Locomotive -Locomotive

Locomotives diesel Pacific National en Australie montrant trois types de carrosserie, unité de cabine (avant), unité de capot (milieu) et cabine (arrière)

Une locomotive ou une locomotive est un véhicule de transport ferroviaire qui fournit la force motrice d' un train . Si une locomotive est capable de transporter une charge utile, on l'appelle généralement plutôt unité multiple , autocar , autorail ou motrice ; l'utilisation de ces véhicules automoteurs est de plus en plus courante pour les trains de voyageurs , mais rare pour le fret (voir CargoSprinter ).

Traditionnellement, les locomotives tiraient les trains par l'avant. Cependant, le fonctionnement push-pull est devenu courant, où le train peut avoir une locomotive (ou des locomotives) à l'avant, à l'arrière ou à chaque extrémité. Plus récemment, les chemins de fer ont commencé à adopter le DPU ou l'alimentation distribuée. Le front peut avoir une ou deux locomotives suivies d'une locomotive au milieu du train qui est contrôlée à distance depuis l'unité de tête.

Étymologie

Le mot locomotive provient du latin loco - "d'un lieu", ablatif de locus "lieu", et du latin médiéval motivus , "provoquant un mouvement", et est une forme abrégée du terme moteur de locomotive , qui a été utilisé pour la première fois en 1814 faire la distinction entre les machines à vapeur automotrices et stationnaires .

Classements

Avant les locomotives, la force motrice des chemins de fer était générée par diverses méthodes de technologie inférieure telles que l'énergie humaine, la puissance des chevaux, la gravité ou les moteurs fixes qui entraînaient des systèmes de câbles. Peu de systèmes de ce type existent encore aujourd'hui. Les locomotives peuvent produire leur énergie à partir de combustible (bois, charbon, pétrole ou gaz naturel) ou elles peuvent être alimentées par une source d'électricité extérieure. Il est courant de classer les locomotives selon leur source d'énergie. Les plus communs incluent:

Vapeur

Wainwright SECR Classe P sur le Bluebell Railway , Angleterre

Une locomotive à vapeur est une locomotive dont la principale source d'énergie est une machine à vapeur . La forme la plus courante de locomotive à vapeur contient également une chaudière pour générer la vapeur utilisée par le moteur. L'eau de la chaudière est chauffée en brûlant des matériaux combustibles - généralement du charbon, du bois ou du pétrole - pour produire de la vapeur. La vapeur déplace des pistons alternatifs qui sont reliés aux roues principales de la locomotive, appelées " roues motrices ". Les approvisionnements en carburant et en eau sont transportés avec la locomotive, soit sur la locomotive elle-même, dans des soutes et des réservoirs , (cet agencement est connu sous le nom de " locomotive-citerne "), soit tirés derrière la locomotive, dans des annexes , (cet agencement est connu sous le nom de " locomotive tendre ").

La locomotive 1802 de Trevithick

La première locomotive à vapeur ferroviaire fonctionnelle à grande échelle a été construite par Richard Trevithick en 1802. Elle a été construite pour les forges de Coalbrookdale dans le Shropshire en Angleterre, bien qu'aucune trace de son fonctionnement n'ait survécu. Le 21 février 1804, le premier voyage ferroviaire à vapeur enregistré eut lieu alors qu'une autre des locomotives de Trevithick transportait un train des forges de Penydarren , à Merthyr Tydfil , à Abercynon , dans le sud du Pays de Galles. Accompagné d' Andrew Vivian , il a couru avec un succès mitigé. La conception incorporait un certain nombre d'innovations importantes, notamment l'utilisation de vapeur à haute pression qui réduisait le poids du moteur et augmentait son efficacité.

La locomotion n ° 1 au Darlington Railway Centre and Museum

En 1812, la locomotive à crémaillère bicylindre Salamanca de Matthew Murray a d' abord circulé sur le Middleton Railway à crémaillère et pignon à rails latéraux ; ceci est généralement considéré comme la première locomotive à succès commercial. Une autre locomotive ancienne bien connue était Puffing Billy , construite en 1813–14 par l'ingénieur William Hedley pour la mine de charbon Wylam près de Newcastle upon Tyne . Cette locomotive est la plus ancienne conservée et est exposée statique au Science Museum de Londres. George Stephenson a construit la Locomotion n° 1 pour le Stockton & Darlington Railway dans le nord-est de l'Angleterre, qui fut le premier chemin de fer public à vapeur au monde. En 1829, son fils Robert a construit The Rocket à Newcastle upon Tyne. Rocket a été inscrit et a remporté les Rainhill Trials . Ce succès a conduit l'entreprise à devenir le premier constructeur prééminent de locomotives à vapeur utilisées sur les chemins de fer au Royaume-Uni, aux États-Unis et dans une grande partie de l'Europe. Le Liverpool & Manchester Railway , construit par Stephenson, a ouvert un an plus tard en utilisant exclusivement la vapeur pour les trains de voyageurs et de marchandises .

La locomotive à vapeur est restée de loin le type de locomotive le plus courant jusqu'après la Seconde Guerre mondiale . Les locomotives à vapeur sont moins efficaces que les locomotives diesel et électriques modernes, et une main-d'œuvre beaucoup plus importante est nécessaire pour les faire fonctionner et les entretenir. Les chiffres de British Rail ont montré que le coût de l'équipage et du ravitaillement d'une locomotive à vapeur était environ deux fois et demie plus élevé que le coût de maintenance d'une locomotive diesel équivalente, et le kilométrage quotidien qu'ils pouvaient parcourir était inférieur. Entre 1950 et 1970 environ, la majorité des locomotives à vapeur ont été retirées du service commercial et remplacées par des locomotives électriques et diesel-électriques. Alors que l'Amérique du Nord est passée de la vapeur dans les années 1950 et de l'Europe continentale dans les années 1970, dans d'autres parties du monde, la transition s'est produite plus tard. La vapeur était une technologie familière qui utilisait des combustibles largement disponibles et, dans les économies à bas salaires, ne souffrait pas d'une aussi grande disparité des coûts. Il a continué à être utilisé dans de nombreux pays jusqu'à la fin du XXe siècle. À la fin du 20e siècle, presque la seule puissance à vapeur encore utilisée régulièrement dans le monde était sur les chemins de fer patrimoniaux .

Combustion interne

Les locomotives à combustion interne utilisent un moteur à combustion interne , relié aux roues motrices par une transmission. En règle générale, ils maintiennent le moteur en marche à une vitesse quasi constante, que la locomotive soit à l'arrêt ou en mouvement. Les locomotives à combustion interne sont classées selon leur type de carburant et sous-catégories selon leur type de transmission.

Benzène

Les locomotives au benzène ont un moteur à combustion interne qui utilise le benzène comme carburant. Entre la fin des années 1890 et les années 1900, un certain nombre de fabricants commerciaux de locomotives à benzène fonctionnaient. Cela a commencé avec Deutz , qui a produit un système d'exploitation basé sur un prototype de conception pour une mine de manganèse à Giessen. Par la suite, au début des années 1900, ils avaient été vendus pour de multiples opérations minières et de tunnelage. Après les années 1900, aucune utilisation à grande échelle n'était nécessaire ou requise, leur insuffisance s'était accrue avec l'existence des locomotives à essence et diesel.

Kérosène

La draisine Daimler de 1887

Les locomotives au kérosène utilisent du kérosène comme carburant. Il s'agissait des premières locomotives à combustion interne au monde, précédant de quelques années les locomotives diesel et autres locomotives à pétrole. Le premier véhicule ferroviaire au kérosène connu était une draisine construite par Gottlieb Daimler en 1887, mais ce n'était techniquement pas une locomotive car elle transportait une charge utile.

Une locomotive au kérosène a été construite en 1894 par les Priestman Brothers de Kingston upon Hull pour être utilisée sur les quais de Hull . Cette locomotive a été construite avec un moteur de type marin à double effet de 12 CV, tournant à 300 tr/min, monté sur un châssis de wagon à 4 roues. Il ne pouvait transporter qu'un seul wagon chargé à la fois, en raison de sa faible puissance de sortie, et n'a pas été un grand succès. La première locomotive à kérosène à succès fut "Lachesis" construite par Richard Hornsby & Sons et livrée au chemin de fer de Woolwich Arsenal en 1896. La société construisit quatre locomotives à kérosène entre 1896 et 1903, pour une utilisation à l'Arsenal.

Essence

La locomotive à essence Maudslay de 1902

Les locomotives à essence utilisent de l'essence ( essence ) comme carburant. La première locomotive à essence à succès commercial était une locomotive essence-mécanique construite par la Maudslay Motor Company en 1902, pour le Deptford Cattle Market à Londres . Il s'agit d'une locomotive de 80 CV équipée d'un moteur essence 3 cylindres vertical, avec une boîte de vitesses mécanique à deux rapports.

Essence-mécanique

Les locomotives à essence les plus courantes sont les locomotives à essence-mécaniques , qui utilisent une transmission mécanique sous forme de boîtes de vitesses (parfois en conjonction avec des entraînements par chaîne ) pour transmettre la puissance du moteur aux roues motrices, de la même manière qu'une voiture. . La deuxième locomotive essence-mécanique a été construite par le FC Blake de Kew en janvier 1903 pour le Richmond Main Sewerage Board.

Essence-électrique

Les locomotives essence-électriques sont des locomotives à essence qui utilisent une transmission électrique pour fournir la puissance du moteur aux roues motrices. Cela évite d'avoir recours à des boîtes de vitesses en convertissant la force mécanique rotative du moteur en énergie électrique par une dynamo , puis en alimentant les roues par des moteurs électriques de traction à plusieurs vitesses . Cela permet une accélération plus douce, car cela évite le besoin de changements de vitesse, cependant, il est plus cher, plus lourd et parfois plus encombrant que la transmission mécanique.

Une première locomotive essence-électrique notable a été construite en 1913 pour la Minneapolis, St. Paul, Rochester et Dubuque Electric Traction Company . Il pesait 60 tonnes, produisait 350 ch et traversait une paire de bogies dans un arrangement Bo-Bo .

Diesel

Les locomotives diesel sont propulsées par des moteurs diesel . Au début du développement de la propulsion diesel, divers systèmes de transmission ont été utilisés avec plus ou moins de succès, la transmission électrique s'avérant la plus populaire.

Diesel-mécanique
Une des premières locomotives diesel-mécaniques au North Alabama Railroad Museum

Une locomotive diesel-mécanique utilise une transmission mécanique pour transférer la puissance aux roues. Ce type de transmission est généralement limité aux locomotives de manœuvre (commutation) de faible puissance et à faible vitesse , aux unités multiples légères et aux automotrices . Les premières locomotives diesel étaient diesel-mécaniques. En 1906, Rudolf Diesel , Adolf Klose et le constructeur de moteurs à vapeur et diesel Gebrüder Sulzer ont fondé Diesel-Sulzer-Klose GmbH pour fabriquer des locomotives à moteur diesel. Les chemins de fer prussiens ont commandé une locomotive diesel à l'entreprise en 1909. La première locomotive diesel au monde (une locomotive diesel-mécanique) a été exploitée à l'été 1912 sur le chemin de fer Winterthur-Romanshorn en Suisse, mais n'a pas été un succès commercial. . Un petit nombre de prototypes de locomotives diesel ont été produits dans un certain nombre de pays jusqu'au milieu des années 1920.

Diesel-électrique
Première locomotive diesel utile au monde (une locomotive diesel-électrique) pour les longues distances SŽD Eel2 , 1924 à Kiev

Les locomotives diesel-électriques sont des locomotives diesel utilisant une transmission électrique . Le moteur diesel entraîne soit un générateur électrique à courant continu (généralement moins de 3 000 chevaux (2 200 kW) nets pour la traction), soit un alternateur-redresseur électrique à courant alternatif (généralement 3 000 chevaux (2 200 kW) nets ou plus pour la traction), la sortie de qui alimente les moteurs de traction qui entraînent la locomotive. Il n'y a pas de liaison mécanique entre le moteur diesel et les roues. La grande majorité des locomotives diesel d'aujourd'hui sont diesel-électriques.

En 1914, Hermann Lemp , un ingénieur électricien de General Electric , a développé et breveté un système de contrôle électrique à courant continu fiable (des améliorations ultérieures ont également été brevetées par Lemp). La conception de Lemp utilisait un seul levier pour contrôler à la fois le moteur et le générateur de manière coordonnée, et était le prototype de toute la commande de locomotive diesel-électrique . En 1917–18, GE a produit trois locomotives diesel-électriques expérimentales en utilisant la conception de contrôle de Lemp. En 1924, une locomotive diesel-électrique ( E el 2 numéro d'origine Юэ 001/Yu-e 001) a commencé ses opérations. Il avait été conçu par une équipe dirigée par Yury Lomonosov et construit de 1923 à 1924 par Maschinenfabrik Esslingen en Allemagne. Il avait 5 essieux moteurs (1'E1'). Après plusieurs essais, il a transporté des trains pendant près de trois décennies de 1925 à 1954.

Diesel-hydraulique
Une locomotive diesel-hydraulique allemande DB Class V 200 au Technikmuseum de Berlin

Les locomotives diesel-hydrauliques sont des locomotives diesel utilisant une transmission hydraulique . Dans cet agencement, ils utilisent un ou plusieurs convertisseurs de couple , en combinaison avec des engrenages, avec une transmission finale mécanique pour transmettre la puissance du moteur diesel aux roues.

Le principal utilisateur mondial de transmissions hydrauliques de ligne principale était la République fédérale d' Allemagne , avec des conceptions telles que la DB Class V 200 des années 1950 et la famille DB V 160 des années 1960 et 1970 . British Rail a introduit un certain nombre de conceptions hydrauliques diesel au cours de son plan de modernisation de 1955 , initialement des versions construites sous licence de conceptions allemandes. En Espagne , Renfe a utilisé des conceptions allemandes bimoteurs à rapport puissance / poids élevé pour transporter des trains à grande vitesse des années 1960 aux années 1990. (voir Classes Renfe 340 , 350 , 352 , 353 , 354 ).

Des systèmes d'entraînement hydrostatiques ont également été appliqués à l'utilisation ferroviaire, par exemple des locomotives de manœuvre de 350 à 750 ch (260 à 560 kW) du groupe CMI (Belgique). Les entraînements hydrostatiques sont également utilisés dans les machines d'entretien ferroviaire telles que les bourreuses et les meuleuses de rails .

Turbine à gaz

Union Pacific 18 , une locomotive électrique à turbine à gaz conservée au Illinois Railway Museum

Une locomotive à turbine à gaz est une locomotive à moteur à combustion interne constituée d'une turbine à gaz . Les moteurs ICE nécessitent une transmission pour alimenter les roues. Le moteur doit pouvoir continuer à tourner lorsque la locomotive est à l'arrêt.

Les locomotives mécaniques à turbine à gaz utilisent une transmission mécanique pour transmettre la puissance des turbines à gaz aux roues. Une locomotive à turbine à gaz a été brevetée en 1861 par Marc Antoine François Mennons (brevet britannique n ° 1633). Il n'y a aucune preuve que la locomotive a été réellement construite, mais la conception comprend les caractéristiques essentielles des locomotives à turbine à gaz, y compris le compresseur, la chambre de combustion, la turbine et le préchauffeur d'air. En 1952, Renault a livré un prototype de locomotive mécanique à turbine à gaz à quatre essieux de 1150 ch équipée du système de production de gaz et d'air comprimé «turbine libre» Pescara, plutôt que d'un compresseur coaxial multi-étages intégré à la turbine. Ce modèle a été remplacé par une paire de locomotives à six essieux de 2400 ch avec deux turbines et des alimentations Pescara en 1959. Plusieurs locomotives similaires ont été construites en URSS par Kharkov Locomotive Works .

Locomotives électriques à turbine à gaz , utilisent une turbine à gaz pour entraîner un générateur électrique ou un alternateur qui produit du courant électrique alimente le moteur de traction qui entraîne les roues. En 1939, les chemins de fer fédéraux suisses ont commandé l'Am 4/6, un GTEL d'une puissance maximale de 1 620 kW (2 170 ch) à Brown Boveri . Il a été achevé en 1941, puis a subi des tests avant d'entrer en service régulier. L'Am 4/6 était la première turbine à gaz - locomotive électrique. British Rail 18000 a été construit par Brown Boveri et livré en 1949. British Rail 18100 a été construit par Metropolitan-Vickers et livré en 1951. Une troisième locomotive, la British Rail GT3 , a été construite en 1961. Union Pacific exploitait une grande flotte de turbines- locomotives de fret motorisées à partir des années 1950. Ceux-ci étaient largement utilisés sur les routes long-courriers et étaient rentables malgré leur faible économie de carburant en raison de leur utilisation de carburants «restants» de l'industrie pétrolière. À leur apogée, le chemin de fer estimait qu'ils alimentaient environ 10% des trains de marchandises d'Union Pacific, une utilisation beaucoup plus large que tout autre exemple de cette classe.

Une turbine à gaz offre certains avantages par rapport à un moteur à pistons . Il y a peu de pièces mobiles, ce qui diminue le besoin de lubrification et réduit potentiellement les coûts de maintenance, et le rapport puissance/poids est beaucoup plus élevé. Une turbine d'une puissance donnée est également physiquement plus petite qu'un moteur à piston tout aussi puissant, ce qui permet à une locomotive d'être très puissante sans être démesurément grande. Cependant, la puissance de sortie et l'efficacité d'une turbine chutent considérablement avec la vitesse de rotation , contrairement à un moteur à pistons, qui a une courbe de puissance relativement plate. Cela rend les systèmes GTEL utiles principalement pour les trajets à grande vitesse sur de longues distances. Les problèmes supplémentaires avec les locomotives électriques à turbine à gaz comprenaient qu'elles étaient très bruyantes.

Électrique

Une locomotive électrique est une locomotive alimentée uniquement à l'électricité. L'électricité est fournie aux trains en mouvement avec un conducteur (presque) continu le long de la voie qui prend généralement l'une des trois formes suivantes : une ligne aérienne , suspendue à des poteaux ou des tours le long de la voie ou à des plafonds de structure ou de tunnel ; un troisième rail monté au niveau de la voie ; ou une batterie embarquée . Les systèmes de câbles aériens et de troisième rail utilisent généralement les rails de roulement comme conducteur de retour, mais certains systèmes utilisent un quatrième rail séparé à cette fin. Le type d'énergie électrique utilisé est soit le courant continu (DC), soit le courant alternatif (AC).

Southern Railway (UK) 20002 était équipé à la fois d'un pantographe et de chaussures de contact

Diverses méthodes de collecte existent : une perche de chariot , qui est une longue perche flexible qui engage la ligne avec une roue ou un sabot ; un collecteur d'arc , qui est un cadre qui maintient une longue tige collectrice contre le fil ; un pantographe , qui est un cadre articulé qui maintient les patins collecteurs contre le fil dans une géométrie fixe ; soit un sabot de contact 14 , qui est un sabot en contact avec le troisième rail. Des trois, la méthode du pantographe est la mieux adaptée pour un fonctionnement à grande vitesse.

Les locomotives électriques utilisent presque universellement des moteurs de traction suspendus à l'essieu, avec un moteur pour chaque essieu moteur. Dans cet agencement, un côté du carter du moteur est supporté par des paliers lisses montés sur un tourillon rectifié et poli qui fait partie intégrante de l'essieu. L'autre côté du boîtier présente une protubérance en forme de languette qui s'engage dans une fente correspondante dans la traverse du camion (bogie), son but étant d'agir comme un dispositif de réaction de couple, ainsi que d'un support. Le transfert de puissance du moteur à l'essieu est effectué par un engrenage droit , dans lequel un pignon sur l'arbre du moteur engage une couronne dentée sur l'essieu. Les deux engrenages sont enfermés dans un boîtier étanche aux liquides contenant de l'huile de lubrification. Le type de service dans lequel la locomotive est utilisée dicte le rapport de démultiplication utilisé. Des rapports numériquement élevés se trouvent généralement sur les unités de fret, tandis que des rapports numériquement bas sont typiques des moteurs de passagers.

L'électricité est généralement produite dans de grandes centrales relativement efficaces , transmise au réseau ferroviaire et distribuée aux trains. Certains chemins de fer électriques ont leurs propres centrales et lignes de transmission dédiées, mais la plupart achètent de l'énergie auprès d'un service public d' électricité . Le chemin de fer fournit généralement ses propres lignes de distribution, aiguillages et transformateurs .

Les locomotives électriques coûtent généralement 20% de moins que les locomotives diesel, leurs coûts de maintenance sont de 25 à 35% inférieurs et leur coût de fonctionnement est jusqu'à 50% inférieur.

Courant continu

Werner von Siemens train électrique DC expérimental, 1879
Moteur électrique Baltimore & Ohio, 1895

Les premiers systèmes étaient des systèmes à courant continu . Le premier train de voyageurs électrique a été présenté par Werner von Siemens à Berlin en 1879. La locomotive était entraînée par un moteur à enroulement en série de 2,2 kW et le train, composé de la locomotive et de trois voitures, atteignait une vitesse de 13 km/h. . Pendant quatre mois, le train a transporté 90 000 passagers sur une voie circulaire de 300 mètres de long (984 pieds). L'électricité (150 V DC) était fournie par un troisième rail isolé entre les voies. Un rouleau de contact a été utilisé pour collecter l'électricité. La première ligne de tramway électrique au monde a ouvert ses portes à Lichterfelde près de Berlin, en Allemagne, en 1881. Elle a été construite par Werner von Siemens (voir Gross-Lichterfelde Tramway et Berlin Straßenbahn ). Le Volk's Electric Railway a ouvert ses portes en 1883 à Brighton et est le plus ancien chemin de fer électrique encore existant. Toujours en 1883, Mödling et Hinterbrühl Tram ont ouvert près de Vienne en Autriche. C'était le premier au monde en service régulier alimenté par une ligne aérienne. Cinq ans plus tard, aux États-Unis, les chariots électriques ont été mis au point en 1888 sur le Richmond Union Passenger Railway , en utilisant des équipements conçus par Frank J. Sprague .

La première ligne souterraine fonctionnant à l'électricité fut la City & South London Railway , motivée par une clause de sa loi habilitante interdisant l'utilisation de la vapeur. Il a ouvert ses portes en 1890, utilisant des locomotives électriques construites par Mather & Platt . L'électricité est rapidement devenue l'alimentation électrique de choix pour les métros, encouragée par l'invention par Sprague du contrôle des trains à unités multiples en 1897.

La première utilisation de l'électrification sur une ligne principale était sur un tronçon de quatre milles de la Baltimore Belt Line de Baltimore & Ohio (B&O) en 1895 reliant la partie principale du B&O à la nouvelle ligne vers New York à travers une série de tunnels aux abords du centre-ville de Baltimore. Trois unités Bo+Bo ont été initialement utilisées, à l'extrémité sud de la section électrifiée ; ils se sont attelés à la locomotive et au train et l'ont tiré à travers les tunnels.

Le courant continu était utilisé sur les systèmes antérieurs. Ces systèmes ont été progressivement remplacés par AC. Aujourd'hui, presque tous les chemins de fer de grandes lignes utilisent des systèmes à courant alternatif. Les systèmes à courant continu se limitent principalement aux transports urbains tels que les métros, les tramways et les tramways, où les besoins en énergie sont moindres.

Courant alternatif

Un prototype de locomotive électrique Ganz AC à Valteline, Italie, 1901

La première locomotive électrique à courant alternatif pratique a été conçue par Charles Brown , qui travaillait alors pour Oerlikon , Zürich. En 1891, Brown avait démontré la transmission d'énergie à longue distance, en utilisant du courant alternatif triphasé , entre une centrale hydroélectrique à Lauffen am Neckar et Frankfurt am Main West, sur une distance de 280 km. Utilisant l'expérience qu'il avait acquise en travaillant pour Jean Heilmann sur la conception de locomotives électriques à vapeur, Brown a observé que les moteurs triphasés avaient un rapport puissance / poids plus élevé que les moteurs à courant continu et, en raison de l'absence de collecteur , étaient plus simples à fabriquer. et maintenir. Cependant, ils étaient beaucoup plus gros que les moteurs à courant continu de l'époque et ne pouvaient pas être montés dans des bogies sous plancher : ils ne pouvaient être transportés que dans des caisses de locomotives.

En 1894, l'ingénieur hongrois Kálmán Kandó a développé un nouveau type de moteurs et générateurs électriques asynchrones triphasés pour locomotives électriques. Les conceptions de Kandó au début de 1894 ont été appliquées pour la première fois dans un court tramway triphasé à courant alternatif à Evian-les-Bains (France), qui a été construit entre 1896 et 1898. En 1918, Kandó a inventé et développé le convertisseur de phase rotatif , permettant aux locomotives électriques d'utiliser moteurs triphasés tout en étant alimentés par une ligne aérienne unique, véhiculant le courant alternatif monophasé à fréquence industrielle simple (50 Hz) des réseaux nationaux à haute tension.

En 1896, Oerlikon a installé le premier exemple commercial du système sur le tramway de Lugano . Chaque locomotive de 30 tonnes était équipée de deux moteurs de 110 kW (150 ch) alimentés en triphasé 750 V 40 Hz alimentés par des lignes aériennes doubles. Les moteurs triphasés fonctionnent à vitesse constante et fournissent un freinage régénératif , et sont bien adaptés aux itinéraires à forte pente, et les premières locomotives triphasées de ligne principale ont été fournies par Brown (alors en partenariat avec Walter Boveri ) en 1899 sur la 40 km Ligne Berthoud—Thoune , Suisse. La première mise en œuvre de l'alimentation CA monophasée à fréquence industrielle pour les locomotives est venue d' Oerlikon en 1901, en utilisant les conceptions de Hans Behn-Eschenburg et Emil Huber-Stockar ; l'installation sur la ligne Seebach-Wettingen des chemins de fer fédéraux suisses a été achevée en 1904. Les locomotives 15 kV, 50 Hz 345 kW (460 ch), 48 tonnes utilisaient des transformateurs et des convertisseurs rotatifs pour alimenter les moteurs de traction à courant continu.

Les chemins de fer italiens ont été les premiers au monde à introduire la traction électrique sur toute la longueur d'une ligne principale plutôt que sur un court tronçon. La ligne Valtellina de 106 km a été ouverte le 4 septembre 1902, conçue par Kandó et une équipe de l'usine de Ganz. Le système électrique était triphasé à 3 kV 15 Hz. La tension était nettement plus élevée que celle utilisée auparavant et elle nécessitait de nouvelles conceptions pour les moteurs électriques et les dispositifs de commutation. Le système triphasé à deux fils a été utilisé sur plusieurs chemins de fer du nord de l'Italie et est devenu connu sous le nom de "système italien". Kandó a été invité en 1905 à entreprendre la gestion de la Società Italiana Westinghouse et a dirigé le développement de plusieurs locomotives électriques italiennes.

Batterie-électrique

Une locomotive électrique à batterie du métro de Londres à la gare de West Ham utilisée pour transporter les trains des ingénieurs
Une locomotive électrique à batterie à voie étroite utilisée pour l'exploitation minière

Une locomotive électrique à batterie (ou locomotive à batterie) est une locomotive électrique alimentée par des batteries embarquées ; une sorte de véhicule électrique à batterie .

De telles locomotives sont utilisées là où une locomotive diesel ou électrique conventionnelle ne conviendrait pas. Un exemple est les trains de maintenance sur les lignes électrifiées lorsque l'alimentation électrique est coupée. Une autre utilisation concerne les installations industrielles où une locomotive à combustion (c'est-à-dire à vapeur ou diesel ) pourrait poser un problème de sécurité en raison des risques d'incendie, d'explosion ou de fumées dans un espace confiné. Les locomotives à batterie sont préférées pour les mines où le gaz pourrait être enflammé par des unités alimentées par un chariot produisant un arc au niveau des sabots de collecte, ou où une résistance électrique pourrait se développer dans les circuits d'alimentation ou de retour, en particulier au niveau des joints de rail, et permettre une fuite de courant dangereuse dans le sol.

La première locomotive électrique connue a été construite en 1837 par le chimiste Robert Davidson d' Aberdeen , et elle était alimentée par des cellules galvaniques (batteries). Davidson a ensuite construit une plus grande locomotive nommée Galvani , exposée à l'exposition de la Royal Scottish Society of Arts en 1841. Le véhicule de sept tonnes avait deux moteurs à réluctance à entraînement direct , avec des électroaimants fixes agissant sur des barres de fer attachées à un cylindre en bois sur chaque essieu, et des commutateurs simples . Il transportait une charge de six tonnes à quatre milles à l'heure (6 kilomètres à l'heure) sur une distance d'un mille et demi (2,4 kilomètres). Il a été testé sur le chemin de fer d'Édimbourg et de Glasgow en septembre de l'année suivante, mais la puissance limitée des batteries a empêché son utilisation générale.

Un autre exemple était à la Kennecott Copper Mine , Latouche, Alaska , où en 1917 les voies de roulage souterraines ont été élargies pour permettre le travail de deux locomotives à batterie de 4+12 tonnes. En 1928, Kennecott Copper commande quatre locomotives électriques de la série 700 avec batteries embarquées. Ces locomotives pesaient 85 tonnes et fonctionnaient sur un fil de chariot aérien de 750 volts avec une autonomie supplémentaire considérable tout en fonctionnant sur batteries. Les locomotives ont fourni plusieurs décennies de service en utilisant la technologie des batteries au nickel-fer (Edison). Les batteries ont été remplacées par des batteries au plomb et les locomotives ont été retirées peu de temps après. Les quatre locomotives ont été données à des musées, mais une a été mise au rebut. Les autres peuvent être vus au Boone and Scenic Valley Railroad , Iowa, et au Western Railway Museum à Rio Vista, Californie. La Toronto Transit Commission exploitait auparavant une locomotive électrique à batterie construite par Nippon Sharyo en 1968 et retirée en 2009.

Le métro de Londres exploite régulièrement des locomotives électriques à batterie pour les travaux d'entretien général.

Autres types

Sans feu

Atomique-électrique

Au début des années 1950, le Dr Lyle Borst de l' Université de l'Utah a reçu un financement de diverses compagnies de chemin de fer et fabricants américains pour étudier la faisabilité d'une locomotive à entraînement électrique, dans laquelle un réacteur atomique embarqué produisait la vapeur pour générer l'électricité. À cette époque, l'énergie atomique n'était pas entièrement comprise ; Borst pensait que la principale pierre d'achoppement était le prix de l'uranium. Avec la locomotive atomique Borst, la section centrale aurait une chambre de réacteur de 200 tonnes et des murs en acier de 5 pieds d'épaisseur pour empêcher les rejets de radioactivité en cas d'accident. Il a estimé le coût de fabrication de locomotives atomiques avec des moteurs de 7 000 ch à environ 1 200 000 $ chacune. Par conséquent, les trains équipés de générateurs nucléaires à bord étaient généralement jugés irréalisables en raison de coûts prohibitifs.

Pile à combustible électrique

En 2002, la première locomotive minière à hydrogène (pile à combustible) de 3,6 tonnes et 17 kW a fait l'objet d'une démonstration à Val-d'Or , au Québec . En 2007, la mini-hydrail éducative de Kaohsiung , à Taïwan , est entrée en service. La Railpower GG20B est enfin un autre exemple de locomotive électrique à pile à combustible.

Locomotives hybrides

Bombardier ALP-45DP à la convention Innotrans à Berlin

Il existe de nombreux types de locomotives hybrides ou bimodes utilisant deux ou plusieurs types de puissance motrice. Les hybrides les plus courants sont des locomotives électro-diesel alimentées soit par une alimentation électrique, soit par un moteur diesel embarqué . Ceux-ci sont utilisés pour assurer des trajets continus sur des itinéraires qui ne sont que partiellement électrifiés. Les exemples incluent l' EMD FL9 et le Bombardier ALP-45DP

Utilisation

Il existe trois utilisations principales des locomotives dans les opérations de transport ferroviaire : pour le transport de trains de voyageurs , de trains de marchandises et pour la manœuvre (anglais britannique : shunting) .

Les locomotives de fret sont normalement conçues pour fournir un effort de traction élevé au démarrage et une puissance soutenue élevée. Cela leur permet de démarrer et de déplacer des trains longs et lourds, mais cela se fait généralement au prix de vitesses maximales relativement faibles. Les locomotives de passagers développent généralement un effort de traction au démarrage plus faible, mais sont capables de fonctionner aux vitesses élevées requises pour maintenir les horaires des passagers. Les locomotives à trafic mixte (anglais américain : locomotives à usage général ou locomotives de manœuvre) destinées à la fois aux trains de voyageurs et de marchandises ne développent pas autant d'effort de traction au démarrage qu'une locomotive de fret, mais sont capables de transporter des trains plus lourds qu'une locomotive de voyageurs.

La plupart des locomotives à vapeur ont des moteurs alternatifs, avec des pistons couplés aux roues motrices au moyen de bielles, sans boîte de vitesses intermédiaire. Cela signifie que la combinaison de l'effort de traction au démarrage et de la vitesse maximale est fortement influencée par le diamètre des roues motrices. Les locomotives à vapeur destinées au service de fret ont généralement des roues motrices de plus petit diamètre que les locomotives de passagers.

Dans les locomotives diesel-électriques et électriques, le système de commande entre les moteurs de traction et les essieux adapte la puissance de sortie aux rails pour le service de fret ou de passagers. Les locomotives de passagers peuvent inclure d'autres caractéristiques, telles que l'alimentation de tête (également appelée alimentation d'hôtel ou alimentation de train électrique) ou un générateur de vapeur .

Certaines locomotives sont conçues spécifiquement pour fonctionner sur des voies ferrées à pente raide et comportent de nombreux mécanismes de freinage supplémentaires et parfois une crémaillère et un pignon. Les locomotives à vapeur construites pour les chemins de fer à crémaillère et à pignon raides ont souvent la chaudière inclinée par rapport au châssis de la locomotive , de sorte que la chaudière reste à peu près de niveau sur les pentes raides.

Des locomotives sont également utilisées sur certains trains à grande vitesse : tous les TGV , de nombreux AVE , certains Korea Train Express et les trains ICE 1 et ICE 2 utilisent tous des locomotives, également appelées motrices. L'utilisation de voitures motrices permet facilement une qualité de conduite élevée et moins d'équipements électriques, mais par rapport aux unités multiples électriques , elles offrent également une accélération plus faible et des poids d'essieu plus élevés (pour les voitures motrices). Le KTX-Sancheon et l'ICE 3/4/T utilisent un mélange d'unités multiples électriques et de voitures électriques.

Rôle opérationnel

Les locomotives jouent parfois un rôle spécifique, tel que :

  • Le moteur de train est le nom technique d'une locomotive attachée à l'avant d'un train de chemin de fer pour transporter ce train. Alternativement, là où des installations existent pour un fonctionnement push-pull , la locomotive du train peut être fixée à l'arrière du train;
  • Moteur pilote - une locomotive attachée devant le moteur du train, pour permettre le double cap ;
  • Moteur bancaire - une locomotive assistant temporairement un train par l'arrière, en raison d'un démarrage difficile ou d'une forte pente;
  • Locomotive légère - une locomotive fonctionnant sans train derrière elle, pour des raisons de relocalisation ou d'exploitation. Parfois, un moteur léger est appelé un train en soi.
  • Pilote de gare - une locomotive utilisée pour manœuvrer les trains de voyageurs dans une gare.

Disposition des roues

La disposition des roues d'une locomotive décrit le nombre de roues dont elle dispose; les méthodes courantes incluent la disposition des roues AAR , la classification UIC et les systèmes de notation Whyte .

Locomotives télécommandées

Dans la seconde moitié du XXe siècle , les locomotives télécommandées ont commencé à entrer en service dans les opérations de commutation, étant contrôlées à distance par un opérateur à l'extérieur de la cabine de la locomotive. Le principal avantage est qu'un seul opérateur peut contrôler le chargement du grain, du charbon, du gravier, etc. dans les wagons. De plus, le même opérateur peut déplacer le train au besoin. Ainsi, la locomotive est chargée ou déchargée en environ un tiers du temps.

Voir également

Remarques

Références

Bibliographie

Liens externes

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