SECTION C — DES FREINS

(par M. Cossinann).

§ 1er. — Etat actuel de la question des freins.

Résumé des essais antérieurs à 1867. — Dès les premiers temps de l’exploitation des chemins de fer, on s’est préoccupé de rechercher les moyens d’obtenir l’arrêt plus ou moins rapide des trains, en leur appliquant des freins à sabot destinés à substituer le frottement de glissement au frottement de coulement. Tous les autres systèmes fondés sur l’emploi de griffés ou de tenailles ont été bientôt écartés, comme ne présentant aucune valeur pratique , et on a circonscrit le problème, en se proposant seulement de faire agir les sabots sur les bandages des roues aussi énergiquement et aussi rapidement que possible.

De là cette multitude de systèmes exposés en 1867 et ne différant, à peu d’exceptions près, que par les détails de la transmission entre la manivelle motrice et le sabot. Toutefois, il convient de mettre à part les freins Guérin, Newal et Achard, qui constituaient un premier pas dans la voie où l’on est entré depuis, d'anc manière générale.

Freins continus. — En effet, à mesure que les voies ferrées prenaient un plus grand développement, la vitesse toujours croissante des trains mis en marche, le poids et la puissance du matériel employé, les déclivités plus prononcées des lignes du nouveau réseau, et aussi la pression de l’opinion publique, ont transporté les recherches sur un terrain tout à fait nouveau.

Là où il suffisait, dans le principe, d’enrayer la machine, le tender et un ou deux véhicules disséminés dans le train , pour obtenir un arrêt d’une rapidité compatible avec les habitudes admises, on a reconnu la nécessité de proportionner l’énergie des moyens d’arrêt à la puissance vive des trains en marche.

Or, ce résultat ne peut être obtenu qu’en augmentant le poids sous frein,

lus

LES CHEMINS DE FER

par rapport au poids total du train, c’est-à-dire en multipliant le nombre des sabots capables d’enrayer les roues, à un moment donné.

Comme on ne peut, d’autre part, multiplier, dans un train, le nombre des véhicules, munis de freins gardés, sans atteindre bientôt une limite qu’il serait onéreux de dépasser, à cause de l’augmentation du poids mort et du personnel nécessaire, on a été naturellement conduit à relier les véhicules les uns aux autres, de manière qu’un seul agent pût manœuvrer à la fois plusieurs freins.

Tel est le principe des freins continus.

Une des conditions essentielles des freins continus, c’est d’être mis à la disposition du mécanicien qui, le plus souvent, est le premier à s’apercevoir d’un incident ou d'un obstacle nécessitant l’arrêt du train qu'il conduit. D’ailleurs, les freins ne servent pas seulement dans les cas de danger; ils doivent aussi être mis en œuvre lorsque la voie présente une pente continue, d'une certaine longueur, ce dont le mécanicien est le seul juge compétent : il est même utile qu’il puisse, dans ce ras, graduer l’action des freins et ne les faire agir jusqu’à refus que pour obtenir un arrêt absolu; encore, dans ce dernier cas, est-il indispensable que des dispositions soient prises pour que les voyageurs ne ressentent aucune secousse.

Il est en outre utile que le frein continu soit à la disposition du conducteur, non plus, comme cela se passait autrefois avec les freins isolés, pour qu’il puisse obéir aux coups de sifflet du mécanicien, mais afin de lui laisser la latitude d’une action isolée.

L’efficacité des moyens d’arrêt mis à la disposition de ces deux agents étant, d’ailleurs, la même, il en résulte que la surveillance est doublée.

Freins automatiques. — Il ne faut pas confondre l'automaticité que l'on s’accorde généralement à réclamer des freins continus avec la qualité automotrice des freins qui, tels que celui de M. Guérin, fonctionnent par le fait de la rentrée des tampons de choc placés aux deux extrémités des véhicules.

On appelle ordinairement frein automatique, ou self-acting, un frein qui se serre de lui-même, dans certains cas. Si cette action automatique se bornait aux cas de rupture d’attelage, l’avantage serait très-discutable. Le rapport au Board o f Trade sur les accidents survenus en Angleterre, pendant l’année 1876, signale, il est vrai, trois cas dans lesquels l’application instantanée et automatique des freins amena l’arrêt presque immédiat des parties de train restées sur la voie, à la suite de ruptures d’attelage.

Mais ce que l’on ne peut déterminer d’une manière certaine, c’est si un accident sérieux eût pu résulter de l’une de ces ruptures d’attelage qui n’étaient en elles-mêmes que des accidents sans importance.

Aussi serait-il plus exact d’appeler automatiques les systèmes de freins, « dans lesquels la force motrice est emmagasinée sous chaque véhicule qui « constitue ainsi une unité de frein séparée, et toujours prête à fonctionner, « dès que le besoin se fait sentir ». Dans ces conditions, la destruction partielle des organes d’un frein n’empêche pas l’action des autres unités, et c’est un point très-important.

Il arrive, en effet, souvent que, dans une collision ou un déraillement, le mécanicien , le chauffeur et même le conducteur sont mis hors d'état de manœuvrer les freins, ou que la machine et par suite le réservoir de la puissance motrice des freins sont mis hors de service.

L automaticité a encore d'autres conséquences : s’il se produit un dérangement quelconque des appareils, les freins doivent se serrer immédiatement, et les agents du train sont avertis qu’une irrégularité vient de se produire, tandis que

APPAREILS DE SECURITE

si les freins ne sont pas automatiques, ce n’est qu’au moment d’en faire usage qu’on s’aperçoit qu’ils sont détériorés.

Ces raisons, dont l’importance peut être discutée, nous paraissent suffisantes pour justifier les complications dont on surcharge les divers systèmes, dans le hut de les rendre automatiques.

Inconvénients des freins continus. — Ce serait une erreur de croire que les freins continus sont absolument exempts d’inconvénients; mais les défauts qu’on peut leur reprocher sont très-largement compensés par les avantages que l’on en retire.

Cette réserve posée, nous ferons remarquer que les systèmes de freins continus nécessitent des accouplements spéciaux, entre les véhicules des trains. Or, il existe déjà des chaînes et des tendeurs, souvent une intercommunication électrique, et même des tuyaux pour le chauffage des voitures à voyageurs au moyen de la vapeur. Si l’on ajoute de nouveaux organes de liaison entre les véhicules, on augmente les difficultés de formation des trains.

Les freins continus, et principalement les freins automatiques, augmentent considérablement le poids mort des véhicules, ce qui détermine un accroissement correspondant des frais de traction.

Ces freins sont assez coûteux et l’on n’a pas encore pu songer à les appliquer au matériel à marchandises, d’une manière générale , autant à cause du prix qu’à cause de la nécessité où l’on est de remanier fréquemment la composition des trains de marchandises.

Enfin, bien que cela puisse paraître un reproche paradoxal, ils ont l’inconvénient d’être de systèmes très-divers, ce qui fait que l’adoption d’un système unique pour tous les pays est d’autant plus difficile et que les trains internationaux, passant la frontière, ne pourront en être munis , tant qu’une entente commune ne se sera pas établie.

Conditions imposées aux freins continus. — Pour résumer la discussion précédente, nous allons énumérer les conditions auxquelles doit satisfaire un bon frein continu, en nous rapportant aux bases fixées par le capitaine Tyler, dont la compétence en cette matière est universellement reconnue :

1° Le contrôle doit en être simple et facile, spécialement pour les mécaniciens ;

2° Il doit se serrer automatiquement, dans le cas d’un accident ou d’une division de train, sans aucune intervention des conducteurs ni des mécaniciens; en d’autres termes, la séparation des accouplements, entre deux véhicules, doit déterminer immédiatement le serrage des sabots, dans les deux parties du train ainsi divisé ;

3° En cas de dérangement des organes et de serrage automatique des freins, le desserrage ne doit pas pouvoir se produire sans que l’accouplement ait été rétabli au préalable, ni avant que tout l’appareil ait été remis en bon état ;

4° Dans tous les cas, l'application du frein doit être instantanée dans toute sa force ;

5° Les appareils doivent, autant que possible, être d’une construction simple, solide et durable et, de toute façon, d’un fonctionnement sûr, malgré la complication apparente des organes ;

(1° Leur poids et leur prix doivent être aussi réduits que possible ;

7° Les freins doivent pouvoir être employés en service ordinaire et non pas seulement en cas de danger, ce qui implique la faculté de pouvoir graduer leur action, depuis le simple frôlement jusqu’au calage absolu;

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8° Le mécanicien et, au besoin, les conducteurs doivent être renseignés, à tout instant', par un indicateur spécial sur l’état de la puissance du frein ;

9° L’action des freins doit être assez énergique, non-seulement pour arrêter un train avec une vitesse déterminée dans l’espace métrique minimum , mais aussi et surtout pour amortir, le plus rapidement possible, la puissance vive (pie possédait le train au moment où on a commencé à les faire agir. En elfet, si un obstacle est atteint sur la voie avant que l’on ait pu obtenir l’arrêt complet du train, l’importance des conséquences d’une collision est, le plus souvent, proportionnée à la puissance vive que possédait encore le train, au moment du choc ;

10° Lorsque le frein est desserré, il doit être il une distance de la roue, suffisante pour compenser l’usure du sabot et pour éviter qu’il ne, frôle sur la roue, par suite du jeu des diverses pièces du mécanisme et principalement de la boite à graisse dans la plaque de garde ;

11° •Enfin, il faut que les hommes d’équipe puissent facilement desserrer les freins de chaque véhicule isolé, sans l’intervention de la machine.

On voit que l’énumération des qualités requises est longue, et les systèmes de freins, qui paraissent actuellement les plus perfectionnés, ne peuvent que répondre, d’une manière plus ou moins complète, aux exigences si variées et presque contradictoires de ce programme.

Classification des divers systèmes de freins. — Nous éliminerons tout

d’abord les systèmes de freins non continus qui , dans l’état actuel de la question, n’offrent plus un grand intérêt, sauf le procédé bien connu de la contrevapeur que l’on n’emploie guère que comme frein de secours.

Quant au frein électrique de M. Achard, déjà décrit en t8f>7, il constitue, il est vrai, une solution élégante et pratique du problème; il est continu et, de plus, automatique; mais il a l’inconvénient d’être assez brusque, et, comme on ne peut pas en graduer l’énergie, il est difficile de s’en servir en marche normale. C’est, en outre, un système coûteux. Aussi, bien que les nombreux essais que l’on en a faits aient, en général, donné des résultats satisfaisants, son application ne s’est-elle pas répandue, jusqu’à présent.

11 ne reste guère en présence que les freins dans lesquels l’agent de la continuité est un système mécanique tel qu’une ficelle, une chaîne, ou une tringle reliant les véhicules les uns aux autres, ou encore l’action des tampons, et ceux où le moteur est un lluide circulant d’une extrémité à l’autre du train.

L’eau ou la vapeur ont été écartés comme présentant l’inconvénient de se congeler ou de se condenser et il ne s’agit absolument que de systèmes atmosphériques : les uns fonctionnent par l’air comprimé, les autres par le vide. On est arrivé, dans les deux cas, à obtenir l’automaticité et à satisfaire aux principales conditions énumérées ci-dessus. Par conséquent, en les examinant de près, on ne trouverait pas de motifs bien puissants pour se déterminer plutôt en faveur du vide qu’en faveur de l’air comprimé. Toutefois, comme la discussion a pris, dans ces derniers temps, entre les partisans de ces deux systèmes, un caractère d’acrimonie très-marqué, on nous permettra d’être fort réservé dans nosjappréciations et de nous borner à décrire les divers systèmes, en citant seulement les qualités et les défauts incontestables qu’ils présentent, ainsi que les résultats des expériences qui ont été faites officiellement, pour les comparer.

En résumé, nous avons à parler, parmi les freins du premier groupe, des systèmes Lefèvre et Dorré, (’.larke et NVebb , Heberlein, Becker ; parmi des

appareils du deuxième groupe, des systèmes Westinghouse, Smith, Hardy, Sanders, Wenger et Mathieux.

§ 2. — Frein automoteur Lefèvre et Dorré,

Ce frein est fondé sur le recul des tampons, produit automatiquement ou à la volonté du mécanicien.

L’appareil se maintient au repos et se remet en place par l’action directe de l’un des ressorts du véhicle.

L’armement du frein est produit par le jeu d’un régulateur à force centrifuge, couché sur un des essieux ; le frein s’arme par la vitesse et se désarme toujours par le ralentissement.

Ce frein a été l’objet d’un rapport adressé au Ministre des travaux publics au nom de la commission des règlements et inventions par MM. Combes, Couche, Sauvage et Lebleu; nous emprunterons, à ce rapport, quelques détails descriptifs.

Ainsi que l’indiquent les figures 10, 11 et 12 de la planche XIX, l’un des deux ressorts de choc et de traction o agit seul sur les sabots, par l’intermédiaire des leviers q et r. Lorsque ce ressort tend il serrer les freins , par suite de la poussée exercée sur les tampons de choc, l’autre ressort oppose une résistance due à sa bande initiale et transmise par les tringles t et les leviers articulés u. La bande initiale des ressorts, leur llexion et leur élasticité sont calculés de manière qu’à partir d'une certaine poussée, il y a échappement de l’action du ressort p, dès ce moment, le ressort o peut commencer à agir : la poussée des tampons est intégralement transmise au levier de commande du frein qui se serrre s’il est armé , c’est-à-dire si le ressort o est débrayé et libre d’agir sur les leviers du frein.

Pour obtenir le débrayage du ressort o, MM. Lefèvre et Dorré ont fixé, sur l’essieu, un régulateur de Watt a b c d e. A l’état de repos, ou bien tant que la vitesse se maintient au-dessous de 20 kilomètres à l’heure, le manchon « occupe la position indiquée en trait pointillé, et repousse la fourche f et, par suite, le parallélogramme g h. Il en résulte que le manchon j, qui enveloppe la tige de traction et qui porte deux ailettes li opposées à une fourche l, montée sur cette tige, s’oppose à son libre jeu en la verrouillant en quelque sorte. Le centre du ressort o est alors maintenu fixe et n’agit pas sur le frein.

Si la vitesse dépasse 20 kilomètres, les boules du régulateur s’élèvent, le manchon a, en se retirant, laisse retomber le parallélogramme et la fourche l est débrayée. Par suite, la tige de traction peut avancer dans la traverse et le ressort o, rendu libre, transmet la pression au levier des freins qui se serrent alors, en vertu du ralentissement produit en tête du train, avec une énergie qui dépend de l’intensité de ce ralentissement.

Lorsque la vitesse est amortie, le frein se désarme de lui-même et, au moment de l’arrêt, le train se comporte comme s’il ne contenait aucune voiture à frein automoteur.

Les avantages de ce frein sont les suivants : '

1° La poussée des tampons est entièrement utilisée;

2° Le fonctionnement est assuré, à la descente des fortes pentes;

3° Le frein se désarme par le ralentissement;

4° Les réactions et les secousses sont supprimées ;

o° Les manœuvres en gare ne sont pas gênées ;

6° Le réglage des sabots est supprimé ;

7° On a la possibilité de pousserjles trains en queue;

8° Les wagons munis du frein peuvent être admis sur toutes les lignes.

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Pour rendre continu le frein exposé par M. Dorré, il suffirait de supprimer 1 embrayage automaüque à force centrifuge, il resterait alors l’appareil de serrage, l’appareil de résistance et de rappel et le verrou d’embrayage nue le mécanicien pourrait actionner au moyen d’une chaîne placée d’un bout’ à l’autre du train. Cette chaîne pourrait se brancher dans les fourgons et dans les voitures de manière à produire simultanément le déclenchement du frein et un appel au mécanicien par le sifllet à vapeur.

!! obse,1’ver (Iue 'c frein Dorré se prête, à la fois, au déclenchement facultatif pour les trains de voyageurs et au déclenchement automatique poulies trains de marchandises. 1