LOCOMOTIVA FCS400

 

La locomotiva FCS400 (Ferrovie Complementari Sarde) è una loco-tender di rodiggio 1-3-1 costruita nel 1931 dalle Officine Reggiane di Reggio Emilia.

E' dotata di un carrello anteriore di tipo Zara e di un carrello posteriore con speciali boccole radiali che permette la corretta inserzione lungo il raggio di curvatura.

L'alimentazione dei cilindri è a vapore surriscaldato e la caldaia è alimentata a carbone.

La locomotiva dispone di due sistemi di frenatura, manuale ed a vuoto col sistema Hardy.

Lo scartamento è di 950 mm ed i due cilindri hanno alesaggio 380 mm e corsa 500 mm.

La lunghezza totale è di 9256 mm.

La scelta di realizzare un modello in scartamento 5" (127 mm) di questa locomotiva risale alla voglia di costruire qualcosa di nuovo e la distribuzione Caprotti mi ha intrigato molto.

La ricerca del modello da realizzare mi ha portato alla fine alla FCS400 grazie alla grande disponibilità del personale A.R.S.T. (Azienda Regionale Sarda Trasporti) che si è dato

molto da fare per trovare i disegni originali e scannerizzarli e che mi ha accolto calorosamente durante la mia visita a Cagliari Monserrato. Un doveroso ringraziamento va al

Presidente Chicco Porcu, al Direttore Ing. Carlo Poledrini, all'Ing. Silvestro Lollo, all'Ing. Alessandro Boccone ed ai collaboratori Sigg. Alfredo Spiga e Dario Mocci.

Un ringraziamento anche al Sig. Giuseppe Raccis ed a quanti avessi dimenticato.

Attualmente La FCS400, come pure tutte le macchine a vapore che trainavano lo splendido Trenino Verde della Sardegna, è ferma in attesa della certificazione della caldaia.

Spero che al più presto si trovino i fondi per ripristinare le macchine a vapore, altrimenti sarà un altro pezzo di Sardegna che se ne va..............

20 Gennaio 2020 

La scala del modello sarà 1:7,48 e la lunghezza della locomotiva sarà quindi pari a 1237 mm. L'alesaggio sarà di 50 mm e la corsa di 67 mm. Le ruote motrici avranno diametro 133,7 mm

e quelle dei carrelli 93,6 mm.

Purtroppo tra i disegni originali non c'erano tutti quelli della distribuzione Caprotti e quindi, vista la complessità del gruppo Caprotti + cilindro, ho deciso di partire proprio da questo

con la progettazione.

Come al solito la realizzazione di un modello funzionante in scala richiede qualche compromesso e quindi ho cercato di fare qualcosa il più possibile esteticamente simile all'originale,

tenendo presente però che il tutto deve essere poi costruito e funzionare possibilmente senza problemi.

Ed ecco alcune immagini di quanto ho finora disegnato (cliccare sull'immagine per ingrandirla e poi su ← per tornare indietro). Cominciamo dalla distribuzione Caprotti:

    

 

 

E poi l'insieme distribuzione Caprotti e cilindro:

     

   

Un'animazione della distribuzione Caprotti che mostra l'inversione di marcia si può vedere cliccando qui: https://youtu.be/FgfiLe7KDBc

26 Gennaio 2020 

Esaminando bene i disegni prima di passare alla realizzazione, ho individuato alcuni errori o possibili problemi ed ho provveduto alle opportune modifiche.

Ecco alcune immagini che mostrano alcune modifiche ed i passaggi interni del blocco cilindro visti "in trasparenza":

   

Vista la complessità di costruzione, la scatola della distribuzione Caprotti ed i due blocchi cilindro verranno realizzati con stampa 3D e tecnologia SLM (Selective Laser Melting) e poi rifiniti

con fresatura convenzionale.

 

21 Febbraio 2020 

Il software CAD che uso per i miei disegni mi permette di fare le animazioni, ma prima di passare alla realizzazione delle varie parti ho preferito fare altre verifiche.

Per mia fortuna mio figlio è un professionista del settore ed utilizzando il software in suo possesso ha potuto fare la movimentazione del sistema di distribuzione Caprotti rilevando le misure e quindi

i grafici dell'altezza delle quattro aste spingivalvola rispetto al piano di montaggio.

Il lavoro è stato fatto per tre posizioni distinte della leva di inversione marcia: MARCIA AVANTI - MARCIA INCERTA (con la leva a metà corsa) - MARCIA INDIETRO.

I primi risultati hanno subito evidenziato dei miei errori e quindi ho potuto rimediare.

Il movimento totale di ogni singola asta spingivalvola è di circa 2,6 mm. La metà (circa 1,3 mm) è una pre-corsa che si evidenzia solo nel grafico MARCIA INCERTA ed è effettuata quando un

bilancino con i due cuscinetti ha uno di questi sulla parte a raggio minore di una camma mentre l'altro è sulla parte a raggio maggiore. La corsa effettiva di apertura valvola è quindi di 1,3 mm.

Per capire meglio il funzionamento, guarda questo breve video cliccando qui: https://youtu.be/e6pqsZ06yIs

La valvola apre in corrispondenza alla parte inferiore del grafico.

Nei grafici la posizione angolare è arbitraria, in quanto poi verrà stabilita durante la tmessa a punto (da farsi su un banco elettronico in fase di progettazione).

Ed ecco i tre grafici:

   

A questo punto si può cominciare a vedere qualche pezzo già fatto.

Cominciamo dalla scatola che contiene la distribuzione Caprotti realizzata in acciaio inox 316 con stampa 3D e tecnologia SLM (Selective Laser Melting). Notare le scritte sul coperchio!

   

Sempre con il medesimo materiale e tecnologia poi sono stati realizzati i due blocchi cilindri. Alla fine poi sono stati lavorati alla fresa per asportare il materiale in eccesso (strutture di supporto)

e fare la finitura. Anche se nelle foto non si possono vedere, i passaggi interni ci sono tutti!!

   

Ed ora quelli che sono un po' il "cuore" della Caprotti: l'albero filettato a quattro principi passo 18 mm e le relative chiocciole. Questi pezzi sono ancora da finire.

Ed ora dovrò filettare su inox 316 un bel po' di fori M2,5 ed M3 !!!

23 Marzo 2020 

Un componente critico della distribuzione Caprotti è la valvola di immissione/scarico. Ogni cilindro ha 4 valvole, 2 di immissione e 2 di scarico.

Ecco una sezione di una di queste valvole:

La valvola è costituita da un corpo valvola filettato che va avvitato nella sede del cilindro e da un otturatore, azionato da uno stelo che sporge in alto.

Come si può vedere dall'immagine l'otturatore ha una doppia battuta di chiusura, derivata dal fatto che la pressione del vapore, che viene immesso nella parte inferiore,

deve agire sia sulla faccia inferiore che su quella superiore. La differenza tra le due superfici di pressione è ridotta al minimo (quella inferiore è leggermente più ampia)

e quindi la forza necessaria per la sua apertura è bassa.

Quando l'otturatore viene spinto verso il basso, il vapore entra nella camera laterale sia da sotto che da sopra, passando attraverso la corona di fori dell'otturatore

 e quindi esce dalla corona di fori laterali del corpo valvola.

Nel progetto originale la valvola viene tenuta chiusa dalla pressione del vapore di caldaia applicata sotto lo stelo, che agisce come pistone. A regolatore chiuso,

la pressione viene a mancare e la valvola si apre cadendo per il peso proprio. Nel caso del modello questo non è praticabile, in quanto il peso di otturatore+stelo è di 5 g ed inoltre

lo stelo è frenato da un O.R. che assicura la sua tenuta; la chiusura allora viene assicurata da una molla e nel caso sia necessario muovere la locomotiva si potrà farlo aprendo gli spurghi.

Ecco un paio di foto delle valvole:

 

Il corpo valvola è in bronzo e l'otturatore in acciaio inox.

Pur essendo state lavorate con tornio CNC di precisione, la doppia battuta è molto difficile da ottenere, viste anche le dimensioni molto ridotte delle valvole.

Ho quindi provveduto a costruire un attrezzo per la smerigliatura delle sedi, come si vede:

 

Il corpo valvola, dopo aver spalmato sulle due battute della pasta diamantata a grana 4 µm, viene inserito sul supporto montato sul mandrino e l'otturatore sul supporto montato sulla contropunta.

Premendo con la contropunta, l'otturatore viene fatto girare a mano avanti ed indietro. La valvola viene poi pulita per bene, assemblata e montata su un supporto di prova per la verifica di tenuta;

ci vuole un po' di pazienza, ma alla fine il risultato arriva......

Il progetto poi prosegue con la trasmissione del movimento tra un asse motore e le due Caprotti.

Lo schema della trasmissione è il seguente:

Il movimento viene prelevato dall'asse motore intermedio e quindi trasmesso alle due Caprotti tramite due coppie di ingranaggi conici di modulo 1 e rapporto 1:1,5

Per la coppia di ingranaggi che collega l'asse delle due Caprotti ho dovuto usare il modulo 1 perchè  un modulo minore, che sarebbe stato più dimensionalmente corretto, non era sufficientemente robusto.

Il collegamento alle Caprotti avviene tramite due giunti Oldham che permettono un disassamento pur garantendo un'elevata rigidità torsionale.

Un sistema di leve poi trasmette il comando avanti/indietro.

Un paio di immagini mostrano il tutto (le fiancate e le sale sono provvisorie):

 

 

4 Maggio 2020 

Il lavoro è proseguito con la progettazione delle sospensioni, delle sale e dei carrelli.

Due sono le cose particolarmenti interessanti e per me nuove nelle quali mi sono imbattuto: il carrello anteriore del tipo Zara e l'asse sterzante posteriore.

Intanto ecco due immagini del lavoro effettuato:

 

Per spiegarmi meglio ecco un'immagine più dettagliata del carrello Zara:

Il carrello è articolato sullo snodo a sinistra collegato al primo asse motore e ruota fino a fine corsa della slitta centrale munita di snodo sferico

innestato su un grosso perno verticale. Questo perno è a sua volta infilato in una grossa boccola col foro conico ancorata al telaio della locomotiva.

Le due balestre laterali tengono centrato il carrello. Il primo asse motore può spostarsi lateralmente.

Il movimento complessivo del carrello è quindi dato dallo spostamento laterale + rotazione del giunto a sinistra e dallo spostamento laterale della slitta

con giunto sferico posta circa al centro.

Il mollone che si vede davanti al carrello non è presente nei disegni originali e presuppongo si tratti di un ammortizzatore, montato successivamente,

per smorzare gli strappi dovuti alle variazioni di curvatura troppo brusche.

Poichè il primo asse motore si può spostare lateralmente, le due bielle ad esso collegate hanno le estremità collegate tramite giunti sferici.

Il secondo particolare interessante è l'asse sterzante posteriore che si vede nell'immagine seguente:

L'asse è montato su un supporto curvo che scorre all'interno delle due guide sagomate fissate alle fiancate. L'asse è tenuto centrato da due pressori,

collegati alle balestre delle sospensioni, ognuno dei quali si sposta su due piani inclinati collegati a "V".

Ho realizzato un breve filmato che si può vedere a questo indirizzo: https://www.youtube.com/watch?v=_RJWZXid8Ow

Il progetto ora proseguirà con l'impianto di frenatura.

12 Maggio 2020 

Il progetto è stato arricchito con la parte attuatori dell'impianto di frenatura. Con questo ho finito la prima parte di disegno a CAD ed ora è tempo

di passare alla parte esecutiva, cominciando dalla distribuzione Caprotti.

Ecco tre immagini del progetto CAD:

   

La frenatura usa il sistema a vuoto Hardy e viene effettuata sui tre assi motori tramite tiranteria che distribuisce uniformemente la forza sui sei ceppi.

L'albero verticale che si vede nella terza immagine è quello per il volantino della frenatura manuale.

Passando ora alla fase esecutiva della distribuzione Caprotti, ecco alcune foto delle camme e di altre parti. Notare le dimensioni...............