II. — Système a crémaillère

Généralités et historique. — La traction par crémaillère est d'une application plus générale.

Les dispositifs varient, mais, en tout cas, leur principe bien connu consiste à placer entre les deux rails une crémaillère avec

* Deux difficultés seulement se présentent dans l'exploitation : la descente de la première voiture et la montée de la dernière (la remise est en amont de la rampe). Pour la seconde de ces opérations, on se sert d'une voiture contrepoids spéciale, qu'on amène en haut de la rampe une fois le service fini et qui sert à remonter la dernière voiture ; ce véhicule passe la nuit au pied du plan incliné et, le lendemain matin, il est remonté par la première voiture descendante. On peut d'ailleurs parfaitement mettre plus d'une voiture en service au delà de la rampe, car une voiture descendante est capable de remonter deux voitures montantes, à condition que les moteurs des deux Toitures soient mis simultanément en marche. Le frein à ruban mentionné plus haut sert à descendre ces voitures supplémentaires.

32 LA TRACTION ELECTHIQUE

laquelle eagrëDeot des roues dentées mues par les moteurs de la

voiture.

L'origine des lignes électriques à crémaillère remoDte aux débuts même de la traction électrique-

La première, k notre connaissance, a été construite en 1887 dans les rues de Pitlsburg par la Daft Electric Co. La ligne (Pitlsburg, Knoxville aud St., Clair Slreet Ry.),qui mesurait 2,5 km, de longueur, préseuUit une rampe moyenne de 6 p. lOO, s'élevant en certains points jusqu'à 15, S p. 100. Partout où la déclivité dépassait 10 p. 100, on crut prudent, en raison du climat très mauvais de Pittsburg, d'équiper la voie avec une crémaillère formée d'une

Fig. 479. — Locomotive électrique k crémaillère Dnfl.

simple bande de t41e longitudinale perforée, avec laquelle une roue dentée montée sur la locomotive pouvait élre mise en prise à volonté. La figure 479 montre la vue d'ensemble de cette locomotive ; un moteur de 30 chev. à double réduction attaquait l'un des essieux; les quatre roues étaient accouplées par bielles, et le second essieu actionnait par l'intermédiaire de deux chaînes de Galle l'arbre de la roue dentée, qu'on pouvait relever ou abaisser à l'aide d'une vis et d'un volant à main. La machine pesait 6 t. et remorquait une voiture de 40 places pesant 5 t. en charge à la vitesse moyenne de 9,6 km. à l'heure, réduite à 4,8 km, sur les fortes rampes.

Choix entre les diTers types de crémalllèrei. — Notre intention n'est pas de décrire ici les voies destinées it la traction par crémaillère, pour lesquelles

nous renvoyons aux ouvrages spéciaux ^ Nous rappellerons seulemeut qu*il existe actuellement trois catégories principales de crémaillères :

1^ Les crémaillères Riggenbach, formées, comme le montre la figure 491 (p. 46), de deux fers en C parallèles et placés de champ, dont les montants verticaux retiennent des échelons formés de fers trapézoïdaux rivés à froid ; le mécanisme moteur commande une roue dentée pleine qui engrène avec ces échelons;

2^ Les crémaillères Abt, formées de lames verticales présentant à leur partie supérieure des dents découpées (fig. 496, p. 49); ces lames sont placées parallèlement côte à côte, au nombre de deux ou trois suivant TefTort de traction à réaliser, et de façon que les dents soient croisées et régulièrement alter-

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ElévatioD.

Plan.

Fig. 480. — Crémaillère système Locher.

nées ; elles sont fixées dans des coussinets qui les entretoisent et assurent leur parallélisme ; les roues dentées qui engrènent avec les lames parallèles sont formées d'autant de parties semblables^ entraînées par Tarbre moteur, avec intermédiaire de ressorts qui assurent un certain jeu entre elles pour éviter les ruptures de dents ;

3<> Enfin les crémaillères du système Locher^ formées de deux lames horizontales à denture extérieure également horizontale et fixées sur des fers zorés {fi^, 480) ; les roues dentées motrices sont au nombre de deux, à axe vertical et placées symétriquement par rapport à Taxe de la crémaillère double qu'elles attaquent sur les côtés .

Le choix entre ces différents types de crémaillère est assez facile à faire pour les applications de la traction électrique, suivant le genre de voie qu'il s^agit de desservir :

i« Pour les voies sur plate- forme séparée ^ le type de crémaillère le plus ordinairement emploxé et qu'on peut recommander en général est la crémaillère Abt, qui donne un mouvement plus doux que le système à échelons.

* Voir notamment l'intéressant ouvrage : Chemins de fer à crémaillère, par M. Lévy- Lambert.

TRACTION ÉLBCTRIQUE. — T. U. 3

permet une marche plus rapide et remploi de courbes de plus faible rayon, et enfin se prête à un effort de traction plus considérable. La crémaillère Riggenbach est d*une construction plus compliquée ; elle s'obstrue plus facilement et donne une marche plus saccadée, qui ne permet guère de dépasser la vitesse de 8 km. à Theure. La crémaillère Locher est plus compliquée encore que la précédente, et surtout elle complique le mécanisme moteur; elle n'est donc pas à recommander en dehors des cas spéciaux où les autres systèmes deviennent insufïlsants, c'est-à-dire sur les très fortes rampes comme celle du Pilate (48 p. 100) où les roues dentées ordinaires risqueraient d'échapper à la crémaillère; le système Locher donne dans ce cas plus de sécurité et permet en outre aux voitures de résister à l'effort de renversement du vent quand celui-ci est très violent. On peut encore obtenir ce dernier résultat avec la crémaillère Riggenbach par l'adjonction de galets qui pénètrent dans la gorge extérieure des fers en E ; mais la crémaillère Abt est inférieure à ce point de vue.

2<» Pour les voies sur chaussée, la seule crémaillère utilisable est celle de Riggenbach, parce que les autres présentent nécessairement des parties saillantes. En la faisant assez basse pour qu'elle soit arasée au niveau supérieur de la chaussée, elle ne gêne pas sensiblement la circulation des voitures ordinaires, ainsi que l'a montré l'expérience de Barmen. Cetle disposition permet de desservir les lignes établies partie sur chaussée et partie sur plaieforme séparée. La seule précaution à prendre, c'est de nettoyer fréquemment la crémaillère et d'éviter les pierres roulantes qui pourraient venir se loger entre les échelons et faire dérailler les voitures.

Systèmes de traction électrique applicables sur crémaillère. — La traction par crémaillère constitue sans contredit un des cas d'application les plus avantageux de rélectricité, pour plusieurs motif^.

1^ Le faible poids spécifique des moteurs électriques, 15 à 20 kg. par cheval, est bien inférieur au poids d'une machine à vapeur et de sa chaudière, qui ne descend guère au-dessous de 30 à 40 kg. par cheval. Le poids mort se trouve réduit d'autant.

2° La facile commande des essieux par les moteurs électriques et les procédés de réglage de la vitesse de ceux-ci permettent de réaliser des mécanismes beaucoup plus simples que ceux d'aucune locomotive à crémaillère à vapeur, ainsi qu'on le verra ci-dessous avec plus de détails.

3^ L'encombrement très réduit des moteurs électriques, qui permet de les loger dans le truck, rend possible l'emploi d'automobiles ou de voitures locomotrices à voyageurs ou à marchandises, au lieu de locomotives séparées inutilisables pour le trafic.

La réduction considérable de poids mort qui en résulte augmente le rendement de la traction dans une proportion bien plus élevée encore que sur les lignes ordinaires (t. I, p. 491), par suite du faible tonnage utile remorqué sur les lignes à crémaillère et du rôle prépondérant du poids mort. Pour tirer le meilleur parti de ces propriétés, on ne doit recourir à des locomotives séparées et réservées au mécanisme que lorsqu'on emploie des trains très lourds rendant nécessaires des moteurs très puissants qui ne pourraient trouver place dans le truck, surtout sur des voies étroites telles que sont généralement les voies de montagne.

Dans ce qui suit, nous étudierons successivement ces deux cas. Nous rappelions d*abord que la traction sur crémaillère peut se faire par trois types de machines différents :

Les machines à tin seul mécanisme, qui se divisent en machines simples et en machines mixtes^ suivant que les roues porteuses sont indépendantes ou solidaires de la roue dentée de crémaillère; dans les premières, tout Teffort de traction est supporté par la roue dentée; dans les secondes, les roues porteuses contribuent pour une petite partie par leur adhérence au travail de traction total ;

Les machines à deux mécanismes, combinées en vue de la traction mixte, dans lesquelles les roues porteuses et la roue dentée, tout en restant indépendantes, sont actionnées chacune par un mécanisme spécial; on met lun ou l'autre de ces mécanismes en action suivant qu'on parcourt une partie de ligne avec ou sans crémaillère.

Sur les lignes entièrement à crémaillère, le choix n'a de raison d'être qu'entre les deux premiers systèmes et il dépend surtout du profil. Sur des rampes de 15 p. 100 et au-dessus, l'appoint que pourrait fournir l'adhérence des roues porteuses dans l'effort de traction total devient insignifiant ^ et il vaut mieux renoncer franchement à se servir de l'adhérence ordinaire, comme on Ta fait au Gornergrat et à la Jungfrau, par exemple; on a alors des machines aussi peu compliquées et aussi légères que possible.

* £n effet, la résistance due à la gravité étant voisine de 7 kg. par tonne et par millimètre d'inclinaison, le coefficient de traction nécessaire de ce chef seul sur une rampe de 150 mm. par mètre serait de 150 kg. ; TeiTort adhérent ne dépassant pas 15 p. 100 du poids adhérent, on voit que l'effort de traction utilisable à la jante des roues porteuses ne serait que le 1/10 de Teffort total.

Pour des déclivités inférieures à 15 p. 100, on peut hésiter entre les deux dispositifs. Le système simple, n'utilisant pas Tadhérence, ofifre rinconvénient de faire supporter tout l'effort de traction par la crémaillère et la roue dentée. Dans les machines mixtes, par contre, la solidarité des pignons dentés et des roues porteuses donne lieu à des glissements par suite de Tinégalité dans Tusure des deux systèmes de roues, les roues porteuses subissant de ce chef une diminution plus rapide de diamètre. Toutefois, il ne faut pas s'exagérer la valeur du travail ainsi perdu, car on montre facilement ^ qu'il n'a en réalité pas plus d'importance que le glissement en courbe des roues solidaires sur les files de rails intérieure et extérieure.

Sur les lignes où l'adhérence ordinaire et l'adhérence par crémaillère alternent suivant le profil, on doit recourir au système mixte ou au système à deux mécanismes.

La difficulté, dans le premier cas, avec les machines à vapeur, est de disposer le mécanisme moteur de façon à lui faire produire son maximum d'effet utile à la fois à faible vitesse, lorsque la crémaillère est en prise, et à une vitesse double ou triple lorsqu'on utilise l'adhérence seule. Avec la traction électrique, cette difficulté disparaît d'elle-même si Ton emploie plusieurs moteurs qu'on puisse coupler à volonté en série ou en parallèle, car on peut ainsi, comme on le verra au chapitre x, faire varier la vitesse dans la proportion de 1 au nombre total de moteurs employés ou à un sous-multiple. Cette solution est la plus simple de toutes pour les locomotrices ou les automobiles mixtes.

Quant au système à deux mécanismes, il pourrait être appliqué sous deux formes différentes : on pourrait songer d'abord à accoupler deux automobiles pourvues l'une d'un mécanisme à adhérence, l'autre d'un mécanisme à crémaillère; on pourrait, en second lieu, commander les roues porteuses et les pignons dentés d'un même véhicule par deux groupes de moteurs distincts, comme dans les locomotives à vapeur du système Abt. Mais l'une ou l'autre de ces solutions entraînerait nécessairement une complication d'organes ou de matériel et une augmentation du poids des trains que rien

* Cf. Les chemins de fer à crémaillère^ par M. Lévy-Lambert, p. 121.

ne justifie, puisque la régulation série-parallèle offre le moyen de faire marcher les moteurs à leur maximum de rendement tout en faisant varier la vitesse, comme nous venons de le dire.

Adaptation des moteurs au matériel roulant à crémaillère. — D'après les remarques précédentes, les seuls systèmes à considérer dans ce qui suit, sont les systèmes à mécanisme unique actionnant, soit la roue dentée seulement, soit la roue dentée et les essieux alternativement, soit les deux à la fois. Nous indiquerons rapide-

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Plan.

Kg. 481. — Moteur à action simple attaquant par engrenages à double réduction un pignon de crémaillère calé sur un faux essieu.

Élévation.

Fig. 482. -- Dispositif permettant de réduire l'encombrement d'un mécanisme simple à double réduction avec faux essieu.

ment les dispositions des moteurs et des transmissions mécaniques qui nous paraissent le plus convenables dans chacun de ces trois cas.

Auparavant, nous ferons remarquer d'une manière générale que la difficulté de la transmission réside principalement dans la distance relativement grande qu'il faut laisser entre larbre du moteur et celui qui porte la roue dentée, pour que celle-ci ne vienne pas

toucher l'enveloppe extérieure du moteur *. Cette sujétion rend impossible l'emploi d'un seul train d'engrenages, et il faut forcément recourir à la double réduction ou à la vis sans fin. Nous ne nous occuperons pas ici de celle-ci pour les motifs indiqués précédemment (t. I, p. il 4); mais, bien étudiée, cette solution ne serait peut-être pas à dédaigner dans certains cas, au point de vue de la réduction du poids et de Tencombrement. La transmission par engrenages à double réduction est d'ailleurs assez rationnelle, car, les vitesses étant très faibles sur tout le parcours, il y a avantage à réduire le nombre de tours plus que ne le permet un train d*engrenages simple ; on peut alors coupler normalement les moteurs en parallèle et se réserver l'emploi du couplage en série pour les démarrages et les ralentissements.