FREINS

Généralités. — La question des freins, qui en Europe a si fort exercé la sagacité des inventeurs, ne pouvait manquer de donner lieu à de nombreuses inventions en Amérique, où les esprits sont plus particulièrement portés vers les inventions mécaniques, et où d'ailleurs les moyens de modérer et de détruire la vitesse des trains ont d'autant plus d'importance, que, la surveillance et l'entretien de la voie laissant généralement beaucoup à désirer, le personnel du train ne peut guère compter que sur lui-même pour éviter les dangers qu'il rencontre sur sa route. Bien plus encore que sur les lignes européennes, Tattention du mécanicien doit se porter constamment sur la voie, pour y apercevoir du plus loin qu'il peut des obstacles dont rien ne l'avertit, et il est essentiel alors qu'il puisse disposer de moyens d'arrêt à la fois énergiques et rapides. Sur beaucoup de lignes, notamment sur celles qui parcourent les versants des Aileghanies et des montagnes Rocheuses, les rourbes très raides, en limitant étroitement le champ de vision du mécanicien sur la voie, les fortes pentes, en imprimant aux trains une accélération dangereuse, concourent à rendre les moyens d'arrêt très puissants plus nécessaires.

Les Compagnies américaines ont été ainsi successivement conduites : l^' à multiplier les wagons munis de freins à iHain ; 2<» à adopter pour les trains de voyageurs des systèmes de freins continus permettant au mécanicien d'agir instantanément et simultanément sur tout le train.

Prelas é,

Presque dès Forigine, tous les tenders et toutes les voitures à voyageurs ont été munis de freins è main ; la plupart des wagons

de marchandises en ont aussi reçu. L'installation et la manœuvre de ces freins, par suite du système de construction propre au ma* tériel américain, se trouvent assujetties à des conditions particu> Hères. La mobilité relative des deux trucks placés sous chaque caisse rendant difQcile la transmission d'efforts un peu considérables, qui exigeraient des systèmes rigides, les constructeurs américains ont dû s'attacher à répartir aussi également que possible par des systèmes de transmission suffisamment flexibles, les pressions entre toutes les roues, et à compenser par l'égalité de la répartition et la rapidité de la mise en action l'infériorité des eilorls transmis.

Sur les voitures à voyageurs, la répartition des pressions est réalisée par un système de transmission agissant à la fois sur toutes les roues d'un môme véhicule, quand il y en a seulement huit, soit toujours au moins sur huit roues, quand il y en a douze; sur les wagons de marchandises, qui sont aussi pour la plupart à huit roues» l'appareil de transmission permet d'enrayer à la fois, soit toutes les roues, soit au moins les quatre roues d'un même truck.

La manœuvre de Tensemble des freins sur un train est d'autre part rendue aussi prompte que possible par la juxtaposition des appareils de manœuvre deux à deux, réalisée, dans quelque ordre que les wagons soient attelés, en mettant un de ces appareils à chaque extrémité d'un même wagon, ce qui permet à chaque gardefrein d'agir sans se déplacer sur deux wagons consécutifs.

Ce double appareil de manœuvre existe d'une manière générale sur les wagons de marchandises de certaines lignes & fortes pentes, comme celles du Central of New-Jersey, <]ui n'ont qu'un seul truck pourvu de freins.

Commande des freins. — Quant au principe des dispositions de l'appareil de commande des freins, c'est exactement, ainsi que l'a fait remarquer H. Couche, celui de la mécanique des diligences. Une manivelle placée à hauteur d'appui et sur le bord de la plate-forme terminale dans les voitures à voyageurs (pi. I et Y), à la hauteur du toit ou contre une des parois extrêmes dans les wagons de marchandises (pi. YII, YIII et XI), met en mouvement un arbre vertical, portant à son extrémité inférieure un barillet où s'enroule une chaîne se reliant à un système de leviers agissant sur les traverses

qui portent les sabots des freins. Ce système de leviers est d'ailleurs combiné d'un grand nombre de manières.

Frein Tanner. — Dans le frein Tatlner (pi. XXIV, Qg. 1), il y a un balancier central placé au-dessous du milieu de la caisse du wagon, qui peut être indifféremment tiré par les tiges aboutissant respectivement aux deux chaînes de manœuvre. Ce balancier commande par un système de tiges deux autres balanciers suspendus aux traverses des freins extrêmes et les traverses des freins intermédiaires en leurs milieux. Ce système, qui a l'avantage d'agir immédiatement sur chacun des groupes de roues, et de se prêter à une certaine usure des sabots, offre toutefois l'inconvénient d'une répartition inégale des efforts, tant entre les deux groupes de roues qu'entre les roues d'un même truck ; les freins du groupe le plus éloigné de l'arbre de commande sont plus pressés que ceux du groupe le plus rapproché, et les freins extrêmes le sont plus que les freins intermédiaires.

Frein Hodge. — Le système Hodge (pl.XXlV,fîg. 2) réalise Tégalité complète des efforts exercés sur toutes les roues au moyen d'un double balancier central et de deux balanciers appliqués à chacune des traverses portant les freins.

La traction s'exerce alors sur une des chaînes aboutissant à l'un des arbres de commande, pendant que l'extrémité de l'autre chaîne est tenue par l'encliquetage monté sur le pied de l'autre arbre.

Frein Steven«.— Dans le frein Stevens (pi, XXIV, lig. 3) une tige disposée en diagonale relie les balanciers extrêmes des deux Irucks : la pression est rendue uniforme, comme dans le système précédent, sur tous les freins, mais la transmission des effoits se fait alors successivement sur les divers groupes de freins ; elle n'est plus simultanée pour les deux trucks, comme dans les systèmes déjà décrits.

L'uniformité des pressions développées en sens opposés sur les quatre roues de chaque truck a l'avantage d'annuler les pressions sur les chevilles ouvrières. On préfère d'ailleurs généralement placer les freins à Textérieur des roues d'un même truck, parce que la visite et la réparation des freins sont alors plus commodes ; on considère en outre cette disposition comme moins susceptible de

nuire à la solidité du truck que la disposition consistant à les placer entre les roues. 11 existe cependant quelques systèmes de freins intercalés entre les roues d'un môme truck ; tel est le frein Elder. Les wagons à deux essieux pour le personnel [cctboose cars) sont munis de freins qu'une barre interposée entre les roues met en contact avec les jantes (pi. VI, fig. 8).

Lorsque, comme cela a lieu sur beaucoup de wagons de marchandises, on se contente d'enrayer un seul truck, le système de leviers se réduit à deux tiges ; s'il n'y a qu'un arbre de commande, un seul balancier suilit alors; il y a deux balanciers, s'il y a deux arbres de commande.

Sur les wagons du Baltimore et Ohio R.R., on rencontrait autrefois le dispositif représenté par la figure 4, pi. XXIV, qui réalisait l'égalité des efforts sur toutes les roues, mais ne permettait de développer que d'assez faibles efforts de serrage.

C'est du reste, ainsi qu'il a été dit, le caractère des systèmes de transmission employés pour tous les freins, de ne multiplier que dans une proportion assez faible l'effort appliqué directement à la manivelle de commande, mais la totalité ou le plus grand nombre des wagons dans chaque train étant munis de freins, et les charges que supportent les trucks se répartissant également sur toutes les roues, ainsi que les efforts transmis aux freins, il est moins nécessaire que ces efforts puissent devenir considérables, ce qui présente d'ailleurs l'avantage de ne jamais pousser le serrage jusqu'à déterminer le calage, aussi destructif pour les roues que pour les rails.

Pour maintenir les freins en contact avec les roues sans que le garde-frein ait besoin de tenir la manivelle de commande, on a recoure à une roue à rochet dont cet employé rabat ou relève le cliquet avec le pied. Une fois la chaîne rendue libre par cette dernière manœuvre, l'élasticité des différentes pièces de la transmission, aidée des ressorts dont on munit les freins pour les écarter des roues, suffit pour produire le déroulement de la chaîne de commande.

Freins à patin, — Il existe quelques lignes à fortes pentes, comme celle du Lehigh-Valley R.R., où, pour ménager les roues, on a essayé pour les wagons à charbon l'usage de freins à patin sur lesquels le poids des wagons se trouve partiellement reporté lors du serrage

n — Il

162 CINQUIÈME PARTIE. — MATÉRIEL l)K TRANSPORT.

des freins. La figure 1*2, pi. X. montre ce système de freins appliqué à des wagons à charbon à quatre roues, où il est manœuvré par Tinterm^diaire d*un excentrique. Ije patin est guidé par un rebord semblable au boudin des roues, et il est constitué par du fer forgé.

Suspension des freins. — Pour les voitures à voyageurs, les sabots des freins sont encastrés dans une armature Gxée sur une traverse et suspendue par un étrier au poitrail du bâti du truck (pi. IV, flg. 36 et 37). Cet étrier, qui est incliné quand le frein est en prise avec la roue, tend & Técarter de cette roue, quand il est abandonné à lui-môme; cet écart est aidé le plus souvent par un ressort formé d'iine simple lame d'acier se recourbant sous le truck pour venir repousser le sabot. Des armatures transversales suspendues au poitrail du truck embrassent la traverse portant les freins de part et d'autre de son milieu, et en limitent les excursions, en même temps qu'elles servent à la soutenir en cas d'accident.

L'articulation du balancier sur lequel agissent les leviers de commande avec la traverse, portée par une fourche que présente celle-ci en son centre, assure la transmission des elTorls dans la direction de Taxe de figure du sabot.

Certains constructeurs consolident cette traverse au moyen de tirants venant converger immédiatement au-dessous de l'articulation, qui en font une véritable poutre ;a*mée Jrussed béant).

On place ordinairement Taxe des traverses à 0'",10 en contrebas de l'axe des essieux, de telle sorte que, par la seule aciion delà pesanteur, elles tendent à s'écarter de la jante de la roue.

Pour maintenir l'axe de la traverse, ainsi que les sabots, dans une direction sensiblement parallèle à celle qu'ils doivent avoir quand le frein porte syr la roue, on soutient parfois la traverse sur sa face postérieure par un système de tringles à articulation suspendues au bètî (p^W/e/ brake hanger) et formant en élévation avec Tétiîer de suspension du frein, l'axe de la traverse et le poitrail du ch&ssis, une sorte de paraiiélogramaie,

La suspension des freins des wagons de marchandises est la même que pour les voitures à voyageurs, sauf quelques dispositions de détail plus simples que montre la figure 10, pL VU. Sur toutes les voitures à voyageurs et sur un grand nombre de wagons de marchandises, les sabots des freins sont suspendus au bdtî des Irucks, ce qui rend leur action indépendante des mouvements angu-

laires de ceux-ci par rapport & Taxe du wagon: on rencontre cependant un certain nombre de wagons, tels que ceux du Cbicago-Bur- Jington et Quincy R.R. (pi. VII, flg. 1) et ceux du Gentral-Paciûc R.R. (pi. VII, fig. 5], où les freins sont portés par le b&ti du Vagon ; les traverses supportant les freins sont alors suspendues à ce bâti par <let» maillons qui leur permettent un certain déplacement longitu- •dinai, en même temps que le sabot du frein peut prendre lui-même un certain mouvement transversal, où il est guidé par une tringle inclinée, fixée sous la caisse. Cette disposition ne peut se justifier que par la difficulté de trouver des pointa d'attache sur les trucks •résultant de leur disposition particulière. On évite cette difficulté «n plaçant les freins à l'intérieur, comme le fait la Compagnie du Louisville-Nasbville R.R. (pi. VU, fig. 10).

Sabots des freins, — Les sabots des freins {brake shoes)^ après avoir été d'abord exécutés en bois, le sont généralement maintenant en fonte. Quelques constructeurs emploient de préférence le fer comme donnant un frottement plus uniforme et plus constant, quel que soit le degré d'usure. Ils reprochent à la fonte de présenter des degrés variables de dureté, surtout lorsqu'elle est trempée, la trempe ne pénétrant qu'à une faible profondeur. Ces sabots sont toujours disposés de manière à comporter à la fois une attache solide, un remplacement facile et une utilisation aussi complète que possible de la matière frottante.

Certaines usines fabriquent aujourd'hui des sabots de frein dits du système Congdon dont le corps en fonte est percé d'alvéoles où sont encastrés des morceaux de fer et d'acier qui augmentent sa résistance à Tusure (pi. IV, fig. 38). L'usage de ces sabots de frein, qui lie résistent davantage à l'usure qu'à la condition d'accroître l'usure des jantes des roues, paraît limité jusqu'à présent à un petit nombre de Compagnies.

Généralités. — Des freins existant sur toutes les voitures à voyageurs, il était tout naturel de chercher à les relier entre eux de manière à en rendre l'action simultanée et à permettre au mécanicien de les mettre instantanément en jeu lui-même sans avoir besoin de recourir aux garde-freins. Le nombre relativement restreint de voitures composant les trains de voyageurs, par suite de

la plus grande capacité des voitures, et le peu de changement que subit ordinairement cette composition, devaient contribuer à rendre rétablissement et l'emploi des freins continus plus faciles en Amérique qu'ailleurs, en môme temps que l'état défectueux de la voie et le défaut de surveillance les rendaient plus nécessaires , ainsi que nous en avons déjà fait la remarque. Le point délicat devait être le choix du système de transmission, avec lequel le fonctionnement automatique des freins en cas d'accident, si important pour la sécurité de l'exploitation, pouvait-être plus ou moins compatible.

Les premiers essais de freins continus remontent à une époque déjà ancienne : dès l'année 1852 un brevet était pris par un inventeur de New-York, Th. Valber, pour l'application de l'air comprimé à la manœuvre des freins. En 1856, M. Douglas-Galton constatait, dans un rapport sur les chemins de fer des États-Unis, l'emploi sur le Philadelphia et ReadingR.R.d'un système de freins appliqué à toutes les voitures d'un môme train et mis directement en action par le mécanicien. Sur le Baltimore et Ohio R.R.,on s'est servi pendant un assez grand nombre d'années d'un frein continu imaginé par M. Loughridge. Ce frein était mis enjeu par l'une des roues mofrices d'arrière de la locomotive, dont le mentonnet, en s'engageaat dans la gorge d'une poulie, mettait par l'effet du frottement cette poulie en mouvement, et déterminait ainsi l'enroulement d'une chaîne commandant tous les freins des voitures.

Enfin, sur le New- York Central et Hudson River R.R., on a appliqué jusque dans ces dernières années le frein du système Creamer, dont les voitures à voyageurs sont pourvues indépendamment du frein ordinaire à main.

Frein Creamer. — Dans le frein du système Creamer, le serrage s'opère par la détente d'un ressort spécial à axe vertical enfermé dans un tambour placé sous la plate-forme de chaque voiture. Ce ressort est remonté par le garde-frein avant le départ du train, et détendu en tirant sur un cordeau à la disposition du mécanicien et du personnel du train, qui, de proche en proche, dégage les encliquetages retenant les ressorts. Pour desserrer les freins, il faut remonter à nouveau chaque ressort.

Le principal avantage de ce système de freins est d'ôtre mis en action par les ruptures d'attelages; mais le desserrage des freins ne pouvant ôtre [opéré qu'avec lenteur, et le remontage des appa-

CHiP. XVI. — FREINS ET APPAREILS E?<REGISTREURS. 165

reils exigeant chaque fois une manœuvre laborieuse, son automaticité est, par cela même, fort incomplète; son action d'ailleurs ne peut être réglée, et les expériences qui ont été faites en France sur le chemin de fer du Nord ont démontré en outre qu'elle était fort irrégulière.

De plus l'action de ce frein n'est pas modérable; il constitue donc essentiellement un frein de détresse.

Aussi, même en Amérique, il ne paraît avoir été employé que sur une seule ligne.

Sur les lignes américaines comme sur les lignes européennes, la préférence donnée par les Compagnies à certains freins a eu du reste souvent pour principal motif la part prise par leurs agents à l'invention et à la fabrication de ces appareils, plutôt que leurs mérites réels. On peut dire toutefois d'une manière générale que les freins continus à organes mécaniques, dont Taction, susceptible de varier k la fois avec l'élasticité de ces organes, avec le jeu des attelages, et avec les circonstances atmosphériques, est toujours loin d'être instantanée, n'offraient pas assez d'avantages pour décider les Compagnies à embarrasser leur exploitation d'un attirail encombrant et coûteux, dont Tutililé, au point de vue de la sécurité, ne compensait pas suffisamment & leurs yeux la complication et la dépense.

Freins électriques. — Les freins électriques, qui ne paraissent pas être sortis, en Europe, de la phase expérimentale, ont donné aussi lieu en Amérique à quelques expériences, principalement sur le chemin de fer de TËrié, oii MM. J. Olmstead et W. 0. Cooke, de Providence, ont introduit en 1871 un système de leur invention.

Sur chaque wagon du train les freins du type ordinaire étaient actionnés par l'électricité de la manière suivante :

Un arbre intercalé entre les deux essieux d'un truck portait une poulie folle recevant le mouvement d'un de ces essieux contre lequel elle venait frotter. Dans cette poulie folle venait s'engager une autre poulie calée sur le même arbre; la première de ces poulies portait sur l'une de ses faces deux puissants électro-aimants reliés par des fils à une batterie électrique placée sous le wagon. L'essieu commun des deux poulies portait enroulée une chaîne commandant le levier des freins.

Les fils électriques se prolongeaient jusqu'à la hauteur du ciel du

wagon, où était placé un levier commandé par la corde de communication entre les voitures. Le mouvement de ce levier sufBsait pour établir les contacts, et par suite un courant, qui déterminait l 'aimantation de la poulie folle et le rapprochement des deux poulies. Leur solidarité entraînait la rotation de leur arbre commun et l'enroulement de la chaîne attachée au frein.

Quelques essais ont été faits avec ce système de freins, dont le principal avantage était de déterminer assez vite rarrèl des trains en cas de rupture d'attelage; cette rupture entraînait celle de la corde de communication et conséquemment le mouvement du levier du commutateur. Toutefois, dès lors qu'on n'utilisait pas le courant électrique pour la commande instantanée des freins sur toute la longueur du train, on ne tirait de l'électricité qu'un parti insuffisant, et son emploi ne conduisait qu'à une complication de plus; il n'a donc pas tardé à être abandonné.

Les freins continus n'ont commencé en définitive à entrer sérieusement dans la pratique qu'avec l'application, soit de l'eau sous pression, soit de l'air comprimé ou raréfié à leur manœuvre.

Freiri hydraulique, — On sait qu'on emploie depuis 1872 en Angleterre sur la ligne du Great Eastern Ry l'appareil hydraulique de Barker, où les sabots des roues de chaque voilure sont serrés par des pistons de presse hydraulique qu'alimente, au moyen d'une conduite régnant sur toute la longueur du train, un accumulateur placé sur un fourgon dans lequel une pompe, mue par la machine, refoule l'eau comprimée.

Un inventeur américain, M. Henderson, de Philadelphie, a fail adopter pendant quelque temps sur le chemin de fer de West Cheslcr et Philadelphia un syslème de frein, où Toau, mélangée de glycérine pour empêcher sa congélation, et prise dans un réservoir placé sur le tender, est injectée par une pompe à vapeur à double effet dans une conduite qui règne sur toute la longueur du train et revient aboutir au tender.

Un robinet à trois voies permet de mettre la conduite en communication, soit avec la pompe de pression, soit avec le réservoir, soit avec l'air extérieur.

Cette conduite amène l'eau comprimée sous chaque wagon à deux appareils de compression assujettis l'un et l'autre contre Tune des traverses portant les freins extérieurs, et composés chacun de

deux cuvettes en fonte dont les rebords embrassent un diaphragme en caoutchouc vulcanisé. Ce diaphragme porte en son centre un piston dont la tête est reliée pu* deux boulons à Tautre traverse (pi. XXIV, fig. 15, 19 et 17).

L'eau comprimée, introduite entre le diaphragme et le fond d'une des cuvettes, tend à déterminer le rapprochement des deux traverses portant les sabots, et par suite le serrage des freins : la suppression de la compression, réalisée par l'ouverture de laconduite, fait reprendre au diaphragme sa position normale et amène le desserrage.

Le diaphragme en caoutchouc ne comportant qu'un déplacement de 25 millimètres, il s'ensuit que le réglage de la position des sabots des freins doit toujours être soigneusement fait de manière à tenir compte de leur usure. Le serrage des freins au moyen de la pression de l'eau a en outre l'inconvénient de s'opérer d'une manière brusque et de provoquer parfois le calage des roues. Aussi, bien que Tinstallation de ce système de frein soit simple et économique, comme il n*est pas d'ailleurs susceptible de fonctionner de luimême en cas d'accident, son usage est-il resté très restreint.

Freloii ik, Air.

Les seuls freins continus dont l'emploi ait pris un caractère général en Amérique sont ceux où l'emploi de l'air, soit comprimé, soit raréfié, comme moyen de transmission, permet de combiner, avec l'instantanéité de la transmission, la possibilité de faire varier dans une certaine mesure les efforts transmis aux freins» et de les faire servir ainsi & une destruction plus ou moins rapide de la vitesse.

Ni le frein à vide, ni le frein à air comprimé ne sont à proprement parier des inventions américaines. Les premiers brevets pour freins à vide ont été pris en 1860 par deux Français, MM. P. Du Tremblay et André Désiré Martin, et divers inventeurs anglais avaient déjà, vers cette époque, imaginé des dispositions reposant sur le principe

servant de base à la construction et au fonctionnement du frein à air comprimé, tel qu'il est appliqué aujourd'hui. Ce n'est toutefois que vers 1869 et 1870 que ces deux systèmes de freins ont oonvmencé à s'introduire sur les lignes américaines, sous les premières formes que leur ont données respectivement M. Smith et M. Westinghouse.

Au débtit, les deux systèmes paraissent avoir été accueillis avec une égale faveur par les Compagnies de chemins de fer; mais le premier n'ayant reçu que des perfectionnements de détail, qui n'étaient pas susceptibles d'en accroître la portée, tout importants qu'ils fussent au point de vue de son efficacité, tandis que le second a subi des transformations qui lui ont fait acquérir des propriétés nouvelles, l'adoption de celui-ci s'est rapidement généralisée, taudis que l'emploi de celui-là a toujours été limité aux Etats-Unis à un très petit nombre de lignes.

L'emploi du frein Westinghouse s'est surtout répandu à la suite de plusieurs accidents qui avaient eu pour cause le manque de freins suffisamment énergiques, notamment après la désastreuse collision de Révère, sur l'Eastern R.R. du Massachusetts, arrîyée en août 1871, qui coûta la vie à dix-neuf personnes; il a eu pour lui, dès Torigine, le patronage de la Compagnie des Pullman cars, toujours & la recherche des améliorations susceptibles de contribuer aussi bien à la sécurité qu'au bien-être des voyageurs, et en position jusqu'à un certain point de les imposer aux Compagnies pour lesquelles son matériel est devenu aujourd'hui une nécessité; adopté en outre dès l'année 1869 par la grande Compagnie du Pennsylvania R.R., dont l'exemple n'a pas tardé à être suivi par plusieurs autres Compagnies intéressées à ne pas rester en arrière, le frein Westinghouse a eu un succès des plus rapides.

Dès l'année 1878, on ne comptait pas aux Etats-Unis moins de 199 Compagnies exploitant plus de 8000 kilomètres de chemin de fer qui avaient adopté le firein Westinghouse. Dans l'État de Massachusetts, à la fin de 1879, sur 473 locomotives, il y en avait 361 pourvues de ce frein; il était appliqué à 1363 voitures à voyageurs sur un nombre total de 1669.

Il va sans dire que nulle part les pouvoirs publics ne sont intervenus pour imposer aux Compagnies les freins continus d'un système quelconque, ni même pour les leur recommander, et qu'elles n'ont été conduites à cette adoption que par la considération de leur intérêt propre, et par la nécessité de n'avoir qu'un seul système de freins pour les voitures appelées à circuler sur plusieurs réseaux.

Le frein à vide et le frein a air comprimé*, appliqués depuis quelques années en Europe sur une grande échelle, y ont subi des perfectionnements qu'il n'entre pas dans notre objet de décrire ici.

Nous nous bornerons à indiquer succinctement pour ces deux systèmes de freins les principales dispositions adoptées sur les lignes américaines.

Freiiia à vide. — On sait que dans tous les systèmes de freins à vide (vacuum brakes)^ la mise en jeu des freins est déterminée par la raréfaction de l'air, produite à l'aide d'un éjecteur, consistant dans un orifice annulaire, où le passage d'un jet de vapeur est employé pour entraîner l'air contenu dans une conduite régnant sur toute la longueur du train.

Freiii Smith. — Dans le système Smith, breveté aux Étals-Unis en 1872, cette conduite est mise en communication avec des sacs cylindriques en caoutchouc, dont la compression par Tair extérieur entraîne le retrait d'un plateau auquel est attachée une tige commandant le jeu des freins.

Le rétablissement de la pression atmosphérique dans la conduite, obtenu par l'ouverture d'une valve, produit le desserrage des freins, aidé par les ressorts tendant à écarter les freins des roues.

On a abandonné aujourd'hui, sur la plupart des lignes américaines, l'emploi des freins Smith, disposés comme nous venons de les décrire, qui avaient l'inconvénient, indépendamment de la facile détérioration des sacs en caoutchouc, de ne pas se prêter à un serrage assez rapide ^ Dans les premiers appareils de Smith, le retrait des cylindres en caoutchouc devait s'élever jusqu'à 0'",I5 pour que les sabots des freins pusseni; se mettre en contact avec les jantes. Pour amener le contact, à partir du moment où l'éjecteùr commençait à fonctionner, il fallait compter au moins 2 secondes pour la première voiture, et 9 secondes pour la dernière voiture d'un train composé de dix voitures ; le serrage n'était complet sur la première voiture qu'au bout de 9 secondes, et sur la dernière qu'après 16 secondes.

Frein Eames. — Le système de frein à vide le plus employé aujourd'hui en Amérique est le frein de M. Eames (Eames vacuum brake).

1. La Compagnie du Grand Trunk Railway du Canada parait être la seule qui se serve actuellement du frein Smith primitif.

170 CINQUIÈME PAHTIE. — BIATÉRIEL DE TRANSPORT.

Cet inventeur, pour obvier aux inconvénients reprochés au système Smith, remplace les cylindres compressibles, soit par unedouble cuvette, mi-partie en métal, mi-partie en caoutchouc, soit par un cylindre où se meuvent deux pistons entre lesquels se fait le vide, ce qui évite complètement l'emploi des diaphragmes^ flexibles.

Les figures 12, 13 et 14, pi. XXIV, se rapportent à la première disposition qui diffère de celle adoptée dans le frein à vide du système Hardy, adopté aujourd'hui sur un grand nombre de ligneseuropéennes, par l'absence de l'une des deux cuvettes en fonte protégeant dans ce dernier appareil le diaphragme flexible.

Empire vacuum hrake, — Les figures 9, 10, 11, pi. XXIV, reproduisent l'appareil de l'Empire vacuum brake pour lequel M. Eamesa pris un brevet eu 1878, et qui a été employé quelque temps sur le chemin de fer aérien de New- York. Pour éviter l'introduction de la poussière et de l'air humide, susceptibles de détériorer le cylindre et d'y déterminer des dépôts de glace en hiver, M. Eames met en communication chaque cylindre avec l'intérieur de la voiture^ qui est généralement chauffée en hiver.

Un manchon à vis assemblant les deux parties de la bielle qui réunit les balanciers communiquant le mouvement aux freins permet dans le réglage de tenir compte de l'usure des sabots.

Un système particulier de joints automatiques sert à assembler les conduites d'une voiture à une autre. Chaque manchon d'assemblage se termine par une face inclinée sur laquelle vient se rabattre, sous l'action d'un ressort, un disque obturateur, dès que les manchons cessent d'être en contact. Un crochet permet de maintenir lesdisques obturateurs dans une position parallèle à Taxe du joint, quand les manchons ne sont pas en prise. Quand ils sont en prise, le crochet étant dégagé, les ressorts agissent pour amener la fermeture en appuyant le mentonnet d'un des manchons contre l'encoche correspondante*.

1. M. Eames a récemment imagiaé un système de frein à vide, dit vacuum duplex, décrit dans Ja Revue générale des chemins de fer (numéro de septembre 1880). où l'addition d'un réservoir de vide sous chaque wagon et d'une deuxième conduite générale complétée par une valve dite duplex valve fait acquérir à ce système de freins des propriétés analogues à celles du frein Westingtiouse, tel qu'il est appliqué maintenant en Europe. Malgré les bons résultats obtenus avec ce nouveau frein, il est difficile de regarder comme

Ce&i sous sa forme la plus simple, c'est-A-dire avec des appareils comportant seulement une seule conduite et des cuvettes à diaphragme, que le frein Eames est aujourd'hui appliqué sur le chemin de fer aérien de New- York, à l'exploitation duquel le frein à vide convient tout particulièrement, en raison de la faible longueur des trains, comprenant en général trois voitures seulement, et marchant avec une vitesse qui ne dépasse pas 35 kilomètres à Theure.

Sur Tune de ces lignes, le Metropolitan Ëlevated R.R., où le nombre des arrêts aux stations atteignait, dès 1878, 15 000 par mois, le frein Eames parait faire un excellent service depuis son adoption. Au lieu d'être fixées au bâti des voitures, les cuvettes à diaphragme, au nombre de deux par voiture, sont adaptées aux châssis des trucks et placées dans la partie centrale des châssis. Cette disposition a l'avantage d*éviter au bftti des voitures une cause de fatigue et de détérioration, et de permettre de relier directement la tige du piston montée sur le fond du diaphragme avec l'appareil des freins proprement dit, sans gêner en rien la manœuvre des freins à main dont la disposition générale ne subit aucun changement.

On ne saurait contester que sous la forme qui lui a été donnée par M. Eames, le frein à vide ne soit très bien approprié aux trains composés d'un petit nombre de wagons et sujets à des arrêts très fréquents, son action étant alors suffisamment rapide, en même temps que son mécanisme se prête à une répétition de cette action aussi fréquente qu'on peut le désirer.

Freirus à air co^npritné. — Un des principaux reproches que l'on fait au frein & vide sous les diverses formes qui lui sont données aujourd'hui, c'est de n'être pas automatique, c'est-à-dire de n'être pas mis spontanément en action en cas d'accident. Les freins à air comprimé des divers systèmes appliqués tout d'abord sur les ligne^^ américaines ne possédaient pas non plus l'avantage de Tautomaticité. L'emploi de l'air comprimé permettait seulement d'obtenir avec ces premiers appareils une action plus énergique et sensiblement plus prompte sur les freins, et d'employer à leur construction des matières plus durables. Il existe encore en Amérique beaucoup

un Téritable perfectionnement un surcroît de complication qui, en faisant perdre aa frein à vide son avantage caractéristique qui est la simplicité, ne lui permettra jamais de lutter avec le frein à air comprimé pour la puissance et surtout la rapidité d'action.

172 CliSQlilËiMË PARTIE. — .MATÉRIEL DE TRANSPORT.

(le lignes qui se conlenleot du frein Westinghouse primitif, désigné sous le nom d*atmospheric hrake, où Tair comprimé est fourni directement au cylindre de chaque frein par une pompe à air installée sur la locomotive.

C'est principalement de 1870 à 1873 qu'a eu lieu sur les lignes américaines Tintroduclion de ce premier frein à air comprimé.

Frein Loughridge. — Sur les lignes du Baltimore et Ohio R.R. en particulier, on a continué à employer un système de frein à air comprimé dû à M. W. Loughridge. Les figures 5 et 6, pi. XXIV, reproduisent les dispositions principales de ce frein. La pompe à air est actionnée directement par un excentrique calé sur Tessieu moteur.

L'air corïiprimé est mis par une valve en communication avec une conduite qui règne sur toute la longueur du train, et vient exercer sa pression, dans un cylindre à axe horizontal placé sous chaque voiture, contre un piston dont la tige porte une poulie. Sur la gorge de cette poulie passe une chaîne reliant les balanciers des freins. Deux autres poulies placées de l'autre côté de la chaîne sont fixées sur le bâti du cylindre. Le déplacement de la tige du piston, sous l'action de Tair comprimé, entraîne le déplacement latéral de la chaîne, et par suite le rapprochement de ses deux extrémités, qui détermine la mise en prise des freins.

Quand cesse l'action de l'air comprimé, le garde-frein, en enroulant la chaîne du frein à main sur un treuil, peut pousser le piston à fond de course et desserrer ensuite les freins par un mouvement inverse du treuil.

L'avantage principal de ce système est d'égaliser les pressions sur les deux trucks.

Les figures 7 et 8, pi. XXIY, reproduisent le système de joints employés avec le frein Loughridge.

La Compagnie du Baltimore et Ohio R.R. se déclare très satisfaite du frein Loughridge qui, en 1876, a donné de très bons résultats dans des essais faits sur son embranchement de Washington. Un train de dix voitures, marchant à une vitesse de 67 kilomètres à l'heure, aurait été arrêté en 16 secondes, après un parcours de 180 mètres à partir du moment de l'application des freins.

Depuis cette époque, M. Loughridge a apporté à son système de freins certains perfectionnements dont il est malheureusement

difficile d'apprécier la valeur, vu la difficulté d'oblenir des informations à ce sujet.

Frein Westinghouse. — Jusqu'en 1873, le frein Weslinghouse, dont les premiers essais paraissent remonter à Tannée 1869, a fonctionné dans des conditions analogues à celles que nous venons de décrire; ce n'est qu'à partir de cette époque qu'il a subi une transformation qui a eu pour résultat d'en rendre l'action à la fois automatique et sensiblement simultanée sur toute la longueur du train. Ce qui en est en effet le trait caractéristique, ainsi que le fait remarquer l'inventeur, c'est l'établissement sous chaqu-e voilure d'un réservoir où l'air comprimé est emmagasiné à l'avance, préalablement à la mise en action des freins. Au moyen d'un organe spécial de distribution [triple valve), l'air comprimé fourni par la conduite générale peut être refoulé dans ce réservoir, ou envoyé dudit réservoir dans le cylindre des freins : il suffit pour cela de maintenir la pression dans la conduite générale ou de l'abaisser brusquement. Dans le premier cas, les freins restent desserrés; dans le second cas, ils s'appliquent instantanément, l'air comprimé n'ayant à parcourir entre chaque réservoir spécial et le cylindre des freins qu'un espace insignifiant.

Dans ce système, suivant la remarque qui en a été faite, chaque frein peut être comparé à un fusil chargé et armé, prêt à partir dès qu'on presse la détente, remplacée pour l'ensemble des freins par un robinet manœuvré par le mécanicien. Le frein Westinghouse est d'ailleurs en quelque sorte doublement automatique, en ce qu'il fonctionne de lui-même, à la fois pour obvier aux accidents et pour les prévenir ; une rupture d'attelage met les freins en action, et leur serrage intempestif, résultant d'un dérangement quelconque, avertit de ce dérangement et force d'y porter remède, de la môme manière que les appareils électriques employés pour les signaux de protection de la voie mettent ces signaux à l'arrêt en cas de dérangement.

Nous n'aborderons pas ici la description des diverses transformations qu'a subies le frein Westinghouse, soit en Amérique* soit en Europe, où il est appliqué maintenant sur un grand nombre de lignes. Il nous suffira de constater que son application au matériel européen, qui rencontrait des difficultés sérieuses en raison de la plus grande vitesse des trains et du plus grand nombre de voitures

n4 CINQUIÈMK lURTlE. — MATÉRIEL DE TRANSPORT.

daos chaque ti*ain, est aujourd'hui entrée tout à fait dans le domaine de la pratique, gnlce à de nouveaux perfectionnements qui permettent de se servir du frein Westinghouse à la fois pour l'arrêt tant instantané que normal des trains et, dans une certaine mesure, pour la modération de la vitesse sur les fortes pentes ^

FrehiS continus pow lef< trains de marchandises, — Jusqu'à présent, en Amérique comme en Europe, l'emploi des freins continus a été limité, sur presque toutes les lignes, aux trains de voyageurs. On se préoccupe néanmoins sérieusement de les introduire aussi dans les trains de .marchandises. Cette introduction serait d'autant plus motivée en Amérique, que la manœuvre des freins, opérée successivement, ainsi que nous l'avons vu, sur tous les wagons d^un train, par suite des dangers que courent les garde-freins en circulant sur les wagons, est loin d'offrir les mêmes garanties d'efficacité qu'en Europe, où elle se concentre sur un certain nombre de wagons sur lesquels le serrage des freins peut être fait simultanément en toute sécurité par le personnel.

Dans les essais de freins continus qui ont été faits jusqu'à ce jour, on a complètement écarté comme trop compliqué le frein Westinghouse; pour les trains composés d'un petit nombre de wagons, on a essayé le frein Eames. Pour les trains d'une certaine longueur comprenant, comme il arrive souvent sur les grandes lignes, des wagons de toute provenance, on parait disposé à renoncer à la continuité, et on se borne sur quelques lignes à intercaler des wagons pourvus de moyens de serrage automatiques, établis sur le même principe que le frein du système Guérin en France. Tel est en particulier le système de ï American brake Company^ expérimenté depuis 1880 sur la ligne de Saint-Louis et San-Francisco \Missouri) entre Springfield et Stafford, où la compression des appareils d'attelage détermine la mise en action des freins susceptibles d'ailleurs d'être manœuvres à la main, quand la vitesse de marche atteint de 10 à 12 kilomètres. L'action de la force centrifuge, en se développant sur des bras qui se meuvent autour d'un des essieux

1. On trouvera daos une note insérée à la fin de ce volume une reproduction des dupoàiioos dee frMniWestiDgbouse, telles qu'elles résultent des derniers perledionaeiDents de rinventeur, et un aperçu de celles d'un frein plus simple^ fondé également sur le principe de l*air comprimé, le frein Wenger, qui a donné de très bons résuHats dans les promières expériences auxquelles U a été soumis.

CHAP. XVI. — FfiEINS ET APPAREILS ENREfilSTREtitS. 175

-d'un Iruck, entraine la mise en action des freins, la compression ^es attelages produisant alors l'enclanchement d'un levier à fourche qui les commande. Un ressort intercalé entre les sabots et le levier •de commande soustrait ceux-ci à l'effet des chocs et enipé<.he en outre le calage des roues.

Un autre ressort appliqué sur les bras actionnés par la force centrifuge tend, au moment de l'arrêt^ à repousser ces bras et o[)ère ainsi le déclanchement du levier à fourche de commande.

L'efficacité de ce système de freins suppose essentiellement l'emploi <i*un frein énergique appliqué a la locomotive, pour déterminer sur la fête du train un ralentissement de nature à provoquer la compression progressive des attelages. Cest un frein à vapeur intercalé entre deux roues motrices qui est employé à cet effet.

Le refoulement du train ou 1 emploi d'une machine en queue ne «ont pas d'ailleurs susceptibles de mettre intempestivement les freins en action, tant qu'une certaine vitesse de marche n'est pas atteinte.

On reproche toutefois avec raison à ce frein d*être d'une construction compliquée, et de ne fonctionner qu'autant que la vitesse de marche atteint 10 kilomètres.

D'autres inventeurs, MM. Talman et Ward, ont aussi pris des brevets pour appliquer aux trains de marchandises des freins mis en action par des engrenages ou par friction, comme dans les freins Heberlein et Becker, puis un frein à sabot agissant sur les rails; mais on ne peut pas dire que ces freins, qui ne sont guère que des freins de détresse, et dont l'action est loin d'être instantanée, soient entrés sérieusement dans la pratique de l'exploitation.

Emploi de la coîilre-vapeur» — L'emploi de la contre-vapeur, bien que ses avantages ne soient pas plus méconnus en Amérique qu'en Europe, pour modérer la vitesse des trains à la descente des fortes rampes, après des essais multipliés qui ont complètement réussi, ne parait pas s'être généralisé sur les lignes américaines. Les mécaniciens se montrent d'autant moins disposés à s'en servir qu'ils ont sous la main des freins énergiques sur l'eCCcacité desquels ils peuvent compter, au moins pour les trains de voyageurs tous pourvus maintenant, ou peu s'en faut, de freins continus.

176 CIlVQriËME PARTIE. — MATÉRIEL DE TRANSPORT.

APPAREILS ENREGISTEURS.

Sur les lignes récemment livrées à Texploitation, dans un état plus ou moins imparfait, et ayant au début un très faible trafic, on ne se préoccupe guère de la régularité de la marche des trains. Le temps des arrêts dans les gares n'étant pas habituellement fixé, la tendance du personnel des trains est de les faire les plus longs possibles, sauf à regagner en Ire les stations le temps perdu par une vitesse de marche bien supérieure à la vitesse normale. Nous avons vu d'ailleurs qu'indépendamment des stations pour voyageurs et marchandises, il y avait fréquemment des stations pour prendre, soit de Teau, soit du combustible en route : autant d'autres causes d'irrégularité dans la marche, sur lesquelles les administrations de chemins de fer ont peu d'action, vu leur peu d'autorité sur un personnel essentiellement temporaire et nomade.

Il en est toutefois autrement pour les grandes lignes des États de l'Est, où une meilleure organisation des services permet un contrôle plus efficace de la marche des trains, et où la régularité de cette marche a un intérêt bien plus grand, en raison de l'activité du traflc et de l'importance des économies qu'elle est susceptible de procurer en consommation de combustible, comme en usure du matériel roulant et de la voie. Aussi a-t-on fini par aviser aux moyens d'y contrôler, au moins de temps en temps, la marche des trains par l'emploi d'appareils enregistreurs, qui ont été ensuite étendus à l'examen de la voie. Disons toutefois que l'appareil enreregistreur le plus remarquable a été imaginé à l'occasion des essais comparatifs entrepris sur les freins continus, et qu'il est dû à M. Westinghouse.

Les appareils enregistreurs les plus simples se composent généralement de deux parties, mues, l'une par un mouvement d'horlogerie et donnant les temps écoulés, l'autre par l'essieu du véhicule et donnant les espaces parcourus. Une bande de papier, entraînée par l'un ou l'autre de ces deux mouvements, reçoit la trace faite par un style ou un crayon participant à l'autre mouvement. La vitesse se déduit de l'inspection du trait que reçoit le papier.

Dans l'enregistreur de M. Wythe, l'essieu transmet son mouvement à un tambour sur lequel est enroulé un papier que parcourt dans le sens de l'axe du cylindre un crayon ayant un mouvement

GHAP. XYI. — FREINS ET APPAREILS ENREGISTREURS. 177

alternatif, qui lui fait parcourir la banJe de'papier en 30 minutes dans chaque sens. Les courbes ainsi tracées permettent de mesurer la vitesse par l'inclinaison de chacun de leurs éléments sur une parallèle à Taxe du tambour.

Un autre enregistreur, celui de M. Kettell, donne séparément les espaces parcourus sur un cadran, et fait mouvoir, par l'intermédiaire d'un excentrique calé sur un essieu, un levier soulevant à chaque révolution un style perçant une bande de papier, enroulée sur un tambour mu par un mouvement d'horlogerie, et divisée à l'avance par des traits transversaux correspondant à des fractions du temps. La vitesse se déduit alors du nombre de points tracés sur la bande du papier pour chaque fraction du temps. Le papier enroulé en spirale peut sufftre pour un intervalle de temps de trente heures, et les points tracés correspondent chacun à un quart de mille, soit 400 mètres.

L'enregistreur de M. Westînghouse a cela de particulier qu'il donne directement la vitesse.

Cet appareil peut être installé sur une machine ou sur un wagon. Son fonctionnement repose sur la mesure de la pression sous laquelle s'écoule l'eau, qu'une pompe refoule en soulevant un clapet soumis à l'action de la force centrifuge développée sur des poids entraînés par le mouvement de rotation d'un essieu. Cette force étant proportionnelle au carré de la vitesse, & chaque instant, celle-ci se déduit directement de celle-là *.

11 nous reste à dire quelques mots des appareils employés à apprécier l'état de la voie.

Appareil Pitcairn. — Dans les inspections annuelles de la voie sur le Pennsylvania R.R., on se rend compte de ses irrégularités au moyen de l'appareil inventé par M. Pitcairn et représenté pi. XXV, fig. 9 et 10. Il consiste dans un bâti que l'on peut fixer sur le plancher d'une machine ou d'un wagon. Deux fiasques implantées sur le pied de ce bâti encadrent une longue lame d'acier flexible, à la partie supérieure de laquelle est une tète de marteau, et dont la flexibilité peut être réglée au moyen de vis de pression passant à travers les

1. On trouvera dans une note insérée à la fin de ce volume la description de cet appareU, d'un fréquent usage dans les essais de freins continus où sa grande exactitude a été fréquemment vérifiée.

flasques. Près du sommet du bàli, des glissières horizontales permettent de faire varier les positions de deux plaques portant chacune une sonnerie et un indicateur. Ces plaques sont rattachées à un système de leviers articulés, au moyen duquel on peut changer leurs positions par rapport au marteau. Au-dessous, de chaque côté, sont deux bras oscillants que Ton peut fixer dans une position* quelconque. Ces bras portent aussi chacun un marteau, une sonnerie et un cadran indicateur.

Les marteaux sont disposés de manière à ne pas frapper la sonnerie quand la voie parcourue est en parfait état, mais tout joint défectueux et tout dénivellement de la voie déterminent un coup sur la sonnerie et le cadran. On peut ainsi découvrir, en un double passage aller et retour sur la voie, toutes ses défectuosités.

Dynagraphe Dudley. — L'appareil de M. Dudley, connu sous le nom de Dynagraphe, enregistre à la fois toutes les circonstances du parcours de trains, les variations des efforts de traction comme les inégalités de la voie, et les totalise pour un parcours donné. C'est, comme dans l'enregistreur de M. Westinghouse, la pression transmise par une colonne liquide à un diaphragme, qui, en écartant plus ou moins la pointe d'un style de sa position initiale, lui fait tracer, sur une bande de papier se déroulant sur des tambours, des ordonnées proportionnelles aux efforts à mesurer. S'il s* agit de la traction, la barre d'attelage placée entre deux wagons entraîne parallèlement à sa direction un piston pressant la colonne liquide ; quand la traction est remplacée par une compression, un autre piston, se mouvant en sens opposé, agit sur la même colonne, communiquant avec un réservoir supérieur, d'où la pression est ensuite transmise à un piston conjugué avec le style.

Pour mesurer les inégalités de la voie, la colonne liquide est contenue dans un cylindre, fixé sur le balancier qui repose sur la botte à graisse, et fermé en bas par un diaphragme que presse un ressort ; l'huile contenue dans ce cylindre transmet ses oscillations & un autre diaphragme supérieur commandant directement le style enregistreur.

Le rouleau de papier sur lequel appuie le style est animé d'un mouvement proportionnel k la vitesse de marche qu'un autre style permet d'apprécier en y marquant un trait chaque seconde ou

chaque minute sous l'action d'un courant électrique interrompu périodiquement.

La totalisation des effets est obtenue à l'aide d'un cadran mû avec une vitesse proportionnelle à la vitesse de marche, sur lequel s'appuie une roulette occupant le centre du cadran et par suite immobile, quand les efforts transmis sont nuls, se mouvant au contraire avec une vitesse proportionnelle à son écartement de ce centre, et, par suite, à ces mêmes efforts, quand ils prennent une certaine valeur. Le nombre de tours de cette roulette est ainsi proportionnel à la fois à l'espace parcouru et à l'effort transmis.

A l'aide de cet appareil (pi. XXV, Qg. l), M. Dudley a pu obtenir une représentation graphique de l'état de chaque voie parcourue.

Sur quelques voies, il a constaté que, sous la charge des trains, certains joints s'abaissaient de 0"',025 au-dessous des points des rails situés aux tiers et deux tiers de leur longueur, et de 0"',0125 au-dessous des milieux des rails.

H. Dudley a trouvé que sur les meilleures voies les dépressions ne dépassaient pas de 3 à 4 millimètres, tandis qu'elles atteignaient 36 millimètres sur les plus mauvaises et, qu'au milieu des portées, les rails, lorsque le trafic est considérable, subissaient une dépression permanente, moindre toutefois qu'aux extrémités.

M. Dudley a en outre mesuré, à l'aide de ses appareils la surélévation des rails en courbe, au moyen de flotteurs placés dans des cylindres remplis d'eau et fixés de chaque côté d'un truck.