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LES BB 9001 et 9002

Publié le lundi 17 février 2020 à 16:56

Par 2B, JPT, GB le 9/02/2020

Introduction

Dans les années 1930, les locomotives électriques de vitesse étaient essentiellement des engins dotés d’essieux moteurs et d’essieux porteurs. Les progrès de la technique permirent au cours des années 1940 de réaliser des locomotives à vitesse élevée sans essieux porteurs ou directeurs, c’est-à-dire des locomotives à adhérence totale. C’est ainsi que les constructeurs Suisses livrèrent en 1944/45 au Chemin de Fer des Alpes Bernoises ( Bern-Lötschberg-Simplon; BLS) six locomotives de type BB de 4000 ch, aptes à circuler à 125 km/h. Ces machines de 80 tonnes donnèrent immédiatement satisfaction.

Aussi, la SNCF, pensant réaliser des économies pour ses futures électrifications en exploitant des locomotives à adhérence totale, plus légères que les 2D2, décida d’expérimenter un certain nombre de prototypes de diverses techniques. C’est ainsi qu’elle commanda à la Société Brown Boveri (SBB à Baden) et à la Société Suisse pour la Construction de Locomotives et de Machines (SLM à Winterthur) les deux prototypes BB 9001 et 9002. La BB 9001 a été livrée en juin 1953 à la SNCF.

L’étude de ces deux locomotives, faite en étroite collaboration avec la Division des Études de la Traction Électrique (DETE) de la SNCF, fut basée sur les principes suivants :

– réaliser des locomotives mécaniquement semblables à celles du BLS mais qui soient aptes à circuler à 160 km/h.

– limiter leur masse à 80 tonnes, soit avec une charge à l’essieu de 20 tonnes.

– leur donner suffisamment de puissance pour remorquer des trains du type de ceux confiés aux 2D2.

– utiliser des moteurs entièrement suspendus avec une transmission légère ne nécessitant pas d’entretien.

– réaliser une chaine de traction électrique simple donnant une souplesse d’exploitation, de conduite et de maintenance faciles.

Caractéristiques principales :

– longueur totale hors tampons : 15400 mm

– longueur totale de la caisse : 14400 mm

– largeur de la caisse : 2950 mm

– empattement rigide des bogies : 3600 mm

– empattement total : 11200 mm

– entraxe des pivots de bogies : 7700 mm

– diamètre des roues neuves : 1300 mm

– hauteur de la caisse : 3765 mm

– puissance continue sous 1500 V : 4170 ch. (à 76 km/h)

– puissance unihoraire sous 1500 V : 4600 ch. (à 85 km/h)

– poids total : 80 t

– rapport d’engrenages : 2,02

BB 9001
BB 9001 vue de face.
BB 9001 au dépôt du Charolais à Paris-Lyon.
BB 9001 au dépôt du charolais
BB 9001

Partie mécanique

La locomotive est constituée d’une caisse unique reposant sur deux bogies à deux essieux moteurs. La SLM avait basé l’étude de ces deux locomotives sur celle des Ae 4/4 des CFF, livrées en 1945 aux SBB-CFF et dont plusieurs exemplaires avaient dépassé le million de km.

La caisse

La caisse comprend deux cabines de conduite encadrant un compartiment central. Les équipements et appareils électriques et les auxiliaires sont regroupés dans ce dernier. Les deux postes de conduite sont reliés par des couloirs latéraux donnant accès aux appareillages.

Le châssis de caisse est constitué par deux longerons, reliés par les deux traverses de tête et des traverses intermédiaires. Les longerons, à fort moment d’inertie, sont constitués par des tôles de 6 mm formant des tubes de section rectangulaire. La caisse comprend un tablier et un battant de pavillon en tôles de 3 mm. Le tout, assemblé par soudure électrique, est entrecroisé par les montants des cloisons transversales et les couples de toiture formant une caisse autoportante à revêtement travaillant. La première caisse assemblée a subi les essais de charge contractuels et n’a montré aucun signe de faiblesse, faisant même apparaitre de faibles taux de contraintes dans les zones les plus chargées.

Pour le montage des appareils et l’accès à la maintenance, la toiture de caisse reçoit trois lanterneaux démontables. En outre, les appareillages de faible encombrement peuvent être déposés au travers des persiennes amovibles. Le poids de la caisse nue est de 14 300 kg.

Caisse, les longerons et traverses du châssis de caisse sont visibles, ainsi que l’espace réservé pour les moteurs de traction.

La cabine de conduite

L’accès au poste de conduite se fait par deux portes latérales munies de vitres coulissantes. La conduite peut se faire debout ou assis : elle est dotée de deux strapontins fixés sur la cloison arrière. Le poste reçoit à gauche, le bloc frein et sa commande et l’enregistreur de vitesse. En face avant à gauche, on trouve le manipulateur de traction et la commande des auxiliaires. La commande des sablières et des valves de purge se fait au pied. La face avant à droite est aménagée pour l’accompagnateur.

Cabine 1 de la BB 9001.
Pupitre de conduite cabine 1.
Schéma de principe du manipulateur de traction en cabine.

Différentes positions du manipulateur de traction :

-Positions stables du manipulateur de traction : 0, SP, P.

-Positions –SP, +SP, SPr : Le  manipulateur de traction revient automatiquement sur la position SP lorsqu’on le lâche.

-Positions –P, +P, Pr : Le manipulateur de traction revient automatiquement sur la position P lorsqu’on le lâche.

0 : Zéro (Aucun cran) ; SP : Série-Parallèle ; P : Parallèle ; Pr : Progression rapide passage automatique des crans.

+SP et +P : Progression  manuelle cran par cran ; -SP et +P : Régression manuelle cran par cran.  

Les bogies

Le châssis du bogie est constitué de deux poutres longitudinales, d’une traverse centrale et de deux traverses d’extrémité, l’ensemble étant réalisé en tôles embouties assemblées par soudure. Pour des raisons d’usinage, certaines pièces (pièces d’angle, platines et fixation du pivot) sont en acier moulé. Le châssis repose sur les appuis latéraux des boites d’essieux par l’intermédiaire de huit ressorts hélicoïdaux dont les mouvements sont amortis par des amortisseurs à friction réglable.

Le guidage des boites d’essieux est obtenu par des guides cylindriques emmanchés à la presse dans les longerons du châssis. Ils coulissent dans des fourreaux en bronze fixés aux appuis latéraux par l’intermédiaire de silentblocs. Le système de guidage des boites d’essieux est enfermé dans un bain d’huile et ne subit pratiquement pas d’usure en service. Les essieux peuvent se déplacer latéralement de ± 8 mm avec un rappel élastique. Les efforts longitudinaux transitent par les organes de choc et traction placés sur les traverses de tête d’une locomotive à adhérence totale alors que les efforts de traction venant du bogie se situent au niveau du rail. Ceci induit d’une part un cabrage du bogie avant et d’autre part le cabrage de l’essieu avant de chaque bogie. Pour atténuer ce phénomène, la solution mise en place a été l’accouplement élastique vertical des deux bogies, avec toutefois un jeu libre de 5 mm en hauteur. Les calculs ont montré que cette solution réduirait la décharge des essieux avant de l’ordre de 500 kg. En plus de l’accouplement vertical, les bogies sont accouplés transversalement avec pour but de diminuer les efforts de guidage et l’usure des boudins des roues directrices.

Les moteurs de traction sont fixés rigidement au châssis de bogie et transmettent le couple moteur aux essieux via la transmission à disques Brown-Boveri, solution donnant satisfaction sur les locomotives suisses. La grande roue dentée, calée sur l’essieu, est enfermée dans un carter. Le carter renferme également une roue dentée intermédiaire qui reçoit le système de disques élastiques d’entrainement. Le carter est relié aux traverses médiane et extrême par des supports élastiques.

Schéma de principe des bogies.
Les deux bogies sont reliés par un accouplement élastique. Bogies avant montage de la caisse.
Bogie vue de dessus. Le moteur de droite n’est pas en place.
Le même bogie que la photo précédente, détails des suspensions.
Train de roues avec réducteur monté.
BB 9002 en sortie d’usine.

le frein

Chaque bogie est muni d’un frein à 8 sabots doubles. Les cylindres de frein sont fixés sous la caisse. Ils actionnent la timonerie liée au bogie par l’intermédiaire d’un régleur SAB permettant de rattraper l’usure des sabots de frein et des bandages de roues. Le freinage comprend deux étages de puissance : depuis la vitesse maximale jusqu’à 80 km/h, il délivre un effort de freinage égal à 120% du poids adhérent. En dessous et jusqu’à l’arrêt, l’effort de freinage n’est plus que de 80%. Chaque cabine de conduite est dotée d’une commande de frein à main agissant sur le bogie voisin.

Le frein à air comprend un frein automatique Westinghouse et un frein direct.

Partie électrique

Les moteurs de traction

Les quatre moteurs, entièrement suspendus, sont du type série à six pôles principaux et six pôles auxiliaires. Ils sont entièrement compensés et définis pour une tension aux bornes de 1500 V. Ils peuvent être couplés soit en série-parallèle, soit en parallèle. Toutefois, ils peuvent accepter une tension de 1800 V.

Les caractéristiques du moteur sont les suivantes :

– masse du moteur seul : 4860 kg, ce qui correspond aux prescriptions SNCF de l’époque, à savoir 4,35 kg/ch.

La carcasse du moteur, qui supporte les six pôles principaux et auxiliaires, est en acier moulé ainsi que le corps de l’induit. Ce dernier est creux afin de laisser passer l’arbre intermédiaire de la transmission Brown-Boveri. Il est supporté par deux paliers à roulements à rouleaux lubrifiés.

RégimePuissance à l’arbre
par moteur(ch)
Intensité
par moteur (A)
sous 1350VContinu920525
sous 1350Vunihoraire1022580
sous 1500VContinu1042525
sous 1500Vunihoraire1150580

Les courbes effort/vitesse ci-dessus nous montre l’aptitude de la locomotive à tracter un train de 750 tonnes à 147 km/h en palier et encore à 104 km/h en rampe de 8‰. Elle peut également remorquer des trains de 1200 tonnes à 87 km/h. La vitesse de 160 km/ peut-être soutenue sans dommages aux moteurs.

Schémas électrique des couplages moteurs

L’appareillage

Les pantographes, le disjoncteur principal, leurs accessoires et les autres appareils sont des éléments normalisés par la SNCF et identiques à ceux en service sur d’autres locomotives françaises. Les appareils principaux de couplage ont été regroupés dans un bloc central qui comprend notamment :

– un contrôleur principal, formé de 42 contacteurs mus par des arbres à cames, lesquels sont entraînés par un servomoteur électrique. Il permet l’élimination des résistances de démarrage et le couplage des moteurs en Série-Parallèle et Parallèle. Série-Parallèle 20 crans. Parallèle 8 crans.

– un contrôleur d’affaiblissement de champ à neuf positions, formé de 24 contacteurs mus par des arbres à cames, lesquels sont entraînés par un servomoteur électrique. Le shuntage des moteurs est réalisé par 8 crans de shuntage en Série-Parallèle et en Parallèle.

– un inverseur-sectionneur pour le changement de sens de marche de la locomotive et pour l’élimination éventuelle des moteurs d’un bogie en cas d’avarie.

– un jeu de résistances de démarrage en rubans ondulés de chrome-nickel.

Tous les appareils compris dans le bloc central reposent sur un châssis en acier et sont entourés de grillages de protection amovibles pour y accéder. Toute la connectique entre les appareils fait partie du bloc central et n’a pas besoin d’être démontée pour extraire le bloc de la locomotive. Seuls subsistent les câbles d’alimentation des moteurs de traction.

L’appareillage de commande comporte, dans chaque cabine, un manipulateur muni d’un volant pour la commande du contrôleur de démarrage et de deux poignées, l’une pour la commande de l’inverseur et l’autre pour la commande du contrôleur de shuntage.

L’appareillage est complété par l’équipement usuel de protection, de mesure, du chauffage des cabines et du train, de l’éclairage etc.

La ventilation très énergique est fournie par deux groupes-ventilateurs placés au-dessus de chaque bogie. Chaque groupe est muni de deux ventilateurs qui aspirent l’air extérieur au travers de persiennes. Un des ventilateurs fournit l’air nécessaire au refroidissement des moteurs de traction du bogie situé en-dessous du groupe. L’autre, fournit la moitié de l’air nécessaire au refroidissement des résistances de démarrage. L’air est amené au bloc par des canalisations, puis est refoulé par le toit de la locomotive. La caisse de la machine est en légère surpression afin de combattre l’entrée des poussières.

Enfin, la production d’air est fournie par deux compresseurs commandés directement par un régulateur de pression. Le captage du courant se faisait par des pantographes de type G.

BB 9001 en tête d’un train en gare de DIJON.
BB 9001 dépôt d’affectation : MONTROUGE.
BB 9002 prête au départ en gare de Paris -Lyon.
BB 9002 en attente de départ Paris-Lyon

Principales modifications

Les essais en lignes de la BB 9001 ont montré que les variations de l’effort de traction au passage des crans étaient trop fortes et provoquaient des patinages fréquents. Pour diminuer les patinages des modifications ont été apportées à la BB 9002 en avril 1954. La diminution des amplitudes des variations a été obtenue par ajout d’un démarrage fin à partir du cran 3 par division des crans en 2 sous crans.

A partir du cran 3 à chaque fois que l’on veut progresser  d’un cran il faut faire deux mouvements du manipulateur de la position SP sur + ou de P sur +

Ceci a entraîné différentes modifications dans le bloc central au niveau des contacteurs et une nouvelle répartition des crans :

-19 crans pour le couplage Série -Parallèle au lieu de 20

-9 crans pour le couplage Parallèle au lieu de 8

En 1956 la BB 9001 sera modifiée à l’identique.

En 1962/63 les deux engins subissent des modifications du circuit batterie par ajout d’un interrupteur général d’éclairage dans le cadre de l’unification des circuits BT. 

En 1963 la BB 9002 est équipée de la Veille Automatique (VA) à titre d’essai. Les deux machines seront équipées plus tard de la VACMA (Veille Automatique à Contrôle et Maintient d’Appui).

La BB9001 circule sur voie 1, le long du triage de Villeneuve, au crochets d’un rapide Sud Est, dans les années 60.

2B, JPT, GB le 9 février 2020