S' = MOS

Dans une locomotive , la quantité d'eau évaporée croit proportionnellement À la racine quatrième de la vitesse de la locomotive ; ainsi , V étant la vitesse correspondant à la quantité d'eau évaporée S', et t/' celle correspondant à la quantité S'', on a

d'où S' = S"t/~ (/n^., 267 et 382).

Comme, à la vitesse t/' = 32 kilomètres à l'heure, on a trouvé que la quantité d'eau évaporée par heure était de 0"%05a , c'est-à-dire de bti litres, par mètre carré de la surface de chauffé totale T, on a

S" = 0»,054 X T, Par suite, il vient

,- 0,064 XT 4?^

Y 32 i,AO

«04 QUATRlftltB PARTIE.

Kemplaçaot S par sa valeur dans la formule (6) , on a

(l+8)[{K±8ina)M±m8lna+«c«]4-F+ ^ (^ +j)+76,(Or)

Équation de laquelle on peut tirer directement la valeur de v; mais il vaut mieux , pour la facilité des calculs , déterminer cette valeur par tâtonnement : on substitue à v, dans le second membre de Téquation, une valeur que Ton suppose approcher de la valeur réelle, et on tire de réquatlon une seconde valeur de r, plus ou moins exacte, mais s*approchant plus de la vérité que la valeur supposée ; cette seconde valeur, substituée à son tour dans le second membre de Téquation , en donne une troisième plus exacte que la seconde ; opérant sur cette troisième valeur comme sur les précédentes, on en obtient une quatrième plus exacte encore que la troisième , et en continuant ainsi de suite, on peut obtenir une valeur aussi approchée qu'on le veut de celle satisfaisant à réquation précédente. Dans la pratique, on peut considérer comme suffisamment exacte la troisième ou la quatrième valeur.

2* Réciproquement ^ soit à dHerminer la charge tramée par la locomolive. Il suffit de tirer la valeur de M de Téquation (6) , ce qui donne

Puissaîfce des locomotives. Une puissante locomotive fonctionnant dans les conditions habituelles des machines fixes ne serait que de la force de 25 h 80 chevaux; mais en calculant sa puissance d'après ia résistance totale du convoi et Tespace parcouru dans une seconde, on arrive à une force de 200 à 300 chevaux ; et si Ton ne tient compte que de la traction sur les wagons, on arrive à une force de 110 h 170 chevaux.

466. Règle de Jf, Le Chatelier pour déterminer les dimensions des machines locomotives (chemins de fer d'Angleterre en 1S51).

M. Le Chatelier a calculé, par la marche simple suivante, trois locomotives, une à grande vitesse, système Grampton , une mixte et une à marchandises; les résultats qu'il a obtenus s'accordent d'une manière très-satisfaisante avec les dimensions de machines donnant un très-bon service sur no» chemins de fer.

1* La machine devant parcourir, par exemple, 80 kilomètres à l'heure ou 22",22 par seconde, comme il convient que le nombre de tours des roues motrices soit compris entre 2,5 et 8 pour toutes les locomotives,

VÀCiinns Locovonrift. eos

pour 2,5 tours on aura pour le diamètre D de ces roues D = — ^r-^ =

2*,83, et pour 3 tours D = 2»)36; U est conveuable de faire D=:2",50.

2* La pression étant 7 atmosphères dans la chaudière, la pression moyenne utile dans le cylindre est 4,5 atm. pour TadmissicHi au premier cran de la détente, en déduisant la pression atmosphérique, plus 1,5 atm. pour la contre-pression, la détente, la compression et le passage de la vapeur de la chaudière aux cylindres, soit p=4'',64 par centimètre carré pour la pression utile 4,5 atmosphères,

3» La résistance T du convoi se calcule avec la formule de M. Harding(455}.

4* Pour un tour des roues motrices, le travail produit par la vapeur devant être égal à celui absorbé par la résistance du convoi , on a

Tx.D=pX^. d'Où T=pÇ.

T réfittance totale du eonvoi en kilog.;

h diamètre des roues motrices en ceDtimètres ;

p pression moyenne mile de la rapeur dans les cylindres, en kilogrammes, mr

un centimètre carré; elle est égale à 4^,64 dans Phypothèse du 9* (46S); d diamètre des pistons , en centimètres'; t course des pisiona, en centimètres.

Pour T=1920S64, ce que donne la machine du 1*' exemple suivant, en supposant d=42, la formule pi:écédente donne /=:58,6, soit 68 en nombre rond.

5"* Faisant le coefficient d'adhérence des roues motrices sur les rails égal à i/6 (404), pour R = i920 kil., la charge des roues augmentée du poids de ces roues devient 11520 kil , soit 11,5 tonnes. 11 conviendrait de limiter cette charge à 10 tonnes; cependant l'excédant l',5 ne doit pas faire compliquer la machine en accouplant deux paires de roues (464).

G* L'examen des machines fonctionnant bien ayant montré que Ton avait, S, S\ S'' exprimant en mètres carrés les surfaces de chauffe totale, par le foyer et par les tubes, et d, l le diamètre et la course des pistons en décimètres.

Gomme on a donc

Ixîs règles précédentes fournissent les résultats du tableau suivant pour:

soit

Quinita rinn«

1** Un train express de huit wagons, pesant chacun 7,5 tonnes, marchant habituellement à la vitesse de 80 kilomètres à Theure, sur des rampes de 0",005 par mètre. Le poids de la machine est 25 tonnes, et oelui du.tender chargé 12 tonnes.

2" Un train omnibus, marchant avec 16 wagons de 7,5 tonnes, à une vitesse qui n*excède pas hb kilomètres à la montée des rampes de 0",005, et 55 kilom. sur niveau ou à la descente. Le poids de la machine est 2A tonnes et celui du tender 11. Il y a deux paires de roues accouplées.

3* Un train de marchandises marchant, avec âO wagons pesant 9 tonnes chacun, à une vitesse de 30 kilom. à Theure à la montée des rampes de 0*',005, et à la vitesse de Ix^ kilom. à la descence. Le poids de la machine est de 28 tonnes*et celui du tender 12. Les trois paires de nmes sont couplées.

OftTAILB.

■ACfUNB 1

4 voyairfeiira.

DiZtê.

à aurchândlMs.

Poidi loUl du convoi

RèsiflUnca due au mouve- ( par lODoe.

ment des véhicules. . . l loUle. . .

Résistance nddilionn. due au mécan. .

KèsisUDce due i la gravité

Résistance totale T

Diamëire des roues motrices

Charge sur les roues molnces

Diamètre des cylindres

Course des pistons

Surface de chauffe du foyer

Id. des tubes

Jd. toule

467. Quantités d'eau, de vapeur et de coke consommées dans une lo^ comotive (/i69 et û73}. D'après M. de Pambour, s' étant le poids de Teau évaporée, y compris l'eau entraînée par la vapeur, et s étant le poids de la vapeur, non compris les pertes par les soupapes, on a *=0,75*'.

Des observations et des expériences récentes font une plus large part à Teau entraînée. Ainsi, dans les locomotives, la consommation d'eau étant de 9 à 10 kilog. par kilog. de coke con3ommé, comme dans les machines fixes, où l'eau entraînée est négligeable, 1 kil. de coke de très-bonne qualité ne produit que 6S5 de vapeur (308) ; 11 en résulte que pour les Jocomotives la quantité d'eau entraînée ou condensée dans les cylindres est environ de 30 à ZjO pour cent L'expérience directe fournît encore une proportion plus considérable; ainsi des expériences faites sur le diemin d*Orléans par H. Bertera ont donné» pour les machines à voyageurs et par kilomètre parcouru , ôS02 de coke brûlé, et

MACHINES LOGOMOTITSS. 607

&6^,10 â*eau dépensée, dont 42 pour 100 a été entraînée ou condensée ; poar les machines à marchandises, ces nonibres ont été respectivement 6,96, 71,i7 et 52.

Le coke employé au chauffage dçs locomotives, pour être de bonne qualité, ne doit pas laisser plus de 6 pour 100 de résidu (cendre et schiste) ; il est de médiocre qualité sMl en laisse 9, et de mauvaise s'il en laisse 12 (n*' 290).

Comparaiion entre Im eontommaHon de houUle dans lee locomo4.ivet à grilles à gradins du système ChobrzinsH , H celle de coke dans les locomotives à grilles ordinaires sur le chemin de fer du Nord, Les grilles ioclioées perroeilent l'emploi de bouilles très-maigres et âèches, que l'oo rejette en général pour l'usage des chaudières.

7 machines Cramptoo, à grilles nouvelles, ont parcouru 33 193 kiloro., pour une consommation de 251 900 kilog. de houille, coûtant S7 tr, U tonne, rendue à la frontière, soit par Utom 7^ . 6

44 autres machines Cramptoe, à grilles ancieDnes, ont parcouru 57646 kilom.^ pour une consommation de 493 750 kil. de coke, coûtant 33 fr. la tonne rendue à la frontière, soit par kilomètre 8 .6

4 petite machine à voyageurs a brûlé en houille 7 .6

9 machines semblables ont consommé en coke 8 .4

4 machines à marchandises à petit foyer ont brûlé en bouille et

briquettes 8 .8

6 autres machines semblables, en coke 40 .4

45 grosses machines à marcbaodises, en houille et briquettes. . 48 .6 3Î de ces mêmes machines consommaient.eo coke. 46 .9

Sur le chemin d'Orléans,

4 machine trains express, en houille 5^.25

Les autres machines semblables, en coke. • 6 .4

3 machines i marchandises du dépOt d'Ivry, en bouille 40 .6

Les autres machines du même système, en coke 44 .6

4 machines à marchandises du dépût de uordeaux, en houille de

choix 9 .6

Les autres machines du même dépôt, en coke de mauvaise

qualité . 44 .5

0 machines du dépOi d'Orléans , houilles diverses 44 .3

Les autres machines du même dépût, en coke 44 .7

4 machines du dépôt de Tours, es houilles diverses 40 .6

Les autres machines du même dépôt, en coke • . 40 .4

468. Siabilifé des machines locomotives. Si une machine locomotive n'était soumise qu'au mouvement régulier de translation parallèlement à Taxe de la voie, en môme temps que les pièces mobiles du mécanisme restent périodiquement dans la même position relative, on dirait que la machine est stable. Dans la pratique, cette stabilité ne se réalise pas ; ainsi on remarque que la machine oscille au tout* d'un axe vertical, et que sous l'influence de ce mouvement, appelé mouvement de lacets et celui de progression, elle avance en serpentant ; elle oscille égale-

608 QOATRlfcia PÀATIB.

ment autour d*aii axe horizontal transversal à la YOle, et preml ce que Ton appelle un mouvement de galop; elle exécute encore un moipoemeni de roulis^ c*est-à-dlre d'oscillation autour d'un axe parallèle à la voie; enfin elle exécute en outre, par rapport au mouvement de prog^ression le long des rails, un mouvement relatif alternatif d^ avance et de recula que Ton a appelé improprement mouvement de tangage ou mouvement de recul.

Les causes de ces mouvements nuisibles au degré de stabilité d'une locomotive sont dus au mode de construction et d'entretien de la voie, ainsi qu'à celui de la locomotive, à Tinertle des pièces mobiles de la machine, et aux réactions intérieures produites parla vapeur.

Par l'augmentation de poids des rails et la forme bombée sur un rayon de 0",22 à C./iô donnée au champignon, on a atténué ces mouvements parasites; on les a diminués aussi par la perfection apportée dans la construction des machines, et depuis quelque temps l'usage des contre-poids appliqués sur les roues motrices, à l'opposé de la manivelle, a produit de bons eifets relativement à l'influence de l'inertie des pièces mobiles de la machine.

Aigourd'hui les contre-poids sont réglés d'après une règle donnée par M. Le Ghatelier en 1869. Depuis cette époque, les eflTets des contrepoids ont été soumis à l'analyse successivement par MM. Tvon-Villarceau. Couche et Resal. Il faut espérer que ces quatre auteurs finiront par arriver & la même solution de ce problème si complexe, afin que leurs travaux soient plus utiles à la pratique, qui a besoin d'être éclairée, et qui ne peut progresser qu'avec prudence dans une pareille innovation.

460. Dimensions des parties principales des machines locomotives.

Boîte à feu. Elle a la forme d'un parallélipipède rectangle. La première enveloppe est en cuivre rouge de première qualité , dont une seule feuille forme le ciel et les faces latérales. L'enveloppe extérieure est en tôle de fer ; die est réunie à l'enveloppe intérieure par des entretoises en cuivre de 0",02 de diamètre , à vis sur toute leur longueur, à tète rabattue des deux côtés, et espacées de 0*,10 les unes des autres d'axe en axe.

Grille, La grille occupe toute la base de la botte à feu. La hauteur de la face supérieure de la grille au-dessus de l'arête inférieure de la botte à feu est de 0",12 environ. Pour que l'air entre facilement dans le foyer, la boite à feu doit se trouver à 0*,35 au moins au-dessus du sol. Le dessus de la boîte à feu est à 0",35 ou 0",à5 au-dessous de l'arête supérieure du corps cylindrique de la chaudière, et il doit être couvert de 0»,10 d'eau. La porte du foyer est placée à 0",1J0 ou 0",95 au-dessus de la grille.

Les barreaux de la grille sont en fer forgé ou laminé; ils ont habituellement 0'",10 de hauteur au milieu ; leur largeur varie de 0'",020 à 0",025 en haut et de 0",Oio à 0",015 en dessous. Leur écartement ne

MÂGUINBS LOGOHOTIVES. 609

doit gnière dépasser la limite de 0",020 k 0",025 ; cependant on augmente cet écartement quand le coke est impur et produit du mftchefer.

L'épaisseur du combustible sur la grille varie de 0",50 à 0",70. Un kilogramme de coke consomme 18 mètres cubea d'air froid (392)9 et produit, quand il est bon, 6 et le plus souvent 6,5 kilog. de vapeur (308 et A67).

Tubes. Les tubes étaient en cuivre rouge; mais aujourd'hui on les fait en laiton , qui est moins promptement usé par le frottement des particules de coke entraînées par la fumée. L'épaisseur d'eau qui lés sépare varie de 0",Oid à 0'',020« et il convient, pour que les dépôts y adhèrent moins et que la vapeur se dégage facilement , de se rapprocher de l'écartement supérieur, qui affaiblit encore moins les plaques quand on change les tubes.

Les viroles ont 0'",002 d'épaisseur; elles sont en acier, et quelquefois en fer pour le côté de la boîte à fumée.

Cheminée, En France, la hauteur totale de la locomotive ne pouvant dépasser /i"',25 au-dessus du rail, la hauteur des ouvrages d'art étant de br^ZQ^ il en résulte que la hauteur de la cheminée proprement dite n'est que de V^fiO à 2",00, selon la haateur de la chaudière (416). La cheminée est formée d'une seule feuille de tôle, et elle est garnie à la partie supérieure d'un capuchon que l'on ferme pendant les temps d'arrêt

Roues, Aigourd'hui, le moyeu, les bras et le faux-bandage sont le plus souvent d'une seule pièce. Quand il n'en est pas ainsi, les bras sont réunis par la coulée du moyeu. La jante se place à chaud, et on la fixe sur les bras par des boulons (6/i2).

La largeur totale de la jante est en général de 0",l/i. La saillie du boudin varie de 0",03 à 0",0^ et son épaisseur de 0",0/ii à 0*,06. La machine étant placée au milieu de la voie, il y a un jeu de ù^M k 0",02 entre chaque boudin et le rail, ce qui donne k la machine un jeu de0-,02à0-,0A.

Distance des essieux extrêmes. Le rayon minimum des courbes varie, suivant lès voies, entre 300 et 1000 mètres.

Pour une vitesse maxima de 60 kilomètres à l'heure, la limite raisonnable d'écartement des essieux paraît devoir être de 3",50 pour un rayon minimum de 600 mètres (M9;, ce rayon minimum pouvant être de 300 mètres à une station où l'on arrête toujours, et de 200 mètres sur les voies de service et les croisements. Cette limite raisonnable d'écartement est de U mètres, quand les rayons précédents sont respectivement 1000 met., 500 met et 300 met

La distance des essieux extrêmes doit, du reste, être plus petite pour les machines à roues accouplées que pour celles à roues libres, qui se déplacent plus facilement sur les courbes; c'est ce qui explique pourquoi , dans les machines Grampton, on a pu porter cette distance à Zi",86 pour le chemin du Nord.

610 OVATKitXB PÂRTIB.

Ressorts. Les ressorts se faisaient en acier ordinaire cémenté; aujourd'hui ils sont en acier fondu; dans les premiers, le nombre de feuilles variait de 17 à 22^ et dans les seconds il n'est que de 8 on 10.

Pistons. Les pistons à vapeur ont pour garniture deux cercles saperposés en bronze, et de préférence en fonte, rarement ils sont en acier; chaque cercle a ordinairement O'.OS de hauteur, de sorte que la garniture a 0",06. Près de la fente, répaisseur des cercles varie de 0%02 à e*,05, et cette épaisseur va en augmentant jusqu'à Textrémité opposée du diamètre.

Tiroirs, Les tiroirs sont en bronze, et de préférence en fonte, qtA a , plus de durée sans réparation , donne de plus belles surfaces frottantes, mais nécessite plus de soins de graissage.

Tuyaux à vapeur, La section intérieure des tuyaux de prise de vapeur varie de 1/10 à 1/12 de celle de chaque cylindre, et celle des tuyaux de bifurcation doit être égale k la moitié au moins de la précédente. La section du tuyau d'échappement est habituellement, pour chaque «ylindre, égale à celle du tuyau de prise de vapeur, c'est-à-dire à environ le i/10 de Taire du piston ; si le tuyau est commun aax deux cjiindres, cette section doit être doublée.

Pompes, Pour déterminer le volume des pompes alimentaires, on calcule le poids de vapeur correspondant à ti cylindrées, on augmente ce poids calculé à l'aide de la table du n* 272 de 30 pour 100, afin de tenir compte de l'eau entraînée, et le résultat trouvé est le volume en litres que doit fournir chaque pompe par coup de piston , car une seule pompe doit pouvoir faire le service de la machine. Gomme une pompe tre donne que 60 pour 100 d'effet utile, et <)u'elle ne doit foocti(»ner H}ue pendant le 1/3 du temps d'activité de la machine, son volume doit tlonc être égal à œhiî de l'eau à foomir multiplié par 1,6 X 3 = A, 5. Le «iiamêtre du piston est habituellement de 0-,10 et la course de 0*,10 à 0",lû. La bielle qui commande le plongeur doit avoir au mo/iis O^^àO de longueur. Chaque pompe puise son eau dans le tender à l'aide d'un tuyau en cuivre rouge de 0',05 environ de diamètre et de •■.OOS d^ pââssëur; ce tuyau est disposé de manière à permettre les mouvements relatifs de la machine par rapport au tender. Chaque pompe a également un tuyau de refoulement en cuivre rouge de môme diamètre et de anême épaisseur que le tuyau d'aspiration.

Les pompes sont garnies de trois soupapes à boulet, une d^aspiration et deux de refoolemrat.

TABLBAV du dimmHof» prinâpalet de qmlqneê vutckhêu toeomoUeet (eiU^U du Guide du Méoamcien.

LtfGKNftB.

N* 4. Ce type, éubli par Sharp eiKoberis, en 4840, pour le cbemlo de Venafllet, quoiqoe d'une paiflsanee inférieure k celle des machinet aeioeUei, est enodre en ser-

MACBIIIS LOdOKOrniS. 611

▼iM ior beancoiip de ebenfnt, oà la bonne dlspoiitlon de lonlee wf pmtet et sa solldilé l'ont fait résister au temps.

N« 9. Ces nachloes ont été eonstniltes par stephenson, eo 4843, pour le sertfce des voyageurs sur le chemin de fer de Paris à Orléans; elles apparlienoeot à son premier type de machines à longues chaudières j elles sont à cylindres et à châssis intérieurs. C'est sur ces machines que la coulisse a été importée en France; elles ont toujours fait un bon service.

N* 3. Ces machines à voyageurs, dn chemin de fer de Lyon , ont été construites, en .4847, d'après les plans de M. Al. Barrault, par MM. Derosne et Gail; elles ont été le point de départ de la réaction légitime qui a eu lieu contre le système des trois essieux intercalés entre la boite à feu et la boite i fumée de IL Jlepbeoson. Le diamètre des roues motrices et la répariition du poids sont très-convenables. Le réservoir de tapeur manque de capacité et surtout de hauteur dans le oorps cylindrique de la chaudière ; elles priment avec une grande facilité.

N* 4. Ce type a été construit en 4849, par MM. OerosnO et cail, sur les plans d'ensemble de H. Grampion , pour le serTlce des trains expreu du chemin de fer du Nord. Tout le monde parait à p«u prés d'accord sur la nécessité de réduire leur poids et la distance des essieux extrêmes; on peut, sans inoonvénient , réduire la surface de chauffe dans une proportion asseï notable, la mécanisme de la distribution est entiè* renseni placé à i'mtérieur.

N* 5. Ces maebioes mkpIm, du chemin de fer de l'Ouest , ont été constmites, en 4848, par M. Cavé, d'après un type spécial que M. K. Gouin avait étudié en 4847. Les cylindres et le châssis sont intérieurs, et les roues motrices sont accouplées avec les.roues d'arrière, qui sont placées en avant do foyer. Ces machines, â part une ceruine propension i Tentralnement de l'eau , résultant de l'iosulBsanoe de la hauteur du réservoir de vapeur dans le corps cylindrique de la chaudière, sont dans de bonnes conditions; elles sont pariaiiement appropriées au service du chemin de fer de POuest, dont le profil, entre Paris et Chartres, présente, sur un quart de sa longueur, des pentes el rampes de Ob,006 k 0»,040 par mètre, et dont les convois sont formés par la réunion de voitures i voyageurs et de wagons à marchandises.

M* 6. ces machines mixte$, du chemin de fer de Lyon, Ont été construites , en 4849^ par M. B. Gouin, d'après les plans de MM. Sharp frères. Les cylindres sont intérieurs et inclinés , pour que les liges des pistons et les glissières poissent passer au-dessus de l'essieu des roues d'avant, qui sont accouplées avec les roues du milieu. Ces machines ont une grande surface de chauffe et un grand rèeervolr de Tapeur ; elles font un rxeellent service. Quelques-unes de ces machines ont été montées sur des roues de 4»,^0 de diamètre.

M* 7. Ce sont des mae/Uneê à fiuirchandises construites en 4849 par M. c. Polonceau dans les ateliers du chemin d'Orléans. Le diamètre de leurs roues permet de les affecter au service des voyageurs. Les cylindres sont intérieurs et les boites du tiroif SKtèrieures, de telle sorte que le mécanisme de la distribution est compris entre les roues et le châssis extérieur. Les bielles d'accouplement sont appliquées sur des manivelles en fer forgé , calées sur le prolongement des fusées , au delà du châssis exté rieur. Ces machines sont dans de très-bonnes conditions de stabilité, de vaporisation et d'éoouomie de vapeur. Le faible écartement des roues extrêmes, obtenu sans inconvénient , «n doonant du porte-â-faox aux cylindres en avant du premier essieu, atténue l'inconvénient qui résulte de l'accooplement des roues motrices avec les roues d'arrière. ^N* 8. Ces fiMcAffiet à marchanditei ^ du chemin de Strasbourg, ont été ètabifes, en 4850, par MM« Derosne et Cail, d'après le type de celles sorties en 4845 des ateliers de Stepbenson pour le chemin d'Orléans. Les cylindres sont intérieurs et les six rones sont accouplée et placées entre la botte à feu et la bolle â fkimée. Ces machines sont susceptibles de faire un trè>*bon service, et leur modèle est généralement adopté auloord'httl lorsqu'on accouple les six roues. ^

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