Tramway à rail magnétique de M. Lineff C

M. Lineff, reprenant une idée qui a tenté divers inventeurs, MM. Ayrton et Perry , MM. Arendt et Zunini et M. Pollak

Fig. 390.

^ntr'autres , a réalisé un tramway à conducteurs souterrains sans ^communication directe avec les moteurs portés par les voitures. La communication s'établit, par l'intermédiaire de rails spéciaux, au moment où les voitures passent au-dessus de ceux-ci.

(*j La Lumière Électrique, 23 août 1890.

Dans la disposition représentée fig. 890, le courant est amené par des conducteurs en cuivre A, A, supportés par des isolateurs dans une conduite en bitume. Le retour du courant a lieu par les rails principaux G et le sol. Sur les conducteurs A repose normalement une bande de fer plate B. Au-dessus est un double rail auxiliaire E , divisé en bouts isolés de peu de longueur. La voiture porte un puissant électro-aimant dont les pôles F, passant très près du rail E, aimantent celui-ci, ce qui provoque le soulèvement de la bande B, comme le montre la figure, et, par suite, la mise en communication des conducteurs A avec deux ou trois tronçons successifs du rail E. Un froiteur attaché à la voiture établit la liaison entre le moteur et les tronçons momentanément actifs. Lorsque Télectro-aimant a dépassé ces tronçons, la bande de fer retombe et est attirée par les tronçons suivants. Pour empêcher le magnétisme rémanent de déterminer la persistance de l'attraction, on galvanise la bande mobile afin d'éviter le contact direct de fer avec fer.

L'électro-aimant est traversé par le courant amené par le conducteur mobile. Au besoin, un petit accumulateur peut exciter Télectro-aimant en cas de déraillement delà voilure.

Des expériences effectuées par M. Kapp ont montré que les tronçons de rail électrisés ne s'étendent que sur une longueur maxima de 6 m, alors qu'une voiture ordinaire couvre un espace de 7 m , ce qui empêche les personnes et les animaux de recevoir des secousses dangereuses.

Les bouts du rail magnétique deviennent successivement des pôles N et des pôles S, au moment du passage des branches de l'électro-aimant. L'excitation de celui-ci demande une dépense de 0,5 à 0,75 cheval, mais le système Lineff a le grand avantage sur les systèmes à prise de courant directe d'éviter l'entretien onéreux d'une conduite exposée à recevoir les eaux superficielles du sol.

Lorsque la voie est mouillée et couverte de boue, M. Kapp a trouvé que la perte par le rail magnétique correspond à 45 watts par voiture avec une tension de 3oo volts au conducteur isolé.

625. — Transport aérien — MM. Jenkin, Ayrton et Pcrry ont imaginé d'appliquer la traction électrique à de petites voies aériennes, telles que celles qu'on emploie pour transporter les

SYSTRMES DIVERS. 2j3

matériaux en pays accidentés. Dans le système préconisé par ces inventeurs, les véhicules composant le train aérien sont conduits par un remorqueur électrique et suspendus par des galets à un seul conducteur métallique qui donne accès au courant.

La ligne à double voie est formé par des liges d'acier tendues sur des potences doubles. Les liges sont interrompues à chaque poteau, de manière à constituer autant de tronçons séparés qu'il y a de portées. Les tronçons des deux lignes voisines sont réunis électriquement en croix à chaque poteau, les deux groupes de sections communiquant avec une dynamo génératrice. De là résulte que deux tronçons successifs d'une même ligne sont toujours en relation avec lés deux pôl«s de la machine.

L'eleciromoteur porté par le petit remorqueur est relié avec la ligne par les deux essieux extrêmes du train, lequel aune longueur égale à celle des tronçons de ligne ; il s'ensuit que la machine réceptrice est toujours dans le circuit du générateur. On remarquera que le courant change de sens dans le moteur chaque fois que le irain a franchi une section , mais ce renversement ne modifie pas le sens de la rotation de Tinduit. Le mouvement de celui-ci est transmis par des courroies aux galets qui portent le remorqueur.

Ce système présente les avantages des systèmes aériens en général. Il évite la construction d'ouvrages d'art dans des terrains accidentés et supprime les frais d'acquisition des terrains. Afin de pouvoir, comme avec les systèmes à traction par câble, gravir les rampes escarpées, il faut suppléer au défaut d'adhérence par des galets serrant le rail qui les supporte. Par contre , le système électrique est mieux approprié que le système mécanique aux lignes présentant des courbes.

626. — Chemins de fer électriques urbains. — L'application de !a traction électrique aux chemins de fer urbains fait l'objet de tentatives très intéressantes motivées par les avantages sérieux que l'on peut attendre de ce mode de traction. L'emploi de la vapeur présente de grands inconvénients dans les villes. A Londres, où les lignes sont souterraines , la fumée des locomotives corrompt Tair des tunnels ; à New-York, la fumée des trains aériens constitue une gène pour les habitants riverains.

Sur les lignes interurbaines à grand trafic, l'emploi de l'électricité 2 18

permettrait une accélération notable de la vitesse des trains. Par suite du poids énorme des locomotives à vapeur et du mouvement de lacet dont elles sont animées et qui provient des efforts alternatifs des pistons , on est obligé de construire les voies et les ouvrages d'art avec une solidité cinq à six fois supérieure à celle qu'exigent de simples wagons. En outre, la moitié de Teffort de traction appliqué à un train ordinaire est souvent absorbée par Tentraînement de la machine. Ces considérations limitent Tallure des locomotives à vapeur à des vitesses qui pourraient être notablement dépassées par les locomotives électriques. En effet, les efforts exercés par les électromotcurs se réduisent à un couple situé dans un plan normal à Tessieu , ce qui supprime le mouvement de lacet. Le poids des locomotives électriques pourrait être réduit à la valeur nécessitée pour assurer l'adhérence , et l'absence de chaudière permettrait d'amener le centre de gravité beaucoup plus bas que dans la locomotive à vapeur. Ces raisons permettent de prévoir des vitesses exceptionnelles.

Au point de vue de la sécurité, il résulte de l'expérience que les chances de déraillement n'augmentent pas avec la vitesse, ce qui s'explique par la tendance qu'ont les mobiles animés d'un mouvement de rotation à conserver la direction du déplacement.

Le mécanicien d'une locomotive électrique, n'ayant à s'occuper ni de la conduite d'un feu, ni de l'alimentation d'une chaudière, peut consacrer toute son attention à la surveillance de la* voie, et la sécurité est ainsi augmentée. Enfin, la traction électrique permet de réaliser simplement un système de block automatique d'une efficacité assurée; il est facile, en effet, d'imaginer un mécanisme permettant à un train de couper le courant au train qui le suit aussi longtemps qu'il n'a pu lui même dépasser une limite déterminée.

L'interdiction des voies ferrées à l'accès du public rend possible l'emploi de conducteurs économiques, aériens ou posés au niveau du soU traversés par des courants de tension élevée. Dans ces conditions, la combinaison de dynamos à grand rendement et de machines fixes compound à condensation n'exigerait pas une consommation de combustible sensiblement plus grande que la traction par la vapeur, et le bien-âftre des voyageurs serait accru. L*électricité se prête mieux que la vapeur au fractionnement des

SYSTEMES DIVERS

trains, car, au besoin, une voiture isolée peut être munie d'un électromoteur et faire un service omnibus entre les trains directs. L'avenir de Texploitaiion des chemins de fer est probablement dans les trains rapides formés de quelques voitures automotrices et se succédant à des intervalles très rapproches.

627 . — Traction électrique du City and South-London Rail way [ ' ) . — L'application de la traction électrique aux chemins de fer à grande section a trouvé un commencement de réalisation dans la ligne souterraine qui relie la cite de Londres au district suburbain de Siockwel et qui comporte quatre arrêts intermédiaires. Deux voies parallèles sont posées dans deux tunnels distincts creusés à une profondeur minima de 12 m. Ces tunnels jumeaux de 6 kilomètres de longueur présentent une section circulaire de 3 m de diamètre et sont revêtus de fonte. On a accès aux gares par des ascenseurs capables de transporter d'un coup 100 personnes, charge maxima d'un train.

Le matériel de traction étudié par MM. Hopkinson comprend 14 locomoteurs électriques de 100 chevaux, capables de remorquer 3 wagons à la vitesse de 40 kilomètres à Theure.

Via. ?()i.

Chaque locomoteur, fig. 391 , comporte deux clcctromotcurs en série, de 5o chevaux, dont les armatures ont pour axes les essieux. Ceux-ci sont indépendants et font environ 240 tours par minute.

(M La ILuni'ère EleclriquCf 22 novembre 1S90, page 362.

Le courant est amené de la station génératrice par des feeders isolés et recouverts de plomb, mis en communication de distance en distance avec un conducteur en acier doux placé au milieu de la voie, comme dans la ligne de Bessbrook à Newry. Ce conducteur est supporté par des isolateurs en verre et n'occasionne qu'une perte égale à 0,01 du courant total lorsque la tension est de 5oo volts, La prise du courant se fait par des sabots en fer reliés, par l'intermédiaire d'un ampèremètre, d'un rhéostat de réglage et d'un appareil de changement de marche, avec les électromoteurs. Le retour du courant s'opère par les rails et le sol..

Les locomoteurs sont munis d'un frein à main et du frein Westinghouse exigé par les règlements du Board of Trade.

Les trois wagons de chaque train sont à couloij; central. Ils ont 2,10 m de hauteur sur 9 m de longueur, et sont portés par deux boggies à quatre roues. Dans chaque voiture se trouvent quatre lampes à incandescence reliées en série au conducteur de prise de courant. Un train complet portant 100 personnes pèse une trentaine de tonnes, soit trois fois le poids du locomoteur.

La station génératrice située au terminus de Stockwell comporte trois machines compound de 375 chevaux, tournant à 100 tours et pourvues de puissants régulateurs capables de faire varier l'admission de zéro aux trois quarts de la course.

Chaque moteur attaque une dynamo Edison-Hopkinson compound capable de développer 5oo volts et 460 ampères. Le rapport entre la puissance électrique des dynamos et la puissance indiquée des moteurs à vapeur dépasse j5 pour 100. Le rapport entre le travail utile des électromoteurs et le travail indiqué des machines serait d'environ 60 pour 100. Les dynamos communiquent avec les feeders par l'intermédiaire de coupe-circuiis de sûreté.

L'aérage des tunnels est parfait, grâce aux trains qui jouent le rôle de pistons et refoulent l'air vers les gares qui forment cheminées d'appel.

527big. — Locomotive Heilmann. — L'application des systèmes précédents de traction électrique aux grandes lignes de chemin de fer entraîne des transformations et des dépenses si considérables qu'on a songé à des solutions transitoires qui n'apporteraient aucun changement dans les voies et les voitures actuelles.

SYSTÈMES DIVERS. 277

M. Heilmann a construit une locomotive, essayée sur les lignes de rOuesi français et caractérisée par l'emploi d'une transmission électrique enire le moteur à vapeur et les essieux. Nous extrayons quelques renseignements sur cette machine d'une notice de

M. L'Hoest(*).

La locomotive repose sur 2 boggies à 4 essieux. Elle porte à l'arrière une chaudière à foyer ondulé du système Lentz. A l'avant est une dynamo à vapeur faisant 800 chevaux à 5oo tours. La machine compound a ses cylindres disposés des deux côtés de l'arbre que les pistons attaquent par des manivelles calées à 180°. Les efforts sont soigneusement équilibrés. La dynamo de 400 watts et I 025 ampères est excitée par une dynamo à vapeur de 20 chevaux, qui a, en outre, pour objet de faire démarrer la dynamo principale lorsque le moteur de celle-ci est au point mort.

Les 8 essieux portent des moteurs à axe creux, calés sur les essieux par l'intermédiaire d'isolants. Ces moteurs sont à induits dentés enroulés en série et à inducteurs tétrapolaires à deux bobLnes excitatrices.

M. Heilmann avait essayé dans le principe les courants triphasés, afin de supprimer les collecteurs aux moteurs, mais il a dû y renoncer, parce qu'il était obligé de régler la vitesse de la machine à vapeur d'après celle des moteurs. Les courants continus assurent au contraire rindépendance de la machine que l'on peut toujours faire fonctionner à la détente la plus économique. La tension relativement forte de 400 volts a été adoptée en vue de diminuer les courants et, partant, d'améliorer le service des collecteurs.

La locomotive possède un frein à air comprimé. Elle est conduite par un pilote placé à l'avant dans une caisse en forme de proue pour atténuer la résistance de l'air.

L'appareil est très stable et très adhérent. Par suite des tâtonnements inhérents à un premier essai, son poids est toutefois supérieur à celui des locomotives similaires ; la tonne ne correspond qu'à 7,2 chevaux, tandis que dans le type 12 de l'Etat belge, on arrive à i3,2 chevaux par tonne. Grâce à la grande douceur de roulement on a pu cependant dépasser la vitesse des locomotives employées sur la même ligné.

(<) BulL de l'Assoc. des Ing, sortis de VInst, Montefiorey 24 avril 1894,

628. — Examen des conditions techniques. — Au lieu de maintenir les véhicules d'une ligne en cominunicaiion avec des générateurs situés à poste fixe, on peut charger, à Taide de ceux-ci, des accumulateurs qu'on hisse sur les véhicules à remorquer.

Ce système n'entraîne pas les inconvénients qu'on reproche aux conducteurs électriques dans les tramways urbains, et il assure une complète indépendance aux divers véhicules. De plus, les machines génératrices exigées sont moins puissantes que dans les procédés directs de traction, puisqu'elles fonctionnent sous un régime constant et dans les meilleures conditions de rendement* L'avantage théorique des accumulateurs croît avec la longueur de la voie , car les frais n'augmentent pas avec cet élément , comme dans le cas de la traction par câbles aériens ou souterrains. Enfin, la traction par accumulateurs est la seule possible, lorsque les véhicules ont un itinéraire variable, ce qui arrive avec les omnibus et les voitures de pavé, ainsi qu'avec les embarcations maritimes ou fluviales.

Malheureusement le poids des accumulateurs a été jusqu'à présent un obstacle sérieux au développement de leur emploi.

Les accumulateurs ordinaires n'ont pas un débit spécifique supérieur à deux ampères par kilogramme de plaques sous une tension de 1,9 volt ; la puissance spécifique est alors d'environ 3 watts par kilogramme d'accumulateur.

Cherchons le poids d'accumulateurs que doit, dans ces conditions, porter une voiture, pesant 4 tonnes avec le moteur électrique, pour gravir une rampe de 3 pour 100 à la vitesse de 10 kilomètres à l'heure.

En appliquant la formule

et en supposant/:^ 0,012, on a, en appelant jc le poids cherché,

d'où X est égal à près de 2,5 tonnes, c'est à dire que le poids des accumulateurs serait égal à 3 ou 4 fois le poids du moteur ei de la transmission ; la puissance requise est 7,5 kilowatts ou 10,2 chevaux. Les nouveaux accumulateurs a enveloppe de celluloïde ont permis de réduire de plus de moitié le poids des couples secondaires, grâce à leur haute puissance spécifique.

D'après les expériences faites aux Etats-Unis, les voitures de tramway demandent environ 450 watts-heure par voiture-kilomètre. En admettant cette base, malgré la surcharge trouvée dans le cas présent, et en estimant 20 watts-heure par kilogramme l'énergie spécifique des couples secondaires, on voit que les 2,5 tonnes d'accumulateurs sont capables de produire

2 5oo X 20 . 1 M V.

= 1 1 1 voitures-kilomètres.

soit à peu près le parcours journalier des voitures dans nos grandes villes.

Les accumulateurs actuels ne paraissent pas appropriés aux lignes à profils accidentés. Mais, pour les lignes à faibles rampes le poids peut être notablement réduit, à la condition de remplacer les accumulateurs deux ou trois fois par jour. Aux points de vue de l'entrelien et de la durée, cette réduction n'est toutefois pas à conseiller, si Ton peut faire autrement.

Ainsi dans l'hypothèse d'une rampe maxîma de i,5 pour 100, les formules précédentes fournissent un poids de i,5 tonne d'accumulateurs environ et un nombre de voiture-kilomètres égal à 67.

La comparaison entre la traction directe et la traction par accumulateurs doit, au point de vue technique, être basée à la fois sur le rendement des appareils et sur le rapport de la charge utile à la charge totale des véhicules.

Des expériences faites, aux Etats-Unis, par MM. Bell, Sprague et Haie, il résulte que le rapport de l'énergie électrique disponible aux véhicules à la puissance indiquée aux cylindres des machines à vapeur est voisin de o,65. En estimant à 0,75 le rendement maximum des moteurs et de leurs transmissions , le rendement total devient o,65 X 0,75, c'est à dire près de 5o pour 100. Dans le cas de la traction par accumulateurs, les générateurs ont un ren-

28o TRACTION ÉLECTRIQUE.

dément meilleur que dans le cas précédent et Ton peut compter sur un rapport égal à 0,80 entre la puissance absorbée par les batteries et la puissance indiquée aux machines à vapeur. Les accumulateurs étant soumis à un régime forcé et variable ont un rendement qui ne dépasse guère 70 pour iod ; en conservant 0,75 pour le rendement du moteur, on obtient un rendement final de

Considérons une voiture de 5 mètres, pouvant contenir 3o personnes donnant un poids total de i 800 kg, et pesant pour la caisse seule I 800 kg et , avec le moteur , les transmissions et les voyageurs, 4 3oo kg. Une telle voiture exigera une surcharge d'au moins i 5oo kg d'accumulateurs dans le système de traction indirecte.

Appelons coefficient caractéristique d'un système le produit du rendement total par le rapport du poids utile (caisse et voyageurs) au poids total.

On aura dans le système direct

et dans le système par accumulateurs,

'^ 4 joo H- I 3oo

Ces chiffres, qui n'ont rien d'absolu, montrent que la comparaison est tout à l'avantage de la traction directe.

629. — Systèmes divers. — La traction par accumulateurs , tentée d'abord en France par M. Raffard, a été ensuite expérimentée à Bruxelles par MM. Julien et Van Vlotcn.

La ligne sur laquelle la Compagnie des Tramways Bruxellois a effectué des essais de traction électrique offre des conditions particulièrement difficiles pour le système par accumulateurs. Sur une longueur de i 600 m, elle présente, entr'autres, une rampe de 3,5 pour 100 qui s'étend sur près de 400 m. Cette ligne demande deux et parfois trois chevaux pour chaque voiture.

Les véhicules ont été pourvus de 120 accumulateurs de i3 kg,

soît une surcharge de i 56o kg pour une voiture dont le poids est de 6 000 kg, y compris Les voyageurs et le moteur. La batterie secondaire est répartie dans quatre tiroirs en bois introduits sous les banquettes de la voiture par des panneaux s'ouvrant latéralement vers l'extérieur. Ces tiroirs portent sous la paroi du fond des bandes métalliques qui viennent en contact avec des bandes correspondantes fixées à la voiture et en relation avec le commutateur. Le moteur, fixé sous le plancher du véhicule, attaque par un pignon denté un axe intermédiaire , lequel transmet le mouvement à Tun des essieux par une chaîne Galle.

On a d'abord employé un commutateur qui permettait de réunir au moteur deux séries d'éléments groupées soit en tension, soit en dérivation. Mais on a reconnu que le passage d'un cran du commutateur au suivant occasionnait des chocs au moteur, et Ton a préféré conserver le groupement en série, en modifiant le courant par un rhéostat, comme dans les voitures recevant directement le courant des générateurs. Ce système assure une grande douceur aux manœuvres et, s'il a l'inconvénient de donner lieu à une perte d'énergie électrique, il est favorable à la conservation des batteries, car tous les éléments travaillent toujours dans les mêmes conditions.

La voiture peut franchir 35 kilomètres , soit le tiers du parcours journalier, avec sa provision d'énergie. Elle rentre alors au dépôt afin de renouveler ses batteries secondaires. Là , les tiroirs à accumulateurs sont glissés sur des tables mobiles arrivant au niveau des batteries et portant, à la partie supérieure, des galets sur lesquels roulent les tiroirs pour arriver aux tables de chargement. Les diverses batteries d'accumulateurs à charger sont réunies en tension par groupes de 216 éléments et reliées à des dynamos à courant constant dont chacune charge deux groupes d'éléments.

On estime qu'après un service de 12 000 kilomètres les plaques positives doivent être réparées par le renouvellement des oxydes. Après quatre opérations semblables , il faut les remplacer. Les plaques négatives ont une durée indéterminée.

Les frais d'entretien des accumulateurs, d'abord estimés à 10 centimes par voiture-kilomètre, ont été réduits à 7 ceniimes. Les essais ont été interrompus parce qu'on a reconnu que le profil de la voie obligeait à faire travailler les accumulateurs sous un débit spécifique variant de 3 à 5 ampères par kilogramme de plaques.

M. Gadot a étudié un projet pour la traction , à Taîde d'accumulateurs , des tramways parisiens dont 1^ voitures pèsent 7 tonnes. M. Gadot estime que, dans ce cas, la meilleure solution consiste à placer un moteur sous la caisse de la voiture et à disposer les accumulateurs sur une sorte de fourgon, afin de ne pas avoir à ramener les voitures au dépôt pour le remplacement des batteries. Les fourgons seuls reviennent à l'usine, où les accumulateurs sont mis en charge sur les véhicules mêmes qui les supportent. Cette disposition augmente le poids mort à remorquer , mais elle facilite les manipulations et paraît préférable à la précédente au point de vue de la conservation des batteries secondaires.

MM. Philippart frères poursuivent des essais à Paris, au moyen de voitures portant leur chargement d'accumulateurs. Une des caractéristiques du système est que les essieux comportent une roue calée et une roue folle, de manière à diminuer les frottements dans les courbes, § 617.

Au concours de traction mécanique des tramways qui a eu lieu à l'exposition d'Anvers en i885, le système de traction par accumulateurs a été essayé concurremment avec des tramways à vapeur, à eau chaude et à air comprimé, et il a obtenu le premier prix. Suivant le rapport de la Commission d'essais, les voitures électriques présentent sur les voitures à vapeur l'avantage de ne pas donner de fumées ni d'escarbilles. Elles fatiguent moins la voie et ne consomment pas plus de combustible, étant donné que les accumulateurs sont chargés par des machines fixes économiques. Comparés aux systèmes d'accumulateurs à eau chaude et à air comprimé, les accumulateurs électriques procurent un meilleur rendement et permettent d'emmagasiner la même quantité d'énergie sous un poids moindre.