AUTOMOTRICE FERROVIARIA
AUTOMOTRICE FERROVIARIA
. Si designa con questo nome una vettura ferroviaria che contiene in sé l'apparato motore.
La comparsa dell'automotrice ferroviaria, se si eccettuano alcune applicazioni fatte in epoca remota a casi particolari, come, ad esempio, servizî di riserva e di manovra, è di data recente. Essa coincide difatti col grande sviluppo dell'automobilismo e con la conseguente concorrenza della strada ordinaria alle ferrovie in genere, alle ferrovie secondarie in specie. Le esigenze odierne del traffico viaggiatori si possono riassumere nei seguenti punti: maggiore frequenza delle corse, minori tempi di percorrenza, prezzi di trasporto non elevati. A queste esigenze i treni, particolarmente sulle linee secondarie, non potevano soddisfare. Di qui la necessità di un nuovo mezzo rispondente ai nuovi bisogni. Caratteristiche di questo nuovo mezzo dovevano essere: potenza motrice notevole con peso limitato, buon rendimento, condotta facile, economia di esercizio. La tecnica che l'automobile ha, in poco più di un trentennio, creato, sviluppato, perfezionato, ha fornito alle ferrovie la nuova formula costruttiva, che si riassume nell'automotrice ferroviaria, equipaggiata con motore Diesel di alta potenza specifica e di alto rendimento termico.
È così che troviamo le prime applicazioni dell'automotrice ferroviaria su linee secondarie, sia in sostituzione dei treni a vapore, generalmente male utilizzati, sia a integrazione del servizio dei detti treni, con la realizzazione di sensibili economie nel primo caso e di migliore distribuzione delle corse nel secondo, in modo da soddisfare, tenuto conto anche della più elevata velocità commerciale, alle cresciute esigenze del pubblico.
Ma non si è arrestata qui l'influenza della trazione automobilistica su quella tradizionale delle ferrovie, in quanto che troviamo l'automotrice ferroviaria, costruita in elementi multipli, impiegata su linee principali per soddisfare il traffico rapido a lunga distanza; troviamo cioè gli autotreni tipo "Amburghese volante", "Zeffiro", "Americano volante", "Elettrotreno FF. SS." e così via, applicazioni che hanno aperto un nuovo vasto campo di esperimenti, di ricerche e di iniziative alla trazione ferroviaria ad alta velocità, e che sulle lunghissime distanze consentono di fare fronte anche alla concorrenza della navigazione aerea civile nel suo attuale stato di sviluppo.
L'aumento della velocità commerciale, che rappresenta certamente una delle esigenze più sentite dal moderno traffico viaggiatori, è conseguibile con l'automotrice ferroviaria in quanto che essa permette di raggiungere velocità massime più elevate di quelle dei treni a vapore, spesso maggiori accelerazioni all'avviamento, maggiori decelerazioni all'arresto.
La possibilità di velocità massime più elevate e di più alte accelerazioni dipende sostanzialmente dal fatto che, in grazia all'alleggerimento del veicolo, sono realizzabili potenze per tonnellata di peso sensibilmente più alte che negli ordinarî treni a vapore. Né queste maggiori velocità sono soggette a limitazioni agli effetti della sicurezza. E ovvio difatti che l'automotrice ferroviaria, con minore peso per asse, e senza masse eccentriche nel suo rodiggio, finisce con l'indurre nell'armamento sollecitazioni minori di quelle che, a quelle stesse velocità, provocherebbe il materiale ordinario, mentre, per quanto riguarda le curve, esperimenti hanno dimostrato che è possibile, per le automotrici ferroviarie, lasciare non compensata dalla sopraelevazione della rotaia esterna una aliquota dell'accelerazione centrifuga maggiore che nel materiale ordinario. È utilizzabile quindi perfettamente e con sicurezza la maggiore velocità che in grazia alla sua costituzione può sviluppare l'automotrice ferroviaria.
L'alleggerimento si è potuto ottenere mediante l'impiego, nelle strutture resistenti, di acciai ad alto limite elastico e della saldatura e mediante l'impiego di leghe leggiere per le apparecchiature in genere.
Per l'aumento di potenza in rapporto al peso il motore Diesel ha offerta la soluzione appropriata. È noto difatti che tipi moderni di tale motore presentano pesi di 6 ÷ 10 kg. per cav. e velocità di 1200 ÷ 2000 giri al minuto primo. Ulteriori progressi si otterranno con una più estesa applicazione della sovralimentazione, non ancora generalizzatasi.
I motori Diesel, impiegati sulle automotrici ferroviarie, hanno potenza assai diversa da caso a caso. Si trovano, ad esempio, motori da 600 a 1800 cav. sugli autotreni americani, motori da 600 cav. su quelli tedeschi, motori da 300 a 500 (Maybach, Fiat, Renault) in Germania, Italia, Francia, motori infine di 100 ÷ 200 cav. su automotrici di minore potenza.
In relazione alla potenza varia il sistema di trasmissione. Fino a potenze di 300 cav. la trasmissione meccanica, che presenta un rendimento non inferiore al 90%, costituisce la soluzione di minore peso, di minore costo, di migliore rendimento. Per potenze maggiori è però generalmente adottata la trasmissione elettrica, per quanto il suo rendimento non superi l'80%. Essa rappresenta poi la soluzione più soddisfacente in alcuni casi, come per automotrici multiple o per automotrici destinate a servizî di montagna particolarmente pesanti, avendo il pregio di una grande elasticità e di permettere ai motori Diesel un funzionamento più regolare e più favorevole. Accanto a questi due tipi di trasmissione troviamo la trasmissione idraulica (Voith) in Germania e in Austria, e la Sousedik applicata alla "Freccia cecoslovacca". In quest'ultimo tipo si tratta di una trasmissione meccanico-elettrica, nella quale la parte elettrica viene utilizzata per l'avviamento, e la parte meccanica per la marcia normale a piena velocità.
Un'altra caratteristica dell'automotrice ferroviaria moderna è costituita dalla sua sagoma aerodinamica. Alle velocità elevate, dell'ordine di 160 km/ora, od ancora maggiori, la resistenza offerta al moto dall'aria è rilevante. In un treno ordinario essa rappresenta un terzo della resistenza totale ad 80 km/ora, la metà a 110 km/ora ed i due terzi a 160 km/ora. Con l'adozione di opportune forme aerodinamiche, con la carenatura della parte inferiore, con l'eliminazione di ogni sporgenza laterale, si può conseguire una diminuzione cospicua di detta resistenza, e quindi, per una data potenza motrice, una più alta velocità. Tuttavia, non sembrano ancora attuati in questo campo tutti gli accorgimenti della tecnica automobilistica, pur tenuto conto che nella trazione su rotaie il problema è enormemente più complesso, per alcune esigenze di natura strettamente ferroviaria, quale, per es., la reversibilità della marcia.
I freni più diffusi sulle automotrici ferroviarie sono quelli a ceppi, ad aria compressa, moderabili, a comando, sugli autotreni ad alta velocità, elettropneumatico, in modo da ottenere l'applicazione pressoché istantanea dei ceppi sui cerchioni. Di solito le percentuali di frenatura sono più elevate che nel materiale ordinario, e la decelerazione vi è controllata da un decelerometro (ad es., treno M - 10.000 dell'Union Pacific System). In regresso si può ritenere l'impiego di freni a tamburo con mascelle interne o con ceppi esterni, salvo che su automotrici leggiere. Non mancano per altro esempî in cui tale tipo di freno è stato adottato su materiale di maggior peso.
Nei riguardi della composizione non si trova invece una decisa tendenza. Nelle automotrici ad elementi multipli difatti si trovano tipi articolati totalmente, e tipi solo parzialmente articolati, in quanto gli elementi motori rimorchiano in via normale altri elementi. In massima per automotrici a tre o quattro elementi si preferisce l'articolazione completa. Il problema si pone quando il numero di unità è maggiore, come avviene negli autotreni americani. In tale caso difatti si trova impiegata solo parzialmente l'articolazione negli elementi motori che rimorchiano gli altri elementi.
L'adozione di velocità elevate, oltre a problemi inerenti alla regolarità dell'esercizio e alla sicurezza, ha messo in atto problemi riguardanti la comodità dei viaggiatori, la quale dipende essenzialmente: dalla limitazione del moto di serpeggiamento, dal sistema di sospensione, dall'attitudine dei sedili a filtrare le trepidazioni della cassa, dall'isolamento acustico, dal condizionamento dell'aria. La moderna tecnica ha permesso di ottenere soluzioni soddisfacenti per questi requisiti, soluzioni che si trovano applicate più o meno perfettamente e completamente nelle automotrici ferroviarie. Così, ad esempio, per l'attenuazione delle vibrazioni troviamo frequentemente usata l'interposizione fra cassa e carrello, o fra motore e supporto, di blocchi di gomma, ovvero smorzatori di trepidazioni e così via. Impianti di condizionamento dell'aria sono di impiego normale negli autotreni.
Dal punto di vista economico si può dire che in via di massima un servizio con automotrici è meno costoso di un servizio con treni a vapore, pur tenuto conto, per le automotrici, della breve durata degli ammortamenti. Opportuna è quindi la sostituzione in tutti quei casi nei quali occorre migliorare il servizio, renderlo più rapido e vincere la concorrenza della strada ordinaria, in quanto ciò si ottiene senza aumentare il costo del trasporto e, nella maggior parte dei casi, riducendolo.
La trazione ad alta velocità nei principali paesi del mondo. - È pressoché impossibile trattare in modo completo ed esauriente della automotrice ferroviaria nei varî paesi d'Europa e di America, dato che dovunque lo studio della trazione ad alta velocità è in piena evoluzione. Converrà limitarsi ad un cenno delle applicazioni di maggiore interesse, tanto più che le fondamentali tendenze costruttive del nuovo veicolo restano identiche, e variano solamente i particolari.
Gli autotreni in Germania. - La prima automotrice rapida tedesca fu messa in servizio (la prima in Europa) sulla linea Berlino-Amburgo il 15 maggio 1933. Essa, ben nota sotto il nome di "Amburghese volante" (Fliegende Hamburger), costituì subito il prototipo di un veicolo ad alta velocità su rotaie, rispondente a concetti costruttivi e funzionali del tutto moderni: costruzione di peso limitato, cassa adatta a concorrere alla resistenza, numero di carrelli uguali al numero delle casse più uno, impiego del motore a combustione interna, e in particolare del motore Diesel.
L'Amburghese volante è composta di due casse che appoggiano su tre carrelli, uno dei quali è comune alle due casse. L'interperno è di m. 17; il peso a vuoto, senza scorte, è di 74,5 tonnellate. L'ossatura della cassa è in acciaio, con pareti laterali concorrenti alla resistenza; vi è stata impiegata largamente la saldatura. La cassa comprende due grandi compartimenti viaggiatori con 102 posti complessivamente, un compartimento bagagli, un piccolo bar. L'impianto di trazione è costituito da 2 gruppi elettrogeni, comandati ciascuno da un motore Diesel di 410 cav., montati sui carrelli estremi, da due motori elettrici di trazione montati sul carrello intermedio. I motori Diesel sono del tipo Maybach a 12 cilindri, a grande velocità. La trasmissione elettrica è del sistema Gebus, e comprende una generatrice, con autoeccitazione in derivazione, accoppiata permanentemente ai motori di trazione, e lavorante a debole saturazione magnetica. Quando lo sforzo di trazione aumenta, cresce l'intensità di corrente, la tensione diminuisce, in modo che il Diesel non deve fornire una potenza superiore a quella corrispondente ad un predeterminato numero di giri. Il sovraccarico del motore resta così limitato in una breve zona della sua caratteristica. Inconveniente di tale sistema è l'aumento lento della corrente durante l'avviamento. Ma per automotrici del genere, impiegate su lunghi percorsi senza fermate intermedie il tempo di avviamento non troppp breve ha scarsa importanza.
L'orario dell'Amburghese volante fu stabilito per una velocità normale di 150 km/ora da portarsi a 160 per eventuali ricuperi. La velocità commerciale risultò di 126 km/ora, con un tempo di percorrenza di 137 minuti su 287 km. Quanto alla frenatura, fu adottato un freno a tamburo con speciale rivestimento di materia artificiale, scelta col concetto di realizzare un buon adattamento dello sforzo frenante al valore dell'aderenza. Un freno elettromagnetico su rotaie, indipendente perciò dall'aderenza, fu aggiunto come freno d'urgenza, in modo da potere arrestare l'autotreno a velocità di 160 km/ora su 800 metri.
I risultati favorevoli conseguiti (dal 15 maggio 1933 al 30 giugno 1935, quando fu ritirata dal servizio, l'Amburghese volante aveva percorso 352.000 km., con una media di 450 km./giorno) indussero le ferrovie tedesche a ordinare 13 altri autotreni del genere, sui quali furono apportati molti miglioramenti sia dal punto di vista della forma aerodinamica, sia da quello dell'impianto motore, sia da quello della comodità dei viaggiatori. Fu così possibile estendere il servizio degli autotreni rapidi alle linee Berlino-Colonia, Berlino-Francoforte sul Meno, Colonia-Amburgo-Altona, Monaco-Stoccarda, realizzando velocità commerciali dell'ordine di 182 km/ora su alcuni percorsi.
La grande utilizzazione di questi treni da parte del pubblico ha consigliato di procedere allo studio di unità a tre elementi anziché due, con una lunghezza totale di m. 60 circa, con 109 posti a sedere di 3ª classe e 30 di 2ª classe, con una cucina, un compartimento bagagli e un compartimento postale.
La potenza di questa nuova automotrice articolata è di 600 cav. Il motore Maybach ha, nonostante la maggiore potenza, quasi lo stesso ingombro del motore da 400 cav. dell'Amburghese volante, risultato che è stato ottenuto accrescendo lievemente la corsa del pistone ed adottando la sovralimentazione a mezzo di una turbina a gas di scappamento. La sovrapressione di alimentazione è di circa 0,4 kg/cmq. La trasmissione è elettrica, ma come già nelle 13 automotrici di cui innanzi, è stato abbandonato il sistema Gebus, e sostituito con un tipo (RZM) studiato dall'Ufficio centrale studî delle Ferrovie germaniche.
Delle 4 automotrici a tre elementi che sono state costruite in Germania due sono state equipaggiate colla trasmissione elettrica RZM, e due, allo scopo di istituire confronti, sono state costruite con la trasmissione idraulica tipo Voith.
Il peso di un'automotrice a trasmissione idraulica risulta, in servizio, di 119 tonnellate, mentre quello dell'automotrice analoga a trasmissione elettrica è di 129,5 tonnellate. In una corsa di prova eseguitn il 17 febbraio 1936 quest'ultima raggiunse la velocità massima di 200 km/ora, dimostrando a tale velocità una dolcezza di marcia eccellente.
Recentemenie le Ferrovie germaniche hanno posto in costruzione un nuovo tipo a quattro elementi articolati, dei quali uno motore, e tre da considerarsi come rimorchiati. Il motore ciclo Diesel avrà la potenza di 1300 cav. a 900 giri. Allo scopo di ripartire la potenza su tutta la lunghezza del treno articolato, la trasmissione sarà elettrica. L'articolazione fra l'elemento motore e quelli rimorchiati sarà costruita in modo da consentirne nel modo più rapido il cambio in caso di necessità.
L'automotrice ferroviaria in Francia. - Lo sviluppo dell'automotrice ferroviaria in Francia è stato rapido come nelle altre nazioni. Ad eccezione delle automotrici Bugatti e Michelin, che sono equipaggiate con motori a scoppio, tutte le altre, di più recente costruzione, impiegano il motore ciclo Diesel. Nei riguardi della trasmissione si trova impiegata quella meccanica e quella elettrica.
Fra le più moderne si ricordano le seguenti:
1. Automotrice articolata "Somua". È destinata alla rete P.L.M. ed è costituita da un primo elemento, il cui rodiggio comporta due assi fissi e un bissel anteriore. Su questo primo elemento è montato il motore e la trasmissione nonché il posto di comando. Vi è inoltre un compartimento per bagagli. Il secondo elemento con la sua parte anteriore grava sugli assi fissi del primo elemento, e con quella posteriore appoggia su un carrello portante. Esso costituisce la vettura propriamente detta ed ha inoltre un secondo posto di comando. Una passerella ed un giunto in gomma provvedono alla intercomunicazione fra i due elementi articolati.
Il motore del tipo M.A.N. a 8 cilindri, con sovralimentazione, ha la potenza di 350 cav. a 1500 giri al minuto, l'innesto è del tipo Fieux, il cambio è a cinque marce con ingranaggi sempre in presa e dispositivo di ruota libera. La trasmissione si effettua agli assi mediante alberi cavi e cardani.
L'automotrice è provvista di due freni. Le ruote motrici e quelle del carrello portante sono frenate con freni a ganasce agenti all'interno di un tamburo di grande diametro. Questo freno è azionato ad aria compressa. Un secondo freno elettrodinamico agisce pure sugli assi motori. Lo spazio di frenatura è di 300 m. per una velocità di 100 km/ora.
La velocità massima in orizzontale è di 120 km/ora, il peso a vuoto di 40 tonnellate. Il numero di posti a sedere è di 66. Sono previsti 40 posti in piedi.
2. L'automotrice della Società Lorraine ha due carrelli motori aventi il passo di 3,50 m. Ciascun carrello è equipaggiato con un motore Lorraine, a camere di precombustione, della potenza di 130 ÷ 150 cav., a 1600 giri al minuto. Il cambio di velocità è del tipo preselettivo Wilson, a treni d'ingranaggi epicicloidali, con cinque marce, a comando pneumatico. L'innesto è a dischi, salvo che in alcuni esemplari, nei quali è stato impiegato un innesto idraulico del tipo Vulcan-Sinclair.
La frenatura si effettua a mezzo di un freno diretto ad alta pressione con controllo ottenuto a mezzo di decelerometro. La velocità massima in rettifilo orizzontale è di 120 km/ora. La cassa, costituente un tutto unico col telaio, è in acciaio semiinossidabile ad alta resistenza, ad elementi saldati. Il peso a vuoto è di 28 tonnellate, il numero di posti a sedere è di 50. Vi è inoltre uno scomparto per 1500 kg. di bagagli.
3. L'automotrice Standard, delle Acciaierie del Nord, è a cassa unica su due carrelli, dei quali uno è equipaggiato con motore Diesel tipo M.A.N. di 280 cav. a 1400 giri al minuto. Il cambio è del sistema Winterthur a 5 marce, con dispositivo di ruota libera. Queste automotrici possono essere accoppiate fra loro, in quanto che vi è installato il comando pneumatico a distanza del cambio di velocità. La sua frenatura è realizzata con un freno ad aria compressa, a ceppi. Vi è installato inoltre un freno magnetico. La velocità massima è di 133 km/ora.
4. Automotrice a gassogeno. Questa automotrice a gassogeno deriva dalla trasformazione di una automotrice Charentaise della Compagnia dell'Est. Originariamente era equipaggiata con un motore Diesel tipo M.A.N., al quale, pel nuovo impiego, sono state apportate le modificazioni occorrenti. Il gassogeno è del tipo Geka a carbone di legna, con una tramoggia che assicura l'alimentazione per cinque ore. Il motore a sei cilindri sviluppa la potenza di 190 cav. a 1000 giri al minuto. Il consumo di carbone è di 320 grammi per cav.-ora. L'insieme motore gassogeno pesa circa tre tonnellate.
Le automotrici delle quali si è fatto un cenno sommario sono tutte a trasmissione meccanica. Ma uno sviluppo notevole hanno avuto in Francia anche quelle con trasmissione elettrica. Si citano, fra le applicazioni più importanti, l'automotrice Decauville, l'automotrice Berliet e l'automotrice Corper et Louvet, i cui equipaggiamenti, con motori Diesel, hanno la potenza rispettivamente di 600, 300 e 500 cav. Tanto l'automotrice Decauville quanto la Corpet et Louvet sono munite di organi normali di attacco, essendo destinate a rimorchiare una o due vetture viaggiatori del tipo normalmente impiegato sulle ferrovie. Come tutte le automotrici a trasmissione elettrica esse offrono grande facilità di manovra e attitudine a servizî gravosi.
La trazione ad alta velocità in America. - Una delle applicazioni più importanti degli studî compiuti sulla trazione ad alta velocità è quella del primo autotreno americano, lo Zeffiro, in esercizio sulla rete della Chicago-Burlington and Quinney Railroad presentato al pubblico nel maggio 1934. Si tratta di una automotrice articolata a tre elementi su quattro carrelli, avente la lunghezza di circa 60 metri, il peso di 93 tonnellate, ed un numero complessivo di 72 posti a sedere, con la possibilità di trasportare anche 22 tonnellate di bagagli e posta.
La struttura della cassa, del tipo tubolare, è interamente metallica, in acciaio inossidabile ad alto limite elastico (100 ÷ 150 kg. per mmq. con un allungamento non inferiore al 20 ÷ 25%). L'equipaggiamento motore è costituito da un Diesel a 2 tempi e 8 cilindri in linea, il cui peso è di 10 kg. per cav. La potenza è di 660 cav., dei quali 600 sono praticamente utilizzati per la trazione, e 60 per servizî ausiliarî. La trasmissione è elettrica: i due motori elettrici, autoventilati, sono eccitati in serie e sono montati sul carrello anteriore. I quattro carrelli sono di tipo normale a due assi, con passo di m. 2,438. Quello anteriore che sostiene l'apparato motore è più pesante ed ha ruote di maggiore diametro. Fra cassa e carrello è fatto largo uso di smorzatori di gomma per evitare la trasmissione delle trepidazioni. Il freno è del sistema ad aria compressa Westingouse, modificato per l'adattamento alle velocità elevate. Si tratta sostanzialmente di un freno ad azione diretta ed indiretta, con percentuale di frenatura che è del 200% allorché la pressione nel cilindro a freno raggiunge 7 kg. per cmq. Questa pressione è controllata da un decelerometro a pendolo di inerzia, onde proporzionare la pressione dei ceppi sui cerchioni alla variazione del coefficiente di attrito, che notoriamente aumenta col diminuire della velocità.
Al riscaldamento è provveduto mediante una caldaia a nafta, e al condizionamento dell'aria con un impianto tipo York.
Dal 1934 in poi l'impiego negli stati Uniti di automotrici multiple con motori Diesel a trasmissione elettrica si è andato intensificando rapidamente. Al primo Zeffiro si sono aggiunti sulla rete Burlington and Quinney altri treni analoghi e precisamente: due Twin Zeffiro a tre elementi di cui uno motore, con 88 posti a sedere; un Mark Twin Zeffiro con 96 posti a sedere; due Twin Zeffiro con un elemento motore di 1800 cav. e sei vetture articolate, in acciaio Stainless, con 212 posti a sedere (in questo treno la motrice è equipaggiata con due motori Diesel, a due tempi, che comandano le generatrici di alimentazione dei motori montate su due carrelli); due Denver-Zeffiro comprendenti due elementi motori e 10 vetture, di cui 4 sono vetture letto e una vettura ristorante (il primo elemento motore è equipaggiato con due Diesel da 900 cav. e quattro motori di trazione, il secondo con un Diesel da 1200 cav. e quattro motori di trazione. I Diesel comandano 6 generatrici. Il numero dei posti è di 309; la velocità massima di 187 km/ora). Questi treni sono utilizzati sulla linea Denver-Chicago.
Sulla rete dell'Union Pacific (che ha iniziato questo nuovo sistema di trazione ferroviaria con l'M-10.000, contemporaneo allo Zeffiro, a tre casse, seguito dall'M-10.001 a sei casse) sono attualmente in servizio sei treni articolati. Nella costruzione della cassa è stata impiegata prevalentemente la lega di alluminio. Nei più recenti, per gli elementi motori, è stato impiegato acciaio Cor-Ten. Anche per questi treni sono utilizzati motori Diesel a trasmissione elettrica. Sono in costruzione per la stessa rete due nuovi treni di 17 elementi ciascuno, con una potenza motrice di 5300 cav. ripartita su sei motori Diesel a due tempi. Essi faranno servizio sulle linee Chicago-Los Angeles e Chicago-San Francisco. Si prevede la velocità massima di km. 209.
Treni articolati totalmente o parzialmente, analoghi, dal punto di vista costruttivo e di impiego, a quelli accennati, sono in esercizio sulle altre reti (Boston and Maine, New York-New Haven and Hartford, Gulf Mobil and Northern, Illinois Central, Chicago-Rock Island, ecc.). In essi appare decisa la tendenza all'adozione del motore Diesel a due tempi e della trasmissione elettrica. Ugualmente decisa è la tendenza all'alleggerimento, mercé largo impiego di leghe di alluminio e di acciai speciali ad alto limite elastico, con costruzione della cassa a tipo tubolare.
Automotrici, autotreni ed elettrotreni in Italia. - Le prime applicazioni dell'automotrice ferroviaria in Italia risalgono al 1924. Si trattò peraltro di applicazioni limitate e sporadiche, da ritenersi del tutto sorpassate. È nel 1933 che compare l'automotrice ferroviaria moderna, anno nel quale appunto le prime littorine cominciarono a prestar servizio con buon esito su varie linee del compartimento di Bari e inoltre furono inviate anche all'estero a fare un giro dimostrativo. Una di queste automotrici percorse la linea del Gottardo, impiegando un tempo di percorrenza inferiore a quello dei direttissimi, ed eseguì ulteriori soddisfacenti esperimenti sulla Ferrovia dei Tauri (Vienna-Villach), in Cecoslovacchia, in Polonia, in Austria e in Ungheria.
Dal 1933 lo sviluppo dell'automotrice è stato rapido e rigoglioso; e difatti sulla rete delle Ferrovie dello stato troviamo in servizio alla fine del 1937, 480 unità.
Le linee della rete dello stato, sulle quali le automotrici a combustione interna prestavano servizio totalitario o parziale per i viaggiatori, erano al 30 giugno 1937 di km. 7386 e al 30 giugno 1938 km. 10.404.
I primi gruppi furono equipaggiati con due motori a scoppio (tipi 255 e 235 A Fiat) rispettivamente di 120 e 80 cav. a 2000 giri al minuto. In seguito, al motore a scoppio è stato sostituito il motore Diesel, il quale, se pure presenta un peso leggermente maggiore per unità di potenza, offre il vantaggio di una minore spesa per il combustibile. Elimina inoltre quasi del tutto il pericolo di incendio.
Queste automotrici (di cui un esempio alla fig. 1), con motore ciclo Diesel, sono costruite secondo più tipi p. es., l'ALn 56, e l'ALn 40, i cui esemplari differiscono fra loro solamente in alcune caratteristiche fondamentali, quali il peso totale, la potenza complessiva, la velocità massima in orizzontale. Il gruppo ALn 56, costruito in due serie poco diverse fra loro, fu impiegato dapprima su linee secondarie, successivamente anche sulle principali. Il gruppo ALn 40 fu destinato invece a servizî celeri fra centri di interesse turistico. In relazione a tale destinazione sulle automotrici di tale gruppo è prevista anche una cucina, che permette di servire ai viaggiatori pasti caldi da consumarsi al posto. In questi tipi si è previsto di poter raggiungere normalmente la velocità di 160 km/ora.
Nelle automotrici serie ALn i motori, a quattro tempi, hanno i cilindri senza camere ausiliarie, ed una certa turbolenza è assicurata da una cavità praticata nella testa del pistone, e da una aletta della valvola di aspirazione, oppure i cilindri sono muniti di teste Ricardo. Le automotrici di tutti i gruppi sono costruttivamente simili, e comprendono due carrelli motori, la cassa, gli organi di trasmissione, quelli di frenatura, gli accessorî.
Nei carrelli motori del tipo illustrato nella fig. 2 le fiancate sono costituite dall'accoppiamento di due laminati a ⊏, fra i quali è compresa la sospensione. Le molle del tipo a balestra, hanno le bande dissimmetriche, di cui un estremo è articolato alla fiancata, l'altro appoggia sulla boccola. La staffa della molla interessa a mezzo di un tirante un pacco di molle discoidali contenute in una scatola rigidamente connessa alla fiancata. Alla scatola è altresì collegato un puntone di reazione, che all'altra estremità è articolato alla boccola dell'asse motore.
Nei carrelli motori del tipo illustrato alla fig. 3 le fiancate sono costituite da longheroni imbottiti. La sospensione elastica è ottenuta con molle a balestra poggianti sulle boccole e molle a doppia balestra nella trave oscillante.
La cassa appoggia sui carrelli pel tramite di piastre o altri organi adatti allo scopo. Una trasmissione degli sforzi è assicurata da ralle ad appoggio sferico con relativi perni. La struttura è metallica, costituita da tralicci di acciaio saldato e da ordinate pure in acciaio; il tetto è in lamiera di alluminio, il pavimento è formato da un impasto duro gommoso. La cassa porta i radiatori, nonché le canalizzazioni elettriche e ad aria compressa. I gas di scarico sono avviati al cielo della vettura mercé una conduttura che passa attraverso la ritirata. D'inverno è prevista la utilizzazione delle calorie contenute nei gas di scarico per riscaldare, a mezzo di appositi radiatori, l'aria che viene immessa all'interno della vettura. In altri tipi il riscaldamento è ottenuto facendo circolare in appositi aerotermi l'acqua di raffreddamento dei motori. Una lampadina di spia permette di controllare, a mezzo di apposito circuito, che le porte siano chiuse prima che la vettura sia messa in moto.
La trasmissione è meccanica. L'albero del motore è accoppiato al cambio a mezzo di un innesto a frizione del tipo a dischi multipli, comandato ad aria compressa. Il cambio è del tipo ad ingranaggi sempre in presa con quattro riduzioni di velocità oppure del tipo a preselezione delle marce.
Il cambiamento di marcia si effettua con comando ad aria compressa, la quale agisce sui manicotti di accoppiamento. La trasmissione può essere fornita del dispositivo di ruota libera. Questa ha due piste, l'una interna connessa all'albero motore, l'altra esterna connessa invece al ponte posteriore, e quindi alle ruote motrici. La solidarietà fra le due piste si realizza quando la velocità della pista interna supera quella della pista esterna, nel quale caso dei rulli, portandosi verso l'esterno, entrano in contrasto. Un sistema di blocco permette di annullare l'azione del dispositivo. Sulle Ferrovie dello stato è prescritto di bloccare la ruota libera sulle discese di pendenza superiore al 150‰ e ciò allo scopo di utilizzare l'azione frenante del motore.
L'albero secondario del cambio comanda un compressore che comprime aria a 6 kg/cmq. in appositi serbatoi, ed ha la capacità di 170 litri di aria aspirata al minuto primo. L'aria compressa viene utilizzata per il comando del cambiamento di marcia, per i servomotori che azionano i regolatori di mandata del combustibile, pel comando dei freni. Questi possono essere del tipo ad espansione con ganasce di materiale tipo ferodo, oppure del tipo a ceppi di ghisa esterni ai cerchioni delle ruote.
I dispositivi di comando del freno hanno subito dei successivi perfezionamenti. Nelle automotrici di più recente costruzione è stato adottato un tipo di freno studiato dal Servizio materiale e trazione delle Ferrovie dello stato.
L'avviamento dei motori Diesel avviene a mezzo di motori elettrici, i quali utilizzano l'energia di una batteria di accumulatori che viene caricata da apposite dinamo, con regolazione a terza spazzola. Le dinamo sono comandate dai Diesel medesimi.
La velocità di marcia ed il numero di giri dei motori sono controllati dai banchi di manovra a mezzo di tachimetri elettrici.
Un servizio importante di automotrice Fiat è quello istituito sulla linea Massaua-Asmara nell'Africa Orientale Italiana.
La linea Massaua-Asmara ha un tracciato particolarmente accidentato, per cui un servizio celere, con treni a vapore, vi era assolutamente impossibile. L'applicazione delle automotrici ha permesso di risolvere il problema di più rapide comunicazioni in modo veramente brillante, poiché la percorrenza totale del viaggio si è potuta ridurre da sei a poco più di tre ore. Le più recenti automotrici inviate in A. O. sono equipaggiate con motori Diesel. Dato il clima, si sono dovuti adottare, per la cassa, particolari provvedimenti di isolamento termico.
Le automotrici ferroviarie, in servizio sulla rete delle Ferrovie dello Stato, progettate e costruite per quasi tutti i tipi in servizio dalla Fiat e dalla Breda, costituiscono l'applicazione di gran lunga più importante, in Italia, del nuovo mezzo di trazione. Non mancano però altre applicazioni interessanti, alle quali converrà accennare. Troviamo, ad esempio, un gruppo di dieci unità, di cui alcune già in regolare servizio, destinate alle Ferrovie Calabro-Lucane, esercite dalla Società per le Strade ferrate del Mediterraneo, ferrovie a scartamento di m. 0,95.
Per queste linee si presentava la necessità di realizzare un'automotrice ferroviaria la cui caratteristica meccanica consentisse una variazione continua dei fattori della potenza, presentando esse un tracciato con pendenze elevate e raggi di curve notevolmente limitati. La trasmissione elettrica era la sola che permettesse di risolvere il problema in maniera adeguata.
Quanto all'alleggerimento, esso è stato conseguito mercé l'impiego, nella costruzione della cassa, di acciaio inossidabile secondo il sistema degli autotreni americani del tipo Zeffiro, e con l'adozione, nelle apparecchiature, di leghe leggiere.
L'automotrice è equipaggiata con due motori Diesel della ditta Sauer, a iniezione diretta, a sei cilindri verticali, della potenza di 127 cav. al regime di 1600 giri al minuto. Ciascun motore comanda una generatrice di 86,5 kW alle tensioni di 320 e 440 V, la cui eccitazione è regolata da apposito dispositivo brevettato Brown-Boveri. Ciascuna generatrice alimenta il circuito di trazione sul quale è inserito un motore di 101 cav.
I carrelli, del tipo Brill BF 14, hanno le boccole, con cuscinetti a rulli, articolate alle fiancate a mezzo di una forcella ed un robusto perno calibrato, in modo da eliminare la piastra di guardia. La ralla di appoggio della cassa è in posizione dissimmetrica rispetto agli assi, onde assicurare agli assi motori il carico necessario per ottenere una sufficiente aderenza. La continuità metallica fra carrelli e cassa, che è causa della trasmissione delle trepidazioni, è stata interrotta con l'interposizione di strati di gomma sotto le ralle, i pattini, e le molle.
Il freno è ad aria compressa moderabile. A sussidio di questo freno, che costituisce il freno normale, sono installati un freno idraulico e l'apparecchiatura per la frenatura elettrica. Tanto il circuito di trazione quanto quello di frenatura sono controllati da contattori elettropneumatici. È interessante rilevare che, nonostante l'impiego della trasmissione elettrica, la potenza specifica è notevole, e maggiore di quella realizzata con la trasmissione meccanica in molte automotrici. Si ha difatti una potenza di 12,2 cav. per tonnellata. Il peso per posto offerto è di kg. 366.
Un altro tipo di automotrice italiana è quella costruita dalle Officine Meccaniche Stanga di Padova per la linea Mestre-Pieve-Adria della Società veneta di Ferrovie secondarie.
La cassa dell'automotrice, a struttura interamente metallica, ha un piccolo bagagliaio, una ritirata, le due cabine di comando, uno scomparto di 2ª classe con 70 posti a sedere ed uno di 1ª classe con 8 posti a sedere. Essa appoggia con sospensione multipla, su due carrelli.
Dei due carrelli, uno è motore, e, particolarità interessante agli effetti dell'aderenza, in esso sono motori entrambi gli assi. Il motore Diesel, brevetto M.A.N., ha sei cilindri, e può sviluppare la potenza di 200 cav. a 900 ÷ 1100 giri al minuto. È provvisto di un regolatore a forza centrifuga agente sull'alimentazione. Il raffreddamento è ad acqua. La trasmissione è meccanica. Il cambio di velocità è del tipo a ingranaggi costantemente in presa, brevetto T.A.G. Per ciascuna delle quattro marce si ha un innesto a dischi con comando separato ad aria compressa. L'inversione di marcia, comandata anch'essa ad aria compressa con apposito rubinetto, si ottiene mediante innesto dentato doppio a tre posizioni (folle, marcia avanti, marcia indietro).
La velocità massima è di 80 km/ora. Per la frenatura è impiegato il normale freno ad aria compressa, Westinghouse, agente con due ceppi su tutte le ruote. Fra i varî altri dispositivi di comando vi è quello pneumatico di comando delle porte, ed il dispositivo di uomo morto. Per questa automotrice il peso è di kg. 371 per posto offerto a sedere, e la potenza di 7 cav. per tonnellata di peso a vuoto (rifornimenti compresi).
Un tipo di automotrice ferroviaria del tutto diversa, in quanto che utilizza energia elettrica, e che merita di essere segnalata è quella a 3000 V costruita nelle officine della Società anonima italiana Ernesto Breda.
L'automotrice ha due carrelli motori (figg. 5, 6, 7), in lamiera imbottita, saldata all'arco. Alle fiancate, per mezzo di apposite mensole, sono connessi i motori. Fra il pignone, calettato all'estremità dell'albero motore, e la corona dentata, montata sull'albero cavo, è interposta una corona dentata cilindrica sostenuta dallo stesso motore. La trasmissione della coppia motrice fra l'albero cavo e la sala avviene per l'intermediario di fasci di molle provvisti di supporti limitatori di sforzo, analogamente a quanto, da tempo, è praticato sui locomotori elettrici gruppi E 326 e E 428 delle Ferrovie dello stato.
La cassa appoggia sui carrelli a mezzo di traversa oscillante con perno centrale, e comprende, oltre i due posti di comando, due vestiboli, due compartimenti viaggiatori, un gabinetto, due depositi per valige, un compartimento postale. Le Ferrovie dello stato hanno in servizio 3 tipi di automotrici elettriche: con 40 posti misti di 1ª e 2ª classe, corredate di servizio di ristorante; con 75 posti misti di 2ª e 3ª; con 88 posti di sola 3ª. La costruzione, interamente metallica, del tipo tubolare, è costituita da una struttura in profilati e lamiere di acciaio saldati all'arco o a resistenza.
L 'equipaggiamento elettrico comprende: 4 motori eccitati in serie, con poli di commutazione, della potenza oraria di 92 kW a 3000/2 V e1020 giri al minuto. L'avviamento, automatico, è previsto per il comando multiplo con dispositivo elettropneumatico. Il peso totale di questa automotrice è di 37 tonnellate; la velocità massima in rettifilo orizzontale è di 130 km/ora.
Anche in Italia si sono adottate automotrici ad elementi multipli articolati (autotreni ed elettrotreni). L'autotreno Fiat è tuttora in periodo di prove, e costituirà una realizzazione importante nel campo della trazione ferroviaria ad alta velocità. Esso difatti dovrà consentire in esercizio normale una velocità non inferiore ai 170 km/ora. Caratteristica di questo autotreno è l'adozione della trasmissione meccanica diretta dai motori Diesel alle ruote. Esso è costituito da tre vetture articolate su quattro carrelli, con una lunghezza totale di circa 60 metri. Dei 4 carrelli i due estremi portano ciascuno un gruppo motore costituito da un motore Fiat, ciclo Diesel, a 12 cilindri a V della potenza di 500 cav. al regime di 1700 giri al minuto primo.
Come nella "Littorina" i due motori funzionano con un'unica guida. La trasmissione della potenza alle ruote è fatta attraverso un cambio di velocità a 4 marce, ruota libera, inversore, riduttore. Tutte le ruote sono provviste di freni a ganasce ad espansione, azionati pneumaticamente. Le casse sono a struttura interamente metallica.
Delle tre vetture articolate la prima è destinata ai servizî: scomparto di guida, gruppo moto-diciamo-compressore, scomparto postale, bagagliaio, cucina e dispensa con frigorifero, gabinetto e ripostiglio per il personale. Le altre due vetture sono destinate ai viaggiatori ed hanno 78 posti a sedere complessivamente. nonché gli scomparti per le valige, per il gabinetto di toletta e quelli per il condizionamento dell'aria. Data difatti l'altissima velocità, l'autotreno deve viaggiare a finestrini chiusi, e perciò l'impianto per il condizionamento dell'aria si rende necessario. L'aria aspirata dall'esterno, viene purificata attraverso appositi filtri, umidificata e riscaldata d'inverno, o refrigerata d'estate, in modo da mantenere all'interno la temperatura conveniente.
Fra Napoli e Milano è attualmente in servizio l'elettrotreno progettato dal Servizio trazione delle Ferrovie dello stato, e costruito dalla Società italiana Ernesto Breda. Sostanzialmente l'elettrotreno comprende anch'esso tre vetture intercomunicanti, articolate su quattro carrelli. I carrelli estremi sono equipaggiati con 2 motori, quelli intermedî con un solo motore. Si hanno perciò complessivamente 6 motori.
I carrelli hanno le fiancate in profilati di acciaio controventati da traverse. Al controventamento contribuiscono i motori che sono collegati rigidamente da un lato ad una traversa intermedia, dall'altro alla traversa di testa. I supporti di collegamento portano anche i cuscinetti dell'albero cavo. La trasmissione della potenza è del tutto analoga a quella dell'automotrice elettrica Breda di cui innanzi. L'appoggio della cassa è attuato per mezzo di traversa oscillante. Sulla traversa oscillante dei carrelli intermedî vi sono quattro appoggi laterali (2 per ciascuna cassa), e due perni concentrici, quello della cassa intermedia essendo situato all'interno di quello della cassa d'estremità. La disposizione è tale che il treno si iscrive comodamente nelle curve delle rimesse aventi 80 metri di raggio. L'appoggio delle due casse verificandosi poi su una sola traversa oscillante, la passerella di intercomunicazione si trova a livello con i pavimenti delle vetture essendo impedito ogni spostamento verticale relativo delle due casse medesime. La trasmissione delle vibrazioni fra carrelli e cassa è attenuata dalla interposizione, assai largamente impiegata, di smorzatori di gomma.
I posti di comando sono due. La struttura della cassa in profilati di acciaio saldati all'arco, è interamente metallica, del tipo tubolare, in modo da concorrere nella resistenza agli sforzi di flessione. Il rivestimento interno delle pareti longitudinali e trasversali dei compartimenti è costituito da pannelli formati da due lamine di alluminio, che comprendono fra loro una lamina di materiale isolante, alle cui facce esse sono incollate per l'intermediario di uno speciale adesivo. Lo spessore complessivo è di 7 mm. Il rivestimento degli altri compartimenti è in lamiera di alluminio. Il tetto è pure in lamiera di alluminio con interposto uno strato di 40 mm. di agglomerato di sughero. I finestrini sono chiusi con vetri temperati di sicurezza. Sono in parte mobili quelli anteriori dei posti di comando, e provvisti altresì di nettavetri con funzionamento sia pneumatico sia a mano. Particolarmente curato è l'arredamento interno dei compartimenti e l'illuminazione.
Poiché i finestrini, data l'elevata velocità, sono fissi, e non permettono perciò il ricambio dell'aria, l'elettrotreno è provvisto di un impianto per il condizionamento dell'aria, impianto che nella stagione calda ha una potenza di 30.000 frigorie-ora, e nella stagione fredda una potenza di 50.000 calorie-ora. Durante la stagione estiva si può abbassare la temperatura interna di 6° C. rispetto a quella esterna, mantenendola intorno ai 25° C., temperature l'una e l'altra controllate da termostati.
Il sistema di frenatura è ad aria compressa, con distributori tipo Breda, e cilindri a freno di dimensioni predisposte per ottenere una percentuale di frenatura del 150%. Una valvola di scarico ed un regolatore centrifugo evitano il calettamento delle ruote alle velocità inferiori a 45 km/ora. Nella frenatura ordinaria, per velocità superiori ai 45 km/ora, la percentuale di frenatura è del 150%; per velocità inferiori è dell'80%, con una pressione nei cilindri, in questo ultimo caso, di 3,5 kg/cmq. Nella frenatura rapida la condotta generale si scarica completamente, ed il serbatoio principale, per mezzo di una condotta di urgenza, è messo in comunicazione con i cilindri a freno. La percentuale di frenatura, come si è detto, è del 150% in queste condizioni. Quando però la velocità discende al disotto di 45 km/ora la percentuale si abbassa all'80% per effetto del regolatore centrifugo. Questo è sostanzialmente costituito di un disco isolante, calettato sul fuso di un asse, e portante dei contatti verso la periferia. Questi contatti vengono chiusi a mezzo di un anello di mercurio quando la velocità supera il limite prestabilito. Al disotto di tale limite il mercurio cade per proprio peso, e interrompe il circuito. Quando i contatti sono chiusi funziona un'elettrovalvola che mantiene chiusa la valvola di scarico del cilindro a freno. Quando il circuito è interrotto la valvola di scarico provoca lo scarico dell'aria dai cilindri fino a che la pressione ha raggiunti i 3,2 kg. per cmq.
Sul circuito pneumatico sono inseriti: a) un dispositivo di uomo morto; b) una serie di valvole per il segnale di allarme a disposizione dei viaggiatori.
L'equipaggiamento di trazione comprende: a) sei motori di trazione eccitati in serie, con poli di commutazione, della potenza oraria di 188 kW a 3000/2 V e 900 giri al minuto primo. La potenza continua è di 147 kW a 280 giri al minuto; b) un equipaggiamento di comando elettropneumatico con dispositivi di avviamento automatico, previsto per comando multiplo; c) due prese di corrente a pantografo, a comando elettropneumatico, con organi di contatto in carbone speciale; d) un complesso elettrico di servizî ausiliarî.
Le caratteristiche principali del primo tipo di elettrotreno entrato in servizio sono le seguenti:
Lunghezza fra respingenti: m. 62,860;
Peso totale in esercizio (a vuoto): tonn. 105;
Peso massimo per asse: tonn. 15,5; Velocità massima di esercizio: km/ora 160;
Velocità massima raggiunta nelle prove: km/ora 192;
Numero posti a sedere (35 nella Iª vettura; 35 nella 2ª vettura 24 nella 3ª vettura): totale 94 posti;
Carico compartimento bagagli: kg. 3000;
Peso per posto offerto a sedere: kg. 1117;
Potenza per tonnellata: cav. 10,7.
Nella seconda serie di elettrotreni mentre sono state mantenute le dimensioni generali e le caratteristiche dell'equipaggiamento di trazione è stata invece cambiata la disposizione interna. I posti a sedere sono stati portati a 100, raggruppati in due carrozze; nella terza sono stati radunati tutti i servizî. È stato migliorato l'impianto di condizionamento e l'isolamento termico delle casse.
L'adozione delle automotrici e degli autotreni può assumere in Italia anche notevole importanza autarchica, in quanto che la nafta, pur essendo un prodotto di importazione al pari del carbone, ha rispetto a questo un maggior potere calorifico e perché il rendimento del motore Diesel è sensibilmente maggiore di quello della motrice a vapore.
L'Italia ha già provveduto a una vasta elettrificazione della rete ferroviaria e continuerà in tale via nell'avvenire prossimo. Ma l'elettrificazione, per gl'ingenti capitali che richiede, va graduata nel tempo, e pertanto sulle linee per le quali essa non è di più o meno immediata realizzazione, l'automotrice ferroviaria permetterà di risolvere adeguatamente il problema di trasporti più celeri e più comodi. Sulle linee elettrificate è invece da prevedersi l'estensione dell'automotrice elettrica rapida e leggiera del tipo Breda e l'estensione di elettrotreni analoghi a quelli attualmente in servizio sulla linea Napoli-Roma-Milano, soluzioni queste che dal punto di vista autarchico sono preziose.