กลไกวาล์ว Walschaertsหรือที่รู้จักกันในชื่อกลไกวาล์ว Heusingerในบางส่วนของยุโรปเป็นกลไกวาล์วชนิดหนึ่งที่ใช้ควบคุมการไหลของไอน้ำไปยังลูกสูบในหัวรถจักรไอน้ำคิดค้นโดยวิศวกรทางรถไฟชาวเบลเยียมEgide Walschaertsในปี 1844 ^{[ 1 ] [ 2 ]}บางครั้งกลไกนี้ถูกตั้งชื่อโดยไม่มี "s" ตัวสุดท้าย^{[ a ]} ​​เนื่องจากได้รับการจดสิทธิบัตร อย่างไม่ถูกต้อง ภายใต้ชื่อนั้น กลไกนี้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหัวรถจักรไอน้ำตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 จนถึงสิ้นสุดยุคไอน้ำ

ระบบวาล์วของวอลชาเอิร์ตส์ได้รับความนิยมอย่างช้าๆระบบวาล์วของสตีเฟนสันยังคงเป็นระบบวาล์วที่ใช้กันมากที่สุดในหัวรถจักรในศตวรรษที่ 19 อย่างไรก็ตาม ระบบวาล์วของวอลชาเอิร์ตส์สามารถติดตั้งไว้ด้านนอกของหัวรถจักรได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้มีพื้นที่ว่างระหว่างโครงตัวถังและเข้าถึงได้ง่ายสำหรับการซ่อมบำรุงและการปรับแต่ง ซึ่งส่งผลให้มีการนำไปใช้ในหัวรถจักรแบบข้อต่อ บาง ประเภท

หัวรถจักรคันแรกที่ติดตั้งระบบวาล์ว Walschaerts ถูกสร้างขึ้นในปี 1849 ที่โรงงาน Tubize ในประเทศเบลเยียม

เอจิเด วอลชาเอิร์ตส์ ได้รับเหรียญทอง คำชมเชย และประกาศนียบัตรในงานนิทรรศการโลกที่ปารีส ในปี 1878 และที่เมืองแอนต์เวิร์ปในปี 1883 อีกด้วย

ในปี ค.ศ. 1874 การรถไฟนิวซีแลนด์ได้สั่งซื้อหัวรถจักรคลาส NZR B จำนวน 2 คัน เป็นหัวรถจักร แบบ Double Fairlieที่ผลิตโดยAvonsideนับเป็นการใช้งานระบบวาล์ว Walschaerts ครั้งแรกในนิวซีแลนด์ และอาจเป็นครั้งแรกที่ผู้ผลิตจากอังกฤษจัดหาระบบนี้ หัวรถจักรเหล่านี้เป็นแบบรางมาตรฐาน Cape gauge

รถ จักร Mason Bogie ซึ่งเป็นรถจักร Fairlie ที่ได้รับการดัดแปลงในปี 1874 เป็น รถ จักรคันแรกที่ใช้ระบบเกียร์ Walschaerts ในทวีปอเมริกาเหนือ

การใช้งานครั้งแรกในสหราชอาณาจักรคือรถ^จักรไอน้ำแบบ Single Fairlie 0-4-4T ซึ่งจัดแสดงในปารีสในปี พ.ศ. 2421 และซื้อโดยทางรถไฟ Swindon, Marlborough และ Andoverในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2425 ^{[ 3 ]}ตามที่Ernest Ahrons กล่าว [ ^{4 ]}รถจักรดังกล่าวใช้งานน้อยมาก เนื่องจากดูเหมือนไม่มีใครรู้วิธีตั้งวาล์ว และส่งผลให้สิ้นเปลืองถ่านหินอย่างมาก

ในศตวรรษที่ 20 กลไกวาล์ว Walschaerts ^{[ 5 ]}เป็นประเภทที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด โดยเฉพาะในหัวรถจักรขนาดใหญ่ ในยุโรปการใช้งานนั้นแพร่หลายเกือบทุกที่ ในขณะที่ในอเมริกาเหนือ กลไก Walschaerts มีจำนวนมากกว่าคู่แข่งที่ใกล้เคียงที่สุด ซึ่งก็คือกลไกวาล์ว Baker ที่พัฒนามาจากกลไก Walschaerts อย่างมาก

ในประเทศเยอรมนีและประเทศเพื่อนบ้านบางประเทศ เช่น โปแลนด์และเชโกสโลวาเกีย กลไกวาล์ว Walschaerts มักถูกเรียกว่ากลไกวาล์ว Heusingerตามชื่อของEdmund Heusinger von Waldeggผู้คิดค้นกลไกนี้ขึ้นเองโดยอิสระในปี 1849 กลไกของ Heusinger นั้นใกล้เคียงกับรูปแบบที่ใช้กันโดยทั่วไปมากกว่า แต่ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ยอมรับว่าสิ่งประดิษฐ์ของ Walschaerts นั้นใกล้เคียงกับรูปแบบสุดท้ายมากพอแล้ว

ระบบวาล์วของ Walschaerts เป็นการปรับปรุงจากระบบวาล์ว Stephenson รุ่นก่อนหน้า ผู้ขับขี่สามารถควบคุมเครื่องยนต์ได้อย่างต่อเนื่องในช่วงตั้งแต่ประหยัดน้ำมันสูงสุดไปจนถึงกำลังสูงสุด ในทุกระดับการทำงาน ระบบวาล์วจะรับประกันว่าสิ่งต่อไปนี้เป็นจริง:

• วาล์วจะเปิดเพื่อปล่อยไอน้ำเข้าไปในกระบอกสูบก่อนที่ลูกสูบจะเริ่มเคลื่อนที่ แรงดันของไอน้ำนี้จะให้แรงขับเคลื่อน
• ก่อนที่ช่องว่างด้านหนึ่งของลูกสูบจะเริ่มหดตัวลงเล็กน้อย วาล์วจะเปิดออกเพื่อปล่อยไอน้ำจากช่องว่างนั้นสู่บรรยากาศ เพื่อไม่ให้การเคลื่อนที่ของลูกสูบช้าลง

ระบบวาล์ว Walschaerts ช่วยให้ผู้ขับขี่สามารถเปลี่ยนจุดตัดการทำงานได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนเวลาเริ่มต้นการดูดอากาศ

เมื่อตั้งค่ากลไกให้ทำงานอย่างประหยัดที่สุด ไอน้ำจะถูกส่งเข้าไปในพื้นที่ขยายตัวเพียงบางส่วนของจังหวะการทำงานเท่านั้น ณ จุดที่ผู้ควบคุมกำหนดไว้ ช่องรับไอน้ำจะถูกตัดออก เนื่องจากช่องระบายไอเสียก็ถูกปิดเช่นกัน ในช่วงเวลาที่เหลือของจังหวะการทำงาน ไอน้ำที่เข้าไปในกระบอกสูบจะขยายตัวโดยลำพัง ดังนั้นความดันของไอน้ำจึงลดลง ซึ่งจะช่วยแปลงพลังงานงานจากไอน้ำได้มากที่สุด

ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดจะเกิดขึ้นเมื่อวาล์วเปิดจนสุดและแรงดันในหม้อไอน้ำอยู่ที่ระดับความปลอดภัยสูงสุด

เมื่อต้องการกำลังมากขึ้น เช่น เมื่อเริ่มเดินรถไฟที่จอดอยู่ หรือเมื่อขึ้นทางลาดชัน ผู้ขับขี่จะตั้งจุดตัดใกล้กับช่วงท้ายของจังหวะการทำงาน เพื่อให้แรงดันเต็มที่ของหม้อไอน้ำถูกส่งไปยังลูกสูบเกือบตลอดจังหวะการทำงาน ด้วยการตั้งค่าเช่นนี้ เมื่อวาล์วไอเสียเปิดออก ไอน้ำในกระบอกสูบจะมีแรงดันใกล้เคียงกับแรงดันเต็มที่ของหม้อไอน้ำ และแรงดันในไอน้ำไอเสียจะไม่ถูกนำมาใช้

กลไกวาล์วมีการเคลื่อนที่หลักสองแบบ:

• การเคลื่อนที่หลักเกิดขึ้นที่ด้านล่างของคันโยกผสม (12)
• การเคลื่อนที่รองคือการเคลื่อนที่ในทิศทาง/ขนาด ซึ่งส่งผ่านทางด้านบน

เมื่อคนขับเลื่อนบล็อกแม่พิมพ์ไปที่เกียร์กลาง การเคลื่อนที่รองจะถูกกำจัด และระยะการเคลื่อนที่ของวาล์วลูกสูบจะสั้นที่สุด ทำให้มีการฉีดและระบายไอน้ำน้อยที่สุด ระยะการเคลื่อนที่ของวาล์วลูกสูบเป็นสองเท่าของระยะรวมของรอบบวกกับระยะนำ

เมื่อบล็อกแม่พิมพ์อยู่ด้านล่างของก้านขยาย (7) จะให้การฉีดและระบายไอน้ำสูงสุด นี่คือการตั้งค่าไปข้างหน้าที่ทรงพลังที่สุดและใช้ในการเร่งความเร็วไปข้างหน้าจากหยุดนิ่ง เมื่อบล็อกแม่พิมพ์อยู่ด้านบนของก้านขยาย จะให้กำลังสูงสุดในการถอยหลัง ในเครื่องยนต์บางเครื่อง บล็อกแม่พิมพ์จะอยู่ด้านบนของก้านในเกียร์เดินหน้า ประเภทนี้โดยทั่วไปใช้กับเครื่องยนต์รถถัง ซึ่งทำงานทั้งเดินหน้าและถอยหลังอย่างเท่าเทียมกัน^{[ 6 ]}

เมื่อหัวรถจักรเร่งความเร็วขึ้นแล้ว ผู้ขับสามารถปรับคันโยกเปลี่ยนทิศทางไปทางตำแหน่งเกียร์กลาง เพื่อลดอัตราการตัดไอน้ำ ทำให้ใช้ไอน้ำได้อย่างประหยัดมากขึ้น แรงฉุดของเครื่องยนต์จะน้อยลงกว่าตอนเริ่มต้น แต่กำลังของเครื่องยนต์จะมากขึ้น

การเคลื่อนที่นำหลักเกิดจากแขนหัวไขว้ (9) และข้อต่อเชื่อม (11) แท่งหมุนนี้ให้ส่วนประกอบการเคลื่อนที่ในเฟสเดียวกันแก่ส่วนล่างของคันโยกรวม (12)

การเคลื่อนที่ในทิศทาง/แอมพลิจูดรองนั้นได้มาจากกลไกเชื่อมต่อที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลายชิ้น

ข้อเหวี่ยงเยื้องศูนย์ (UK: ข้อเหวี่ยงส่งกลับ) (1) ยึดติดอย่างแน่นหนากับหมุดก้านเชื่อมต่อที่เชื่อมต่อกับล้อขับหลัก โปรดทราบว่านี่เป็นจุดยึดที่เหมาะสมเพียงจุดเดียวบนล้อขับใดๆ ที่ไม่ถูกกีดขวางโดยการผ่านของก้านเชื่อมต่อหรือก้านเชื่อมต่อ ข้อเหวี่ยงเยื้องศูนย์มีความยาวที่ทำให้การยึดหมุดกับก้านเยื้องศูนย์ (2) อยู่นอกเฟส 90 องศากับการเคลื่อนที่นำ

ก้านเยื้องศูนย์ให้การเคลื่อนที่แก่ก้านขยาย (7) ซึ่งหมุนได้รอบจุดศูนย์กลางกลับไปยังตัวรถจักร ก้านขยายยึดแท่งรัศมี (8) ไว้ โดยยึดไว้ด้วยบล็อกแม่พิมพ์ซึ่งเป็นส่วนประกอบเดียวกับแท่งรัศมี แต่สามารถเคลื่อนที่ในแนวดิ่งได้อย่างอิสระในเส้นทางโค้งที่ถูกจำกัดตามแนวก้านขยาย

ตำแหน่งแนวตั้งของแถบรัศมีจะถูกควบคุมในห้องโดยสารโดยคนขับปรับตัวกลับทิศทาง ซึ่งจะควบคุมกลไกเชื่อมต่อ ได้แก่ ก้านยืด (3) ก้านยก (4) แขนยก (5) และแขนและเพลากลับทิศทาง (6)

ด้วยวิธีนี้ ส่วนประกอบการเคลื่อนที่รองที่อยู่นอกเฟสซึ่งควบคุมโดยคนขับจะถูกส่งต่อไปยังส่วนบนของคันโยกรวม (12) โดยแถบรัศมี (8)

คันโยกแบบผสมจะรวมการเคลื่อนไหวทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน โดยผลลัพธ์จะกระทำต่อก้านวาล์ว (13) ซึ่งถูกยึดไว้อย่างเหมาะสมโดยตัวนำก้านวาล์ว (10) ซึ่งจะกระทำต่อวาล์วลูกสูบ (14) ต่อไป

กลไกวาล์ว Walschaerts สามารถเชื่อมต่อกับวาล์วแบบเข้าด้านในหรือด้านนอกได้ บทความนี้ได้กล่าวถึงเฉพาะวาล์วลูกสูบแบบเข้าด้านในเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงแล้ว วาล์วแบบเข้าด้านนอก (วาล์วเลื่อนและวาล์วลูกสูบบางชนิด) ก็สามารถใช้กลไกวาล์ว Walschaerts ได้เช่นกัน หากวาล์วมีทางเข้าด้านนอก แท่งรัศมีจะเชื่อมต่อกับคันโยกรวมด้านล่างของก้านวาล์วแทนที่จะอยู่ด้านบน และทิศทางของข้อเหวี่ยงเยื้องศูนย์จะเปลี่ยนไป โดยนำหน้าแทนที่จะตามหลังหมุดข้อเหวี่ยงหลัก

ในการออกแบบกลไก Walschaerts ต้องเลือกสัดส่วนของคันโยกแบบผสม การเคลื่อนที่ของปลายข้อต่อครึ่งหนึ่งของระยะการเคลื่อนที่ของลูกสูบ จะต้องทำให้ก้านวาล์วเคลื่อนที่เท่ากับระยะนำของวาล์วบวกกับระยะซ้อนทับของวาล์ว อัตราส่วนของระยะห่างจากปลายข้อต่อถึงจุดหมุนที่มีก้านรัศมีต่อระยะห่างระหว่างปลายก้านวาล์วถึงจุดหมุนที่มีก้านรัศมี ควรมีสัดส่วนเดียวกันกับครึ่งหนึ่งของระยะการเคลื่อนที่ของลูกสูบต่อระยะซ้อนทับของวาล์วบวกกับระยะนำ

เมื่อลูกสูบอยู่ที่จุดตายตัว การเคลื่อนที่ของก้านรัศมีไม่ควรทำให้ก้านวาล์วเคลื่อนที่ ดังนั้นร่องของข้อต่อขยายควรเป็นส่วนโค้งของวงกลมที่มีรัศมีเท่ากับความยาวของก้านรัศมี

การหมุนของข้อเหวี่ยงส่งกลับจะต้องทำให้เกิดการแกว่งตัวตามที่ต้องการของข้อต่อขยาย

ระบบวาล์ว Walschaerts มีหลายรูปแบบ รวมถึง:

• ชุดวาล์วเบเกอร์
• ชุดวาล์ว Baguley
• ชุดวาล์ว Bagnall–Price
• เกียร์วาล์ว JT Marshall
• สไลด์คูห์น

• จอห์นสัน บาร์ (หัวรถจักร)
• ระบบการตั้งชื่อหัวรถจักรไอน้ำ

• กรีนลีย์, เฮนรีและอีแวนส์, มาร์ติน (1980) [1948]. กลไกวาล์วของวอลชาเอิร์ต (ฉบับปรับปรุง). วัตฟอร์ด: อาร์กัส บุ๊คส์. ISBN 0853441081.
• ดูได้จากสารานุกรมทางรถไฟ (The Encyclopedia of Railroads), OS Nock, 1977 ชื่อเดิมคือ Walschaert ซึ่งครอบครัวได้เปลี่ยนชื่อในปี 1830 เมื่อเบลเยียมได้รับเอกราชจากเนเธอร์แลนด์ และได้รับการจดสิทธิบัตรภายใต้ชื่อ Walschaert เพราะนั่นคือวิธีการสะกดชื่อในปี 1844
• Wood, WW (1906). กลไกวาล์วของหัวรถจักร Walscheart (PDF)นิวยอร์ก: Norman W. Henry Publishing Co. – ผ่านทางInternet Archive

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อเกี่ยวกับเครื่องยนต์ไอน้ำที่มีวาล์วเกียร์ Walschaerts

• การสาธิตกลไกวาล์วการสาธิตกลไกวาล์วของชาร์ลส์ ด็อกสเตเดอร์
• โปรแกรม ValveGear Constructor Online สำหรับออกแบบชุดวาล์วแบบกึ่งอัตโนมัติ พร้อมตัวเลือกการปรับค่าเป้าหมายให้เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละค่าเอาต์พุต