CHAPITRE IL t)e la force de la gravité ou des plans automoteurs

Nous avons vu que lorsque l'inclinaison d'un chemin de fer dépasse 5 millimètres patmètre, les waggons descendent par leur propre poids; Tant que la pente né dépassé pas i4 ou i5 millimètres par mètre * les waggons peuvent être ainsi lancés par convois , lfcti* vitesse étant réglée au moyen des freins qttt nous avons décrits; mais, sur des pentes pins fortes , leur accélération peut devenir terrible, et la quantité de freins gt d'hommes qu'il faudrait disposer pour les retenir rendrait très-coûteuse et peu sûre uné telle manière de les diriger* Un moyen d f user cet excès de vitesse, c'est de lui faire soulever un contre-poids, et c'est ce qui a donné l'idée d'employer la force des chariots descendant à remonter d'autres chariots , au moyen d'un câble qui passe sur une poulie placée au sommet delà descente, et qui s'attache d'un côté au convoi de descente et de l'autre aux chariots qu'on veut remonter. Cette disposition est ap*. plicable surtout aux chemins destinés au transport des produits des exploitations houillères: car ces exploitations sont généralement situées sur des points assez élevés au-dessus

des rivières où se fait rembarquement, et les retours se composent uniquement de chariots vides. On voit ainsi, dans les environs de Newcastîe et de Sunderland, de nombreux exemples de semblables plans inclinés, que Ton désigne en anglais par le nom de self»

acting planes ou 4e plans automoteurs.

Il* présentent dans la partie inférieure une seule voie qui se sépare , en deux voies parallèles, à moitié de la longueur totale du plan incliné ; ces deux voies n'ont guères que 3o à 4o mètres , et se réduisent ensuite à trois rangs de bandes parallèles qui s'étendent jusqu'au sommet. A ce point {vojr.h fig. 16) est établie sous terre une large poulie en fonte dont le diamètre est un peu plus grand que la largeur d'une seqle voie. Sur cette poulie passe un demitour du câble qui doit s'accrocher d'un côté au convoi supérieur, de l'autre à celui qu'on veut remonter. Ce câble porte dans toute la longue qr du plan incliné sur des poulies en fonte, espacées de 7 wètres en 7 mètres environ. Il existe un rang de ces poulies sur chaque yoie séparée, et un seul sur la voie unique qui se trouve dans la partie inférieure du plan incliné.

Ceci posé , supposons le câble attaché à deux convois, l'un chargé et placé en haut sur l'une des voies, l'autre vide et placé en bas sur

la voie unique. Le convoi descendant , étant mis en mouvement , entraine le câble malgré son frottement sur la grande poulie de renvoi et sur les petites qui le supportent , et si la pente est assez forte , il remonte le convoi vide jusqu'au point où les trois rangs de rails supérieurs se fourchent en quatre. Là les deux convois se croisent, et, à cet effet, une aiguille est placée en bas du croisement, de manière à diriger le convoi montant sur la voie qu'il doit suivre. Ils passent ainsi l'un devant l'autre. Le convoi chargé prend la voie unique du bas; le convoi montant suit la direction que lui donne le câble auquel il est attaché, et arrive au haut du plan incliné sur une partie où la pente cesse , et où il s'arrête ; car il n'est plus alors entraîné par la force du convoi descendant qui se trouve arriver également sur une partie du niveau , et ne peut plus ainsi exercer aucune force de traction.

Si Ton examine la fig* 16, on verra le genre de croisement que Ton établit au sommet du plan incliné pour éviter l'encombrement des waggons vides qui sont remontés , et des pleins que l'on veut lancer sur le plan incliné. Les lignes ponctuées indiquent les bandes qui passent sur l'emplacement de la grande poulie. Comme les convois de descente et de remonte ne peuvent jamais se rencontrer qu'au milieu

du plan incliné , on conçoit facilement qu'on a besoin sur ce point seulement d'une double voie complète, et qu'au-dessous il ne doit y avoir qu'une voie unique. Au-dessus , il existe bien trois rangs de rails parallèles , de sorte que celui du milieu sert alternativement pour les convois de droite ou de gauche ; mais ceci tient à ce qu'une voie simple obligerait le chariot descendant à passer au point de croisement sur le câble qui tire le convoi montant ; or, ce passage ne pourrait s'effectuer sans de grands inconvéniens qui causeraient la prompte détérioration du câble. Remarquons de plus que l'aiguille qui guide le convoi inférieur dans le croisement, se trouve toujours placée dans le sens convenable par le convoi qui a descendu précédemment; et c'est ce que l'on comprendra de suite , en observant que les convois descendans passent tantôt sur la voie supérieure de droite , tantôt sur celle de gauche , et alternent ainsi avec les convois de remonte. Un homme placé sur chaque convoi ralentit au besoin son mouvement à l'aide d'un frein qu'il tient sous sa main.

Les poulies en fonte sur lesquelles porte le câble ont différentes formes , suivant qu'elles sont destinées à une portion de ligne droite ou à une portion de courbe. Les poulies des lignes droites ont un pied en viron de diamètre

avec une gorge de i4 centimètres de largeur sur 6 de profondeur. Elles sont montées sur un axe en fer, dopt on diminue le diamètre autant que possible , par la même raison qui fait diminuer le diamètre des essieux par rapport à celui des roues pour diminuer le frot«* tement des chariots. Jci seulement c'est le câble qui marche et la poulie qui reste fixe , taudis que , dans l'autre cas , c'est le rail qui reste fixe et le chaript qui se paeut, Ou est arrivé à diminuer Taxe des poulies jusqu'à un centimètre de diamètre , de sorte que le rapport de l'axe à la poulie est y? environ, tandis que celui des çssieux aux roues n'est que 77. Généralement aussi o^ rend la poulie libre sur l'axe, dans le but de diminuer encore mieux le frottement.

Dans les courbes, le câble se trouve avoir uue tendance sensible à s'échapper de la poulie, et v se redresser en droite ligne. Pour s'opposer- à cette tendance > Qfi iqcline les gorges des poulies du côté de la courbe extérieure , et 011 allonge le rebord supérieuv de la gorge pour retenir le çâble : pu encqre on remplace les poulies par des rouleaux verticaux garnis d'un petit rebord aux deux extrémités pour empêcher le câble ou de tomber ou de passer au-dessus.

l»es fig. 26 et 27 représentent la poulie des % lignes droites, vue en élévation et en plau;

lç*J%' a§ et 2$ repuésçutept le? rouleaux des

Dfï CHEMINS DK FER. 110

courbes, ou les poulies à axe vertical. Les supports de ces deux genres de poulies peuvent être fixés sur des traverses eu bois , mais ils sont beaucoup plus solidement établis sur des dés en pierre. Qn espace les poulies de lignes droites de sept mètres en sept mètres environ, ^'espacement des rouleaux verticaux dépend du plus ou moins de raideur de la courbe.

ka force des câbles varie suivant la pente du, plan et la charge qu'ils doivent supporter. Ils ont généralement au moiqs4 pouces de circonférence et durent de 9 à 12 mois, étant usés rapidement par le frottement qu'ils éprouvent, soit sur la grande poulie autour de laquelle ils s'infléchissent , soit sur les petites poulies qui les supportent.

Pour déterminer la valeur de ce frottement , M. Wood a fait une suite d'expériences dont le principe consistait à compter exactement le temps nécessaire pour qu'un convoi d'un poids donné remontât un autre convoi d'un poids également connu, au sommet d'un plan incliné d'une inclinaison et d'une longueur connues.

Au moyen de ces données , et avec les formules ordinaires que donne la mécanique pour calculer le mouvement de deux corps qui sont ainsi attachés sur un plan incline , M. Wood a déduit la valeur de la résistance * produite par le mouvement du câble et pa~

Il6 MANUEL DU CONSTRUCTEUR

la rotation de toutes les poulies. Cette valeur varie, comme on le pense, suivant le diamètre du câble et son état hygrométrique, suivant le diamètre des poulies qui le supportent , et de leurs axes , enfin , suivant la direction plus ou moins rectiligne du plan incliné. La moyenne que M. Wood a trouvée s'élève à — du poids du câble. D'autres observations ont été faites à ce sujet par MM.WalkeretRastrick, commissaires nommes parla Compagnie du chemin de fer de Liverpool, pour examiner le meilleur genre de moteur qui devait être appliqué au service de ce chemin : leur moyenne ne va guères qu'à - r du poids du câble. Mais ce résultat a été combattu par M. Stephenson, qui a prouvé que ce même frottement s'élevait souvent jusqu'à ~ et même -~ du poids du câble. Comme en pratique il faut toujours se ménager un excédant de force, afin d'être sûr d'obtenir un service régulier du moteur qu'on emploie, c'est ce nombre que nous prendrons pour la valeur du frottement du câble sur les plans inclinés.

Les plans automoteurs les moins rapides en Angleterre se voient sur le chemin de fer qui transporte à Sunderland les produits de la mine d'Hetton. Ce chemin de fer est d'ailleurs celui de tous les chemins anglais sur lequel le système de traction, au moyen des câbles, a été le plus perfectionné* Le plan le moins

rapide d'Hettona une pente de o mètre .028 par mètre. Sa longueur est de 800 mètres environ presqu'en ligne droite. On y fait descendre généralement 7 waggons chargés qui remontent 7 pleins. Le câble a 5 pouces anglais soit 125 millimètres de circonférence. On peut regarder l'inclinaison de ce plan comme la limite inférieure à laquelle le système automoteur peut être employé. Au plus , pourrait-on aller jusqu'à 25 millimètres par mètre; mais , audessous de ce point , la résistance des courbes même développées, le plus ou moins de propreté des rails, Tétat pins ou moins parfait du graissage des waggons, l'humidité absorbée par le câble , deviennent des causes de résistance trop sensibles pour espérer un service bon et régulier du système des plans automoteurs.

Quand l'inclinaison des plans inclinés augmente, quand elle va à 4 ou 5 centimètres par mètre , il existe un excédant de force dans le convoi descendant , de sorte qu'il peut remonter un nombre de chariots vides plus considérable , ou un nombre égal de chariots avec une certaine charge. Il faudrait seulement que le câble soit assez fort pour résister à la tension qu'il éprouve. En général , la force motrice produite par le poids du convoi descendant , sera égale à la portion de ce poids décomposé suivant la pente, moins les frottemens des chariots et du câble, et le poids de celui-ci. Ainsi ,

I l8 MANUEL PU CONSTRUCTEUR

supposons un plan incliné, ayant une pente de 4 centimètres par mètre, sur 5oo mètres de long , et parcouru en descente par des convois de six waggons pleins : le câble devrait peser environ 3 kilog. par mètre , et avoir 5ao mètres , à cause desparties plates situées aux extrémités du plan iucliné. Alors on aurait :

Poids décomposé des waggonq. . 6x4** ^^ === 96°^

Frott. deswaggons6x4t. X-^. . 120 FrotM» câble **X^J*L ,56

10 IQ

Total du frottement, . , . , • 276

Poids décomposé du cable i56oX TjÇ °a

Total. . . 33Tci , . . 33Ç % Force motrice. . , « faa k .

I»a résistance d'un waggon vide en remon-î te ser» :

Résist. due au frottement loook.X— : = 5k.

Résistance due à la pente ioook.X— = 4° k -

Total 4 5k -

Dqnc, six waggons vides représenteraient une résistance égale à 270 kil.

Force motrice du convoi descendant 6aa

Résistance du convoi de remonte vide. . . . 270

Excédant de force. ... 35a

DE CHEMINS DE FER. ttg

Ce nombre serait égal à la résistance de 8 wag* gons vides sur cette même pente. Si donc le convoi de rémonte se trouve, par exemple , chargé d'une tonne par waggon » Isa remonte s'opérera

assez facilement. En établissant la charge de la remonté, il faudra toujours se mettre hors des chances de la rupture du câble * accident qui peut avoir les suites les plus fâcheuses > et pour cette raison * comme pour s'assurer un service régulier, malgré l'état plus ou moins propre des rails , il convient que la charge de remonte soit toujours beaucoup plus faible que celle qui résulterait du calcul;

Quand le plan automoteur est établi pôUi la descente des houilles d'un puits d'extraction* ce service n'est pas de nature à donner aucun transport en remonte * et conséquemment pour équilibrer les chariots vides avec lès chariots pleins, si le plan est rapide * il faut ralentir la vitesse du convoi de descente ail moyen de freins très-puissans, capables même d'arrêter tout mouvement en cas de bécessité. Un appareil fort ingénieux dam ce genre a été établi à la mine du GourdJtëarin près Rivë-de- Gier (Loire). Le principe de cet appàteil consiste à employer comme moyen de résistance le frottement de deux meules semblables à celles d'un moulin. A cet effet, le câble s enroule sut tin tambour Ain t l'axe traverse une meule fi*t?,

et porte une meule tournante que Ton rapproche plus ou moins de la meule fixe , suivant que Ton veut augmenter ou diminuer leur frottement. Cette opération s'exécute comme dans les moulins à vapeur ordinaires , l'axe tournant dans une crapaudine fixée à l'extrémité d'un levier mobile que l'on soulève plus ou moins. Lorsqu'on veut mettre les convois en mouvement, on soulève fortement le levier, et la meule tournante se sépare de la meule fixe. Puis , quand les chariots marchent , on baisse le levier de manière à rétablir peu à peu le frottement des deux meules. Au moyen de cet appareil , on peut descendre , même sans contre-poids, deux waggons pleins sur une pente de 3o centimètres par mètre*

Les plans automoteurs un peu étendus exigent pour leur manœuvre quatre hommes, dont deux pour conduire les convois , deux pour surveiller les tambours de rotation et préparer les convois aux deux extrémités du plan incliné. Pour qu'il n'y ait pas d'erreur dans les manœuvres , il faut toujours que l'on sache, au point supérieur, si le convoi du point inférieur est attaché au câble ; et cependant souvent les accidens du terrain ne permettent pas qu'on se voie facilement de l'une à l'autre des deux stations. Alors on place à lactation inférieure un télégraphe assez élevé pour

qu'on puisse l'apercevoir de la station supérieure, ou bien on étend, sur un bord de la voie, une corde soutenue par des rouleaux de distance en distance, et, en la tirant du point inférieur, elle fait sonner une cloche placée au ' point supérieur , ou elle donne tout autre signal.

Ce genre de service semble très-économique, puisqu'il^ n'emploie que quelques hommes * cependant il faut ajouter aux frais journaliers l'usure et la réparation du câble , l'entretien des freins, des poulies, et leur graissage. Si Ton prend pour exemple un plan incliné de iooo mètres, d'une inclinaison de 3 centimètres, il faudra un câble pesant au moins 2 kil. par mètre et coûtant 3, 000 fr. Un câble semblable dure au plus un an , ce qui donnera 6 fr.

pour sa dépréciation journalière, en déduisant la vente du vieux câble. Supposons sur ce plan incliné des convois de six chariots , le nombre des chariots étant un peu moins fort à cause de la pente que sur le plan de 28 millimètres par mètre, que nous avons cité plus haut ; supposons que leur trajet se fasse en j d'heure , le temps d'arrêt étant compris , et que le travail dure 10 heures : il passera en tout dans la journée 240 chariots pleins et 240

houille par chariot, répondra à un service de 720 tonneaux.

Les frais journàiiers fce composeront

comme il suit :

4 hommes à * fr. 1 »••»;«...• • 8 fr;

Usure du câble • « 6 £

Les poulies coûtent en place i5 fr. Tune,

il faut deux rangs de poulies sur

la moitié dé là distance , cè qui

fait , en les supposant placées de sept

mètres en sept mètres, 140 X i5 = aioo Plus sur 5oo mètres une

seule rangée • 70 à i5 = io5o

( 3i5o Intérêt de cette somme a 10 p. 100. . . 3i5 Ajoutant le graissa gë deà poulies f on

aura fcdur 3rjo jours dé travail 566

du par jour; • j * t i fi% 66 è.

total. . . . î5fr, 66 c.

Àiti^i lé tl-ahsport de 5,720 tonneaux, sut tbôô tiiètréS , Coûtera i5 fr. 66 c. pour les frais de tt-aetiôtt , ce qui revient à environ 2 centimes par kilomètre et par tonne.

Supposons que ce même service eût dû être fait par des chevaux et des hommes, ceux-ci descendant les waggons avec des freins, et les chevaux les remontant à vide. En admettant qùë le service de la descente eût peu ëbùté, par l'emploi dés freins que nous avons décrits plus hâut, îa remonte seule par les che-

yeu* eût été fort chère 5 car la résistance opposée par un waggqn yjde sera :

Frottement 5 k.

Poids décomposé du waggon , i t. X tsô- • • 3°

Total. ... 35 k.

La force de trflÇtÎQP d'pp cheval étant représentée par 6o kilogrammes (p. i ofy 9 le nombre de waggons que traînera le cheval , sera f§ : le quotient est i,y2. En supposant que deux waggons eussent été la charge de chaque cheval , il aurait remonté dans $a journée 3o waggons à raison de i5 voyages de montée et i5 de descente. Les^4° chariots par jour auraient donc exigé 8 chevaux t lesquels, k 5 fr. l'un , font ♦ ^qfr.

Chaque homme aurait pu descendre à chaque fois 4 waggons avec les freins doubles, et faire ainsi i5 voyages. Il aurait donc descendu 6o waggons, et il eût fallu 4 hommes pour les 240. Ces 4 hommçs à 3 fr. l'un , font. . . • . 8

Total. 4»

La dépense eût donc été à peu près triple de celle du plan automoteur.

Ce système de pfôns inclinés n'étant applicable qu'au cas particulier où la marchandise est transportée presque entièrement dans un

seul sens, celui de la descente , et où de plus la pente est assez forte, je ne m'étendrai pas davantage sur ce sujet.