CHAPITRE V Mécanisme moteur Ç

OTLIKDRES ET DTSTRIBUTIOIT*

88. — Cylindres. — Les cylindres et leurs chapelles comportent un grand nombre de dispositions. Dans le cas où les cylindres sont intérieurs, les chapelles peuvent l'être aussi; pour donner aux conduits un débouché suffisant, elles sont souvent relevées au-dessus de l*axe des cylindres, la chapelle est alors commune aux deux cylindres, et il peut n*y avoir qu'un tuyau de prise de vapeur, La figure 154, d'après Engineering (1888-1-264), donne la section transversale de la machine d'express à roues libres du Midland par M. S. \V. Johnson,

11 devient de plus en plus difficile» par l'augmentation du diamètre des cylindres, de concilier cette disposition avec les longerons intérieurs: M, Stroudleys au London-Brighton, a souvent divisé réchappemenl en deux conduits {Engg., 1881-2-352 ; idem, 1886-2-592, cylindres du Caledonian ; idem, 1884-2^344, cylindres du West-IIighland). La même disposition est appliquée aux machines express à bogie de l'Ouest, figure 155, diaprés Engineering-

M. StroudJey a d'ailleurs souvent disposé les chapelles sous les cylindres (voir aussi les machines à marchandises du GrealEastern Engg., 1892-l-6Sâ) ; en Suisse, M. Brown a fréquemment adopté le même système pour de petites machines de tramways; il a Tavantage de faciliter récoulement des eaux de purge, de produire un lavage des surfaces frottantes qui prévient le grippeme nt, elc*

1. La théorie thermique des machiner à vapeùTi ainsi que les dispositlûns organiques y compris la distribution ont été étadiées en détail dans les faacî* cules 3 et 5 ï cette matière ïi*est reprise ici que pour les points spéciaux à Is locomotive.

CYLINDRES 167

Les chapelles peuvent encore élre au-dessus des cylindres ou latéra-

Fig. 154

lement el en dehors (fig. 156 Ouest, fig. 157 et 158 État-belge, d'après

CYLINDRES

Engg.\ mais la dernière disposition n'est possible qu'avec le bâti à lon- ^rons extérieurs ; elle a l'avantage de rendre les chapelles très accessibles. Dans ses types les plus récents, TEtat-belge a conservé en prin-

Fig. 155

cipe le même dispositif, mais les glaces sont inclinées transversalement, Taxe de la tige du tiroir restant parallèle à l'axe du cylindre, cette position relative des deux tiges se concilie bien avec la distribution Walschaerts (fig, 140 ante).

La flgure 159 [Engg., 1889-2-172) place les chapelles directement audessus des cylindres, les couvercles étant à la base de la boite à fumée (rare).

Pour les cylindres extérieurs, on rencontre la même variété dans la position donnée à la glace ; c'est cependant la glace horizontale et audessus qui est invariablement adoptée dans les machines américaines, le mouvement est renvoyé au tiroir par un levier ; la distribution Walschaerts admet le même tracé.

Les cylindres forment généralement deux pièces séparées avec joint médian lorsqu'ils sont intérieurs, mais il y a des exceptions (fig. 159 et Engg., 1886-2-105, Caledonian ; 1890-1-619, G. N. ofScolland; 1882-1- 265, cylindres de machine américaine) .

Fig. Iii7

CYLINDRES

Le fond portant le presse-étoupe est rapporté par l'intérieur (fig.157- 158) ; les ateliers Brooks ont récemment construit les cylindres de

Fig. 159

manière à îes rendre réversibles et interchangeables, condition qui exige un joint symétrique sur les deux faces {Engg,, 1893-2-603).

CYLINDRES

On a essayé rapplication de l'enveloppe aux cylindres des locomotives (M, Mallet en France, M. Borodlne en Russie), sans qu'elle ait pu entrer dans la pratique, ce que l'on conçoit sans peine lorsque l'on sait combien les enveloppes sont difficiles à rendre actives et à drainer, même dans les machines fixes ; le bénéfice à retirer de leur emploi n'est cependant pas douteux, mais les difficultés d'ordre pratique sont fort grandes.

L'emploi des gaz chauds de la boite à fumée a été préconisé par H. de Kossuth, en Italie ; ce serait là sans doute une complication absolument inutile, la chaleur qui peut-être transmise au cylindre par les gaz étant négligeable.

•Section, /tar l'e'eAruLi

la, liuniére

Nous mentionnerons encore un montage spécial de cylindre employé

HLU 'l -

172 DISTRIBUTION

par la Société Suisse dans une machine dont le bâti est utilisé comme caisse à eau ; une semelle de fonte portant une collerette alésée analogue à celle des bâtis Corliss de machines fixes est d'abord boulonnée contre le châssis, le cylindre s'y emboîte et se dilate librement {Engg. 1880-1-219).

Le distributeur à peu près universellement employé est le tiroir plan simple ou à canal; quelques exceptions sont à signaler, notamment pour les machines express récentes du North-Eastern, où M* W. Worsdell emploie des tiroirs cylindriques équilibrés; les cylindres et leurs chapelles coulés d'une pièce sont fort heureusement disposés pour fournir à la vapeur des passages courts et peu contournés (fig. 160, d'après Engg. 189S.1-146).

Les distributeurs cylindriques ne permettent pas toujours le départ de l'eau entraînée par le primage^ des soupapes de sûreté sont alors indispensables sur les cylindres ; ceux employés au Midland sont disposés de manière à ce que la garniture puisse céder à une trop forte compression {Engg. 1897-1-798).

En Amérique, M. Strong a fait des tentatives d'application de la distribution à quatre obturateurs divisés. M. Bonnefond aux chemins de fer de l'Etat français emploie même une distribution à déclenchement; MM. Durant et Lencauchez sont les promoteurs d'une distribution à valves Corliss employée à l'Orléans ; enfin, M. Hoyois a fait récemment admettre par l'Etat belge un système à quatre obturateurs.

Dans les cas particuliers qui viennent d'être cités, les tracés ordinaires de cylindres sont abandonnés, et le nouveau groupement à donner aux pièces n'est pas la moindre difficulté du problème.

89. — Distribution. — L'étude qui en a été faite dans le 8® fascicule sera seulement complétée ici par quelques indications spéciales.

Les coulisses de Slephenson, de Gooch, d'Allan de Walschaerts sont les systèmes les plus employés, à cause de la propriété qu'ils possèdent de faire varier l'introduction dans de larges limites.

La figure 161 est le schéma de la distribution Walschaerts du type 11 de l'Etat belge (trains légers) ; les dimensions données permettent de tracer l'épure correspondant à chaque cran (5* fasc, n° 96) ; on remarquera que l'angle de calage diffère un peu de l'angle droit, c'est afin d'obtenir pour la marche en avant des conditions un peu meilleures.

Les données sont :

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DISTRIBUTION

Diamètre des cylindres SôO""/"

Course des pistons 500

Eecouyrement extérieur 26

— intérieur. ....... 1

Oarerture maximum des lumières pour, Ayant. . 26 1/2

la marcUe en avant ) Arrière. 80

Ouverture maximum des lumières pourj Avant.. 27

la marche en arrière î Arrière . 28

Ces machines sont à cylindres extérieurs, figure 231 plus loin.

La distribution Walschaerts est aussi employée dans sa forme classique aux compound express du Nord (fig. 186).

La figure 162 se rapporte au type 25 de l'Etat belge (fig. 233 plus loin, marchandises forles rampes), la ligne d'action est inclinée à cause de la position intérieure des cylindres, la branche de la coulisse actionnée par la harre est prolongée et déviée, ce qui amène une modification facile à trouver dansTangle de calage ; la figure 163 donne le détail du

Fig. 163

tiroir et de la glace. Les éléments de ces deux figures ont permis de tracer les trois épures, figures 164 à 166 (positions, A, B, C) pour des inlroduclions variables, en tenant compte pour Tadmission de l'ouverture supplémentaire fournie par le canal.

La glace et le tiroir du type 12 (express pour lignes de niveau) présentent la même section (fig. 218 plus loin). Le type 6 de TEtat belge

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Fig. 164

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Fig. Kjii

DISTRIBUTION

(express fortes rampes, âg. 228) présente dans son mécanisme une particularité dont nous ne connaissons pas d'autre exemple dans des machines à double effet : Taxe des cylindres prolongé passe notablement au-dessus de Taxe de l'essieu moteur (fig. 167); la glace et le tiroir sont donnés, figure 168. La disposition anormale indiquée a nécessairement une influence sur la distribution.

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Fig. 168

11 a été fait dans ces dernières années un fréquent usage des distributions radiales (5*" fasc), qui ont été un moment en très grande vogue*

DÉTAILS DIVERS BELATIFS AU afÉOANISME.

90. — PistonSj tiroirs, valves auxiliaires. — Dans la construction européenne, les pistons sont à simple disque en fer étampé, en bronze, ou le plus souvent aujourd'hui en aciercoulé ; les bagues sont en fonte dure, s'ouvrant par leur élasticité. 11 importe de rendre le piston et les pièces à mouvement alternatif aussi légères que possible, puisqu'on ne peut les équilibrer complètement ; sous ce rapport, les pistons en fonte à double toile, employés très fréquemment aux Etats-Unis, prêtent à objection.

Les tiges de pistons sont parfois prolongées à travers le couvercle d'arrière pour fournir un bon guidage.

Les tiroirs sont en fonte, souvent en bronze, et même en bronze phospho reux ; la fonte donne le meilleur frottement, mais remploi d'un métal plus ductile comme le bronze est motivé par les ballottements du tiroir dans la marche à modérateur fermé ; pendant l'ad-

MECANISME

mission le piston fait le vide dans la chapelle, et au moment où Téchappement s'ouvre, la sous-pression due à Tatmosphère étant plus forte que la pression dorsale, le tiroir se détache de la glace pour y retomber ensuite ; Tintroduction des poussières de la boite à fumée contribue aussi dans la marche à modérateur fermé à détériorer les surfaces frottantes. On emploie quelquefois les tiroirs équilibrés, Topinion est qu'ils ménagent les glaces, mais qu'ils sont peu étanches (V. Revue de mécanique^ janvier et février 1897, et le rapport de M. Aspinall au Congrès des Chemins de fer^ Bulletin^ juin, 1895).

Pour le tiroir cylindrique, voir n^ 88. M. Johnson au Midland a trouvé que l'usure d'un tiroir plan ordinaire après 160.000 kilomètres de parcours était de 20 mm. ; elle n'était que de 3 millimètres pour un tiroir cylindrique ayant effectué le même trajet.

Pour prévenir le soulèvement du tiroir, on a imaginé différents remèdes dont l'efficacité ne semble pas douteuse . L'un d'eux consiste à employer une soupape ou reniflard d'aspiration, qui remplit le cylindre

Fig.169

d'air frais aspiré à l'extérieur, cet air s'échappe ensuite pendant la décharge. La figure 169 représente une valve de cette espèce combinée avec une soupape de sûreté propre à empêcher une compression trop

178 MÉCANISME

forte dans le cas d'un renversement du levier à modérateur onYeri {Engg, 1894-1^13).

On obtiendrait un effet analogue à celui du reniflard, mais insuffisant, en ouvrant les robinets de purge du cylindre au moment où on ferme le modérateur.

L'introduction de l'air extérieur a pour inconvénient de refroidir les cylindres et de nuire au graissage lorsqu'elle se prolonge, comme sur les profils en pente par exemple. La valve automatique de Smith échappe à ce reproche, elle fonctionne lorsque le modérateur se ferme, et introduit de la vapeur à pression réduite dans les chapelles (employée par M. Wilson WorsdeU au N. Eastern ; Engg. 1898-1-147). Le détail d'une valve analogue dans laquelle le soulèvement du clapet à air ouvre en même temps une petite admission de vapeur est donné dans Engg.y 1897-1-798.

91. — Gmdes et bielles^ excentriques y levier de changement de mar^ che, servo-mpleurs. — Il existe trois types de guides et de crossetles, ils sont à quatre barres avec deux patins» à deux barres, ou à une seule barre complètement embrassée parle patin ; les guides sont en fer forgé cémenté, les patins sont en bronze ou en fonte garnie de métal blanc.

Les guides s'assemblent d'un côté sur le presse-étoupes, et à l'autre extrémité sur une entretoise spéciale convenablement découpée ; celleci est souvent en acier coulé à nervures dans la construction anglaise. Pour diminuer la section des guides, on peut prendre le point d'appui à une certaine distance de l'extrémité (ne s'applique qu'à ceux formés de quatre barres).

Les tiges de tiroirs sont guidées souvent dans la même entretoise, il convient de les renfler et de les supporter dans de longues buselures. Les excentriques sont en deux pièces réunies par goujons à clavettes, ils sont en fonte ; les colliers sont en bronze ou en fer forgé garni d'un anneau de bronze. Les excentriques sont calés sur l'essieu par une clavette entaillée, M. WorsdeU a supprimé la clavette et le déforcement qui en résulte en munissant l'excentrique de deux ergots qui embrassent les joues du coude voisin.

• Les bielles motrices des locomotives ne présentent rien de particulier ; pour les cylindres intérieurs, elles doivent toujours être à tête ouverte, le système à étrier est le plus employé parce qu'il donne des tètes peu saillantes et qu'il reste ordinairement peu d'espace libre sous la chaudière pour la position verticale du coude.

MECANISME

Les bielles d'accouplement sont soumises sur toute leur longueur à la force centrifuge, les forces de fouettement y sont plus grandes que dans les bielles motrices ; dans le cas où les bielles accouplent des roues de grand diamètre, la portée entre les points d'appui est grande et la fatigue augmente rapidement (elle est de 3 mètres dans les compound express du Nord).

On donne souvent aux bielles d'accouplement une section évidée sur les deux faces latérales ; lorsque le nombre des essieux accouplés dépasse deux, la bielle est en plusieurs tronçons, afin de présenter la même flexibilité que le train de roues ; l'assemblage se fait par une articulation qui joue extrêmement peu, et qui n'est donc pas garnie.

Les tètes des bielles d'accouplement étaient toujours munies autrefois de coussinets en deux pièces avec clavettes de serrage ou rappel par coin. Ramsbottom a introduit en 1863 au L. et N. Western les bielles d'accouplement à têtes rondes avec buselures en bronze aujourd'hui si répandues et qui réduisent l'entretien dans une forte mesure ; la figure 170

Fig. 170

donne d'après Engineering les dispositions d'une bielle d'accouplement de trois essieux du London-Brighton ; les broches coniques à tête filetée sont destinées à empêcher la rotation des buselures et leur déplacement transversal.

Le levier de changement de marche est manœuvré par une poignée ou par une vis sans fin ; Belpaire a mis en pratique à l'État belge un levier souvent employé qui peut être manœuvré à volonté par vis ou par poignée.