CHAPITRE VII

Voitures, — Moteurs. — FonclioDnenient des moteurs ; (ii) Moteur ù courant continu, excité en série ; (6) Moteur à courant continu, excM en dérivation; (e) Moteurs à courants polyphasés. — Contrôleur. — Appareils divers. — Freins. — Éclairage et chaufTage des voitures. — Fenders. — Voitures pour l'enlèvement' des neiges. — Voilures tliverses.

Voitures. — Dans une voiture uoiis distinguerons \etruck el la caisse. On fait généralement ces deux parties indépen-

Fig. lîl, — Truck Peckhaai.

dautes, de telle façon que, dans les dépôts, on puisse, en enlevant la caisse, visiter facilement les moteurs el les connexions.

Le truck est constitué par un bâti rectangulaire en acier convenablement enlretoîsé.

Les Américains ont poussé 1res loin l'étude et la construc-

no LES TRAMWAYS ÉLECTUIOUES

tion des trucks. Nous indiquons figures 131 et 132 deux des

principaux trucks employés par eux : le lruc& PeckAam qui

Fig. 13a. — Truck Brill.

est en acier forgé, et le tnick Brill dont le châssis est en acier coulé, ce qui offre l'avantage d'écarter l'emploi des rivets.

L'empattement, c'est-à-dire la dislance des essieux, est généralement assez faible (1,8 m environ), afin de permettre aux voitures de passer dans des courbes de !8 à 20 mètres de rayon.

Pour obtenir une inscriplion plus facile du matériel dans

Fig, 133. — Truck

les courbes on a parfois employé des essieux convergents. Mais il vaut mieux avoir recours à des bogies. Le mouvement de la voiture est alors beaucoup plus doux et la fatigue

du matériel est moindre. L'inconvénient des bogies, c'est qu'ils augmentent le poids mort. Aussi a-t-on combiné des bogies à roues inégales (truck maximum traction (fig. 133), truck BrilJ, etc.....) qui sont caractérisés par une grande légèreté. Dans ce cas, afin d'augmenter l'adhérence, le poids de la voiture est réparti inégalement sur les roues, la roue motrice, c'est-à-dire la grande roue, recevant au moins les deux tiers du poids.

La tendance actuelle est aux voilures longues. Mais, dans le cas des essieux rigides, la longueur est assez limitée, car, si le porte-à-faux était trop CDUsidérable, la voiture serait mal équilibrée et subirait des mouvements de lacet désagréables. Le porte-à-faux est généralement égal à l'empattement.

La caisse de la voilure repose sur le truck par des ressorts. En Amérique, on emploie surtout des ressorts à boudin. Chez nous, au contraire, nous nous servons plus volontiers de ressorts plats, analogues à ceux des wagons de chemins de fer.

Le truck repose également par des ressorts sur les boîtes à graisse. On dispose ainsi d'une double suspension, qui donne au roulement beaucoup de douceur.

Nous n'avons rien de spécial à dire sur les roues. Signalons cependant l'emploi de plus en plus considérable de roues en lonte, à cémentation superficielle. Quel que soit le métal employé il ne faut pas oublier que les roues doivent êtrecombinées pour les rails sur lesquels elles doivent rouler. Il importe de déterminer le profil du bandage en conséquence.

172 [.ES TRAMWAYS ELECTRIQUES

Les' voilures sont ou fermées (fig. 134 et 135) ou découvertes, snivfint les snîsons — ou du moins elles devraient

FiK. 13i, — Voilure fermée à essiejx rigiJes.

être ainsi. Meus beaucoup de compagnies, soit insuffisance de capital, soit par suite d'une conception fausse des besoins de l'exploitation, s'obstinent encore à avoir, pendant l'été, le même matériel qu'en liiver. C'est une erreur certaine.

L'expérience prouve que, pendant la belle saison, les voilures ouvertes sont très goûtées par le public qui délaisse les voilures fermi-es (fig. 136).

MATÉRIEL lîOULANT 173

Si, par suile des exigences adminislrativcs, on ne peut

adopter ce genre de mutériel, il faut s'en rapprocher autant

I Fig. 130. — Voiture ouverte.

que possible et combiner, par exemple, comme Et New- York, des voitures mixtes (fig. 137). D'après M. Vrecland ces voitures ont, à New- York, le plus grand succès.

Pour diminuer les dépenses de première installation

Fig. 137. — Voiture mixte américaine.

que nécessite un double matériel , certaines compagnies ont combiné des voitures mixtes à parois mobiles (Portland).

ni LES TRAMWAYS ELECTRiOUES

D'autres ulilisent les mêmes trucks et changent simplement la caisse de la voiture.

EuPin on peut s'arranger également de façon à faire servir les moteurs des voitures fermées pour l'équipement des voitures découvertes. Ainsi la Wesl End Street Railœay Com-

Fig. 138, — Voilure à impériale (Taris).

pany de Boston, qui emploie pendant la mauvaise saison des voilures fermées à deux moteurs de 25 chevaux, se contente, quand elle met en circulation une voiture découverte, d'enlever l'un des moteurs d'une voiture fermée et de l'installer sur le truck de la voiture à mettre en service. On ne dispose, dans ce cas, que de 2a chevaux par joiture. Mais les voitures sont plus légères et, en été, le roulement se fait

dans de bien meilleures conditions. La voiture fermée, réduite à son moteur de 25 chevaux, sert de réserve pour les jours de grande affluence.

Les voitures à impénale sont de plus en plus abandonnées (fig. 138). Elles font perdre trop de temps pour la montée et ta descente des voyageurs. De plus elles sont une source d'accidents. C'est cette préoccupation qui a conduit les nou-

Fi)î. 139.— Voiture à plate-forme centrale (Paris).

velles compagnies de tramways de Paris à adopter un type de voiture à grande plate-forme centrale (fig. 139) avec deux compartiments fermés, à droite et à gauche, l'un pour la 1" classe, l'autre pour la 2*^ classe.

Les dispositions intérieures des voitures doivent être combinées en vue d'assurer la circulation des voyageurs et de faciliter le contrôle. Ce qui paraît le mieux convenir est d'avoir l'entrée à une extrémité et la sortie à l'autre. Il faut se défier des grandes plates-formes dont l'emploi est ten-

176 LES TRAMWAYS ÉLECÏHIQUES

tant, au premier abord, parce qu'elles ont une grande capacité. En cas de surcharge elles rendent la perception très difficile.

La double classe (1" et 2*) est une complication sérieuse pourj'arrangement de la distribution intérieure. Les Américains n'ont qu'une classe et s'en contentent fort bien. 11 est regrettable qu'à Paris on n'ait pas cru devoir les imiter.

On-sépare souvent le v^attman du public. C'est une mesure sage, le wattman devant réserver toute son attention pour la conduite des voitures.

Moteurs. — Il est nécessaire que les moteurs soient peu volumineux, pour qu'ils puissent être logés aisément sous la caisse des voitures. En outre, leurs différents organes doivent être mis soigneusement à Tabri de la boue et de la poussière.

On a combiné, à cet effet, des moteurs dits Waterproof^ qui sont complètement renfermés dans une enveloppe en fonte ou en acier coulé; mais celle-ci peut s'ouvrir facilement, en sorte que Ton peut visiter rapidement les différents organes en mouvement et, en particulier, le collecteur.

Un moteur se compose essentiellement d'un induit tournant entre des électro-aimants excités par un système inducteur.

C'est, en somme, la disposition bien connue d'une dynamo; mais, dans un moteur, c'est le courant qui fait tourner l'induit, alors qu'avec une dynamo on fait tourner l'induit pour obtenir du courant.

MATERIEL lîOULANT

Avec les moteurs de puissance moyenne, comme ceux qui sont en usage pour la traction des tramways, l'induit tourne IrSs vite (800 à 1000 tours par minute). C'est là un inconvénient, car, pour passer de la vitesse de r jtation d .'s moteurs à

t'ig. UO. — Moteur électrique ouvert en grand.

celle des essieux, on est obligé d'employer plusieurs engrenages réducteurs. Mais on peut obtenir une vitesse moindre, en combinant des moteurs à plusieurs inducteurs, c'est-à-dire à plusieurs pôles. Le plus souvent les moteurs sont télrapolaires (à 4 pôles). Dans ces conditions, la vitesse se trouve diminuée de moitié (400 à 500 tours) et un seul engrenage

Maréchal. — Tramways élect., 2< édit. 12

178 LES TRAMWAYS Kt.KCTRIQUES

suffif. Comme cet engi'cnagi; produirai), en lournant, unbruil

(le ferraille di5sagi'<^ablc, on le loge dans une caisse remplie

d'huile.

Od peut, pour celle Iransmission de mouvement, rempliicer les engrenage.s par des bielles ou par des chaînes de

Fig. 141. — Moteur électrique ouvert seulement pour la visite du collecteur.

transmission. Mais les engrenages sont d'un emploi beaucoup plus répandu.

En vue de diminuer les inconvénienls inévitables d'une transmission par engrenages M. Short a contriiit un moteur h vitesse lente, qui se monte directement sur les essieux. Mais le rendement de ce moteur est moins bon que celui des moteurs ordinaires à 4 pôles.

Les figures 140 et 14! montrent un moteur excessivement répandu aux Etats-Unis. C'est le type GE, 800 de la General Electric Company, ainsi désigné parce qu'il peut

MATÉRIEL KOULANÏ n»

exercer sur la barre d'attelage un effort de traction de 800 livres'. Sa puissance est de 23 chevaux.

On peut ouvrir le moteur en grand, comme l'indique la figure 140; ou bien, en soulevant un couvercle latéral, on inspecte seulement le collecteur (fig. 141). Cette dernière op^ra-

Fig. 142. — Montage du moteur sur le tnick. — Vue en pli

tîon peut se faire en cours de route, en ouvrant une petite trappe ménagée dans le plancher de la voiture.

Le moteur est monté comme l'indique la figure 142. Par deux paliers if porle sur l'essieu moteur. En arrière, il est soutenu pur une barre transversale fixée elle-même au truck

.' Ce moteur est fabriqué, en France, par loi Société Thomson-Uouslon. Citons également les ^moteurs Westinghouse. Ceux-ci se fabriquent inaintenUnt en France (Société Industrielle d'Électricité).

parrintcrmétliaire de tampons en caoulchoiic. La Iransmission des mouvements est assurée par un pignon en acier taillé engrenant avec une roue en acier coulé calée sur l'essieu. Le rapport des engrenages est de 1 à 4,70. Le moteur pèse, enveloppe comprise, environ TOO kg, soit 28 kg par cheval. Dans l'équipement Wcstinghouse la harre de soutien

. ï^g. 143. — Mode de s.ispensiou du moteur Wcstinghouse.

n'est plus à suspension élastique. Mais le moteur s'appuie sur elle par l'intermédiaire de deux ressorts (fig. 143).

On doit se préoccuper, pour l'installation d'un moteur sur un truck de tramways, de réduire autant que possible le poids porté par l'essieu, afin damortir les chocs qui se produisent aux passages des éclisses. C'est ainsi que, dans le truck de la General Electric, le point d'attache du moteur, sur la barre arrière, se trouve un peu au-dessous du centre de gravité du moteur et de son enveloppe.

Dans un môme ordre d'idées, M. Short suspend son moteur à action directe pour ainsi dire au-dessus de l'essieu.

Le truck Walker présente (fig, 14i) une disposition orîgi-

nale. Le moleur est excentré par rapport à Tessieu et il repose sur celle pièce par rintermédiaire de ressorts. Une barre fixée au truck et sur laquelle il s'appuie également par rintermédiaire de ressorts forme second point d'appui. Le moteur est ainsi doublement suspendu : à Tavant et à l'arrière .

Fig. 144. — Mode de suspension du moteur Walker.

Un moteur pour tramway doit être excessivement robuste et il faut pouvoir, quand une pièce est avariée, la remplacer rapidement.

Aux Etats-Unis chaque pièce est cataloguée et, si on ne la possède pas en magasin, il suffit de s'adresser au constructeur pour la recevoir sans délai.

La plus importante partie de la dépense d'entretien d'un moteur concerne le collecteur qui s'use assez rapidement

par suite du frotlement des balais et des étincelles qu*occasionnent les variations brusques de courant. A ce double point de vue on doit conseiller l'emploi de balais en charbon, de préférence aux balais en toile métallique, en clinquant ou en fils de cuivre.

Ces balais se placent normalement au collecleur et, comme on le verra plus loin, ils n'ont pas besoin d'être décalés, quand on .veut changer le sens de la marche.

Dans un moteur à courants polyphasés, il n'y a pas de collecteurs (des bagues de prise de courant suffisent). C'est là un des avantages que l'on fait, avec raison, valoir en faveur du système.

Fonctionnement des moteurs. — a) Moteur à courant continu excité en série. — Les moteurs de cette catégorie sont de beaucoup les plus employés pour la traction des tramways (nous dirons plus loin pourquoi). C'est le même courant I (en ampères) qui traverse les inducteurs et l'induit.

Supposons un moteur fonctionnant sous une différence de potentiel E (par exemple 500 volts) et tournant à la vitesse de n tours par seconde. Ce moteur produit, en tournant comme le ferait une dynamo, une certaine force électromotrice e» Elle est opposée à celle qui le fait tourner (loi de Lenz) et est, pour cette raison, appelée force contre-électromotrice. L'intensité I (en ampères) du courant qui circulera dans le moteur sera dès lors, à ce moment

R étant la résistance intérieure du moteur, exprimée en ohms.

Or le régime de e est connii : c'est celui d'une dynamo ordinaire; il se résume dans la formule

e = kno (2)

oii k est une constante, n le nombre de tours par seconde de Tinduit (et par suite du moteur) et 's le flux magnétique produit par les inducteurs.

En rapprochant les formules (Ij et (2) on voit qu'au moment du démarrage e est nul et I maximum. A ce moment I =-rj-. Cette valeur est généralement beaucoup trop forte pour pouvoir être supportée par le moteur qui risquerait d'être brûlé. On atténue alors Tintensité du courant en faisant passer celui-ci dans des résistances.

Le moteur se met en route; e croît rapidement et, dès qu'il a atteint une valeur convenable, on peut supprimer la résistance. Alin d'éviter les à-coups on supprimera cesrésislances progressivement, par exemple en trois fois.

L'action d'un moteur s'exerce sur un pignon (monté sur Tarbre de l'induit) et se traduit par un certain couple mécanique C. La puissance disponible est C X 2 it n, et comme elle est d'autre part égale à e I, on en déduit

formule qui permet de calculer à chaque instant le couple mécanique.

184 LES ÏUAMWAYS ÉLECTRIQUES

On peut mettre celte formule sous la forme

- Kwol K C = • = -— - qI 2 TW 21:'

Or, le flux magnétique 'f , produit par le courant circulant dans les fils qui entourent Tinducteur, est fonction de ce courant. Si Ton veut le représenter graphiquement on aura une courbe analogue à celle qu'indique la figure 145 et qui montre que, pour une intensité nulle, ^ est nul, ce qui se conçoit d'ailleurs aisément , puisqu'il ne peut y avoir à ce moment d aimantation. Puis, au fur et à mesure que I croît, ç augmente d'une façon à peu près proportionnelle. Mais il arrive un moment où les inducteurs sont saturés. Le flux restera alors pratiquement constant et la courbe deviendra sensiblement une droite horizontale, en formant un coude au point qui correspond à la saturation.

Dans les moteurs de tramways généralement employés le courant qui circule dans les inducteurs pendant la marche normale est tel que ceux-ci sont saturés. Ils le sont à fortiori s,u début puisque ^ à ce moment, l'intensité du courant

Fig. 145. — Courbe du flux magnétique.

MATERIEL ROULANT i85

est maxima. Donc on peut, pour un moteur de tramway, considérer © comme constant, et de la formule (4) résulte par suite cette règle, que le couple est proportionnel à Vintensité, Au moment du démarrage cette intensité est, comme nous Tavons établi, maxima.

Donc le couple au démarrage d'un moteur excité en séiie est maximum^ qualité extrêmement précieuse pour une exploitation de tramway, car, grâce à elle, on peut réaliser des démarrages très rapides.

Les différents régimes d'un moteur sont mis en évidence par sa caractéristique. Pour obtenir celle-ci on porte les intensités en abscisse et, en ordonnées, le couple et la vitesse.

On complète généralement ces courbes fondamentales par la courbe du rendement. Ce rendement s'entend par le rapport de la puissance disponible sur Tarbre du moteur à la puissance totale fournie au moleur qui est égale à El.

Nous avons vu que la puissance disponible sur Tarbre était de Cx Stt n; mais nous avons négligé ainsi certains couples parasites comme, par exemple, celui qui provient des frottements de Tarbre sur ses coussinets.

Pour obtenir le vrai couple utile CaU on le mesurera au

El

frein de Prony et c'est l'expression - — rq qui déterminera

le rendement.

Dans la pratique, il est intéressant de connaître non pas le couple sur l'arbre du moteur, mais l'effort de traclion F à la jante des roues. Si m est le rapport des engrenages et

D le diamètre des roues motrices on aura F = ^j-

18« LES THAMWAYS ÉLECTRIQl'ES

Dfi même, on fera entrer dans le rendement du moteur celui des engrenages qui le diminue d'environ 4 à 5 p. 100. ■ Les courbes de la ligure 146 ont été % g ûtablies en parlant de ces deux dernières hypothèses.

î il

Rèppwi des engrena^ -^

Pig. lie. — Caractéristique d'uQ moleur de Iramwaj'.

On a beaucoup amélioré, dans ces dernières années, le rendement des moteurs de tramways. Celui-ci atteint facilement de 80 & 85 p. 100, et d'autre part, on a pu obtenir que ce rendement élevé s'appliquât à une série de

régimes 1res variables. C'est ce que montre clairement la figure.

Manœuvre des moteurs, — Les principales manœuvres que Ton a à effectuer avec un moteur de tramway sont le démarrage, le réglage de la vitesse, le stoppage et la marche en arrière.

Démarrage. — Nous avons donné, plus haut, le principe du démarrage. 11 se fait en intercalant sur le passage du courant des résistances variables.

Ce système entraînant une perte sèche d'énergie, on peut, sur les voitures à deux moteurs, prendre l'un d'eux comme résistance.

A cet effet, on les alimente tout d'abord en série, sauf à

rendre à chacun d'eux son indépendance (mise en parallèle) lorsque le coup de collier du démarrage a été donné.

De cette façon on réduit notablement la résistance de démarrage et Ton réalise, surtout sur les lignes où les arrêts sont fréquents, une économie très sensible ^

Réglage de la vitesse, — Considérons un moteur de tramway en marche. Le nombre de tours par seconde est donné par la formule

e = kno d'où n = -, — (5)

' Nous citerons, à ce sujet, les expériences faites par M. Diermau avec deux moteurs de 23 ctievaux de la General Klectric Company. En employant des rhéostats on a dépensé, pendant les dix-huit secondes qu'a duré le démarrage, 62,4 ampères moyens, alors qu'en groupant les moteurs eu série on n'a plus consommé que 4i,9 ampères.

Mais, en vertu de la formule (1), on a ^ = E — RI. Donc on

peut écrire