RAILS DE FER OU D' ACIER

§ ti . Application des voies en acier a l'exploitation du Semhe- RING. Simplification de service et économie résultant de cette application.

§ 1. exposé.

La limite de poids que les machines locomotives semblent ne pouvoir dépasser sans inconvénients pour la voie et les bandages, est de 6 à 7 tonnes par roue d’un diamètre supérieur à 1 '°,60, et de 5 à 6 tonnes par roue du diamètre habituellement employé pour les machines de grande puissance. Cette limite, quand ellç est atteinte, comporte l’emploi de bandages en acier d’excellente qualité, pour éviter des remplacements trop fréquents, et pour éviter aussi la rapide détérioration que font subir aux rails les bandages dont la surface de roulement présente un creux ou une gorge trop prononcés.

Les bandages en acier exercent sur les rails en fer une action destruc-

tive d’autant moins rapide qu’ils conservent plus longtemps leur régularité de forme. Lorsqu’ils se creusent, ils n’atteignent plus la table du rail par des surfaces parallèles à celles-ci, et ils cessent, par conséquent, d’exercer des pressions normales à ces surfaces.

Supposons, pour éclairer cet exposé, qu’un bandage porte sur le rail par une surface qui, grâce à l'élasticité de la roue et du rail, aura 5 millimètres de largeur dans le sens de la longueur du rail, et 8 millimètres dans le sens transversal. Si ces deux plans de contact de 40 millim. carrés sont parallèles et sensiblement horizontaux, la pression exercée par une roue de 6 tonnes sera de 150 kilogrammes par millimètre carré; mais si les plans cessent d’élre parallèles et que l’étendue du contact soit, par cette cause, réduite de moitié, la pression exercée par la roue sur le rail sera égale à 300 kilogrammes par millimètre carré. Elle ne pourra être moindre qu’autant que le contact serait plus étendu.

Mais comme la courbe qu’affecte transversalement la gorge du bandage usé ou déformé n’est nulletnenl semblable à celle de la table du rail, c’est sur les lèvres intérieure ou extérieure du champignon que se portent ces énormes pressions à chaque déplacement transversal de la machine. Cela explique la rapide altération des bords du champignon des rails. Cette altération procède par laminage, dessoudage et enlèvement par aiguilles des lèvres du rail.

L’expérience démontre, en outre, que le passage des roues sur les rails a pour consé<iuence de donner aux bandages et aux rails deux formes tout à fait ditférentes. Tandis (}ue le bandage se creuse suivant une courbe d’autant plus allongée que le jeu des roues dans la voie est plus grand, le rail, au contraire, s’aplatit, et cet effet contribue encore à reporter les pressions vers les lèvres du champignon.

Il n’y a donc aucun doute que si le rail et le bandage conservaient leur forme d’origine, l’usure ou la déformation seraient limitées au simple écrasement des molécules en contact normal, sous la forme d’une légère exfoliation, et que les accidents d’éraillage, de dessoudage et d’écrasement des lèvres du champignon n’auraient pas lieu. Le rail se conserverait donc beaucoup plus longtemps.

Les autres causes les plus générales de la destruction des rails sont : l’écrasement des extrémités qui s’explique par l’insuffisance de la résistance en ce point. Le dessoudage par mises, qui est la conséquence de la flexion des rails autant que le produit, par la pression, du laminage

de la partie supérieure du champignon; ces deux causes disparattraient par l’emploi de rails plus résistants et mieux soudés.

Quant à la déformation des bandages, elle est apparente dans l’emploi du fer et des aciers mous ; elle cesse de l’étre dans l'emploi de l’acier dur et vif. La lamellation ou l'exfoliation, c'est-à-dire la formation, par le fait de l'écrasement, de petites feuilles excessivement minces, est aussi apparente sur les bandages en fer que sur les rails, et longtemps on a pensé que c'était là la forme unique de l’usure réelle ; mais on attribuait avec raison, au déplacement de la matière métallique, la pius grande part dans la formation de la gorge ou du creux qui se produit à la table de roulement du bandage. La très-faible perte de poids des rails par ce genre de lamellation *a été bien constatée.

Ces préliminaires posés, et puisque la régularité de la forme du bandage et du rail aurait pour résultat d’accrottre leurs surfaces en contact, et conséquemment de réduire la pression par millimètre carré, on peut admettre que plus les rails et les bandages seront susceptibles de conserver leur forme, moindre sera l’altération de chacun ; que si les rails en acier sont plus résistants que les rails en fer, la flexion et le dessoudage, l’écrasement de la table et celui des extrémités seront moindres; les rails se détruiront moins.

Si les surfaces mises en contact par le roulement sont plus régulières, elles seront aussi plus étendues; on pourra donc charger les roues au delà du poids actuel, sans que l'usure et la déformation soient plus promptes.

Si l'acier peut supporter des pressions plus élevées que le fer, on pourra encore, de ce fait, charger les roues d'un poids plus considérable, et l’usure sera moins prompte qu’aujourd'hui.

De sorte que, pour employer des machines ayant une plus grande somme d'adhérence, c'est-à-dire un plus grand poids sur un nombre égal de roues, il suffira de former la voie avec des rails en acier et de leur donner une largeur et une hauteur proportionnelles au service que l’on en attend.

En résumé, par la simple substitution de rails en acier aux rails en fer à poids égal, on obtiendrait un plus long usage des rails.

Par la substitution, aux rails ordinaires, de rails ayant une largeur de table plus grande, plus de hauteur, par conséquent, plus de poids et plus

de résistance à la flexion, on pourra charger les roues d'un plus grand poids.

D'autres conséquences se produiraient ;

La largeur de la table des rails est de 60 ; elle creuse généralement

dans les bandages une gorge dont le bourrelet extérieur varie entre 25 et 35 "/m de largeur, suivant le jeu que comportent les bottes à graisse et le mouvement de lacet des machines. Il semble donc que si la table de roulement des rails était portée à 90 “ il ne se formerait pas de bourrelet; la surface de contact entre le bandage et le rail serait plus régulière et plus étendue; et si la résistance propre du rail était rendue proportionnelle à l’augmentation du poids porté par les roues, ce poids pourrait encore être augmenté en raison des surfaces en contact et de la plus grande résistance du métal.

L’altération des rails serait, à poids égal de fer ou d'acier, beaucoup moindre que dans le cas d’emploi du fer, à cause de la supériorité de résistance de l’acier; elle serait, par conséquent, beaucoup moindre encore si le poids était augmenté et la forme rendue plus résistante.

En élevant le poids supporté par les roues à 9 tonnes, au lieu de G, sur des rails de 0.09 de table, de 0.20 de hauteur, pesant 82 kilog. par mètre, la résistance des rails serait très-supérieure à ce qu’elle est dans les conditions actuelles.

Ces indications générales méritent d’étre confirmées par l’étude des effets qui se produisent réciproquement par le contact entre les bandages et les rails.

§ 2. DURÉE DES bandages; DURÉE DES RAILS. *

La durée des bandages varie beaucoup avec leur qualité, avec le poids dont les roues sont chargées, avec le diamètre de celles-ci, avec la nécessité de mettre au même diamètre les deux roues d’un même essieu, ou les quatre, ou six, ou huit roues couplées d’une même machine. Mais cette durée subit, en outre, l’influence variable d’autres dispositions du mécanisme. C’est ainsi que l'usure des boudins est fonction de l’écartement des essieux extrêmes, autant que de l’instabilité des machines; que le faux rond est quelquefois produit par les contre-poids et surtout par l’inégalité de l’application de la force motrice à la circonférence des

roues. L'action simultanée et très-énergique des deux manivelles placées à angle droit sur l’essieu moteur, au moment où elles décrivent les quarts de cercle correspondant à l’horizontale, la correspondance de cette action avec la descente des bielles de pistons et d’accouplement, produisent, en un certain point de la circonférence des roues , un maximum d’effort qui a pour conséquence de solliciter le glissement du bandage au point où le contact sur le rail correspond à ce maximum, et on reconnaît assez communément que la gorge causée par l’usure offre en ce point un creux beaucoup plus profond que dans les autres parties.

Dans certains ateliers, on compte par rafralchissage de roues motrices une épaisseur perdue de tt millimètres, à savoir :

7 millimètres de creux.

3 d° de faux rond.

i d° de matière reprise sur l’endroit le plus creusé,

tt millimètres.

Le bandage livré par le fabricant à 57 ”/„ d’épaisseur, est mis en service à 54 "/m, et il est réduit ainsi par le premier tournage à 43 “/„ ; le second le réduit à 32, et il est retiré après avoir été mis en service trois fois. Son épaisseur est alors réduite, au fond de la gorge, à 25 “/„. Aussi dans cette dernière période, sa déformation est-elle plus prompte que dans les deux précédentes.

Dans d’autres ateliers les bandages de roues des machines entrent en réparation lorsque le creux a atteint 5 mill. au maximum et, dans ce cas, la perte d’épaisseur varie entre 7 et 9 ■°/„ par opération de retournage ; le bandage subit alors trois retoumages et il a quatre périodes successives de travail.

Enfin il est quelques ateliers où l’on compte 5 à 6 "’/b par opération. Cela dépend du degré d’usure après lequel les roues sont retirées du service pour être rafraîchies.

Pour les roues de wagons que l’on retire généralement du service après que le creux a atteint 6 "/b, la déformation de la roue, l’inégalité de dureté des bandages, la nécessité de ramener exactement au même diamètre les deux roues montées sur un essieu, amènent souvent une réduction de 8 à 10 ■°/„ par opération. Le bandage entre en service avec une épaisseur de 50 à 52 “jai il subit trois opérations, dont la der-

nière le réduit à 20 ou 22 '*/„ d'épaisseur. Dans cette dernière période de aervice, il est rapidement relOché par le laminage qu'il subit sous la pression de la roue. Cependant nous avons constaté que sur soixanteseize opérations de rafratchissage exécutées dans les ateliers de la Compagnie de l'Ouest, la perte d'épaisseur, constatée par la hauteur du boudin avant et après chaque opération, a été de 5,6 mill.

Il résulte de ce qui précède, que l'usure réelle, c'est-à-dire le creux formé par l'usure ou le déplacement de la matière, ne eonstitue guère que la moitié ou les deux tiers de la diminution d'épaisseur totale des bandages, de leur entrée en service jusqu’à leur retrait.

Nous citons, comme le résumé le plus précis, l’opinion de M. Vuillemin, ingénieur du matériel et de la traction au chemin de l'Est; elle est d'ailleurs partagée par la plupart de ceux de ses collègues dirigeant des services de traction.

t Dans les bandages en fer employés pour les roues de wagons, il y a généralement usure, c’est-à-dire disparition du métal par suite du roulement sur les rails, et diminution plus considérable au tournage, pour rendre à ces bandages leur profil normal; cependant, lorsque le bandage devient trop mince, il y a déformation en môme temps qü'usure, c’està-dire refoulement du métal à droite ou à gauche de l’axe de roulement.

« Dans ce cas, le fer se lamine, et il y a, non-seulement une augmentation de largeur, mais aussi un agrandissement de diamètre qui oblige de démonter le bandage pour le resserrer.

c Sous les locomotives et tenders, les bandages en acier puddlé d’une dureté moins grande que l'acier fondu, s’usent plus qu’ils ne se déforment.

€ Dans les bandages en acier fondu, l’usure par le roulement est peu considérable, à cause de la dureté du métal et de sa ténacité; mais après deux ou trois retoumages, lorsque l'épaisseur du bandage approche de 30 ■/„, il y a une déformation considérable. Cette déformation est telle qu'on est obligé, très-souvent, de mettre au rebut les bandages, avec une épaisseur encore considérable, parce qu'il n’est plus possible de leur rendre au tournage un profil convenable.

c Les bandages en acier fondu, lorsqu’ils sont arrivés à une épaisseur d’environ 30 ne tiennent plus sur les jantes par suite de l'agrandissement du diamètre dû au laminage du métal, et ils prennent à fintérieur une forme concave qui oblige à retourner les jantes des roues.

« Pour les bandages les plus chargés, c’est-à-dire ceux des roues des machines Engerth, l'usure est peu sensible, mais l'altération de forme est très-considérable.

c Ces résultats rendent l'emploi de l'acier fondu très-coûteux.

Bi^diigen de wagonii.

« L'épaisseur des bandages neufs tournés est de .58 „

On les retire généralement avec une épaisseur de 2.5

Usure et matière enlevée au tour 3,3

« Un bandage subit, en moyenne, 4 retournages avant d’être mis au rebut ; soit en moyenne 6 7 de diminution par retournage,

dont 4 à .5 d’usure, et le surplus enlevé au tour, à cause des facettes, écrasements, et pour rendre au bandage son profil normal.

« Pour les bandages de roues des wagons à 10 tonnes, seuls adoptés aujourd’hui, je pense qu'on se rapprocherait de la vérité, en admettant une usure moyenne de 3 à 4 „ par an, ce qui donnerait à un bandage

une durée de huit à onze ans. »

Les bandages des roues de wagons sont généralement en fer. Leur épaisseur est telle que 30 "■/„ peuvent en être enlevés par des retournages ou rafralchissages successifs avant leur retrait du service. Le parcours que peut dans ces conditions accomplir un bandage, varie entre 150,000 et 180,000 kilomètres. Ce dernier cliilfre semble un maximum auquel il convient de nous arrêter pour être à l’abri d’erreur en plus sur la perte d’épaisseur en fonction du parcours. Celte évaluation se traduira par la donnée suivante : Un millimètre d’usure ou du déformation d’un bandage de roue de wagon correspond à un parcours de 6,000 kilomètres environ.

Nous avons pu constater à peu près rigoureusement qu’un parcours annuel de 2,662,000,000 kilomètres, elfcctué en 1862, par des roues de voitures ou wagons, avait donné lieu dans l’année à 48,240 rafralchissages ou remplacements de bandages. Cela correspond à un parcours de 6,500 à 10,000 kilomètres par millimètre de perte de matière, suivant que l’épaisseur du bandage est réduite, par opération de 8,25 ou de 6,6 -/..

— iü —

Bandages dea machinea et tendera.

€ Épaisseur des bandages neufs H8

Épaisseur des bandages retirés du service 33

Usure et matière enlevée au tour 23

Machines à voyageurs et mixtes.

B Parcours moyen desJ*iuida^ueés<CT t8e2. . . 103,000 kilomètres.

Parcours moyen d’une mâchée, 27,000 kilomètres. — Durée 4 ans environ.

Parcours par millimètre de bandage usé = 4,200 kilomètres.

Machines ù marchandises.

« Parcours, moyen des bandages usés yo.tJOO kilomètres.

Parcours moyen d’une machine. 26,000 kilomèlres. — Durée 3 ans et demi.

Parcours par millimètre de bandage usé = 3,600 kilomètres.

Nous adopterons, d’après les données qui précèdent, les résultats indiqués dans le tableau suivant :