas juga diberi julukan, misalnya Pug (pelangsir kecil), yang biasanya mewakili fitur dan ciri khas tertentu dari lokomotif.

Kinerja

Pengukuran

Pada zaman lokomotif uap, kinerja lokomotif ditetapkan menurut dua faktor. Awalnya, lokomotif dinilai berdasarkan gaya traksi, yang didefinisikan sebagai gaya rata-rata yang dihasilkan selama satu putaran roda penggerak di ujung rel. Hal ini dapat dihitung secara kasar dengan mengalikan total luas permukaan piston dengan 85% tekanan ketel uap (aturan praktis yang mencerminkan tekanan yang sedikit lebih rendah di peti uap di atas silinder) dan membaginya dengan rasio diameter penggerak terhadap langkah piston. Dengan d adalah diameter bore, s adalah diameter stroke (dalam inci), P adalah tekanan ketel uap (psi), D adalah diameter roda penggerak dalam inci, dan c adalah faktor yang bergantung pada cut-off efektif, maka rumus tepatnya adalah:

$t={\frac {cPd^{2}s}{D}},$

Tetapan nilai c di Amerika Serikat umumnya bernilai 0,85, tetapi lebih rendah pada lok yang mempunyai cut-off maksimum terbatas 50–75%.

Gaya traksi hanyalah gaya "rata-rata", karena tidak semua gaya bersifat konstan selama satu putaran penggerak. Pada beberapa titik dalam siklus, hanya satu piston yang mengerahkan momen putar dan pada titik lain, kedua piston bekerja. Tidak semua ketel uap menghasilkan tenaga penuh saat mulai berjalan, dan gaya traksi dapat menurun seiring dengan meningkatnya kecepatan putaran.

Upaya traksi adalah ukuran beban terberat yang dapat ditarik lokomotif dengan kecepatan sangat rendah di atas lereng penentu di suatu wilayah tertentu. Namun, seiring dengan meningkatnya tekanan untuk menjalankan KA barang yang lebih cepat dan KA penumpang yang lebih berat, gaya traksi dipandang sebagai ukuran kinerja yang tidak memadai karena tidak memperhitungkan kecepatan. Oleh karena itu, pada abad ke-20, lokomotif mulai dinilai berdasarkan daya mesin. Berbagai macam perhitungan dan rumus diterapkan, namun pada umumnya perkeretaapian menggunakan kereta dinamometer untuk mengukur gaya traksi pada kecepatan dalam pengujian jalan sebenarnya.

Perusahaan kereta api Inggris enggan mengungkapkan nilai daya kuda lebih suka memilih gaya traksi.

Hubungan dengan susunan roda

Klasifikasi lokomotif secara tidak langsung berhubungan dengan kinerja lokomotif. Mengingat proporsi lokomotif lainnya yang memadai, daya mesin ditentukan oleh ukuran api, dan untuk lokomotif berbahan bakar batu bara bitumen, daya ditentukan oleh luas tungku. Lokomotif non-compound modern biasanya mampu menghasilkan sekitar 40 daya kuda per kaki persegi tungku. Gaya traksi, seperti disebutkan sebelumnya, sangat ditentukan oleh tekanan ketel uap, proporsi silinder, dan ukuran roda penggerak. Namun, hal ini juga dibatasi oleh berat pada roda penggerak (disebut "berat adhesi"), yang harus setidaknya empat kali lipat gaya traksi.

Berat lokomotif kira-kira sebanding dengan daya mesin; jumlah gandar yang harus dipasang pada lok ditentukan oleh berat lok dibagi dengan batas beban gandar pada jalur kereta api yang akan dilewati lok. Jumlah roda penggerak diperoleh dari berat adhesi dengan cara yang sama, sehingga gandar roda yang tersisa diperhitungkan oleh bogie muka dan belakang. Lokomotif penumpang secara konvensional memiliki bogie penggerak dua gandar untuk kecepatan yang lebih baik; di sisi lain, peningkatan besar dalam ukuran tungku dan peti api di abad ke-20 berarti bahwa bogie memainkan peran penting untuk memberikan dukungan. Di Eropa, beberapa varian bogie Bissel digunakan, dengan perputaran bogie poros-tunggal mengontrol perpindahan lateral gandar penggerak muka (dan dalam satu kasus juga gandar kedua). Hal ini sebagian besar diterapkan pada lokomotif ekspres dan campuran, dan sangat meningkatkan kemampuannya dalam melewati tikungan sekaligus membatasi jarak sumbu roda lokomotif secara keseluruhan dan memaksimalkan berat adhesi.

Pelangsir umumnya mengabaikan bogie muka dan belakang, baik untuk memaksimalkan gaya traksi yang tersedia maupun untuk mengurangi jarak gandar roda. Karena kecepatan menjadi tidak penting, lokomotif ini biasanya didesain dengan konsumsi bahan bakar kecil. Roda penggeraknya berukuran kecil dan biasanya menopang peti api serta bagian utama ketel uap. Lokomotif/mesin penolong cenderung mengikuti prinsip pelangsir, hanya saja tidak berlaku batasan jarak gandar, sehingga lokomotif penolong cenderung memiliki lebih banyak roda penggerak. Di AS, proses ini akhirnya menghasilkan lok Mallet dengan banyak roda yang digerakkan, dan ini cenderung memiliki bogie muka dan belakang karena perbantuan mesin menjadi lebih rumit.

Ketika jenis lokomotif makin berkembang pesat akhir abad ke-19, desain lok barang pada awalnya menekankan gaya traksi, sedangkan mesin penumpang menekankan kecepatan. Seiring waktu, ukuran lokomotif barang meningkat, dan jumlah gandar keseluruhan pun bertambah; bogie muka biasanya berporos tunggal, tetapi bogie tambahan ditambahkan ke lokomotif yang lebih besar untuk menopang peti api yang lebih besar dan tidak muat di antara atau di atas roda penggerak. Lokomotif penumpang memiliki bogie penggerak dengan dua gandar, gandar penggerak yang lebih sedikit, dan roda penggerak yang sangat besar untuk membatasi kecepatan piston bolak-balik.

Pada tahun 1920-an, fokus di Amerika Serikat beralih ke daya kuda, yang dilambangkan dengan konsep "kekuatan super" yang dipromosikan oleh Lima Locomotive Works, meskipun gaya traksi masih menjadi pertimbangan utama setelah Perang Dunia I hingga berakhirnya tenaga uap. Lok KA barang dirancang untuk berjalan lebih cepat, sedangkan lok KA penumpang perlu menarik beban lebih berat dengan kecepatan tinggi. Hal ini dicapai dengan menambah ukuran tungku dan peti api tanpa mengubah bagian lokomotif lainnya, sehingga memerlukan penambahan gandar kedua pada bogie belakang. Lok barang 2-8-2 berubah menjadi 2-8-4; sedangkan 2-10-2 berubah menjadi 2-10-4. Sama juga dengan lok barang 4-6-2 yang berubah menjadi 4-6-4. Di Amerika Serikat, hal ini menyebabkan konvergensi pada konfigurasi serba guna 4-8-4 dan konfigurasi gandeng 4-6-6-4, yang dua-duanya dapat digunakan untuk KA penumpang maupun barang. Lokomotif Mallet mengalami transformasi serupa, berevolusi dari lokomotif penolong menjadi lokomotif jalur utama yang besar dengan peti api yang jauh lebih besar; roda penggeraknya juga diperbesar ukurannya agar dapat berjalan lebih cepat.

Lihat pula

• Kereta api
• Lokomotif
• Stasiun kereta api
• Sejarah perkeretaapian di Indonesia

Bacaan lebih lanjut

• C. E. Wolff, Modern Locomotive Practice: A Treatise on the Design, Construction, and Working of Steam Locomotives (Manchester, England, 1903)
• Henry Greenly, Model Locomotive (New York, 1905)
• G. R. Henderson, Cost of Locomotive Operation (New York, 1906)
• W. E. Dalby, Economical Working of Locomotives (London, 1906)
• A. I. Taylor, Modern British Locomotives (New York, 1907)
• E. L. Ahrons, The Development of British Locomotive Design (London, 1914)
• E. L. Ahrons, Steam Engine Construction and Maintenance (London, 1921)
• J. F. Gairns, Locomotive Compounding and Superheating (Philadelphia, 1907)
• Angus Sinclair, Development of the Locomotive Engine (New York, 1907)
• Vaughn Pendred, The Railway Locomotive, What it is and Why it is What it is (London, 1908)
• Brosius and Koch, Die Schule des Lokomotivführers (thirteenth edition, three volumes, Wiesbaden, 1909–1914)
• G. L. Fowler, Locomotive Breakdowns, Emergencies, and their Remedies (seventh edition, New York, 1911)
• Fisher and Williams, Pocket Edition of Locomotive Engineering (Chicago, 1911)
• T. A. Annis, Modern Locomotives (Adrian Michigan, 1912)
• C. E. Allen, Modern Locomotive (Cambridge, England, 1912)
• W. G. Knight, Practical Questions on Locomotive Operating (Boston, 1913)
• G. R. Henderson, Recent Development of the Locomotive (Philadelphia, 1913)
• Wright and Swift (editors) Locomotive Dictionary (third edition, Philadelphia, 1913)
• Roberts and Smith, Practical Locomotive Operating (Philadelphia, 1913)
• E. Prothero, Railways of the World (New York, 1914)
• M. M. Kirkman, The Locomotive (Chicago, 1914)
• C. L. Dickerson, The Locomotive and Things You Should Know About it (Clinton, Illinois, 1914)
• P. W. B. Semmens, A. J. Goldfinch, How Steam Locomotives Really Work (Oxford University Press, US, 2004) ISBN 0-19-860782-2
• Gerald A Dee, A Lifetime of Railway Photography in Photographer Profile, Train Hobby Publications, Studfield, 1998. (Australian steam)
• Swengel, F. M. The American Steam Locomotive; Vol. 1. The Evolution of the American Steam Locomotive, Midwest Rail Publication, Iowa, 1967.
• Раков В.А. Локомотивы отечественных железных дорог 1845–1955 Транспорт, Москва, 1995
  (Rakov V.A. Locomotives of fatherland's railways 1845–1955 Transport, Moscow, 1995 (dalam bahasa Rusia))
• J.J.G. Koopmans: The fire burns much better ... NL-Venray 2006, ISBN 90-6464-013-0