TRANSPORT SUR UN CHEMIN INCLINÉ

grande, cette force peut être réduite à zéro : alors la composante du poids, dirigée parallèlement au chemin, fait seule équilibre aux résistances passives. Si l'inclinaison est encore plus grande , non seulement on ne devra pas tirer le fardeau pour entretenir son mouvement, mais encore il faudra le retenir en lui appliquant une force dirigée en sens contraire du mouvement, si l'on veut que son mouvement ne s'accélère pas indéfiniment. On voit en effet que, pour une pareille inclinaison, les résistances passives sont mises en équilibre par une portion de la composante du poids, qui agit dans le sens du mouvemept, et l'autre portion de cette composante augmenterait sans cesse de lavilessedu corps, si l'on ne s'opposait pas à son action. C'est ainsi que, lorsqu'une voilure descend sur un chemin fortement incliné , les chevaux qui sont attelés à la voiture sont obligés de la retenir, pour empêcher son mouvement de s'accélérer outre mesure. Il arrive même souvent, lorsqu'il s'agit d'une voiture pesamment chargée, et tirée par plusieurs chevaux placés les uns devant les autres, qu'on détache les chevaux, à l'exception du limonier, pour les attacher derrière la voiture dans les fortesdescentes; ils sont alors en mesure de résister, pourdétruire la portion de la composante du poids de la voiture, qui n'est pas mise en équilibre par les résistances passives.

Pour faciliter la retenue des voitures dans les descentes, on leur

adapte ordinairement des freins à l'aide desquels on peut augmenter les résistances passives. Ce sont des plaques de fer, ou des

morceaux de bois qu*on dispose en arrière , tout près des jantes des roues, à la hauteur de l'essieu, fig. 250. On serre le frein contre les roues, à laide d'une vis placée, soit à l'arrière de la voiture, soit sur. le devant; dans ce dernier cas, on transmet laction de la vis au frein par l'intermédiaire de cordes et de leviers diversement combinés. La pression du frein contre les jantes des roues d^ermine un frottement, qui s'ajoute aux autres résistances passives. Ce frottement est plus ou moins fort, suivant que le frein est plus ou moins serré ; mais il ne peut pas croître au delà dune certaine limite. On voit, en effet, que si le frein était trop fortement serré, son adhérence avec les jantes des roues empêcherait celles-ci de tourner; et les roues glisseraient sur le chemin, comme si elles avaient été invariablement fixées à leur essieu. Le frottement additionnel, qui résultedelapressiondufrein contre les jantes des roues, ne peut donc pas devenir plus grand que le frottement des roues elles-mêmes sur le chemin, lorsqu'elles ne tournent pas. Aussitôt que la pression du frein est capable de déterminer un frottement plus considérable, les roues s'arrêtent ; cç frottement ne se produit pas, et il est remplacé par le frottement des roues sur le chemin. Il y a un inconvénient à serrer le frein contre les roues assez fortement pour que celles-ci ne tournent plus; il consiste en ce que les roues, glissant au lieu de rouler, s'usent d'une manière notable, en un point de leur contour, et par conséquent ce contour peut devenir un peu irrégulier. Pour empêcher cette usure de se produire, dans les cas où l'on peut avoir besoin (Je remplacer le roulement d'une roue par un glissement, on se sert d'une pièce de fer qu'on nomme un sabot, et qu'on place sous la roue, de manière à lui faire supporter toute l'usure qui peut être occasionnée par le glissement. Pour cela il suffit de mettre le sabot en avant de la roue, de telle sorte que celle-ci vienne se poser dessus en roulant.

Une chaîne d'une longueur convenable le rattache au brancard de la voiture , et se^ trouve tendue au moment où la roue s'appuie au milieu de sa face supérieure,/îgf. 251.

. La voiture, continuant à s'avancer, entraîne le sabot qui supporte toujours la roue, et celle-ci ne tourne plus, sans qu'on

ait besoin d'employer un frein pour l'empêcher de tourner.

§ 4 86. Chemins de fer. — Nous avons vu, par le tableau de la page 269, combien la nature du chemin influe sur le tirage des voitures ; c'est pour diminuer ce tirage autant que possible qu'on a construit les chemins de fer, sur lesquels, avec une même force de traction, on peut traîner des fardeaux beaucoup plus lourds que sur les routes ordinaires.

On a d'abord construit des chemins à ornières creuses de fonte, dans lesquelles roulaient des roues amincies vers les bords et présentant la forme de lentilles. Mais ces ornières creuses, dont on avait eu l'idée par les ornières qui se produisent naturellement sur les chemins, n'ont pas tardé à présenter un grave inconvénient : il s'y accumulait des ordures de toutes sortes, qui nuisaient beaucoup à la facilité du roulage, et qui faisaient ainsi disparaître une grande partie des avantages qu'on en attendait. Ces chemins à ornières creuses de fonte existent encore en Angleterre dans des mines, et aussi sur la surface de la terre, dans le voisinage de ces mines : mais on n'en construit plus aucun, à cause de 1 inconvénient qui vient d'être signalé.

Les chemins de fer à ornières saillantes sont généralement adoptés maintenant. Les ornières saillantes, ou roWs, sont de fer forgé: ce sont de fortes barres, amincies vers le milieu de leur largeur, et qu'on pose de champ, au bout les unes des autres. Des traverses de bois sont disposées de distance en distance, dans un sens perpendiculaire à la direction du chemin : chacune de ces traverses porte

A0^ki^

deux coussinets de fonte, qui sont solidement fixés sur sa surface ; les rails sont introduits dans l'ouverture des coussinets, et y sont assujettis à l'aide de coins de bois qu'on y enfonce avec force, /{g. 252.

Les roues des voitures ou tcagons, qui circulent sur ces chemins, ne pourraient se maintenir sur la face supérieure des rails, si leur jante ne présentait un rebord, pu boudin, disposé \ers l'intérieur de la voie, lig. 253. Les boudins des deux roues qui correspondent à un même essieu, descendent entre les deux rails, un peu au-dessous de leur face supérieure, et empêchent ainsi les deux roues de sortir de la voie, ou comme on dit, de dépailler.

Lorsque les roues tendent à s'écarter de la voie, d'un côté ou de l'autre, les boudins s'y opposent, en venant s'appuyer contre la face intérieure de l'un des rails ; il en résulte un frottement de ces boudins contre le rail, et cela augmente le tirage. C'est pour éviter ce. frottement, qu'on donne aux jantes des roues une forme légèrement conique, comme le montre la fig. 253. On incline aussi un peu les rails vers l'intérieur de la voie, et on leur donne un écartement un peu plus grand que la distance qui existe entre les bords

wmmmm

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Fis. 253.

extérieurs des boudins de deux roues correspondantes. De cette manière la pesanteur, en agissant sur les wagons, fait descendre les jantes des roues sur les deux rails, autant que le permet leur écarlement, et maintient les deux boudins à une petite distance des faces intérieures des rails. Si, par une cause quelconque, l'un des boudins vient à toucher le rail correspondant, il le quitte bien-

tôt, pour revenir à la position que la pesanteur tend constamment à lui donner.

Pour que les boudins remplissent toujours bien leur objet, et que les wagons aient une stabilité suffisante sur les rails, tout en se mouvant avec une grande rapidité, il est indispensable que les roues se maintiennent bien verticales,- c'est-à-dire qu'elles ne penchent ni vers l'intérieur ni vers l'extérieur de la voie. Pour assurer cette stabilité, on ne dispose pas les roues de la même manière que dans les voitures ordinaires. Au lieu de fixer chaque essieu à la voiture, et de faire tourner les roues autour de ses deux extrémités, on fixe les roues à l'essieu, et on le rond mobile avec elles; il tourne .dans des coussinets adaptés à la partie inférieure du wagon.

La fixité des roues aux essieux entraîne une conséquence que nous devons signaler. D'après cette disposition, les deux roues qui sont adaptées aux deux extrémités d'un môme essieu, doivent tourner ensemble ; elles font nécessairement un môme nombre de tours dans un temps donné. Cela ne gênebn rien le mouvement, quand il a lieu sur une voie droite; mais il n'en ei^t pas de même quand la voie est courbe. Dans une voie courbe, le rail extérieur, c'est-àdire celui qui est placé du côté de la convexité de la voie, est plus long que le rail intérieur ; si les deux roues étaient libres de tourner indépendamment l'une de l'autre, celle qui repose sur le rail extérieur, ayant plus de chemin à parcourir que celle qui repose sur le rail intérieur, ferait plus de tours que cette dernière, dans le môme temps. Lorsqu'au contraire elles sont fixées à l'essieu, elles sont obligées de s'accorder constamment dans leur mouvement. Si la roue qui repose sur le rail intérieur roule de la môme manière que si elle était seule, elle oblige l'autre roue à ne pas tourner autant qu'elle le ferait sans sa liaison avec la première ; et il en résulte que cette autre roue doit glisser sur son rail, d'une quantité égale à la différence entre les longueurs des deux rails. Si ce n'est pas la roue extérieure qui glisse, ce sera la roue intérieure; ou bien elles glisseront chacune d'une certaine quantité, l'une dans un sens, l'autre en sens contraire. Quoi qu'il en soit, le roulement de deux roues égales, fixées sur un essieu, ne peut s'effectuer sur une voie courbe sans qu'il se produise un glissement ; ce glissement détermine un frottement , qui augmente d'autant le tirage. Si l'on veut donc conserver tous les avantages que présente un chemin de fer, sous le rapport de la petitesse du tirage qu'il nécessite, en maintenant les roues fixes aux extrémités de leurs essieux, il faut éviter de donner au chemin des courbures trop prononcées ; on devra le former de lignes droites, raccordées par des courbes d'un grand rayon.

Lorsqu*un wagon marche rapidement dans une partie courbe de la voie qu'il parcourt, son mouvement donne lieu au développement d'une force centrifuge très sensible, dirigée horizontalement, perpendiculairement à la voie, et du côté de la convexité de la courbe. Cette force centrifuge tend à faire sortir le wagon de la voie, et il en résulte que les boudins des roues qui se trouvent du côté de cette convexité viennent frotter contre le rail extérieur. Pour éviter ce frottement, on dispose le rail extérieur un peu plus haut que l'autre, dans toute la longueur delà partie courbe ; en sorte que, quand un wagon se trouve dans cette partie du chemin, il est comme sur un plan incliné transversalement. La différence'de niveau des deux rails a été déterminée de telle manière, que la résultante du poids du wagon, et de la force centrifuge qui se développe lorsqu'il est animé de la vitesse ordinaire, soit dirigée perpendiculairement au plan qui passe sur les faces supérieures des deux rails. Par cette disposition, les deux boudins sont maintenus chacun à une certaine distance du rail dont il est voisin, tout aussi bien que lorsque le wagon marche sur une voie droite, et que les deux rails sont placés au même niveau.

Nous verrons bientôt que l'emploi des machines à vapeur loco motives, pour faire mouvoir les convois de wagons sur les chemins de fer, exige que ces chemins ne présentent pas de trop fortes pentes. D'ailleurs, les pentes un peu fortes feraient disparaître les grands avantages qu'on trouve dans l'emploi des chemins de fer. Aussi les construit-on horizontalement, ou presque horizontalement, et ce n'est que dans des circonstances exceptionnelles qu'on y introduit des pentes prononcées. Il résulte de là que l'on est obligé de faire des déblais et des remblais, suivant que la surface du sol s'élève au-dessus du niveau qu'on veut donner à la voie, ou s'abaisse au-dessous de ce niveau : et lorsque ces différences de niveau sont trop fortes, on construit des tunnels et des viaducs.

§ 4 87. Il serait d'une très grande importance qu'on pût introduire des courbes de petit rayon dans le tracé des chemins de fer ; cela permettrait de se détourner, pour éviter de traverser des montagnes ou des vallées, et pour se maintenir toujours à peu de distance de la surface du sol : de cette manière, les travaux de construction du chemin seraient beaucoup simplifiés, et il en résulterait une grande.économie. Divers moyens ont été proposés pour atteindre ce but ; nous n'en indiquerons qu'un seul , celui qui a été imaginé par M. Arnoux, et qui a reçu son application sur le chemin de fer de Paris à Sceaux.

Nous avons vu que c était surtout la fixité des roaes aux essieux qui faisait exclure les courbes de petit rayon, à cause du frottement qui se développe nécessairement dans le parcours de pareilles courbes, en raison de la différence de longueur des deux rails. M. Arnoux a d'abord rendu aux roues leur mobilité autour des extrémités des essieux; en sorte que les roues d'un même essieu tournent indépendamment Tune de l'autre, et chacune d'elles peut tourner de la quantité convenable, daprès la longueur du chemin qu'elle parcourt^ pour ne pas glisser sur le rail.

Mais cela ne suffit pas. Pour que le roulement des roues s'effectue convenablement, et que leurs boudins ne frottent pas contre les bords des rails, il faut que le plan de chaque roue passe, à chaque instant, par la tangente au rail menée au point où cette roue le touche. Il faut donc que l'essieu de cette roue soit dirigé perpendiculairement au rail, c'est-à-dire à la vpie. 11 en résulte que les deux essieux d'un même wagon ne doivent pas rester parallèles, lorsque le wagon s'engage dans une partie courbe du chemin : ils doivent être dirigés suivant deux rayons du cercle dont cette courbe est une portion, et par conséquent, ils doivent converger vers le centre de ce cercle. En conséquence M. Arnoux a rendu tous les essieux mobiles autour de chevilles ouvrières, comme te sont les essieux de devant des voitures ordinaires à quatre roues, et il a adopté les dispositions suivantes, pour que chaque essieu, tournant autour de sa cheville ouvrière, se place toujours perpendiculairement à la direction de la voie.

Le premier essieu AA d'un convoi, pg. 254, qu'il appartienne à une locomotive ou à un wagon, peu importe, est dirigé par de petites roues ou galets B, B, au nombre de quatre ^ dont les axes sont portés par des chapes fixées à l'essieu lui-même. Ces galets s'appuient sur le côté intérieur de chacun des deux rails, et les boudins dont ils sont garnis s'engagent sous les rebords de ces rails, comme le montre la /î(/. 255. D'après cette disposition, dans quelque sens que la voie tourne, les galets B. B amènent toujours l'essieu AA à être perpendiculaire à sa direction. Le dernier essieu du convoi est dirigé exactement de la même manière.

Voici maintenant en quoi consisté le moyen qui est employé pour diriger tous les essieux intermédiaires. Les wagons, au lieu d'être attachés les uns aux autres par dos chaînes à ressorts, comme sur les chemins de fer ordinaires , sont réunis par des barres rigides, ou timons^ aboutissant aux chevilles ouvrières, autour desquelles ces barres peuyent tourner librement. Ainsi, à la suite de la flèche ce, qui réunit les deux chevilles ouvrières du premier

278 NOTIONS GÉNÉRALES SUR LE TRANSPORT DES FARDEAUX, wagon, /îgf. 254, se trouve un timon DD reliant la seconde cheville ouvrière du premier wagon à la première du second wagon ; de même, à la suite de la flèche EE du second wagon, se trouve un ti-

mm

Fig. 254.

Fig. 255.

mon EG servant à relier le second wagon au troisième, et ainsi de suite. Il résulte de cette disposition que les flèches et les timons, dont les longueurs sont les mômes, forment un polygone à côtés égaux, ayant pour sommets les diverses chcvilLs ouvrières ; et puisque ces sommets se trouvent toujours surlaligne courbe qui forme comme l'axe de la voie do fer, le polygone dont il s'agit est inscrit dans cette ligne courbe. On comprend dès lors que, pour amener chaque essieu à être dirigé perpendiculairement à la voie , il suffit de l'obliger à faire toujours des angles égaux avec la flèche et le timon qui aboutissent à son milieu. On y parvient au moyen do quatre barres de même longueur articulées, d'une part en F et G à la flèche et au timon, et d'une autre part en H et K à deux manchons qui enveloppent l'essieu et qui peuvent l'un cl l'autre glisser d'une certaine quantité dans le sens de sa longueur Le losange FHGK, dont ces quatre barres sont les côtés, est donc susceptible de se déformer ; et il se déforme en eff'et lorsque la flèche et le timon qui porteat les sommets F, G , viennent à changer de direction l'un par rapport^ à l'autre. Alors les manchons II, K, glissent

lo long de l'essieu, et le font mouvoir en môme temps autour de la cheville ouvrière, de manière à le placer toujours suivant la diagonale HK du losange. On conçoit d'après cela que, quel que soit l'angle delà flèche avec le timon, l'essieu sera toujours également incliné sur chacun d'eux, et que par conséquent il ne cessera pas d'être dirigé perpendiculairement à la voie.

Cette dernière disposition, relative aux essieux intermédiaires, n'est pas celle que M. Arnoux avait imaginée tout d'abord, et qu'il a appliquée à la construction des w^agons de chemin de fer de Paris à Sceaux. Par sa simplicité, elle est de beaucoup préférable à la disposition primitive , que nous ne décrirons pas. L'idée de cette amélioration lui a été suggérée par un de ses fils.

Un convoi d une longueur quelconque, dont les wagons sont . construits d'après le système de M. Arnoux, peut s'engager dans des parties courbes ou sinueuses d'un chemin de fer, où la courbure de la voiepeutchanger assez rapidement, sansqueles essieux cessent d'être perpendiculaires à la voie. La facilité avec laquelle le convoi se replie suivant tous les contours du chemin fait qu'on désigne souvent le ' système de M. Arnoux sous le nom de système de wagons articulés.

§ i 88. Il arrive souvent qu'une voie de fer se bifurque, c'est-àdire qu'elle donne naissance à deux voies distinctes, qui s'écartent l'une do l'autre, et dont chacune peut être regardée comme le prolongement de la première. Lorsqu'un convoi de wagons marche de la voie unique vers cette double voie, il faijt qu'on puisse le faire entrer à volonté sur l'une ou sur l'autre des deux nouvelles voies. On y parvient à laide des aiguilles, dont nous allons donner la description, et qui sont représentées par la fig. 256.

Cette figure est disposée de manière qu'un convoi, arrivant par la partie inférieure, suivra les rails AA, BB. Les rails A' et B' forment le commencement de la seconde voie, dans laquelle le convoi no peut nullement s'engager. Deux bouts de rails CD, EF, qui sont amincis à leurs extrémités D, F, peuvent tourner autour de leurs autres extrémités C, E; c'est ce que l'on nomme les aiguilles. Une tige de fer G, attachée à l'aiguille EF, est destinée à tirer cette aiguille, de manière à appliquer son extrémité F contre le rail BB, en la faisant tourner autour du point E ; en même temps une seconde tige de fer H, attachée à l'aiguille EF, entraîne l'autre aiguille CD, pour la détacher du rail contre lequel elle est appuyée. Alors le convoi, arrivant toujours parla partie inférieure de la figure, ne suit plus la môme voie que tout à l'heure, et s'engage sur les rails A' et B' . Il suffit donc de tirer la tige de fer G, ou de la pousser, dans le sens de sa longueur, pour que le convoi s'avance surl'uneou l'autre

des deux nouvelles voies qui font suite à celle par laquelle il est arrivé. Le contre-rail K est destiné à prévenir le déraillement, au moment où les roues des wagons viennent passer sur les aiguilles.

On agit sur la tige de fer G, à l'aide du levier LNM, fig . 257, dont le point fixe est en M. En relevant Textrémité L de ce levier, on tire la tige de fer G , qui est articulée en N ; en la rabaissant ensuite, pour lui rendre la position qu'indique la fig, 257, les aiguilles reprennent leur position primitive, c'est-àdire celle que montre la.

fig. 256. La masse de fonte qui est adaptée au levier, tout pr'es de la poignée L qui le termine, est destinée à maintenir les aiguilles dans

Fig. 257.

cette position, sansqu*on ait besoin de s*en occuper; on ne doit agir sur le levier, et par suite sur les aiguilles, que dans les circonstances accidentelles où Ton veut que le convoi passe sur les rails A', B'.

Lorsque deux voies parallèles existent à côté Tune de l'autre, et qu'on peut avoir besoin de faire passer les convois de Tune à l'autre, on les relie par une troisième voie qui vient se raccorder avec chacune d'elles , /ig. 258. On dispose, aux deux points de raccordement, des aiguilles à l'aide desquelles on peut engager les convois dans cette voie accessoire, pour les transporter de l'une des deux voies principales sur l'autre. D'ailleurs les leviers qui servent à manœuvrer ces aiguilles sont munis de contre-poids, qui les maintiennent dans une position telle, que les deux voies principales soient dans les mêmes conditions que si la voie accessoire n'existait pas.

§ 4 89. Dans les gares, on a besoin souvent de faire passer des wagons d'une voie sur une autre, et l'on ne peut pas disposer de tout l'espace que nécessite une voie de raccordement, telle que celle que nous venons d'indiquer. Alors on se sert de plaques tournantes. La fig. 259 représente une de ces plaques, toute de fonte, qui porte sur sa surface deux portions de voies de fer, dirigées à angle droit l'une sur l'autre. Cette plaque est installée en un point d'une voie principale, de telle manière, qu'une des deux portions de voie qu'elle porte fasse partie de cette voie prin- r=,|pfa^ cipale. Une voie accessoire, l^ŒTCrnnperpendiculaire à la première,

se raccorde avec la seconde por- pig, 25g,

lion dévoie que porte la plaque. Lorsqu'un wagon, circulant sur la voie principale, a été amené sur la plaque, on la fait tourner" d'un angle droit, autour d'un axe vertical qui passe par son centre ; alors il suffit de faire marcher le wagon, pour qu'il s'engage dans la petite

Fig. 259.

voie transversale. On peut ainsi conduire ce wagon dans d'autres parties de la gare, auxquelles aboutit la voie accessoire ; ou bien l'amener sur une seconde plaque tournante, à l'aide de laquelle on l'installera sur une seconde voie principale parallèle à la première. La /îâf. 260 montre les galets qu'on place au-dessous des plaques tournantes, pour les soutenir, et s'opposer aux frottements considérables qui se produiraient sans leur présence, pendant qu'on ferait tourner ces plaques avec la charge qu'elles supportent. Ces galets, en forme de troncs de cône, sont adaptés à une monture indépendante de la plaque, et formée de tiges de fer qui rayonnent tout autour d'un collier central ; la plaque les entraîne dans son mouvement, en les faisant rouler : mais ils ne marchent pas aussi vite qu'elle, et ne fontqu^un tour autour de son axe, pendant qu'elle

eh fait deux. Ils se comportent comme les rouleaux dont nous avons parlé dans le § 181.

§190. On emploie généralement comme moteurs, pour faire mou* voir les convois sur les chemins de fer, des machines à vapeur locomotives, que l'on nomme par abréviation des loœmotives. Nous verrons plus tard quelle est la disposition de ces machines ; pourlo moment nous devons nous contenter de savoir qu'une locomotive est une machine à vapeur montée sur des roues, et que l'action de la vapeur est exclusivement employée à faire tourner un des essieux qui correspondent à ces roues. Une locomotive est ordinairement supportée par six roues, et a par conséquent trois essieux. C'est l'essieu du milieu qui reçoit \m mouvement de rotation de la machine, et les roues qui sont fixées à ses deux extrémités participent à ce mouvement; quant aux quatre autres roues, elles servent simplement à soutenir la machine, et à la maintenir sur la voie de fer, pendant qu'elle est en mouvement.

Supposons qu'une locomotive, placée sur une voie de fer, y soit arrêtée par des obstacles qui l'empêchent d'avancer. Lorsqu'on fera agir la vapeur, l'essieu du milieu tournera, avec les deux roues qui la terminent, et que l'on nomme les roues motrices; ces roues glisseront sur les rails, et il en résultera un frottement d'autant plus grand que la pression qu'elles exercent sur les rails sera plus forte. Si la locomotive était libre d'avancer, ce frottement ne se produirait pas ; les roues motrices rouleraient au lieu de glisser, et entraîneraient avec elles toute la machine. Pour que la locomotive reste immobile, il faut donc qu'elle soit soumise à une force résistante égale au frottement que cette immobilité détermine. Une résistance inférieure à ce frottement, étant appliquée à la locomotive, ne suffira pas pour l'arrêter, et sera parconséquent vaincue par elle, llrésultedelà qu'une locomotive est capable d'exercer une force de traction égale à laforce de frottement que ses roues motrices exerceraient sur les rails, dans le cas où on l'empêcherait d'avancer; et toutes les fois qu'elle sera mise en tête d'un convoi de wagons, pour lequel celte force de traction sera suffisante, elle l'entraînera dans son mouvement.

28ft NOTIONS GÉNÉRALES SUR LK TRANSPORT DES FARDEAUX.

La puissance d'une locomotive dépend donc essentiellement de la pression que ses roues motrices exercent sur le chemin. Il est vrai qu'il faut que la machine soit disposée de manière que la vapeur puisse y développer toute la force nécessaire à la traction que la locomotive doit exercer ; mais cette force ne peut se transmettre à un convoi que par l'adhérence des roues motrices avec les rails. La ma- . chine à vapeur pourrait avoir une très grande force, et n'être capable d'exercer qu'une médiocre traction, si les roues motrices n'exerçaient qu'une faible pression sur les rails. *

Nous avons vu (§ 43) que, lorsqu'un corps pesant s'appuie sur un plan horizontal par plus de trois points, les pressions qu'il exerce en ses divers points d'appui ne dépendent pas seulement de son poids et de la place qu'occupe son centre de gravité par rapport à ces points: ces pressions dépendent aussi de la flexibilité plus ou moins grande des diverses parties du corps, ainsi que du plan sur lequel il s'appuie. C'est ce qui arrive pour une locomotive, dont les six roues supportent toute la machine par l'intermédiaire de ressorts de suspension ; la pression exercée par une de ces roues sur le rail est d'autant plus grande, que le ressort qui lui correspond est plus fort. Aussi donne-t-on une grande force aux ressorts des deux roues motrices, afin de leur faire supporter à elles deux une grande portion du poids total de la locomotive. D'un autre côté, on construit la machine de manière qu'elle ait un poids considérable ; et l'on arrive ainsi à déterminer une grande adhérence des roues motrices sur les rails, c'est-à-dire à permettre à la locomotive d'exercer une grande force de traction. On peut évaluer à environ 25 000 kilogrammes le poids d'une locomotive, telle qu'on les construit maintenant.

Pour augmenter la puissance de traction d'une locomotive, on relie souvent les roues motrices à deux des quatre autres roues, ou môme à toutes les quatre, à l'aide de bielles qui sont articulées sur deux rayons de ces roues, /îgf. 264 . Les roues, ainsi réunies par ces bielles, prennent le nom de roues couplées. A l'aide de cette disposition, les roues motrices ne peuvent pas tourner, sans faire tourner en même temps celles auxquelles elles sont liées ; et ce n'est plus seulement l'adhérence des roues ipotrices sur les rails qui détermine la hmite que la force de traction ne peut pas dépasser ; mais c'est l'adhérence de ces roues et de celles qu'elles entraînent nécessairement dans leur mouvement. Il est aiséde reconnaître que des roues ne peuvent être couplées qu'autant qu'elles ont le même diamètre, puisqu'elles doivent faire le même nombre de tours dans un même intervalle de temps.

Si toutes les roues d*une locomotive soi\t couplées, et que son poids soit de 25 000 kilogrammes, on pourra compter qu'elle sera capable

Fig. 201.

d'exercer une force de traction de 2 500 kilogrammes; car le rapport du frottement à la pression, dans le glissement de fer sur fer, ne peut guère descendre au-dessous de 0, 4 . En admettant donc que cette force soit appliquée à un convoi de wagons, dont les essieux soient convenablement graissés, et pour lequels le tirage ne soit que les 0,005 de leur poids (§ 1 84), on voit que la locomotive sera capable de traîner, sur un chemin de fer horizontal, un convoi pesant 500 000 kilogrammes.

§494. Les chemins de fer sont rarement horizontaux dans une grande longueur; ils sont formés ordinairement d'une suite de parties horizontales, séparées par des parties inclinées, les unes dans un sens, les autres en sens contraire. Les convois ont donc souvent à monter des pentes ; aussi les locomotives ne peuvent-elles pas traîner des poids si énormes que celui que nous venons de trouver, à cause de l'action de la pesanteur qui, dans les montées, absorbe une portion de la force de traction qu'elles sont capables d'exercer.

En même temps que le tirage d'un convoi augmente, lorsqu'il passe d'une partie horizontale du chemin sur une partie montante, la force de traction que la locomotive peut exercer diminue. En effet, sur un chemin incliné, son poids se décompose en deux forces, dontrune est parallèle au chemin, etTautre lui est perpendiculaire. L'adhérence des ^oues motrices sur les rails est déterminée par cette dernière composante seule, et est, par conséquent, plus faible que lorsque le chemin est horizontal ; et, en outre, lorsque la locomotive monte, une portion de cette adhérence est employée à vaincre l'autre composante de son poids. Aussi la puissance de traction d'une locomotive diminue-t-elle assez rapidement, à mesure que l'incli-

naison augmente ; et si Ton joint à cela l'augmentation qui en résulte pour le tirage des convois, on comprendra pourquoi on évite les fortes pentes dans la construction des chemins de fer.

On peut se demander quelle est l'inclinaison qu'un chemin de fer ne doit pas dépasser, pour qu'une locomotivepuisse y remorquer des convois, en montant. Cette question est facile à résoudre. Supposons qu'il s'agisse d'une locomotive dont toutes les roues sont couplées, et concevons que toutes ces roues aient été rendues fixes, de manière à ne pas pouvoir tourner. Si l'on place la locomotive, dans cet état, sur une voie de fer inclinée, et que l'action de la pesanteur ne^la tasse pas descendre, en faisant glisser ses roues sur les rails, on peut être certain qu'elle montera, lorsque ses roues, rendues mobiles, seront mises en mouvement dans un sens convenable, par l'action delà vapeur. Or, pour que la locomotive, avec ses roues fixes, ne glisse pas sur ce plan incliné, sous l'action de la pesanteur, il faut que le rapport de la hauteur du plan incliné à sa base (§ 63) ne soit pas plus grand que le rapport du frottement à la pression dans le glissement de fer sur fer. Si le premier rapport est égal au second, la locomotive pourra monter, mais elle no sera capable d'exercer aucune force de traction sur d'autres corps ; si le premier rapport est plus petit que le second, elle pourra exercer une force de traction d'autant plus grande que la différence entre ces deux rapports sera elle-même plus grande.

La partie du chemin de fer de Paris à Saint-Germain, qui avoisine cette dernière ville, présente une rampe dont l'inclinaison est do 0'",035 par mètre, et qui a été construite pour conduire les voyageurs presque au niveau du sol de la ville, à l'aide du système atmosphérique dont nous parlerons plus tard. Les convois ne sont pas remorqués sur cette rampe par des locomotives ; cependant elles peuvent les remonter encore avec une assez forte charge.

§ 192. Un des grands avantages des chemins de fer, sur les routes ordinaires, consiste dans la rapidité du mouvement qu'on peut donner aux convois. Cet avantage est uniquement dû à l'emploi des machines à vapeur, au lieu de chevaux, comme moteurs. En effet, un cheval attelé à une voiture ne peut pas lui donner une vitesse plus grande que celle qu'il est capable de prendre lorsqu'il court sans charge; et encore est-on obligé de le faire marcher moins vite qu'il ne le ferait en pareil cas; afin qu'il ne se fatigue pas trop tôt. Tandis qu'avec une machine à vapeur, on peut accélérer le mouvement d'un convoi de wagons autant qu'on veut. En admettant, par exemple, que la machine à vapeur, pour fonctionner convenablement , ne doive pas faire tourner l'essieu des roues motrices

avec une rapidité supérieure à une certaine limite, il suffirait d'augmenter le diamètre de ces roues, pour que la rapidité du mouvement du convoi pût devenir aussi grande qu'on voudrait, puisque, pour chaque tour de l'essieu, le convoi avance d'une quantité égale à la longueur de la circonféreiice des roues motrices. La vitesse avec laquelle les convois circulent sur les chemins de fer, en France, est de 36 à 40 kilomètres par heure; en y comprenant les temps d'arrêt aux stations, on doit compter sur une vitesse moyenne d'environ 32 kilomètres par heure.

§ 1 93. Pour arrêter les convois en mouvement, on arrête l'action delà vapeur, et Ton se sert de freins, à l'aide desquels on augmente les résistances passives. Ces freins sont disposés autrement que pour les voitures ordinaires, mais ils agissent d'une manière analogue, en exerçant un frottement sur le contour des roues. Ce sont ordinairement deux morceaux de bois, placés entre deux roues d'un môme wagon, fig 262, et taillés de manière à embrasser une por-

Fl3* 262,

lion du contour de chacune de ces roues. Une tringle AB est disposée dé manière à agir sur le levier CD, mobile autour de l'axe E. La tringle AB est articulée, en A, à un bras de levier fixé à cet axe ; et en tirant cette tringle de A vers B, on appuie les deux morceaux de bois contre les roues , par l'intermédiaire de tiges de fer qui sont articulées d'une part aux deux extrémités du levier CD, et d'une autre part à ces deux morceaux de bois.

Ce genre de frein, qui est généralement adopté, offre le mémo inconvénient que le frein des voitures ordinaires. Lorsqu'on le serre assez fortement pour empêcher les roues de tourner, elles glissent sur les rails, s'usent en un seul point de leur contour, et deviennent irrégulièreâ. Pour obviera cet inconvénient, M. Laignel a propose

288 NOTIONS GÉNÉRALES Stil LE TRANSPORT DES FARDEAUX.

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Fig. 20 3.

FJg. 2G4.

de remplacer le frein ordinaire par celui que représentent les ^(/. 263 et 204. Ce frein consiste en deux espèces de patins, qui sont placés des deux côtés d'un wagon, entre les roues qui les supportent, et qu'on tient habituellement suspendus entre ces roues, audessus des rails, sans qu'ils les touchent en aucune manière Lorsqu'on veut faire agir le frein, on fait tourner une manivelle qui correspond à une vis : l'écrou, qui est engagé dans cette vis, s'élève, et il abaisse en même temps les deux patins, par l'intermédiaire de deux leviers, pg. 264. Ces patins viennent alors s'appuyer sur les rails, d'autant plus fortement qu'on a fait tourner davantage la manivelle; et il en résulte un frottement qui tend à ralentir la marche du wagon Le frottement qui se développe ainsi peut devenir pres- (\ue aussi intense que celui qui se produit lorsqu'on empêche les roues de tourner, à l'aide du frein ordinaire; il suffit pour cela d'abaisser les deux patins, de manière à leur faire supporter presque tout le poids du wagon. Les patins sont munis inférieuremenl d'une garniture de fer, qui présente un rebord analogue aux boudins des roues afin d'éviter le déraillement au moment où l'on manœuvre le frein, et où les roues ne s'appuient presque plus sur les rails. Ce frein de M. Laignel a été employé avec avantage sur plusieurs chemins de fer, et notamment sur les plans inclinés de Liège.

§ 194. La résistance qui s'oppose au roulement des wagons sur un chemin de fer est une si petite fraction de leur poids, que l'inclinaison du chemin n'a pas besoin d'être bien grande, pour qu'ils puissent descendre le long de ce chemin sous la seule action de leur poids On sait, en effet, qu'il sufKt pour cela que la composante du poids, dirigée parallèlement au chemin, soit capable de vaincre les résistances passives qui s'opposent au mouvement (§ 185). Aussi, n'est-il pas rare de trouver, sur les chemins de fer, des endroits où la pente, sans être bien forte, est assez prononcée pour que le mouvement des convois puisse se continuer sans qu'on fasse agir la vapeur ; et l'on est même quelquefois obligé , en pareil cas, de se servir des freins, pour empêcher la vitesse de devenir trop grande. On peutciier, comme un exemple remarquable, la portion du chemin de fer de Saint-Étienne à Lyon, qui est comprise entre la première ville etGivors; les wagons parcourent toute cette portion du chemin, dont la longueur est déplus de 36 kilomètres, en vertu de la seule action de la pesanteur, et par conséquent sans qu'on ait besoin de mettre des locomotives en tète des convois. La pente est de 0™,0 1 3 par mètre de Saint-Étienne à Rive-de-Gier, et seulement de 0",005 par mètre de Rive-de-Gier à Givors. Pendant ce parcours, on se sert constamment des freins pour modérer la vitesse des

convois. C'est ce qui a lieu encore sur la rampe du chemin de fer de Paris à hfalnt-Germain , doni nous avons di'jïi parlé; les convoi-, qui «parlent de Saint-Germain, descendent loute la rampe sous la seiilt» action de leur poids, et ce n'est qu'au has de cette rampe qu'on les attache à des locomotives, qui doivent les conduire jusqu'à Paris.

§ 195. Pions Inclinas aatomoteiirs. — Lorsque des wagons doivent descendre cliargés, le long d'un cisemin de fer incliné, et remonter sans charge le long du même chemin, on peut profiler delà descente des wagons chargés pour remonter les wagons vides. Pour cela, on attache deux wagons aux deux extrémités dune corde, que l'on (ail passer dans la gorge d'une grande [)oulie horizontale, installée au haut du plan incliné, fig. 265 et 266. Les deux portions de cette corde, en quittant la poulie, se dirigent suivant les axes de deux vo.es de fer parallèles, sur lesquelles doivent se mouvoir les deux wagons, la p3santeur, en agisSfint sur les deux wagons, tend à faire descendre chacun deux le long de la voie incl néesur lai^uelle il est posé: mais la corde qui les réunit s'oppose à ce qu'il en soit ainsi. Décomposons les poids des deux wagons, comme nous lavons delà fait plusieurs fois, en leurs con^p^santes parallèles et perpendiculaires au cliemin. Les premières, celles qui sont parallèles au ciiemin, agissent aux deux extrémités de la corde, et ce sont ceè forces qu'il faut considérer, pour savoir s'il y aura équilibre ou mouvement, et, dans ce dernier cas, quel sera le sens du mouvement. Si les wagons éta ent également pesants, ces forces seraient égales, et la corde resterait immobile. Mais, si l'nn des wa.i^ons est chargé et l'autre vide, la composante du poids liu premier l'emportera sur celle du poids du second; le wagon chargé descendra et fera remonter le wagon vide.

Le moovement ainsi produit est tout à fait analogue à ceîurque nous avons observé dans la machine d'Alwood ^§ 84); la vitesse augmen'erait donc constamment, si l'on n'avait soin de la modérer, à l'aide d'un frein appliqué à la grande poulie Le frdn se compose de deux mâchoires de bois A, A, dont chacune embrasse une portion de la circonférence d'un tambour adapté à la face supérieure de la poulie. Ces ma. hoires sont mobiles autour de boulons qui les traversent à l'une de leurs extrémités; et leurs autres extrémités peuvent être rapprochées l'une de 1 autre par le moyen d'un levier BC, mobile autour du point C, et agissant sur ceux tringles de fer qui lui sont ariiculées, de part et d'autre du point C.

Chaque fois qu'un wagon vide arrive au haut du plan incliné, il monte jusque sur une partie du chemin qui est presque horizontale^