FROTTEMENT DES SURFACES EN MOUVEMENT LES UNES SUR LES AUTRES

i° Surfaces planes.

y i «u fui i Cï,ffitlr,t

Fer sur chêne (fibres parallèles). . sans enduit 0.63

— — . . mouillées d'eau. . . . 0.26

— — frottées de savon sec 0.21 Fonte sur chêne (fibres parallèles) sans enduit 0.49

— — mouillées d'eau 0.22

— — frottées de savon sec 0J9

Cuivre jaune sur orme — sans enduit 0.62

Fer sur orme — — 0.25

Fonte sur orme — — 0.20

Fer sur fer (les surfaces se rodent lorsqu'il n'y a pas d'enduit).

Fer sur fonte et sur bronze sans enduit, mais un

peu onctueuses.. 0.18

Fonte sur fonte et sur bronze. ... sans enduit, mais un

peu onctueuses.. 0.45

IndieatMi surfera n f«l«t. ÉUl 4» nrfim. rrelUatiL

Bronze sur bronze sans enduit 0.20

— sur fonte — 0.22

— sur fer un peu onctueuses. 0.16

graissées à la manière

ordinaire, avec du

Bois divers et métaux glissant) l'un sur l'autre ou sur eux-

suif , saindoux ,

huile, etc 0.07 à 0.08

légèrement onctueuses au toucher. . 0.15

9» Surfaces cylindriques ou tourillons sur coussinets.

/ enduites de corps Tourillons en fonte sur coussinets! gras, à la manière

en fonte 1 ordinaire 0.07 à 0.08

\ onctueuses 0.14

Tourillons en fonte sur coussinets ( eDdui(es de ^ n v en bronze. S 0.07 à 0.08 \ onctueuses 0.16

Tourillons en fer sur coussinets) , , A *

en fonte J end1" de corps gras 0.07 à 0.08

Tourillons en fer sur coussinets ( ~~ 0-07à0-08

en bronze.' onctueuses et mouil-

V lées d'eau 0.19

Tourillons en bronze sur coussi-) J A M . n A

nets en bronze j end de corps ^as °'09 a 0M

(Lorsque le graissage a lieu d'une manière continue , le coefficient de frottement diminue jusqu'à 0,05 à 0,06.)

Ces résultats font voir l'influence marquée qu'exerce un graissage soigné sur la valeur des frottements, iiMtepeDdammeat de son importance pour la conservation des pièces; il semblerait en ré-

sulter , en outre , que la nature des matières en contact et des sub stances employées comme moyen de graissage a peu d'influence sur le frottement ; cependant , on admet dans la pratique que la qualité des huiles ou des graisses exerce une influence marquée sur le frottement. Quoi qu'il en soit, on ne saurait apporter trop de soin au choix des matières employées , qui doivent être appropriées à l'application qu'on veut en faire. Pour les huiles t par exemple, une première condition à remplir, c'est qu'elles adhèrent fortement après les pièces métalliques lorsque celles-ci sont animées d'un mouvement rapide.

On manque d'expériences directes faites sur le frottement de roulement des roues en fer sur les rails en fer secs ou humides. D'après quelques expériences laites sur des matières et dans des conditions analogues, on peut admettre que le coefficient de roulement sur les chemins de fer varie de 0,002 à 0,003.

2° Adhérence. — Le frottement ne joue pas seulement un rôle important, dans la question de la locomotion , par les résistances qu'il développe dans le mouvement des pièces de mécanisme ou qu'il oppose au déplacement des véhicules, il se rattache encore à l'un des éléments essentiels de la puissance des machines locomotives , à V adhérence. Lorsque deux corps sont en contact parfait, on ne peut les séparer qu'en exerçant un certain effort, qui est nécessaire pour surmonter les effets de l'attraction moléculaire sur les particules des deux corps qui sont en contact immédiat; c'est ce qui a lieu pour les mortiers qui adhèrent aux matériaux de construction , pour l'eau qui reste adhérente aux con» qu'elle mouille. C'est a cette propriété que les physiciens ont donné le nom d1 adhérence. Si , au lieu de séparer les corps en les écartant, on veut les faire glisser l'un sur l'autre, on n'a pas seulement à vaincre l'adhérence, il faut encore vaincre le frottement, c'est-à-dire la résistance qui s'oppose an glissement.

Lorsqu'une roue repose sur un rail , sur lequel elle exerce une certaine pression , et qu'on veut la faire tourner sur place, il faut, son axe étant fixé d'une manière invariable, appliquer a sa circoo-

férencc ou à un point quelconque d'un de ses rayons un effort suffisant jx)ur vaincre la résistance due à l'adhérence et au frottement. Dans la pratique, on a donné assez improprement le nom d'adhérence à cette résistance au glissement sur place, qui ne peut être surmontée que par un effort d'autant plus considérable que la pression de la roue sur le rail est plus considérable. L 'adhérence , comme l'entendent les physiciens , est bien en jeu , mais pour une part très-petite. C'est en réalité le frottement qui joue le rôle important, et à proprement parler, Yadhémice des mécaniciens n'est autre chose que le frottement au départ des physiciens. On peut supposer que l'axe , au lieu d'être fixé invariablement , soit seulement retenu par une force agissant en sens contraire de la force qui sollicite la roue ou de la force motrice. Tant que la première de ces deux forces ne dépassera pas certaines limites d'intensité, elle pourra être surmontée par la seconde , et la roue , au lieu de rester immobile et de tourner surplace, suivant le rapport existant entre la force motrice et ïadhérenct , prendra un mouvement de déplacement en roulant sur le rail. Si la première des deux forces ou la résistance dépasse au contraire certaines limites, on conçoit que la force motrice pourra devenir impuissante pour produire le mouvement en avant , et suivant le rapport qui existera entre cette force et l'adhérence , la roue tournera sur place ou restera immobile.

La notion de l'adhérence, dans les machines locomotives, parait très-simple au premier abord; mais lorsqu'on veut s'en rendre un compte exact, les considérations dans lesquelles il faut entrer sont très-délicates. Nous ne chercherons, quant à présent, qu'a donner une définition et à faire entrevoir le rôle que joue l'adhérence dans la théorie de la machine locomotive.

3° Écoulement oe l'eau et de la vapeur.— Dans les machines locomotives , l'eau , la vapeur, les gaz du foyer circulent dans des tuyaux ou à travers des orifices dont la forme et la

lementdes fluides, dans le système de la machine, nécessite l'ap-

plication d'une force correspondante qui est dépensée sans profit , et dont on doit chercher, autant que possible, à diminuer l'importance.

La résistance à l'écoulement des fluides , qui est due au frottement de ces fluides sur eux-mêmes et sur les parois des conduits, a été l'objet de nombreuses recherches entreprises par plusieurs physiciens; mais ces expériences ne se rapportent guère aux conditions de la pratique des locomotives ; entreprises dans un but surtout scientifique, elles ne peuvent fournir pour l'objet qui nous intéresse que des préceptes généraux. — En effet, l'eau circule dans des tuyaux de forme très-variable et très-tourmentée , elle passe à travers des étranglements plus ou moins contournés. La vapeur ne peut pas être assimilée à un gaz , car elle est toujours plus ou moins chargée d'eau liquide, dont la présence devient une cause très-importante de résistance dans les conduites; les gaz qui traversent les tubes ont une composition et une température que Ton ne connaît pas eocore exactement. Nous nous bornerons donc à quelques indications générales qui doivent rester elles-mêmes subordonnées aux nécessités et aux convenances de la construction, car il arrivera souvent que, pour rendre le montage de telle ou telle partie de la construction plus facile , on devra sacrifier une disposition de tuyaux qui, théoriquement, devrait être préférable. En outre, nous ferons remarquer que rien ne démontre, d'une manière bien positive , que les lois établies par les physiciens , dans des conditions de vitesse en général assez faibles , soient encore vraies dans les circonstances tout à fait spéciales de la circulation des fluides dans les organes des machines locomotives.

La résistance opposée par les parois de la conduite au mouvement de l'eau est proportionnelle à la longueur de la conduite , en raison inverse de son diamètre, et, lorsqu'il s'agit de grandes vitesses, proportionnelle au carré de la vitesse.

La résistance due aux parois est la principale, si la conduite est longue ; mais si elle est courte , la résistance due au passage de l'eau dans des coudes ou à travers des étranglements présentant une moindre section que le tuyau et des formes irrégulières , peut

devenir très-importante. Des ren démente disposés mal à propos sur le cours d'une oonduite peuvent déterminer également une augmentation de résistance très-notable.

Les observations qui précèdent s'appliquent spécialement aux appareils d'alimentation, soit aux pompes et aux conduites des machines fixes qui servent à élever l'eau dans les réservoirs, soit aux appareils de distribution , soit aux pompes qui sont placées sur les machines locomotives.-- On devra s'appliquer, dans la construction de ces divers appareils, à réduire autant que possible les sinuosités des tuyaux, ou au moins à éviter des coudes brusques, à maintenir partout, autant que possible, une section uniforme et égale ù celle des tuyaux de conduite au passage des robinets et des clapets de retenue; enfin on devra éviter l'emploi de tuyaux d'un trop petit diamètre, et établir une juste proportion , que l'expérience seule peut indiquer, entre l'augmentation de section des conduites, au point de vue de l'amoindrissement de la résistance, et la diminution de cette même section , au point de vue de l'économie des frais de premier établissement.

L'écoulement des gaz et des vapeurs est soumis aux mômes lois que l'écoulement des liquides ; les mêmes règles sont à observer dans la disposition des conduites. — Ainsi qu'on Ta déjà fait remarquer, la présence de l'eau, entraînée à l'état liquide dans la vapeur, ne modifie pas les lois de l'écoulement, mais elle change la valeur des coefficients qui entrent dans les formules employées pour mesurer la dépense de vapeur qui doit avoir lieu par des orifices et dans des conduites de dimensions déterminées; la résistance que l'eau éprouve dans son mouvement étant beaucoup plus considérable que celle qu'éprouve un gai ou une vapeur sèche, il en résulte que , dans la pratique , la résistance à l'écoulement de la vapeur croît très-rapidement avec la proportion d'eau entraînée.

L'influence des étranglements sur la résistance au mouvement des fluides est mise à profit dans la construction des régulateurs, c'esua-dire des robinets ou appareils équivalents qui servent à régler l'écoulement de l'eau et de la vapeur dans les machines locomotives. Les pompes alimentaires, dont nous donnerons la descrip-

lion plus loin, ont des dimensions fixes et tendent à débiter à chaque coup de piston une quantité d'eau constante. Lorsque la conduite de la machine exige que l'alimentation soit moins rapide que ne le comporte la dimension des pompes , on crée une résistance additionnelle au mouvement de Peau dans les tuyaux , en manœuvrant un robinet ou une soupape de régulation qui détermine un étranglement ou produit une résistance au mouvement de l'eau, et, par suite, une diminution dans le débit de la conduite et ûnalement dans le produit de la pompe. Pour régler à volonté la dépense de vapeur dans les cylindres de la machine, élément qui constitue, comme on le verra plus loin , sa puissance, on intercale dans la conduite de vapeur un robinet ou un appareil équivalent nommé régulateur, au moyen duquel on étrangle plus ou moins le passage; l'augmentation de résistance produit une diminution dans la dépense de vapeur.

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S ». - »u Travail «<• naeMnc*.

1° Définitions. — On donne en général le nom de force à la cause quelconque qui met un corps en mouvement , ou seulement qui tend à le mouvoir, lorsque son effet est suspendu ou empêché par une autre cause. La pesanteur , ou l'action exercée par la masse de la terre sur les corps placés à sa surface, est une des principales forces naturelles; la force élastique des gaz et des vapeurs, ou l'action qui tend à écarter les particules qui la composent, est également une des forces dont les applications sont le plus multipliées. — La pression de la vapeur est l'effet ou la manifestation de la force intérieure qui tend à lui faire occuper un volume de plus en plus grand; la résistance des parois du vase qui contient une vapeur ou un gaz emprisonné , en l'empêchant de se dilater, est l'effet de la force de cohésion qui retient les particules des corps solides agrégées et empêchent la déformation ou la rupture du vase. — La cohésion de la matière qui forme le vase fait équilibre à la force élastique de la vapeur ou du gaz, ou, en d'autres termes, la résistance du vase fait équilibre à la pression des fluides élastiques.

Lorsqu'une force appliquée à un corps n'est pas équilibrée par une force contraire , elle met ce corps en mouvement ; l'effet ainsi produit est ce qu'on appelle le travail de la force. — On distingue le travail moteur et le travail résistant suivant que la force agit sur le corps pour produire son déplacement ou pour s'opposer à ce déplacement. — Si l'on suppose, par exemple, un vase cylindrique séparé par un diaphragme mobile en deux parties remplies chacune d'un fluide élastique, celui des deux fluides qui aura la force élastique ou la tension la plus forte se dilatera en poussant le diaphragme ; l'autre fluide élastique, au contraire, se comprimera en résistant par sa tension à ce déplacement , jusqu'à ce que cette résistance soit suffisante pour faire équilibre à la pression exercée sur l'autre face du diaphragme. — La force élastique du premier fluide aura effectué un certain travail moteur, celle du second fluide aura effectué un certain travail résistant.

Pour comparer les forces , on est convenu d'adopter pour terme de comparaison l'action de la pesanteur. — On a commencé par prendre pour unité de mesure de cette force l'action exercée par la pesanteur sur un corpsdéterminé, pris sous un volume déterminé; on est convenu de prendre pour unité de mesure des forces en général l'action exercée par la pesanteur sur un centimètre cube d'eau distillée àO degrés. Onadonnéà cette unité le nom de gramme. La mesure de l'action de la pesanteur sur un corps quelconque est exprimée en multiples ou sous-multiples du gramme; celte mesure est le poids du corps.

Les autres forces sont comparées à la pesanteur. On cherche quel est le iwids qui leur ferait équilibre, et ce poids est pris pour la mesure de la force. Si l'on exerce, par exemple, un effort de traciinn sur une corde en la tirant avec les mains par chaque bout , on produira un effet qu'il serait facile de reproduire au moyen d'un certain poids; ce poids sera la mesure de la force musculaire développée. La force de la vapeur est également mesurée par le poids qui produirait une même pression sur la même surlace, ainsi qu'on l'a déjà vu.

Le travail d'une force se mesure par le produit du poids qui me-

sure cette forée par la dislance parcourue par le corps auquel elle est appliquée. Dans le langage ordinaire, si Ton considère un homme qui porte des pavés, par exemple, à une distance constante de 100m., lorsqu'il aura transporté 200, 300, etc., pavés, on dira qu'il a fait un travail double, triple, etc., de celui qu'il avait effectué en transportant le premier cent ; de même, s'il ne transporte que 100 pavés, mais qu'il les porte à 20m, 30m, etc., on dira encore qu'il a fait un travail double, triple, etc., de celui qu'il aurait effectué en ne les transportant qu'à 10m; en un mot, on mesurera le travail de cet homme en multipliant le poids qu'il a transporté par la distance à laquelle le transport a été effectué. Le travail moteur ou résistant d'une force, se mesure exactement de la même manière. On est convenu d'exprimer la force en kilogrammes et les espaces parcourus en mètres; on donne à cette mesure le nom ù* unité dynamique, de dynamie ou de dynamode, et on la représente par la notation k» placée en exposant. (100 k» représentent : 10k* transportés à 10», ou 100k* à 1"», on enfin lk* à 100™.)

Dans la pratique , on se sert fréquemment de l'expression de force de cheval et cheval-vapeur; c'est une unité spéciale que l'usage a introduite, et qui, lorsqu'on attache un sens trop précis aux mots qui l'expriment , pourrait induire en erreur. On représente ainsi le travail qui correspond à 75k* élevés à lm, ou lk« élevé à 75™ dans l'intervalle d'une seconde de temps; elle correspond, à fort peu près, à l'unité routinière de Walt, [33,000 livres (avoir du poids) élevées à 1 pied en une minute] qui correspondait elle-même à la force de chevaux de choix, capables de produire un travail de celte importance ; la force des chevaux français n'est, en moyenne, que la moitié de celle qui a servi de terme de comparaison.

On exprime habituellement la puissance des machines eu chevaux-vapeur; pour cela on observe, pendant un certain temps , le nombre de kilogrammes qu'elles sont capables d'élever à 1 mètre , on réduit ce nombre à l'intervalle d'une seconde ; en divisant le résultat par 75, on a le nombre de chevaux-vapeur ou la force en chevaux de la machine.

Si l'on suppose, par exemple, qu'une machine à vapeur qui l'ait

inarcher des pompes élève, en une minute, i"«k d'eau à 25m de hauteur, c'est-à-dire qu'elle produise 25,000ktti , elle ne produira 25,000kn»

par seconde que ^ ou 4,167km , et sa force eu chevaux sera de 55 chevaux et demi.

Le nombre obtenu comme résultat du calcul qui précède correspond au travail utile de la machine , c'est-à-dire à la différence entre le travail moteur de la vapeur et le travail résistant dû au frottement et à toutes les causes de déperdition de force qui existent dans une machine, quelque parfaite que soit sa construction. C'est le nombre de chevaux~vapeurs utiles ou effectifs , qui représente la puissance de la machine.

Lorsqu'on veut comparer le travail que peut effectuer une machine à vapeur, à celui qu'on peut obtenir par l'emploi des chevaux, il faut tenir compte de la durée limitée du travail des animaux qui n'est que de 8 heures environ sur 24 heures, tandis qu'une machine à vapeur |KMit fonctionner d'une manière permanente ; dansles 24 heures, une machine de 10 chevaux effectifs i>eut donc exécuter le même travail que 60 chevaux , de force moyenne , qui seraient divisés en 3 relais égaux.

2° Mesure nu travail hes machines locomotives. — Le travail moteur, dans une machine locomotive , est celui qu'effectue la vapeur sur les pistons ; le travail utile est celui qui reste disponible au point d'attache de la machine avec le convoi qu'elle doit remorquer.— Le travail moteur peut être évalué, d'une manière approximative , dans certaines circonstances ; lorsque la pression de la vapeur dans la chaudière est connue, on en déduit, au moyen de données expérimentales que nous ferons connaître ultérieurement , la pression de la vapeur sur les pistons qu'elle met en mouvement; en multipliant cette pression par la somme des espaces parcourus par le piston pendant un temps donné , on a le nombre de kilogrammes à un mètre ou de dynamies qui mesure ce travail ; et en le doublant pour tenir compte du jeu simultané des deux pistons qui travaillent à la fois dans chaque machine locomotive , on a le travail total.

Lorsqu'on veut arriver à une approximation plus grande, il faut mesurer directement la pression dans le cylindre; on y parvient au moyen d'expériences assez délicates dont nous parlerons plus tard.

Pour mesurer le travail disponible de la machine , on intercale dans son attelage, au point d'attache du premier wagon du convoi, un ressort gradué à l'avance, et au moyen duquel on mesure l'effort de traction moyen que la machine exerce sur le convoi qu'elle remorque à sa suite; le produit de cet effort, évalué en kilogrammes, par l'espace parcouru par la machine et par le convoi, exprimé en mètres, fournit la mesure du travail cherché. Nous ne donnerons pas la description de l'appareil employé qui porte le nom de dynamomètre, et qui est connu de toutes les personnes qui peuvent être dans le cas de se livrer à des expériences de cette nature ; nous nous contenterons de rapporter dans un chapitre spécial les résultats qui ont été obtenus par différents observateurs.

Le travail résistant se compose de deux éléments distincts, celui qui est dû aux résistances propres ou passives de la machine et qui doit être surmonté avant tout, et celui qui est dû à la résistance du convoi et qui est précisément égal au travail utile , lorsque le mouvement de translation est devenu uniforme. Le travail des résistances passives de la machine est égal à la différence entre le travail moteur et le travail utile.

S «. - Application de la vapear à la Locomotion.

\° Théorie de la machine locomotive. — Une machine locomotive est une machiue à vapeur liée à sa chaudière et portée sur un train de roues, qui lui sert tout à la fois de support et d'appareil de propulsion.

La chaudière se compose essentiellement d'un foyer intérieur, fermé à la partie inférieure par une grille qui porte le combustible, et enveloppé d'eau sur ses autres parois; il communique avec une série de tubes horizontaux , également enveloppés d'eau , dans lesquels passent les gaz provenant de la combustion pour se rendre à la cheminée; le tout est compris sous une enveloppe extérieure for-

niant la chaudière proprement dite , qui est construite de manière à résister à une pression élevée. Le combustible est renouvelé dans le foyer par le chauffeur qui accompagne la machine; l'eau puisée dans le tender est renouvelée par des pompes alimentaires mises en mouvement par le jeu même des pièces de la machine. La production de la vapeur, qui doit être dépensée dans la machine à vapeur proprement dite , se trouve donc assurée d'une manière régulière et continue.

La machine à vapeur proprement dite se compose de deux cylindres dans chacun desquels se meut un piston qui recueille le travail de la vapeur et le transmet sous la forme appropriée au service que doit faire l'appareil entier. Les deux cylindres forment deux machines à vapeur distinctes , mais exactement semblables et accomplissant des fonctions identiques. Chaque cylindre est fermé à ses deux extrémités par deux plateaux dont l'un est percé pour laisser passer la tige du piston ; il offre latéralement, et à chaque extrémité, une ouverture allongée qui forme l'orifice des lumières ou conduits servant à l'introduction de la vapeur; les lumières d'introduction vienneut aboutir, par deux orifices rectangulaires, à une surface plane parfaitement dressée qui porte le tiroir de distribution. — Ce tiroir, sorte de caisse renversée en fonte, est lié a une tige qui sert à lui imprimer un mouvement de va et vient ; il est enveloppé dans une botte fixée au cylindre qui est mise à volonté en communication avec la chaudière.— La figure de la planche 1 indique la disposition du cylindre et des différentes pièces qui viennent d'être énumérées.

Sous le tiroir, et entre les deux lumières d'introduction , vient déboucher une troisième lumière, de même longueur que les deux autres, mais plus large, qui aboutit à un tuyau de dégagement dont l'extrémité vient déboucher dans la cheminée , et qui , par conséquent , se trouve en communication avec l'atmosphère ; elle reste constamment couverte par le tiroir, et sert à X échappement de la vapeur qui a fonctionné dans le cylindre.

Lorsque les éléments de la machine sont dans la position indiquée parla figure de la planche 1, la vapeur, affluant constamment

dans la boite ilu tiroir, pénè tre dans le cylindre par la lumière ouverte, et exerce sur le piston une pression qui met celui-ci en mouvement et le pousse vers le fond opposé du cylindre. — Si Ton suppose que, par une combinaison de mécanisme quelconque, au moment où le piston arrive a l'extrémité de sa course, le tiroir soit déplacé et vienne occuper la deuxième position indiquée par la figure, la vapeur cessera d'affluer sur la face postérieure du piston; celle qui s'y est accumulée sortira par la lumière qui servait tout à l'heure à l'introduction et s'échappera dans l'atmosphère en parcourant la lumière et le tuyau d'échappement; de l'autre côté, au contraire , la vapeur affluera sur la face antérieure du piston , et le fera rétrograder, en déterminant sur la surface une pression. Un nouveau déplacement du tiroir, que l'on ramènera à sa première position au moment où le piston arrive à la fin de la course , renversera le jeu de la vapeur, et le piston, pressé de nouveau sur sa face postérieure , reprendra son mouvement primitif. Cette simple analyse fait déjà voir comment on peut recueillir le travail emprunté à la force élastique de la vapeur et l'appliquer à donner au piston de la machine un mouvement de va et vient indéfini.

Pour produire le mouvement du tiroir en rapport avec celui du pistou, et arriver, en un mot, à obtenir une machine dont le mouvement se perpétue de lui-même une fois qu'elle a été mise en train, il suffirait de relier l'extrémité de la tige qui traverse la boite du tiroir, avec celle d'un levier dont l'autre extrémité serait frappée alternativement par des tocs placés sur la tige du piston , et ayant un écartement calculé de manière à faire coïncider le déplacement du tiroir avec l'arrivée du piston à l'extrémité de sa course. C'est ainsi qu'étaient disposées les premières machines fixes et que le sont encore les machines d'épuisement, et beaucoup d'autres machines. — Mais , dans les machines locomotives , on a recours à une autre disposition qui constitue le mécanisme de distribution de la vapeur.

Le mouvement du tiroir est pris sur Y essieu qui porte les roues motrices ou essieu moteur. La tige du pistou , par l'intermédiaire de la bielle, agit sur la manivelle de cet essieu moteur, et lui im-

prime un mouvement de rotation autour de son axe de ligure ; il suffit pour eela que le rayon de la manivelle soit exactement égal à la moitié de la course du piston. Lorsque le piston est à bout de course, la tige du piston, la bielle et la manivelle sont sur une même ligne droite passant par Taxe du cylindre ; la manivelle est au point mort et peut suivre le piston dans sa course rétrograde.— Il semble, au premier abord, que la manivelle peut indifféremment continuer son mouvement de rotation ou revenir en arrière ; cela aurait lieu en effet si l'essieu ne portait pas des roues dont la vitesse acquise ue peut pas être instantanément amortie , si le mouvement de translation de la machine elle-même , lancée à grande vitesse , ne forçait pas les roues à continuer leur mouvement de rotation , si enûn l'essieu n'était pas sollicité par les pistons des deux cylindres, c'està-dire par deux machines agissant sur deux manivelles placées à angle droit. L'action de la vapeur transmise à l'essieu moteur a donc pour effet de lui imprimer un mouvement de rotation continu. La figure i , planche 2, indique la relation exacte qui existe entre le mouvement du piston et de la manivelle, pour chacune des positions de celles-ci, variant de 30° en 30°, la bielle ayant exactement cinq fois la longueur du rayon de la manivelle. — Les positions que prend successivement le piston dans le cylindre ne sont pas exactement symétriques par rapport au milieu de la course totale , cela tient au peu de longueur de la bielle qui ne peut pas être considérée comme restant toujours parallèle à elle-même dans toutes ses positions.

L'essieu, ainsi mis en mouvement par le piston, commande le tiroir de distribution au moyen d'une manivelle secondaire , d'un petit rayon, qui imprime, par l'intermédiaire d'une bielle, un mouvement de va et vient à la tige du tiroir et au tiroir lui-même. La manivelle de distribution est disposée à angle droit avec la manivelle du piston, de telle sorte que l'une approche de la position horizontale lorsque l'autre approche de sa position verticale ; lorsque le mouvement de translation du piston se ralentit pour s'arrêter et changer de sens à l'extrémité de la course, la vitesse du tiroir s'accélère pour atteindre son maximum, et vice versâ. On con-

<;oit , par suite , que , si le tiroir est construit de telle sorte que les deux rebords extrêmes aient une épaisseur exactement égale à la largeur des lumières, et si on règle la longueur de la tige du tiroir de telle sorte que les rebords du tiroir ferment exactement les lumières au moment où le piston arrive à l'extrémité de sa course, dès que le piston commencera sa course rétrograde, le tiroir démasquera la lumière qui doit livrer passage à la vapeur, et, de plus, il la démasquera très-rapidement , car il est alors dans une position très-voisine de celle qui correspond au maximum de vitesse [il serait à son maximum de vitesse , si la longueur limitée de la bielle qui mène le tiroir, n'occasionnait pas dans la position de celui-ci un défaut de symétrie semblable à celui qui se produit pour le piston].

La longueur de la manivelle qui commande le tiroir, l'écartement des lumières, l'épaisseur des cloisons qui séparent les lumières d'introduction de la lumière d'échappement, sont calculées de telle sorte que le tiroir, dans sa marche, ne puisse pas démasquer la lumière d'échappement, car la vapeur de la chaudière s'échapperait directement dans l'atmosphère.

Dans la pratique, on remplace la manivelle de distribution par un excentrique ( fig. 2, pl. 2) ; cette pièce consiste en un disque de métal calé sur l'essieu dans une position excentrique, et enveloppé d'un collier qui commande la bielle de distribution, laquelle prend alors le nom de barre d'ercentrique. centre du collier coïncidant toujours avec celui du disque, le mouvement de la barre d'excentrique a lieu, comme si elle était commandée par une manivelle dont le rayon serait exactement égal à la distance qui existe entre l'axe de l'essieu et le centre du disque excentrique. On adopte celte disposition pour éviter de multiplier les coudes de l'essieu, dont l'exécution est fort difficile, et qui doit avoir une grande solidité.

Dans la plupart des machines que l'on construit actuellement, les tiroirs sont placés verticalement, sur le côté des cylindres, et la tige de chaque tiroir est commandée directement par l'excentrique. Lorsque ces tiroirs sont placés horizontalement et au-dessus du cylindre, il est nécessaire de renvoyer le mouvement de l'exoeotri-

que, à la hauteur de la tige du tiroir, par un levier mobile autour d'un axe de rotation ; l'une des extrémités de ce levier est commandée par la barre d'excentrique , l'autre commande la tige du tiroir. On verra plus loin, dans la description détaillée des différentes parties de la machine locomotive, comment est disposé le mécanisme de la distribution dans ces différents cas; nous nous contentons ici d'exposer le principe. La fig. 3, pl. 2, a pour objet de faire voir clairement quel est le jeu relatif de ces différents éléments dans le cas où le mouvement est renvoyé par un levier. Les proportions relatives des différentes parties ont été exagérées à dessein, pour rendre la hgure plus intelligible ; la légende suivante en donnera l'explication.

• — Centre de la projection de l'essieu ; oa — Circonférence décrite par la manivelle motrice ; ©f — — par le centre de l'excentrique ; an', bb', ce', dd\ ee! — Positions successives de la bielle motrice ;

ff\ QÇ'f M' — Positions correspondantes de la barre d'excentrique;

f f » y'fj h'h" — Positions correspondantes du levier de distribution ;

r\ 9" h"' — Positions correspondantes de l'extrémité de la

tige du tiroir.

a' e' représente l'excursion totale de la téte de la tige du piston et par suite celle du piston qui lui est attaché, f" h"' la moitié de l'excursion de la tige du tiroir et du tiroir lui-même.

Les explications qui précèdent font voir sur quel principe est basé le jeu relatif du piston et du tiroir, et comment le mouvement indéfini de la machine est assuré, lorsque la vapeur lui est fournie en quantité suffisante par la chaudière.

Lorsque le tiroir est lié au piston par le mécanisme de la distribution, le sens du mouvement de rotation de l'essieu est fixé ; il ne pourrait être changé que par l'application d'une force extérieure qui l'emporterait sur l'action de la vapeur et forcerait le

piston à marcher dans le sens contraire à la direction suivant laquelle la pressiou de la vapeur le sollicite. Dans la pratique, il est nécessaire de faire marcher les machines tantôt en avant, tantôt en arrière. Dans les premières locomotives, on satisfaisait à cette condition en rendant l'excentrique mobile à volonté sur l'essieu et en le déplaçant de 180° pour lui donner la position correspondant à la marche en arrière; cette disposition a été changée, parce qu'elle était d'un emploi difficile pendant la marche, et pour d'autres motifs qui ressortiront plus loin. On se sert maintenant de deux excentriques distincts pour chaque cylindre, affectés l'un à la marche en avant, l'autre à la marche en arrière, et, au moyen d'un mécanisme particulier, ou appareil de changement de marche, on embraie à volonté la lige du tiroir avec l'une ou l'autre des barres d'excentriques.

Lorsque la transmission du mouvement de l'excentrique au tiroir a lieu directement et sans l'intermédiaire d'un levier, chaque excentrique doit être calé de telle sorte que le rayon d'excentricité précède le rayon de la manivelle dans le mouvement de rotation commun ; le contraire a lieu lorsque la transmission s'opère par l'intermédiaire d'un levier qui renverse le mouvement. Les deux excentriques de la marche en avant et de la marche en arrière sont toujours opposés (1).

Comme on l'a vu plus haut, la vapeur transmet sa pression par l'intermédiaire du piston, à la manivelle de l'essieu moteur, et tend à faire tourner celui-ci d'une manière continue. L'essieu porte à chaque extrémité une roue qui s'appuie sur le rail et supporte une partie du poids total de la machine ; les deux roues, solidaires entre elles, sont donc sollicitées par l'action combinée des deux pistons, qui équivaut à l'action d'une force permanente agissant à

(I) Nous avons évité à dessein de multiplier les figures; les personnes qui ne seront pas familières avec la théorie de la machine à vapeur, pourront y suppléer facilement au moyen de tracés graphiques, qui, répétés dans un grand nombre de positions respectives du tiroir et du piston, les habitueront à se rendre nettement compte do mouvement relaUf de ces organes essentiels.

une distance constante de Taxe. Les roues ne pouvant glisser sur les rails, a cause du frottement ou de X adhérence, l'action de la vapeur a pour effet de les faire rouler et d'imprimer à la machine entière, et au train qu'elle remorque, un mouvement de propulsion.

L'effort exercé sur l'essieu, résultant de l'action de la vapeur sur les deux pistons, n'est pas constant ; mais les deux manivelles étant à angle droit, l'une d'elles est sollicitée par l'effort maximum, lorsque l'effort qui sollicite l'autre est nul ; l'action exercée sur l'essieu moteur ne varie donc pas entre des limites très-écartées. Le mouvement de la machine n'en est pas moins régulier ; car la masse totale mise en mouvement est considérable et animée d'une grande vitesse ; si la force motrice venait à cesser d'agir lorsque celte masse est lancée, son mouvement se continuerait encore longtemps avant que la vitesse fiU entièrement amortie ; la masse fait volant, et il en résulte que les variations dans l'intensité de la force motrice ne donnent pas lieu à des variations sensibles de vitesse.

Si l'on désigne par P la pression totale de la vapeur sur l'un des pistons , par P' la pression sur l'autre piston , par p l'inclinaison de la bielle sur l'axe du cylindre, par « celle de la manivelle sur la même ligne (fig. de la pl. 3), il est facile de trouver l'expression de l'effort E, exercé tangenlielleuicnt à la circonférence décrite par la manivelle. En désignant par r le rayon de la manivelle et par L la longueur de la bielle, on a, d'après les principes connus de la trigonométrie rectiligne :

L sin. p=r sin. a

d'où sin. P = y sin a» cos> P = T ^ ^ ~;' SiD'ï

La composante de la pression P dans le sens de la bielle est p

égale à ^ ; elle se décompose tangentiellement à la circonférence de la manivelle en

Pour l'autre piston ou a :

r sin. « cos. «

F COS. a +

Vfr — r1 COS.' a

ou comme F = P,

f r sin. a cos. a )

P COS. a + . — .

( vi1 — r COS.1 a j

L'effort total exercé sur l'essieu tangentiellement à la circonférence de la manivelle est donc égal a :

£=P (sin. eH-cos. a-f r sin. a cos.af~ t=l .+ 1 — ^ j .

\ \ v/ L«— r» Mi) .* a \/lA—r* cos» a / f

La valeur de £ atteint son minimum lorsque « = 0°, et la valeur maximum lorsque « = 43° ;

On a dans le premier cas ; E=P et dans le second : E =-l»|a v"T+^===| =1.016 P.

La variation de l'effort transmis par la vapeur a l'essieu moteur varie donc seulement dans le rapport de 1 à 1,010.

Le travail moteur de la vapeur sur chaque pistou est mesuré par le produit de la pression totale, exprimée en kilogrammes, par l'espace parcouru par le piston ; pour chaque tour de roue , le piston parcourt deux fois la longueur du cylindre, ou un espace égal à quatre fois le rayon de la manivelle ; le travail moteur pour chaque piston est donc égal a 4 Pr, et pour l'ensemble des deux cylindres à 8 Pr.

Ce travail moteur, abstraction faite des frottements intérieurs du mécanisme, est transmis en entier à l'essieu moteur. Le travail résistant est le produit des résistances de toute espèce qui s'opposent au mouvement de déplacement de la machine et du train qu'elle remorque ( résistances que l'on peut supposer toutes ramenées à un effort résultant T parallèle à l'axe de la machine ), multipliées par l'espace parcouru par la machine elle-même. Si l'on désigne par il le rayon des roues motrices, ce travail résistant est

égal, pour une révolution complète des roues motrices, à T 2 * fi ; il est égal d'un autre côté au travail moteur de la vapeur qu'il absorbe en entier, lorsque le mouvement est devenu uniforme; on a donc

T 2 ir R = 8 Pi d'où P = -^0

Si l'on désigue par p la pression effective de la vapeur sur un centimètre carré, par d le diamètre du piston en centimètres, par D le diamètre des roues motrices, par / la course du piston, on aura

Cette dernière expression établit la relation qui existe entre la pression de la vapeur exprimée en kilogrammes par centimètre carré et la résistance totale qu'elle est appelée a surmonter.

Il résulte, en outre, des formules qui précèdent que la résistance totale au mouvement peut être assimilée à une force agissant tangenticllement à la circonférence des roues motrices.

2° Avance et recouvrement. — Nous avons dit plus haut que l'épaisseur des bords du tiroir devait être égale à la largeur des lumières, de mauière à ce qu'elles fussent fermées exactement toutes les deux, lorsque le tiroir était au milieu de sa course, c'est-à-dire au moment où le piston, arrivant à l'extrémité de la course, s'arrêtait pour reprendre son mouvement en sens contraire ; c'est, en effet, comme cela que les premiers tiroirs ont été établis; mais l'expérience a conduit à faire subir à cette disposition une modification très-simple, qui a exercé une influence très-importante sur la marche des machines. Quelle que soit la précision qui ait présidé au montage de la distribution, il y a toujours un peu de jeu dans les pièces, surtout lorsqu'elles sont fatiguées par un certain temps de service ; le tiroir, soumis à une pression très-forte, exerce un frottement considérable sur la table qui le supporte ; les pièces qui le tirent et le poussent alternativement, prises dans leur ensemble, s'allongent ou se raccourcissent sous l'action de la résistance due au frottement. II en résulte, dès que le jeu des pièces est un peu notable, que le tiroir est effectivement en retard sur la po-

siiioo qu'il devrait occuper théoriquement ; d'un côté, il ne démasque pas assez tôt la lumière qui doit donner accès à la vapeur, et le piston, entraîné par la manivelle , s'avance en faisant le vide ; de l'autre côté, la lumière reste ouverte, en communication avec la boite du tiroir, au lieu d'être en communication avec le tuyau d'échappement , et la vapeur continue à affluer sur le piston qui la refoule dans la chaudière. Pendant tout le temps que le tiroir reste en arrière de sa position normale, il en résulte un travail résistant au lieu du travail moteur que devrait développer la vapeur. Le retard du tiroir peut aller jusqu'à 4à 5 millimètres; on remédie à cet inconvénient, en donnant dans le montage une avance correspondante au tiroir; il suffit pour cela de décaler l'excentrique d'un certain nombre de degrés, de lui donner une avance angulaire, calculée de manière à produire dans la position du tiroir sur sa table une avance linéaire de i à 5 millimètres. Celle simple modification dans le calage de l'excentrique suffit pour augmenter d'une manière très-remarquable la puissance des machines et la vitesse qu'elles sont susceptibles de prendre.

L'expérience a fait voir qu'il ne suffisait pas d'apporter cette modification aux machines, pour en obtenir les meilleurs résultats possibles; la vapeur, qui remplit le cylindre au moment où le piston arrivé à la lin de sa course prend son mouvement rétrograde, ne peut pas s'échapper instantanément dans l'atmosphère ; la lumière ne s'ouvre que graduellement et ne laisse passer que successivement la vapeur dont le volume augmente par suite de la diminution de pression. Cet écoulement est d'autant plus difficile que la vitesse du piston est plus considérable ; il en résulte une contre-pression qui absorbe en pure perte une partie du travail moteur, et qu'il importe de réduire autant que possible. On a été conduit, pour remédier à cet inconvénient, à augmenter encore l'avance du tiroir en décalant l'excentrique d'une plus grande quantité, de manière a faire commencer le dégagement de la vapeur un peu avant la fin de la course du piston ; de telle sorte que, lorsqu'il commence sa course rétrograde, une grande partie de la vapeur soit déjà sortie du cylindre. Cette pratique a eu encore pour avantage de don-

ner une certaine avance à l'admission , rte telle sorte que la vapeur, qui subit une condensation plus ou moins considérable, lorsqu'elle commence à pénétrer dans le cylindre, ait pu atteindre toute sa pression au moment où le piston reprend sa course. L'avance à l'admission doit être très-faible, tandis que l'avance à l'échappement doit être assez considérable. Pour satisfaire à celte double condition, on décale l'excentrique de touie la quantité qui est nécessaire pour produire l'avance linéaire à l'échappement, et on réduit à la limite convenable l'avance à l'admission en élargissant ntérieurement les bords du tiroir, leur donnant ainsi un certain recouvrement sur les lumières.

Telle est l'origine des dispositions essentielles qui ont constitué l'un des perfectionnements les plus importants de la machine à vapeur en général, et particulièrement de la machine locomotive. Ce résultat n'a pas été obtenu d'une manière aussi simple que peuvent le faire supposer les explications qui précèdent : ce ne sont pas précisément les considérations dans lesquelles nous sommes entrés pour rendre l'explication du fait plus simple qui ont guidé les praticiens; tout le inonde n'est peut-être même pas d'accord avec nous sur le but véritable de l'avance et du recouvrement. Quelques personnes ont pensé, par exemple, qu'il ne fallait donner qu'une faible avance à l'échappement, et ont donné du recouvrement mtéiieur ; il n'en est pas moins constant que lorsqu'on cherche à se rendre compte de ce qui se passe, c'est à l'explication que nous venons de donner qu'il faut s'arrêter.

On ne s'est pas contenté, dans l'application de l'avance et du recouvrement, de s'en tenir aux limites nécessaires pour obtenir les effets dont nous avons signalé l'importance ; on l'a poussée plus loin, mais dans un but distinct que nous allons faire connaître dans le paragraphe suivant.

3° Détente fixe et variable.— Nous avons supposé, dans ce qui précède, que la vapeur entrait dans le cylindre pendant toute la course du piston ; de telle sorte que le volume de vapeur dépensé fût égal au volume engendré par le piston; mais pour tirer de la

vapeur le plus grand parti possible, il convient de la faire travailler par détente ou par expansion. — Si l'on suppose que, par une disposition quelconque, l'introduction de la vapeur soit interceptée, lorsque le piston a déjà effectué une partie de sa course : lorsqu'il est à moitié, par exemple : pendant le reste de la course, la quantité de vapeur restant constante, elle se dilatera en augmentant de volume jusqu'au moment où, le piston arrivant à l'extrémité du cylindre, elle commencera à s'échapper dans l'atmosphère. Si la pression initiale de la vapeur est suffisamment élevée, elle conservera, pendant toute la période de la détente, une pression supérieure à la pression atmosphérique, cl produira encore, par l'excès de sa propre pression, un certain travail utile, qui s'ajoutera à celui qu'elle a produit pendant la première partie de la course.

Pour calculer le travail de la vapeur pendant la détente, on suppose ordinairement que la dilatation de la vapeur dans le cylindre a lieu suivant la loi de Mariotte; celte hypothèse n'est pas rigoureusement exacte ; car il faudrait tenir compte de la variation de température que la vapeur éprouve; il faudrait de plus démontrer l'exactitude de la loi de Mariotte elle-même appliquée à la vapeur d'eau, et tout semble indiquer, au contraire, qu'elle n'est qu'approximative. Quoi qu'il en soit, l'expérience démontre, qu'en fait, la décroissance de la pression pendant la délente ne s'écarte pas beaucoup de celle que donnerait la loi de Mariotte ; nous nous en tiendrons donc à cette hypothèse, qui est sufiisamment approchée, surtout pour les machines locomotives.

Cela posé, si l'on désigne par p ta tension de la vapeur, exprimée en kilog. par centimètre carré, pendant qu'elle afflue dans le cylindre (l'expérience a démontré que celte pression restait sensiblement constante pendant toute l'admission), parp' la valeur moyenne de la pression résistante absolue qui s'exerce derrière le piston, par l la course totale du piston, par d son diamètre en centimètres, par V la portion de la course pendant laquelle la détente a lieu , on a pour l'expression du travail moteur de la vapeur pendant l'oscillation simple du piston ou pendanl une demi-révolution des roues motrices :

■p(l-l) ( 1+2,303 log.-^j.

On a d'un autre autre côté, pour le travail résistant : />' /. Le travail utile de la vapeur est donc égal à : ïf{ p (/-*') ( i + 2,303 log. t^)-*' / ] (1).

Pour apprécier les effets de la délente , nous ferons momentanément abstraction de la résistance derrière le piston. Si Ton suppose que la vapeur soit dépensée à une pression constante et que le poids de la vapeur dépensée reste lui-même constant, quelque soit le degré de détente , ce qui revient à considérer un cylindre de courte constante dont le diamètre augmente, au fur et à mesure que la longueur de l'admission diminue, le facteur

commun -^—V qui est proportionnel au poids de va-

peur dépensée , restera également constant ; le seul élément variable sera le rapport t v qui deviendra d'autant plus grand que

le terme l — l' sera plus petit, c'est-à-dire que la détente aura lieu pendant une plus grande fraction de la course. Le tableau suivant montre comment varie la quantité de travail moteur qu'un poids constant de vapeur est susceptible de produire, à pression

(I) Si l'on désigne par X la distance du piston à l'origine de la course, à on point quelconque de la période de détente , par q la tension correspondante de la vapeur, le travail moteur élémentaire pendant la détente sera

* rf* °i w d* Pl

* dx et le travail total pendant la détente / q dx, or comme

le travail total de la vapeur sera donc égal a

constante, lorsque l'expansion de la vapeur devient de plus en plus considérable :

JO

Les résultats numériques compris dans ce tableau font voir tout le parti que l'on peut obtenir de la détente , soit pour économiser la dépense de vapeur et de combustible dans une machine donnée, soit pour augmenter sa puissance sans modifier les coalitions de la valorisation.

L'application de la détente aux macbines locomotives a en outre pour résultat d'amoindrir la résistance derrière le piston, en diminuant la quantité de vapeur qui doit s'écouler dans un temps donné par des orifices et par des conduits d'une section déterminée.

On a vu précédemment que, pour faciliter l'introduction de la vapeur dans les cylindres et son émission, il convenait de donner de l'avance au tiroir, en proportion plus forte pour l'échappement que pour l'admission , ce qui conduisait à donner au tiroir du recou-

vrement extérieur. — Si l'on cherche à se rendre compte du mouvement du tiroir, en construisant une épure {fig. de la pl. A) qui laisse la trace de ses positions successives en rapport avec Ja position et la dimension des lumières et avec le mouvement du piston, on reconnaît facilement que l'application du recouvrement extérieur a pour résultat de produire la délente de la vapeur pendant une petite partie de la course ; en augmentant l'avance et le recouvrement, on arrive à détendre pendant une partie très notable de la course. Cette figure représente le règlement adopté pour la distribution des machines à voyageurs du chemin de fer du Nord.

Les éléments de la distribution sont les suivants :

Course du piston 0m 5tiO

Course du tiroir 0 HO

Ecartement des bords extérieurs des lumières d'admission 0 196

Ecartement des bords intérieurs des lumières d'admission 0 116

Avance angulaire 30°

Recouvrement extérieur de chaque côté 0 024

— ultérieur d° 0 001

Avance linéaire à l'admission 0 005

— — à l'échappement 0 028

(Les nombres qui expriment l'avance angulaire et linéaire sont établis dans la supposition que les pièces de la distribution sont rigides et n'ont pas de jeu; en réalité il y a jeu et flexibilité, ce qui modifie les résultats fournis par la discussion de l'épure ; nous supposerons néanmoins que les choses se passent comme l'indique le tracé graphique.)

La figure donne :

1° Le tracé de la circonférence décrite par la manivelle de l'essieu moteur (une flèche indique le sens du mouvement);

2° La division de cette circonférence de 15° en 15° et les positions correspondantes du piston , le mouvement de celui-ci étant

supposé symétrique, ou, ce qui revient au même , la bielle motrice étant supposée d'une longueur infinie;

3° La position du rayon d'excentricité avancé de 30° sur sa position normale;

4° La circonférence décrite par le rayon d'excentricité , divisée de 15° en \5° en concordance avec la division de la circonférence décrite par la manivelle motrice;

5° Le plan des lumières d'admission et d'échappement;

6° Le profil du tiroir et sa position sur les lumières aux deux extrémités de la course du piston;

1° Cnc série de courbes indiquant la marche du tiroir en concordance avec celle du piston. (Ces courbes ont pour abscisses les distances parcourues par le piston à partir de l'origine de sa course, et pour ordonnées les distances parcourues par les bords intérieurs et extérieurs du tiroir à partir de leur position initiale.)

Les courbes qui indiquent la marche des bonis du tiroir étant tracées A partir de la position initiale du tiroir, les points où elles viennent rencontrer la trace des bords des lumières sont précisément les points de la course du piston où elles viennent démasquer ou fermer les lumières; ces courbes indiquent en outre de quelle quantité les lumières d'admission sont ouvertes pour chaque position du tiroir pendant l'admission.

Ce tracé graphique montre :

1° Que l'introduction de la vapeur commence un instant avant que le piston soit arrivé à l'extrémité de la course pour reprendre son mouvement rétrograde;

2° Que la vapeur est introduite sur une portion de la course du piston, à partir de son origine, égale à. . 0m 438

3° Que la détente a lieu sur une longueur mesurée jusqu'à la fin de la course du piston , égale à o 122

4° Que l'échappement commence lorsque le piston a encore à parcourir 0 q.j ^

5» Que l'échappement est fermé et que la vapeur se comprime, derrière le piston, sur une longueur de. . . 0 042

La détente a donc lieu pendant-^ , ou environ 1/3* de la course.

La compression qui a lieu par suite de l'interruption de l'échappement, avant la fin de la course, est favorable à l'économie de vapeur lorsqu'elle n'est pas exagérée, car le piston ne vient pas s'appliquer exactement contre les fonds du cylindre, il reste toujours un certain espace nuisible , qui s'augmente du volume de la lumière d'introduction ; cet espace nuisible doit être avant tout rempli de vapeur à la pression de la chaudière , et cette vapeur est perdue sans rendre de service ; en remplissant l'espace nuisible par la compression de la vapeur qui reste dans le cylindre au moment où l'échappement est fermé, on réduit d'une quantité correspondante la dépense de vapeur, sans produire une résistance sensible au mouvement du piston.

La détente ainsi produite par avance et recouvrement est la détente fixe des machines locomotives. — On la pousse généralement au tiers , et quelquefois même jusqu'à moitié , mais alors on crée une difficulté de service en rendant le démarrage plus difficile; en effet , les tiroirs prennent des dimensions très-grandes et sont soumis au départ à une pression considérable qui peut gêner le mouvement de la machine , mais on est exposé surtout à ce que l'un des cylindres soit fermé à l'accès de la vapeur, lorsque dans l'autre cylindre le piston est près de l'extrémité de la course et n'exerce plus sur la manivelle qu'un effort très-réduit, par suite du peu d'amplitude de l'angle que fait la bielle motrice avec la manivelle. — Lorsque la détente fixe est réglée a moitié, il faut presque toujours aider à la mise en train , en agissant avec une pince sur les roues de la machine ou du tender.

La détente variable se produit au moyen d'appareils de distribution qui permettent de faire varier, pendant la marche de la machine, la portion de la course pendant laquelle la vapeur est admise. On a cherché dans les machines locomotives, comme dans les machines fixes , à rendre la délente variable à volonté au moyen de deux et même de trois tiroirs superposes dont on fait varier la

course relative. Nous aurons l'occasion de revenir sur ce sujet ; mais nous devons dire dès à présent qu'aucun des systèmes proposés n'est devenu d'un emploi général; ce résultat, qui peut paraître étonnant au premier abord, doit être attribué à ce fait que les frottements des tiroirs à détente variable, comparés aux tiroirs simples, absorbent une portion plus notable de la puissance motrice , en même temps que la complication plus grande du mécanisme occasionne des réparations plus fréquentes et plus dispendieuses , de telle sorte que les avantages théoriques incontestables de la détente variable semblent disparaître en présence des inconvénients pratiques de son application. Nous nous abstiendrons du reste d'émettre une opinion formelle à ce sujet, attendu que nous manquons d'expériences comparatives faites dans des conditions assez sûres pour arrêter un jugement définitif.

On produit encore la variation de la détente , avec moins de régularité et avec moins d'étendue , à la vérité , qu'en employant deux tiroirs, en appliquant à la distribution ordinaire à deux excentriques et à un seul tiroir une disposition simple , qui a en outre l'avantage d'être une amélioration du mécanisme destiné à opérer le changement de marche. Nous voulons parler de la coulisse de Stéphenson dont l'usage est devenu très-général. — C'est une détente variable assez imparfaite au point de vue théorique, mais très-convenable pour l'application ; cette disposition sera l'objet d'une description détaillée ; nous n'insistons donc pas en ce moment sur ce sujet.

Le but de la détente variable, lorsqu'on l'applique aux machines locomotives , est de faire varier le volume et le poids de vapeur dépensée en raison du travail moteur à dév elopper, suivant la charge des convois, leur vitesse, le profil du chemin, l'état de l'atmosphère, etc., circonstances qui varient «l'un instant à l'autre pendant la marche, de telle sorte que la vapeur ne soit jamais employée qu'à haute pression pendant toute la période d'admission.

4° Vaporisation et tirage. — Nous n'avons pas insisté jusqu'ici snr la production de la vapeur; tout le monde sait en quoi con-

siste une chaudière ; nous donnerons plus loin la description détaillée de celles qu'on emploie dans la construction des machines locomotives. Nous signalons seulement la disposition adoptée pour activer la combustion du foyer, et obtenir d'une chaudière de proportions relativement très-restreintes une production considérable de vapeur. — Pour cela on fait échapper la vapeur qui a travaillé dans les cylindres, à la base de la cheminée en tôle qui surmonte la boite à fumée et fait suite aux tubes à air chaud. Cliaque fois que le mouvement de l'un des deux tiroirs vient mettre la capacité du cylindre , pleine de vapeur, en communication avec le tuyau d'échappement , la vapeur s'échappe dans la cheminée avec une vitesse qui décroit au fur et à mesure que le cylindre se vide et que la tension de la vapeur dilatée diminue. — Le tuyau d'échappement, à partir d'un point plus ou moins voisin de son orifice, est commun aux deux cylindres , de telle sorte que , pour chaque tour des roues motrices, quatre échappements successifs de vapeur ont lieu dans ce tuyau et par suite dans la cheminée, avec une très-grande vitesse au commencement et avec une vitesse décroissante pendant le reste du temps; il sort donc par l'orifice du tuyau d'échappement un jet continu de vapeur qui, à quatre instants distincts, également espacés si la machine est bien réglée, acquiert brusquement et momentanément une très-grande vitesse. La vapeur, s'échappant ainsi dans la cheminée , détermine, dans la boite à fumée et , par suite, dans les tubes et dans le foyer, une très-forte aspiration qui fait passer à travers la masse de combustible placé sur la grille la quantité d'air nécessaire a une active combustion.

L'action exercée sur le tirage par l'échappement de la vapeur est évidente; mais on ne s'est pas toujours mis d'accord sur la cause de cette action ; quelques personnes ont vu la un effet analogue à celui qu'on obuent dans les machines fixes en lâchant un jet continu et uniforme de vapeur dans la cheminée, ou, sous la grille, dans un tube par lequel on fait passer l'air qui alimente la combustion , le courant rapide de vapeur n'ayant d'autre effet que d'entraîner, par voie de frottement, les gaz chauds ou l'air au milieu desquels cette vapeur s'écoule avec une très-grande vitesse. — D'autres ner-

sonnes ont pensé que la vapeur s'éehappant, d'une manière discontinue et par bouffées, poussait devant elle l'air en mouvement dans la cheminée, et remplissait en quelque sorte l'office d'un piston qui faisait le vide par aspiration. Il est certain que ces deux causes concourent à produire le même effet; on sait en effet qu'un jet continu de vapeur, dans la cheminée d'une machine fixe, active le tirage , et, d'un autre côté, on a remarqué que tout ce qui avait pour résultat de rendre l'échappement plus saccadé , ce que l'on reconnaît facilement au bruit sec que fait la vapeur en s'échappant dans la cheminée , augmentait l'activité de la vaporisation et par suite du tirage, dans les machines locomotives.

Un des grands perfectionnements apportés, dans ces derniers temps, à la construction des machines locomotives a consisté à rendre variable à volonté l'orifice du tuyau d'échappement; en réduisant la vitesse d'écoulement de la vapeur on diminue le tirage ; cela permet de le proportionner à l'état de la combustion et à la dépense de vapeur dans les cylindres, la contre-pression derrière les pistons diminue également, et l'effet utile de la vapeur augmente.

On doit apporter dans la construction des machines locomotives une attention toute spéciale à remplir toutes les conditions propres à rendre la production de vapeur énergique, et à la mettre en rapport avec la dépense qui doit être faite dans les cylindres. On doit avant tout donner à la chaudière des dimensions et une surface de chauffe en rapport avec le travail qu'elle doit effectuer, et avec la nature du combustible qu'elle doit brûler; on doit, en outre, s'appliquer à combiner l'échappement, de manière à obtenir, avec la contre-pression la plus faible possible, le tirage le plus actif. Unemachine construite étant donnée, le mécanicien qui la conduit doit apporter le plus grand soin à maintenir la vaporisation au degré d'activité convenable, et à maintenir la vapeur produite dans la chaudière à une tension aussi élevée que possible. C'est de l'ensemble de ces précautions que dépend le bon service de la machine. Si le mécanicien a laissé tomber la tension de la vapeur, au moment où la machine doit exercer un effort de traction considérable, il ne peut pas obtenir sur les pistons la pression nécessaire,

et de plus, la vapeur qui s'échappe, n'ayant qu'une faible tension, ne produit pas un tirage suffisant ; par cela même que l'activité de la vaporisation est insuffisante, cette activité ne peut pas être augmentée, et souvent elle diminue. Un mécanicien, qui part avec un feu mal allumé, avec une tension insuffisante, ou qui néglige en route la conduite du feu et laisse baisser la pression, se trouve, en quelque sorte, enfermé dans un cercle vicieux, dont il ne peut que diflieilement sortir. Le même effet se produit lorsque les dimensions de la chaudière sont trop faibles pour la capacité des cylindres, lorsque l'échappement est mal disposé ou lorsque le combustible est de mauvaise qualité.

Indépendamment des difficultés que présente la conduite de la machine, lorsque la tension de la vapeur ne peut pas être maintenue à un degré assez élevé, il y a tout avantage, dans les machines sans condensation, à dépenser la vapeur à haute pression ; car l'eflet utile d'un même poids de vapeur est d'autant plus considérable que la tension est plus élevée. Cela résulte de ce qu'il faut, de la pression absolue de la vapeur qui varie, retrancher une quantité constante qui représente la pression de l'atmosphère, et qui exerce une influence d'autant plus nuisible que la vapeur a une tension plus voisine de la pression atmospbérique. C'est ce qui résulte du tableau suivant dans lequel nous avons indiqué le travail qui peut être obtenu d'un kilogramme de vapeur, pour diverses pressions effectives, en recherchant quelle course peut effectuer un piston de diamètre constant sous l'action d'un poids constant de vapeur, et, par suite, le travail utile de la vapeur.

TABÏ.KIU

DD TRAVAIL OTtLE DE LA VAPEUR, A POIDS EGAL ET SOUS DIFFERENTES TENSIONS.

1 TENSION .fo.pb*r«.

PRESSION ffecilTe.

VflLl'MF engoodr* par

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TRAVAIL nlil* de U rapenr.

(Rapporf.)

•th.

ttb.

L'expérience a conduit à augmenter de plus en plus la tension de la vapeur dans les chaudières des machines locomotives ; on est passé successivement de 4ilh et 4»,h 1/2 à 5, 6, 7 et 8«,h ; en Angleterre, quelques ingénieurs paraissent même disposés à aller au delà.

5° Calcul oe l'effet oes machines locomotives. — Nous avons indiqué plus haut comment se calculait le travail utile de la vapeur dans les machines locomotives, lorsque la pression sur les deux faces du piston et le règlement de la distribution étaient connus. — Lorsque la machine travaille à pleine pression , c'est-à-dire lorsqu'on ne fait pas manœuvrer le régulateur, de manière à gêner le passage de la vapeur à sa sortie de la chaudière, afin de réduire la pression effective dans les cylindres, il existe encore une certaine différence entre la tension de la vapeur dans la chaudière et sa tension dans les cylindres. Celte différence dépend uniquement de la résistance due à l'écoulement du fluide à travers la conduite qu'il parcourt ; elle varie avec la dimension et la forme des tuyaux de prise de vapeur et des lumières, et des différents orifices intercalés sur le passage de la vapeur ; elle varie également avec la quantité

d'eau entraînée par la vapeur. Cette différence de pression ne peut être évaluée que par des expériences, qui malheureusement sont trop peu nombreuses pour que la question soit résolue au point de vue pratique. — On a cherché à établir un rapport entre la charge remorquée, la vitesse et la tension de la vapeur dans les cylindres ; le seul rapport à établir est celui que nous avons indiqué entre la tension dans la chaudière, ou mieux dans la boite du tiroir, et la tension dans le cylindre. Il y a une certaine réduction opérée par le passage de la vapeur dans une conduite sinueuse et de forme tourmentée, qui peut varier avec la quantité de fluide à écouler dans un temps donné , mais qui varie surtout avec sa nature et sa densité. — Si la tension de la vapeur dans le cylindre est plus forte que ne le comporte la charge, la vitesse s'accélère jusqu'à ce que le travail, dû aux résistances de toute nature qui croissent très-rapidement avec la vitesse, soit égal au travail moteur de la vapeur. La théorie est extrêmement simple; il ne manque que des faits bien constatés pour déterminer les coefficients pratiques qui doivent entrer dans les calculs numériques.

La résistance derrière le piston résulte de la contre-pression de !a vapeur, qui ne peut pas s'échapper instantanément, dont la tension conserve, dès que la vitesse est un peu grande, une valeur supérieure à la pression de l'atmosphère, et qui dans aucun cas ne peut être inférieure à cette pression. Cet excès de tension de la vapeur qui s'échappe est dû au frottement de la vapeur dans les lumières etdans le tuyau d'échappement, et A la résistance des gaz chauds qu'elle entraine ; elle est d'autant plus grande qu'il y a nécessairement condensation de vapeur dans les cylindres, et, par suite, mélange d'eau et de vapeur, ce qui augmente les résistances à l'écoulement. La résistance de la vapeur derrière le piston ne peut être mesurée que par des recherches expérimentales.

Il faut tenir compte également des résistances créées par les frottements du mécanisme, par le roulement des roues sur les rails, par la résistance de l'air ; ces éléments ne peuvent être déterminés que par l'expérience. Nous indiquerons dans un chapitre spécial ce qui a été fait à ce sujet ; nous nous contentons ici de poser des