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Locomotive Diesel-Electrique Type 201

S. Boulanger, Ingénieur principal du Matériel et des Achats de la S.N.C.B.

jeudi 6 août 2009, par rixke

 Généralités.

La partie mécanique des locomotives type 201 a été construite par la S.A. John Cockerill, en collaboration avec les Ateliers Métallurgiques de Nivelles et la S.A. Baume-Marpent-pour les caisses. Le moteur Diesel a été construit par la S.A. John Cockerill sous licence Baldwin et la transmission électrique par les Ateliers de Constructions Électriques de Charleroi sous licence Westinghouse. L’installation motrice est donc du type Baldwin-Westinghouse bien connu aux États-Unis.

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Ces locomotives sont du type B.B., c’est-à-dire qu’elles comportent deux bogies à deux essieux moteurs. La puissance disponible pour la traction, à l’entrée de la génératrice principale, est de 1.600 chevaux. Le poids global en ordre de marche, avec approvisionnements complets, comprenant 4.000 litres de gasoil et 3.000 litres d’eau pour le chauffage du train, est de 87 tonnes. Sa vitesse maximum est de 120 km/heure. L’effort de traction maximum à la jante en régime continu est de 1 7.000 kg à la vitesse de 20 km/heure.

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Ces locomotives sont conçues pour services mixtes : voyageurs et marchandises. Le chauffage des trains de voyageurs est assuré à l’aide d’une chaudière à vapeur automatique fonctionnant au gasoil. Cette chaudière, fournie par la Vapor Heating Corporation (type Vapor-Clarkson OK 4616) est capable d’une production horaire de vapeur de 780 kg.

Les dimensions principales et la disposition adoptée pour les différentes parties constitutives de l’équipement sont représentées au schéma ci-joint.

Mise à bogies de la caisse.

On trouve de l’avant vers l’arrière :

  1. le poste de conduite avant, auquel on accède par deux portières latérales ; il est muni de commandes simples prévues pour la conduite à gauche et il contient une porte donnant accès au compartiment des machines ainsi qu’une porte à deux vantaux s’ouvrant sur l’armoire à appareillage électrique ;
  2. le compartiment central, ou salle des machines, contenant notamment l’armoire à appareillage électrique, la chaudière de chauffage et son réservoir d’alimentation, le groupe Diesel-génératrice et ses auxiliaires, le compresseur de frein et le réservoir principal à air comprimé ;
  3. le compartiment des radiateurs, avec ventilateurs de refroidissement entraînés par moteurs électriques ;
  4. le poste de conduite arrière, analogue au poste de conduite avant, et contenant une armoire vestiaire et des coffres à outils.

Le réservoir à gasoil est disposé sous le châssis entre les bogies de même que les deux bacs à batteries d’accumulateurs situés de part et d’autre du réservoir.

 Partie mécanique.

Compté tenu du poids relativement élevé de la motorisation (50 tonnes environ) , la construction de la partie mécanique de la locomotive a dû faire l’objet d’une attention toute particulière en vue de ne pas dépasser le poids total en ordre de marche imposé.

Dans ce but, la caisse de la locomotive est du type autoportant, les long-pans et le châssis constituant deux poutres en treillis à grande hauteur. Les membrures inférieuresde ces poutres, qui forment le châssis proprement dit, se développent en deux caissons fortement entretoisés par des éléments de résistance, traverses d’extrémité, traverses de pivot et réservoir à gasoil central ; les membrures supérieures sont constituées par des caissons situés au niveau du pavillon et sont entretoisées aux extrémités du compartiment central et de part et d’autre du groupe Diesel-génératrices ; les montants et les diagonales sont agencés de telle sorte que, sous les charges verticales, tous les montants soient comprimés et toutes les diagonales tendues.

A part les avant-corps du châssis qui sont exécutés en acier demi-dur, la caisse est entièrement réalisée en acier doux et les éléments en sont assemblés par soudure.

Les locomotives sont équipées des organes de choc et de traction standards : butoirs latéraux du type à bagues et crochet de traction de 100 tonnes. La possibilité de monter ultérieurement un attelage central automatique a été réservée.

Bogies à deux moteurs.

Les bogies sont du type Pennsylvanian, sur châssis monobloc en acier moulé. La traverse danseuse supporte la charge de la caisse sur deux lisoirs latéraux garnis de caoutchouc et dont les surfaces frottantes sont en acier au Mn ; elle est reliée au châssis de bogie, par l’intermédiaire de ressorts à pincettes, par des bielles de suspension verticales en position moyenne. Le pivot central ne sert qu’à la transmission des efforts horizontaux et au guidage de la caisse ; son logement dans la traverse danseuse s’opère par l’intermédiaire d’une bague garnie de caoutchouc, qui confère à la caisse une certaine mobilité angulaire par rapport au bogie. Des butées en caoutchouc, montées sur la traverse de pivot de caisse au droit des longerons du bogie, limitent les déplacement angulaires de roulis de la caisse.

Le châssis de bogie repose par l’intermédiaire des ressorts en hélice sur les sommiers de suspension en tôle d’acier, qui prennent eux-mêmes appui sur les boîtes d’essieux. Celles-ci sont à roulements S.K.F. et sont guidées dans le châssis de bogie par des glissières en acier au Mn.

Les timoneries de frein de chaque bogie sont indépendantes ; chaque bogie porte 4 cylindres de frein de 10" freinant chacun une roue au moyen de deux sabots diamétralement opposés. Dans chaque poste de conduite est prévu un frein à main agissant sur une roue de chaque essieu du bogie voisin.

Le poids de la partie mécanique de la locomotive se décompose comme suit :

Caisse 13 tonnes
2 bogies (sans moteur) 16,6 tonnes
Total 29,6 tonnes
Dépose du groupe Diesel-génératrice.

 Le moteur Diesel

Caractéristiques générales.

Le moteur Cockerill-Baldwin (type 608 A) fonctionne selon le cycle à 4 temps suralimenté.

Il comporte 8 cylindres en ligne de 324 mm d’alésage et de 394 mm de course.

Il développe une puissance effective nominale, en régime continu, de 1.750 chevaux à la vitesse de 625 tours/minute. La pression moyenne effective correspondante est de 9,85 kg/cm2 et la vitesse moyenne du piston de 8,8 mètres par seconde. La vitesse de ralenti est réglée à 315 tours/minute.

Le groupe de suralimentation est du type Brown-Boveri. Il comporte une turbine actionnée par les gaz d’échappement du Diesel entraînant une soufflante centrifuge montée sur le même arbre (système Bûché). Il est monté sur un socle porté par la génératrice principale.

Description des principaux organes.

Le soubassement, constitué d’éléments en acier laminé et en acier moulé assemblés par soudure, est muni d’un prolongement renforcé supportant la génératrice principale et est fixé en quatre points au châssis de la locomotive.

Il sert de réservoir pour l’huile de graissage et comporte de robustes traverses en acier moulé supportant les paliers principaux. L’alésage de précision des logements de ces paliers élimine l’usage de clinquants de réglage. Les coussinets en deux pièces sont du type mince de précision et, constitués d’un coquille en acier garnie de bronze au plomb, lequel est recouvert d’une couche mince d’antifriction. Ils peuvent aisément être remplacés à travers les couvercles de visite dans le bâti sans devoir toucher au vilebrequin.

Le bâti est également un assemblage soudé en éléments d’acier laminé et moulé. Il forme le logement des fourreaux de cylindres et de la partie supérieure du vilebrequin.

Les fourreaux de cylindres sont du type humide, en fonte à haute résistance, revêtus intérieurement d’un chromage dur poreux. Ils sont finis par honage.

L’étanchéité à la partie inférieure en est assurée par deux joints en caoutchouc, qui permettent la libre dilatation.

Les pistons, en alliage d’aluminium traité, sont refroidis par une circulation d’huile à travers un serpentin coulé dans la masse. Ils sont munis de quatre segments d’étanchéité et de trois segments râcleurs d’huile, dont un situé au-dessus de l’axe de piston et deux en dessous. L’axe de piston, du type flottant, est creux de manière à permettre le passage de l’huile.

Les bielles, en acier allié forgé et traité, sont forées pour permettre la lubrification sous pression des buselures d’axe de piston, lesquelles sont en bronze. La tête de bielle est munie de coussinets en deux pièces du type mince de précision, comme ceux des paliers principaux. Les boulons de tête de bielle sont en acier allié traité.

Le vilebrequin est d’une pièce en acier allié à faible teneur en nickel, forgé et traité thermiquement pour une résistance de 70 kg/mm2. Des forages sont aménagés pour l’amenée de l’huile de graissage à tous les paliers. Il est muni de contrepoids et équilibré dynamiquement. La flange d’accouplement à la génératrice principale fait partie intégrante du vilebrequin.

Les culasses, séparées par cylindre, sont en fonte spéciale à haute résistance et fixées au bâti par six goujons en acier allié traité. Chacune d’elles est pourvue d’un injecteur central, de deux soupapes d’admission et de deux soupapes d’échappement. Les soupapes sont en acier spécial traité et entourées chacune de deux ressorts concentriques. Elles sont reliées deux par deux par un pont de soupapes, grâce auquel un seul culbuteur actionne simultanément un groupe de deux soupapes.

L’autre extrémité des culbuteurs, qui sont montés dans des supports fixés aux culasses, est attaquée par des tige-poussoirs creuses. Celles-ci reposent à leur partie inférieure dans des poussoirs munis de galets en acier cémenté et trempé avec buselures flottantes en bronze graissées sous pression.

L’arbre à cames est en deux pièces boulonnées, démontables séparément, avec cames cémentées, trempées et rectifiées ; il est entraîné par une chaîne à rouleaux.

La partie supérieure du mécanisme de distribution est protégée par un carter rapporté en aluminium.

Les injecteurs sont du type à aiguille (genre Bosch). Les pompes d’injection, individuelles par cylindre, sont du type à piston plongeur tournant : la rotation du piston fait varier le débit grâce à l’action d’une rainure de décharge profilée usinée dans la masse.

Alimentation en combustible.

Une pompe d’alimentation, entraînée par moteur électrique, et protégée par une soupape de sûreté (2.5 G/cm2) aspire le combustible du réservoir à travers un filtre à crépine métallique et le refoule au travers d’un filtre à cartouche dans la conduite principale d’alimentation des pompes d’injection. Cette conduite est reliée à une soupape de réglage s’ouvrant pour une pression de 1,75 G/cm2, et par laquelle le combustible refoulé en excès retourne au réservoir.

Alimentation d’une locomotive 201 à la remise de Kinkempois.

Ce dernier, d’une capacité de 4.000 litres, est situé entres les bogies à la partie inférieure du châssis, dont il fait partie intégrante. Il comporte, de chaque côté de la locomotive : un orifice de remplissage, une jauge à lecture directe et un voyant avertisseur de fin de remplissage. En outre, un indicateur de niveau à distance transmet ses indications à chacun des postes de conduite.

Une vanne d’arrêt d’urgence, à commande manuelle, est montée sur la tuyauterie d’aspiration.

Graissage.

La circulation d’huile est assurée par une pompe à engrenages, commandée par le vilebrequin au moyen d’une chaîne à rouleaux. L’huile contenue dans le soubassement est aspirée à travers un filtre à crépine, et refoulée vers les organes à graisser à travers un filtre à cartouches absorbantes, et un filtre à chicanes. Ce dernier, qui est destinée à retenir, le cas échéant, les débris de cartouche, se nettoie par rotation d’une clef. La pompe à huile et l’ensemble filtre à cartouches-réfrigérant sont protégés par des clapets de by-pass.

La turbo-soufflante possède un dispositif de graissage indépendant du Diesel.

Refroidissement.

La circulation de l’eau de refroidissement est assurée par une pompe centrifuge entraînée par chaîne.

Coupe transversale à travers le moteur Cockerill-Baldwin

L’eau introduite à la base des cylindres sort du moteur par les culasses et, de là, se rend aux radiateurs disposés latéralement dans le compartiment à l’extrémité de la locomotive. L’eau refroidie retourne à l’aspiration de la pompe en passant à travers le réfrigérant d’huile de graissage.

Les deux ventilateurs de refroidissement sont actionnés chacun par un moteur électrique alimenté par la génératrice principale. La température de l’eau est maintenue plus ou moins constante (75°C à 85°C) par le contrôle thermostatique de la vitesse de rotation des ventilateurs, dont les moteurs d’entraînement ont trois régimes de fonctionnement :

  • arrêt ;
  • vitesse moyenne (demi-tension de la génératrice) ;
  • pleine vitesse (demi-tension de la génératrice et shuntage des inducteurs).

En vue de parer à une défaillance éventuelle du contrôle thermostatique, l’interrupteur de commande des ventilateurs comporte une position « Secours », pour laquelle ils tournent en permanence à la vitesse maximum.

Une dérivation sur le circuit de refroidissement alimente les chaufferettes à air pulsé pour le chauffage des postes de conduite et le dégivrage.

Régulation.

La vitesse du moteur Diesel est contrôlée par un régulateur du type hydraulique isochrone à vitesse réglable (Woodward), entraîné par l’arbre à cames par l’intermédiaire d’un couple d’engrenages coniques. Le régulateur est commandé pneumatiquement à distance par le levier d’accélération au poste de conduite. Pour une position déterminée de ce dernier, il maintient la vitesse pratiquement constante quelle que soit la charge, en agissant sur l’arbre de commande qui fait varier le débit des pompes d’injection.

Sécurités.

Différents dispositifs de sécurité protègent automatiquement les principaux organes du moteur, soit en l’arrêtant soit en le ramenant au ralenti si des conditions dangereuses se présentent.

Un régulateur de survitesse, entraîné par l’arbre à cames au moyen d’engrenages, arrête le moteur par action mécanique sur l’arbre de commande des pompes d’injection lorsque la vitesse dépasse une valeur déterminée (supérieure au maximum de 10 % à la vitesse nominale).

Un relais à pression d’huile arrête le moteur au cas où la pression d’huile tombe en dessous de la valeur minimum de sécurité requise (1 G/cm2).

Un relais de température d’eau ramène le moteur au ralenti si la température de l’eau dépasse 94° C.

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