MACHINES

270. - PrineipesyéuérAUK. — Les principaux organos de la locomotive^ considérée comme véhicule, sont les mêmes que ceux des voitures et wagons, et nous avons indique ppeci'demment les dispositions spôciales qui les caractérisent dans certains cas. Nous ne ferons pas l'étude de la locomotive considérée comme machine à vapeur ; nous étudierons seulement les conditions dans lesquelles elle est utilisée.

La locomotive prend son point d'appui sur le rail par l'adhérence, grâce à laquelle elle peut produire un effort de translation dans le sens de la voie. La valeur théorique e de cet eïïori se calcule en égalant le travail de translation pendant un tour de roue au travail de la vapeur sur les pistons; on obtient ainsi l'équation de la locomotioe :

en appelant d le diamètre des pistons, c leur course, D le diamôtre des roues et p In pression de la chaudière. On prend généralement pour Teflort réelEL^s(),n5 de l'effort théorique et on a :

dV E = 0,65 p ^

Cette valeur de E ne représente par Tefforl maximum possible en réalité, car le coeflicienl d'utilisation atteint et dépasse même 0, 80 dans certaines conditions; mais la machine n'est pas en état do fournir cet effort maximum dans toutes les conditions d'admission et de vitesse ; au démarrage, notamment, il est

sage de ne pas compter sur une utilisation de plus de 0,65.

Il est important de ne pas confondre l'effort maximum, donné par Téquation de la locomotive, avec l'effort normal qu'il convient de lui demander. Comme toutes les machines à haute pression étudiées en vue *\\u\ rendement économique, la locomotive est une machine à délente ; elle ne doit donc pas travailler normalement à pleine pression. La meilleure utilisation do la vapeur correspond à une admission de 0, 20 à 0, 30; l'effort moyen, dans ce cas, est donné par la surface du diagramme du travail pendant la course totale du piston, divisée par la longueur de cette course; il correspond à un effort effectif qui n'est guère, aux vitesses moyennes, que le tiers de l'effort théorique, soit la moitié de Tetfort maximum pratique et qui descend beaucoup plus bas aux grandes vitesses.

L'effort moteur maximum dont une machine est susceptible n'est pas indépendant de la vitesse ; il passe parmi maximum qui, avec les machines ordinaires, correspond à une vitesse voisine de 30 kilomèti'es pour les machines express, et de 15 kilomètres pour les machines à marchandises ordinaires ; il en résulte qu'une de ces machines qui gravit une rampe en donnant son maximun» d'effort peut être considérée couune devenue impuissante si, au maximum de pression, sa vitesse est descendue au-dessous de ces limites; elle s'arrête forcément. Cette diminution d'effort aux faibles vitesses à partir d'un moment donné est due à favance à réchappement ; les organes de distribution sont disposés de façon à ce qu'il ne se produise pas de contre-pression en marche normale; mais il n'en est plus de même à une vitesse faible.

MATÉRIEL RODLAKT

S7i. — Pulasiiiice dea loeoHiottve». — La locomotive est un moteur ; ce qu'on lui demande n'est pas un effort statique, c'est un travaîL 11 faut donc, pour connaître les charges qu'elle peut remorquer, se rendre compte du travail qu'elle peut fournir dans les différents cas. Celui-ci est proportionnel à la puissance de vaporisation de la chaudière, c'est-à-dire à la quantité et à la pression de la vapeur qu'elle peut produire ; ces deux valeur dépendent elles-mêmes, pour un môme timbre de la chaudière, de la surface de prille ; nous ne parlons pas de la surface de chauffe qui doit être proportionnée à la surface de grille, ni des variations de la surface de grille en raison des qualités diverses de coml)ustible qu*elle doit recevoir (grilles de l'Etat Bcl^c pour les menus, grilles des locomotives bi-ûlant des charbons anglais),

La puissance d'une locomotive, ne dépendant que des dimensions de ses divers éléments et du timbre delà chaudière, doit êti"e théoriquement constante. Mais, en pratique, elle varie d'environ un quart de sa valeur maximum, par suite de raliraentation. Chaque fois, en effet, qu'on introduit deTeau dans la chaudièi'e, une partie de la chaleur fournie par le foyer est employée à élever la température de cette eau, et le surphis seulement reste disponible pour être transformé en travail. Dans les locomotives des types les plus répiiiidus. le rolani d'eau^ c'est-à-dire la différence des capacités de la chaudière qui correspondent aux niveaux maximum et minimum, est d'environ un mètre cul»e. La machine peut au besoin fournir tout le trav%iil représenté par ce volume d'eau avant qu'on ait à alimenter de nouveau. Dans ce cas, sa puissance peut dépasser d'un tiers celle qui correspond aux conditions normales de la marche,

c'est-à-dire au cas où on maintient lo niveau dans la chaudière en alimentant de temps à auti'e. Le parcours qui peut être effectué sans alimenter, en produisant le travail maximum, est de trois à quatre kilomètres pour les machines ordinaires. Nous avons vu précédemment que ce supplément de force peut être utilisé, dans certains cas, pour franchir des rampes exceptionnelles.

Dans les locomotiv'te, comme d'ailleurs dans toutes les machines à vapeur, Taugmentatiou do la pression entraine une augmentation do puissance effective supérieure à celle qui résulterait d'une simple proportionnalité. Aussi existe-t-il une tendance continue à élever la pression ; elle a toujours été en croissant depuis l'origine des chemins de fer. Jus([u'à ces dernières années elle a été limitée à 9 ou 10 kilogs; aujourd'hui on adopte, comme timbre normal des chaudières que Ton construit, 14 et 15 kilogs. L'augmentatiun de puisssance qui en résulte permet de réaliser des améliorations importantes, non seulement dans la traction, mais aussi dans Texploitation.

IndépimrJamment de Taugmentation de puissance et delà meilleure utilisation du combustible, on trouve dans l'emploi des hautes pi'essions l'avantage d'augmenter l'élasticité de la machine, par suite de la plus grande quantité de travail emmagasiné dans la chaudière lorsqu'elle est pleine k la pression maxiiiium. On augmente aujourd'hui, dans le même but, les dimensions des chaudières, de manière à avoir une réserve d'énergie aussi grande que possible. On pput, gr'àceà cette réserve, franchir sans diminution de vitesse les rampes qui ne sont pas trop longues.

MATERIEL RODLANT

972. — vit««Me <t«8 locomoiiveft. — En raison des conditions de sou emploi que nous an;Uy.sei*ons plus loin, la locomotive a besoin d'une j^randeélaslieitédans son fonctionnement, non seulement au point de vue des efforts à produire, mais encore au point de vue des vitesses. Colles-ci ont pourtant des limites: les locomotives à grande vitesse actuelles sont construites, en général, pour faire normalement de fiO à 100 kilomètres à rheui-e, cet[ui correspond à un nombre de tours de roues de 160 à 260 par minute, exceptionnellement, elles peuvent atteindre das vitesses de 120 à 130 kilomètres. Naturellement, la vitesse peut décroître jusqu'à zéro ; mais lorsqu'elle descend au-dessous d'une certaine limite, la puissance de la machine est réduite dans une notable proportion.

Les machines k marchandises ne peuvent dépasser sans inconvénient des vitesses qui varient selon le type, mais qui ne vont pas au delà de 10 à 50 kilomètres ; bien qu'elles aient des roues plus petites, eUes ne font pas, dans ce cas, un nombre de tours de roues supérieur à celui ((ue font les machines à grande vitesse loraqu'elles marchent de 70 à 100 kilomètres; mais les pièces du mécanisme, qui sont plus lourdes, notamment les bielles d'accouplement, produisent des perturbations plus grandes, et les cylindres sont en outre placés d'une manière moins favoj-able pour les grandes vitesses, k cause de la nécessité de charger l'essieu d'avant, qui est couplé avec les autres, pour lui donner de l'adhérence.

En Allemagne, le Jiombre de tours autorisé à la vitesse maximum est de 2()0 pour les machines à deux essieux couplés, 200 |)Oui' l(>s machines à ti'ois essieux

couplés et 160 pour les machines à quatre essieux couplés,

S73. — Classiflration «les marbines. — EiVpresS. —

En reprenant l'équation de la locomotive on voit que Teffort de traction est en raison inverse du diamètre des roues motrices ; d'autre part, la vitesse est proportionnelle à ce diamètre pour un même nombre de coups de piston ; enfin, le travail est proportionnel au produit de TefiFort de traction moyen par la vitesse. Les machines express doivent donc avoir de grandes roues et une chaudière puissante, mais leur effort de traction est relativement faible.

Le type primitif de la machine à grande vitesse était le type Cranipton» avec un seul essieu moteur placé en

Fig. 324.

arrière du foyer; cette position de IVssieu moteur ne se prêtait pas à l'allongement de la cliaudit^re et par conséquent limitait la puissance de la locomotive. Depuis vingt ans environ, on a réussi h faire dps bielles d'accouplement avec lesquelles le danger de niptuTO, très redouté au début, est peu àcraindre, et maintenant, en France, on construit toutes les machines a grande vitesse avec deux essieux couplés. Ou obtient ainsi une grande adhérence et la possibilité de charger fortement

MATÉRIEL ROULANT

les trains. Ce n est pas qu'en marche et en palier Tadhérence d'un seul essieu ne soit suffisante. Avec les grandes vitesses, elle n'est même pas utilisée en entier ; mais il n'en est pas de même au démarrage .' une machine qui manque d'adhérence ne peut enlever un train lourd et, si elle réussit «^ l'enlever, ne peut se mettre en vitesse qu^avec une extrême lenteur, parce qu'elle

Fig. 325.

ne peut produire un effort suffisant pour donner à l'accélération une valeur élevée.

Dans les types primitifs, les machines étaient à trois essieux, dont un porteur à l'avant ; pour augmenter leur puissance, on a dû allonger la chaudière et agrandir la boite à feu ; on se trouve ainsi amené, poui* bien répartir les charges, à avoir, en arrière, un porte à faux assez considérable. Le poiie à faux a deux inconvénients : il augmente les mouvements de lacet, et il éloigne le centre de gravité de Tessiou d'avant. Les mouvements de lacet, qui sont toujours gênants, peuvent devenir dangereux lorsq^i'ils dépassent une certaine limite. Quant à la position du centre de gravité elle a vino très gi'ande importance parce que c'est d'elle que dépend la position que la machine tend à prendre lorsque k'S ressoi'ts de Tessieu d'avant et de celui d'arrière viennent à fléchir et qu'il se rencontre unedénivellation de la voie. En Angleterre on considère comme

indispensable que le centre de gravité de la machine soit placé en ayant de l'essieu du milieu, dans les machines à trois essieux, ce qui conduit presque forcément à placer un des essieux en arrière de la boîte à feu. On remédie en partie aux inconvénients de porte à faux en reliant la machine au tender par un attelage très rigide ; mais l'agrandissement des foyers fait préférer aujourd'hui en France l'emploi d'un quatrième essieu, simplement porteur, en arrière du foyer ou au-

Fig. 326.

dessous (machines de la Compagnie Paris-Lyon-Méditerranée, de la Compagnie d'Orléans et de l'État). La Compagnie du Nord a adopté une autre solution en plaçant à l'avant un bogie ; c'est cette solution qui pa-

Fig. 327

raît prévaloir aujourd'hui ; les Compagnies de l'Ouest, do l'Est et do Paris-Lyon-Méditerranée viennent de l'appliquer à leurs nouvelles machines à grande vitesse.

Les machines à grande vitesse qui sont actuellement en usage courant en France peuvent exercer un effort

MATÉRIEL RODLANl'

maximum réel de traction au démarrage l— — -^ )

de 3.500 kilogrammes environ ; l'oflbrt moyen réel en marche est, comme nous l'avons dit, la moitié du précédent, soit environ l.SOO kilogrammes. Dans ces conditions, les machines i^emorquent dos trains de 150 à 2(.)0 tonnes à des vitesses de 70 à 80 kilomètres k l'heure en moyenne. Depuis quelques années, on est arrivé à des types de machines beaucoup plus puissantes dont l'efibrt maximum réel au démarrage atteint 5.000 à 6.000 kilogrammes et l'effort moyen 2.500 à 3.000 kilogrammes. Ces machines peuvent remorquer des trains de 250 à '3iX) tonnes, â une vitesse soutenue de 70 â 80 kilomètres à Theure, sur des lignes comportant des rampes de 5 luillimètres sur une partie de leur parcoure ; elles sont destinées à faire de très longs trajets sans arrêt et sont, en conséquence, munies d'un tendertrès gî-and à trois essieux pouvant (umtenir 15 mètres cubes d'eau et 3.500 kilogrammes de charbon.

Le poids des locomotives à gi'ande vitesse du type normal est de 35 à 40 tonnes avec un tender de 20 tonnes, soit de 55 à 60 tonnes, I^es locomotives des nouveaux types pèsent beaucoup plus : leur poids atteint jusqu'à 50 tonnes en ordre de marche, et celui de leur tender 30 tonnes, soit 80 tonnes en tout. J-^s machines Compound du F.-L.-M pèsent 85 tonnes, tender compris.

Machines à marchandises ordinaires. — Pour les machines â marchandises, qui doivent marcher lentement, les conditions sont inverses de celles qui sont relatives aux machines express; il faut de petites roues et on peut avoir un grand effort de traction sans que la puissance dépasse et même atteigne celle de certaines

machines express. Pour que ce grand effort de traction soit réalisable, il faut une forte adhérence, co qui conduit à coupler toutes les roues.

Le type normal de la machine à marchandises est la

machine à trois essieux couph's, à i^oues de 1™ 30 à

i°* 50 de diamètre. Elle peut prod

effort

maximum réel au démarrage de 5.500 à 6,000 kilogrammes : Teffort moyen en marche, en palier, est de 2.500 à 3.000 kilogrammes environ. Ces machines remorquent en palier dos charges de <ïOO à 700 tonnes.

Les machines à marchandises paraissent sur le point de subir une transforma! ion analogue à celle que subissent les machines à voyageurs par suite de l'augmentation de puissance que Télévation de la pi^ession permet de réaliser. Nous montrerons plus loin les avantages qu'offrirait au point de vue de l'exploitation une accélération de la vitesse des trains de marchandises ; cette accélération peut être réalisée, grâce à l'augmentation de la puissance, sans diminution de l'effort de traction et par suite de la charge remorquée. C'est dans ce sens qu'on cherche actuellement à améliorer les machines; on étudie sur plusieurs réseaux des types permettant de remorquera des vitesses de 40 k 45 kilomètres à l'heure les charges que les machines actuelles traînent à la vitesse de 25 à 30 kilomètres.

MATBRrEL BOULANT

Machines de montagne, — Nous avons vu précédemment avec quelle rapidité la chai'^e décroît sur les rampCvS lorsque la déclivité augmente. On a été conduit, par suite, pour les ligues à forte rampe, à augmenter Teffort de la traction et la puissance du moteur. De là les machines dites de montagne^ à quatre essieux couplés, qui peuvent produire un effort de traction de 8.000 à 9.000 kilogrammes. Ces machines ont des roues de l^SO à 1'° 30. Llîs divers types en usage en îVancesont presque identiques ; la ma<*hine pèse 52 tonnes et le tender au moins 20 tonnes, soit 72 tonnes en tout.

Machines mixtes. — Entre les machines à grande vitesse et les machines à mai'chandises se placent des machines dites mixtes, parce qu'elles sont intermédiaires entre ces deux catégories : elles sont destinées à traîner à des vitesses moyennes y c'est-k-dire de 40 à 70 kilomètres à l'heure, des charges exigeant un effort de traction plus considérable que celui qu'on demande aux machines express. On faisait autrefois des machines mixtes pour remorquer les trains de voyageui-s à vitesse moyenne sui- les lignes à protii facile ; aujoui'd'hui le service est généralement fait par les machines à grande vitesse, dont la puissance est largement suffisante pour la charge que Ton peut pratiquement donner à ces trains. Mais il n en est pas de même sur les lignes à fortes rampes ; pour remon[uer des trains un peu lourds sur des rampes de 20 millimètres et au-dessus à des vitesses dépassant 30 kilomètres, ou sur des rampes de 15 millimètres à des vitesses dépassant 40 kilomètres, les machines express n'ont pas une adhérence Qi une/or^é'suÛisantes, les machines à marchandises ne pei'mettent pas d'obtenir une vitesse

TROISIKME PARTIE.