LOCOMOTIVA

LOCOMOTIVA (XXI, p. 358)

La locomotiva a vapore alternativa. - La locomotiva a vapore classica - cioè a pistone, con trasmissione a bielle e scappamento libero - è ancora, per la sua semplicità e facilità di impiego e malgrado il basso rendimento complessivo, la macchina più diffusa nella trazione ferroviaria. Di essa si illustrano, per il periodo 1934-48, i principali perfezionamenti intervenuti sia negli elementi fondamentali, i quali non hanno peraltro subìto modifiche sostanziali, sia nei particolari costruttivi.

1. Elementi fondamentali della locomotiva alternativa. - a) La pressione di timbro, o effettiva, delle caldaie non ha subìto aumenti (cfr. XXI, p. 362); essa raggiunge tutt'al più 20 kg/cmq e molto rari sono gli esempî di pressioni maggiori. L'impiego di pressioni superiori a 25 kg/cmq rimane ancora nel campo sperimentale. Invero l'economia di combustibile derivante dall'impiego di pressioni siffatte, e che teoricamente può raggiungere valori percentuali elevati, ha per contropartita non pochi né trascurabili elementi negativi, tra cui la necessità d'impiego di caldaie speciali a tubi d'acqua, con corpo cilindrico di acciai ad alta resistenza, numerose complicazioni costruttive, soggezioni di esercizio, onerosità di manutenzione della macchina, ecc. E infatti l'esperienza non ha sempre confermato i cospicui benefizî economici sopra accennati; valga per esempio la locomotiva n. 10.000 della London and North Eastern Railway, che ha costituito senza dubbio una delle applicazioni più importanti e famose delle alte pressioni nel campo della trazione ferroviaria. Questa macchina - entrata in servizio nel 1929 ed adibita al traino di treni veloci tra York ed Edimburgo (v. XXI, p. 364) - aveva rotiggio Baltic (ossia 2-C-2), caldaia Yarrow-Gresley a tubi d'acqua per 450 libbre a pollice² (pari a 31,6 kg/cmq) e quattro cilindri in compound. Essa peraltro ha dimostrato di essere notevolmente meno economica - nei riguardi del consumo di carbone - delle locomotive Pacific di tipo corrente adibite a servizî similari. Perciò nel 1937 è stata trasformata: la caldaia è stata sostituita con altra per 250 libbre a pollice² (pari a 17,5 kg/cmq) e il funzionamento è stato ridotto a semplice espansione in tre cilindri.

Esperienze sistematiche e comparative di consumo, compiute dalle ferrovie germaniche poco prima della seconda Guerra mondiale, hanno confermato che in definitiva l'impiego di alte pressioni esercita indubbiamente un'azione benefica sul rendimento ma - per l'influenza di fattori di varia natura - non dà luogo ad un aumento decisivo di esso.

Comunque, sono particolarmente da ricordare in questo campo: la locomotiva 2-C-0 della Paris-Lyon-Méditerranée con caldaia Velox; le ricerche e le applicazioni sperimentali compiute, specialmente nel campo delle automotrici, dalla Schmidt'sche Heissdampf-Gesellschaft di Cassel; ed alcune macchine, rimaste in effetto più o meno incompiute, quali la 2-Co-2 della rete francese del Nord con caldaia tubolare a 60 kg/cmq e tre assi motori indipendenti azionati secondo il sistema Sentinel, cioè da 18 cilindri orizzontali raggruppati a sei a sei su tre contralberi.

b) La temperatura di surriscaldamento in piena marcia, cioè in condizioni di regime termico costituito, si aggira tuttora intorno ai 350°, raramente raggiunge 400°, rarissimamente supera questo limite. Un importante esempio d'impiego di temperature superiori a 400° è offerto dalla locomotiva A-i con rotiggio 2-D-2 della Società nazionale delle Ferrovie francesi, ottenuta nel 1946 per trasformazione dalla locomotiva 101 con rotiggio 2-D-i della ex rete dello stato francese. La macchina trasformata è compound a tre cilindri; la temperatura di surriscaldamento, stabilita in progetto di 420°, ha di fatto raggiunto - in corse di prova - 430°. L'impiego di temperature più elevate - tentato con successo in alcune applicazioni speciali, quali, ad esempio, le automotrici Henschel e Sohn del 1934-37 - non ha avuto finora seguito sia per le soggezioni di varia natura che esso importa, sia per il peso in tale caso assunto dal surriscaldatore. Non mancano per altro esempî di progetti di caldaie speciali con temperature di surriscaldamento notevolmente superiori a 400°. Temperature di surriscaldamento fino a 350° o 400° richiedono l'impiego di lubrificanti speciali nonché - per i cilindri e per i distributori - di guarnizioni con punti di fusione notevolmente più elevati di quelli dei comuni tipi in uso corrente.

c) L'impiego simultaneo della espansione multipla e del surriscaldamento è ormai molto diffuso ed è caratterizzato da bassi consumi specifici di vapore, che scendono fino a 6,5 kg. per CVh e anche a meno (v. appresso, n. 3). Per contro le complicazioni costruttive e le soggezioni funzionali relative all'espansione multipla hanno non trascurabile peso e mettono in luce i pregi della soluzione più semplice costituita dall'impiego del vapore surriscaldato in semplice espansione. Per questa ragione l'impiego simultaneo della espansione multipla e del surriscaldamento - normale in Francia ed in Germania - è meno diffuso in Inghilterra, in Irlanda e negli S. U. L'Italia ha manifestato un deciso orientamento verso l'impiego della semplice espansione.

d) L'impiego del mazouth nei forni delle locomotive è largamente diffuso. I pregi tecnici di esso sono così numerosi ed importanti (preminente tra essi quello di escludere la necessità di soste per la pulizia del forno e quindi di consentire utilizzazioni elevatissime della macchina) da rendere trascurabili le soggezioni di esercizio che ne derivauo, quali quelle provenienti dalla possibilità di formazione della miscela tonante, quelle connesse e derivanti dalla formazione - specialmente nella parte del forno fronte fiamma - di concrezioni carboniose per lo più cockificate ed infine quella di dover nettare frequentemente i tubi bollitori mediante getti di sabbia. L'equipaggiamento più diffuso e semplice è quello americano, in cui il bruciatore è a vapore posto in basso, anteriormente, in modo da dirigere il getto verso la boccaporta. Peraltro i bruciatori possono essere anche a polverizzazione meccanica, più complessi ma molto più economici - nei riguardi del consumo di vapore - dei primi; essi dànno polverizzazione buona e costante, pur con grande variazione della portata. Molto diffuso è anche l'equipaggiamento misto per carbone e per mazouth. Peraltro l'impiego del mazouth invece del carbone è strettamente legato al costo di questi due combustibili: sicché è accaduto ed accade che le locomotive vengano trasformate dall'uno all'altro impiego. In Italia, per fare un esempio, una gran parte delle locomotive a mazouth vengono (alla fine del 1948) trasformate o ritrasformate in locomotive a carbone.

e) Gli assi motori accoppiati sotto un unico telaio ad un unico meccanismo non sono, di regola, più di cinque. Le locomotive con sei assi accoppiati come sopra sono rarissime.

Macchine con sette assi accoppiati sono state realizzate soltanto in Russia, nel 1935, presso le officine di Vorošilovgrad (Lugansk): costituiscono la serie AA (Alexander Andriew), hanno il rotiggio 2-G-2 e due cilindri a semplice espansione; il terzo, quarto e quinto asse motore sono senza bordino.

f) Gli assi motori accoppiati sotto un unico telaio a due meccanismi non hanno superato finora il numero di cinque. Le locomotive "duplex" così costituite hanno raggiunto negli S. U. grande diffusione, sempre per servizî pesanti, talora anche per servizî veloci.

Esempî cospicui di esse sono alcune classi di locomotive del Pennsylvania Railroad di recente costruzione (1939-46), tutte con funzionamento a carbone, a quattro cilindri, con governo separato dei due meccanismi e con pressione di timbro di 300 libbre a pollice², pari a 21,09 kg/mq; v. in fig. 1 una locomotiva della classe T-1, costruita nel 1946 per servizio viaggiatori pesante e veloce: rotiggio 2-BB-2, velocità massima 160 km/h.

g) L'impiego di due telai - che è richiesto talora, anche con solo quattro assi motori, da particolari condizioni planimetriche delle linee - è normale, salvo beninteso le eccezioni ricordate nel precedente comma e), quando il numero degli assi motori è superiore a cinque: si entra così nel campo delle locomotive articolate in senso lato. Queste possono assumere quattro forme profondamente diverse tanto nei riguardi costruttivi quanto in quelli funzionali:

α) tipo Mallet (detto così in onore dell'ingegnere Anatolio Mallet che nel 1876 ha introdotto il sistema compound nelle locomotive: ciò ha avuto luogo sulla linea Baiona-Biarritz con macchine a due cilindri e valvola d'avviamento), ove il gruppo ad alta pressione fa corpo, nel modo consueto, con il telaio principale della locomotiva, mentre il gruppo a bassa pressione fa corpo con quello secondario anteposto (nel senso della marcia avanti) al primo e ruotante intorno al centro della macchina in modo da rendere possibili spostamenti reciproci angolari e trasversali.

β) tipo Mallet modificato, inquantoché ambedue i gruppi vi vengono alimentati direttamente dalla caldaia e quindi funzionano ad alta pressione. Queste locomotive sono dette - in senso stretto - "articolate". Le ragioni dell'abbandono del compound sono due: la difficoltà di dare ai cilindri a bassa pressione un diametro sufficiente senza ch'essi escano fuori della sagoma di carico, e la maggiore semplicità costruttiva e funzionale del sistema ad unica pressione, malgrado le difficoltà inerenti all'adduzione del vapore vivo al gruppo anteriore. Questo tipo di macchina ha dato luogo negli S. U. ad applicazioni grandiose, di cui le più recenti sono: classe 3900, della Union Pacific Ry, costruita nel 1936, con rotiggio 2-C-0 + o-C-2; classe 1200, della Norfolk and Western Ry, costruita nel 1936 con rotiggio 1-C-0- + 0-C-2, peso in servizio 261 t.; locomotive dell'Union Pacific Ry, costruite nel 1941 con rotiggio 2-D-0 + 0-D-2, peso totale in servizio 346 t., pressione di timbro 21 kg/cmq; classe EM-1, della Baltimore and Ohio Ry, costruita nel 1944 con rotiggio 1-D-0 + 0-D-2, funzionamento a carbone, pressione di timbro 235 libbre a pollice², pari a 16,52 kg/cmq (fig. 2). È importante rilevare che tutte le locomotive di questo tipo costruite in questi ultimi anni negli Stati Uniti hanno ruote di grande diametro (per lo più m. 1,725 e m. 1778) e sono capaci di velocità superiori a 100 km l'ora.

γ) tipo Garratt, introdotto nel 1907 da H. W. Garratt e molto diffuso con tutte le dimensioni e per tutti gli scartamenti sotto il nome di Beyer-Garratt. Ivi la macchina è formata di tre parti: un treno anteriore motore portante le casse d'acqua, un treno posteriore parimenti motore e portante la cassa del carbone e casse d'acqua supplementari e - nel mezzo - la caldaia sempre largamente dimensionata e poggiante sulle altre due parti. Come esempî cospicui e recenti di questo tipo di locomotive sono da ricordare: la serie 231-132 AT e BT delle Ferrovie algerine, costruita dal 1932 al 1936, con rotiggio 2-C-1 + 1-C-2, 2+2 cilindri e peso in servizio di 216 t.; le locomotive della Bengal-Nagpur Ry (India) con rotiggio 2-D-i + 1-D-2 (vedine un esempio riprodotto nella figura 3); e la serie G. E. delle ferrovie del Sud Africa, costituita da 50 unità con rotiggio 2-D-i + 1-D-2, con 2+2 cilindri e peso in servizio di 187,5 tonnellate.

δ) tipo Golwé dovuto agli ingegneri Goldschmidt e Weber e derivato dal tipo Garratt, dal quale differisce essenzialmente per il fatto che il treno anteriore è molto ravvicinato a quello posteriore, sì che entrambi hanno pressoché verso la loro metà i perni d'articolazione al corpo centrale.

h) Il booster (parola americana che significa "propulsore") è un meccanismo supplementare che - a volontà del macchinista, quando il bisogno lo esige - rende temporaneamente motore un asse portante della macchina oppure uno o due assi del tender e quindi aumenta il peso aderente disponibile ai fini della trazione. Il suo funzionamento ha luogo per velocità non superiori a circa 50 km/h; eccezionalmente, nelle locomotive "Lord Baltimore" e "Lady Baltimore" della Baltimore and Ohio Ry, esso giunge fino a 56 km/h.

Questo dispositivo - che ha applicazioni molto numerose negli S. U. anche su macchine a quattro o cinque assi accoppiati e su macchine a due telai, ne ha invece pochissime in Europa, tra le quali occorre ricordare quelle fatte in via sperimentale in Inghilterra sulla London and North Eastern Ry, in Francia sulle locomotive Pacific serie S-16 e su locomotive Mikado della rete dell'Alsazia Lorena, in Cecoslovacchia sulle locomotive della serie 150.

Il booster tipo Franklin è reversibile, cioè idoneo a funzionare in ambedue le direzioni di marcia; ed in America è stato talora usato sui tender, con accoppiamento di due assi a mezzo di bielle.

i) Le distribuzioni non hanno compiuto - in questi ultimi anni - progressi d'importanza sostanziale (v. vapore, App. I, p. 1107).

Una lunga esperienza di oltre settanta anni ha chiaramente dimostrato che tutti i tentativi finora fatti per perfezionare le distribuzioni delle locomotive ricorrendo a dispositivi diversi dai comuni sistemi a glifo hanno dato risultati nulli o quasi nulli o addirittura negativi e solo in particolari condizioni di cose nettamente positivi. E invero dal punto di vista termico e termodinamico (ossia della potenza e del rendimento) il tipo di distributore è assolutamente indifferente. Gli elementi decisivi in proposito sono l'ampiezza delle sezioni di passaggio del vapore, la grandezza degli spazî nocivi e il proporzionamento mutuo delle fasi della distribuzione; e se tutti questi elementi rimangono immutati, poco importa che essi vengano realizzati mediante cassetti o valvole o pistoni-valvole o otturatori oscillanti. Peraltro i diversi tipi di distributori raggiungono queste condizioni teoriche in modo più o meno opportuno e più o meno vantaggioso; inoltre si prestano in modi diversi a risolvere determinati problemi.

k) I preriscaldatori dell'acqua di alimentazione hanno assunto - dopo la prima Guerra mondiale - grande diffusione. La loro utilità si appalesa con qualsiasi pressione di timbro; ma poiché la temperatura dell'acqua in caldaia cresce col crescere di quest'ultima, l'utilità stessa cresce di conserva fino a divenire, alle pressioni elevate, una vera e propria necessità.

Gli iniettori a vapore di scarico che preriscaldano l'acqua per condensazione (Davies e Metcalfe, Friedmann, ecc.) sono d'impiego quasi generale in Inghilterra e sulle locomotive più recenti degli S. U.; invece sono poco diffusi nell'Europa continentale.

Dei preriscaldatori a pompa (A. C. F. I., ossia Caille-Potonié, A. C. F. I. integrale, Worthington, Dabeg operanti a miscela; Weir, Knorr, Coffin, Elesco operanti per superficie; Emerson, Hancock, ecc.), il primo, il terzo, il quarto, il quinto, il sesto e l'ottavo sono impiegati con grande larghezza quasi ovunque, ma in modo speciale in Francia ed in Germania, nonché negli S. U. L'economia realizzabile con questi preriscaldatori potrebbe teoricamente raggiungere il 12%; praticamente si aggira sull'8%.

Il preriscaldatore a gas italiano Franco-Crosti ha dato risultati degni di nota. Esperienze comparative eseguite in Italia nell'estate 1937 sulle linee Bologna-Piacenza e Bologna-Ancona tra la locomotiva 672.001 (ex 670.030) munita del preriscaldatore Franco-Crosti (fig. 5) e la locomotiva 671.026 sprovvista di preriscaldatore e di iniettori a vapore di scarico hanno dimostrato che le economie di combustibile al gancio, realizzate dalla prima rispetto alla seconda, variano con treni diretti dal 14,5% al 17,8% e con treni accelerati raggiungono e superano il 20%. Applicazioni successive fatte in Italia su locomotive dei gruppi 685 e 740 nonché su carri riscaldatori hanno messo più che mai in luce le vaste possibilità di questo preriscaldatore. Perciò esso comincia a diffondersi sia in Italia sia all'estero.

I preriscaldatori di qualsiasi tipo appalesano al massimo le loro preziose qualità nelle macchine comunque spinte ed in quelle a lunghi percorsi senza fermate.

Essi possono preriscaldare l'acqua d'alimentazione, a seconda dei casi, a meno o a più di 100°: il preriscaldatore A. C. F. I. tipo RM integrale - quando venga alimentato, nelle macchine compound, con vapore del receiver - può preriscaldare fino a 140° ed anche fino a 165°.

l) La carenatura aerodinamica - che ha scarsa importanza per velocità riori, per le quali essa è in effetto non già un particolare costruttivo, bensì un mezzo atto a consentire un notevole aumento della potenza al gancio, ferma rimanendo quella indicata, oppure a consentire - come il preriscaldamento - una notevole economia di combustibile ferma rimanendo la potenza al gancio.

Esperienze comparative eseguite in Germania poco prima dello scoppio della seconda Guerra mondiale sulla linea Berlino L.-Amburgo H. con la locomotiva Pacific n. 03.193 totalmente carenata ed un'altra della stessa serie ma senza protezione aerodinamica hanno dimostrato che alla velocità di 140 km/h la carenatura produce un beneficio di 400 CV, di cui una piccola parte per riduzione della dispersione dai cilindri nell'atmosfera, una grande parte per diminuzione della resistenza dell'aria. Ed esperienze quasi quotidiane ripetute quasi ovunque confermano tali risultati e mettono in pari tempo in luce la scarsa importanza della carenatura per velocità inferiori a 100 km/h o per grandi composizioni di convogli. La fig. 4 illustra la locomotiva germanica serie 0.5 con rotiggio 2-C-2 (Baltic), costruita nel 1935-36 in due soli esemplari e completamente carenata; questa macchina è capace di velocità fino ed oltre 200 km/h.

2. Particolari costruttivi della locomotiva alternativa. - a) Caldaie. - Il progresso più importante realizzato in questo campo è costituito dal sempre più esteso impiego della saldatura.

Dal 1936 presta servizio sulla rete Delaware and Hudson una locomotiva la cui caldaia è totalmente saldata. Questo sistema si è successivamente molto diffuso in America nel campo delle piccole locomotive e, durante la recente guerra mondiale, è stato largamente impiegato in Germania per locomotive di tutti i generi realizzandovi progressi e benefizî di alta importanza. In questo modo vengono evitati i ricoprimenti delle lamiere e la continuità nella trasmissione degli sforzi viene assicurata molto meglio che con il consueto sistema delle chiodature. In una caldaia di medie dimensioni, con griglia di 4,5 mq. e con pressione di timbro di 16 kg/cmq l'economia di peso realizzabile con la saldatura può giungere ad una tonnellata. Le saldature debbono essere sempre verificate mediante raggi X; e - con questa precauzione - possono dare affidamento nei riguardi della loro esecuzione.

b) Forni. - Questi possono essere di rame o di acciaio; il primo ha ancora larghissimo impiego; il secondo - da molto tempo di uso generale negli S. U. - tende ora a diffondersi rapidamente anche in Europa. Le precauzioni indispensabili per l'impiego dei forni in rame, e che si propongono di evitare fessurazioni o deficienze di tenuta dei tubi bollitori, lo sono ancor più per quelli in acciaio. Esse si riducono essenzialmente alle seguenti: evitare raffreddamenti bruschi del forno con eccessi d'aria o con forti iniezioni d'acqua ed evitare di manovrare la locomotiva con i suoi mezzi quando essa sia ancora in pressione ma il fuoco ne sia inattivo.

Importante è rilevare che l'impiego della saldatura - non rara con i forni di rame - è diffusissimo con quelli in acciaio, ove assicura benefizî di varia natura, tra i quali preminente quello della tenuta.

I tiranti tra forno e portaforno possono essere in rame o in acciaio, in leghe di rame e manganese o in metallo Monel; con forni in acciaio essi sono sempre d'acciaio.

Nelle grandi locomotive il forno è talora completato da una camera di combustione che ne aumenta il volume in modo che la combustione dei fumi risulti completa quando questi accedono al fascio tubiero. Quando il corpo cilindrico è molto lungo la camera di combustione trova naturalmente posto in esso; ciò consente di evitare un inopportuno accorciamento dei tubi bollitori.

E del pari nelle grandi locomotive il forno è talora completato da sifoni che hanno lo scopo di stabilire un robusto controventamento tra il cielo e le parti più basse del forno stesso, di aumentare la superficie diretta di generazione del vapore, di facilitare la circolazione dell'acqua nella caldaia ed infine di rendere questa più sensibile alle variazioni di forzatura e più rapida la messa di essa in pressione.

La fig. 6 mostra l'andamento della circolazione in un corpo cilindrico con sifoni termici Nicholson. Questo dispositivo - che, oltre tutto, attenua i rischi di fusione dei tappi a piombo e facilita molto l'allogamento di lunghi voltini di refrattario - dà risultati tanto migliori quanto meno dure sono le acque provenienti dal tender, cioè quanto minore è la facilità di formazione di incrostazioni tra le strette pareti del sifone. Esso - ormai molto usato negli S. U. - si è diffuso alquanto in Francia, poco nel resto d'Europa. In Italia alcune locomotive di provenienza americana che ne erano fornite hanno dato luogo ad inconvenienti di tenuta; perciò esso vi è stato abolito.

Sempre nelle grandi locomotive vengono ognora più usati, negli S. U., quando mancano i sifoni, "tubi di circolazione" o "tubi ad arco" che si propongono appunto di consentire una facile ed intensa circolazione dell'acqua contenuta tra forno e portaforno e di costituire un buon appoggio dei voltini in refrattario. La fig. 7 mostra un forno munito di questo dispositivo e il comportamento di esso ai fini della circolazione. È peraltro da notare che talora i tubi ad arco attraversano il forno longitudinalmente anziché trasversalmente; ed è appunto in questa forma che essi hanno avuto alcune applicazioni in Europa, specialmente in Francia. Comunque - cioè con l'una e con l'altra disposizione - essi lasciano sovente a desiderare nei riguardi della tenuta.

c) Spingitori di carbone e stokers. - Quando occorra accedere a forzature dell'ordine di 600-800 kg./mq. di griglia ed ora, quali sono richieste dalle elevate potenze delle locomotive moderne e sono consentite dai moderni scappamenti perfezionati, o si può ricorrere all'impiego di due fuochisti con due boccaporte (ma ne derivano eccesso di afflusso d'aria al forno con conseguente turbamento della combustione e disturbo scambievole del personale di macchina) oppure si può ridurre il lavoro del fuochista mediante uno spingitore di carbone. Questo dispositivo, adottato per la prima volta negli S. U. e quindi affermatosi anche in Europa, specialmente in Francia, è comandato da un cilindro a vapore e provvede a spingere il carbone nella zona d'azione del fuochista che così limita il suo lavoro alla sola palatura.

Infine si può risolvere radicalmente il problema mediante il caricamento automatico a mezzo di stokers (ossia, in inglese, fuochista). Anche questo dispositivo è nato in America, nel 1931 è stato adottato sulla rete del Nord francese, poco dopo è passato in permania; oggi esso è impiegato sistematicamente su tutte le nuove locomotive di linea dalla Società nazionale delle ferrovie francesi.

Il tipo più apprezzato e diffuso di stoker funziona nel modo seguente: il carbone del tender cade a gravità in un semicilindro di lamiera donde viene captato da un meccanismo a vite perpetua comandato da un piccolo motore a vapore e convogliato nel forno su una piattaforma di distribuzione; di qua esso è spinto lontano da tre o più getti di vapore che ne assicurano la buona distribuzione nel forno. Col caricamento automatico è possibile bruciare ogni sorta di carboni; ma i migliori risultati si ottengono con carboni ad alto tenore di materie volatili.

d) Regolatori per grandi locomotive. - Negli S. U. è stato da alcuni anni introdotto, per le grandi locomotive, l'uso di regolatori a valvole: cioè di regolatori costituiti da quattro o cinque valvole comandate da un albero a camme, alla cui manovra provvede - per lo più - un servomotore ad aria compressa.

e) Telai. - In Europa il telaio delle locomotive è sempre costituito da lamiere chiodate ed opportunamente controventate; ed anche per i carrelli di guida rarissimi vi sono gli esempî di telai cellulari, ottenuti per fusione. Negli S. U. invece è ormai di uso generale - per le grandi locomotive - il telaio ottenuto per fusione di acciaio in un unico blocco comprendente il telaio vero e proprio con gli alloggiamenti per le boccole, le traverse di testa, i cilindri motori, i cilindri distributori, la sella della caldaia, gli appoggi della o delle distribuzioni, i serbatoi principali per l'aria compressa e i supporti per le pompe d'aria. Il peso di questi telai fusi raggiunge alcune diecine di tonnellate. Nella fig. 8 è riprodotto, per esempio, il telaio anteriore di una locomotiva articolata con rotiggio 1-D + D-i della Norfolk and Western Ry.

f) Boccole a rulli; bielle a rulli. - Le boccole a rulli sono largamente diffuse negli S. U. in sostituzione delle comuni boccole a cuscinetti e, da alcuni anni a questa parte, vengono impiegate anche in Europa per locomotive veloci. L'alto costo d'impianto trova il suo compenso nelle economie che si realizzano per l'esercizio e la manutenzione.

I cuscinetti a rulli sono stati in America applicati da varî anni anche ai biellismi; ma non risulta che ciò sia stato ancora fatto in Europa. Essi vengono applicati esclusivamente ai bottoni di manovelle, non alle articolazioni delle grandi bielle nelle teste crociate.

g) Tenders. - I tenders, continuamente sottoposti ad azioni violente di varia natura, richiedono accuratezza di costruzione, specialmente nel rotiggio e nel molleggio. Il rotiggio - costituito dapprima da due soli assi, poi da tre, indi da quattro - giunge nei tenders moderni americani fino ad otto assi.

Il molleggio, che deve adeguarsi a condizioni di carico largamente variabili, è costituito quasi sempre da sistemi multipli di molle, talora a flessibilità discontinua, come nella sospensione Mestre applicata per la prima volta sulla rete dell'Est francese.

Le massime capacità d'acqua si aggirano, in Europa, intorno a 40 mc.; in America raggiungono e superano 21 mila galloni, ossia oltre 95 mc.

Nei tenders europei la cassa poggia quasi sempre sul consueto telaio formato da lamiere chiodate e costituente struttura resistente; solo nei tipi più moderni la cassa è essa stessa struttura resistente e si comporta come una trave tubolare appoggiata sui carrelli. Nei tenders americani invece la cassa poggia quasi sempre sul telaio che si comporta come struttura resistente ed è costituito da un blocco cellulare d'acciaio fuso.

Quando i percorsi da compiere senza fermate sono molto lunghi, si impiega l'apparecchio ideato dall'ingegnere inglese Ramsbottom per il rifornimento d'acqua in corsa, mediante presa idrodinamica da un canale parallelo al binario. Questo dispositivo - che in Europa ha avuto soltanto poche applicazioni (precisamente in Inghilterra ed in Francia) - è invece molto diffuso in America. Esso non può funzionare per velocità minori di circa 40 km/h. In Francia è prescritto che non venga impiegato per velocità superiori ad 80 km/h.; in America è consentito che venga usato anche per velocità fino a 100 km/h; sulla rete New York-Central questo limite è stato da qualche anno portato a 120 km/h.

3. - Potenza massima, consumo specifico di vapore ed utilizzazione. - Gli elementi indici dello stato di evoluzione e di perfezionamento di una locomotiva, elementi che ne riassumono e precisano in cifre le possibilità tecniche ed economiche, sono: la potenza massica (cioè la potenza indicata corrispondente ad ogni tonnellata di peso della macchina) ed il consumo specifico di vapore (cioè il consumo di vapore per cavallo ora indicato).

La più elevata potenza massica finora raggiunta è di 36 CV/t., cui corrisponde il peso di 27,84 kg/CV. Questo record è stato raggiunto dalle locomotive Pacific della Compagnie d'Orléans, ottenute nel 1934 per trasformazione di locomotive parimenti Pacific del 1910: macchine compound a quattro cilindri, con vapore ad alto surriscaldamento, distribuzione a valvole, scappamento doppio. Queste locomotive costituiscono tuttora la forma più evoluta della macchina compound francese.

L'incessante perfezionamento ed affinamento della tecnica costruttiva europea, che ha addotto al brillante risultato cui si è fatto cenno, fa sì che le più moderne locomotive europee siano più economiche delle ultime locomotive americane: e il vantaggio è dell'ordine del 20% alle prove, del 10% in esercizio corrente. Questo fatto è dovuto al diverso indirizzo della tecnica costruttiva americana che tende a realizzare locomotive meno raffinate ed economiche - nei riguardi dei consumi - delle europee, ma di queste più robuste ed idonee ad utilizzazioni elevatissime. Colà locomotive a carbone coprono talora, in servizio continuativo e con personale di macchina che si rinnova, distanze dell'ordine di 1500 km. Locomotive a mazouth, che non subiscono ingrassamento del forno, coprono nello stesso modo distanze di un ordine di grandezza molto maggiore; e - dopo una breve sosta di due o tre ore in deposito - ripartono per un nuovo ciclo. Soltanto le grandi riparazioni immobilizzano le locomotive per circa un mese all'anno.

Il consumo specifico minimo (cioè corrispondente alla velocità di potenza massima) di vapore - espresso in kg. per CVh indicato - si aggira intorno ai seguenti valori: vapore saturo a 12 kg/cmq., semplice espansione, 12; vapore a 12 kg/cmq., surriscaldato a 300°, semplice espansione, 9,5; vapore a 16 kg/cmq., surriscaldato a 350°, semplice espasione, 7; vapore saturo a 16 kg/cmq., doppia espansione, 10; vapore a 16 kg/cmq., surriscaldato a 300°, doppia espansione, 8; vapore a 16 kg/cmq., surriscaldato a 350°, doppia espansione, 6,5.

In macchine perfezionate quest'ultimo valore può scendere tutt'al più fino a 5 kg. Le locomotive Pacific in uso presso la Compagnie d'Orléans trasformate nel 1934 hanno raggiunto appunto, in circostanze particolari, 5 chilogrammi.

Le locomotive N. 231.722 e 231.731 della stessa rete hanno raggiunto - in corse di prova - consumi fino a 5,35 kg. La locomotiva 04002 della serie 231 delle ferrovie del Reich con pressione di timbro di 25 kg/cmq ha raggiunto - in corrispondenza alla velocità di 100 km/h ed alla potenza al gancio del tender di 1600 CV - consumi fino a 5,5 kg.

4. - Locomotive alternative di tipo speciale. - Tra le locomotive alternative di tipo speciale occorre ricordare le seguenti:

a) Locomotive Shay della Western Maryland Ry, a tre cilindri verticali e trasmissione laterale ad ingranaggi a tutti gli assi della macchina e del tender.

b) Le locomotive funzionanti a polvere di carbone, che in passato sono state molto studiate ed hanno avuto abbastanza diffusione in Germania.

c) Le locomotive a ciclo chiuso, ossia a condensazione. Locomotive di questo genere sono state costruite dalla Casa Henschel e Sohn di Cassel nel 1937 e 1938 per le ferrovie dello stato argentino, con rotiggio 2-D-1, e nel 1939 per le ferrovie dell'Irak: le une e le altre funzionanti a mazouth. Locomotive dello stesso genere, fabbricate dalla stessa casa ma funzionanti a carbone, costituiscono la serie 42.000 della rete del Reich, con rotiggio1-E-0 e semplice espansione in due cilindri. In Russia questo genere di macchine ha avuto ed ha notevole impiego.

d) Le locomotive del tipo Sentinel, cioè a comando individuale degli assi motori. L'esempio più notevole, ed oggi forse unico, di tal genere è la locomotiva sperimentale costruita dalla Casa Henschel e Sohn di Cassel durante la seconda Guerra mondiale: si tratta di una macchina con rotiggio 1-D₀-1 a otto cilindri, divisi in quattro gruppi di due cilindri ciascuno accoppiati a V in modo che il primo e terzo asse motore sono azionati dai due gruppi di cilindri di sinistra, il secondo e il quarto dai due gruppi di cilindri di destra. Ogni coppia di cilindri è rigidamente fissata al telaio ed è accoppiata al proprio asse motore per mezzo di un giunto a snodo che assicura il sincronismo della trasmissione con tre gradi di libertà. Questa locomotiva è completamente carenata e può raggiungere velocità fino a 110 miglia all'ora, ossia 177 km/h, cui corrispondono per gli assi motori 750 giri al minuto primo, ossia 12,5 giri al secondo. I vantaggi offerti da questo tipo di meccanismo sono numerosi ed evidenti, tra i quali preminenti i seguenti: gli organi in moto possono esservi completamente equilibrati; essi possono esservi in gran parte racchiusi in bagno d'olio; l'equilibrio in marcia della locomotiva vi è ottenuto nel modo migliore e le cause intrinseche determinanti moti anormali vi sono annullate.

e) Le locomotive a dentiera, di cui l'esemplare più potente ed importante è attualmente la macchina-tender serie R-9714 della ferrovia dell'Erzberg in Austria: peso in servizio 125 t., rotiggio 1-F-1, due ruote dentate.

f) Le locomotive con controllo e governo automatico della caldaia: macchine siffatte sono rarissime; una - ottenuta per trasformazione di una locomotiva normale con rotiggio 2-D-0 - ne è entrata in servizio nel 1947 sulla rete della Norfolk and Western Ry.

La locomotiva a vapore a turbine e trasmissione meccanica.

Nel ciclo evolutivo della locomotiva a turbina a vapore e trasmissione meccanica si può ritenere che verso il 1931 termini la prima fase costruttiva di queste macchine, caratterizzata dall'impiego del condensatore (v. ferrovia, XXI, p. 363) e pur iniziata e chiusa da due costruzioni, l'una realizzata e l'altra progettata da G. Belluzzo, entrambe impostate sullo scappamento libero (1908: trasformazione di una locomotiva Bourbonnais ricostruita con rotiggio 0-B-0 e dotata di due turbine ad azione per asse; 1931: trasformazione di una locomotiva del gruppo 685 con rotiggio 1-C-1, dotata di un'unica turbina ad azione, collegata agli assi attraverso una doppia riduzione ad ingranaggi, falso albero e bielle longitudinali). La seconda fase costruttiva, che dura tuttora, è invece caratterizzata dall'impiego dello scappamento libero, con vantaggio della semplicità costruttiva e funzionale, della sicurezza d'esercizio e dell'economia di manutenzione, sia pure con rinuncia agli evidenti e non lievi benefici termodinamici derivanti dall'impiego del condensatore.

Appartengono a questa fase costruttiva le seguenti sei unità:

1) Tre locomotive costruite dalla casa svedese Nydquist e Holm (Nohab) di Trollhatan per la linea privata a scartamento ordinario da Grangesberg a Oxelösund in Svezia, con forte traffico minerario. Queste tre macchine sono entrate in servizio, una - quella col n. 71 - nel 1932, due - quelle con i numeri 72 e 73 - nel 1936; hanno rotiggio 1-D-0, una sola turbina Ljungström ad azione-reazione e trasmissione mediante ingranaggi, contralbero e bielle longitudinali. La marcia indietro viene ottenuta mediante un invertitore. La pressione all'introduzione è di 11,5 kg. a cmq. e la temperatura di surriscaldamento è di 400°; la potenza massima è di 1500 CV, la velocità massima è di 70 km/h.; il peso totale in servizio (tender compreso) è di 117,5 t. Queste locomotive hanno dato risultati sotto ogni punto di vista ottimo.

2) Locomotiva n. 6202 della ex London Midland and Scottish Ry, progettata dall'ing. Stanier, costruita dalle officine ferroviarie di Crewe ed entrata in servizio nel 1935. Essa è di tipo analogo a quello delle locomotive n. 6200 ("Princess Royal") e n. 6201 ("Princess Elisabeth"), ha rotiggio 2-C-i (Pacific), peso per asse di 24 t., tutti gli assi - anche quelli del tender - muniti di cuscinetti a rulli, una sola turbina sistema Lisholm della Metropolitan Vickers di Manchester, trasmissione del moto mediante ingranaggi, contralbero e bielle longitudinali. La marcia indietro viene ottenuta con apposita turbina disinnestabile mediante un servomotore a vapore. La pressione di timbro è di 17,6 kg. a cmq., la temperatura di surriscaldamento è di 400°, la potenza massima è di 2000 CV, la velocità massima è di 140 km/h., il peso totale in servizio (tender compreso) è di 167,8 t. Questa macchina ha prestato, fino all'estate 1948, servizio di turno coi rapidi della linea Londra-Glasgow. Essa ha dimostrato di possedere qualità sotto ogni riguardo eccellenti e di raggiungere in servizio corrente economie dell'ordine del 15% rispetto alle locomotive similari a pistone n. 6200 e 6201: perciò viene ritenuta come l'espressione più raffinata delle locomotive europee a turbine (fig. 9).

3) Locomotiva n. 232-Q-1 della Società nazionale delle ferrovie francesi, costruita dalle Officine Schneider e C. ed entrata in servizio nel 1940. Essa aveva rotiggio 2-Co-2, con comando individuale degli assi, tre turbine ad azione alimentate in parallelo ed accoppiate ciascuna ad un asse motore mediante ingranaggi, albero cavo e trasmissione elastica Westinghouse-Schneider. La marcia indietro veniva ottenuta mediante tre apposite turbine a due ruote. La pressione di timbro era di 25 kg. a cmq., la potenza massima era di 3200 CV, la velocità massima era di 140 km/h., il peso totale in servizio (tender compreso) era di 189 t. Questa macchina ha prestato servizio per poco tempo in piena guerra; ed ha subìto per questa avarie tali che ne hanno reso necessaria la demolizione.

4) La locomotiva classe S-2 n. 6200 della Pennsylvania Railroad, progettata da H. W. Jenes, capo del servizio trazione di quella rete, costruita dalle Officine Baldwin ed entrata in servizio nel 1944. Essa ha rotiggio 3-D-3, tutti gli assi - anche quelli del tender - muniti di cuscinetti a rulli Timken, una sola turbina ad azione, trasmissione al 2° e 3° asse motore mediante due riduttori ad ingranaggi, alberi cavi e giunti elastici, collegamento dei quattro assi motori mediante bielle longitudinali munite - in corrispondenza degli otto bottoni di manovelle - di cuscinetti a rulli. La marcia indietro viene ottenuta mediante apposita turbina ad azione disinnestabile a mezzo di un servomotore idraulico. La pressione di timbro è di 21,8 kg. a cmq., la temperatura di surriscaldamento è di 400°, la potenza massima è di 6900 CV, la velocità massima è di 160 km/h., il peso totale in servizio (tender compreso) è di 466 t., il peso specifico della macchina è di 38,1 kg. a CV. Questa locomotiva presta servizio di turno con i treni rapidi "Broadway Limited" e "Trail Blazer" sulla linea Crestline-Chicago ed ha dimostrato di possedere grande capacità d'accelerazione e qualità sotto ogni riguardo eccellenti e di raggiungere in servizio corrente notevoli economie rispetto alle migliori e più moderne locomotive a pistone della stessa rete effettuanti servizi analoghi. Essa è senza dubbio una delle più potenti e perfezionate locomotive del mondo (fig. 10). Da quanto precede deriva che la locomotiva a turbina con trasmissione meccanica si trova tuttora in fase sperimentale e di orietamento nei riguardi sia delle direttive fondamentali d'impostazione, sia dei particolari costruttivi.

La locomotiva a vapore a turbine e trasmissione elettrica.

La trazione turbo-elettrica si propone di interporre tra la turbiua o le turbine a vapore e gli assi un mezzo flessibile che consenta di utilizzare il motore primo nelle migliori condizioni di velocità e di rendimento e di conferire in pari tempo agli elementi costitutivi della potenza le caratteristiche più idonee e desiderabili per l'esercizio ferroviario. La trasmissione elettrica - incomparabilmente più elastica e maneggevole di quella meccanica - può soddisfare nel modo migliore alle condizioni di cui sopra e realizzare al cerchione una caratteristica meccanica molto vicina all'iperbole equilatera. Essa peraltro adduce ad una triplice trasformazione della energia contenuta nel combustibile (laddove nelle locomotive a vapore alternative o a turbina con trasmissione meccanica hanno luogo due trasformazioni e nei comuni locomotori elettrici ne ha luogo una sola), ad una triplice istallazione della potenza e quindi ad alto peso, ad alto costo, a grande complessità strutturale ed onerosità di manutenzione. Per questa ragione la trazione turbo-elettrica ha avuto finora pochissime applicazioni.

Essa trae concettualmente origine dagl'infruttuosi tentativi fatti dall'ing. Heilmann nell'ultimo decennio del secolo scorso sotto gli auspici e per conto della Compagnia francese dell'Ovest: cioè dalla locomotiva "Fusée", pesante 120 t., con motrice alternativa e trasmissione a corrente continua agli otto assi motori, sperimentata nel 1893; e dalle due locomotive-tender, pesanti ciascuna 150 t., con motrice alternativa compound e trasmissione a corrente continua agli otto assi motori, sperimentate nel 1897 sulla linea Parigi-Le Havre. Dopo questi tentativi, si sono avute quattro realizzazioni di locomotive turboelettriche: le due più recenti sono:

1938: locomotiva-tender doppia, costruita dalla General Electric Cy per la rete dell'Union Pacific. Essa è costituita da due unità identiche, accoppiate permanentemente in multiplo ma atte a circolare ed a prestare servizio ciascuna per proprio conto; ed esplica un servizio eccezionalmente pesante e complesso qual è il traino dei treni "Challenger" e "Los Angeles Ltd." tra Omaha e Los Angeles. Ogni unità ha le seguenti caratteristiche: rotiggio 2-Co-0+ 0-Co-2; vapore a 105 kg. a cmq. surriscaldato a 510°; una sola turbina con due rotori (uno ad alta, uno a bassa pressione) accoppiati, attraverso riduttori ad ingranaggi, ad una generatrice a corrente continua; tre motori di trazione sospesi per il naso; frenatura reostatica ed elettro-pneumatica; tutti gli assi montati su boccole a rulli; potenza massima 2500 CV; velocità massima 200 km/h.; peso in servizio 234,6 t.; peso specifico 92 kg./CV; con condensazione. Il costo di questa locomotiva è stato triplo di quello di una locomotiva alternativa di uguale potenza.

1947: locomotiva n. 500 con tender separato costruita dalle Case Baldwin e Westinghouse per la rete Chesapeake and Ohio. Essa - che è il primo di tre esemplari destinati al traino di treni rapidi pesanti tra Washington e Cincinnati - è costituita dalle seguenti treparti: 1ª parte, con rotiggio 2-C₀-1, cassa di carbone e cabina di guida; 2ª parte, con rotiggio 2-C₀-1 + B₀, caldaia, turbina accoppiata mediante due riduttori ad ingranaggi a due generatrici doppie a corrente continua; 3ª parte, costituita dal tender contenente soltanto acqua, su 3 + 3 assi.

In totale gli assi motori sono otto. Il vapore ha la pressione di 21,8 kg. a cmq. e la temperatura di 400°; dopo la turbina esso accede liberamente all'atmosfera. La potenza della turbina è di 6000 CV. La velocità massima è di 160 km/h.; il peso totale in servizio (tender compreso) è di 542 t. I risultati ottenuti con questa gigantesca macchina (fig. 11) non sono ancora noti. È da dubitare che macchine così complesse, delicate, pesanti e costose per spesa d'acquisto e di manutenzione possano corrispondere ad un sano criterio industriale.

La locomotiva con motori alternativi a combustione interna.

Nel campo delle trazione ferroviaria, sia per automotrici e treni automotori (v. automotrice ferroviaria, in questa App.), sia per locomotive vere e proprie, si tende ora ad usare unicamente motori a ciclo Diesel; il ciclo Otto, che pur nei riguardi costruttivi e funzionali presenta notevoli vantaggi sul ciclo Diesel, specialmente nel campo delle potenze limitate, si trova invece in netto svantaggio rispetto a questo sotto il punto di vista economico (per la qualità e l'alto costo del carburante da esso richiesto, nonché per il maggior consumo specifico di questo) e sotto il punto di vista dei pericoli d'incendio.

Elemento fondamentale per le locomotive con motori a ciclo Diesel è la trasmissione, che costituisce - oltre tutto - la base più idonea per una razionale classificazione di esse.

L'accoppiamento diretto del motore Diesel agli assi motori, che fu tentato anche in Italia con una locomotiva con rotiggio 1-C-2 costruita nel 1930 dalla Società Ansaldo, non ha avuto effettivo impiego né ha dato luogo ad ulteriori tentativi. Anche la trasmissione pneumatica (v. locomotiva, XXI, p. 363) - tentata ed in parte realizzata nel 1924-29 in Germania dalla Società M. A. N. e dalla fabbrica di macchine di Esslingen, nel 1923-30 in Italia dall'ingegnere Fausto Zarlatti e dalla Società per locomotive Zarlatti e nel 1934 in Francia dalla Compagnie franco-belge de matériel des Chemins de fer- non ha trovato, fino al 1948, impiego e nulla induce a ritenere che essa possa averne nel prossimo avvenire.

Per contro la trasmissione meccanica e quella idraulica hanno avute molte applicazioni nel campo delle piccole e medie potenze, cioè di potenze dell'ordine di alcune centinaia di CV. Nel campo delle trasmissioni meccaniche l'esemplare più importante - anzi il prototipo di questo genere di macchine - è la locomotiva costruita poco dopo la prima Guerra mondiale su piani del prof. Lomonosoff dalla Società M. A. N. e dalla fabbrica di macchine di Esslingen per le ferrovie sovietiche con le seguenti caratteristiche: rotiggio 1-E-2, peso in servizio 130 t., potenza indicata 1200 CV., peso specifico 108,3 kg. a cavallo indicato, peso aderente 88 t., velocità massina 50 km/h, quattro giunti a frizione. Questa locomotiva ha avuto in seguito imitazioni più o meno fedeli in due unità appartenenti una alla rete del Reich, una alla rete imperiale giapponese.

Tra le realizzazioni successive e relativamente recenti avvenute in questo campo sembra particolarmente degna di nota una locomotiva costruita dalla Humboldt-Deutzmotoren Aktien-Gesellschaft entrata in servizio nel 1937 sulla rete del Reich ed avente le caratteristiche seguenti: peso 87 t., potenza indicata 800 CV, peso specifico 108,75 kg. a cavallo indicato, velocità massima 100 km/h. È da aggiungere che nel1948 le ferrovie inglesi avevano in progetto la costruzione di locomotive diesel con trasmissione meccanica e con la potenza indicata di 1600 CV. Numerosissime sono le locomotive di manovra (e quindi con potenza di poche centinaia di cavalli) con trasmissione meccanica. Molti - una diecina e forse più - sono i tipi fondamentali di trasmissioni idrauliche. Tutte hanno dimostrato in pratica di essere - quale più, quale meno - pienamente idonee al servizio ferroviario ed aderenti più di quelle meccaniche alle complesse esigenze di questo, sia per sicurezza e semplicità di funzionamento, sia per la continuità della variazione - da esse realizzata - degli elementi costitutivi della potenza, sia in fine per la regolarità della coppia motrice da esse fornita. Hanno dimostrato però di possedere inconvenienti non meno importanti, quali: a) difficoltà di tenuta dell'olio, crescente con la temperatura di questo; b) grandi quantità di lavoro convertite in calore e quindi necessità di potenti radiatori per olio; c) inerzia notevole della massa fluida della trasmissione; e) basso rendimento complessivo di questa.

Per queste ragioni l'impiego delle trasmissioni idrauliche si appalesa - col crescere della potenza - sempre più difficile ed economicamente meno conveniente; e, mentre esse sono abbastanza diffuse nel campo delle automotrici e dei treni automotori, lo sono molto poco in quello delle locomotive vere e proprie.

Tra le realizzazioni relativamente recenti avvenute in questo campo sembra particolarmente degna di nota una locomotiva entrata nel 1935 in servizio sulle ferrovie del Reich con le caratteristiche seguenti: rotiggio 1-C-1, peso 75 t., potenza indicata 1400 CV, peso specifico 53,6 kg. a cavallo indicato, velocità massima 100 km/h.

Numerose sono le locomotive di manovra (e quindi con potenza di poche centinaia di cavalli) con trasmissione idraulica.

La trasmissione elettrica ha dimostrato qualità inuguagliabili di flessibilità e di maneggevolezza: qualità atte a conferire al motore Diesel le attitudini ferroviarie di cui esso naturalmente manca.

Le qualità del complesso motore Diesel-trasmissione elettrica sono tali che le locomotive equipaggiate in tale modo hanno assunto non solo importanza preminente nel campo della trazione con motori endotermici, ma addirittura una posizione che accenna a divenire di vantaggio rispetto alla stessa trazione a vapore.

Il confronto tra locomotive a vapore e locomotive diesel-elettriche adduce a precisare i seguenti vantaggi a favore delle seconde: non comportano consumo durante le soste e sono di avviamento immediato; hanno un consumo d'acqua praticamente nullo e quindi eliminano le non poche e non lievi difficoltà connesse al rifornimento ed alla epurazione di essa; non richiedono la pulizia della griglia, del ceneratoio, delle tubiere e della caldaia, nonché le operazioni di giratura sulle piattaforme necessarie per le locomotive a vapore: sicché dànno luogo a, minori perdite di tempo per soste nelle rimesse; ed a minori perdite di tempo dànno altresì luogo per rifornimenti; in definitiva sono costituzionalmente più idonee delle locomotive a vapore ad altissime utilizzazioni.

Peraltro in questi ultimi anni opportune provvidenze per il servizio d'acqua nonché e soprattutto l'impiego del mazouth hanno consentito, specialmente in America, di elevare tanto le utilizzazioni delle locomotive a vapore da attenuare molto questo svantaggio.

Per contro le locomotive a vapore hanno un costo d'acquisto quasi sempre molto minore, dell'ordine della metà, di quello delle locomotive diesel-elettriche di uguale potenza.

I costi d'esercizio dell'uno e dell'altro tipo di macchina dipendono essenzialmente dai costi dei combustibili e dalla possibilità o meno di affidare la condotta della locomotiva diesel-elettrica ad un solo agente.

Un confronto pratico e sistematico in servizio corrente tra questi due tipi di locomotive, istituito dal New York Central System in modo da addivenire alla valutazione dei relativi costi globali di esercizio, cioè dei costi che tengano conto di tutti gli elementi sopra indicati (e quindi anche degli oneri per il capitale d'acquisto) nonché delle quote di manutenzione e rinnovamento, ha attribuito un leggero vantaggio alla locomotiva dieselelettrica.

In conseguenza dei grandi requisiti tecnici delle locomotive dieselelettriche (i benefizî economici ne sono, come si è detto, dubbî e - nella migliore delle ipotesi - di limitata entità) esse hanno avuto ed hanno grande diffusione quasi ovunque in numerosissime applicazioni, dalle piccole alle grandissime potenze.

Negli S. U. e nel Canada lo sviluppo raggiunto è veramente imponente e cresce ogni anno. Basta dire che in quei due paesi le unità-locomotiva diesel-elettriche in servizio di linea (escluse quindi le locomotive di manovra) sulle linee di grandi comunicazioni erano 185 nel 1936 c0n potenza complessiva di 99.930 CV e potenza media per unità di circa 540 CV; e sono giunte a 4579 nel 1946 con potenza complessiva di 5.114.070 CV e potenza media per unità di circa 1117 CV. Negli S.U., su 9282 locomotive ordinate negli 8 anni dal 1940 al 1947, estremi inclusi, 1641 sono state a vapore, 81 elettriche, 7560 con motore diesel, di cui più della metà con trasmissione elettrica; e l'84% dei treni-km. effettuati giornalmente con materiale aerodinamico ed il 94% di quelli effettuati con velocità superiori ai 110 km/h sono trainati da locomotive diesel-elettriche.

Queste negli S. U. e nel Canada sono quasi sempre costituite da unità in multiplo, di cui ciascuna di 2000, 1800, 1500, 1350, 1000, 600 - 660, 380 CV. Particolarmente importante è il tipo da 1500 CV.

La American Locomotive Cy ha concentrato già da qualche anno i suoi studî e le sue risorse appunto sulla produzione in serie del tipo suddetto, reso adattabile a tutti gli usi. Esso - accoppiato in multiplo - può costituire unità doppie, triple e quadruple rispettivamente con potenze di 3000, 4500 e 6000 CV. L'unità elementare da 1500 CV ha rotiggio 0-B₀ + B₀-0, ossia ha due carrelli a due assi, ciascuno con motore elettrico a sospensione tramviaria; il motore diesel è unico, con 12 cilindri a V, alesaggio 229 mm., corsa 269. I rapporti di trasmissione tra motori elettrici e ruote sono diversi per il servizio merci e per il servizio viaggiatori; nei due casi si raggiungono le velocità massime rispettivamente di 100 km/h e 140 km/h.

Per questo genere di locomotive, elementi di fondamentale e decisiva importanza sono i sistemi di regolazione del motore Diesel e gli schemi di trasmissione elettrica.

Nel campo della trazione ferroviaria la corrente utilizzata è solo la continua; gli schemi elettrici - numerosissimi e tra loro diversissimi - conferiscono alla locomotiva, in gradi diversi, qualità ferroviarie preziose, fino a realizzare talora caratteristiche meccaniche esattamente iperboliche o molto vicine alla iperbole equilatera.

Negli S. U. e nel Canada le percorrenze medie delle locomotive Diesel-elettriche raggiungono sovente valori elevatissimi.

La locomotiva con turbina a gas.

La turbina a gas finora ritenuta più idonea al servizio di trazione è quella a ciclo aperto ad un solo stadio di compressione. Essa è quasi sempre completata dal ricuperatore; talora la combustione vi avviene, come in taluni complessi americani, in più camere. L'avviamento sotto carico, l'inversione del senso di marcia e la regolazione estesa della velocità presentano in questo caso le stesse difficoltà che nel campo della trazione con turbine a vapore o con motori Diesel; e, come colà, trovano la più completa e brillante soluzione nella trasmissione elettrica a corrente continua. Turbina, compressore e generatrice elettrica sono sempre (eccezione fatta solo per le locomotive Metropolitan Vickers cui si accennerà appresso) disposti su un unico asse; il compressore è sempre (eccezione fatta solo per le turbine Elliott cui si accennerà appresso) assiale; tra gruppo termico e generatrice elettrica principale è sempre interposto un riduttore di velocità. Il costo del cavallo-ora reso al cerchione, tenendo conto delle qualità e dei costi dei combustibili impiegati nonché degli oneri per manutenzione ed ammortamento, è, per le locomotive con turbina a gas, minore che per quelle a vapore alternative od a turbina, pressoché lo stesso che per le locomotive Diesel-elettriche. Per ulteriori notizie, v. turbina in questa App.

La prima locomotiva con turbina a gas (fig. 12) è stata costruita nel 1940 dalla casa Brown-Boveri di Baden per conto delle ferrovie federali svizzere e costituisce un alto titolo di merito per la casa stessa. Questa macchina è stata lungamente sperimentata in Svizzera, indi - dopo la fine della seconda Guerra mondiale - ha prestato regolare servizio di turno su alcune linee francesi, quali la Parigi-Basilea e la Strasburgo-Basilea; ed in tal modo ha messo in piena luce le vaste possibilità ed i cospicui pregi del nuovo sistema di trazione. Le caratteristiche principali di essa sono: rotiggio 1-B₀-B₀-1; rapporto di compressione 1.4; temperatura di ammissione in turbina 600°; rapporto di riduzione tra la turbina e la dinamo principale 6,4/1; potenza in corrispondenza al riduttore 2200 CV alla velocità di 5200 giri al minuto primo, 2000 CV alla velocità di 4800 giri al minuto primo; sforzo di trazione all'avviamento fino a 26 km/h., 13.000 chilogrammi, peso totale in servizio 92 t., di cui 37,5 per la parte meccanica, 23,7 per l'istallazione termica, 25,6 per la parte elettrica, 5,2 per combustibile, accessorî ed attrezzi; peso aderente 64 t. (4 assi da 16 t.); velocità massima 110 km/h.; lunghezza tra i respingenti 16,4 m. La trasmissione è a corrente continua. Finora questa è l'unica locomotiva con turbina a gas che abbia prestato regolare servizio in linea. Peraltro alla fine del 1948 ne erano in costruzione nove, cioè: a) presso la casa BrownBoveri: locomotiva di 2500 CV con rotiggio 1-B₀-B₀-i e con velocità fino a 145 km/h., per la rete della Great Western Ry; b) presso la casa BrownBoveri: locomotiva sperimentale di 4000 CV con scambiatore di pressione rotativo (comprex); c) presso la casa Metropolitan Vickers di Manchester: locomotiva di 2500 CV con rotiggio 0-C₀-C₀-0 e con impianto su due assi e due turbine, una ad alta, l'altra a bassa pressione, per la rete della Great Western Ry; d) presso la casa Allis Chalmers (S. U.): locomotiva di 4200 CV con funzionamento a polvere di carbone; e) presso la casa Baldwin di Filadelfia: locomotiva di 3750 CV con turbina Elliot operante a 700° e con compressore centrifugo, per la rete di Santa Fé; f) presso la casa Baldwin di Filadelfia: locomotiva di 3750 CV con turbina Elliot e con funzionamento a polvere di carbone; g) presso la casa Westinghouse: locomotiva da 2000 CV con turbina operante a 750°, con dodici camere di combustione cilindriche di tipo aeronautico sistemate intorno all'asse collegante il compressore alla turbina, e con funzionamento a polvere di carbone; h) presso la General Electric Cy: locomotiva di 4800 CV con turbina operante a 750°, con sei camere di combustione e con funzionamento a polvere di carbone; i) presso la American Locomotive Cy: locomotiva di 4000 CV con turbina Allis-Chalmers e con funzionamento a polvere di carbone.

La locomotiva elettrica.

I maggiori progressi per le locomotive elettriche, nel periodo 1934-48, si sono avuti nei sistemi di trazione a corrente continua ad alta tensione e monofase a frequenza ferroviaria (v. ferrovia, in questa App.). Non sono invece da segnalare innovazioni degne di nota nel campo delle locomotive a corrente continua a bassa tensione, delle locomotive trifasi sia a frequenza ferroviaria sia a frequenza industriale e delle locomotive mono-trifasi. Per le locomotive monofasi a frequenza industriale e per le locomotive monocontinue non sono mancate in questi ultimi anni interessanti realizzazioni ed applicazioni, sia pure in fase sperimentale.

1. Locomotive a corrente continua ad alta tensione. - Nel periodo dal 1934 al 1948 la tecnica costruttiva delle locomotive a corrente continua ad alta tensione si è sviluppata con i seguenti indirizzi: a) frazionamento della potenza in molti motori, anziché concentramento di essa in due o quattro sole unità; b) abolizione della trasmissione con biellismi tipo locomotiva; c) adozione del comando singolo degli assi; d) adozione del motore ad eccitazione composta (serie-indipendente); e) adozione di forte shuntaggio dei campi.

Il frazionamento della potenza delle grandi locomotive in molti motori rimonta alla fine della prima Guerra mondiale ed ha avuto applicazioni famose sulla ferrovia Chicago-Milwaukee-St. Paul; tuttavia non sono mancati successivamente esempi di concentramento della potenza stessa in due soli motori sopraelevati sul telaio e collegati mediante biellismi alle ruote, come nei locomotori 1-D-i della linea Parigi-Orléans-Vierzon elettrificata nel 1925 a 1500 Volt. Da alcuni anni però il frazionamento della potenza in molte unità - di cui una per ogni asse motore o due per ogni asse motore ma collegate meccanicamente ed elettricamente tra loro in modo da costituire un "motore doppio" - è divenuto prassi generale.

I motori - ridotti così a più modeste proporzioni - possono essere allogati totalmente o parzialmente tra i lungheroni del telaio e dare luogo al comando singolo degli assi, attraverso assi cavi e trasmissioni elastiche (di cui si annoverano ormai numerosi tipi in parte indicati nel vol. XXI, pp. 365 e 366) senza biellismi tipo locomotiva.

Il motore ad eccitazione comunque composita, cioè serie-derivata o serie-indipendente, ha avuto da molti anni impiego sia nella trazione tramviaria per l'assetto di marcia o per quello di frenatura integrale a ricupero o per ambedue gli assetti, sia nella trazione stradale ad accumulatori.

Esso ha avuto del pari, da molti anni, utile impiego anche nella trazione ferroviaria, sotto la forma serie-indipendente, per la frenatura a ricupero sulle lunghe discese realizzate con resistenze stabilizzatrici fisse o variabili. Ma solo nel 1942-43 esso ha cominciato ad essere usato, parimenti sotto la forma serie-indipendente, nella grande trazione ferroviaria per l'assetto di marcia e quello di frenatura a ricupero.

Le Ferrovie italiane dello stato hanno effettuato appunto negli anni suddetti un esperimento in tal senso con il locomotore E-626-020, raggiungendo risultati sotto ogni punto di vista incoraggianti: indi hanno esteso il sistema ad una prima fornitura dei locomotori E-424, con rotiggio B₀+B₀, progettati durante la seconda Guerra mondiale ed entrati in servizio dalla estate 1946 in poi.

L' impiego di forte shuntaggio dei campi è ostacolato, come noto, dal pericolo che la reazione d'indotto - tanto più energica quanto maggiore è il carico e minore è l'eccitazione (e quindi maggiore è la velocità) - dia luogo a forte distorsione del campo e quindi a difetti di commutazione ed a "flaches", ossia ad archi sul collettore. Ne deriva che in generale non è possibile addivenire - quando speciali provvidenze non intervengano - a shuntaggi superiori al 60%. Per accedere a shuntaggi maggiori - tutto al più del 75% - occorre o provvedere, mediante un adeguato circuito di compensazione, alla totale compensazione del flusso di reazione o limitare la tensione operante sui motori e quella tra lamine contigue del collettore ed addivenire ad altre provvidenze costruttive (forte traferro, espansioni polari di forma appropriata, ecc.).

Nel campo della grande trazione ferroviaria si è affermato, in questi ultimi anni, il primo indirizzo. Nel campo della trazione tramviaria si è affermato - con i sistemi M. Lièvre ed M.-L. Bacqueyrisse - il secondo.

Tra le realizzazioni più importanti - totali o parziali - dei concetti sopra esposti, sono da ricordare le seguenti:

1) locomotori di serie gruppo 636 delle Ferrovie italiane dello stato, (v. ferrovia, in questa App. I, p. 927), entrati in servizio dal maggio 1940 in poi. Essi hanno le caratteristiche seguenti: rotiggio B₀-B₀-B₀; peso totale in servizio 99 t., 6 motori eccitati in serie, connessi ciascuno ad un asse mediante trasmissione dentata doppia, asse cavo e trasmissione elastica Negri; potenza complessiva oraria: 350 × 6 = 2100 kW, pari a 2856 CV; velocità massima 95 o 120 km/h a seconda del rapporto complessivo di trasmissione; parte elettrica molto simile a quella dei locomotori E-626 aventi i numeri dal 408 al 448 (ex E-625); ripartizione del peso sugli assi staticamente determinata;

2) locomotori di serie gruppo 424 delle Ferrovie italiane dello stato (vedi ferrovia, in questa seconda App., I, p. 927) entrati in servizio - come si è detto - dall'estate 1946 in poi. Essi hanno le caratteristiche seguenti: rotiggio B₀ + B₀, peso totale in servizio 72 t.; 4 motori simili - nella parte meccanica - a quelli del gruppo E-636; potenza complessiva oraria 390 × 4 = 1560 kW, pari a 2122 CV; - velocità massima 110 km/h; parte elettrica molto simile a quella dei locomotori del gruppo E-636; ripartizione del peso sugli assi staticamente determinata. I motori hanno: in un gruppo di unità, eccitazione composita, cioè serie-indipendente; in altro gruppo di unità, eccitazione in serie con compensazione totale della reazione, per il che, commutando o escludendo in parte le tre bobine costituenti il circuito di ogni campo, si hanno 5 posizioni di campo shuntato (di cui quella a massimo shuntaggio con 14 spire attive su 40), ossia in complesso - cioè con i motori connessi tra loro in serie o in serie-parallelo - 12 posizioni economiche di marcia;

3) locomotore prototipo n. 6001, entrato in servizio nel novembre 1946 sul tronco Limoges-Montauban della linea Parigi-Tolosa delle ferrovie francesi. Esso ha le caratteristiche seguenti: rotiggio C₀+C₀; peso totale in servizio 120 t.; 6 motori sospesi per il naso, con ingranaggi elastici, con avvolgimento di compensazione, funzionanti al massimo ciascuno con tensione di 750 volt e con shuntaggio del 64%; con tale shuntaggio il rapporto tra la velocità di potenza continuativa a campo indebolito e quella a campo intero è 1,92; potenza complessiva continuativa: 547 × 6 = 3282 CV, potenza complessiva oraria: 630 × 6 = 3780 CV; velocità massima 110 km/h. Ha coniugazione longitudinale e trasversale delle molle ed avviamento automatico a sforzo di trazione costante;

4) locomotori di serie gruppo 8000 per servizio misto viaggiatori e merci sulla linea Parigi-Lione delle ferrovie francesi, entrati in servizio nel 1947. Hanno le seguenti caratteristiche veramente rimarchevoli: rotiggio B₀ + B₀; peso totale in servizio 80 t., aumentabili, mediante zavorra, a 92 t.; 4 motori sospesi per il naso, con ingranaggi elastici, con avvolgimento di compensazione e funzionanti al massimo ciascuno con tensione di 750 volt e shuntaggio (mediante resistenze e shunt induttivi) del 77%; con tale shuntaggio il rapporto tra le velocità di potenza continuativa a campo indebolito e quella a campo intero è 2,28; potenza complessiva continuativa: 600 × 4 = 2400 CV; velocità massima circa 115 km/h. Questi locomotori - molto spinti nei riguardi dell'aderenza - dispongono di una estesa serie di caratteristiche meccaniche economiche;

5) locomotori di serie ad alta velocità con rotiggio 2-D₀-2, di tipo proposto originariamente dalla Casa Brown-Boveri, ma ora in costruzione per la parte meccanica presso la Società Fives Lille, per la parte elettrica presso la Compagnie Electro-Méchanique. È questa una serie molto numerosa, costituita da oltre 173 unità, di cui 73 già in servizio, ed avente le caratteristiche seguenti: peso in servizio 150 t., di cui 92 aderenti; 4 motori muniti di avvolgimento di compensazione e capaci di shuntaggio fino al 70,5% (con tale shuntaggio il rapporto tra le velocità di potenza continuativa a campo indebolito e quella a campo intero è 2,2); potenza continuativa 1000 × 4 = 4000 CV; potenza oraria: 1250 × 4 = 5000 CV; sistema di trasmissione Büchli a comando individuale degli assi; velocità massima 140 km/h.

2. Locomotive monofasi a frequenza ferroviaria. - Nel periodo dal 1934 al 1948 la tecnica costruttiva delle locomotive monofasi a bassa frequenza si è svolta sulle basi seguenti: a) frazionamento della potenza in molti motori, anziché concentramento di essa in due o quattro sole unità; b) abbandono definitivo delle trasmissioni con biellismi tipo locomotiva; c) adozione del comando singolo degli assi. Inoltre si è cominciato ad impiegare: la regolazione della tensione operando sul primario anziché sul secondario del o dei trasformatori; l'alluminio per gli avvolgimenti dei motori e dei trasformatori e per il cablage.

Per le voci a), b), c) si può ripetere quanto è stato detto a questo riguardo nel precedente n. 1.

La regolazione sul primario del o dei trasformatori è stata ed è talora impiegata per realizzare economia di peso e quindi di costo. E invero la minore intensità delle correnti manovrate sotto l'alta tensione adduce ad un alleggerimento degli organi di regolazione e dei cavi di collegamento. Per contro la struttura del o dei trasformatori risulta più complessa. Sicché l'economia di peso - quando v'è - è dell'ordine di qualche tonnellata.

Per queste ragioni in tutte le macchine tedesche, ivi comprese le modernissime, la regolazione viene effettuata - come in passato - sul secondario; e ciò appare di uso corrente anche negli S. U. ed in Svizzera. La regolazione sull'alta tensione è stata finora impiegata nella stessa Svizzera solo per locomotori con regolazione molto fine, per es., con 26 o 28 tacche; così, ad es., su alcuni recenti locomotori per le ferrovie retiche, con rotiggio B₀+B₀, trasformatore in olio e regolazione su 28 gradini. L'impiego dell'alluminio invece del rame è stato imposto in Germania da ragioni belliche e - in complesso - ha dato risultati sotto ogni punto di vista soddisfacenti.

Tra le macchine monofasi europee a bassa frequenza apparse nel tempo che qui interessa sembrano particolarmente degne di nota le seguenti:

1) locomotori E-18 delle ferrovie del Reich: rotiggio 1-D₀-1; quattro motori; peso in servizio 108 t., potenza oraria 4320 CV, potenza per mezz'ora 5200 CV, potenza massima 6450 CV; cablage ed avvolgimenti statorici dei motori in alluminio; regolazione fine; velocità 160 km/h.

2) locomotori E. 19 delle ferrovie del Reich: rotiggio 1-D₀-1; quattro motori; peso in servizio 114,5 t.; potenza oraria 5440 CV con la velocità di 180 km/h, 8000 CV a 160 km/h per 10 minuti primi, regolazione fine; il peso specifico riferito alla potenza oraria è di 21 kg.; e questo è probabilmente il peso specifico più basso finora realizzato per locomotive di qualsiasi tipo. Questi locomotori costituiscono indubbiamente quanto di più raffinato è stato finora prodotto nel campo della grande trazione monofase a bassa frequenza.

Tra le macchine monofasi americane a bassa frequenza apparse in questi ultimi anni sembrano particolarmente degni di nota i locomotori della classe CG-i della rete di Pennsylvania ad 11 kW illustrati dalla fig. 13. Essi hanno il rotiggio 2-C₀+C₀-2, due motori per ciascuno dei sei assi motori, peso in servizio di 216,5 t. e velocità massima di 161 km/h.

3. Locomotive monofasi a frequenza industriale. - Il sistema monofase a frequenza industriale (50 Hz) è stato impiegato - fondamentalmente con finalità sperimentali - sulla linea del Hoellental (ora compreso nella zona di occupazione francese) elettrificata nel 1936 e sulla quale prestano servizio quattro locomotori profondamente diversi fra loro e rappresentanti altrettante concezioni elettromeccaniche.

Recentemente peraltro la Società nazionale delle ferrovie francesi ha deciso di effettuare anch'essa un esperimento di tal genere ed ha ordinato tre locomotori prototipi, di cui due con rotiggio C₀ + C₀, uno con rotiggio B₀+B₀+B₀, tutti atti a funzionare tanto sotto tensione alternativa monofase a 50 cicli quanto sotto tensione continua a 1500 volt; questo sistema si trova tuttora in fase sperimentale.

4. Locomotive mono-continue. - Queste locomotive realizzano la conversione della corrente monofase in corrente continua: a) o a mezzo di convertitori rotanti secondo la concezione e la tecnica attuate per la prima volta nel 1904 dalla Casa Oerlikon sulla linea Seebach-Wettingen in Svizzera; b) o a mezzo di un mutatore a vapore di mercurio installato a bordo, secondo la concezione e la tecnica attuate per la prima volta con la famosa locomotiva Ford. Appartengono alla seconda categoria alcuni dei locomotori sperimentali della linea del Hoellental cui si è accennato (n. 3). Appartengono alla prima categoria alcune gigantesche locomotive americane, quali ad es.: due unità per la rete della Great Northern Ry con rotiggio 2-D₀+D₀-2, ciascuna con potenza di 5000 CV e peso di 326,6 t.; unità doppie per la rete di cui sopra, con rotiggio 1-D₀-1+1-D₀-1, con potenza oraria complessiva di 4330 CV e peso complessivo di 357,5 t.; due grandi unità per la Virginian Ry, entrate in servizio nel 1947, con potenze continuative una di 6000 CV, l'altra di 6800 CV.