(Prof. FRAN CO DI MAJO)
Negli anni dell'immediato dopoguerra sono st a t i apportati alle locomotive a vaporeperfezionamenti forse più importanti di quelli realizzati in tutto il secolopr e-cedente ; ciò nonostante la trazione a vapore non ha potuto sos t ene rs i di fronte a l-l'incalzare dei siste m i più moderni: trazion e elettrica e trazione diesel.
Da molti anni sono praticamente cessate in tutto il mondo le nuove costruzioni di locomotiv e a vapore, mentre nei soli St a t i Un it i si son o cos t ru ite nel dopogu erra più di30.000 locomotiv e diesel con le quali vien edisimpegnata la maggiorparte del traffico ferroviario di quel paese. .
In Europasi èinvece anc or più estesa la ele ttrifica zione delle gra nd i linee e sol-tanto in tempi recenti si èiniziatasu vasta scala, neidiversipaesi,la costruzionedi importanti quantìtativi di locomotive diesel.
Il declino della trazione a vapore è dovuto essen zialme n te a ragioni di cost o, principalmente cost o del combus t ibile. Accurate stat ist iche hanno dimostrato che il rendimento com pless iv o medio, inteso come rapporto fra le calorie con te nu te nel carb on e consumatoin uneserc izioel' equivalente dellavoro utile svilup p a to alga nc io delle locomotiveè inferiore al 3% ed anch e con lelocomotive più moderne non rag-giunge valori lontanamente paragon abili con quelli ottenuti dalle locomotiv e diesel.
Quando il traffico sucer te lineeraggiungeinten sitàparticolarmentealte la stessa trazione diesel risulta meno economica della trazione ele ttrica. Si st im a conveniente elettrificare quando il consumo annuo di combustibile per Km di linea supera gli 80.000 litri di nafta.
La impostazione cos i profondamente diver sa fra le ferrovie americane e quelle eu rop ee orientate le une totalmente sul diesel e le alt re principalmente sulla trazione elettrica è dovuta a div er sità di ca ratterist iche dell' eser cizio , a diver se condizioni econom ich e ed anch e a situ a zion i finanziarie e politiche non confrontabili.
Comunqueanche in Europa,per quanto tardiva,l'affermaz ion edeldieselè st a ta notevoleed oggi fra locomotivedi linea elocomotiv edi manovra non meno di 15.000 unitàsono inser v izio nell' EuropaOccidentale.In tutto il restodel mondo i programmi
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di trasfo rmazione dalvaporeal dieselsono imponentianchese il rit m o dell erealizza -zioniè rallentato dalle difficoltà di bilancioin eui si tr ov a n o moltissim e am m in is t r a -zio n i ferrovia rie.
Leautomotrici dieselerano già moltodiffuse primadella guer ra(1000 nella sola Italia) esison ocon t in u a te acost ru ir e anchedoposecon d osch em isem p r e più mod erni ; le ferrovieingle si posseggonooggi più di 4000 automotrici econtinuano ad appr ovvi-gionarne.
I motori diesel impiegati nelle applicazioni ferroviarie devono avere particola ri doti di robustezza,lunga dura ta, sicur ezza di funzion a m en t o.Ilpeso specifico ècom -pre so fra i 4 e 7 Kg/Cv .
Di solit ole Case cos t r u ttrici realizzano con il medesimo com p lesso cilindro-tes ta-st a n t u ffo-b iella motori a 6-8-12-16 cilin d ri ehe a loro volta possono essere aspirati, sov r a lime n t a t i o sovr nlime n t a t i con raffrcddamento intermedio; si ottiene così con una sola serie di particolari cos t r u ttiv i la più vasta gamma di potenza di imp iego.
Le applicazioni a 4·tempison o più numerose di quelle a 2 tempi: quest'ultima per ò èadottatadalla GeneraIMotorch e negliStatiUnit iha fornitounelevatissimonu me ro di locomotive edi motori.
Nel4 tempiprevale la ver sion e sov ralime nta t a, mentrei motori aspirati siusa no più che altro per locomotive di manovra e per automotrici di piccola potenza; il si-ste m a del raffreddamento intermedio si è affermato recentem ente e si st a ra pi d a -mente diffondendo.
Nelle automotricison o moltoapplicatii motori con cilindr iorizzontalichetrov a n o sistem a zion e sotto il pavimento, non sottraggono sp a zio al carico utile c rendono possibi le l' in t er co m u n ica zione fra i veicoli accoppiati.
Per cre a re un metodo unico nella valutazione della potenza dei moto ri I' U ni on International edes Ch em ins deFer (U.LC.) ha definitocomepotenzanominale que lla sv ilu p p a t a in aria tipo in una prova ininterrotta di 100 ore con I ora di sovraccarico del 10% . La correzi on e per temperatura e quota dei motori diesel deve essere fatta agendo sull'in ie zione e non è automatica com e nei motori a benzina .
La potenza dei moto ri ferrov ia r i varia dai 150 Cv per picc ole auto mo t r ic i fino a 3000 per le potenti locom ot ive di lin ea; per lepotenze minor i si usano i motor i di ser ie utilizzati per gli autocarri e gli autobus.
Per poter utilizzare questi motori, meno cos t os i e di più pronta disponibilità, si preferisce 'spesso su d d iv ide re in 2 unità la potenza installata su una automo t rice o una piccola locomotiva. L'adozione di un solo motore diesel è preferita nelle loco-motivediesel elettriche,mentrenellediesel idraulichel'impiego di 2 motori semplifica notevolmente la trasmissione.
Per i moto ri più potenti, gli accessori quali : pompa acqua,'vent ila tore, grup po di raffreddamento, ecc . son o ver e ma cchine di notevoli dimensioni che richiedono particolare attenzion e di progetto e di cost ru zione .
La trasmissione della potenza è un eleme n t o fondamentale, tanto da ca ratteriz-zare la locomotiva: si usa infatti dire locomotiva diesel-elettrica o diesel-idrau lica, intendendo locomotiva diesel con trasmissione elettr ica o con trasmissione idraulica.
I tipi più importan t idi trasmissione son o i segu en t i:
Trasmissione meccanica. - È molto usata per automotrici per potenze fino a 300-350 Cv, eccez ionalmente fino a 500 per ogni gru p p o. Offre buon rendimento e cos t o ridotto; ha l'incon v eni ente di non utilizzare in modo com plet o la potenza del motore e di det erminare l'interruzione dello sfor zo di trazione nei cambiamenti di marcia.
A differenza dei mezzi st r a d a li, la trasm ission e meccanica compre n de uninv erti-toredi direzioneper assi curareall'automotriceidentica velocità di marcia neidue sensi;
trova spesso impiego la ruota libera, ormai praticamente scom p a rs a dai veicoli su st r a d a; non esis te inve ce il differenziale, provv ed endosi co n la con icit à dei cer chion i al div er so svilu p p o in cu rv a del per corso dell eruoteinterne ed est erne.
L' el em ento più cr it ico della tra smissione meccanica è la frizione, nella quale ad ogni avviamento si produce una notevole quantità di calo re, calcolabile in base al peso del con v oglio ed alla pendenza delle lin ee.Ad alleggcrrie il ca rico termico dell a
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frizione viene sem pre più frequentemente impiegato ilgiu n t o idrodinamico, col quale i limiti di impiego della trasmi ssionemeccanica possonovenire alq uan t o incr em entati risp etto a quelli prima indicati.
Trasm ission e idraulica. - Viene ora utilizzata fino a potenz e di 2000 Cv per gru p po.La potenza di un cambio idraulico cres ce col cubo del numero dei girie con la quinta potenza delle dimensionilineari; ilrapporto fra il peso della trasmissionee quellodel motoredivieneperciò sem pre più piccoloalcrescere della potenza installata.
Un ca mb io idraulicoad unsolosta dio presentarendimenti soddisfa centie buona utilizzazionedella potenzadel motorein un intervallo abbastanzaristrettodella velo-cit à con dotta . Si usano per ciò var iaccorg ime n t i per fare sem p re funzionareilcam bio nella zona di buon rendimento. Il sist em a Mekidro usa 4 o 5 rapporti meccanici in serie con il ca m bio idraulico ;ilVoit h inser isce co n il sistema di riempimento coman o dato diver si st ad isecon do il valore della veloci tà con dotta; Lijungstrom (SRl\I) usa il siste ma a doppia.rotazion e som m ando nel eam po delle ba sse velocit à la coppia di reazione che agisce sul distributor e a quell a che esce dall a turbina.
Trasmission e idrouolu me trica, - È ba sata su l funzionamentodi pompe e motori id rau lici a ca pacit à variabile. È l'unico tipo di trasmission e con tinua dell a quale si possa dire che equ iv ale ad una tras m issione meccanica ad infiniti rapporti.
Trasmission epneumatica. - Era stata usata e poi abbandonata per insuffi ciente rendimento circa40 anni fa ;oggi ricompare con notevoli possibilitàimpiegando co m -pressori assiali eturbine di grande efficien za .
Trasmissione elettrica. - È sen za dubbio il tipo che ha avuto finora maggior numero di app lica zion i sopra ttu tto per ch è tutte le locomotiv e cost ru ite negli St a t i Unit i sono diesel elettriche.
Il gene ra t ore elettrico accoppiato al diesel fornisce una potenza presso ch è co-st a n t econca ra tteris t iche di ten sio n e e corrente var ia bi lien t roam pi limiti. Ciò si può ottene rc con una opportuna regolazione dell'eccitazione che deve progressivamente diminuire alcrescere della cor re n te . Sovrappon endo la cu rva caratteris t ica del gene · rat or e le cu rve dei motoridi trazi on e, per div er si valor i nel numerodei gir i, si det er-minano nei punti d'incontro le cor re n ti assor b ite e gli sfo r zi di trazione alle diver se veloc it à dell e locomotiv e.
Dalla cu r v a"ca ratterist ica del motore (coppia in funzione del numero dei gir i) edalleca ra tterist ich e della trasmi ssion e, si ricavala cu rva di trazionedellalocomotiva esp ress a come sfor zo di trazione alle ruote in funzione della velo cità.Su lla cu r v a ca -ratteristica vengono individuati lo sfor zo di trazione massimo, quello orario, quello con t inu at iv o. Nelle locomotiv e ben dimen sionate, lo sforzo di trazione ma ssimo coro risponde all'incir ca al peso della locomotiva moltiplicato per il coe fficie n te di ade -ren za. Lo sfor zo orario non supe ra di solit o il20% del peso dell alocomotiva,losfor zo cont in u at iv o è circa 1'80.90% di quello ora r io; per le locomotiv e diesel ele ttr ic he si definiscono comeveloc itàora riae con t inuat iv a le veloc it àcor r ispondenti adetti sfor zi.
Dalla curv a car atter ist ica dellalocomotiva , sottrae n do la cu rva di resist enzadel treno in rettilineo e or izzo n tale, si ottien e il diagramma dell e for ze disp onibili per su pe ra re le pendenze o pcr accelera re. Il calco lo dell e prestazioni cons iste nel deter-min ar e la funzione :f(P, V, I) = O che lega le penden ze supe ra bi li, alla velocità ed ai pesi co m pless ivi del treno. "
Dal diagramma di accelerazion e, sem pl ici cos t ruzion i gra fiche forniscon o i dia-gra m m a del moto varioche determinanotempi cper corsi necessari ad otten er e date var ia zion i di velocità.
Una importante funzione del moto vario è il perditempo di avviamento, che indica quanto tempo in più si è impiegato per co mp iere un avv ia me n t o risp etto al tempo occorrente per co pr ire lo stesso per corso alla velocità massima; la funzione perd item p o ha praticamenteilvan taggio di non tender e al limite iufinito qu andol' ac-celera zione si rid uce a zer o.
Importante èla determinazione esatta dcIlavoro di tra zio n edal quale attravers o i cons u m ispec ifici del mot or e, si calco la ilcombus ti bile impiegatoper un determinato servizio. Unafor mu la ap prossima ta pon eilcons u mo dinaftain litriper 1000tonoKm ditren o comp leto egualealvalo re dell aresisten za media espressa in Kgftn.
Quando la potenza della loco m o t iv a consente del margine rispetto alla'velocità di orario,si può determinareildiagramma di marcia al quale corr isponde il minimo lavoro di trazione ;questodiagramma è composto di4 tratti caratter istici :un avvia-mento fatto conla maggior acc eler a zione possibile,un tratto a velocità costante, un tratto dicoas t in g , ed infinela frenatura con la massima decelerazionepossibile.
Neli' eser cizio dei mezzi di trazione dieselha grandeim p or t a n zalarazional e orga-nizzazionedellamanutenzionee della rev ision e chedebbono essere fatte ad intervalli il più possibiledistanziati,senza peròchel'efficienza deimezziabbia a decadere per il ritardo degli interventi riparativi.
I moderni motori possono funzionare lu n gh issim i periodi (dell'ordine dei 500.000 Km) sen za revisioni che richiedano lo sm onta ggio degli organi principali.
Per ridurreil tempo di inutilizzazionedellalocom ot iv a per la rito rnit u ra delleruote, molte amministrazioni sison o attrezzate per poter eseguir e rapidamentela tornitura senza toglierele ruote dalla loco m o t iva . Altri provvedimenti come la sosti t u zione di grup pi usati con gruppi di scor ta revisionati e provati, portano a lim it i altissimi la utilizzazion e dell e lo comotive negli esercizi ben organizzati.