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Fig. 241 F. — Ch&ssis extérieur. — Cylindres intérieurs.
Les divers types de locomotives se distinguent :
!• Par les positions relatives des roues entre elles et par rapport à la otMMidière ;
2* Ite* les positions relatives des roues, du châssis, des cylindres et de la distribution.
Les principaux types de locqiotivcj, considérés au point de vue des situations relatives des organes, se trourent réuâs dans la figure 241.
Type à trois essieux accouplés.
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Fig. 241 G. — Châssis intérieur. — Cylindres extérieurs.
3€0. PosItlonM des roues. — Dans ce qui va suivre, nous appellerons plus particuliëreoient i^oues motrices celles calées sur l'essieu moteur, celui qui est attaqué directement par les pistons, afin de ne pas les confondre avec les roues simplement accouplées et les roues porteuses.
Rappelons que les roues accouplées sont de même diamètre que les roues motrices, et que les roues porteuses sont généralement plus petites. Dans les machines à trois essieux, que nous avons principalement en vue, il y a suivant les cas :
Un essieu moteur et deux essieux porteurs (machines à essieu moteur indépendant),
Deux essieux accouplés et un essieu porteur (machines mixtes) ou trois essieux accouplés (machines à adhérence totale).
Examinons ces dilTérents cas :
Machines à essieu moteur indépendant. — Les machines de ce type sont à adhérence faible, par conséquent à grande vitesse et à grandes roues motrices. L*essieu moteur se trouvant au milieu, les roues d'arrière peuvent se placer en avant du foyer (fig. 241 A, B), mais alors le foyer étant en porte-à-faux, sa longueur est restreinte ; la base d'appui étant petite, l'appareil est exposé à des mouvements de lacet et de galop, d'autant plus que
l'essieu moteur est le plus chargé, ce qui fait que la charge sur les roues extrêmes est assez faible, et que les extrémités de la machine sont mal soutenues.
Ces inconvénients sont en partie évités si Tessieu porteur d'arrière est placé, soit en arrière du foyer, soit sous la grille.
Avec Tessieu moteur au milieu, le centre de gravité de la chaudière est élevé, ce qui diminue la stabilité.
Les machines de ces types, construites en premier lieu par Stephenson, ont rendu longtemps de bons services ; mais la charge et la vitesse des trains de voyageurs augmentant de jour en jour, les inconvénients que nous avons signalés se sont aggravés.
Ils sont en partie évités dans le type Cramplon (fig. 241 G) : Tessieu moteur est reporté à l'arrière du foyer, ce qui permet, avec de grandes roues, d'abaisser la chaudière, et par suite d'augmenter la stabilité.
La base d'appui est longue ; la charge est répartie principalement entre l'essieu moteur et Tessieu d'avant, ce qui assure une grande stabilité d'allure ; par contre, le passage dans les courbes raides est plus difficile. Pour réduire la longueur exagérée des bielles, on place les cylindres, non pas à l'avant, mais vers le milieu de la machine.
Machines mixtes. — Les machines à essieux indépendants n'ont pas assez d'adhérence pour les trains omnibus, ni même pour les express lourdement chargés ou circulant sur les rampes un peu fortes ; on tend chaque jour à leur substituer des machines à deux essieux accouplés.
L'essieu moteur étant au milieu, l'essieu accouplé se place ordinairement à l'arrière, soit en avant du foyer (Gg. 241 D, F), soit en arrière du foyer (E). On a souvent placé l'essieu accouplé en avant de l'essieu moteur ; cette disposition n'est guère admissible avec de grandes roues : le mentonnet serait exposé à grimper sur le rail et à faire dérailler tout le train.
Machines à adhérence totale (fig. 241 G). — Ce sont essentiellement des machines à marchandises ou pour rampes ; leur vitesse est modérée, et les questions de stabilité deviennent ainsi plus secondaires ; aussi les trois essieux sont d'ordinaire compris entre la botte à feu et la boite à fumée.
3SO. PosIUons relatives des rouen et du cliâMils. — Examinons le plan du mécanisme d'une locomotive.
Ce mécanisme comprend : les roues, le ch&ssis, les cylindres et la distribution et chacun de ces organes peut être placé soit en dedans, soit en dehors des autres, ce qui constitue un grand nombre de combinaisons, dont nous n'examinerons que les plus usitées.
Les roues, portant sur les deux files de rails, déterminent deux plans verticaux, auxquels nous allons rapporter la position des longerons.
Longerons, — Les longerons du châssis sont disposés aussi près que pos-
sible des faces des roues, afin de réduire le moment de flexion de Tessieu Tésuliant de la charge sur les fusées.
Ils sont à l'extérieur ou à l'intérieur des roues.
Avec e châssis extérieur (fig. 241 F) les fusées sont de plus petit diamètre, ce qui réduit un peu le travail du frottement ; l'appareil de suspension jlrouve plus facilement sa place ; on peut gagner quelques centimètres sur la largeur de la grille.
Le châssis intérieur offre, de son côté, les avantages suivants : l'entretoisement des deux longerons est commode et solide et présente à la chaudière des points d'appui faciles à établir; Taccouplement s'obtient d'une manière beaucoup plus simple, et ce dernier avantage devient plus sensible à mesure que les types à essieux moteurs indépendants sont plus abandonnés.
Dans le type Crampton (fig. 241 C) les cylindres, attaquant les roues motrices placées en arrière du foyer, sont nécessairement extérieurs ; les roues porteuses devant tourner très^vite à cause de leur petit diamètre et de la rapidité de la marche, on a cherché à réduire le diamètre de leurs fusées ; ce qui a conduit à un double châssis, l'un, extérieur, s'appuie sur les essieux porteurs ; l'autre, intérieur, porte sur l'essieu moteur ; ces deux châssis sont fortement entretoisés entre eux, soit en bout, parles traverses d'avant et d'arrière, soit au milieu par les cylindres.
La situation et la disposition du châssis sont, du reste, intimement liées â celles des autres organes, notamment des cylindres.
35i . Position» des eyllndros. — Les cylindres peuvent être placés, soii à Vintérieur^ soit à Vextérieur des roues ; ces deux positions se combinent de quatre manières différentes avec celles que peuvent prendre
les longerons :
,,...,. ( cylindres extérieurs ;
châssis intérieur \ ,, ^ . .^ .
( cylindres intérieurs ;
, , . . , . ( cylindres extérieurs ; châssis extérieur { ,. , . »^ .
( cyhndres intérieurs.
1® Châssis intérieur, cylindres exténeurs (fig. 241 A, D, G). — La transmission de mouvement est des plus simples : le moyeu de la roue motrice (fig. 242) porte un renflement dans lequel est fixée la soie d'un bouton de manivelle commandé directement par la bielle.
2* Châssis intérieur, cylindres intérieurs (fig. 241 B, E). — Le châssis étant interposé entre la roue et la manivelle, celle-ci prend la forme d'un vilebrequin, et l'arbre (fig. 243) doit comporter deux coudes à angle droit A, un pour chaque cylindre.
30 Châssis extérieur, cylindres extérieurs, — Les cylindres sont placés au delà de la fusée ; celle-ci doit donc être prolongée au delà du coussinet, pour recevoir une manivelle calée sur ce prolongement ; ce qui conduit à une saillie considérable du bouton de manivelle, et par suite, à un grand
porte-à-faux des cylindres. On atténue un peu cet inconvénient au moyen de la fusée-manit)elle de Hall{(\^^. 244).
C'est un anneau de fer portant une manivelle et qui vient s'assembler sur le prolongement de l'essieu ; le pourtour extérieur de cet anneau est tourné et remplace la fusée. Cet artifice diminue le porteà-faux d'une longueur presque égale à celle de la fusée ordinaire ; mais alors la surface
Fig. 242.
Fig. 243.
Fig. 244.
frottante a un diamètre plus grand que dans le cas du châssis intérieur, ce qui réduit beaucoup l'avantage du châssis extérieur ; de plus, cet assemblage est un peu suspect comme solidité, malgré les clavettes dont il est armé.
4* Châssis extérieur, cylindres intérieurs (^g. 241 F). Cette solution oblige à couder Tessieu moteur ; pour réduire le moment de flexion résultant de
l'action des pistons sur Tessien eoudé, on cherche à rapprocher le plus possible la bielle du plan des roues; ce qui conduit k supprimer Tune des branches du vilebrequin et à la coi|(OBdre avec le moyeu de la roue (lig. 245 A). L'essieu n'est plus alors réeMwaent coudé, mais simplement dévié et ses extrémités sont munies de portée ^'assemblant dans le moyeu delà roue motrice : les essieux de ce genre, dits essieux Martin, sont usités pour les machines à grande vitesse de l'Ouest ; nae portion de longeron central (fig. 241 F) reporte sur une fusée B (fig. 245), p^^ un ressort très
Fig. 245.
flexible , une petite partie de la charge des fusées extérieures G G ; Taccouplement est obtenu par une manivelle extérieure D D et les excentriques sont calés en E, entre la fusée de la roue et la manivelle d'accouplement.
Gomparés aux cylindres extérieurs, les cylindres intérieurs ont l'avantage de concentrer les actions de la vapeur et celles dues à l'inertie des masses animées de mouvements alternatifs, pistons, bielles, manivelles, etc., dans le voisinage du plan vertical passant par Taxe longitudinal de la machine; il en résulte une allure plus tranquille, surtout aux grandes vitesses, et cet avantage est considéré comme fort important. En outre, les cylindres intérieurs sont mieux protégés contre le refroidissement.
Par contre, avec les cylindres intérieurs, l'essieu moteur est coudé, ce qui oblige à relever la chaudière, c'est-à-dire à diminuer la stabilité.
Mais l'inconvénient principal des essieux coudés est la difficulté de les obtenir bien sains à la forge et surtout les chances de rupture. Ges essieux se font aussi légers que possible, c'est-à-dire que le métal y travaille à un coefficient élevé ; néanmoins, ce sont des pièces difficiles à forger ; ils se roncipent assez fréquemment en service ; 150.000 kilom. est déjà un beau parcours pour un essieu coudé.
Ges motifs ont paru Suffisants à plusieurs ingénieurs pour rejeter absolu^ ment les cylindres intérieurs. On peut, du reste, par une bonne répartition des poids des pièces et un emploi judicieux des contrepoids, atténuer dans une large mesure les mouvements irréguliers des machines, même avec des cylindres extérieurs.
Les inconvénients des cylindres intérieurs sont fort atténués avec des essieux Martin bien construits.
359. Positions de la distribution. — On rencontre des tiroirs de distribution placés, pour ainsi dire, dans toutes les positions possibles : horizontaux au-dessus des cylindres, verticaux sur leur flanc, à l'intérieur ou à l'extérieur, inclinés en dessus ou en dessous^ etc.
La position des excentriques et des coulisses résulte immédiatement de celle des tiroirs.
Beaucoup d'ingénieurs préfèrent la distribution k l'extérieur : les excentriques peuvent alors être de petit diamètre et même se réduire à de simples contre-manivelles, calées, soit sur le prolongement deTessieu moteur, soit sur le bouton do manivelle ; de plus, tout ce mécanisme, délicat et compliqué, est très accessible, ce qui en rend le réglage, le graissage et Tentretien bien plus faciles , et est considéré comme un avantage fort sérieux .
353. Positions des bielles d'neeoapleuient. — Les bielles d'accouplement se placent toujours à l'extérieur des roues ; lorsque les cylindres sont intérieurs, le bouton de manivelle d'accouplement est le plus souvent calé à 180» de la manivelle principale, afin d'équilibrer en partie les masses en mouvement autour de l'essieu moteur.
Quand les cylindres sont extérieurs, le bouton de manivelle d*accouplement a nécessairement son axe de figure sur le prolongement de celui de la manivelle motrice.
Dans les locomotives à deux essieux couplés à Tarrière (flg. 241 D), la bielle motrice, qui transmet tout l'effort, se place souvent en dedans de la bielle d'accouplement. Cette disposition n'est plus possible si Tun des essieux accouplés est en avant de Tessieu moteur, à moins de donner aux cylindres une inclinaison assez forte pour laisser à la manivelle accouplée la liberté de son mouvement. En pareil cas, il convient mieux de placer le bouton de manivelle principal en dehors et la manivelle d'accouplement tout contre les roues (fig. 241 G). Dans les machines à 3 ou 4 essieux accouplés, la bielle d'accouplement ne saurait être d'une seule pièce, car elle se romprait par l'efTet des irrégularités de la voie ; on place une articulation a (fig. 241 G) tout près d'un des boutons de manivelle , et quelquefois on la fait coïncider avec l'axe même de ce bouton .
354. Tyi^es les plus nsitès.— Toutes ces questions de situations relatives des organes, ont donné lieu, k une certaine époque, à des discussions très vives ; on de saurait dire que, de ces controverses, il soit sorti des solutions précises et générales ; cependant le nombre des types de machines en usage s'est restreint de plus en plus et, à quelques détails près, les machines usitées sur les diverses lignes françaises se ressemblent beaucoup
ei, suivant le service à faire, prennent Tune ou l'autre des formes suivantes :
Machines à marchandises, — 3 essieux accouplés, châssis intérieur, cylindres extérieurs, distribution intérieure ou extérieure; tel est Toutil le plus usuel de nos chemins de fer ; il est répandu à plusieurs milliers d'exemplaires fort semblables entre eux ; c'est l'ouvrier chargé de la grosse besogne courante.
Machines d'express. — Les machines à essieu moteur indépendant sont de plus en plus délaissées, à cause de leur adhérence insuffisante ; c'est le type Crampton qui a survécu le plus longtemps. Les nouvelles machines de vitesse sont à deux essieux accouplés, placés à l'arrière ; mais les dispositions de ce type, relativement récent, présentent d'un réseau à Pautre de grandes variétés et l'on peut dire qu'il est encore à l'état d*étude :
Le châssis est tantôt intérieur, tantôt extérieur et quelquefois double ou mixte. Les deux essieux moteurs sont en avant du foyer, ou bien ils comprennent entre eux le foyer (Nord, Est) ; au P.-L,-M, un quatrième essieu, porteur, est placé sous le foyer.
Machines d'omnibus. — Entre ces types extrêmes se placent les machines d'omnibus, à deux essieux accouplés, placés généralement à l'arrière.
Machines spéciales. — Lorsqu'il s'agit de faire un service spécial, pour banlieue, pour manœuvres de gares, pour courbes ou rampes exceptionnelles, tramways, etc., on établit des types particuliers, dont nous examinerons quelques exemples.
35S. Ré|>ariltlon de* cliar9«« «HP les efluileiix. — Regaor Ce . — Soit (fig. 246) une locomotive à 3 essieux dont le poids est P et le centre de gravité en G ; appelons A, B, C les pressions que chacune des paires de
Fig. 246.
roues exerce sur les rails, et a, 6, c les distances de chacun des essieux à la verticale du centre de la gravité.
Cherchons les trois composantes A, B, G ; nous aurons : Equation de la somme des projections des forces verticales sur la verticale :
A + B + G = P Equation des moments par rapport à la verticale du centre de la gravité :
ka -f B6 = Ce
Soit deux équations pour trois inconnues, le problème reste donc indéternoiné avec ces données ; la répartition serait pratiquement indéterminée si la machine était un corps absolument rigide, car la moindre inégalité de la voie suffirait pour décharger complètement Tun ou l'autre des trois points d'appui et modifier entièrement les valeurs relatives des charges. C'est ici que Faction des ressorts intervient: au passage d'une saillie de la voie, la roue se soulève un peu, sans que, par suite de la flexion du ressort, la charge qui pèse sur elle augmente notablement. La répartition du poids de la locomotive entre ses différents essieux se règle et se modifie au moyen des doubles écrous de suspension (rfrf, fig. 238). La locomotive à régler est mise sur un pont à bascule, composé de deux files de rails divisées en tronçons ; chacun de ces tronçons est fixé sur le plateau d une bascule et porte Tune des roues de la machine ; en agissant sur les écrous de suspension, on modifie la charge sur les divers points d'appui, jusqu'à ce que, les divers tronçons de rails étant de niveau, la répartition soit celle prévue à l'avance. Cette répartition n'est du reste pas tout à fait arbitraire, elle est toujours subordonnée aux deux équations ci- dessus ; combinées avec ces équations, les données fournies par le pont à bascule permettent de déterminer expérimentalement le poids total de la machine et la position du centre de gravité.
Les ressorts une fois réglés sur niveau, la répartition ainsi établie est constamment altérée en marche, par diverses causes et notamment paries inégalités de la voie, inégalités accidentelles ou résultant des passages aux changements de pente ou de courbure. Ces perturbations sont d'autant moins grandes que les ressorts sont plus flexibles ; d'autre part, des ressorts trop mous engendrent des oscillations exagérées ; la flexibilité des ressorts ordinaires de locomotives est généralement comprise entre 5 et 12 m/m par tonne.
Pour éviter ces variations continuelles de la répartition, on a souvent recours à l'artifice suivant: un balancier A B (fig. 247), tournant autour
^^Ti r^rl
cJr. .K
d'une articulation 0 fixée au châssis, reçoit à ses extrémités les bouts des broches A C, B Y, des ressorts voisins ; si les deux bras 0 A, 0 B du balancier sont égaux, les efforts de traction exercés sur les deux broches sont aussi égaux, et par suite, il en est de môme des pressions exercées sur les deux boîtes à graisse des essieux voisins E, F ; dès lors, ces deux roues étant toujours également chargées, la répartition devient indépendante des
CHAi^ITRE XVk
irrégularités de la voie et résulte seulement des distances 0 H, H K de la vurLicale du centre de gravité au centre d'articulation 0 du balancier et à la boite à graisse indépendante K. La même propriété subsiste si les deux bitinchesdu balancier sont inégales; mais alors les deux essieux voisins F, E sont inégalement chargés.
Ou peut donner aux balanciers un grand nombre de dispositions diverses, atteignant le même but, qui est de répartir la charge, entre les deux essieux conjugués, dans un rapport déterminé. Nous en verrons quelques exemples.
I/usage des balanciers, très fréquent en Allemagne, s'est beaucoup propaïf è chez nous dans ces dernières années, depuis surtout que Ton accouple deux essieux dans les machines à grande vitesse, à cause de la nécessité de répartir très également Tusure des bandages entre les paires de roues accouplées.
Des considérations analogues à celles que nous venons de développer s'appliquent aux locomotives ayant un nombre d'essieux différant de 3.
Dans une locomotive à deux essieux, la répartition de la charge est indépendante de la flexion des ressorts ; les deux équations ci-dessus déterminent la charge sur chacun des deux essieux.
Lorsqu'il y a quatre essieux, l'indétermination est d'un degré plus élevée qïie pour 3 essieux ; mais il suffit pour la lever de conjuguer deux paires d essieux au moyen de balanciers.
Diverses causes modifient, sur la locomotive en mouvement, la répartilion établie à l'état statique. Les principales sont, en outre des inégalités d"' la voie : les variations du niveau de l'eau, les pentes et les rampes, dont t'rllet est d'incliner Taxe de la chaudière par rapport au plan d'eau, les vuiialions de vitesse, produisant un effet analogue, l'effort de traction, qui crée un couple tendant à soulager les roues d'avant, enfin, les effets de l îiji^rtie sur les pièces animées d'un mouvement alternatif. Le calcul de ces perturbations ne présente pas de difficulté sérieuse : il ne doit pas être négli^*'% car ces perturbations atteignent parfois une importance notable.
;i30. Description de quel€|ueii locomotives. — Nous donnons cih\\vhs les croquis et les dimensions essentielles de quelques locomotives aciiiellement en service sur des chemins de fer français.
Zir^y. Macblnes Crampton de la Compagrnle F.-Ei.-lll. — La matin ne représentée ci-contre (fig. 248) a longtemps fait le service des express, et le fait encore sur les lignes à faibles pentes et à trafic modéré. Les roues motrices sont très grandes, l'appareil vaporisateur puissant i grille l'»*28, surf, de chauffe W^Ho, rapport 1 à 75). La position de IVssicu moteur, à l'arrière du foyer, a permis d'abaisser la chaudière (axe h \ rn. 60 au-dessus du rail) ; de plus les charges sont réparties surtout sur irs 1 ssieux extrêmes (12000 k. sur chacun, 6190 k. sur l'essieu moyen) ; la
machine est donc bien assise et très stable sur le rail. Son large empâtement (4 m. 60) ajoute à cette stabilité, mais ne lui permet pas d'aborder les courbes raides.
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