Distribuzione Caprotti
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Distribuzione Caprotti
MINISTERO DEI TRASPORTI FERROVIE DELLO STATO DESCRIZIONE della distribuzione a valvole "Caprotti" per macchine a vapore reversibili TIPOGRAFIA DEL SERVIZIO MATERIALE E TRAZIONE – FIRENZE 1947 2 _______________________________________________________ INDICE Premessa Pag. 3 DISTRIBUZIONE CAPROTTI per macchine a vapore reversibili Generalità sulla distribuzione Pag. 4 Descrizione schematica della distribuzione a) L’apparato distributore b) La trasmissione c) L’inversione di marcia d) Le valvole Pag. 5 Pag. 6 Pag. 20 Pag. 21 Pag. 21 Caratteristiche costruttive generali a) La distribuzione b) La trasmissione c) L’inversione di marcia d) Le valvole per le locomotive Pag. 23 Pag. 23 Pag. 33 Pag. 35 Pag. 40 Istruzioni per il montaggio a) Gli apparati distributori b) La trasmissione c) L’inversione di marcia d) Le valvole Pag. 41 Pag. 41 Pag. 44 Pag. 49 Pag. 50 ______________________________ By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 3 PREMESSA La distribuzione a valvole dell’Ing. Caprotti è attualmente applicata su parecchie locomotive del parco delle Ferrovie dello Stato Italiano, siano di nuova costruzione che trasformate. Diviene però necessaria una conoscenza completa del funzionamento e delle caratteristiche costruttive dei singoli organi della distribuzione, oltre che dal punto di vista cinematico, anche e soprattutto da quello costruttivo. A tale scopo serve la presente descrizione che accenna a tutte le differenze caratteristiche che esistono tra i diversi tipi di distributore Caprotti applicati sulle locomotive e può servire di guida per la conoscenza del nuovo apparecchio sia ai macchinisti che agli operai addetti alla sua riparazione corrente. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 4 DISTRIBUZIONE CAPROTTI PER LE MACCHINE A VAPORE REVERSIBILI Generalità sulla distribuzione. La distribuzione Caprotti è del tipo a valvole a doppia sede comandate da camme rotanti colla velocità dell'albero a manovella. Le valvole sono obbligate a seguire la legge del movimento determinata dal profilo delle camme, tanto nella apertura che nella chiusura: non si ricorre quindi a meccanismo a scatto per la regolazione del grado di introduzione e così la velocità colla quale le valvole vanno ad appoggiare sui seggi risulta solo funzione lineare della velocità della motrice e può essere stabilita talmente ridotta da evitare un ammaccamento o logorio dei seggi. Caratteristica della distribuzione Caprotti è la indipendenza della fase di chiusura introduzione da quelle e dello scarico: è cosi reso possibile di funzionare ai diversi gradi di introduzione con precessione lineare ed angolare costante e con compressione costante di mantenere per un certo tempo aperte in pieno le valvole di introduzione. Ciò rende ad ottenere il massimo possibile sfruttamento del vapore e a qualunque velocità e carico; sia alle massime potenze che ai regimi più ridotti, il vapore viene introdotto nel cilindro senza notevole By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 5 laminazione attraverso le valvole, epperciò a pressione solo di poco inferiore a quella di caldaia, e la compressione è costante, proporzionata in modo che la pressione raggiunta al momento dell'apertura introduzione è in ogni caso appena di poco inferiore a quella del vapore che viene introdotto. Caratteristiche meccaniche della distribuzione Caprotti sono il raggruppamento in scatola ermetica, e non a contatto col fluido operante, degli organi di comando delle valvole e di regolazione delle fasi e la netta separazione di tali organi dalle valvole otturatrici a contatto del vapore. E’ così realizzata una lubrificazione automatica ed abbondante, di tutti gli organi della distribuzione, per semplice immersione nell'olio lubrificante contenuto nella scatola; tale olio è fuori del contatto di acqua, vapore o polvere e pochissimo riscaldato, ed è altresì provveduto con opportuni dispositivi a rendere poco probabile che tracce di olio possano penetrare tra i gambi delle valvole e le relative guide con i conseguenti disturbi nel funzionamento provocati dall'indurimento od alternazione del lubrificante a contatto del vapore. Descrizione schematica della distribuzione. La distribuzione Caprotti consta essenzialmente di: a) Apparati distributori in scatola chiusa, dove trovasi un albero a camme sul quale sono infilate folli By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 6 delle camme, scalettabili a mezzo di opportuno meccanismo di inversione ed agenti su leve che con opportuni rinvii imprimono il voluto movimento alle valvole. b) Una trasmissione di moto rotativo, che serve per trasmettere all'albero a camme dell'apparato distributore l'uguale movimento rotatorio dell'albero a ma novelle. c) Un coniando d'inversione collegante una leva o volantino a disposizione del macchinista, con il meccanismo di Inversione posto nell'apparato distributore. d) Le valvole e cioè gli organi otturatori propriamente detti. a) L'APPARATO DISTRIBUTORE Occorre in esso distinguere gli organi destinati al comando dell'introduzione da quelli di comando dello scarico: tutti consistono di camme (dischi concentrici all'asse dell’albero e muniti di opportuna sporgenza), ma diversi sono i profili delle stesse, diverso è il loro modo di agire sulle leve azionanti direttamente od in direttamente le valvole, ed infine diverso è il modo di loro trascinamento nel moto rotatorio dell'albero. 1. COMANDO DELL'INTRODUZIONE. - Le figg. 1, 2, 3, 4, 5 e 6 della Tav. 1 rappresentano schematicamente l'assieme e gli elementi pel comando e relativa regolazione, sino a completa inversione, di una valvola di introduzione. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 7 A differenza di quanto ordinariamente si fa, pel comando della medesima valvola di introduzione, sono predisposte due anziché una sola camma. Le due camme, C fig. 2 e fig. 4 e C' figg. 1 e 2, hanno profilo identico ma simmetrico, costituito da una curva a raggio piccolo ed una a raggio grande all'incirca diametralmente opposte e ciascuna dell'ampiezza di circa 120° e due opportune curve di raccordo fra le due curve a raggio: esse sono montate folli l'una accanto all'altra sull'albero a camme V flg. 2, il quale è foggiato in parte a vite a passo rapido e ruota, come già si disse colla velocità dell'asse motore. Ciascuna delle camme C e C' agisce indipendentemente dall'altra sulla leva P di comando della valvola, e ciò a mezzo di un bilancino a braccia uguali oscillante attorno al perno O e portante due rulli R e R' spostati di piano in modo che, essendo il bilancino spinto verso l'asse V, il rullo R appoggia sulla camma C e l'altro R' sulla camma C'. Per la descritta forma del profilo di entrambe le camme C e C', l'asse di ciascuno dei rulli R ed R' assume due posizioni distinte di riposo, l'una mentre il rullo è a contatto della superficie a raggio grande e l'altra mentre il rullo è a contatto colla superficie a raggio piccolo. Conseguentemente ai moti dei singoli estremi del bilancino, questo assume quattro distinte posizioni di riposo: I, con rullo R su superficie a raggio grande e rullo R' su superficie a raggio piccolo; II, con entrambi i rulli su superficie a raggio grande; III, con rullo R su superficie a raggio piccolo e rullo R' su superficie a raggio grande; IV, con entrambi i rulli su superficie a raggio piccolo. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 8 La leva collegante il perno O del bilancino col gambo della valvola è così disposta che, quando il bilancino è nella posizione II la valvola è tutta aperta, e quando il bilancino è nelle posizioni I e III (epperciò il perno O è nella sua posizione intermedia) la valvola è perfettamente chiusa; in tali posizioni I e III, nella catena cinematica collegante il perno O col gambo della valvola esiste un piccolo giuoco, ciò che assicura l'appoggio della valvola contro il rispettivo seggio. I profili delle due camme C e C' sono così orientati l'uno rispetto all'altro che, rotando entrambe le camme nel senso della freccia come se fossero solidali coll'albero a camme e supposto che inizialmente il bilancino si trovi nella posizione I, il rullo R' incontra la curva di passaggio alla superficie a raggio grande prima che il rullo R incontri la corrispondente curva di passaggio alla superficie a raggio piccolo, e così si ha il passaggio dalla posizione I alla II e per conseguenza l'apertura della valvola per effetto della camma C'. Continuando la rotazione solidale delle due camme: evidentemente sarà il rullo R che per primo passera dalla superficie a raggio grande a quella a raggio piccolo; sarà quindi la camma C che sposterà il bilancino dalla posizione I alla posizione III, riportando il perno O nella sua posizione mediana e chiudendo conseguentemente la valvola prima aperta dalla camma C’. I successivi passaggi dalla posizione IV ed alla posizione I effettuati, il primo dalla camma C, avranno per effetto, prima di aumentare il giuoco nella catena cinematica di collegamento del bilancino col gambo della By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 9 valvola e poi di riportare questo giuoco al valore iniziale dal quale partire per il ciclo del secondo giro. Durante i passaggi dalla posizione III alla IV e d alla IV alla I la valvola non viene toccata e rimane perciò chiusa. E’ quindi da far rilevare che non sempre le posizioni di riposo II e IV saranno raggiunte: quando le introduzioni sono così piccole che la loro ampiezza angolare totale è inferiore alla somma delle angolari dei profili di apertura e chiusura (le quali non possono scendere al disotto di certi limiti per ragioni meccaniche) mentre la camma C’ sta ancora aprendo, quella C interviene ad iniziare la chiusura; la corsa totale della valvola viene così a ridursi di mano in mano che si riduce l’ampiezza angolare totale della introduzione. I profili sono stati scelti tali, che alle minime introduzioni, l’apertura totale della valvola non scende mai al di sotto della metà dell’apertura massima, e poiché le minime introduzioni si verificano mentre lo stantuffo è in vicinanza dei punti morti, anche con corsa di valvola ridotta, non si ha mai sensibile perdita di pressione all’introduzione. Facendo ruotare, tutto il sistema, supposto solidale, di albero e camme in senso inverso a quello della freccia, evidentemente le 4 posizioni testé considerate si succederanno nell'ordine inverso e l'apertura della valvola si avrà pel passaggio dalla posizione III alla II mentre la chiusura avverrà pel passaggio dalla II alla I, cioé la camma C risulta di apertura e quella C' risulta di chiusura. La camma C' è trascinata nella rotazione da due By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 10 aste h’ diametralmente opposte e con essa solidali, le quali, dopo traversato liberamente opportune feritoie dalla camma C, penetrano in due fori di una chiocciola D' (fig. 5) avvitata sulla parte filettata dell'albero V; evidentemente la camma C è condotta dalla coppia di aste h che, traversando prima con gioco acconcio feritoie praticate nella chiocciola D', penetrano in due fori opposti della chiocciola D (fig. 6). Questa chiocciola ha essa pure due feritoie in cui passano i prolungamenti delle aste h' della camma C'. Ad una determinata posizione longitudinale di ogni chiocciola corrisponde un determinato calettamento della corrispondente camma e, rotando tutto il sistema senza spostare longitudinalmente le chiocciole, le fasi della introduzione rimarranno invariate. Spostando invece la chiocciola D in modo da allontanarla dalle camme di introduzione si viene ad anticipare la camma C nella rotazione nel senso della freccia, di un angolo proporzionale allo spostamento longitudinale; con ciò si anticipa gradualmente la fase della chiusura (ché nel senso di marcia considerato la camma C è appunto di chiusura) e ciò senza cambiare la fase dell'apertura. La fig. 2 rappresenta la distribuzione regolata per marcia a massimo grado di introduzione a rotazione nel senso della freccia; il passo della vite e la grandezza dello spostamento longitudinale, che si può dare alla chiocciola D', sono tali che, quando questa è alla massima distanza da C l'introduzione ha raggiunto un valore minimo che corrisponde precisamente alla giusta precessione all'introduzione a marcia invertita; tale minimo è altresì By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 11 uguale al valore della precessione all’introduzione nella marcia nel senso della freccia. L'ampiezza delle feritoie nella camma C e nelle chiocciole è tale da permettere tutta la rotazione relativa del sistema C'-D' consentita dallo spostamento longitudinale relativo delle chiocciole D e D'. Dopo portato D alla massima distanza da C si mantenga D in tale posizione e si prenda ad allontanare D da C': anticiperà allora la camma C' e cioè la precessione all'introduzione, il che equivale a creare le condizioni di marcia a controvapore. Quando D' sarà pure arrivato alla massima distanza dalle camme di introduzione e cioè di nuovo a contatto della chiocciola D, si avrà il massimo controvapore, che corrisponde alla massima introduzione in marcia indietro. Invertendo in questo momento la marcia, la distribuzione sarà giustamente regolata pel nuovo senso di rotazione e, riavvicinando la chiocciola D' alle camme di introduzione, si diminuirà il grado di introduzione in marcia invertita identicamente a come descritto per la marcia nel senso della freccia: collo spostamento successivo della chiocciola D si tornerà alla posizione di figura, che viene a risultare di massimo controvapore a marcia invertita. Per mettere il macchinista in condizione da poter effettuare gli spostamenti successivi delle due chiocciole con unica manovra, le chiocciole sono state munite di bordi m, n, m' ed n' contro cui possono spingere i collari E ed E': ciascun collare ha due perni opposti infilati negli occhi di bielline b e b' colleganti il collare con una coppia di bottoni di manovella portati dall'albero di inversione L By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 12 (figg. 2 e 3). Nella posizione dello schema la coppia di perni r' (collegata al collare E' per mezzo delle bielle b') è in vicinanza del punto morto; rotando l'albero di inversione nel senso della freccia, detti perni r' passano prima pel detto punto morto e poi se ne allontanano, movendo solo di poco il corrispondente collare E': questo è costruito alquanto più stretto dello spazio compreso fra i bordi m' ed n' ed appunto il giuoco lasciato fra il collare ed i bordi è tale che il collare non arriva a toccare il bordo n' sino a che l'albero L non ha rotato di circa 60° dalla posizione estrema del disegno. Uguale giuoco è previsto tra i fianchi del collare E ed i bordi m, ed n, ma per la diversa posizione relativa ai propri punti morti, della coppia di perni r, alla medesima rotazione di circa 60° dell'albero d'inversione corrisponde un grande spostamento del collare E, il quale, guadagnato rapidamente l'intervallo che lo separa dal bordo n, spinge sino quasi in fondo di corsa la chiocciola D. In questa posizione il grado di introduzione è di circa il 12 % e da tale grado di introduzione in poi, contemporaneamente alla variazione del grado di introduzione, si ha un aumento della precessione alla introduzione: questo è necessario per preparare alla marcia a controvapore ed alla marcia indietro ed evitare una eccessiva sovrapposizione delle fasi di apertura e chiusura, il che ridurrebbe eccessivamente la corsa delle valvole. Con una rotazione totale di 128° dell'albero L si portano entrambe le chiocciole all'estremo della loro corsa, e cioè, come già detto, in posizione di tutta marcia invertita. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 13 Nella nuova posizione la coppia di perni r ha un poco oltrepassata la posizione di punto morto e la coppia di perni r' è in posizione analoga a quella dei perni r in tutta marcia nel senso della freccia: girando allora la macchina in senso invertito, e, ruotando gradualmente l'albero di inversione L in senso inverso a quello della freccia della fig. 3, si diminuirà gradatamente la durata della introduzione con precessione costante e si arriverà a tutta marcia a controvapore identicamente a come visto per la marcia nel senso di prima. Il tutto è proporzionato in modo che in marcia indietro si possa avere una regolazione delle fasi perfettamente soddisfacente come in marcia avanti. L’intera regolazione come suesposto sottintende che, in ogni condizione e momento di funzionamento, in entrambi i sensi di marcia, la risultante dell'azione di tutte le forze agenti sulle chiocciole sia in genere ritardante e ad ogni modo mai accelerante rispetto al senso di rotazione dell'albero a camme con ciò, nella marcia nel senso della freccia, le chiocciole tendono sempre ad avvicinarsi alle camme di introduzione e nella marcia invertita tendono sempre ad allontanarsi dalle camme stesse. Le resistenze di attrito, tanto ordinarie che eccezionali e le forze da vincersi per l’apertura delle valvole, agiscono sempre in tale senso, solo durante la chiusura delle valvole si potrebbero avere eventuali impulsi acceleranti,, i quali altererebbero la regolarità di successione delle fasi come sopra descritta e provocherebbero battimenti. Ad evitare questi inconvenienti è provveduto opportunamente a By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 14 compensare o frenare in ogni caso gli eventuali impulsi acceleranti. Non è possibile rappresentare con un diagramma di Zeuner, o del genere la successione e regolazione delle fasi della distribuzione Caprotti, e ciò appunto per la indipendenza delle fasi stesse. Si è allora ricorso ad un diagramma circolare (non polare) che può servire anche per rappresentare una distribuzione a settore, ma che si presta assai bene per la distribuzione Caprotti, la quale si può praticamente considerare ad alzata di valvola costante. Nella fig. 9 Tav. I è rappresentato tale diagramma nel quale sono tracciate le curve della introduzione e dello scarico per la distribuzione Caprotti applicata a locomotive a semplice espansione: la differenza rispetto alla macchina a doppia espansione sta solo nelle curve dello scarico, che si considereranno più avanti. Nel diagramma sono stati segnati 33 circoli concentrici, contraddistinti coi numeri da 1 a 33 e ciascuno corrispondente alle posizioni, equidistanti di 4°, che può assumere l'albero di inversione L passando da tutta marcia nel senso della freccia della fig. 2, Tav. I, a tutta marcia invertita. Le linee continue AA¹A² e BB¹B²B³ si riferiscono rispettivamente all'apertura e chiusura della introduzione nella marcia nel senso della freccia nella fig. 2, Tav. I, che si è assunta come marcia avanti; le linee tratteggiate B’²B’¹B’ e A’³A’²2’¹A’ si riferiscono rispettivamente all'apertura e chiusura della stessa valvola in marcia invertita. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 15 Alla posizione delle camme della detta fig. 2 corrispondono i punti A e B del diagramma; quando il collare E viene a toccare il bordo n si arriva al punto B¹ dal quale comincia la riduzione del grado di introduzione, nella posizione 16 quando l'albero L ha ruotato di 60° ed il collare E' tocca il bordo n', comincia ad anticipare l'apertura introduzione e ci si trova nel punto A¹. Verso la posizione 26 i bottoni di manovella r si trovano al loro posto morto e da quel punto l'introduzione riprende a crescere un poco sino in B², nel qual momento la chiocciola D', spinta dal collare E', viene a contatto colla chiocciola D e riporta quest'ultima in fondo di corsa staccando il bordo n dal collare B. In marcia indietro si ha una successione di spostamenti analoga: i punti di inizio A’³ e B’² praticamente coincidono coi corrispondenti A² e B³ e solo distano per i piccoli giuochi che debbono essere lasciati ad evitare impuntamenti o sforzi anormali. Passando dalla marcia avanti a quella indietro, qualunque sia la condizione momentanea di regolazione all'inizio del moto in senso inverso, le camme, per le resistenze che si oppongono alla loro rotazione, rimangono ferme e non seguono il nuovo moto inverso dell'albero a camme sino a che le chiocciole non hanno subito tutto lo scorrimento longitudinale (di allontanamento dalle camme di introduzione) loro concesso dai giuochi predisposti: ciò corrisponde, nel diagramma, al passare dai punti di intersezione di un determinato circolo colle linee continue di marcia avanti ai punti corrispondenti sulla linee tratteggiate di marcia indietro. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 16 Il passaggio dalla marcia indietro a quella avanti avviene in modo perfettamente analogo. Il diagramma della fig. 9, Tav. I, viene integrato da quello della fig. 8, stessa tavola, che è un diagramma polare dell'alzata delle valvole, di cui si vuol pel momento considerare solo la parte che si riferisce alla introduzione. In questo diagramma e stato segnato un cerchio di base rappresentante la traiettoria dell’asse del perno di manovella e dal quale si misurano radialmente le alzate delle valvole tanto di introduzione che di scarico. Si sono tracciate le curve per i soli regimi di marcia avanti, escludendo cioè la marcia a controvapore: tali curve corrispondono alle diverse posizioni segnate nel diagramma della figura 9 sino alla posizione 19 nella quale l'introduzione è all'incirca uguale alla precessione. Come si vede, le curve apertura introduzione coincidono tutte fra di loro sino alla posizione 16, mentre quelle di chiusura, di mano in mano che si diminuisce l'introduzione si spostano: l'alzata della valvola rimane però costante massima sino alla posizione 13, nella quale posizione si inizia la già menzionata sovrapposizione delle fasi di apertura e chiusura; l'apertura minima si ha nella posizione 18, in cui l'alzata è del 56% di quella massima; procedendo nella zona della marcia a controvapore le alzate aumentano di nuovo, ma in 18 il grado d'introduzione è del 6,7% cioè l'introduzione avviene tutta mentre lo stantuffo ha la velocità minima, quindi non si hanno dannose riduzioni delle luci di ammissione. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 17 2. COMANDO DELLO SCARICO. - Per il comando dello scarico si è tenuto presente che la durata di questo non deve avere la variabilità che si richiede nella durata della introduzione e che perciò si può stabilire che a qualunque grado di introduzione tanto la compressione come l'inizio scarico siano costanti. Non si è perciò ricorso ad un sistema a doppia camma con bilancino, analogo a quello usato per la introduzione. Nelle macchine a semplice espansione, si mantiene l'inizio scarico fisso ed allora lo schema di comando risulta quello delle figg. 2 e 7, Tav. I. Una camma U di tipo ordinario, montata folle sull’albero V agisce sul rullo di una leva Q, che comanda con sistema appropriato la valvola, ed è trascinata in rotazione dai denti d ed e di un pezzo G fissato sull'albero a camme, i quali denti spingono i corrispondenti denti d' ed e' fissati sulla camma. Questi ultimi sono assai più stretti dei vani lasciati fra i denti d ed e cosicchè, mentre nella marcia nel senso della freccia la camma U ha, rispetto al pezzo C, la posizione relativa di disegno, nella marcia invertita la camma stessa resta scalettata di un angolo uguale al giuoco fra i denti e. Per evitare che in marcia a controvapore, l'inticipo all'introduzione, possa divenire maggiore della compressione, nel qual caso la valvola di introduzione si aprirebbe mentre quella di scarico non è ancora chiusa, la camma di scarico ha una feritoia in cui penetrano le estremità di una delle aste h della camma C e di una delle aste h' della camma C'. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 18 L'ampiezza ed orientamento della feritoia sono tali, che in marcia a massima introduzione nel senso della freccia l'estremità dell'asta h' segue l'estremità della feritoia ad opportuna distanza mentre tra l'asta h e l'estremità corrispondente della feritoia esiste un piccolissimo giuoco. Quando il grado di introduzione comincia a diminuire l'asta h anticipa rispetto all'albero a camme e quindi l'estremo di essa si sposta nella feritoia avvicinandosi all'estremo dell'asta h'; comunque diminuisca l'introduzione, l'asta h non potrà mai trovarsi in posizione da trascinare la camma di scarico. Quando invece, al seguito di ulteriore rotazione dell'albero di inversione, sarà la camma C' di apertura introduzione che anticiperà per passare alla marcia invertita, sarà l'estremo dell'asta h' che si muoverà anticipando nella feritoia ed allorchè l'anticipo all'introduzione sarà aumentato dell'angolo corrispondente al giuoco nella feritoia, l'estremità dell'asta h' verrà a contatto dell'estremo della feritoia stessa. Aumentando ulteriormente l'anticipo, la camma di scarico ed i denti d' ed e' si staccheranno dai corrispondenti d ed e del pezzo G; la camma U anticiperà allora di pari passo della camma O' e così mai le valvole di introduzione e scarico potranno essere aperte contemporaneamente; a tutto controvapore la camma U verrà ad avere anticipato tanto da essere in posizione adatta alla marcia invertita. Il passaggio dalla marcia invertita alla marcia nel senso di prima avviene in modo perfettamente corrispondente. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 19 Anche per le camme dello scarico è provveduto ad impedire che eventuali impulsi acceleratori possano alterare la regolazione delle fasi e provocare battimenti dannosi alla regolarità della marcia. Nel diagramma della fig. 9 le linee continue C C¹C²e D D¹D² rappresentano il principio e fine scarico in marcia nel senso della freccia e le tratteggiate D'² D'¹ D' e C’ ²C’¹ C’ si riferiscono alle stesse fasi in marcia invertita nelle macchine a doppia espansione. Nella formazione del diagramma, gli angoli indicati sono in ritardo rispetto a quelli di inizio matematico dell'apertura della Tav. I ed in anticipo rispetto a quelli di fine matematica della chiusura, e ciò per tenere un certo conto della laminazione che si ha a valvole pochissimo aperte. Tali ritardi ed anticipi sono di 4° per l'introduzione e di 6° per lo scarico. Nelle macchine a doppia espansione, il rapporto tra la pressione a monte e quella a valle di un determinato cilindro può essere così limitato, che alle medie e piccole introduzioni convenga anticipare lo scarico allo scopo di evitare che l'espansione nel cilindro scenda al disotto della pressione dell'ambiente a valle. Si ottiene il risultato disponendo l'una accanto all'altra due camme condotte in modo diverso dall'albero a vite ed agenti entrambi su un unico rullo portato dalla leva che comanda la valvola di scarico. Il trascinamento delle singole camme viene fatto a seconda dei casi in modo diversamente combinato, direttamente dall'albero a camme ed indirettamente a mezzo delle aste delle camme di introduzione. Il sistema di trascinamento è simmetrico, o poco diverso, per la By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 20 marcia nei due sensi, ed è tale che, nella marcia in un determinato senso la camma. che opera la chiusura non viene scalettata ai regimi di marcia che maggiormente nella pratica interessano: viene così assicurata a tali regimi la compressione costante. Per i singoli tipi di apparati distributori che si descriveranno si illustrerà il sistema od i sistemi adottati per il trascinamento delle camme dello scarico. b) LA TRASMISSIONE Questa può variare a seconda del tipo di locomotiva, ma comunque deve sempre provvedere ad imprimere all'albero a camme del distributore un moto rotatorio con velocità angolare uguale a quella dell'asse motore. Il mezzo generalmente più conveniente è il rinvio con due gruppi d'ingranaggi conici ed un albero intermedio, ma si possono anche usare ingranaggi elicoidali o trasmissione a catena; talvolta si ricorre pure ad un sistema di manovelle e bielle. Di regola l'accoppiamento fra apparato distributore e trasmissione è fatto in modo da render possibile lo smontaggio dell'apparato ed anche l'eventuale sua sostituzione, senza smontare la trasmissione; in tal caso l'innesto è così costruito che esiste una sola posizione di montaggio, per modo che si è sempre sicuri, senza bisogno di alcuna verifica, che la distribuzione è stata rimontata in giusta fase. Nelle trasmissioni ad ingranaggi o catene, per la By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 21 messa in fase reciproca dell'innesto, con cui finisce la trasmissione, e dell'asse motore od accoppiato da cui si prende il movimento, tanto questo che l'innesto (o albero, o qualsiasi altro pezzo invariabilmente collegato con l'innesto) hanno due graduazioni analoghe che in corrispondenza di opportuni indici, debbono presentare lo stesso numero; montando si deve solo badare a fare abboccare i denti in modo che in corrispondenza dei due indici si legga l'egual numero. c) L' INVERSIONE Dl MARCIA Il macchinista ha a propria disposizione una leva o volantino che può venire fissato nella posizione che si desidera e che è cinematicamente collegato coll’albero di inversione dell’apparato distributore: il sistema meccanico di collegamento può essere assai leggero per l'esiguità degli sforzi da trasmettere. Alla leva o volantino di inversione è poi connesso un sistema di scala graduata ed indice che permette di leggere in ogni momento a quale grado di introduzione si lavora. Sulla scala vi sono due graduazioni distinte, una per la marcia avanti e l'altra per la marcia indietro. d) LE VALVOLE Le valvole, a doppia sede e con gabbia smontabile, sono del tipo ordinario, ma studiate nei loro particolari costruttivi in modo da evitare gli inconvenienti di imperfetta tenuta e logorio che presentano parecchi tipi By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 22 di valvole fino ad oggi usate. Le valvole sono ad asse verticale e tutte poste al di sopra dei cilindri. La valvola con gambo e relativa gabbia, e la parte di questa in cui sono ricavati i seggi, sono: di acciaio al cromo-nickel perché nelle locomotive si raggiunge, e talora si supera, la velocità di 360 giri al minuto primo. Le guide sono in ghisa speciale e la tenuta si ottiene senza guarniture essendo praticamente assicurata dalla limitazione del giuoco fra gambo e guida. Le valvole si aprono tutte verso l'ambiente a pressione maggiore, cosicché la differenza di pressione agisce sulla zona anulare non equilibrata nel senso di mantenere le valvole appoggiate contro i relativi seggi. L'accelerazione necessaria alla chiusura delle valvole secondo la legge determinata dal corrispondente profilo della camma, è in taluni casi impressa da una molla che si fa lavorare a carico molto basso e fuori dal contatto del vapore di caldaia od operante nei cilindri; in altri casi è data parzialmente o totalmente dalla pressione del vapore sul gambo della valvola. La smerigliatura dei seggi delle valvole contro i corrispondenti seggi delle gabbie viene fatta fuori opera a freddo e le valvole mantengono la tenuta anche a ca1do. Tale risultato è raggiunto anche nelle valvole sottoposte a grandi sbalzi di temperatura, quali sono quelle di introduzione nelle locomotive a vapore surriscaldato, grazie ad una costruzione speciale delle sedi, la inferiore piana e la superiore conica col vertice del cono giacente nel piano della prima. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 23 ____________________________________________ Caratteristiche costruttive generali a) LA DISTRIBUZIONE La distribuzione Caprotti è stata studiata in modo che facili ne sono il montaggio e la messa a punto. E’ stato seguito per quanto possibile il concetto della normalizzazione, principalmente per gli apparati distributori, poi per le valvole ed infine per le trasmissioni. Si è partiti da un primo apparato, il 2 CN, per qualunque locomotiva a due cilindri, interni od esterni, a semplice espansione, di media e grande potenza. In esso tutti gli elementi meccanici sono costruiti in modo da rendere impossibile il montaggio sbagliato e da evitare quasi completamente i fissaggi con viti: ogni pezzo che si monta viene tenuto a posto dal pezzo che si monta successivamente e vi è la impossibilità materiale di un montaggio errato. Si rende così inutile ogni controllo e non si richiede alcuna particolare istruzione nel personale cui si affida lo smontaggio e il montaggio degli apparati; ad assicurare una abbondante lubrificazione basta che la scatola sia riempita sino all'apposito vetro di spia di olio minerale denso, di quello stesso usato per la lubrificazione dei cilindri a vapore surriscaldato. Dall'apparato 2 CN sono ricavati gli apparati 2 CA e 2 CB, identici al primo, salvo nelle camme di scarico e destinati al comando delle valvole del cilindro, By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 24 rispettivamente ad alta ed a bassa di una locomotiva a doppia espansione a due cilindri: per tali apparati si ripete quanto detto per il 2 CN. Dall'apparato 2 CN, coll'aggiunta di due camme di introduzione e di una camma di scarico identica e raddoppiando il numero delle leve, bilancini, rulli, punterie, ecc., si è derivato l’apparato 4 CN che conserva i requisiti del 2 CN e che serve per l'azionamento dei due cilindri posti da una stessa parte di una locomotiva a 4 cilindri gemelli. Dall'apparato 4 CN si passa al 4 CC, per locomotive a 4 cilindri a doppia espansione simmetriche e ciò col cambiamento delle camme di scarico e di quelle introduzione nei cilindri a bassa pressione. Si costruisce infine un apparato piccolo 2 CP per locomotive a due cilindri da ferrovie a scartamento ridotto, il quale è, in scala ridotta, la riproduzione quasi esatta dell'apparato 2 CN. Per la normalizzazione delle trasmissioni non si è potuto seguire una regola costante per la grande varietà di casi che si possono presentare, ma ad ogni modo in ogni nuovo caso si riesce generalmente ad utilizzare molti dei pezzi già costruiti per applicazioni precedenti. Apparecchi distributori per locomotive a semplice espansione. Servono per qualunque locomotiva a semplice espansione con pressione di caldaia sino alle massime normali. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 25 Per le macchine a due cilindri si costruiscono in due modelli: a) normale, 2 CN, per macchine di media e grande potenza, dai 400 ai 3000 HP; b) piccolo, 2 CP, per locomotive da ferrovie secondarie, da 350 a 50 HP. Ogni apparato viene montato al di sopra del cilindro corrispondente e verso la sua mezzeria; esso può così comandare in modo simmetrico le valvole, che sono ad asse verticale e disposte simmetricamente rispetto all'apparato. Le figg. 1, 2 e 3 della Tav. II rappresentano rispettivamente la sezione longitudinale e quelle trasversali sulle leve della introduzione e su quelle dello scarico dell'apparato 2 CN. In flg. 1, C e C' sono le camme di introduzione; U è quella di scarico, V è l'albero a vite, D e D' sono le chioccio1e che a mezzo delle aste h e h' (flg. 2) conducono le camme di introduzione C e C'; L è l'albero a gomito di inversione, che a mezzo di opportune bielline può variare la posizione longitudinale delle chiocciole. In flg. 2 si vedono le camme di introduzione C e C' contro cui appoggiano i bilancini e identici fra di loro e diametralmente opposti; questi sono portati da due leve doppie simmetriche P, le quali oscillano folli sugli assi fissi A e per mezzo di opportuno dente N possono spingere le leve P le quali agendo sulle punterie T comandano alla distanza di mezzo giro di ruota le opposte valvole di introduzione. Sui bracci inferiori delle leve P agisce in posizione opportuna la molla R, la quale, oltre che a mantenere i bilancini e costantemente a contatto delle camme, tende a compensare quegli impulsi acceleranti By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 26 delle camme che nascono durante la fase di chiusura della valvola di introduzione e che potrebbero provocare battimenti. In flg. 3 si vede la camma di scarico U, trascinata in rotazione dal noto sistema di denti con giuoco, ed agente sui rulli portati dalle opposte leve a squadra Q: queste, spingendo su delle punterie T, identiche a quelle della introduzione, comandano le opposte valvole di scarico. Nella scatola si mette dell'olio denso, quale viene usato per i cilindri a vapore surriscaldato ed il livello dell'olio raggiunge la metà del vetro di spia v fig. 1. In tal modo le camme e le chiocciole pescano nell'olio ed il tutto rimane abbondantemente lubrificato. Le lamiere disposte in fondo alla scatola e che si vedono nelle sezioni trasversali, tendono a non far rimuovere dal fondo le eventuali impurità o particelle meccaniche, che potrebbero danneggiare le superfici sfreganti. I dettagli costruttivi o di montaggio si rilevano dai disegni senza bisogno di schiarimenti, però va particolarmente rimarcata la costruzione e le funzioni delle punterie T. In queste, T (vedi flg. 3) è la punteria propriamente detta, costruita a guisa di stantuffo con gambo scorrevole in apposita guida; g è il grano su cui agisce il beccuccio della leva comandata dalla camma ed S è una sfera che funge da valvolina appoggiando sulla corrispondente sede ricavata nell'interno del pezzo T. Quando la punteria T. viene spinta in basso, la valvola viene aperta, il fluido (aria od olio lubrificante) che si trova nella camera anulare T, creata tra la punteria By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 27 T e la sua custodia, viene spinto nell'interno dell'apparato; invece, quando la punteria sale, la valvola S si mantiene chiusa, e nella camera anulare si forma una depressione. Il succedersi dei periodi di depressione mantiene due correnti discontinue di fluido verso la camera anulare, l'una di aria dal basso all'alto, lungo il gambo di T, e l'altra di olio dall'alto al basso, lungo lo stantuffo soprastante. La corrente d'aria tende ad evitare ogni perdita di olio attraverso la punteria, e questo pur essendo il livello normale dell'olio nell'interno della scatola, alquanto superiore a quello dell'orlo superiore della custodia della punteria T. La depressione nella camera anulare agisce nel senso di opporsi ad ogni moto rapido di chiusura della valvola con una forza di circa 3 e sino a 4 Kg., mentre invece non offre una resistenza apprezzabile ad una chiusura lenta che si compia, ad es., in un minuto primo. In tal modo è reso possibile di avere una marcia a regolatore chiuso con libera ed automatica comunicazione fra le camere del cilindro attraverso alle valvole di introduzione: basta che queste abbiano un gambo di sezione tale, che, a regolatore aperto, la pressione esercitata dal vapore sul gambo stesso sia sufficiente da sola ad assicurare alla valvola le massime accelerazioni per essa previste e che l'eventuale molla di chiusura non possa mai esercitare una forza che superi di oltre 2 Kg. il peso della valvola. Tale molla di chiusura è applicata sulle locomotive uscite sino a tutto il 1926, le quali hanno tutte le valvole munite di molle; in tali locomotive le punterie P, mentre permettono automaticamente la marcia libera a By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 28 regolatore chiuso, permettono altresì che durante le soste, anche brevi, le valvole di introduzione si alzino per l'azione della molla sino a raggiungere la posizione di lavoro; in tal modo quando si riapre il regolatore per partire, la distribuzione si trova in posizione di marcia e l'avviamento può avvenire colla voluta precisione e dolcezza. Nelle applicazioni a macchine uscite dopo il 1926 sono abolite tutte le molle delle valvole, essendo in queste le molle tutte sostituite dall'azione del vapore in pressione come si vedrà nella descrizione delle valvole. Il queste macchine, nella marcia a regolatore chiuso, viene tolta ogni azione del vapore sulle valvole, e così queste rimangono tutte spalancate pei proprio peso; allora le punterie T non hanno più la funzione di opporsi alla chiusura delle valvole di introduzione, ma solo quella di impedire che le valvole debbano saltellare od allontanarsi in misura dannosa dalla posizione di tutto aperto. Nella marcia a regolatore aperto, e sino dal momento in cui si apre, anche di pochissimo, il regolatore, il vapore alla pressione di caldaia viene condotto da una presa speciale ad agire su tutte le valvole, in modo che queste assumano immediatamente la rispettiva posizione di lavoro e sia l'avviamento che la marcia avvengano altrettanto bene che colle valvole munite di molle. Per le locomotive a 4 cilindri gemelli si usano gli apparati 4 CN, ciascuno dei quali comanda le 4 valvole di introduzione e le 4 valvole di scarico della coppia di cilindri posta da ciascuna parte della locomotiva. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 29 Gli apparati sono disposti ai disopra del cilindro esterno cogli assi degli alberi a camme allineati come gli apparati 2 CN e 2 CP. Come già detto, l'apparato 4 CN è derivato dall'apparato 2 CN: si sono aggiunti le camme, i bilancini, le leve, ecc. di comando delle valvole del cilindro interno: le valvole del cilindro esterno sono comandate da pezzi identici a quelli che nell'apparato 2 CN azionano le valvole dell'unico cilindro. Il meccanismo di inversione è applicato alle sole camme del cilindro esterno ed è intercambiabile con quello dell'apparato 2 CN, salvo che per la lunghezza delle bielline e dei bracci di manovella dell'albero di inversione. Le camme di comando delle valvole dei due cilindri vengono regolate assieme, essendo le camme di apertura e chiusura introduzione rispettivamente accoppiate con giunti a denti e le camme di scarico dei cilindri interno ed esterno condotte in modo identico dall'albero a camme e dalle corrispondenti camme di introduzione. Con ciò riesce superflua una dettagliata descrizione: le sezioni trasversali, tanto sull'introduzione che sullo scarico, sia pel cilindro interno che pel cilindro esterno, riescono identiche alle corrispondenti sezioni in figg. 2 e 3 dell'apparato 2 CN. La sezione longitudinale è rappresentata in flg. 6 ed è sufficientemente spiegata da quanto sopra. La vite v che si vede in basso, serve a montare e fermare l'apparecchio al cilindro: il pezzo a squadra tratteggiato in cui si avvita è fissato al cilindro e porta due molle a ferro di cavallo simmetriche nelle cui By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 30 branche superiori si impegna un asse trasversale assai rigido collegato col basamento dell'apparato. L'apparato 4 CN si presta a qualsiasi angolo di calettamento dei bottoni di manovella dei cilindri esterno ed interno. Nelle ordinarie locomotive a 4 cilindri le due manovelle poste dalla stessa parte della locomotiva sono diametralmente opposte, ma agli effetti della maggior uniformità di coppia di avviamento e marcia conviene avere le manovelle a 135°. Si costruisce per questo caso una variante dell'apparato 4 CN, in cui le camme del cilindro interno sono in anticipo di 45° rispetto alla posizione ordinaria; le camme del cilindro interno sono identiche salvo che per l'angolo di calettamento, però è predisposto uno speciale indice di controllo che permette di verificare dall'esterno l'angolo di calettamento delle camme. Altri angoli di calettamento delle manovelle dei due cilindri serviti, da un unico apparecchio 4 CN sono quelli a 120° ed a 90°. Il primo è pel caso delle locomotive a tre cilindri a 120°, in cui la distribuzione viene operata da un apparecchio 2 CN per uno dei due cilindri e da uno 4 CN per gli altri due cilindri; il secondo è per il caso di una locomotiva a 2 cilindri interni nella quale torni comodo comandare le valvole dei due cilindri con un unico apparato 4 CN. In entrambi questi casi viene provveduto analoga mente al caso del calettamento a 135° . By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 31 Apparecchi distributori per locomotive a doppia espansione. Il problema dell'applicazione della distribuzione Caprotti alle macchine a doppia espansione è stato risolto seguendo la regola del grado di introduzione variabile nell'alta pressione e del grado di introduzione costante nella bassa pressione. Per via sperimentale è stato determinato il valore del grado di introduzione costante da adottarsi per la bassa pressione e tale valore è stato fissato nel 63%, per le macchine aventi cilindri a bassa di sezione 2,16 volte quella dei cilindri ad alta. In tal modo, mentre per l'azionamento delle valvole del solo cilindro ad alta (in macchine a 2 soli cilindri, oppure a 2 cilindri ad alta e 2 a bassa completamente separati come nelle Mallet) serve l'ordinario apparato 2 CN, con la sola variante dell'allargamento della camma di scarico (e questo allo scopo di diminuire opportunamente la compressione), per le valvole del cilindro a bassa è stato studiato un diverso apparato, il quale permette di mantenere l'introduzione costante. Per le locomotive a doppia espansione simmetriche, come quelle del gruppo 746, si è riunito su un solo apparato, il 4 CC, il comando dei due cilindri adiacenti di alta e bassa secondo la regola testé esposta. L'apparato 4 CC non differisce nel suo insieme dal 4 CN già descritto, solo sono diverse le camme di scarico U (vedi fig. 6 Tav. II) nonché il loro modo di trascinamento e non è più applicato il principio del By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 32 comando doppio con bilancino delle valvole di introduzione del cilindro a bassa (esterno). Per il comando di questa introduzione si utilizza la camma che. nell'apparato 4 CN serve per l'apertura (in marcia avanti) della introduzione cilindro esterno; il profilo di questa camma è costruito in modo che, agendo essa su rulli sostituenti gli ordinari bilancini di cui alla fig. 2 Tav. II. fa aprire e chiudere successivamente le valvo1e di introduzione in modo analogo come avviene per lo scarico. L'apertura e chiusura della introduzione seguiranno allora evidentemente la stessa legge di variazione angolare che segue la sola apertura negli apparati 2 CN e 4 CN e così, in marcia avanti, tanto la chiusura come l'apertura non varieranno dai massimi ai minimi gradi di introduzione. L'altra camma che negli apparati 2 CN e 4 CN serve per il comando della chiusura introduzione in marcia avanti, diviene qui superflua e potrebbe essere sostituita da un semplice disco portante le aste h di cui alla flg. 2 sopra citata. Si è ritenuto opportuno di utilizzarla facendone una camma ausiliaria, la cui sporgenza abbraccia un angolo limitato ma è così orientata, da far sì che alle grandi introduzioni nell'alta pressione le valvole di introduzione nella bassa rimangano aperte oltre quanto lo consentirebbe la camma principale. A tal uopo, al posto di ogni bilancino, anzichè un solo rullo sono montati due rulli identici l'uno accanto all'altro, ciascuno corrispondente ad una delle due camme: si ottiene così che, grazie alla camma ausiliaria, By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 33 quando le introduzioni nell'alta superano il 60%, le introduzioni nella bassa risultano superiori al 63%. L'apparato 4 CC risulta dissimmetrico fra la marcia avanti e quella indietro e le differenze di fase sono assai notevoli alle piccole introduzioni. Nelle grandi introduzioni quali necessitano per gli avviamenti e le manovre, anche la marcia indietro risulta soddisfacente e così l'apparato 4 CC viene adottato per le macchine a doppia espansione simmetriche che non debbono fare normalmente servizi n retromarcia, quali le macchine per treni diretti. Tale apparato è ora appunto applicato alle locomotive gruppo 746 da 101 a 106; 109, 110. b) LA TRASMISSIONE Si descrivono qui i due tipi di trasmissione più correnti, per macchine a due cilindri esterni, come la 740 e 744, del tipo chiamato a ponte e per macchine a 4 cilindri come le 685 e 746 del tipo a testa interna. L'ingranaggio calettato sulla sala è diviso in due metà per ragioni di montaggio e le due parti sono collegate da bulloni. La scatola che racchiude gli ingranaggi è portata dalla sala su bronzine munite di metallo bianco e con riparo di feltro alle estremità. Il pignone che imbocca nell'ingranaggio sala ha un lungo mozzo sul quale sono montati due cuscinetti a sfere di cui uno regge anche la spinta longitudinale, e l'interno del mozzo si accoppia coll’albero di trasmissione con montaggio scorrevole a baladeur che consente il molleggio della sala e le operazioni di montaggio. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 34 E interessante rilevare che il ponte è oscillante sui sopporti fissati al telaio e che gli alberi trasversali non hanno alle estremità un sopporto proprio, ma si centrano sul codolo con cui finisce l'albero a camme; la bronzina che circonda l'albero in vicinanza della coppa ha un diametro superiore di mm. i a quello dell'albero e serve di appoggio a questo soltanto quando l'apparato è disimboccato. La testa interna, come montata nelle locomotive gruppi 685 e 746, racchiude in una scatola ermetica gli ingranaggi degli accoppiatoi degli apparati. La testa è costruita in modo da poter montare gli alberi cogli accoppiatoi dopo che la testa è in opera e da poter versare il lubrificante e controllarne il livello senza doverla rimuovere. Anche qui gli alberi degli accoppiatoi vengono portati alle estremità esterne dai coduli con cui finiscono gli alberi a camme. Nelle locomotive gruppi 685 e 746 per ragioni di ingombro l'albero longitudinale non può andare diritto ed è munito di un giunto a due snodi cardanici. La bronzina dell'albero fra i due snodi viene sopportata da una traversa fissata al telaio e tanto la bronzina che gli snodi vengono protetti dalla polvere da appositi feltri. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 35 c) L'INVERSIONE DI MARCIA Nelle locomotive gruppo 740 e nelle prime quattro locomotive del gruppo 685 si è utilizzato per il comando in cabina il volantino usuale. Sono però state soppresse la vite e relativa chiocciola ed invece è stato montato un pignone da catena all'estremità anteriore di un albero tubolare che porta il volantino e che corre lungo la caldaia sino in prossimità dei cilindri. Il pignone è collegato con opportuna catena ad una corrispondente ruota montata sul prolungamento dell'albero di inversione dell'apparato di sinistra ed il rapporto del numero dei denti è tale che alla rotazione di 35° del volantino di cabina corrisponde l'intera rotazione di 128° dell'albero d'inversione. La catena coi relativi ingranaggi è chiusa in scatola di acciaio fuso che sopporta gli alberi degli ingranaggi e protegge il tutto dagli agenti atmosferici. L'albero portante la ruota da catena è collegato col prolungamento dell'albero di inversione dell'altro apparato a mezzo di due tiranti incrociati i quali consentono una rotazione inversa matematicamente uguale. In tal modo però risulta variabile la distanza tra gli alberi così collegati; onde permettere tale variazione gli accoppiamenti coi corrispondenti alberi degli apparati sono fatti con giunti di Oldham i quali permettono altresì di accoppiare gli apparati stessi. Le valvole di scarico qui rappresentate sono del tipo a molla di richiamo e la loro costruzione è identica a quella delle valvole per macchine a semplice espansione; le molle di queste valvole sono tali da garantire da sé sole By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 36 l'accelerazione necessaria per la chiusura, anche alle massime velocità. Le gabbie di queste valvole vengono bloccate contro la corrispondente sede conica del cilindro, dove debbono fare tenuta, e la molla agisce sul gambo della valvola a mezzo di un piattello che tiene in posto due semicollarini i quali penetrano in apposita scanalatura del gambo. Nel foro dell'estremità superiore del gambo entra il codulo di un grano in acciaio duro sul quale agisce direttamente lo spingivalvola. Tra la testa del grano ed il piano superiore del gambo sono interposte delle rondelle di acciaio di spessore assortito, le quali servono a registrare l'altezza del piano superiore del grano; a valvola chiusa, questa deve essere di mm. 145 sul piano del cilindro che serve di appoggio all'apparato distributore nonché alle piastre di chiusura delle camere di montaggio delle valvole. La valvola di introduzione del cilindro ad alta è identica a quella di introduzione dei cilindri delle macchine a semplice espansione e del tipo a molla leggera, ma è sprovvista di tale molla, perché facendosi lo scarico del cilindro ad alta pressione nel ricevitore anziché nell'atmosfera, un eventuale ritardo alla chiusura delle valvole d'introduzione di tale cilindro, non può mai causare una perdita all'atmosfera, ma solo un innalzamento della pressione nel ricevitore, il che facilita l'avviamento. Anche le valvole di introduzione sono munite di un grano con interposti spessori di registro; l'altezza del By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 37 piano superiore del grano della valvola di introduzione deve essere, a valvola chiusa, di mm. 137. I grani di tutte le valvole con molle hanno la testa a fungo allo scopo di facilitare il montaggio: spingendo l'apparato lungo le relative guide per metterlo in opera, le punterie possono montare da sé sui grani senza che si debba agire separatamente e contemporaneamente su tutte le valvole per evitare che le punterie od i gambi delle valvole debbano forzare e torcersi. La gabbia della valvola di introduzione ha due seggi conici che debbono fare tenuta contro corrispondenti seggi ricavati nei cilindri. La valvola di introduzione nel cilindro a bassa è di uguale costruzione identica a quella delle altre valvole di introduzione, salvo che per il suo diametro nominale e per la forma del gambo. Questo è munito di un astuccio allo scopo di aumentare la sezione sulla quale agisce la pressione del vapore che si trova nel ricevitore; così la valvola d'introduzione del cilindro a bassa può essere munita di una molla leggera uguale a quella agente sulla valvola d'introduzione del cilindro a semplice espansione ed anche nel cilindro a bassa viene realizzata la compensazione automatica durante la marcia a regolatore chiuso a malgrado della minore pressione nel ricevitore. Le valvole d'introduzione e di scarico delle locomotive del gruppo 744 e di quelle costruite dopo il 1926 sono di costruzione identica a quella di tutte le valvole senza molle per qualsiasi locomotiva, fatta eccezione della forma del gambo per le valvole d'introduzione del cilindro bassa delle macchine a doppia espansione, che rimane uguale a quella testé descritta. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 38 Le gabbie tanto dell'introduzione che dello scarico sono uguali a quelle corrispondenti delle valvole con molle, le guide e gli altri pezzi sono di costruzione analoga, solo vengono soppressi i piattelli ed i semicollarini delle molle, i grani non hanno più la forma a fungo perché durante il montaggio le valvole rimangono tutte spalancate e non vi è pericolo che le punterie inciampino nei grani. I gambi delle valvole di introduzione hanno diametro identico a quello delle corrispondenti valvole con molle ed hanno un'appendice che penetra col giuoco di un millimetro in un foro nel cilindro. Al disotto del gambo della valvola di scarico vi è un'asta in acciaio inossidabile che lavora come stantuffo in una bussola bloccata nel cilindro. L'asta ha una sezione tale che sotto l'azione della pressione di caldaia, può esercitare una forza dal basso all'alto sufficiente a sostituire l'azione della ordinaria molla di chiusura della valvola. Il foro in cui penetra l'appendice del gambo della valvola di introduzione e la camera in cui penetra l'asta sottostante alla valvola di scarico, sono collegati fra di loro e per mezzo di opportuna tubazione sono posti in comunicazione colla camera di equilibrio della valvola equilibrata del regolatore. Il funzionamento di questo regolatore è tale che non appena lo si apre, anche di poco, la camera di equilibrio si porta ad una pressione vicina a quella di caldaia, mentre nella tubazione principale la pressione non è ancora salita apprezzabilmente. E così possibile di far pervenire rapidamente il vapore in pressione sotto l'asta della valvola di scarico e l'appendice del gambo della valvola di introduzione, e By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 39 così entrambe le valvole sono portate subito in posizione di lavoro. Il vapore che sfugge pel giuoco tra l'appendice ed il foro corrispondente non è perduto, perché affluisce nella camera di distribuzione: di mano in mano che qui sale la pressione, il vapore che passa nel giuoco va diminuendo e la forza necessaria a mantenere la valvola in posizione di lavoro viene successivamente data dalla pressione sul gambo della valvola, anziché da quella sull'appendice del gambo stesso. L'appendice ha quindi la sola funzione di portare la valvola in posizione di lavoro all'avviamento. I tipi più correnti delle valvole comandate dagli apparati 2 CN e derivati sono da 140, 160 e 180 mm.; quelli correnti comandati dagli apparati 2 CP sono da 90 e da 110 mm. Nelle locomotive del gruppo 685 successivamente costruite, nonché nelle locomotive dei gruppi 746 e 741, è abolito anche il volantino il quale è sostituito da una leva a mano che si muove in senso trasversale ed è montata su un albero longitudinale che corre sotto il praticabile. All'estremo anteriore di tale albero è montata una leva di braccio opportuno collegata a mezzo di tiranti semplici con corrispondenti leve montate sul prolungamento degli alberi di inversione degli apparati. Questi alberi sono uniti coi relativi prolungamenti mediante un'ancora fermata con un cavalletto la quale trasmette il movimento e blocca assieme le due estremità affacciate. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 40 d) LE VALVOLE PER LOCOMOTIVE In relazione alla disposizione dei vari organi degli apparati distributori, le valvole sono disposte simmetricamente rispetto al piano verticale in cui giace l'asse dell'albero a camme. Nelle macchine a due cilindri le valvole di introduzione sono interno e quelle dello scarico sono esterne; nelle macchine a 4 cilindri le valvole di introduzione sono la seconda e la terza e quelle di scarico la prima, e la quarta, tanto dalla parte anteriore che da quella posteriore. Le valvole sono normalizzate in pochi tipi e contraddistinte dal loro diametro nominale in millimetri, che è quello minore della sede superiore. Le valvole comandate dagli apparati 2 CN e derivati sono diverse per la introduzione e lo scarico1, mentre invece sono tutte uguali fra di loro le valvole dello stesso cilindro comandate dagli apparati 2 CP. Tanto le valvole di introduzione che quelle di scarico aventi uguale diametro nominale sono intercambiabili fra di loro anche su locomotive di tipo diverso, ad eccezione delle valvole di introduzione dei cilindri a bassa delle macchine a doppia espansione gruppo 746 le quali hanno stelo e guida speciali2. 1 Fanno eccezione le valvole nella locomotiva 740691 che sono tutte identiche fra loro, ma diverse da quelle delle locomotive successive. 2 Fanno pure eccezione le valvole a gabbie da 160 delle locomotive da 740692 a 740697 e quelle da 146 nelle locomotive da 685861; 865; 867; 869 in cui esiste 1'intcreambiabilità fra le valvole delle macchine appartenenti allo stesso gruppo, ma non colle valvole delle locomotive di costruzione successiva. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 41 ____________________________________________ Istruzione per il montaggio _______________ Alquanto diverse sono le condizioni tra il montaggio che si fa in officina in sede di nuova costruzione, trasformazione o grande riparazione, con tutta la distribuzione da regolare e mettere a punto, ma con tutti i mezzi e le comodità di controllo e di eventuale correzione, dei montaggi parziali che si fanno in esercizio. Le norme per la verifica e la messa a punto dei vari organi della distribuzione. Caprotti (valvole, apparati, trasmissione, inversione movimento) sono minutamente descritte nell'Istruzione Tecnica n. TU 27/420 del 10 gennaio 1947; e ad ogni modo si riassumono qui le principali istruzioni che possono servire di guida peri vari tipi. a) GLI APPARATI DISTRIBUTORI Il montaggio dell'apparato in sé non richiede istruzioni: l'apparato viene fornito montato ed è costruito in modo da evitare la possibilità di montaggi sbagliati. In By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 42 caso di verifica interna c'è solo da avvertire che il tutto deve essere accuratamente pulito e poi si deve mettere olio da cilindri per vapore surriscaldato sino a superare la metà dell'apposito vetro di spia. Pel montaggio dell'apparato sul cilindro, si fa scorrere l'apparato stesso nell'apposita guida, badando a che le punterie non vadano a battere contro i grani delle valvole; tale pericolo è evitato in tutti gli apparati in cui le punterie sono munite di dispositivo dì protezione con piani inclinati e dove le valvole sono senza molle. Avanti di spingere a fondo l'apparato si deve fare attenzione a che la manovellina dell'apparato sia in posizione corrispondente all'intaglio dell'innesto3. Gli apparati delle macchine a due cilindri si montano spingendoli a mano e giunti in fondo si debbono serrare i cavallotti laterali che li fissano così nei cilindri. Gli apparati 4 CN e 4 CC si mandano a posto e si bloccano colla semplice azione della vite inferiore appositamente prevista; dopo stretta questa vite si deve mettere o stringere la relativa vite di sicurezza. Quando l'apparato è fermato si collega l'albero di inversione coll’apposita ancora. Con ciò la macchina è pronta e risulta centrata purché siano ben registrate le punterie. In ogni caso dubbio se ne deve fare la verifica, che si compie più comodamente su di un piano di tracciamento, ma che si 3 Nelle prime macchine, che sono munite di giunto d'Oldham per il collegamento dell'albero di inversione, si deve preparare la leva in centro e l'albero di inversione dell'apparato in posizione mediana: così i due alberi da congiungersi risultano corrispondenti ed il giunto d' Oldham ha una chiavetta verticale e l'altra orizzontale cosicché si può montare spingendo l'apparato orizzontalmente. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 43 può anche eseguire sul cilindro mettendo l'apparato in posizione tale che le punterie si trovino circa a metà tra valvola e valvola. Le punterie devono essere verificate e regolate quando le leve che le comandano sono in posizione di riposo a valvola chiusa, tenendo però presente che le leve di comando introduzione hanno tre posizioni di riposo di cui è da considerare l'intermedia, quando l'opposta leva di introduzione è pure in posizione intermedia e così le opposte valvole sono entrambe chiuse. In tali condizioni il giuoco di punteria deve essere di un millimetro e cioè i piani inferiori degli spingivalvole debbono essere alti 138 mm. per l'introduzione e 146 mm. per lo scarico sul piano di appoggio dell'apparato. Come regola per la verifica delle punterie scarico controllare la punteria di una valvola mentre la valvola opposta sarebbe aperta: in tali condizioni, salvo qualche posizione speciale nelle macchine a doppia espansione, la punteria che si controlla è nella voluta posizione di riposo. Per la verifica delle punterie introduzione, mettere l'albero di inversione in posizione mediana e manovellina verticale: in tale posizione si verificano le punterie di tutte le valvole delle macchine a due cilindri, a 4 cilindri con calettamento delle manovelle a 180° ed a 3 cilindri; per le macchine a 4 cilindri con calettamento a 135° si verificano in questa posizione solo le punterie del cilindro esterno, mentre per verificare quelle del cilindro interno occorre far ruotare l'apparato di 45° nel senso degli indici dell'orologio. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 44 Qualora l'altezza delle punterie fosse sbagliata, si corregge smontando ed aggiungendo o sottraendo spessori tra il grano e lo spingivalvole della punteria. Nelle locomotive da 740692 a 740697 e da 685861; 865; 867; 869 il giuoco normale di punterie è di mezzo mm. anziché di uno, cosicché le altezze dei piani inferiori degli spingivalvola debbono essere di 145,5 e 137,5 mm. h) LA TRASMISSIONE Il sistema di trasmissione ordinariamente usato è quello ad ingranaggi (quasi sempre conici) con ricorso a giunti cardanici ove non è possibile farne a meno. Eccezionalmente la trasmissione può essere fatta con biellismi i quali si montano senza bisogno di particolari istruzioni, tutt'al più sulla scorta dei disegni di assieme. In tutte le trasmissioni ad ingranaggi è da curare che questi imbocchino bene e non forzati, che l'interno delle scatole ed i singoli pezzi, particolarmente i cuscinetti a sfere, siano stati accuratamente puliti, che non manchino i feltri di protezione dalla polvere e per la tenuta dell'olio. Si deve fare attenzione che nell'ingranaggio in due metà fissato sulla sala vi può essere del giuoco in corrispondenza del giunto e ciò allo scopo di poter bloccare con sicurezza l'ingranaggio: è assolutamente necessario che i bulloni di blocco siano stretti in modo che il giuoco sia uguale dalle due parti, e che così i vani fra dente e dente in corrispondenza del giunto risultino By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 45 uguali fra di loro nonché agli altri valli fra dente e dente. Di regola però tale ingranaggio non va smontato e quando si deve calare la sala od altro per un riscaldo non occorre neppure aprire la scatola ingranaggi sala. In tutte le trasmissioni che comandano apparati 2 CN o derivati, vi è una graduazione sulla sala ed una su ciascun innesto con cui imbocca l'albero a camme dell'apparato. Tali graduazioni vanno da 1 a 36, e, per la messa in fase della distribuzione, si deve curare che in corrispondenza degli appositi indici si legga lo stesso numero sulla sala e sugli innesti. In queste trasmissioni i due innesti girano in senso inverso, in modo che in marcia avanti l'apparato di destra gira nello stesso senso delle ruote e l'apparato di sinistra gira in senso opposto: perché sui due accoppiatoi si legga lo stesso numero occorre che siano imboccati giusti gli ingranaggi che portano gli innesti stessi. Nelle trasmissioni dove si può aprire la scatola ingranaggi mentre gli accoppiatoi sono in opera, basta semplicemente montare il pignone mentre i due innesti sono in posizione relativa tale da leggere lo stesso numero sulle due graduazioni. Nelle altre trasmissioni, dove la scatola degli ingranaggi va posta in opera già chiusa, sulla scatola vi sono delle cave di riferimento, a cui debbono corrispondere le cave di calettamento degli ingranaggi conici cogli accoppiatoi: quando si chiude la scatola si deve fare osservazione a che si verifichi tale corrispondenza. Il numero dei denti degli ingranaggi che portano gli innesti è di 36 e così ogni dente corrisponde ad una divisione ed è possibile di mettere in By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 46 corrispondenza esatta le graduazioni. I due ingranaggi sono identici fra di loro, mentre gli innesti sono diversi e non debbono essere scambiati: ad evitare sbagli, quello di destra è marcato colla lettera D e quello di sinistra colla lettera S. Nelle trasmissioni che comandano gli apparati 2 CP vi è un albero trasversale unico, che porta alle estremità gli innesti per gli apparati, i quali vengono così a girare entrambi nello stesso verso delle ruote; di conseguenza in marcia avanti e visto dall'esterno, l'apparato di destra gira nel senso degli indici dell'orologio e quello di sinistra gira in senso inverso. In queste trasmissioni gli innesti sono uguali fra di loro e non sono graduati, mentre è graduato l’albero in vicinanza della scatola degli ingranaggi e l'ingranaggio, pure di 36 denti, dell'albero trasversale può imboccare comunque col pignone dell'albero longitudinale, Nel gruppo ingranaggi sala, l'ingranaggio sala ha anche 36 denti ed il pignone della trasmissione longitudinale che imbocca coll'ingranaggio sulla sala, ha lo stesso numero di denti che ha il pignone del gruppo ingranaggi innesti: 25 per le trasmissioni degli apparati 2 CN e derivati e 24 per quelle degli apparati 2 CP; nei casi in cui il modello degli ingranaggi sala risultasse troppo grande i denti dei due ingranaggi sono raddoppiati e cioè portati rispettivamente a 72 e 50. In tal modo, se le cave sugli alberi e negli ingranaggi e le graduazioni sono eseguite nella giusta posizione è possibile di fare coincidere le graduazioni. In tutte le trasmissioni è previsto un montaggio scorrevole (baladeur), di regola nel pignone del gruppo By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 47 ingranaggi sala e negli altri casi nel pignone del gruppo ingranaggi innesti, onde consentire allungamenti della trasmissione conseguenti al molleggio della sala. Tale scorrevole è costruito così lungo da permettere il disimbocco del pignone sala e la sua fuoruscita dalla scatola ingranaggi senza ulteriori montaggi della trasmissione e così è reso possibile di liberare rapidamente la sala, che può senz'altro venire calata per visite o riparazioni. Il disimbocco del pignone sala permette altresì di portare a coincidere le graduazioni in quanto rende possibile il far ruotare tutta la trasmissione sino a che sugli accoppiatoi si legge la stessa divisione che sulla sala. Lo scorrevole delle trasmissioni per gli apparati 2 CN e derivati è a 5 chiavette, mentre quello delle trasmissioni per gli apparati 2 CP è a 4 ,così in entrambi i casi, comunque si infili l'albero nel pignone, l'eventuale spostamento angolare risulta di un numero intero di denti, e con giusto imbocco di questi, si portano le graduazioni a coincidere. Nei casi in cui per ragioni di ingombro, costruzione o montaggio, si deve ricorrere a giunti cardanici nella trasmissione longitudinale, se il numero dei denti del pignone sala è di 25, un montaggio rovesciato di una. forcella da cardano, può portare ad una differenza di mezza divisione nelle graduazioni: in tal caso occorre ricercare dove il montaggio è stato fatto capovolto, ciò che si può riscontrare se vi sono delle marcature, e montare come dalle marche; in assenza di queste si capovolge uno qualunque degli accoppiamenti, By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 48 che allora si deve intendere che gli stessi sono perfettamente simmetrici. Quando tutto è montato si ha un mezzo di controllo, per la eventualità che le graduazioni o gli innesti fossero inesatti dalla seguente regola: nell'apparato di destra la manovellina montata sull'estremo dell'albero a camme, e che serve per l'accoppiamento colla trasmissione, si deve trovare sempre ugualmente orientata della manovella motrice di destra; se la linea dei punti morti della manovella motrice è parallela al piano di appoggio dell'apparato, la manovella motrice e la manovellina dell'apparato non sono ugualmente orientate e la differenza fra gli orientamenti è costantemente uguale all'angolo formato tra detti linea e piano; nelle locomotive a 3 o 4 cilindri la manovella motrice da considerare è quella esterna. Poiché la manovellina dell'apparato imbocca nell'intaglio dell'innesto, la verifica della trasmissione si fa dagli innesti anziché dagli apparati. Si può fare anche da questi ultimi, levando il tappo grande esterno dal quale si scopre l'estremo esterno dell'albero a camme: sulla testata dell'albero è tracciata una linea diametrale con una stella orientata come la manovellina. Dalla regola ora esposta ne viene di conseguenza che, nelle macchine con apparati 2 CN e derivati, la manovellina dell'apparato di sinistra, che gira in senso inverso a quello delle ruote, si troverà egualmente orientata della corrispondente manovella motrice soltanto quando questa si trova ai punti morti; se il piano di appoggio dell'apparato non è parallelo alla linea dei punti morti vi sarà la differenza dell'angolo corrispondente. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 49 Nelle locomotive munite degli apparati 2 CP, poiché anche a sinistra l'apparato gira come le ruote, la regola esposta per la parte destra vale anche per la parte sinistra. In sede di primo montaggio occorre controllare che gli assi degli innesti siano allineati cogli assi degli apparati, e nelle costruzioni dove l'innesto si centra sull'estremo dell'albero a camme si deve verificare che quest'ultimo non risenta dannosi sforzi laterali. Gli eventuali giunti cardanici e sopporti intermedi debbono essere provvisti di una scatoletta di lubrificazione disposta in posizione conveniente; la scatola degli ingranaggi degli accoppiatoi, quando Š difficilmente accessibile senza smontaggio, deve pure essere munita di una scatoletta di lubrificazione collegatavi con un tubo di diametro tale da lasciar facilmente passare olio da cilindri a vapori surriscaldato. c) INVERSIONE DI MARCIA Per il montaggio del comando d’inversione basta la scorta dei disegni, in sede di costruzione o trasformazione bastano la guida del buon senso e gli ordinari accorgimenti di medi operai per gli smontaggi, revisioni e rimontaggio successivo. A controllo del giusto montaggio del comando della inversione vi è solo da verificare che alle posizioni estreme del meccanismo di comando in cabina, sia esso a volantino che a leva, corrispondano le posizioni estreme degli alberi di inversione di entrambi gli apparati; la By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 50 rotazione totale che debbono fare tali alberi di inversione è di 128° per gli apparati normali 2 CN e derivati e di 110° per gli apparati piccoli 2 CP. Si deve fare attenzione che gli arresti di fine corsa della manovra siano nel meccanismo di cabina, e ad ogni modo tali da evitare che si possa funzionare cogli apparati eccessivamente forzati in una de1le posizioni di massima introduzione avanti ed indietro; ciò ad evitare inconvenienti di ordine meccanico, particolarmente riscaldi e logorii che si potrebbero verificare per attriti anormali. E’ da tener presente che a macchina nuova il comando dell'inversione è di regola duro, specialmente vèrso la posizioni estreme, ma, purché il montaggio sia eseguito a regola d'arte, la manovra diviene poi facile e rapida, soprattutto mentre la locomotiva è in moto. d) LE VALVOLE Il montaggio delle valvole risulta evidente dai disegni di cui alla descrizione. Si deve badare che gli aggiustaggi conici delle gabbie nei cilindri siano accuratamente smerigliati in modo che a gabbia bloccata si abbia la tenuta perfetta della unica sede delle gabbie di scarico e di entrambi le sedi delle gabbie di introduzione. Le sedi delle gabbie debbono essere accuratamente spalmate di grafite spappolata in olio di lino cotto avanti di fare il montaggio. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 51 I prigionieri della piastra debbono essere stretti a fondo e successivamente si deve bloccare la gabbia colla vite centrale servendosi dell'apposita chiave. Si devono registrare le eventuali viti di arresto poste nel cilindro in corrispondenza delle valvole, in modo che le corse totali delle valvole di introduzione siano comprese tra 19 e 20 mm., e quelle delle valvole di scarico siano comprese tra i 26 e 28 mm.; si deve badare a bloccare a fondo i controdadi di queste viti. Si deve registrare cogli appositi spessori l'altezza dei piani superiori dei grani posti sopra i gambi delle valvole: a valvola chiusa, le altezze debbono essere di 137 mm. e 145 mm., rispettivamente per le valvole di introduzione e le valvole di scarico. Questa verifica si fa con apposito calibro. I gambi delle valvo1e debbono scorrere liberi, ma non con eccessivo giuoco, entro le proprie guide. Per le locomotive a doppia espansione gruppo 746 fermi restando i dati sopradetti per le valvole d'introduzione A. P e di scarico, uguali tanto per l'A. P. che per la B. P., i dati relativi alle valvole d’introduzione B. P. sono i seguenti: corsa compresa fra 24 e 25 mm.; altezza del grano superiore 142 mm. Corrispondentemente negli apparati 4 CC l'altezza delle punterie introduzione B. P. deve essere di 143 mm. By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore Tavola I By Giuseppe Giovanelli – Adriavapore 53 Tavola II By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore 54 Tavola II (continua) By Giuseppe Giovanelli - Adriavapore