4-2-2

تم بناء قاطرة السكك الحديدية رقم 3020 كورنوال التابعة لشركة لندن والشمال الغربي كقاطرة من طراز 4-2-2 في ورش كرو في عام 1847، ولكن أعيد بناؤها على نطاق واسع، وتم تحويلها إلى طراز 2-2-2 في عام 1858.

كان المجال الوحيد الذي أثبت فيه هذا النوع من القاطرات فائدته هو قاطرات السكك الحديدية العريضة ، حيث لم تكن المنعطفات الحادة مشكلة كبيرة. بنى دانيال غوتش 29 قاطرة من فئة "آيرون ديوك" السريعة لسكك حديد غريت ويسترن بين عامي 1847 و1855. ^{[ 1 ]} وكان قطر عجلاتها الدافعة 2.4 متر (8 أقدام ) . وبعد عام 1849، بنت شركة ستوثرت وسلوتر في بريستول 20 قاطرة بتصميم مماثل لسكك حديد بريستول وإكستر . ^{[ 2 ]} ونظرًا لأن مجموعتي العجلات الأمامية مثبتتان بشكل مستقل في هياكل هذه القاطرات، يُشار إليها أحيانًا بـ (2-2)-2-2 بدلًا من 4-2-2. ^{[ 3 ]}  

صُنعت أول قاطرة من طراز 4-2-2 مزودة بعربة دفع (بوجي) على يد أرشيبالد ستوروك من شركة السكك الحديدية الشمالية العظمى (GNR) عام 1853. كانت هذه القاطرة مزودة بعجلات قيادة بدون حواف بقطر 2.286 متر ( 7 أقدام و6 بوصات) ، ولم تحقق نجاحًا كبيرًا، إذ كانت عُرضة للخروج عن القضبان. ^{[ 4 ]} وبحلول سبعينيات القرن التاسع عشر، مكّن التصميم المُحسّن لعربات الدفع، والذي منحها مرونة أكبر، المصممين من ابتكار قاطرات ركاب سريعة قياسية من هذا النوع. في شركة السكك الحديدية الشمالية العظمى، بنى باتريك ستيرلينغ 53 نموذجًا منها بأسطوانات خارجية في ورش دونكاستر بين عامي 1870 و1895، لاستخدامها على الخط الرئيسي للساحل الشرقي بين محطة كينغز كروس في لندن ويورك . وقد سارت هذه القاطرات بسرعة متوسطة تزيد عن 97 كيلومترًا في الساعة (60 ميلًا في الساعة) خلال سباق الشمال ، وسُميت بـ" قاطرات الثمانية أقدام" نسبةً إلى قطر عجلة القيادة الذي تجاوز 2.4 متر (8 أقدام) . قام هنري إيفات ، خليفة ستيرلينغ ، ببناء اثنتي عشرة قاطرة فردية أخرى بين عامي 1898 و 1901 قبل الانتقال إلى تصميمات أكبر من نوع 4-4-2 .       

تكمن جاذبية القاطرة المفردة (4-2-2 أو غيرها) في أنها، بفضل تأثير التروس الناتج عن عجلات القيادة المفردة الكبيرة، تستطيع الوصول إلى سرعات عالية مع الحفاظ على سرعة تشغيل منخفضة نسبيًا لمكابس المحرك وآلية الصمامات . كان هذا الأمر بالغ الأهمية نظرًا لأنظمة التشحيم البسيطة نسبيًا المتوفرة آنذاك، حيث كانت العديد من أجزاء حركة المحرك تتطلب التشحيم الدوري أثناء توقف القاطرة قبل وبعد كل رحلة، أو في الرحلات الطويلة، كان أحد أفراد الطاقم يصعد إلى منصة التشغيل لتشحيم الأجزاء المطلوبة أثناء الحركة. كما أن انخفاض سرعة المكابس يعني انخفاضًا نسبيًا في استهلاك البخار في المرجل، مما يسمح بتصميم مرجل أصغر حجمًا وأخف وزنًا.

قبل تطوير تصاميم "الغلايات الكبيرة" في تسعينيات القرن التاسع عشر، لم تكن العديد من الغلايات قادرة على توفير كمية البخار اللازمة لقاطرة ذات عجلات صغيرة تعمل بسرعة عالية، مما استدعى استخدام عجلات قيادة كبيرة كعجلات القاطرة المفردة. عند سرعة 110 كم/ساعة (70 ميلاً في الساعة) ، كانت عجلات قيادة قاطرة مفردة "ثمانية أقدام" تدور بسرعة 245 دورة في الدقيقة، مقارنةً بـ 327 دورة لعجلات قيادة قاطرة "ستة أقدام". كما عانت القاطرة ذات العجلات المتصلة من مقاومة دحرجة إضافية نتيجة وجود قضبان التوصيل بين عجلات القيادة، والتي تسببت في مقاومة طفيفة ولكنها قابلة للقياس، ناجمة عن الاختلافات الطفيفة في قطر عجلات القيادة التي كانت متماثلة الحجم اسميًا. هذا يعني أنه بدون قضبان التوصيل، ستدور عجلات القيادة بسرعة مختلفة قليلاً عند سرعة معينة للقاطرة، لكن قضبان التوصيل والمحاور تجبر عجلات القيادة على الدوران بنفس السرعة، مع بذل جهد إضافي كقوة ضغط على محامل قضبان التوصيل. إلى جانب هذه القوة، كانت محامل قضبان التوصيل نفسها مصدرًا لمقاومة التدحرج. بالإضافة إلى ذلك، كان يجب دعم كل محور قيادة في القاطرة على محامل انزلاقية كبيرة ، مما يتطلب تزييتًا إضافيًا، وهو ما يُشكل نقطة ضعف ميكانيكية محتملة بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، ومصدرًا كبيرًا للاحتكاك. بوجود محور قيادة واحد فقط، كانت مقاومة التدحرج في القاطرة "المفردة" أقل بكثير من مقاومة التدحرج في القاطرة ذات المحاور الأربعة، مما يتطلب كمية أقل من البخار للوصول إلى سرعة معينة، كما أنها أكثر انسيابية عند الانحدار.  

كان لتصميم العجلات 4-2-2 مزايا أخرى محددة؛ إذ تحملت العربة الأمامية وزن الأسطوانات الكبيرة والغلاية الطويلة التي يمكن أن تتجاوز حدود الحمولة على المحور الأمامي الواحد، مع توفير ثبات فائق وقدرة ممتازة على الانعطاف بسرعات عالية. وبفضل عدم وجود قيود من المحور الخلفي والعجلات، أمكن استخدام صندوق احتراق واسع وعميق ، محمول على المحور الخلفي الصغير، مما وفر خصائص جيدة لإنتاج البخار وصينية رماد كبيرة، الأمر الذي جعل هذه القاطرات مناسبة للسير لمسافات طويلة بسرعات عالية.

حققت قاطرات ستيرلينغ ذات الثمانية أقدام نجاحًا كبيرًا، لكنها كانت الأنسب لخط سكة حديد غريت نورثرن الرئيسي المستقيم والمسطح في كامبريدجشير ووادي يورك . استبدلت خطوط سكك حديدية أخرى قاطراتها المفردة الأصلية تدريجيًا بقاطرات 4-4-0 التي وفرت قوة جر أفضل على حساب السرعة القصوى. مع ذلك، في عام 1886، اخترع فرانسيس هولت، مدير ورش ديربي التابعة لسكك حديد ميدلاند، شكلًا عمليًا من معدات رش البخار التي سمحت لأطقم القاطرات بإيقاف دوران العجلات بسرعة وفعالية. أدى ذلك إلى إحياء ميدلاند للقاطرات المفردة في شكل قاطرات "سبينرز" المميزة ذات الأسطوانة الداخلية ؛ حيث تم بناء 85 قاطرة منها وفقًا لخمسة تصاميم من قبل صموئيل وايت جونسون بين عامي 1887 و1900. ^{[ 5 ]} لا تزال إحدى قاطرات الفئة 115 ، رقم 673، موجودة في المتحف الوطني للسكك الحديدية في يورك. تزامن اختراع هولت مع ما يُعرف بـ" سباق الشمال" ، حيث تنافست مجموعات من شركات السكك الحديدية على خطوط الساحل الشرقي والغربي بين لندن وإدنبرة لتحقيق أسرع أوقات الرحلات. استخدمت شركة كاليدونيان للسكك الحديدية ، في الجزء الخاص بها من خط الساحل الغربي، قاطرتها الفريدة من نوعها ذات تصميم 4-2-2، رقم 123. كانت هذه القاطرة قد بُنيت عام 1885 كقطعة عرض لمعرض إدنبرة العالمي عام 1886 ، وليس لتلبية حاجة فعلية لحركة القطارات، ولذلك اعتمدت تصميم 4-2-2 "المفرد" الذي لم يعد رائجًا آنذاك. لكن عند تشغيلها خلال "سباق الشمال"، دفعت سرعة القاطرة رقم 123 العالية وموثوقيتها مهندسي القاطرات الآخرين إلى إعادة النظر في مزايا القاطرة ذات المحرك الواحد، خاصةً عند دمجها مع نظام رش الرمل البخاري الجديد (كانت القاطرة رقم 123 مزودة بنظام رش رمل مماثل يعمل بالهواء المضغوط).

أدت هذه العوامل إلى عودة الاهتمام بالقطارات ذات المقياس المفرد لنقل الركاب السريع في ثمانينيات وتسعينيات القرن التاسع عشر. بنى ويليام دين، من شركة غريت ويسترن للسكك الحديدية، خمسين نموذجًا من فئة أخيل 3031 ذات المقياس القياسي بين عامي 1893 و1899. ^{[ 6 ]} ساهمت القاطرة رقم 3065، دوق كونوت، في الرحلة القياسية لقطار أوشن ميل السريع من بليموث إلى بادينغتون في 227 دقيقة في 9 مايو 1904، عندما استلمت زمام الأمور في بريستول من القاطرة رقم 3440، مدينة ترورو، وأكملت الرحلة إلى بادينغتون في 99 دقيقة و46 ثانية. بحلول عام 1900، تجاوز متوسط ​​حمولة القطارات قدرة حتى القطارات ذات المقياس المفرد المزودة برافعات، فتوقف تطويرها. في شركة السكك الحديدية الشمالية الكبرى، كانت قاطرات ستيرلينغ الشهيرة ذات الثمانية أقدام تتطلب قيادة مزدوجة مع قاطرات 4-4-0 قبل أن يتم استبدالها بمحركات "كلوندايك" 4-4-2 التي صممها هنري إيفات ، بينما في شركة سكك حديد ميدلاند، قام صموئيل جونسون بتطوير قاطرة مركبة قوية 4-4-0 لتحل محل قاطرات "سبينرز".

من الأمثلة البريطانية البارزة الأخرى على تصميم 4-2-2، قاطرة GER Class P43 ، وهي قاطرة تعمل بالنفط من أوائل الأنواع ، طورها رائد غلايات النفط ، جيمس هولدن . أما آخر قاطرة بريطانية أحادية التصميم فكانت Class 13 التابعة لشركة Great Central Railway ، والتي صممها هاري بوليت عام 1900 للعمل على خط السكة الحديد الرئيسي الجديد للشركة إلى لندن. واستمرت قاطرات Ivatt Class A5 الأحادية التابعة لشركة GNR، والتي صُممت قبل قاطرات Great Central، في دخول الخدمة خلال عام 1901، لتكون آخر قاطرات من نوعها تسير على السكك الحديدية في بريطانيا.

تم بناء قاطرة TD Judah كقاطرة 4-2-4 بواسطة شركة Cooke Locomotive and Machine Works في عام 1863. تم شراؤها لاستخدامها في خط سكة حديد المحيط الهادئ المركزي وأعيد بناؤها كقاطرة 4-2-2 في عام 1872.

بحلول عام 1900، تجاوزت الأحمال النموذجية على القطارات السريعة قدرات قاطرات 4-2-2 وتم استبدال هذا التكوين بتكوين 4-4-2 .

In 1910, the British locomotive manufacturer Kerr, Stuart and Company produced four 4-2-2 locomotives, weighing 120 tons and with 7 ft driving wheels, for the Shanghai–Nanjing railway.^[7][8] These were the last recorded 'singles' built and almost certainly the largest.