FREINS

«97. — jBwt des frein». — I/aiTét rapide des trains est une nt»ce.ssité de Texploitation et do la sécurité. Il serait impassible d'atteindre des vitesses élevées s'il fallait, à l'arrivée aux stations, couipter sur leur résistance normale seule pour les arrêter. Pourquela vitesse d'un train express de 250 tonnes circulant en palier tombât de 70 kilomètres à zéro, il faudrait laisser parcourii* à ce train un espace de neuf kilomètres après avoir fermé le régulateur. L'arrêt serait d'ailleurs impossible en pente ; endn la sécurité exige que Ton puisse arrêter les trains aussi rapide/tient que possible dans un très prand nombr'o de cas.

*»8. — conire-v«peur. — La résistance qu'il e-st le plusnatureld'opposer au train, c'estractionde la vapeur elle-même. Puisque la machine possède nécessairement la marche dans lesdeux sens, il suffit théoriquement de renvei'ser le sens de la distribution pour que la vapeur fasse frein au lieu de faille moteur. Cette manière d'op*?rer a été connue do tout temps, mais pendant longtemps elle n'a été pratiquée qu'exceptionnellement, en cas do danger par exemple, pour les motifs suivants. D'abord avec les chant^ements de marche à levier, la manoeuvre était difficile et souvent dangereuse, ensuite et surtout, le renversement de la vapeur avait pour

effet do produire dans la boîte à fumée une aspiration de gaz chauds chargés de sulfures et de matières solides, qui en pénétrant dans les cylindres et les tiroirs las détérioraient et pouvaient même les mettre hors de service.

Les inconvénients relatifs à la manœuvre du changement de marche ont disparu par Temploi dos changements de marche à vis, devenu aujourd'hui tout à fait général. Quant aux dittîcuUés résultant de l'aspiration des gaz de la boite a fuméo, elles ont été supprimées d'une manière aussi simple qu'ingénieuse par Tinjection sous les tiroirs, du côté de l'échappement, d'un mélange de vapeur prise dans la chaudière et d'eau- La vapeur en se détendant pénètre dans le cylindin? au lieu de Tair de la boite à fumée auquel elle barre le passage, parce qu'elle est toujours à une pression supérieure à celle d«' l'atmosphère. L'eau en se vapoiûsant empêche Téchautiement et le grippement des pièces. De cette façon, on obtient un effort résistant qui peut atteindre les deux tiers de Teffort de traction de la machine. L'appareil est d'ailleurs exti'èinement simple : il se compose seulement eu principe de deux robinets et d'un tuyau.

L^emjdoi de la contre-vapeur est prescrit pour les trains de voyageui-s, indépendamment de Temploi das freins continus dont nous parlerons plus loin, pai' une circulain* ministérielle du 13 septemlu'e 1880. Toutefois il est aujourd'hui beaucoup moins utile qu'il ne l'a été au début, depuis la généralisatiou des freins automatiques.

aOO. - Freinai m main. — En dehoi^ de l'action de la vapeur sur les pistons, le seul moyen (|ue Ton ait

Ï-HKINS

pour ralentir et arrêter' lo:s trains est le IVottemeut. Il faut bien observer en effet ({ue cet arrêt ne peut être obtenu que par ralentissement progressif; sans cela, non seulement il faudrait des appareils d*uniî puissance énorme iK)ur absorber la force vive du train, mais encore le contenu des voitures et des wagons, qui conserverait sa vitesse acquise, serait projeté contre les pai'oisde ces véliicules avec une violence proportioauelle à la vitesse. Un arrêt instautanê à 00 kilomètres équivaudi'ait pour le voyageur à une chute d'un quatrième étage.

Le frein universt^llement répandu est formé d'un sabot de fonte qui vient frotter sur b^bandag-e de la roue. Jusqu'à uu^'époiiu»» rt»lativement récente, le sabot était actionné H la main par l'intermédiaire d'une vis et de pièces de renvoi rigides ; c'est encore le système employé pour les wagons à marchandises ordinaires. L'agent chargé de serrer le frein est placé dans une guérite située à une des extnWnitésdu wagon ; la transmission du mouvement se fait par une timonerie qui peut être tixée au bâti du véhicule ou en être indépendante : le premier système a Tinconvéuient de supprimer le jeu des ressorts dès que le frein est serré ; le second a l'inconvénient d'exiger l'additioii d'organes lourds et encombrants. Dans certains types, les sabols prennent leur point d appui pour serrer la roue, non sur le bâti,

FJg, 330.

mais sur la roue opposée. Avec le frein Stilmant, les quatre roues de rhaque véhicule sont, munies de sabols aetionnés deux par deux par des tiges fixées à deux flasques mobiles entre lesquelles glisse un coin. En raison de la forme des flasques, le rapport de Teflort de serrage h Teffort produit sur la manivelle est d'autant plus considérable que le frein approelie plus du serrage complet, et inversement le «léplacement du sabot par tour de manivelle est d'autant moindre ; ou a ainsi un frein qui j^eut arriver rapidement au contact des roues.

La Compagnie du Nord emploie le frein Bricogne dans lequel le seri'age du frein, au lieu d'être produit à la main, est obtenu par h\ chute d'un contrepoids. L'agent chargé de la manœuvre u'a qu'à déclancher ce contrepoids pour proiluire le serrage; il le remonte ensuite à la main au moyen d'une vis. On obtient ainsi une action presque instantanée des freins ; mais il est impossible d'éviter les chocs qui en résultent.

Dans certaines Compagnies, beaucoup de wagons à marchandises sont munis de freins actionnés par un long leviei* parallèle à Taxe du wagon et placé à l'extérieur ; ces freins servent seulement pendant les manœuviHiS ; le levier est abaissé ou relevé par un homme qui se tient â côté du wagon.

On obtient au moyen des freins un efiort résistant qui représente do ir> à 2Q U/0 du poids trainé et qui va eu augmentant â mesure que la vitesse décroit jusqu'à 25 0/0 de ce poids. Si on arrive par le serrage à caler les roues, c*est-à-dire à les em|)ê<.'her de tourner, la valeur de Tetfort résistant s'abaisse immédiatement de 10 à 15 0/0 lorsque le train possède une assez grande vitesse. Aux fail)les vitesses , l'etl'et du calage est beaucoup moins prononcé. Aussi évite-t-on de serrer

les freins à bloc jusqu'au inomcmt où le train est presque arrêté. 11 y ad'ailleui^s également intérêt à agir ainsi au point do vue de la conservation du matériel ; [)our éviteî' la fornuiiion de jdats sur les bandages et Tusure des rails^ beaucoup plus rapide sous l'action du Irottement do glissement que sous Faction du frottement de roulement.

Les coefficients de 0, 15 à 0, 25 que nous venons d'indiquer pour la résistance due aux freins sont vsupérioui^s à la valeur que nous avons indiquée précédemment pour Widhèrence et qui ne dépasse pas de 0, 15 k 0, 20. Il semble qu'il y ait là une anomalie luusfjUf Teffort résistant des freins, se transmettant au rail par Tintermédiaire de la voie, a for-cément pour limite le frottement au départ des bandages sui* les rails. On ne peut guère r<»xp]iqucr qu'on admettant que l'adhérence en marche peut être supérieure à l'adhérence au dépaii,.

BOO. — Freina aatom»«ii|uea. — Les freins à main ont de graves inconvéuients : d'abord leur action est lente; ensuite elle est incertaine en cas de danger. Quelque discipline que l'on exerce sur le personnel, il est impossible de compter qu'un homme immobile dans sa guérite par le froid, la chaleur, la neige, etc., quelquefois pendant plus d'une heure, obéira toujours instantanément à l'ordre de serrer les freins qui lui est domié par le mécanicien au moyen de coups de sifflet; il lui faut le temps d'agir sur son appareil; enfin, avec l'emploi de la vis, il faut un certain nombre de tours de volant pour arriver au serrage : le tout, en admettant une précision parfaite^ demande un temps assez long. Or, en dix secondes, un train marchant

TflOTSlEME PARTIE. — CHAPITRE XIV

à 72 kilomètres paix'ourt 20(J mètres. D'un Hulre côlé, les freins exigent chacun un homme pour leur manœuvre. On ost donc, par raison d*êronomio, obligr'' d'en restreindre le nombre, et leur puissance étîint proportionnelle à la charge, c'est-à-dire en moyenne au nombre des wagons fivinés, en réduit ainsi leur efficacité. Pour ces deux motifs, on a cherché depuis longtemps des freins qui se manœuvrent d'eux-mêmes ou puissent être manœuvres directement de la machine.

Le plus ancien, à notre connaissance, ast le frein Guérin, qui est actionné par la pression des tampons. Si on ralentit le mouvement de la machine en fermant le régulateur et en faisant agir sur elle un frein spécial ou plus simploniont la contre-vapeur, les véhicules se serrent les uns contrit les autres en vertu de la vitesse acquise, et les tampons font agir le frein. Le système serait inapplicable si le frein agissait en tout temps, car dans les manœuvres on opère très fréquemment par refoulement. Pour l'emédier à cet inconvénient, le frein est lUsposé de telle façon qu'il n'entre en action qu'a une vitesse de 15 à 20 kilomètres. Si le mouvement a lieu à une vitesse moindre, le frein est paralysé.

Le frein Guérin a été perfectionné par M. Ricour; on a cessé de s'en occu|)er parce que tous les eftV>rts se sont portés sur les freins inodérablcs à air comprimé, à vide etc. Il leur est certainement très inférieur pour les voitures à voyageurs; mais pour les véhicules à marchandises, il serait peut-êti'e la solution du freinage général.

On a également renoncé au frein é]ecti*ique, qui offrait cependant des avantages sérieux au point de vue de l'économie : le motif de cet abandon a été surtout

FHRINS

la difficulté de réalisor pratiquement un accouplement électrique des voilures fonctionuant avec certitude, et d'obtenir rautomaticilé dont nous indiquerons plus loin les avantages-

Enfin on a également abandonné on France le frein Heberlein essayé à la Compa«2"nie d'Orléans et qui, comme le frein (îuorin, est fondé sur Temploi de la force vive du train. Les sabots sont actionnés par !ine chaîne qui s'enroule autour d'un axe entraîné ])ar friction par Tun des essieux du véhicule lorsqu'un contrepoids est déclenché. Cette action se produit au moyen d'un cordeau qui vè^ne sur t*)ute la longueur du train.

Les deux freins dont Tusage est aujourd'hui général sont les freins à vide et les freins à air comprimé. Le frein A vide est très simple et ti-és l'ustique. Chaque véhicule porte un sac compressible, relié par une lige à la timonerie, et disposé de fixçon à moltre les sabotsen prise lorsqu'il est comprimé. Pour obtenir cotte compression, on fait le vide dans le sac, par l'intermédiaire d'une conduite qui règne tout le long du train, au moyen d'un ojecteur place sous la machine. Il suffit de quelques secondes pour produire une aspiration énergique. Le frein h vide, qui (»sten usage sur le réseau du Nord et sur beaucoup de lignes Anglaises, est simple et robuste; il a de plus Tavanlagede nedépenser de. vapeur que pour produire les arrêts. Mais il est un peu pbisleut que le frein à air comprimé ; il avait en outre, l'inconvénient, dans sa forme primitive, do n'être pas automatique, c'est-à-dire de ne pas arrêter de lui-même le train en cas d'avarie aux conduites ou de rupture d'attelage. On a remédié à cet inconvénient dans un certain nombre de typos nouveaux

(frein de la Compagnie ang-laise Vacuum Brake, Innii K(ertiug, frein Eamos, frein »Soulerin), en plaçant sous chaque véhicule un réservoir dans lequel on entretient le vide au moyen de réjecteur et de la conduite qui servent au serrage normal. En cas de rupture d'attelage, l'aspiration est produite par ce rés4-rv(>ir au lieu d'être produite par réjecteur. Le frein Sonlerin, qui est modérable, c'est-a-dirc dont on peut à volonté augmenter ou diminuer l'cflet à chaque instant de manière à éviter les chocs, et qui se prêle aussi à remploi de Pair comprimé, commence à se répandre en France sur les réseaux scîcondaires.

Les freins à air comprimé sont fondés sur le principe suivant, I^^s sahots sont actionnés par des pistons qui produisent le serrage ou le desserrage, suivant que la pression s'exerce sur une de leurs faces ou sur l'autre. Une pompe spéciale installée sur la machine refoule l'air dans le corps de pompe, par Tintermédiaire d'une conduite générale qui règne sous les wagons. Cette dernière est en même temps utilisée pour la commande des freins; ce sont les variations de la pression qui déterminent le fonctionnement de Tappaml de distribution. Cehii-ci diffère suivant qu'il s agit du frein IVeuffcr ou du frein Wvslinffhonse : dans le premier, c'est un cuir embouti entourant les pistons ; dans le second, c'est un organe très ingénieux appelé triple valve. Le serrage est produit par décompression dans la conduite générale ; les freins sont, par suite, automatiques et fonctionnent d'eux-mêmes en cas de rupture d'attela^^-o ou d'avarie aux conduites. Lorsqu'on veut annuler le frein d'uiuî voitui*e, on vide, au moyen d'un robinet sj)écial, l'air emmagasiné derrière les nistons. Les conduites des freins Westiniihouse

FRRINfi

et Wenger peuvent s'accoiiplerensemble.etêtre actionnées par la même pompe, (les freins sont très énergiques : en palier ils arrêtent un train lancé

à 100^ à l'heure en 400'" à 80*^ < en iW"

à 40' < en 70'"

Les premiei-s freins à air comprimé avaient le défaut (le ne pas être modèrablcs ; on ne pouvait graduer à volonté leur action et il en résultait des chocs violents lorscju'ils eoramenyaient à agir. A la Compagnie Paris- Lvon-Méditerranée, on a remédié à ce défaut en moditiant le système Westinghouse par l'adjonction d'une seconde conduite ; mais, depuis, MM. Wostinghouse et Wenger sont parvenus à l'endre leurs freins modérables à volonté.

Tous les véhicules à voyageurs des grands rèseaua; de chemins de fer Français, sauf C(»ux du Nord qui ont le frein a vide, sont aujoiird'liui munis du frein à air comprimé. L'Ouest, l'Est, le Paris-Lyon-Méditei'rauée et le Midi ont le W'estinghouse ; l'Orléans et l'Etat ont le \Vengei\

L'automalicilé, qui est considérée aujounl'lmi par beaucoup d'ingéiiieui-s comme une condition }ïresrjue essentielle de l'emploi des freins continus, a l'inconvtînient de pi'oduire, dans certains cas, des arrêts intempestifs^ c'est-à-dire conti'e la volonté du mécanicien. L'arrêt imprévu d'un train en pleine voie est toujours une cause de danger, car ce train peut être rejoint par un autre si les mesur&s prescrites par les règlements p^Mii* le protéger ont été négligées ou n'ont pu être exécutées complètement faute de temps. C'est pour ce motif que la Compagnie du Nord a cru devoir, jusqu'ici, s'en tenir au frein à vide

simplo^ malgrô les ilnngers inconleslables qu'il offre f»n caii de nipture d^altehige. On est arrivt^ auj»)nrd'hni à diminuer dans une très forte proportion le norabi-e des arrêts intempestifs, gnice au perfectionnement des boyaux d'accouplement, dont les avaries en étaient la principale cause. Ils se produisent néanmoins encore quelquefois, et sont pins fivquentsavec le freinWenger qu'avec le frein ^^'estingIlouse; la triple valve, qui est en métal, est moins sujette à accidents que le cuir embouti.

La question de l'application de freins continus à tout le matériel roulant des chemins de fer a été récemmant agitée en France. On s'accorde généralement à reconnaître qu'indépendamment des frais énormes qu'elle entrainerait, cette généralisation de l'emploi des freins à air comprimé ou à vide présenterait des difficultés très graves. Les véhicules à marchandises ne peuvent en effet être entretenus avec le même soin que les voitures à voyageurs; ils sont exposés à de longues périodes de remisage, circulent fréquemment en dehors de leur réseau d'attache, sont soumis à dos chocs répétés dans les manœuvres, etc. Le maintien en bon état des organes, relativement délicats, qui composent les freins à air comprimé ou à vide s'accommoderait difliciieinent d*un pareil régime. Lo frein Ouérin, beaucoup plus rustique, échappe à cette critique, mais il ne saurait être question de le substituer aux freins k air comprimé ou à vide pour les voitures; dans ces conditions, il ne réalise pas le but qu'on a poursuivi jusqu'ici et qui est rap[»licalion d'un fiTÏn unique à des trains composés à la fois de voitures et de wagons quelconques.

Ix^s difficultés que nous venons de signaler n'ont pas

FttEINS

arrêté le gouvernoinpntdps Ktats-Unis qui. par nno loi du 2 mars ISU.Î h \'(n\dn obligatoire, clans un dd.'ii do cinq ansj Tapplication d«îs froins continus, cesl-â-diro en fait du frein Wt-stinghouse. do beaucoup le plus répandu, à toutes les machines et à tous les wagons. Cette réforme, (juoique très discutée, a été en somme bien accueillie par la majoi'ité d»»s ingénieui's américains; mais il ne faut pas tirer de ce fait des conclusions trop absrdués. Ni le matériel, ni le mode de circulation des trains, ni les conditions d'exploitation ne sont les mêmes en Amérique qu'en Euroi>e. Kn Amérique, le matériel à man'liMudises comme le matéi'jel à voyageurs esl l'orme presque exclusivement de wagons sur bogies à grande crapacité, ot dont le nombre est par suite relativement l'éduit. Les trains de marchandises, généralement très lourds, marchent à de très gi'andes vitesses, qui atteignent jus([u*à SO kilomètres à Theure ; le block système existe partout ou presque partout; il y a un intéi-ôt capital à économiser la main d'œuvre, qui est ex(îessivement chère; entin, les accidents sont très nombreux. Les conditions sont tout autres sur le continent et particulièr^ement en France.

soi. - Rqiin lion de« ir«ins, — La manreuvre des freins à*main exige un homme par frein; il est, par suite nécessaire de réduire autant que possible le nombre de ces organes. I/un antre côté, la sécurité exige que les ti^ains puissent être arrêtés avec certitude sur le parcours qtii correspond à la distance de pi'otection admise pour les signaux. Le noml)i'e des freins doit donc être calculé, dans chaque cas, d'après cos données. Le calcul s'eflectue au moyen de l'équation des freins que Ton établit de la manière suivante :

F étant la somme des forces qui agissent sur le train, on a à chaque instant

Tii dv

F = m YT

(It

et comme,

dt

^, vdv

F = m -j— de

Si le régulateur de la machine est fermé, l'effort moteur de celle-ci sera nul et F sera, au signe près, la somme des résistances propres du train, de l'action de la gravité et de la résistance due aux courbes et à l'action des freins. En désignant par K la somme des termes constants qui entrent dans les formules de la résistance des trains^ et par p la résistance due à l'action des freins, on aura :

P + P' V d V ^ g de

ou

selon que la vitesse sera supérieure ou inférieure à GO kilomètres, la valeur de K différant de l"" X P' suivant que le train sera remorqué par une machine à voya^>^eurs ou par une machine à marchandises.

Nous avons vu précédemment que la résistance due aux freins peut varier environ entre 0, 15 et 0, 25 du poids fr(>iné. D'un autre côté, si les freins sont serrés à bloc et si les roues patinent, c'est le frottement des bandages sur les rails qui entre en jeu et il n'est pas prudent de Févaluer au-dessus de 0, 15. Il conviendra

i. Voir SM/>n/, w 289.