SS

L'action de ces deux couples tantôt se contrarie, tantôt s'ajoute ; elle produirait le mouvement de roulis dans le premier cas, si la machine pouvait se prêter au déhanchement nécessaire ; elle tend, dans le second cas, à produire le mouvement de galop lorsque les conditions de construction de la machine sont appropriées à cet effet.

3° Intensité oes actions perturbatrices.— Parmi les actions perturbatrices, l'une, celle qui produit le mouvement de lacet, peut, par un concours de circonstances faciles à reproduire, compromettre la sécurité de la marche en donnant au mouvement serpentant de la machine une amplitude considérable. Le mouvement du galop peut également, quoique d'une manière moins directe, aggraver les chances de déraillement qui résultent du mouvement de lacet lorsqu'il prend une amplitude assez considérable sous l'action des causes multiples qui le produisent; en effet, il a pour résultat de faire osciller l'avant de la machine et de produire périodiquement, à chaque tour des roues motrices, une diminution de la charge des roues d'avant, de telle sorte qu'elles puissent plus facilement monter sur les rails au moment où le boudin vient le frapper brusquement et lorsqu'elles rencontrent un obstacle qu'elles surmonteraient facilement si elles étaient suffisamment chargées. Pour la machine que nous avons prise comme type, le couple produit par la pression sur les glissières, pression qui s'exerce toujours sur la glissière supérieure, peut être ramené à une force appliquée au milieu de cette glissière, Taxe de l'essieu étant considéré comme fixe ; dans les circonstances normales de travail de la vapeur la valeur de la résultante varie de 700 à 1,400 kilogrammes, tandis que la charge des roues d'avant est, dans l'état normal et par suite du porte-à-faux du foyer, d'environ 6,000 kilogrammes. Pour peu que le mécanicien , dans le but d'augmenter l'adhérence, cherche à augmenter la charge des roues motrices en serrant les écrous de leurs ressorts de suspension, la charge des roues d'avant se trouvera diminuée et, en définitive, leur pression sur le rail pourra être réduite à3,000ou 4,000 kilogrammes, ce qui est tout

à fait insuffisant, si la machine est susceptible de prendre un mouvement de lacet Irès-inarqué. On serait aiusi amené à craindre que, toute réserve faite pour l'état de la voie, les déraillements spontanés qu'ont éprouvés plusieurs machines construites sur ce type, ont eu pour cause additionnelle le mouvement de lacet et l'insuffisance de la charge des roues d'avant, aggravée par le mouvement de galop. On a été conduit en effet à donner une grande rigidité aux ressorts d'avant et d'arrière, afin d'empécber l'effet des coïncidences d'oscillation verticale de l'avant et d'oscillation latérale ; on a même été conduit à limiter par des arrêts, au-dessous de ce qui convient à la puissance des organes, la tension des ressorts et l'adhérence des roues motrices.

Le mouvement de roulis occasionné par les actions perturbatrices intérieures, s'il pouvait se développer d'une manière assez marquée, influerait sensiblement sur la conservation de certaines pièces en déterminant des torsions et des frottements latéraux; mais on peut ne pas en tenir compte, on en rendra les effets insensibles en donnant aux ressorts une rigidité suffisante.

Les forces qui produisent le lacet et le tangage ont des effets destructeurs très-marques. Le mouvement de lacet, produit ou favorisé par leur action, détermine des frottements transversaux des roues sur les rails et une usure inégale des bandages ; pour les roues motrices cette usure est inégale ; ces effets sont certains, car l'application des contre-poids, dont nous parlerons plus loiu, a suffi pour les faire disparaître en même temps que le mouvement de lacet. Leur action destructive la plus grave s'exerce plus particulièrement sur le châssis qui prend du gauche et sur les pièces qu'il porte, dont le montage est faussé, sur les assemblages de toute nature, sur la liaison de la chaudière et des cylindres avec le châssis, sur l'attelage du tender, sur les manivelles, etc. Pour faire apprécier d'une manière plus sensible ces effets, il nous suffira de donner un tableau indiquant, pour les principales positions de la manivelle et pour différentes vitesses, l'intensité de la résultante des forces appliquées suivant l'axe de la machine et qui produisent le mouvement de tangage. Des nombres compris dans ce tableau

sont applicables à la machine déjà prise pour exemple ; — n indique le nombre de tours des roues motrices par 1" «.

\aleur de l angle

Valeur de It résolUnt* qui tet

id à prodalre

de

te mouvement de taeratre.

U manivelle de droite.

tl=3

kilo*.

— lfW)l ,2

Le signe + indique les efforts diriges de l'avant vers l'arrière. Les vitesses de rotation pour lesquelles les calculs ci-dessus ont été faits correspondent, en mètres parcourus par seconde et en kilomètres parcourus par heure, aux nombres suivants :

Nombre de tours par 1" w=2 n=3 n=4

Vitesse en mètres pari" 10m56 15*84 21-12

d° en kilomètres par heure. 38™°». 57™°". 76kilom.

Ces nombres devraient être doublés si on reproduisait le calcul pour une machine à marchandises, à cylindres extérieurs et à G roues accouplées, car le poids de l'attirail moteur est double à peu près du poids qu'il atteint dans la machine à voyageurs.

Ces nombres permettent également d'apprécier l'intensité des actions qui tendent à faire osciller latéralement la machine, car il suffit de les multiplier par la moitié de la distance d'axe en axe des cylindres pour avoir le moment du couple résultant.

4° Motews employés pooi détruire l'^starflitê propre des iâchmes. — On s'est beaucoup préoccupé des moyens de rendre aux machines la stabilité que leur avait fait perdre l'adoption dti

système des cylindres extérieurs qui avait complètement la vogue, il y a quelques années à peine, et surtout l'adoption du système des longues chaudières avec foyer en porte-à-faux de Stephenson. C'est depuis peu de temps seulement que l'appréciation exacte des causes d'instabilité, que nous venons d'analyser, a permis d'arriver à leur neutralisation rationnelle et complète par des moyens d'une grande simplicité pratique. C'est du reste uniquement au mouvement de lacet qu'on s'était appliqué à remédier.

On a cherché à gêner les oscillations latérales de la machine en la serrant fortement contre le tender avec un ressort de traction très-rigide et une barre d'attelage à double vis. Ce moyen ne manque pas d'eflicacité pour les machines légères, lorsqu'on a soin de ne pas employer des tampons élastiques dont les effets se contrarient. On a essayé un appareil spécial , nommé antilacet, composé de deux plongeurs fixés chacun d'un côté de la machine par sa tige et mobiles dans un presse-étoupes fortement serré, attachés au tender ou vice versâ ; ces appareils ne peuvent jouer qu'en déterminant une résistance que l'on règle à volonté et qui contrarie d'une manière permanente, et quel que soit le sens du mouvement du plongeur, la tendance à l'oscillation de la machine. Le serrage du tender, l'emploi de Yantilacet ne peuvent que gêner la manifestation du mouvement de lacet, mais non pas faire directement équilibre aux forces qui le produisent. Nous ferons remarquer du reste que, s'ils ne peuvent pas empêcher complètement les effets apparents du mouvement de lacet qui trouve toujours dans la flexibilité du châssis le moyen de se manifester, ils peuvent, moyennant un serrage convenable, annuler les effets extérieurs du mouvement de tangage ; mais ils ont l'un et l'autre l'inconvénient d'augmenter considérablement la longueur de la base de la machine, à laquelle se trouve incorporé le tender et de la placer dans de mauvaises conditions pour l'entrée dans les courbes ; l'antilacet ne tarde pas à prendre la position moyenne qui convient au rayon de la courbe; mais à l'entrée, s'il n'y a pas un raccordement parabolique entre la ligne droite et l'axe de cercle, il place la machine dans des conditions défavorables.

On s'est appliqué en outre à obtenir la stabilité en augmentant récartemcnt des essieux extrêmes et la charge qu'ils ont à supporter; on a augmenté ainsi le moment de la résistance due au frottement transversal des roues sur les rails dans les courbes et on l'a fait prédominer largement sur le moment des actions perturbatrices. Ce moyen a du reste pour lui l'avantage de combattre l'influence des causes d'instabilité inhérentes à la voie ou au mode de construction et à l'état d'entretien de la machine ; mais, comme les précédents, il s'oppose aux effets sans combattre la cause et de plus il n'exerce aucune influence sur le mouvement de tangage. On a en outre pensé qu'il y avait avantage pour la stabilité à placer l'essieu moteur à l'arrière de la boîte à feu ; cet avantage est évident pour le mouvement de galop; il l'est moins pour le mouvement de lacet, bien qu'il semble, jusqu'à un certain point, que plus l'essieu auquel s'appliquent directement les forces perturbatrices est loin de l'essieu d'avant qu'il faut empêcher de marcher en serpentant, moins il peut être affecté par l'action de ces forces. La machine Crampton peut être considérée comme l'exagération de ce système; cette machine, par sa large base (4m 85), par la forte charge que porte ses roues extrêmes, conserve une stabilité remarquable dans toutes les circonstances où elle se trouve placée; mais il est évident qu'elle souffre elle-même. S'il convient en effet qu'une machine n'obéisse pas trop facilement aux inégalités transversales de la voie, en se jetant de côté et en se mettant à osciller toutes les fois que les roues rencontrent une bosse, il faut qu'elle puisse obéir, daus une certaine mesure, à ces inégalités, sans exercer sur les rails des pressions qui peuvent les écraser ou les rompre ; il faut également que le parallélisme des essieux ne produise pas une trop grande résistance au passage dans les courbes. Il y a tout lieu de croire que, si cette disposition reste en usage, ce sera à la condition d'en faire une machine à quatre roues, en réduisant à la fois le poids total et l'écartement des essieux.

La véritable solution de la question de la stabilité, quant à la neutralisation des actions perturbatrices engendrées par le jeu des organes de la machine, se rencontre dans l'application des

contre-poids. Depuis longtemps les constructeurs t et Sharp et Roberts en première ligne, ont appliqué des contre-poids sar les roues motrices; cette pratique était plus ou moins basée sur l'étude rationelle des faits que nous avons analysés en détail ; mais ce qu'il y a de certain, c'est que, jusqu'à ces derniers temps les personnes qui s'y conformaient le faisaient instinctivement et par imitation ; on comprenait avec plus ou moins de précision qu'il fallait combattre l'effet de la force centrifuge et on appliquait, à l'opposé des manivelles, des contre-poids égaux ou équivalents, suivant leur position, au poids des parties tournantes de la machine, et, pour en déterminer les dimensions, on mettait les roues motrices sur les pointes d'un tour, en augmentant le contre-poids jusqu'à ce qu'il fit équilibre au poids de la manivelle et de la bielle suspendue par sa petite tête à un point fixe qui représentait la coquille du piston.

George Heaton, qui a pris un brevet en Angleterre, le 9 novembre 1847, parait avoir senti le premier la nécessité d'équilibrer également toute la partie de l'attirail animée d'un mouvement reculigne alternatif; mais il est douteux qu'il se soit bien rendu compte de la nature même des actions perturbatrices ; son système consiste à faire osciller une masse suspendue à une tige d'une certaine longueur ou guidée par des glissières, en sens contraire du piston, en la reliant par une bielle semblable à la bielle motrice et par une fausse manivelle, ces contre-poids représentant exactement le poids de l'appareil en mouvement rectiligne. Plus tard M. Nallau, ingénieur allemand, fit connaître dans une note insérée en 1848, dans ie journal des ebemins de fer de Stuttgardt, la cause exacte des actions perturbatrices, et fit voir qu'on pouvait la détruire par l'application de contre-poids. Il est à remarquer toutefois qu'il s'est arrêté dans la voie qu'il avait ouverte en établissant en quelque sorte un équilibre moyen. M. Le Cbatelier, notre collaborateur, a complété ces recherches et fait voir, dans son Mémoire publié au commencement de l'année 1849, qu'on pouvait arriver à l'équilibre

tions perturbatrices oui oroduisent les mouvements de tangage et

de lacer. C'est du reste ce Mémoire qui a déterminé l'adoption rationnelle des contre-poids sur nos chemins de fer où elle est devenue à peu près générale ; Le procédé de M. Heaton n'a pas reçu, que nous sachions, d'application pratique, il ne dispenserait pas du reste d'équilibrer le moyeu ou les manivelles par un contrepoids ordinaire ; et, dans la plupart des cas, il nécessiterait une complication coûteuse et gênante de mécanisme.

Nous avons supposé, dans la machine que nous avons prise pour exemple, que toutes les masses mises en mouvement avaient leur centre de gravité dans le même plan et que ce plan était le plan moyeu des roues ; s'il en était ainsi, il suffirait d'appliquer, entre les rayons et contre la jante, un bloc de fonte dont le mouvement, par rapport à l'axe de l'essieu, serait égal à la somme des mouvements du moyeu servant de manivelle et de tout l'attirail mobile (bielle, piston, tige, coquille, etc.) supposé suspendu au bouton de la manivelle. Mais il n'eu est pas ainsi : les différentes masses qu'il faut équilibrer ou qui forment contre-poids, ont leurs centres de gravité dans des plans différents et il faut tenir compte de leur écartemeot pour le mouvement de lacet ; ces différences d'ceartement sont souvent considérables, notamment pour les machines à cylindres intérieurs. On y parvient facilement en remarquant que la force perturbatrice, due à chaque pièce, peut être considérée comme la résultante de deux composantes placées chacune dans les plans des deux roues ; on fait pour un côté de la machine la somme des composantes dans chaque roue et on applique le contre-poids qui lui fait exactement équilibre à l'opposé de la manivelle correspondante; on fait le même calcul pour l'autre côté de la machine et on a ainsi dans chaque roue deux contre-poids inégaux que l'on compose en un seul intermédiaire d'après les règles ordinaires de la statique. Nous renverrons du reste, pour les détails du calcul et de l'application, au Mémoire de M. Le Chatelter que doivent consulter toutes les personnes qui ont à faire l'application pratique des contre-poids.

Dans les machines à cylindres extérieurs avec roues accouplées de petit diamètre, il ne suffit pas généralement de garnir complète-

ment en fonte l'espace compris entre trois ou quatre rayons consécutifs, il faut reporter une partie du contre-poids sur Tune des roues accouplées, ce qui n'a d'autre inconvénient que d'augmenter un peu le travail de la bielle. Dans les machines à cylindres intérieurs et à roues accouplées l'appareil d'accouplement peut être disposé, moyennant un calage convenable des moyeux sur les portées des essieux, de manière à former contre-poids; on y ajoute au besoin un contre-poids additionnel sur la roue motrice.

Nous n'insisterons pas davantage sur ce sujet et nous pensons que re qui précède suffira pour que dans chaque cas particulier on puisse apprécier quelle influence exercera sur la stabilité d'une machine la disposition de ses organes.

S 4. - Rctumé.

Nous avons essayé, dans les trois paragraphes qui précèdent, de mettre en lumière toutes les causes qui concourent à donner de l'instabilité aux machines ; dans quelques cas nous avons pu établir d'une manière rigoureuse la cause et le mode d'action des perturbations, sans pouvoir toutefois démontrer avec la même rigueur la manière dont celte action devait affecter le mouvement effectif de la machine ; dans d'autres cas, nous avons seulement présenté des aperçus qui pouvaient tenir lieu plus ou moins de démonstration, lorsque nous ne pouvions pas analyser géométriquement et d'une manière rationnelle l'analyse des causes d'instabilité; on relèvera peut-être quelques considérations erronées, mais nous avons pensé qu'il était de notre devoir d'entrer aussi avant que possible dans la question, qui n'a été qu'ébauchée pour ce qui concerne l'objet des deux premiers paragraphes. Ce que nous désirons, c'est que notre exemple puisse provoquer des travaux sérieux, qui mettent aussi complètement que possible en évidence les causes de perturbation qu'on n'a fait qu'entrevoir et apprécier d'une manière plus ou moins vague.

Si nous jetons un coup-d'œil en arrière sur ce que nous avons dit au sujet de l'instabilité, nous verrons que les mouvements anormaux qu'une machine peut prendre, indépendamment du mouve-

ment normal de translation, se réduisent à quatre : 1° un mouvement de va-et-vient dans le sens du mouvement de translation de la machine , qu'on doit attaquer le plus près possible de son origine et qu'on peut neutraliser entièrement par l'application des contre-poids ; 2° trois mouvements de rotation autour de chacun des trois axes principaux de la machine, le mouvement de galop qui peut être réduit à des proportions inoflensives par une rigidité convenable des ressorts de suspension et une bonne répartition des points d'appui, pourvu que l'axe des cylindres ne soit pas trop fortement incliné, et par la répartition de la charge sur les différents essieux ; 3° le mouvement de roulis qui, dans les circonstances habituelles de la pratique, n'a qu'une importance très-secondaire et qui exige seulement une certaine rigidité des ressorts de suspension, 4° et enfin le mouvement de lacet. Ce dernier mouvement résulte de causes multiples inhérentes à la voie, au montage de la machine et à son état d'entretien , à la disposition et au poids de ses organes moteurs; il est incontestable que les effets de ces diverses causes se superposent, car sans cela on n'expliquerait pas l'amplitude qu'il peut prendre dans certaines circonstances, au point de déranger l'alignement des rails en déplaçant les traverses et au point d'occasionner des déraillements; on sait du reste, comme nous l'avons déjà dit, que le mouvement de lacet diminue lorsqu'on améliore la forme des rails et qu'on les écarte d'une quantité suffisante, lorsqu'on améliore l'entretien de la voie, lorsqu'on rectifie le montage des essieux et lorsqu'on répare les machines et spécialement leurs bandages, lorsqu'on équilibre les pièces du mécanisme, lorsqu'on modifie le mode de répartition de la charge sur les essieux.

Aucune des précautions que nous venons d'énumérer ne doit être négligée et, parleur ensemble, on peut arrivera un degré de stabilité qui ne laisse rien à désirer au point de vue de la sécurité et de la conservation du matériel. Les constructeurs et les ingénieurs qui dirigent l'exploitation des chemins de fer ne devraient jamais les perdre de vue.

On ne doit pas conclure de ce que nous avons dit plus haut que

I application ngoureuseaes conire-poias aou rendre moinerent sur le choix d'un système de machines, qu'il suffit de disposer les diverses parties d'une machine de telle sorte que récartement des essieux assujettis au parallélisme soit compris entre certaines limites appropriées au rayon des courbes dans lesquelles elle doit circuler, que le centre de gravité soit placé, par rapport aux essieux, de manière que chacun d'eux ait à supporter la charge qu'il convient de lui donner et enfin que les organes du mécanisme soient convenablement équilibrés. Pour des machines à roues indépendantes on peut placer indistinctement les cylindres à l'intérieur ou à l'extérieur et profiter, comme on l'entend, des avantages propres à chacun de ces systèmes; mais, pour les machines à marchandises, on doit donner la préférence aux cylindres intérieurs qui permettent d'équilibrer rigoureusement l'attirail moteur au moyen de l'appareil d'accouplement ; si les cylindres sont extérieurs, on est obligé de donner aux boutons des manivelles des portc-à-faux considérables et par suite les contre-poids atteignent des dimensions énormes, car ils doivent équilibrer simultanément l'appareil moteur et l'appareil d'accouplement, et les boutons de manivelle résistent difficilement aux actions et aux réactions qu'ils ont à supporter. En outre, on ne peut pas, lorsque les cylindres sont extérieurs, à moins de leur donner une inclinaison considérable, arriver à une répartition convenable du poids sur les roues, si l'on vent accoupler seulement les roues d'avant avec les roues motrices et réduire les roues d'arrière à un rôle secondaire en ne leur donnant qu'une faible partie de la charge à supporter.