S II
Le chAssis est double ; les longerons extérieurs portent sur les fusées des petites roues, les longerons intérieurs sur l'essieu moteur.
L'installation des ressorts d'arrière est assez difficile, ces ressorts ne pouvant trouver leur place entre la roue et la boîte à feu. Dans la figure 248, ils ont été remontés au-dessus des roues, et s'attachent, d'une part, au chAssis, de l'autre à la chaudière, disposition que l'on a critiquée ; sur d'îiuLres machines Crarapton, la suspension sur l'essieu moteur est compo- B^'(* d'un ressort unique placé transversalement.
L effort de traction maximum résultant de l'adhérence ' (art. 334) est
UefTort de traction calculé d'après les dimensions des cylindres (336) ^^^0.70X9XJX0.60^^^^
Uï machine est donc exposée à patiner lorsqu'on marche à pleine admission ; de fait, elle patine fréquemment au départ, ce qui oblige à ne démarrer (jue progressivement et fait perdre un temps qui est précieux, surtout pour les express.
U^s charges trafnées sur palier sont les suivantes : Vitesses en kilom. à l'heure 30 40 50 60 70 75 80 Charges traînées en tonnes 332 261 213 176 131 113 97
Machine Crampton (fig. 248).
Principales dimensions.
Grille.
Longueur 1™221
Largeur i , 044
Surftice 1"^*,28
Foyer.
Hauteur du ciel au-dessus du
cadre 1,400
Lonf-ueur intérieure enhaut . . 1,170
-^ — en bas. . . 1,221
Largeur intérieure en haut . , 1,020
__ __ en bas. . . i,044
Epaisseur du cuivre des parois
lalérales 0,013
Epaisseurdu cuivre de la plaque
de porte 0,015
Epaisseur du cuivre de la plaque tuhulaire 0,0i5 et 0,025
Tubes.
Nomftiode tubes Î80
Diamètre extérieur 0,050
Epaisseur
Longueur entre les plaques tubulaires
Surface de chauffe.
Foyer .
Tubes
Totale
Chaudière.
Longueur de la boite à feu . . 1,400
Largeur 1,220
Diamètre intérieur de la grande
virole du corps cylindrique . 1,268 Longueur du corps cylindrique. 3,384 Epaisseur des tôles du corps
cylindrique 0,0145
Du dessus du rail à Taxe de la
chaudière 1,600
Du dessus du rail au-dessous
du cadre du foyer 0,405
Longueur intérieure de la boite
à fumée 0,725
Diamètre intérieur de la boite
à fumée ^,239
Volume d'eau avec 0™,iO audessus du ciel du foyer. . . 2"^',750 Capacité totale de la chaudière. 4,230 Timbre de la chaudière. . , .
Diamètre des soupapes ....
Cheminée.
Diamètre intérieur de la cheminée
Du dessus du rail au-dessus de la cheminée (tous accessoires
compris) 4,280
Châssis.
Ecarte ment intérieur des longerons intérieurs i,2o6
Ecartement intérieur des longerons extérieurs. . . .
Epaisseur des longerons. .
Longueur de la machine à Textrémité des tampons . .
Roues. avant .
milieu .
arrière .
avant .
milieu .
arrière, avant et mi lieu
milieu et arrière extrêmes
Diamètre au contact
Diamètre de la jante
Ecartement des essieux
Entre les bandages
De milieu en
milieu
des fusées
avant
milieu
arrière
avant .
milieu .
arrière, diamètre, longueur diamètre longueur, diamètre, longueur
Bouton de / ,. ., ^ ,^^
manivelle de la f"""""''^ ' ' l'\ll
bielle motrice ( •""g"*"''- • • 0.*02 Diamètre du calage des poulies
d'excentriques 0,100
Ressorts.
Avant : 9 lames de 12/90, corde 0,860, flèche 0,080
Milieu : 7 lames de 12/90, corde 0,860, flèche 0,050
Arrière : 15 lames de 10/90, corde 0,990, flèche 0,070
Mouvement.
Longueur des barres d'excentriques 1 ,300
Diamètre des cylindres .... 0,400
Course des pistons 0™600
Longueur de la bielle motrice. 2,090 D*axe en axe des cylindres . . 1,840 D'axe en axe des tiges de tiroirs et des coulisses .... 2^124
Distribution .
Angle d'avance des poulies d'excentriques 9<»
Rayon d'excentricité 0,080
Course maxima des tiroirs . . 0,1285
Recouvrement intérieur . . . 0,006 — extérieur . . . 0,028
Introduction moyenne au maximum p. 0/0 78.5
Lumières d'admission. 0,050 X 0,300 — d'échappement 0,080 X 0,300
Inclinaison de la distribution sur l'horizontale 7«18'
Poids.
Machine vide 27.240k.
Roues d'avant. . 12.000
— du milieu. 6.190
— d'arrière . 12.000 pression , ^^^^j 30.190
Machine en
358. Machine mixte de l'Ouest. — La machine représentée flgure 249 fait les trains de voyageurs et une partie des trains de marchandises sur les sections à faible pente du réseau.
Les dimensions de son appareil évaporatoire (foyer 1 m.* 24, surface de clmufTe 105 m.») et de sa machine (cyl. 420 X 560), la pression élevée (9 k.) caractérisent une machine puissante, en même temps que le diamètre des rouus motrices (1 m. 91) en fait une machine de vitesse. D*autre part, son adht^rence (poids adhérent 24.800 k.) lui permet de traîner des convois déjà lourds. Cette machine peut donc faire, à elle seule, une grande partie du ï=iervice, dans les conditions ordinaires du trafic qui se rencontrent sur les lîgin^s de rOuest.
L'adhérence calculée au 1/7 est de
L't^fTort de traction maximum résultant de la puissance de la machine
est de
Cette machine est donc peu exposée à patiner en temps ordinaire.
Suivant les habitudes anglaises, les ingénieurs de TOuest préfèrent les cylindres intérieurs.
L'essieu d'arrière ne pouvait être moteur, sous peine d'exagérer outre mesure le porte-àfaux du foyer; c'est donc Tessieu intermédiaire qui reçoit raiHion des pistons; cela conduit à rejeter les cylindres tout à fait en avant, au dolà de la boîte à fumée. L'essieu moteur est du système Martin (fig. 241 F el â43),et maintenu en son milieu par une boîte à graisse chargée légèrement par un ressort intérieur ; cette boîte à graisse joue dans un demi longeron médian s'appuyant sur les enlretoises du châssis, lequel est extérieur aux TiMii'S ; sur le prolongement des fusées sont calées les manivelles d'accouplement, et, entre ces manivelles et le châssis, se trouve la distribution.
Voici les charges traînées par ces machines sur la ligne de Paris à Rouen, ne comportant que des rampes très faibles (moins de 0.006) et des courbes t\p plus de 1200 mètres.
Trains de vitesse.
Nombre de voitnres Été mver
Vitesses de 76 à 80 kilomètres à l'heure H 10
Trains ordinaires.
Nombre Poids de véhicnles en tomiet
Vitesses de 32 à 38 kilomètres à Theure 35 225
Machine mixte de Dimensions
Grille,
Longueur 1»153
Largeur 4,075
Surface 4,24
Foyer.
Hauteur du ciel au-dessus du
cadre 4,405
Longueur intérieure en haut. . 4,i80
— — en bas . . 4,223
Largeur intérieure 4,075
Tubes.
Nombre de tubes 456
Diamètre extérieur 0»05
Longueur entre les plaques tubulaires 4,000
Surface de chauffe.
Foyer 7m«37
Tubes 98, 02
Totale 105, 39
Chaudière.
Longueur de la boîte à feu . . 1,400 Largeur — — . . 4,250 Diamètre intérieur du corps cylindrique 1,470
Longueur du corps cylindrique. 3,925 Du dessus du rail à Taxe de la
chaudière 4,920
Longueur intérieure de la botte
à fumée 0,729
Diamètre intérieur de la botte
à fumée 1,170
Volume d'eau avec 0 m. 40 audessus du ciel 2m'850
Capacité totale de la chaudière . 4,300 Timbre de la chaudière .... 9 k.
Cheminée, Du dessus du rail au-dessus de la cheminée 4»250
/ Ouest (fig. 249).
pnncipales.
Châssis:
Ëcartement intérieur des longerons 4-800
Longueur de la machine à l'extrémité des tampons .... 8,260
Roues.
Diamètre au contact, avant . . 1,140
— 2« et 3« essieux . 1,91
Ëcartement des essieux avant
et2« 1,970
Ëcartement des essieux, 2* et 3«. 2,030 Ëcartement des essieux, extrêmes 4,000
Entre les bandages 1,365
Mouvement.
Diamètre des cylindres .... 0,420
Course des pistons 0,560
D'axe en axe des cylindres . . 0,980 D'axe en axe des tiges des tiroirs 2,070
D*axe en axe des bielles d'accouplement 2,600
Distribution.
Angle d'avance des poulies
d'excentriques 20« 4/2
Rayon d'excentricité ... 75 »/" Recouvrement intérieur. . 2 4/2"/"
— extérieur. . 38 "/"»
Lumières d'admission . 40 X 360 " ■ — d'échappement. 80 X 360 «/m Inclinaison de la distribution 2M/2
Poids.
Machine vide 29.500k.
Machine ^ roues d'avant. . 7.710
en ) 2« essieu. . . . 42.400
pression) essieu d'arrière . 42.400
' Total 32.110k.
359. Machlned*expreflifl delà <)oiii|»a8rnle P.-Ei.-lll. — Cette machine (fig. 250) est destinée à faire les express très chargés et à grande vitesse de la ligne de Paris k Marseille ; cette ligne est à courbes et à pentes modérées (8 mm. au maximum sur une faible partie du parcours).
La chaudière est puissante (surface de chauffe 126 m.*), mais surtout le
LOGOMOTlVEâ
nia
co
^ si
se
foyfir est d'une dimension exceptionnelle (surface de grille 2 m. 44) ce qui permet une vaporisation très active ; les dimensions des cylindres (0,50 X 0.63) flont en rapport avec la puissance du générateur.
Les deux paires de roues accouplées, de grand diamètre (2 m. 10), sont placèoi* entre la boîte à feu et la boîte à fumée, et conjuguées par une paire do balanciers; ceux-ci portent directement sur les boîtes à graisse et sont cliargéa en leur milieu par un ressort très résistant, qui supporte le châssis. Eti avant est un essieu porteur ; et sous le foyer se trouve un autre essieu porteur, ce qui donne un empâtement de 5 m. 90; un jeu convenable? dans les boîtes à graisse des essieux porteurs et quelques dispositifs .spéciaux permettent d'aborder à grande vitesse les courbes de 500 mètres ijue Ton rencontre sur le tracé et, à petite vitesse, les courbes, beaucoup plijy raides, des gares et stations.
Le châssis est intérieur, mais, au droit du foyer, les boîtes à graisse de rei^?^i*'u porteur n'auraient pas trouvé leur place entre la roue et la boîte à feu ; in ce point, le longeron se dédouble, embrasse la roue et la branche e>tr*rieure repose seule sur la fusée par l'intermédiaire d'un ressort et d'une boile à graisse. La distribution est extérieure ; les excentriques de petite (liijii*(i:^ion, sont calés sur une contre-manivelle venue à la suite de la manivvll"' principale.
Htîort de traction résultant de l'adhérence
lilTorl de traction calculé d'après les dimensions du mécanisme : 0.70X10X5X0-60^3 0^^,.,
Celle machine ne peut donc marcher, sans patiner, qu'à de grandes détentes et le démarrage doit se faire avec précaution.
Les dimensions des lumières semblent un peu faibles pour les grandes vitesses.
Vnici les charges en tonnes traînées sur diverses rampes et à diverses vitesses :
Rampes par mèlre
Vitesse^ en kilomètres à l'heure
50 kilomètres
2in/m5
Machine d'express à 4 roues accouplées (fig. 260).
Dimensions pinncipales.
Foyer.
Grille.
Lonprueur 2" 117
Largeur i , 010
Surface 2m.M4
Hauteur du ciel au-dessus du cadre:
A l'avant l-ÔOO
A l'arrière 1,030
LOCOMOTIVBS
Longueur intérieure en haut. . 2,040
— — en bas . . 2,417
Largeur intérieure 1,010
Epaisseur du cuivre des parois
latérales 0,015
Epaisseur du cuivre de plaque de porte 0,015
Epaisseur du cuivre de plaque tubulaire. . . . 0.015 et 0.025
Tubes,
Nombre de tubes 164
Diamètre extérieur 0"»050
Epaisseur 0,002
Longueur entre les plaques tu-
bulaires 4,930
Surface de chauffe.
Foyer 9»»
Tubes 116,84
Totale 125,84
Chaudière,
Longueur de la boite à feu. . . 2,300
Largeur de la boite à feu en haut 1 ,275
— — en bas. 1,190 Diamètre intérieur de la grande
virole du corps cylindrique. . 1,238
Longueur du corps cylindrique . 4,825 Epaisseur des tôles du corps
cylindrique 0,0145
Du dessus du rail à l'axe de la
chaudière 1,940
Du dessus du rail au-dessous du
cadre du foyer 0,522
Longueur intérieure de la boite
à fumée 1,098
Diamètre intérieur de la boite
à fumée 1,267
Volume d'eau avec 0"10 audessus du ciel 3"®700
Capacité totale de la chaudière. 6,000
Timbre de la chaudière . ... 10 k.
Diamètre des soupapes de sûreté 0,110
Cfieminée,
Diamètre intérieur de la cheminée 0,420
Du dessous du rail au-dessus de la cheminée 4,256
Châssis.
Ecartement intérieur des longerons
Epaisseur des longerons. . , .
Longueur de la machine à l'extrémité des tampons ....
Roues,
Diamètre ( avant et arrière . .
au contact ( 2« et 3^ essieux . .
Diamètre ( avant et arrière. .
de la jante | 2« et 3« essieux . .
! avant et 2« essieu .
2« et 3» essieux . .
2« et 3« arrière . .
extrêmes
Entre les bandages
De milieu / , «^ , „
... \ 1«,2« et 3« essieux, en milieu l
des fusées (
Fusées des essieux, avant :
Diamètre
Longueur.
I diam. .
* ) long. .
( diam. .
i long. .
Boutons de manivelle :
De bielle motrice. .) ,
\ long. .
Pour grosse tète de ( diam. .
bielle d'accouplement f long. .
Pour petite tète de i diam. .
bielle d'accouplement ( long. .
Diamètre du calage des excentriques
Ressorts.
2^ et 3« essieux
Arrière
Avant: 11 lames de 12/90, corde 0.860,
ûèche 0.080.
2*et3« essieux: 16 lames de 15/90,
corde 1.130, flèche 0.085.
Arrière : 9 lames de 12/90, corde 0.860,
flèche 0.080.
Mouvement.
Diamètre des cylindres .... 0"»500
Course des pistons 0,650
Longueur de la bielle motrice. 1,660
Longueur des barres d^ezcen-
triijues 1,370
D'axe eu axe des cylindres . . . 1,900
— des tiges de tiroirs. 2,300 D^axe en axe des coulisses. . . 2,400
— des bielles d'accouplement 2,130
Distribution,
Angle d'avance des poulies d'ex-
cenlrîques SO»
nayon dVxcentricité. . ... 0,060
Course uiûximum des tiroirs. . 0,118
Recouvrement intérieur. . . . 0,005
— extérieur. . . . 0,030
Lumières d'admission. . 0.035X0.300
Lumière d'échappement. 0.065x0.300
Introduction moyenne au
maximum p. 0/0 .... Tl.S
Inclinaison de la distribution > 32' 42".
Poids.
Machine vide 40.470k.
Machine en pression :
Roues d'avant. . . 11.040
2« essieu 12.780
3« essieu 12.220
Arrière 8.430
Total 44.470
;iOO. Hfficlilne* À iiiareliancll«e« de la Compagrnto P.-Ei.-M. — Lo^ machines de ce type, à quelques détails et dimensions accessoires près, r<ïiir(ionui nt en très grand nombre sur toutes les lignes françaises. Elles font pïc5(|ue tous les trains de marchandises, et, sur les rampes un peu forlbïs, ies Lrains de voyageurs.
Dans la machine fig. 25d, on remarquera les détails suivants : foyer en porte fi-f aux, châssis intérieur, cylindres extérieurs, distribution intérieure, empuLenirnt 3 m. 37, permettant de passer dans les courbes raides.
L'itTurl de traction au 1/7 du poids adhérent, est de
Lejrijrl maximum de traction, calculé par la formule (art. 336) 0.70 p.dn
est de 6.380 k.
La marliine est donc exposée à patiner à pleine admission ; aussi ne doit-ci!!^ marcher qu'à détente.
Lis rt ssorts de l'essieu d'arrière, un peu gênés comme emplacement, ont re<;u la IVirme dite à pincettes.
Ces machines, simples et robustes, font un très bon service. Quelques eompagniis préfèrent la distribution extérieure, le dessous de la machine étant assez difficilement accessible à cause de la petitesse des roues.
Voici Ivs charges en tonnes que traîne cette machine.
Vitesses
(klLiiuHlres à r heure)
Rampes
(millimètres par mètre)
2ïi tu 0 in être S.
Qm/m
Machines à marchandises (flg. 251).
Dimensions
Grille.
Longueur 1™3405
Largeur 4,001
Surface 4«*. 34
Foyer.
Hauteur du ciel au-dessus du
cadre, à l'avant 1»520
Hauteur du ciel au-dessus du
cadre, à Tarrière 1,404
Longueur intérieure en haut. 1,290 Longueur intérieure en bas. . 1,3405 Largeur intérieure en haut. . 1,060 — en bas . . 1,001
Epaisseur du cuivre des parois
latérales 0,015
Epaisseur du cuivre de la plaque de porte 0,015
Epaisseur du cuivre de la plaque tubulaire. . . . 0,015 et 0.025 Tubes.
Nombre de tubes 177
Diamètre extérieur 0™050
Epaisseur 0,002
Longueur entre les plaques
tubulaires 4,252
Surface de chauffe.
Foyer 7™'15
Tubes 108, 76
Totale 115, 91
Chaudière. Longueur de la boîte à feu. . 1"520 Largeur de la boite à feu en
haut 1,386
Largeur de la boite à feu en
bas 1,180
Diamètre intérieur de la grande
virole du corps cylindrique. 1,357 Longueur du corps cylindrique 4,178
Epaisseur des tôles du corps
cylindrique 0,0145
Du dessus du rail à Taxe de la
chaudière 1,830
Du dessus du rail au-dessous
du cadre du foyer 0,530
principales.
Longueur intérieure de la boite à fumée
Diamètre intérieur de la boite à fumée
Volume d*eau avec 0 m. 10 audessus du ciel du foyer . .
Capacité totale de la chaudière
Timbre de 1& chaudière . . .
Diamètre des soupapes. . . .
Cheminée.
Diamètre intérieur de la cheminée
Du dessus du rail au-dessus de la cheminée
Châssis.
Ecartement intérieur des longerons
Epaisseur des longerons. . . .
Longueur de la machine à l'extrémité des tampons ....
Roues.
Diamètre au contact
— de la jante
Ecartement des essieux :
avant-milieu
milieu-arrière
extrêmes
Entre les bandages ....
De milieu en milieu des
sées
Fusées des essieux :
diamètre longueur diamètre longueur Boutons de manivelles :
diamètre
fu-
avant et arrière.
milieu.
de bielle motrice
de bielle d'accouplement
^grosse i tète 1 I petite
longueur, diamètre, longueur, diamètre.
tête I longueur.
Diamètre du calage des excentriques
GoogI(
Ressorts, Avant et milieu: il lames de i2/90,
corde 0.860, (lèche 0.080.
Arrière à pincettes : 10 lames de 9/90, corde 0.550, flèche 0.036.
Mouvement, Diamètre des cylindres .... 0"*4a0
Course des pistons 0,650
Longueur de la bielle motrice. i,725 Longueur des barres d'excentriques 1,140
D'axe en axe des cylindres. . . 2,090 — des tiges de tiroirs 0,950
D^axe en axe des coulisses. . . 0,750 D'axe en axe des bielles d'accouplement :
( avant i,775
( arrière 1,865
bistribution.
Angle d*avance des poulies d'excentriques 12M9'
Rayon d'excentricité 0"075
Course maxima des tiroirs. . . 0,104 Recouvrement intérieur .... 0,005 — extérieur .... 0,025 Introduction moyenne au maximum 0/0 74.4
Lumières d'admission. 0.040x0.310 — d'échappement. 0.072 X 0'3iO
Poids.
Machine vide 29.940 k.
roues d*avant . . 11.350
— du milieu. 11.500
— d'arrière. . 11.250 Total 34.100
Machine
en pression
361. Mnclilne de ramiBes ilo la Compas'iito P.-Ei.-llI. ^ La machine représentée fig. 252 est destinée à faire le service des marchandises sur les embranchements à forte rampe, dont le trafic est très actif: ligne de Paris à Nîmes par Brioude et Alais, avec longues rampes de 25 mm. et section de Chambéry à Modane, avec rampes de 30 mm.
L'appareil vaporisateur est très puissant (2 mq. 08 de grille et près de 200 mq. de surface de chauffe) et les cylindres proportionnés à cette puissance (0. 54 X 0. 66). Les quatre essieux accouplés utilisent pour l'adhérence le poids total de la machine.
Des balanciers conjuguent les deux essieux d'avant, d'autres balanciers conjuguent les deux d'arrière, de telle sorte que la répartition des charges est indépendante des inégalités de la voie.
Les cylindres et la distribution sont extérieurs. Les longerons intérieurs s'écartent vers Tarrière pour embrasser la boîte à feu ; le foyer, franchement en porte-à-faux, a pu ainsi recevoir une grande largeur.
Les essieux d'avant et d'arrière ont un jeu latéral de 25 mm. et les boutons d'accouplement ont une forme sphérique, ce qui permet à la machine, malgré son empâtement de 4 m. 05, de s'inscrire même dans des courbes de faible rayon.
L'effort de traction résultant de l'adhérence est de
Le mécanisme peut donner un eflTort do traction de 0.70X9X34«X0.60
îz;
Es)
Voici le tableau des charges traînées exprimées en tonnes. Vitesses
(Kilomètres à Theure)
io kilomètres. . .
Machines de m
Dimensions Grille,
Longueur i°»D365
Largeur 1,350
Surface 2 mq. 08
Foyer, Hauteur du ciel au-dessus du
cadre à Tavaut l"79o
Hauteur du ciel au-dessus du
cadre à l'arrière 4,624
Longueur intérieure en haut . 4,300 — intérieure en bas. . i ,5365 Largeur intérieure en haut . . 4,290 — intérieure en bas . . 4,350 Epaisseur du cuivre des parois
latérales 0,015
Epaisseur du cuivre de plaque
déporte 0,015
Epaisseur du cuivre de plaque
lubulaire 0.017 et 0,025
Tubes.
Nombre de tubes 245
Diamètre extérieur 0,050
Epaisseur à la plaque tubu-
laire 0,003
Epaisseur à la plaque de boîte
à fumée 0,002
Longueur entre les plaques
tabulaires 5,360
Surface de chauffe»
Foyer 9n<ï71
Tubes 189, 77
Totale 499, 48
Chaudière, Longueur de la boite à feu en haut 4«620
Hampes
(en roillimclrcs par mèlres)
he5t.
mpes (Fig. 252)
principales.
Longueur de la boite à feu en
bas «,720
Largeur de la boîte à feu. . . . 1,531 Diamètre intérieur de la grande
virole du corps cylindrique . 1"500 Longueur du corps cylindrique. 5,260 Epaisseur des tôles du corps
cylindrique 0,0155
Du dessus du rail à l'axe de la
chaudière 1,990
Du dessus du rail au-dessous du
cadre du foyer 0,470
Longueur intérieure de la boîte
à fumée 1,180
Diamètre extérieur de la boîte
à fumée 1,557
Volume d'eau avec 0,45 audessus du ciel du foyer. . . 6™M50 Capacité totale de la chaudière. 8,250 Timbre de la chaudière .... 9 k.
Diamètre des soupapes .... 0,130
Cheminée .
Diamètre intérieur de la cheminée 0,540
Du dessus du rail au-dessus de la (géminée 4,280
Châssis.
Ecartement intérieur des longerons à Tavant 4,210
Ecartement intérieur des longerons à l'arrière . ..... 1,630
Epaisseur des longerons. . . . 0,030
Longueur de la machine à l'extrémité des tampons 9,838
Roues.
Diamètre au contact 1,260
Diamètre à la jante . . . . . .
Ecytement des el^ieux :
intermédiaires
extrêmes
Entre les bandages «.
Jeu latéral des roues avant et
arrière
Fu«ées des essieux :
^ , . ( diamètre.
I«.2.et4.ess.eux j ,^^^g^^^^
( diamètre.
3« essieu < ,
l longueur.
Boulons de manivelles :
3'' essieu moteur :
( diamètre.
bielle motrice.
( longueur.
( diamètre.
I longueur.
( diamètre.
I longueur.
bielle d'accouplement. • .
2« essieu :
bielle d'accouplement. . .
!•' et 4« essieux:
accouplement ( diamètre, sphérique. . ( longueur.
De milieu en milieu des fusées:
1", 2«et 4» essieux
S": essieu moteur
Diamètre du calage des excentriques
Ressorts.
12 lames de 12/90 , corde 0,860, flèche
Mouvement, Diamètre des cylindres ....
Course des pistons 0,660
Longueur de la bielle motrice. 2,560 Longueur des barres d'excentriques . .' 1,400
D*axe en axe des cylindres . . 2,100 D'axe en axe des tiges de tiroirs 2,290
D'axe en axe des coulisses . . 2,530 D'axe en axe des bielles d'accouplement :
avant et arrière 1,742
intermédiaires 1,815
Distribution.
Angle d'avance des poulies
d'excentriques 33«
Hayon d'excentricité 0,070
Course maximum des tiroirs . 0,140 Recouvrement intérieur . . . 0,0003 — extérieur . . . 0,029 Introduction moyenne au maximum 0/0 80.3
Lumière d'admission. . 0.045X0.360 Lumière d'échappement. 0,090 X 0,360 Inclinaison de la distribution
sur l'horizontale 7« 42'
Poids.
Machine vide 44. 800 1^
1"' essieu avant. . 12.150i(
|2« — interm. 12.150
|3« — moteur. 13.450
>• — arrière. 13.450
Total .... 51.2001'
Traverse d'avant 1.800^
Combustible dans le foyer. . 250 ^
Machine
en pression |
369. Oem pertut»batloii« daii« lo ntouvemeiit des locomotives.
— La marche d'une locomotive est loin d'être tranquille et régulière ; la machine éprouve des trépidations, des oscillations, des soubresauts ; si ces mouvements anormaux deviennent trop violents, ils causent dans tout le mécanisme des réactions destructives et peuvent môme amener le déraillement. Il convient de les étudier avec soin.
Ces mouvements irréguliers peuvent se décomposer en mouvements élémentaires plus simples, auxquels on a donné des noms particuliers :
Quand la locomotive oscille autour de son axe longitudinal, c*esl le roulis ;
Lorsqu'elle s'élève et s'abaisse alternativement de Tavant et de l'arrière, c'e&l le galop ;
LOCOMOTIVIS 365
Si elle éprouve des déplacements transversaux de telle sorte que les boudins viennent alternativement en contact avec le rail de droite et celui de gauche, c'est le lacet ;
Enfin, quand la vitesse de translation éprouve des variations rapides, comme si la machine était alternativement poussée en avant et en arrière, on a le mouvement de recul ou langage (1).
Imaginons un système de trois axes coordonnés rectangulaires : l'un Z vertical (2), l'autre X parallèle à la voie, et le troisième Y perpendiculaire aux deux premiers; supposons ce système animé d'un mouvement uniforme correspondant au mouvement moyen de la machine ; les mouvements relatifs de la locomotive par rapport à ce système d'axes seront les perturbations.
Ces mouvements se réduisent à six: trois translations parallèles aux trois axes, trois rotations, autour de chacun des trois axes ; et nous aurons ainsi :
rotation autour de X roulis ;
« « Y galop ;
« « Z lacet ;
translation parallèle à X recul ou tangage ;
« « Y confondue sous la dénomination de lacet ;
« « Z confondue sous la dénomination de galop.
Les mouvements de roulis et de galop sont rendus possibles par la flexibilité des ressorts ; celui de lacet par le jeu de la voie, celui de tangage par la flexibilité du ressort d'attelage ; en outre, l'élasticité des pièces rigides et des assemblages, le jeu des boîtes à graisse, des chandelles des ressorts dans leurs guides, etc., ont aussi une influence, assez limitée du reste.
363. Ctkumem de* pertnrbtttloiiM. — Tous les véhicules qui circulent sur les chemins de fer éprouvent, dans leurs mouvements, des perturbations dues principalement aux imperfections de la voie et du matériel ; ces perturbations peuvent être considérablementatténuées par une construction soignée et rationnelle ; et aujourd'hui, on voit sur toutes les grandes lignes des voitures extrêmement douces à toutes les allures.
Mais, en dehors de ces effets, communs à tous les véhicules, il existe, pour les locomotives, des perturbations provenant de causes spéciales, inhérentes au mécanisme qui produit la progression ; ces causes sont : les actions alternatives de la pression de la vapeur sur les pistons et Tinertie des masses en mouvement.
Pour faciliter l'étude de ces questions complexes, nous supposerons,
(1) Dénomination assez impropre, mais généralement adoptée.
(2) Ou, plus exactement, perpendiculaire à la voie, ce qui comprend le cas des rampes et des pentes.
dari?^ Inut ce qui va suivre, que le train se meut sur une voie en palier et i^ii ali^^nementdroit et que le régime démarche peut être considéré comme |iunii inent, c'est-à-dire que la vitesse moyenne est uniforme.
IK*) omposons le problème en ses éléments, en étudiant successivement cL sr parement :
1" leii effets résultant de Taction périodique de la vapeur ;
^^ les effets provenant de l'inertie des pièces en mouvement.
:iO^. PerturbntionM duos à l'aetloii de la vapeur. — Considérons <l jtiini'd un des côtés de la machine, le côté droit, par exemple, et admet- Ions, comme première approximation, que tous les organes, bielle, tige, pi?^lnn, elc, se meuvent dans le plan même de la roue motrice.
\a:^ forces extérieures agissant sur ce système sont :
Lj f^ravilé ;
l/i'iïort de traction ;
L(.> pressions de la vapeur ;
L<:^ réactions du rail, qui se décomposent en réactions verticales et réaction^ horizontales.
Nnus examinerons en leur lieu les effets de Tinertie ; en n'en tenant pas roîïijdp pour le moment, nous pouvons appliquer à ces diverses forces les t)j initions de l'équilibre, en les projetant horizontalement et verticalement fîi jjpt'nant les moments autour de l'un des points du plan considéré.
t^' /yn projnclion horizontale. — Les projections horizontales de la gravie' rt de la réaction verticale du rail sont nulles ;
L< s pressions de la vapeur sont des forces intérieures qui s'équilibrent ;
Hrsle Teffort de traction, qui fait équilibre à la réaction horizontale du mil.
Cl lie dernière varie périodiquement, comme le-moment de rotation ré- Fiiilhuil de l'action du piston sur Tarbre de couche. Il en est donc de même (1(; il ffort de traction, et par conséquent de la flèche du ressort de Irac- ['nHi : allé tendra à êti^ maxima quand le piston sera près de sa position uni\ I nne, et minima quand il sera aux extrémités de sa course.
Sur le côté gauche de la machine les choses se passeront de même ; mais il- iImux manivelles étant à angle droit, le maximum sur le côté gauche ( niii^pond au minimum à droite et réciproquement.
K'H actions sur les deux faces de la machine peuvent se composer en inn' iarce unique et un couple :
\n force, horizontale et dirigée suivant le ressort de traction, est variable ^'î l<nd à produire un mouvement de tangage; à chaque tour de la mathiri^onvoit facilement qu'elle passe par quatre maxima (manivelles à & [i peu près) et quatre minima (manivelles sensiblement horizontales ou vr il M'aies) ;
le roupie tend à faire tourner la machine une fois vers la gauche, une
L0C0M0T1VB8 357
fois vers la droite dans un tour de roue motrice, et à produire un mouvement de lacet.
Le mouvement de tangage est peu sensible aux grandes vitesses, à cause de la rapidité avec laquelle la force qui le produit change de sens (4 fois par tour de roue) ; mais il est très notable au démarrage, surtout si Tattelage du train est un peu lâche.
Quant au mouvement de lacet, il dépend d'un grand nombre d'éléments, parmi lesquels Técartement des cylindres joue un rôle important. Nous avons supposé que Taxe du mécanisme agissait dans le plan de la roue ; il n'en est pas ainsi, et, sans qu'il soit besoin d'insister, on voit que la tendance au lacet, qui serait nulle si les deux cylindres étaient placés dans le plan médian de la machine, est beaucoup moindre avec les cylindres extérieurs ; elle dépend en outre d'autres circonstances : un grand empattement, un attelage serré, une conicité convenable des jantes permettent de l'atténuer beaucoup.
ff^ En projection verticale. — En projection verticale, nous n'avons pas à considérer les forces horizontales ; le poids de la machine est équilibré par la composante verticale de la réaction des rails.
Mais la bielle, transmettant obliquement la pression sur le piston, produit une réaction verticale, qui d'une part tend à appuyer la roue motrice sur le rail, et, d'autre part, à soulever la glissière et le bâti qui y est attaché ; ce dernier mouvement est rendu possible pai* la flexibilité des ressorts de suspension. Cette réaction est nulle quand la manivelle est horizontale et maxima quand elle est verticale, c'est-à-dire deux fois par révolution.
En composant les actions analogues qui agissent sur les deux côtés de la locomotive, on trouve facilement qu'il en résulte :
Un mouvement de galop, dont la période est un demi-tour de roue ;
Un mouvement de roulis, dont la période est également d'une demi-révolution.
Ces perturbations s'exagèrent si les bielles sont trop courtes ou les ressorts trop flexibles ; elles changent de nature, si les cylindres ne sont pas horizontaux.
Comme dans le cas des perturbations verticales, la position des cylindres a de l'influence ; avec des cylindres intérieurs, le galop est plus fort et le roulis moindre ; le contraire a lieu pour les cylindres extérieurs.
Les mouvements que nous étudions donnent lieu à une observation intéressante, qui se représentera encore dans le cours de cette élude.
Une locomotive étant au repos, si Ton vient à la faire danser sur ses ressorts, elle prendra un mouvement oscillatoire dont la période sera fonction de la flexibilité des ressorts et du moment d'inertie autour de Taxe d'oscillation. 11 peut arriver, pour certaines allures, que la durée de cette période
coïncide avec cella des actions périodiques qui causent les perturbations ; en pareil cas, les mouvements oscillatoires iront en croissant d'amplitude et pourront même devenir dangereux.
C'est là un fait qui se présente assez souvent, surtout pour le galop : telle machine, très dure à certaines vitesses, est au contraire fort douce à des vitesses plus grandes ou plus petites ; c'est qu'alors roscillation propre n'est pas synchrone avec les causes perturbantes.
Inutile de Faire observer que la période du roulis est toujours fort différente de celle du galop.
3® Couple vertical, — Nous avons vu que l'effort de traction est périodiquement variable ; cet effort constitue avec la réaction horizontale du rail un couple vertical d'intensité variable, qui tend ainsi à produire un mouvement de galop, mais, les variations de ce couple autour de sa valeur moyenne se succèdent trop rapidement (quatre fois par tour de roue motrice) pour causer des perturbations notables.
365. Pertapbatlon« dues À rineptlo de« plèee*. — Dans un mécanisme quelconque, toutes les pièces animées d'un mouvement rapide de rotation doivent être soigneusement équilibrées et centrées, c'est-à-dire que Taxe de rotation doit coïncider avec Tun des axes principaux d'inertie; sans cela, il se produit sur les tourillons des efforts latéraux considérables. C'est ainsi que l'on centre avec soin les meules de moulin et que les plus grandes précautions sont apportées dans le montage des roues de chemin de fer destinées à marcher à de grandes vitesses.
Soit, par exemple, une roue de 1 mètre de diamètre roulant à la vitesse de 80 kilomètres à l'heure ; si Ton suppose que la matière soit inégalement répartie autour du centre, et que l'on puisse représenter cette irrégularité par un certain poids placé à la jante, l'effet de la force centrifuge sera équivalent à une pressi'n supérieure à 90 fois ce poids excentrique: s'il est de 50 kilogs, à chaque tour de roue la pression sur le rail sera alternativement augmentée et diminuée de plus de 4500 kilogs ; la roue pourra être soulevée et déterminer un déraillement.
Les essieux moteurs et accouplés d'une locomotive sont forcément excentrés par l'effet des manivelles et des masses très lourdes qui y sont attachées ; mais ici le problème est plus compliqué par suite de l'équipage des bielles et pistons, dont l'inertie entre aussi en jeu ; il nécessite une étude plus attentive.
Les perturbations dues à ces causes ont été étudiées par M. Lechàtelier qui a indiqué les moyens simples et rationnels d'y porter remède (1) ; les calculs qu il a présentés sont appliqués aujourd'hui, avec certaines modifications, par tous les constructeurs de locomotives.
(1) Lechàtelier, Etude sur la stabilité des locomotives^ 1849. Voir aussi : Couche, Voie^ matériel roulant et exploitation^ 1873, t. H, p. 386.
Dans Tétud^ des perturbations dues à Tinertie, nous pourrons faire abstraction de celles résultant de Taction de la vapeur, dont nous avons déjà fait le compte ; considérons donc la locomotive comme se mouvant librement sur les rails, sans vapeur dans ses cylindres, d'un mouvement moyen uniforme, auquel nous rapporterons les mouvements des diverses pièces.
Etudions d'abord un des côtés de la machine, en supposant le système du piston et de son équipage contenu dans le plan vertical des roues. Appliquons à ce système le théorème des projections des quantités de mouvement, en prenant pour axe de projection la verticale OY et Thorizonlale OX passant par le centre de Tessieu moteur (fig. 253).
i<> En projection horizontale, nous aurons à chaque instant :
Smdv=:Xdt
m, masse d'un point quelconque du système considéré,
V, sa vitesse relative projetée sur l'horizontale, é,
X, projection horizontale de l'effort Fig. 253.
exercé sur Tessieu par la boîte à graisse, ou, ce qui revient au môme, de l'effort exercé par l'essieu sur le châssis par l'intermédiaire de la boîte à graisse pris en signe contraire.
Les masses en mouvement relatif se composent de la roue, de la manivelle, de la bielle et du piston avec sa tige (1).
La roue étant supposée symétrique par rapport à son centre, disparaît de l'équation.
La manivelle, y compris le renflement du moyeu, et autres masses non symétriques, fixées à l'essieu, exerce une action qui peut être assimilée à celle d'un poids M fixé au centre du bouton, à une distance r de l'axe de rotation. Si nous appelons &> la vitesse angulaire constante, a l'angle de la manivelle avec l'horizontale, la vitesse du bouton sera r w, et, en projection sur OX, elle aura pour valeur : — r » sin a.
Ce qui correspondra dans S m d v à une valeur
— — r w COS a aa g
d oc soit,en tenant compte de la relation -r-r- = «,
r w' cos « dt.
En négligeant l'obliquité do la bielle, nous pouvons admettre que chacun des points de la bielle et du piston, y compris la tige et la crosse, est animé,
(1) Nous négligeons les excentriques et leur équipage, dont la vitesse relative est peUte.
en projection horizontale, d'un mouvement égal à celui de la'projectioD de
la manivelle. En désignant donc par B le poids de la bielle, par P celui du
piston et de son attirail, nous aurons pour ces pièces :
B + P , ,^ r w* cos a dt
Et Téquation des quantités de mouvement devient :
M + B + P , V • r w^ cos « = X.
X est donc un effort périodique, alternativement positif et négatif, atteignant son maximum (en valeur absolue) quand la manivelle est horizontale; il tend à engendrer des mouvements de lacet et de tangage, de la même manière que les actions alternatives de la vapeur, mais avec cette différence que les maximums de ces actions de natures différentes ne coïncident pas.
Les valeurs de X étant proportionnelles à w*, c'est-à-dire au carré de la vitesse de translation, deviennent considérables aux grandes vitesses.
On peut supprimer complètement ces perturbations horizontales, en plaçant à Topposé de la manivelle, à une distance d du centre, un contrepoids Q, qu'il est facile de calculer.
Il est clair en effet que si nous prenons :
Qi rf = (M + B + F) r,
L'équation S m d v = X dt deviendra :
—^ rf X w^ cos a — r w^ cos a = X
dou
2° En projection verticale, Téquation des quantités de mouvement pourra
s'écrire :
2 m du = Y dt,
u projection verticale de la vitesse d'un point de masse m.
Soit U la projection de la vitesse du bouton de manivelle ; on aura, en
opérant comme ci-dessus :
d{] = — r ùi^ sin « dt
— du = r w^ sin « dt.
Le piston et son attirail se meuvent suivant une horizontale, et par conséquent, leur vitesse verticale est constamment nulle et n'entre pas dans l'équation.
Quant à la bielle, supposons-la réduite à son axe de figure, soit / sa longueur, c la distance à la crosse A d'un point C, dont le poids est dp et la vitesse verticale u. La vitesse verticale de A est nulle ; il est donc clair que les vitesses verticales des divers points sont les mêmes qjie si la bielle tournait autour de A, c'est-à-dire proportionnelles à leurs distances à A ; on aura donc :
LOCOMOTIVKS 361
JT'^ T
c c (la =r y X <iU = f '' «* sin « dt
et pourloute la bielle, on aura :
S m du = — -^ w^ sin a dt / c dp
Si nous désignons par b la distance au point A du centre de gravité de la bielle, nous avons:
/ c dp = hb
et pour la bielle :
S m du = T r tù^ sin « dt.
L'équation des quantités de mouvement projetées sur la verticale deviendra ainsi :
r w^ sin a = Y
g La force Y tend alternativement à appuyer la roue sur le rail ou à la soulever, c'est-à-dire à fatiguer outre mesure la voie ou à provoquer le patinage ou môme le déraillement.
Il est donc indispensable d'équilibrer cette force. On peut y arriver, comme dans le cas précédent, en appliquant en Q| à Topposé de la manivelle, et à la distance d du centre de rotation, un contrepoids Q^ dont la valeur serait :
O^rf^^M + Bljr (1)
de telle sorte que Téquation S m du = Y dt devienne :
... M + B 4 Y = -^ — »' sin a r «* sm a = 0.
aee. De* eontrepolcUi. — Pour établir Téquilibre en projection horizontale, le contrepoids Q doit avoir une valeur :
(1) Si pour un déplacement angulaire infiniment petit d a de la roue, du contrepoids Q2 et de la bielle, déplacement compatible avec les liaisons du système, nous calculons le travail de la pesanteur, nous trouvons :
Ce travail étant nul, le système est en équilibre statique, ce qui permet de déterminer empiriquement le contrepoids Q2 de l'équilibre vertical :
L*essieu étant suspendu par son axe sur les pointes d'un tour, on suspend par un fit vertical suffisamment long Texlrémité A de la bielle, et Ton augmente le poids Q jusqu'à ce que l'équilibre existe dans toutes les positions que peut prendre la roue autour de son axe.
Pour l'équilibre vertical, sa valeur devrait être :
Ces deux valeurs sont iacompatibles ; b étant < /, Qj est toujours < Qj. Il esl donc impossible de détruire à la fois la tendance aux mouvements îiTéf^uliors (lacet et tangage) et les variations de pression sur le rail. Si Ton voul supprimer les premiers, le contrepoids devient trop fort pour Téquilihre vertical et les variations de pression se reproduisent en sens inverse de vv qu'elles seraient sans contrepoids, mais avec les mêmes inconvénients.
Quelques constructeurs se contentent du contrepoids de l'équilibre vertical ; d'autres adoptent des contrepoids plus forts : il n'y a pas d'inconvéniinl, GU effet, à introduire des variations modérées delà pression des baiulîiges, si ces variations ne dépassent pas les limites au-delà desquelles eîîes deviennent fâcheuses ; si par exemple on dispose d'un excès d'adhérciu i.^ et que la charge par essieu ne soit que de 11500 k., on pourra, sans incfuivénient, faire varier la pression sur le rail de 1000 à 1500 k. de part et d'iuitni de cette moyenne, et profiter de cette latitude pour atténuer le hict.4 dans une large mesure.
ae^. Contrepoids Aem bielles d'aecouplement. — Soit D H (fîg. ^4) une bielle d'accouplement conjuguant deux mani- 1^ J^ velles OM, GD. Un point I quelconque de cette » (9 bielle décrira un cercle identique à ceux des bou-
tons de manivelles D et M et, avec la même viy 254 ^^sse ; ses accélérations seront donc les mêmes que
celles de ces boutons et, par conséquent, les forces d inertie se répartiront comme les poids. Pour les équilibrer, il suffira de d^Hix contrepoids Q3, Q^, qui seront calculés de telle sorte qu'à l'état slatique rhacun d'eux fasse équilibre à la résultante des actions de la gravité sur rhacun des boutons de manivelle D, M ; l'équilibre ainsi obtenu sera cuniplet. Inutile d'ajouter que si 0 M est la manivelle motrice, le poids Q3 devra se composer avec celui correspondant à la bielle motrice et au piston nvfH' son attirail.
lîiiH. Remapqaeii diverses sur les pertarbsUlons. — Nous avons supposé, jusqu'ici, que les organes d'un côté delà chaudière se mouvaient dans le plan des roues; il n'en est pas exactement ainsi et, notamment fians îc cas des cylindres intérieurs, cette hypothèse s'éloigne notablement de la vérité. Il faut alors composer les actions des masses agissant de part Êst d'autre de la machine, ce qui conduit à placer les contrepoids en dehors
du prolongement de la nâanivelle. Nous n*avons pas à entrer dans ces détails de calcul.
Les contrepoids sont d'ordinaire venus de forge avec le corps de la roue, qui porte aussi le moyeu et le renûement sur lequel se place la manivelle.
Gomme nous l'avons vu, les contrepoids sont presque toujours trop faibles pour assurer l'équilibre horizontal, il en résulte une tendance au lacet. D'autre part, si Ton considère une locomotive posée sur la voie et écartée de sa position moyenne, de telle sorte que les boudins des roues d'un des côtés touchent le rail, celte machine tendra à revenir à cette position moyenne par une série d'oscillations ; la période de ces oscillations dépend de circonstances multiples, parmi lesquelles fîgurent l'empattement de la machine, la conicitédes bandages, etc. Si cette période est synchrone avec la durée d'un tour de roue, les mouvements de lacet tendront à s'accroître et pourront devenir dangereux. Nous avons déjà eu occasion de faire une remarque analogue.
On a proposé divers moyens pour combattre les perturbations :
Stephenson a construit une locomotive de grande vitesse à 3 cylindres : un cylindre médian, deux cylindres latéraux ; les manivelles latérales sont parallèles et calées à 90** de la manivelle médiane.
M. Hasswell, des chemins autrichiens, a essayé de placer de chaque côté de la locomotive une paire de cylindres commandant des manivelles opposées.
Ces moyens, et d'autres aussi compliqués, ont été abandonnés.
Avec des contrepoids bien établis, des ressorts bien r églés, une bonne répartition des poids et une conicité convenable, les perturbations n'ont plus rien de dangereux, ni môme de fâcheux.
On les atténue encore en augmentant suffisamment l'empattement et en serrant les attelages pour les grandes vitesses.
300. Lfoeomolilvefli iioup fortes i*ampe«. — Sur les lignes à inclinaisons modérées, et aux vitesses ordinaires des trains, l'appareil vaporisateur des locomotives doit être assez puissant et par suite assez lourd, pour que l'adhérence ne fasse guère défaut.
Sur les fortes rampes, la question est à envisager à un autre point de vue : la machine doit, non seulement traîner le convoi et se traîner ellemême, mais encore s'élever avec son tender sur la rampe h gravir.
Si la rampe est un peu raide et la vitesse grande, la plus grande partie de la puissance de la machine sera consacrée à élever le poids même de la machine et du tender, et le faible excédent de puissance disponible ne permettra de remorquer qu'un convoi insignifiant.
On est donc conduit, pour les trains lourds, h réduire le plus possible la vitesse, et à prendre comme vitesse normale celle où, l'effort de traction
36 'l CHAPITRE XVI
t lunl égal à Tadhérence totale, la puissance développée correspond à celle ik- Tappareil vaporisateur: à une vitesse inférieure, le poids traîné ne hrrnit pas plus fort, puisque Tadhérence ferait défaut; à une vitesse plus ^MTMide, le poids traîné décroîtrait rapidement.
A vec les proportions actuelles des machines, la vitesse ainsi calculée ne descend guère au-dessous de 15 kilomètres à l'heure. Les trains de voya- ^('1115 marchent généralement, même en fortes rampes, à une vitesse plus
Mrme en s'en tenant à la limite résultant de Tadhérence, on trouve que 11' |H>ids du train remorqué devient très petit si la pente est un peu
Suit P le poids en tonnes du train;
a ia résistance du train en palier, en kilog. par tonne;
\f h poids en tonnes de la machine, supposée à adhérence totale ;
ï7 le poids du tender en tonnes ;
}i îri résistance par tonne de la machine et du tender ;
i l'inclinaison en millim. par mètre de la rampe à gravir ;
r le coefficient d'adhérence.
Vu aura, à la limite d'adhérence :
1000 pf = P (a + i) + (p + n) (b + i) i000pf-(p + 7r)(b + i) a + i
Prenons pour exemple un train de marchandises, posons :
Si = Z^ p = 35' 7r = 16' b = 12k5 f = 4"
Kn donnant successivement à i diverses valeurs, il vient : i rampes en millim. 0 5 10 20 30 40 50
P poids remorqué en tonnes 1454 513 296 145 86 54 34. <>ii voit avec quelle rapidité décroît la charge remorquée lorsque la pente îiirg mente.
i ^o a proposé quelquefois d'accroître Padhérence en lestant la machine il ini poids en fonte ; cet expédient serait plus nuisible qu'utile : au lieu de r]i,irger la locomotive d'un poids mort qu'elle aurait à remonter en pure pj lie à chaque voyage, il vaut bien mieux, si les charges des essieux laisseul un certain disponible, en profiter pour augmenter la puissance de la I haudière et de la machine.
SiiL- les rampes un peu fortes, les machines ordinaires de marchandises suht souvent insuffisantes ; on a été conduit ainsi à construire des types ] 'lu- puissants à quatre, cinq et même six essieux accouplés ; on semble iv\( iiir aujourd'hui à des proportions plus modérées, et le type à quatre essieux accouplés paraît prévaloir comme machines de rampe. Au besoin, [nuiv les trains très chargés, on pratique la double traction, en attelant
soit deux machines en léte, soit une machine en tète et l'autre en queue. Ce dernier mode de remorquage est appliqué sur plusieurs lignes, il fatigue moins les attelages, et s'ils viennent à se rompre il peut éviter de graves accidents ; par contre il est diTficile à appliquer aux trains un peu longs sur les lignes à fortes courbures.
En réduisant autant que possible le poids du mécanisme et de la chau dière, on peut arriver, sans dépasser la charge limite des essieux, à placer sur la machine des caisses renfermant l'approvisionnement de l'eau et du combustible, et par conséquent à supprimer le tender. On réalise ainsi le type dit : machine-tender. Ce type offre cet avantage sérieux, que le poids mort transporté est beaucoup plus faible. Il ne peut, du reste, être appliqué que sur les lignes où les prises d'eau sont assez multipliées, car la provision d'eau doit être assez petite pour que ses variations n'influent pas beaucoup sur le poids adhérent et la répartition des charges. On a proposé ou essayé un grand nombre de systèmes spéciaux pour augmenter la puissance des locomotives sur les rampes : tender-moteur (tender armé d'une machine empruntant sa vapeur à la locomotive), machines à 4 cylindres, etc., etc. Aucun de ces expédients n'est entré jusqu'ici dans la pratique courante.
31^0. Exemples de II^imm» à fortes raiui»e«. — Voici quelques exempies remarquables de tracés k fortes inclinaisons : les rampes de 15 mm. se rencontrent sur un grand nombre de lignes à médiocre trafic, et môme sur des lignes importantes tracées en pays montagneux (Nord de l'Espagne, Forbach à Niederbronn, etc.). Des rampes de 18 mm. sont déjà plus rares sur les lignes à fort trafic.
On exploite encore avec des machines à 6 roues accouplées, poids 37 tonnes, la ligne de Mouchard à Neufchàtel par Pontarlier : elles traînent sur une rampe continue de ^mm. sur 17 kilomètres, des charges de 156 tonnes à la vitesse de 15 kilomètres.
Un grand nombre de traversées de hautes chaînes de montagnes se font à Taide de rampes de 25 à 28 mm. :
Traversée des Alpes au Brenner, entre Batzen et InnsbrUck, rampes de 25 mm. .machines à 8 roues accouplées, pesant 47 tonnes garnies, trains de 369 tonnes, traînés par deux machines, l'une en tête, l'autre en queue.
Traversée des Apennins entre Bologne et Pistaja, rampes de 25 mm.
Traversée des Alpes sur la ligne de Vienne à Trieste, au Semmering entre Glogguitz et Marzzuschlag. Rampes de 25 millimètres et courbes de 190 mètres. C'est au Semmering que, pour la première fois, une voie ferrée franchit les Alpes. La ligne une fois construite (en 1852), le système de traction à adopter fut mis au concours; le prix fut adjugé à la Bavaria^ machine dans laquelle la puissance motrice était transmise par des chaînes de Galle aux roues du tender ; le service fut mauvais, et on substitua au
366 CHAPITRB XVI
type Bavana une machine étudiée par M. Engerthet composée d'une puissaule chaudière portée par six essieux accouplés, reposant par son arrière, au moyen d'articulations fort compliquées, sur les longerons du tender ; 1rs rnues du tender étaient commandées, par l'intermédiaire d'engrenages, [unr Ir dernier essieu accouplé ; les engrenages se comportèrent mal et on 11»^ larda pas à les abandonner. Aujourd'hui, on exploite cette ligne, par des loL'fimolives à 4 essieux accouplés pesant 46 tonnes et traînant 175 tonnes.
Tni versée des montagnes du Lyonnais, entre Amplepuis et Tarare : rampes (Ir 26 millimètres. Le Cantal est franchi, entre Murât et Aurillac, par des ram fies de 30 millimètres. L'exploitation est faite par des locomotives à 8 roues accouplées et des machines-tenders à 10 roues accouplées.
Lt s abords du souterrain du Mont-Cenis sont réglés à la pente maxima iU' îiO millimètres.
t.a lifijne de Turin à Gênes traverse les Apennins au delà d'Alexandrie, puis redescend sur Gènes par des pentes dont l'inclinaison atteint 35 millimeires ; cette ligne fut tracée par grands alignements droits, dans la pensée de permettre, au besoin, l'exploitation par machines fixes ; dès Tori- ^ioi\ on fit la traction sur cette ligne au moyen de deux machines-tenders, tliiirune portée par deux essieux accouplés ; ces deux machibes sont attelées ilos à dos, les foyers en regard, de manière à constituer une plateforme unique sur laquelle se tiennent un mécanicien et deux chauffeurs. Ccllf^ solution très simple et très satisfaisante, d'un problème fort difficile, a reiHlii les meilleurs services. Aujourd'hui, on remplace ces machines deveuuiis trop faibles, par d'autres disposées dans le même système, mais à ti roues accouplées, pesant 35 tonnes, soit 70 tonnes pour les deux ; on fait [lussi la traction par des machines à 8 roues accouplées. Pour les trains de marchandises, il y a toujours une machine en queue ; il est vrai que les çouj'Ikîs ne sont pas très raides (400 mètres de rayon minimum).
Ln rampe de 33 millimètres sur un kilomètre environ de longueur, qui rùtiuil le Pecq à St-Germain-en-Laye, était desservie dansTorigine par un syslome de machines fixes faisant le vide dans un long tuyau couché entre les «Il ux rails ; un piston, glissant dans ce tuyau, transmettait son mouvejncîil au train, auquel il était fixé. Ce système, appliqué sur une rampe que l'on considérait comme impraticable pour les locomotives, a été abandinie, et c'est aujourd'hui avec des machines-tenders à six roues accou- )+li rs que se fait ce service.
H l'xiste quelques exemples de sections de chemins de fer comportant ilis inclinaisons de plus de 35 millimètres desservies par des locomotives. On p 'lit les considérer comme des exceptions. Sur des rampes aussi raides, lu locomotive agissant par simple adhérence n'est plus sur son terrain, et il convient le plus souvent de recourir à des systèmes spéciaux de traction.
3Tâ, LiocomotlveM an point de vue de* coiirbe«. — La question
du passage dans les courbes se pose avec toutes ses difficultés sur les chemins de montagne, dont le tracé comporte à la fois des pentes très fortes et des courbes très raides ; les machines devant, sur ces lignes, être puissantes, c'est-k-dire s'appuyer sur les rails par un grand empattement, le problème devient, par ce fait, beaucoup plus ardu.
Lorsqu'un wagon à deux essieux se meut, sur une voie courbe, le jeu de la voie et des boites à graisse et la conicité permettent aux roues de se placer de telle sorte qu'elles roulent sans glisser.
Il n'en est pas de même pour les locomotives.
Supposons d'abord une machine à trois essieux sansjeu dans les plaques de garde. Cette machine étant placée sur une voie courbe, la conicité des bandages tendra à faire prendre à chacun des essieux une situation telle, qu'il y ait roulement, sans glissement des jantes ; dans cette situation (ûg. 255), chaque essieu A B prolongé viendrait couper la ligne des con-
Fig. 255.
tacts des jantes avec les rails C D en un point 0 qui serait précisément le centre de courbure. Pour arriver à cette situation, il faudrait que, par rapport à sa situation normale en alignement droit, chacun des essieux exécutât deux mouvements :
lo En plan, un mouvement de convergence vers le centre de courbure ;
2® Un déplacement transversal à la voie, de manière à augmenter le cercle de roulement C G' extérieur et k diminuer le diamètre du cercle de roulement intérieur D D'.
Ces deux déplacements ne sont pas possi- ^*^- ^^^•
blés ; le premier, par suite du parallélisme des trois essieux ; le deuxième, parce que si les deux essieux extrêmes prennent la situation convenable, les contacts D, D' (fig. 256) de l'essieu moyen se feront en dehors de la ligne des contacts A B, A' B' des essieux extrêmes, et par conséquent cet essieu moyen ne se trouvera pas dans la situation convenable pour annu- 1er le glissement à la jante.
Tant que l'on n'a affaire qu'à des courbures modérées (voir le tableau
ci-dessous) (1), ces inconvénients ne sont pas graves. Mais ils s'accroisscnl rapidement avec la courbure et Tempattement des machines ; et même sur des courbes assez douces, une machine puissante, c'est-à-dire, à grand empattement, use rapidement ses bandages et fatigue la voie; si l'on ne facilite pas, par des tempéraments convenables, son inscription dans la courbe.
Ces tempéraments peuvent se classer en trois catégories :
10 Modifications du profil des bandages et du jeu de la voie ;
2<* Jeu des essieux dans le sens transversal à la voie ;
3° Artifices permettant la convergence des essieux vers le centre de courbure.
3*79. Modlflcatloii du profil des bandagrcs. — La première paire de roues guide tout le train et produit la déviation progressive qui amène la rotation successive delà machine autour du centre de courbure. On lui donne généralement une conicité plus forte qu'aux autres bandages.
On a quelquefois supprimé la conicité et les mentonnets de la deuxième paire de roues ; on facilite ainsi Tinscription dans les courbes ; mais cet artifice est considéré comme dangereux, en ce qu'il entraîne forcément un déraillement général si la première paire de roues vient k quitter le rail. On se borne le plus souvent à réduire la conicité et à augmenter le jeu des mentonnets dans la voie.
La conicité des divers bandages et Je jeu des mentonnets doivent être convenablement coordonnés avec Tempattement de la machine et les autres tempéraments dont nous allons parler.
373. Jen Cransversal. — Le jeu transversal des essieux combiné avec une conicité convenable sont regardés comme suffisants pour toutes les courbes des lignes françaises : il faudrait des courbes bien raidespour que la convergence fût indispensable. Pour les machines très longues, dool Tessieu d'arrière n'est pas accouplé, on laisse aux boites à graisse de cet essieu un jeu longitudinal permettant la convergence.
Cette liberté ne peut être laissée aux essieux moteurs ou accouplés, qui doivent rester rigoureusement perpendiculaires aux longerons ; il en est de même du premier essieu, celui qui attaque le rail, sous peine d'engendrer des mouvements de lacet intolérables, mais tous les essieux peuvent
(1) Le tableau ci^dessous donnera une idée des valeurs que prennent les flèches des raUs dans les courbes pour divers empattements.
Flèches en millimètres
Empattements 2^ 3» 4» 5*
Courbes de iiOO« 1 m/m 00 2™/™ 23 4"»/"» 00 6»/" 23
avoir un jeu transversal à la voie. Cependant, sur les tracés peu tourmentés, ce jeu lui-môme est d'ordinaire supprimé pour les essieux moteur et accouplés.
Le jeu transversal s'obtient par divers procédés : le plus simple consiste à donner aux fusées une longueur plus grande que celle du coussinet ; mais il a l'inconvénient de faciliter l'introduction des poussières et d'exposer ainsi au grippement.
D'ordinaire le jeu est ménagé entre les bottes à graisse et les plaques de garde ; la boite à graisse se déplace en glissant sous la tête de la chandelle sur laquelle appuie ce ressort.
La liberté de ces déplacements transversaux doit être réglée et maintenue ; c'est surtout utile pour les roues d'avant, qui doivent imprimer la direction au châssis. A cet eflFet, on place quelquefois des ressorts horizontaux, qui tendent à ramener l'essieu dans sa position moyenne quand il s'en est écarté.
M. Polonceau et plus tard, M. Forquenot, ont employé un dispositif très simple, qui résout bien le problème :
Le coussinet A (fig. 257) a du jeu dans la boite à graisse B (qui est ici
Fig. 257.
représentée enlevée de manière à montrer le dessus du coussinet et la face inférieure de la boîte à graisse), le dessus du coussinet est taillé dans le
milieu suivant un plan incliné C D, et sur les côtés suivant un plan E E F F incliné en sens opposé ; la face d'appui de la boîte à graisse est taillée de même suivant C B" E' F\ de manière à s'appliquer exactement sur la face supérieure du coussinet. Si le coussinet s'écarte à droite ou à gauche, la composante horizontale de la pression de la chandelle, due à l'obliquité du plan d'appui, tend à le ramener à sa position moyenne. Cet artifice est appliqué avec avantage aux roues d'avant et donne des résultats satisfaisants.
Dans le cas des machines très longues devant passer dans des courbes raides, M. Beugniot a employé le système suivant pour coordonner le jeu des différents essieux {Vig. 258) ; cette figure représente le plan d'une machine du Nord à marchandises à six essieux, réunis par deux groupes de trois essieux accouplés, chacun de ces groupes étant commandé par une paire de cylindres.
Les deux essieux extrêmes d'un même groupe sont conjugués au moyen d'un balancier A C oscillant horizontalement autour de son centre B fixé au châssis, de telle sorte que le déplacement de l'essieu A soit égal et opposé à celui de l'essieu C; chacun des groupes d'essieux prend donc, indépendamment de l'autre, la situation la plus favorable pour le passage dans les courbes.
Lorsque des essieux accouplés ont un jeu notable, il convient d'appliquer aux bielles d'accouplement des dispositifs spéciaux permettant aux essieux de se déplacer sans forcer les articulations ; à cet effet, on donne aux boutons de manivelle la forme d'une portion de sphère, épousée par les coussinets ; quelquefois, dans ce cas, les bielles d'accouplement sont articulées dans le sens horizontal comme dans le Fig. 258. sens vertical.
Les procédés ci-dessus sont sulTisants dans presque tous les cas de la pratique et il est bien rare qu'il devienne absolument nécessaire de recourir aux moyens permettant aux essieux de converger rigoureusement vers le centre de courbure.
3T4. Convergence. — Cette question de la convergence des essieux a beaucoup préoccupé les ingénieurs ; avec les courbures ordinaires de nos voies ferrées, comme nous l'avons vu, elle ne présente qu'un intérêt secondaire : quelques artifices bien simples, une conicité convenable combinée avec le jeu de la voie et des boîtes à graisse, permettent de l'esquiver.
Mais, dans quelques cas, le problème doit se poser impérieusement, et il n'est pas hors de propos d'indiquer sommairement quelques-unes des nombreuses solutions qui ont été proposées pour le résoudre.
La ligne de Paris à Sceaux a été construite, avec des courbures exlrômement fortes, pour être exploitée par un matériel fort ingénieux, imaginé par M. Arnoux ; ce matériel, dit articulé ^ s'écarte complètement du système rigide dont nous nous sommes occupés jusqu'ici ; chaque roue est folle sur son essieu et les essieux, tournant en leur milieu sur une cheville ouvrière, sont guidés par un système de chaînes ou de^ bielles qui leur assure une position normale à Taxe de la voie. La locomotive est à quatre roues accouplées, très rapprochées et portées par des essieux parallèles ; en outre, deux essieux porteurs, l'un à l'avant, l'autre à Tarrière, sont munis, comme les véhicules ordinaires, de roues folles, et peuvent converger en tournant autour d'une cheville ouvrière ; chacun de ces essieux est dirigé normalement à la voie par quatre galets inclinés à 4oo et qui viennent prendre appui sur la face latérale du rail. Les roues motrices sont cylindriques,sans mentonnets, et ont 0 m. 30 de largeur de jante ; néanmoins, dans les fortes courbes, elles quitteraient la voie, et l'on a dû, en ces points, établir deux Gles de rails supplémentaires du côté de la concavité. Cette machine, et le train qu'elle remorque , passent , sans trop de difficultés , dans la courbe de 30 mètres de rayon, en forme de raquette , établie dans la gare terminus pour éviter Temploi d'aiguilles ou de plaques tournantes.
Sur les chemins de fer américains, circulent des véhicules différant beaucoup de ceux de l'ancien continent; ces voitures, très longues, sont portées à leurs deux bouts par des trucs ou bogie-frames, formés d'un châssis qui repose sur deux et quelquefois trois essieux très rapprochés ; chacun de ces trucs est réuni à la caisse par une cheville ouvrière ; ce matériel peut ainsi circuler dans des courbes de très petit rayon.
Les locomotives sont construites sur un principe analogue : à l'arrière se trouvent deux ou trois roues motrices, et l'avant repose sur un avanttrain à deux essieux, mobile autour d'une cheville ouvrière. Toutefois., cette solution convient beaucoup moins pour les locomotives ; si l'on suppose en effet (fig. 259), dans une courbe, le train d'arrière dans sa position
Fig. 259.
moyenne, il est clair que la cheville ouvrière qui est solidaire de ce train sera projetée en A en dehors de l'axe de la voie, et que, par conséquent, l'avant-train ne pourra être dans sa position moyenne, correspondant à la position B de la cheville ouvrière.
Si l'on veut que Tavant-train ne cesse pas d'occuper sa position normale il y a deux moyens :
3tS CHAPITRE XVI
Ou bien il faut placer la cheville ouvrière, non pas sur le milieu de Tavaiil-train (fig. 259), mais en un point A (fig. 260) tel que les normales
Fig. 260.
H C i t D E élevées au milieu des deux trains S3 rencontrent sur la bissec- Imc de Tangle B A D ;
Ou bien faire porter la cheville ouvrière par un bras F D ou F'D articulé eu un point quelconque F ou F' solidaire de l'arrière-train.
Bii ces trois solutions, la première (avant-train américain), plus simple, tiuuique imparfaite, est appliquée sur la plupart des machines du nouveau ciuitiuent ; les deux autres, appelées avanl-lrain Bissely ont été pratiquées av< u succès sur diverses lignes à tracé tourmenté.
Ces solutions peuvent être d'ailleurs remplacées par d'autres présentant li's intimes propriétés cinématiques ; elles ont un inconvénient commun, iM'lui de n'utiliser, pour l'adhérence, qu'une partie du poids de la machine. Il y a d'autres moyens plus radicaux encore : on peut constituer le moteur par deux mécanismes complets ; chacun d'eux est composé d'une machine n di'ux cylindres avec bâtis et essieux accouplés parallèles et très rapproches, el tourne d'une pièce autour d'une cheville ouvrière ; les deux che- \illu.s ouvrières sont réunies par un châssis général qui porte la chaudière îiuique; la tuyauterie est rendue flexible, soit par des articulations étanclîcs, soit par l'élasticité même des tuyaux ; la chaudière peut être simple (Meyer), ou se composer de deux corps de chaudières solidaires, accolées }>aî' les foyers et dans le prolongement l'un de l'autre, auquel cas, les porh'fs des foyers sont rejetées sur le côté (Fairlie).
rCulin, on peut aller plus loin et se contenter d'atteler, comme sur la raui|M^ de Giovi, deux locomotives complètes dos à dos, ou même, retombîuil sur les types ordinaires, se contenter de la double traction, qui offre Cl ilaiuement de très sérieux avantages.
;t?.v. De« rirelus. — Les freins ordinaires en usage sur les chemins de frr Ui: diffèrent que par leur puissance de ceux appliqués aux véhicules rii t:ulant sur les routes : ils se composent d'un sabot en fer, en fonte ou en bois, manœuvré par un volant à main, qui permet de l'appliquer avec une giTiinle force sur la jante des roues, de manière à créer un frottement Êuerj^Hque.
E^es principales circonstances dans lesquelles on fait usage des freins dans le service courant sont les suivantes :
1/' En présence d'un obstacle ou pour prévenir un accident, les freins
sont serrés fortement afin d'obtenir un arrêt aussi prompt que possible ;
2» Sur les longues pentes, les freins sont modérément serrés et manœuvres de manière à maintenir la vitesse du train dans les limites déterminées ;
3<* A l'arrivée à une station ou dans les manœuvres de gare, la vitesse des trains étant déjà fort amortie, on serre les freins pour s'arrêter exactement au point voulu.
Pour remplir convenablement le but, il faut que l'action des freins soit à la fois prompte, énergique et qu'elle puisse être graduée à volonté. La sécurité des voyages et la précision des manœuvres sont à ce prix.
Une roue de wagon serrée par un frein se trouve soumise à deux actions opposées : la réaction tangentielle du rail, ou adhérence, qui tend à la faire tourner et le frottement du sabot qui tend à arrêter son mouvement de rotation. La première de ces forces est à peu près proportionnelle à la charge sur la roue ; Faction de la seconde pourra donc être d'autant plus énergique que la charge sur la roue sera plus grande.
En conséquence, on arme de freins les véhicules les plus chargés. Ces véhicules sont répartis dans le train conformément aux prescriptions administratives, qui tiennent compte de la composition et de la nature du train, ainsi que des inclinaisons de la voie ; chaque frein est manœuvré par un garde-frein, attentif aux signaux du mécanicien. Le tender est toujours muni de freins, agissant, autant que possible, sur toutes les roues, et manœuvres par le chaulTeur.
Quant à la locomotive, ce véhicule étant toujours le plus lourd du train, il y aurait grand avantage à l'armer de freins ; on ne le fait guère cependant sur les lignes à faible pente : pour les machines à roues indépendantes, il faudrait, pour obtenir un effet notable, agir sur toutes les roues, ce qui compliquerait beaucoup le mécanisme. Quant aux machines à roues accouplées^ l'action des freins sur une des paires de roues est transmise aux autres paires par l'intermédiaire des bielles d'accouplement, ce qui produit des réactions violentes, destructives du matériel ; de plus l'usure trè^ rapide des bandages attaqués par les sabots est très fâcheuse.
Ces inconvénients doivent être acceptés pour les machines-tenders sur les fortes rampes ; on atténue un peu le dernier en faisant les sabots en bois.
Les conditions dans lesquelles se développe la force retardatrice due à l'action des sabots ne sont pas bien exactement connues.
Il semble résulter d'expériences récentes (1) que le coefficient de frottement du sabot sur la jante est beaucoup plus élevé que celui de la janle sur le rail; ce coefficient est notablement plus fort aux petites vitesses
(i) Exécutées par M. le capitaine Douglas-GaHon sur le chemin de fer de Londres ti Brighlon.
qu'aux grandes ; il décroit très rapidement après quelques secondes de contact, ce qui peut provenir de l'élévation de température résultant du frottement.
Il est d'ailleurs un fait bien connu, c'est que, lorsque les roues sont calées, la force retardatrice baisse immédiatement. Pour qu'un frein agisse avec toute sa puissance, il faut qu'il exerce une pression légèrement inférieure k celle qui amènerait le calage des roues.
Le calage des roues a en outre Finconvénient très grave de produire un méplat sur la partie de la jante qui frotte sur le rail.
La pression du sabot doit, néanmoins, être fort. énergique ; pour l'obtenir, on dispose entre le volant manœuvré par le garde-frein et les sabots, une transmission par vis, par leviers ou par engrenages, calculée de telle sorte qu'à plusieurs tours du volant corresponde un faible mouvement des sabots; d'autre part, le rapport des déplacements du volant et du sabot ne doit pas être assez grand pour enlever à la manœuvre la promptitude indispensable ; ce rapport est souvent d'environ — | — .
On a appliqué sur quelques locomotives des freins à vapeur, manœuvres par un piston spécial ; l'action de ces freins est très prompte et très énergique, mais on n'est pas maître de la modérer.
On s'est aussi servi sur les pentes de Giovi (§ 370) de sabots glissant direclement sur les rails ; l'action retardatrice des freins de cette espèce est de même nature que celle des roues lorsqu'elles sont calées, c'est-à-dire moins énergique que celle des freins ordinaires.
a-ya. C^ntrevApeur. — Aujourd'hui, on fait fréquemment usage de la contrevapeur.
Nous avons vu (§ 145) que, dans une distribution par coulisse de Stephenson, plus le coulisseau s'approche du point milieu de la coulisse, plus le travail par tour est réduit. Au point milieu môme, il se produit encore un certain travail; mais si le coulisseau est placé notablement au delà, le travail devient négatif et la machine agit comme un frein puissant.
Examinons la question de plus près :
Considérons d'abord une locomotive marchant en arrière ; le coulisseau sera placé près de l'extrémité de la coulisse correspondant à la marche en arrière. Le diagramme théorique sera (fig. 261 aetb) ACDD'EFB'BA, admission de B en C, échappement de B en F, détente de C en D, compression de F en B'.
Si maintenant, le coulisseau restant au même point, c'est-à-dire les ouvertures et fermetures des lumières se produisant aux mêmes positions de la manivelle, on suppose que la machine marche, non plus en arrière, mais en avant, il est facile de voir que le diagramme sera tel qu'il est représenté (fig. 261 c et d) en A B F F' E D C C A : aspiration par la lumière
d'échappement de F' en E, compression de D en C, refoulement dans la chaudière de C en A, admission de A en B, détente de B en F ; il y aura non plus production, mais absorption de travail. *
Fig. 261.
Ainsi donc, dans la marche en avant, en plaçant le coulisseau près du point de la coulisse commandé par Texcentrique de la marche en arrière, on développe une résistance au mouvement ; cette résistance, il est facile de le voir, est d'autant plus grande que le coulisseau est plus près de Textrémité de la coulisse. C'est là ce qu'on appelle la contrevapeur.
Le fait était connu depuis longtemps, et pour arrêter promptément un train, les mécaniciens savaient qu'il suffit de battre contrevapeur ; mais ils ne recouraient qu'avec répugnance à ce moyen considéré comme extrême, et cela pour deux raisons :
En premier lieu, le levier de changement de marche employé jusqu'alors (§ 144 et fig. 56) est très dangereux à manœuvrer, tant que le régulateur n'est pas fermé : en outre, pour peu que la marche à contrevapeur se prolonge, les cylindres s'échauffent rapidement, les garnitures se brûlent et les pistons ne tardent pas à gripper.
Le premier obstacle a été levé par l'emploi du changement de marche Èi vis (§ 144 et fig. 57). Quant à réchauffement des cylindres et au grippement, on attribuait ces phénomènes à, l'aspiration de gaz brûlés et très chauds, mélangés d'escarbilles, que le piston puise dans la cheminée pendant la période F'E (fig. 261 d). L'explication est juste en elle-même, mais elle n'est pas complète : une grande partie de la chaleur développée provient du travail absorbé pendant la période de compression D C et de Tafflux d3 vapeur à grande vitesse en C G'. Il n'est donc pas étonnant que dans le
essais tentés en faisant aspirer, non pas le gaz de la cheminée, mais l'air oxLériuur, on n'ait pas atténué beaucoup l'échauflFement.
Les travaux de MM. Lechâtelier et Ricour (1) ont permis de lever cette difficulté par un moyen fort simple : il suffît d'injecter, dans le bas de la buse <J* échappement, un mélange d'eau chaude et de vapeur puisé dans la cheminée ; la vapeur empêche les gaz chauds d'être aspirés ; Teau mélangt e fi la vapeur absorbe la chaleur développée pendant la compression. Les quantités d'eau et de vapeur injectées sont dosées au moyen de robi nets spéciaux ; on doit en envoyer assez pour que ces deux fluides soient en faible excès ; la vapeur doit s'échapper en léger panache par la cheminée et cette vapeur doit rester humide et primer un peu. Quelques mécaniciens se contentent d'envoyer de l'eau chaude qui, se réduisant partiellemenl en vapeur, produit les efl*ets voulus.
Ces procédés réussissent bien et sont d'un usage assez commode; le mécnniciftn est bien maître de son train, il peut tenir la vitesse, sur les longiïes déclivités, par une simple manœuvre delà vis de changement de marche et sans faire appel aux freins, ce qui est fort avantageux pour la conservation de la voie et des bandages.
Ou remarquera que toute la chaleur correspondant au travail absorbé est renvoyée à la chaudière ; aussi, malgré la perte de vapeur par la cheminée et la ^suppression presque complète du tirage, n'est-il pas rare, sur les lon- ^le?; rampes descendues à contrevapeur, de voir la pression s'élever el \e^ soupapes souffler. Cet emmagasinement, dans la chaudière, du travnil H<^ la gravité ne manque pas d'un certain intérêt théorique et pourra m*^nuî, quelque jour, recevoir des applications.
L'emploi judicieux de la contrevapeur exige une certaine habileté ; le dosnge de l'eau et de la vapeur injectées demande des soins. Si la distribution est trop renversée, les roues se mettent à patiner et tournent en srnFt inverse de la marche du train (2) ; alors le coefficient de frottement s'nbiiisse rapidement, d'autant plus rapidement que la vitesse relative des surfaces glissantes est plus grande ; la machine n'agit presque plus comme freiji, et, si l'on est sur une pente un peu longue, la situation peut devenir embarrassante.
Au chemin de fer des Dombes, au lieu d'un mélange d'eau et de vapeur, on >^e contente d'injecter, par un petit orifice, de l'eau froide prise dans
(1) M s'est élevé une polémique très vive au sujet de rinvention des procédés dont wm^ [tarions ; il semble hors de doute que les ingénieurs distingués que nous citons ont tfnis deux contribué, dans une très large mesure, à rendre praUque Tusage de la Cifïitn M^npeur ; mais il serait peut-être plus difficile de faire avec rigueur la part de eliiiciin Jans cette invention.
(a. nn remarquera, sur lafig. 261, que le travail négatif à contrevapeur est beaucoup pinâ (latit que le travail positif en marche directe, correspondant à une même position du coMÎisseau.
le tender, au-dessous d'une soupape qui ferme la buse d'échappement; l'eau est appelée du tender par le vide partiel produit par le mouvement des pistons (frein Harraignies et Jouffret) ; la manœuvre est très simple : la distribution étant renversée , un seul mouvement de levier suffît pour fermer la buse d'échappement et ouvrir l'admission d'eau froide.
3T7. De* ft^lns continus. — Avec les moyens que nous venons de décrire et dans les conditions ordinaires du service, pour arrêter complètement un train lancé, il faut un parcours de 800 à i200 mètres, et quelquefois beaucoup plus, si le chemin est en pente, ou les rails gras ; ce parcours correspond au temps nécessaire pour apercevoir le signal d'arrêt, siffler aux freins, serrer les freins et amortir la vitesse.
11 serait d'un intérêt considérable de réduire ce parcours ; et ce problème, en lui-même fort important, est aujourd'hui posé impérieusement par la rapidité et la charge des trains , chaque jour de plus en plus grandes.
La solution de ce problème difficile intéresse h la fois :
1» La sécurité des trains : la faculté d'arrêter en 200 ou 300 m. au lieu de 1200 suffirait pour atténuer dans une très large mesure les chances d'accident ;
2o La capacité de circulation des lignes à grand trafic : des trains à arrêts rapides peuvent se suivre à de courts intervalles ;
3» La vitesse de parcours sur les lignes à stations multipliées, en donnant le moyen de gagner du temps sur les arrêts.
Les études pour trouver celte solution sont poursuivies avec persévérance par les ingénieurs des chemins de fer, et divers systèmes sont aujourd'hui pratiqués ; nous examinerons rapidement les plus en usage (1).
11 serait sans doute fort simple d'armer tous les véhicules d'un train de freins à main ; mais, d'une part, on serait conduit ainsi à des dépenses de personnel inacceptables ; d'autre part l'action de ces freins n'est pas regardée comme assez prompte : il y a un temps perdu notable à chaque manœuvre.
Mettre dans les mains du mécanicien la manœuvre de tous les freins, quel qu'en soit le nombre, telle est évidemment la solution à chercher ; c'est à un système ainsi constitué qu'on a donné le nom de freins continus.
Mais, posée dans ces termes généraux, la question est loin d'être résolue
(1) Voir, sur ce sujet, deux brochures autographiées récentes : Rapport sur les freins continus^ par G. Marié, ingénieur du matériel de laCie P.-L.-M. (décembre 1811).
Conférence sur les freins continus, faite, au Trocadéro, le 28 septembre 1878, par D. Bandérali, ingénieur du matériel au Chemin de fer du Nord.
elle se complique des exigences très multiples résultant du service même à faire.
Pour qu'un système de freins fût complètement satisfaisant^ il devrait répondre aux conditions suivantes :
1° En ce qui concerne la manœuvre des freins, elle doit être parfaitemenl sûre; elle doit être très rapide etpermettre d'appliquer presque instantanément les sabots ; la pression des sabots doit être énergique et pouvoir être graduée à volonté pour la descente des longues pentes ; il est désirable que la manœuvre puisse être faite, non seulement par le mécanicien, mais aussi par les conducteurs du train, et même au besoin par les voyageurs;
2*^ Il est utile qu'en cas de rupture d'attelage, les freins se serrent d'euxmêmes ; il faut, tout au moins, que la partie séparée de la tête du train ne soit pas abandonnée à elle-même ;
3° Comme conditions générales, le système doit être simple, facile à comprendre et à mettre en action, — constitué d'une manière duraile, — se prêter à Tattelage rapide des voitures à la suite les unes des autres; il doit être d'un usage journalier, les appareils qui ne sont appelés à fonctionner qu'exceptionnellement n'étant presque jamais en état au moment du besoin ; il ne doit pas être trop cher à établir, ni d*un entretien trop coûteux ; il est désirable que l'on puisse intercaler un véhicule quelconque entre ceux munis de freins, et même que l'entente puisse s'établir entre les diverses administrations, de telle sorte qu'un véhicule quelconque d'un réseau puisse être placé dans un train quelconque des réseaux voisins.
Telles sont les principales conditions h remplir ; elles sont satisfaites à des degrés fort inégaux par les différents systèmes de freins continus; nous allons en examiner quelques-uns.
Nous les classerons d'après la nature des moyens employés pour transmettre les mouvements aux sabots répartis sur la longueur du train.
378. Transmlaiiloii par Ie« wktteâwtgem, — Frein Guérin . On a expérimenté, pendant plusieurs années, sur divers réseaux, un système de freins fort ingénieux, imaginé par M. Guérin : il convient d'en dire quelques mots.
Lorsqu'on presse sur les tampons d'un wagon, ceux-ci cèdent en vertu de l'élasticité des ressorts de choc ; dans le frein Guérin, ce mouvement est utilisé pour produire la pression des sabots : quand le mécanicien, en serrant les freins du tender, détermine, sur la tête du train, une force retardatrice, tous les tampons se trouvent comprimés, et, par conséquent, les sabots serrés. Divers dispositifs, très bien conçus, permettaient le refoulement à petite vitesse dans les manœuvres de gare.
Ce frein, remarquable non moins par le principe ingénieux quiprésideà son fonctionnement que par sa grande simplicité, n'a été essayé que sur des véhicules isolés ; il est à peu près abandonné aujourd'hui.
3*79. Transmission par chaînes. — Il est pratiquement impossible d'actionner à la main tous les freins d'un train au moyen d'un système de chaînes : la pression exercée sur les roues serait ou extrêmement faible, ou très lente à produire, quand bien même on surmonterait les difficultés résultant de Télasticité des attelages.
Ce n'est pas ainsi que l'on procède : il faut une force motrice plus puissante que la main d'un homme.
Une poulie de friction est calée sur un axe horizontal suspendu au véhicule et que l'on peut rapprocher de l'un des essieux, de manière à mettre la poulie en contact avec la jante des roues. Dès que le contact est établi, la poulie tourne et, sur Taxe dont elle est solidaire, s'enroule une chaîne qui serre les sabots. Quant à l'axe mobile, il est manœuvré à distance par le mécanicien au moyen d'une corde ou d'une chaîne spéciale.
Ce principe a été appliqué sous bien des formes ; l'entraînement de la poulie de friction est déterminé par son contact soit avec la jante, soit avec le boudin, soit avec un plateau spécial monté sur l'essieu. Dans des expériences récentes faites par M. Becker sur le chemin du Nord de l'Autriche, la chaîne qui sert à manœuvrer Taxe mobile est à l'état de tension permanente pendant la marche normale ; pour serrer les freins, il faut que le mécanicien relâche cette chaîne ; s'il survient une rupture d'attelage, la chaîne devenant lâche, les freins se serrent immédiatement.
3SO. Transmission électrique. — Un circuit électrique peut produire facilement des embrayages et des débrayages extrêmement prompts. M. Àchard en a proposé depuis longtemps Tapplication aux freins de chemins de fer pour jouer le même rôle que la chaîne de manœuvre du système que nous venons de décrire ; en faisant passer dans le circuit un courant électrique, on détermine l'embrayage de la poulie de friction ou de l'organe analogue, et les sabots sont rapidement serrés; ils se desserrent dès que Ton rompt le courant.
Ce système est très rapide dans son action ; il a l'inconvénient d'être difficile à modérer et de donner tout ou rien. Quelques ingénieurs n'ont qu'une confiance médiocre dans les courants électriques et les trouvent trop capricieux pour leur confier un service aussi important pour la sécurité.
381. Transmission par Talr comprimé. — Nous ne parlerons que pour mémoire des tentatives faites pour agir sur les sabots par l'intermédiaire de la vapeur ou de l'eau comprimée ; ces fluides se congèlent parle froid, et c'est là un des principaux obstacles à leur emploi.
Il n'en est pas de même de l'air comprimé, qui a été appliqué de la manière la plus heureuse par M. Weslinghouse à la manœuvre des freins.
Disons cependant que l'emploi de l'air, soit comprimé, soit raréfié, a été proposé, il y a bientôt 20 ans (brevet de 1860), par MM. Martin et du Tremblay ; voici comment était constitué le système :
Une pompe disposée sur la machine fait le vide ou comprime 1 air dans une rondiiite flexible qui parcourt toule la longueur du train; sur celte cnnJuite sont branchées des conduites secondaires communiquant avec des cylindres placés sous les wagons ; chaque cylindre renferme un piston qui iictionue les sabots d'une voiture ; ainsi, par la simple ouverture d'unrobiiieL, oti met en prise tous les freins, et Ton peut même graduer à volonté IvAiV pression.
Lu frein Westinghouse, dans sa forme primitive, ne différait guère du friMti flu Tremblay que par Tadjonction d'un réservoir d'air comprimé; mais, par des perfectionnements successifs, M. Westinghouse a amené son système à satisfaire à la plupart des conditions que nous avons énumérées plui^ haut; il lui a notamment donné cette faculté précieuse d'enrayer les roiu'S aussitôt qu1l y a une rupture d'attelage.
Voici la description du frein Westinghouse:
Ihu} pompe à air, à action directe, refoule Tair comprimé dans un réservfiir placé sur la machine et, de là, dans une conduite générale qui parcourt lauL lu train ; sous chaque voiture est placé un réservoir, communiquant av(»c la conduite générale par un branchement, et un cylindre, actionnant ]rg nabots, est mis en relation, par un tuyau, avec le même branchement.
Xu point de réunion des deux branchements allant au cylindre et au réservoir, est placé un organe spécial, appelé triple valve, lequel commande le tiroir de distribution du cylindre et met ce dernier en communication, sKiit avec l'atmosphère, auquel cas les freins sont desserrés, soit avec l'air comprimé dans le réservoir, et alors les freins sont immédiatement serrés. La liiple valve est disposée de telle sorte, que les variations de pression dan^ï la conduite générale déterminent les mouvements du tiroir ; si donc Pair est comprimé dans la conduite, les freins seront lâches; si on fait communiquer cette conduite avec l'atmosphère, les freins se serrent; ce dirnier résultat est évidemment obtenu si l'un des attelages vient à se HMMjvre.
L;i triple valve est un appareil extrêmement ingénieux dont nous allons drmner la description (fig. 262).
A. Communication avec la conduite générale ;
F. — avec le réservoir d'air comprimé ;
CL — avec l'atmosphère ;
D. — avec le cylindre renfermant le piston qui actionne les
sùhotft.
Dans la situation représentée par la figure, ce piston est mis en relation îtvr.^c l'atmosphère par l'intérieur du tiroir E F ; par conséquent les freins stiïit desserrés. Mais, si le tiroir est déplacé sur sa glace de telle sorte que la lèvre E vienne en G, le piston se trouvera mis en relation par Det B yvri' le réservoir d'air comprimé, elles sabots se serreront immédiatement.
Le mouvement du tiroir est commandé par le petit piston auxiliaire H H au moyen de deux talons K et L ; dès que, par l'ouverture d'un robinet, on- laisse échapper Tair comprimé de la conduite générale, Tair comprimé contenu sous le piston H H s'échappe par le tuyau M N A et le piston, cé-
â ItL cpndtuJtr
àl'iSinujfiKeri
Fig. 262.
dant à la pression du réservoir, s'abaisse en entraînant le tiroir ; en môme teaips le petit trou 0 est fermé par la broche P, ce qui empêche le réservoir de se vider par cet orifice, et le ressort Q est comprimé. Dès qu'on rétablit la pression sous le piston H H, il se relève, et, le trou 0 cessant d'être fermé, l'air comprimé afQue de nouveau de la conduite générale au réservoir.
Tous les organes du système sont étudiés avec un soin et une entente renïarquables ; chaque voiture porte un tronçon de la conduite générale, formé par un tuyau de fer, terminé à ses deux extrémités par des bouts de tube de caoutchouc; un joint fort ingénieux sert à réunir très promptement ce tronçon avec celui porté par la voiture voisine ; des organes spéciaux permettent au mécanicien de régler la pression des sabots et atténuent les
iDCODvénients des petites fuites, fort difficiles à éviter; la pompe foulante est parfaitement comprise et fonctionne très bien.
Entre les mains de son habile inventeur, le frein Westinghouse est devenu un appareil tout à fait pratique ; il est actuellement mis en service sur plusieurs lignes et l'on en est satisfait.
Quelques ingénieurs redoutent la grande complication de ce mécanisme délicat. ,
SSÎd. Traii«iiil«0loii par Talr raréfié. — Le brevet Martin et du Tremblay prévoyait l'usage de Tair raréfié pour le serrage des freins ; cette idée a été reprise et complétée par M. Smith.
L'organe moteur des freins Smith est un cylindre creux, en caoutchouc, en forme de lanterne vénitienne, muni de deux fonds qui se rapprochent, sous Faction de la pression atmosphérique, quand on fait le vide à Tintérieur : ce mouvement détermine le serrage des sabots.
Mais, ce qui constitue le trait original du système, c'est le moyen employé pour produire le vide : c'est un éjecleiir, sorte de Giffard, dans lequel un jet de vapeur, agissant par entraînement latéral, aspire l'air contenu dans la conduite générale ; l'effet de cet éjecteur est très puissant et produit, en quelques secondes, un vide de plusieurs décimètres de mercure.
Cet appareil est très simple, peu coûteux, facile à manœuvrer et à modérer ; ce sont là les raisons qui le font quelquefois préférer au Westinghouse, quoiqu'il n'ait pas, comme lui, la propriété d*agir sur la queue du train en cas de rupture d'attelage, et que les arrêts soient moins prompts, par suite du temps perdu pour faire le vide dans la conduite et les cylindres de caoutchouc. Comme il suffit, pour mettre les freins en action, d'ouvrir le robinet mettant en communication la chaudière avec l'éjecteur, oo peut faire manœuvrer ce robinet par un déclenchement électrique. On a réalisé ainsi, au Chemin de fer du îford, des expériences fort curieuses : une intercommunication électrique était disposée, dans toute la longueur d'un train, avec des commutateurs convenables dans chaque compartiment ; en manœuvrant Tun quelconque de ces commutateurs, on arrêtait le convoi en quelques secondes. On a pu aussi, en installant, sur la voie, des contacts électriques mis en relation avec la machine au moyen d'une brosse métallique, arrêter le train en manœuvrant un commutateur placé en un point quelconque de la ligne.
Il est inutile de faire remarquer que la plupart des freins continus se prélent également bien à la manœuvre électrique à distance.
383. Keinartiues »ur les f)reliis csontlnaii. — Nous sommes loin d'avoir passé en revue tous les systèmes de freins continus qui ont été proposés ou essayés : ils sont fort nombreux. C'est à la pratique à décider quel sera celui qui remplira le mieux les conditions multiples de ce difficile
problème. Les expériences se poursuivent sur la plus large écheUe,aussi bien à l'étranger qu'en France.
Les résultais déjà acquis sont considérables ; l'arrêt, par freins continus, a lieu sur un parcours au moins trois fois plus court qu'avec les freins à main et, en matière de chemins de fer, quelques décamètres sont parfois une affaire de vie ou de mort. Cette rapidité d'action est duc à ce que le poids tout entier d*un train est mis en jeu avec les freins continus, mais elle résulte aussi de la réduction du temps perdu : le mécanicien serre les freins dès qu'il voit le danger, sans avoir à appeler Taltention du gardefrein, dont la manœuvre manuelle est elle-même fort lente.
Cette question de sécurité est celle qui prime toutes les autres ; aussi les freins continus ne sont-ils guère appliqués jusqu'ici qu'aux trains de voyageurs et surtout aux trains rapides. Si le problème a fait plus de progrès en Amérique qu'en Europe, cela tient peut-être à la nature du matériel : les voitures américaines sont très longues ; chaque train n'en compte qu'un petit nombre, de sorte que l'inconvénient de compliquer les attelages devient bien moins sensible que chez nous.
384. Prix de revient de la craetlon. — Voici quelques données sur les prix de revient des locomotives et delà traction.
On peut admettre qu'actuellement, en France, le prix d'une locomotive de type courant est, en moyenne, par kilogramme, de i fr. 70 décomposé comme il suit :
Main-d'œuvre Ofr. 40
Matières premières 1 » 05
Frais généraux 0 » 26
Le prix moyen du kilogramme de tender, dans
les mêmes conditions, est de 0 fr. 65 à 0 fr. 70
Nous donnons ci-dessous la décomposition des prix de revient du trainkilomètre sur les réseaux de la Compagnie P.-L.-M. pour l'année 1876 :
Nombre de kilomèlres parcourus par les trains
Dépenses par kilomètre de train.
Ti'iirUon :
IVrsoonel général (ingénieurs, chefs et
s^us-chefs de dépôt)
Nh'caniciens et chauffeurs
Cumbustible
éclairage et graissage des machines en
sorvice
Ajujrovisionnement d'eau
ïjuLretien des machines et tenders . .
Total pour la traction ....
Mitfrrii^i (entretien et divers)
fA|>luilation
Administration centrale et services géné-
niiix
KiilruUen et surveillance de la ligne . .
Dépense totale par train- kilomètre.
]N'i)ml>re moyen de véhicules composant:
Iji ïrain de voyageurs
Un train de marchandises
Ancien réteau
NooTeaa réseau
Sur Tancien réseau, les frais de combustible forment les 15/100 et les di^potjses de traction les 32/100 de la dépense totale.
he^ mêmes chapitres ne s'élèvent qu'à 12/100 et 26/100 sur le nouveau f érîi'-iu, où le trafic est beaucoup moins actif.
l'niir faire ressortir l'influence des pentes sur les dépenses d'exploitation, |K Liions comme exemple la ligne de Vienne à Trieste. Cette ligne, comme 11UU8 Tavons vu (§ 370)? franchit les Alpes, au Semmering au moyen de longues rampes de 25 "/"» sur les deux versants. En comparant les dépt'ijs's par train-kilométrique sur l'ensemble du réseau avec celles sur le Semmoring, nous pourrons apprécier la part afférente à ces pentes.
Les indications qui suivent se rapportent à l'exercice 1870.
Traclion
Parcours des trains
iJê penses par kilomètre de Irain :
Gonduilc
^ Combustible
Graissage
Eau
Réparations
\ Frais généraux
Dépense totale de traction
Prix de traction par tonne kilométrique brute de train
Augmentation des frais de traction due aux pentes du Semmering.
Par train kilométrique .......
Par tonne kilométrique brute
Ensemble diu réseau
Section du Semmering
or 01. 044
385. Types exoeptlonnels de locomotlviMi. — Machines américaines. — Les locomotives que nous avons étudiées jusqu'ici rentrent dans les types courants, usités sur presque tous les chemins de fer. Il sera bon de mentionner quelques locomotives dont les dispositions s'écartent plus ou moins des données ordinaires. Nous n'aurons pas à nous occuper des systèmes, en nombre presque infini, qui ont été successivement essayés et abandonnés ; l'historique de ces tentatives, quelques-unes d'un grand mérite, nous entraînerait beaucoup trop loin.
Commençons par les machines américaines.
La plupart des locomotives qui font le service des chemins américains diflFèrent beaucoup des nôtres comme aspect extérieur : Tensemble est lourd et passablement disgracieux, malgré le luxe de dorures, de peintures et de cuivreries dont toutes les parties sont surchargées.
A l'arrière est une grande cabine à châssis vitrés pour le mécanicien ; à l'avant, un énorme fanal, à la base de la cheminée, et près du rail un cow-catcher {filet à vache), espèce de grosse lanterne conique destinée à écarter les bestiaux qui errent sur les voies sans clôtures ; sur la chaudière , une grosse cloche, un fort sifflet et les dômes de prise de vapeur : lorsque le combustible est du bois, la cheminée est enveloppée d'un énorme entonnoir en tôle, l'ouverture en haut ; cet appareil est destiné à retenir les flammèches ; à cet efl'et le haut de la cheminée est muni d'un appendice en forme de turbine, qui imprime au courant gazeux un mouvement giratoire
el le dépouille des particules solides entraînées, lesquelles retombent entre le cône et la cheminée proprement dite.
L'avant de la machine repose sur un bogie frame ; les cylindres sont extérieurs et attaquent, par une bielle généralement fort longue, les roues motrices et accouplées placées à Tarrière.
Le châssis est intérieur et composé de barres de fer carrées ou méplates assemblées par rivets et boulons; il n'a pour fonction que de maintenir Técartement des essieux et des cylindres, mais il ne saurait résister à la flexion, et c'est à des points d'appui pris sur la chaudière qu'il emprunte sa rigidité, ce qui n'est guère à recommander ; la dilatation de la chaudière se fait par Tavant.
La chaudière, généralement à très grand foyer, est formée de tôle de fer ou d'acier fort mince. La distribution est donnée par la coulisse de Stephenson ou ses variétés.
Voici quelques détails sur deux locomotives construites par Timportaute usine de Baldwin :
La première est une machine à marchandises, à 4 essieux accouplés.
La deuxième, une machine à voyageurs, à 2 essieux accouplés.
Locomotives américaines.
Dimensions principales .
Pistons :
Diamètre
Course
Distribution :
Longueur des lumières
Largeur des lumières d'admission . .
— d'échappement .
Recouvrement extérieur
— intérieur
Course maxima du tiroir
Boues :
Diamètre des roues motrices. . . . — du truck ....
De centre en centre des essieux accou
plés extrêmes
Empattement total
Machioe à iroyagmira
Macktae
Chaudière : "
Diamètre intérieur du corps cylindrique
(plus petite virole)
Epaisseur de la tôle
Tubes :
Nombre
Longueur
Diamètre extérieur .
Boîte à feu :
Longueur intérieure
Largeur —
Hauteur, en avant
— en arrière
Epaisseur des tôles :
De la plaque tubulaire
De la plaque de porte
Des parois latérales et du ciel
Surface de grille
Surface de chauffe :
De la boite à feu
Des tubes
Totale
Poids en ordre de marche :
Sur les roues motrices et accouplées . . Total
lm8672
Les chaudières sont en acier fondu, ainsi que les boîtes à feu, les tubes en fer étiré.
On remarquera la faible épaisseur des tôles de la chaudière et de la boîte à feu ; néanmoins, le poids total, rapporté au mètre carré de surface de chauffe, est assez élevé :
Pour la machine à voyageurs 324 k.
Pour la machine à marchandises 355 k.
Les locomotives françaises n'atteignent pas des poids aussi forts, avec leurs tôles de 14 à 15 mm.
La surface de grille est considérable (-130- et -nTr
chauffe) ; le combustible est du charbon bitumineux.
de la surface de
La machine à marchandises est portée par 10 roues : 8 roues accouplées eu fonte et 2 roues d'avant-train Bissel, en fer forgé ; les trois essieux d an irrtî sont conjugués par des balanciers ; le ciel du foyer est fortement en pente, et entretoisé avec le dessus de la boîte à feu extérieure qui lui est presque parallèle. Cette machine traîne, à la vitesse de 24 kilomètres, sur des rampes de 6 à 7 mm . , un train de 35 wagons pesant 747 tonnes.
La machine à voyageurs est portée par quatre essieux : deux essieux accouplés, comprenant le foyer, et deux essieux formant avant-train américain. Les deux essieux accouplés sont conjugués par des balanciers. Celle machine traîne, à la vitesse de 45 kilomètres, sur des rampes de 6 à 7 millimètres, un train de 103 tonnes, composé de deux grandes voitures à voyageurs et de deux vs^agons-dorloirs du système Pullmann.
3S4i. LiocomotlveM de ^are. — Dans la plupart des gares importanlus, la manoeuvre des wagons est faite à Taide de locomotives, et Ton construit teQUvent, dans ce but, des locomotives spéciales.
Lu programme des conditions à remplir est fort simple ; ces machines iknv L*ut :
Démarrer rapidement, même avec de lourdes charges ;
f^ts^er facilement dans les courbes raides des changements de voie ;
Min cher à vitesse réduite et, indifféremment, en avant et en arrière.
Doue :
(ininde puissance de traction, comme adhérence et dimensions des cy- Ivndrrs ;
IV^lites roues, toutes accouplées et très rapprochées.
Appareil vaporisateur de médiocre puissance.
I>^ machines ne devant pas travailler hors de portée des magasins et i|(*s grues hydrauliques, on utilisera pour Tadhérence le poids de l'approvisinrtui^ment de combustible et d'eau, en leur donnant la disposition de rrïachines-tenders.
L*appareil sera muni de freins énergiqu|3S et du changement de marche
Vnici quelques-unes des dimensions d'une machine de gare de la CompagHi'' P.-L.-M.
Machine de gare à 6 roues accouplées.
Surface de grille 0'"^94
Surface de c/iau/fe. Foyer . ... 5"-15 Tubes 57, 18
Total ... 62, 30
Timbre de la chaudière 9M)0
Cheminée, Diamètre intérieur 0"34
/?ow^s. Diamètre au contact 1,050
Ecartement des essieux extrêmes. . ^ 2, 600
.}fonvement. Diamètre des cylindres 0, 400
Course des pistons 0, 460
Caisse à eau, Yolxxme 3"^' 00
Combustible. Dans IdiSonU^ 1.250^,00
Po?rf.ç. Machine vide 22.980^,00
! Roues d'avant 7.200k » du milieu 11.340 » d'arrière 10.840
Total. . . . 29.380 29.380^00
Les deux essieux d'arrière sont conjugués par un balancier.
SSy. LoeoiiioUveM diverse». — Le programme qui vient d'être tracé pour les machines de gare peut s'appliquer, dans la plupart des cas, aux machines pour terrassements.
Il en est de môme pour les locomotives destinées au service des petits chemins de fer d'intérêt local, comportant des courbes raides et des pentes assez fortes, et exploités à vitesse réduite. Si les charges h traîner sont peu considérables, on pourra souvent se contenter de faire porter la machine sur deux essieux accouplés.
On construit, pour les chemins de fer à voie étroite, de petites locomotives qui font bien leur service, et qui ne diffèrent guère des grandes locomotives que par leurs dimensions.
Disons, pour terminer, que M. Mailet a proposé d'appliquer aux locomotives le fonctionnement Gompound(l) : Tun des deux cylindres est d'un diamètre plus grand que l'autre, et la vapeur d'échappement du petit cylindre agit dans le grand avant de se rendre dans la cheminée ; les deux manivelles sont à angle droit. Des locomotives ainsi construites sont en fonctionnement depuis quelques mois. Il ne paraît pas que la dissymétrie des cylindres soit nuisible à la stabilité ; d'autre part, la suppression de la moitié des coups d'échappement diminue évidemment le tirage et la vaporisation ; mais cela n'a pas d'inconvénient s'il est vrai que le Compound réalise une notable économie de vapeur. Là est toute la question : ce mode de détente, si favorable dans les machines à condensation, peut n'avoir pas les mêmes avantages au cas actuel ; c'est à l'expérience à prononcer. Les locomotives Compound de M. Mailet font le service de la ligne de Bayonne âi Biarritz.
Voici les dimensions principales de l'une d'entre elles :
(1) Mémoires de la Société des Ingénieurs civils, 1817, p. 852.
Le mémoire de M. Mailet contient une étude intéressante sur les locomotives et sur les machines à vapeur, en général.
Sur face de grille i"»2oo
Surface de chauffe :
du foyer 4™260
des tubes . ....... 40 , 50
Totale 45">2io 45"MO
Timbre de la chaudière ^ 10 k.
Cijlindres :
Diamètre du petit cylindre 0"™24
— id — du grand cylindre 0,40
Rapport des surfaces 2, 78
Course des pistons 0,450
Roues. Nombre de roues 6
Nombre de roues accouplées .... 4
Diamètre des — id — In^^O
Poids en service :
Adhérent 15.200 k.
Total 19.500
Ces machines portent leur appro\isionnemenl d*eau et de combustible. Un régulateur spécial permet au besoin de faire agir directement dans les deux cylindres la vapeur venant de la chaudière, ce qui donne une grande élasticité de puissance et permet de démarrer rapidement.
Ces machines traînent, à la vitesse moyenne de marche de 32 kilomètres, des trains d'environ 50 à 60 tonnes sur des rampes maxima de 13 aiîlli* mètres. V
388. Locomotives pour tram^^vayai. — La question de Texploitalion des petits chemins de fer nous amène à parler de celle des tramways (1).
En rase campagne ou sur Taccolement des routes, le tramway se confond, pour ainsi dire, avec le petit chemin de fer. Mais, dans les villes, il en est autrement, et des convenances fort impérieuses ^iennent compliquer le problème.
Offrir une sécurité complète ; — ne produire ni bruit, ni fumée ; pouvoir s'arrêter très promptement ; — passer dans les courbes les plus raides, et enfin être aussi économique que les chevaux, telles sont les conditioas essentielles qu'un pareil moteur doit remplir. Si elles sont satisfaites, le moteur mécanique présentera de sérieux avantages.
Sans augmentation notable de dépenses, il peut traîner des charges bleu plus fortes qu'une paire de chevaux ; très élastique comme puissance, il aborde sans ralentissement notable, des rampes qui exigeraient Tadjonc-
(l) Voir les Conférences faites h l'Ecole des Ponts et Chaussées sur les tramways par AI. Saint- Yves (1818).
tion de chevaux de renfort ; il ne consomme que lorsqu'il travaille, ce qui permet, sans grands frais, d'utiliser les jours de grande affluence du matériel tenu en réserve ou en réparation ; enfin, il peut marcher vite dans les parties du trajet dégagées d'obstacles.
H est donc à prévoir que la traction mécanique ne tardera guère à s'établir sur la plupart des lignes de tramways ; mais jusqu'ici, on en est resté à la période des tâtonnements.
Comme principe, les machines de tramways ne diffèrent pas des locomotives; un moteur met en mouvement des roues suffisamment chargées, et la rotation de ces roues détermine, par adhérence sur les rails, la progression de TappareiL La machine motrice peut être placée sur la voiture même qu'il s'agit de faire mouvoir et actionner l'un des essieux de cette voiture ; elle peut aussi être portée par un véhicule indépendant, qui s'attelle à la voiture à remorquer. Les deux systèmes ont leurs avantages et leurs inconvénients, et l'un ou l'autre doit.être préféré, suivant le cas.
Quant à la machine motrice en elle-même, les expériences ont porté, jusqu'à ce jour, sur trois systèmes principaux :
La machine à vapeur ordinaire ;
La machine i\ vapeur sans foyer, système Lamm ;
La machine à air comprimé, système Mékarski.
Nous dirons quelques mots de ces trois systèmes.
389. Eiocoiiiotlires À vai>eiup pour tram^vrays. — Nous prendrons, comme exemple de locomotives pour tramways, celles qui ont fait la traction, pendant plusieurs mois, à Paris, sur la ligne de la gare Montparnasse à la Bastille. Elles 'étaient du système Harding et construites par Merryweather. Chaudière tubulaire, deux essieux accouplés, chauffage au coke. L'échappement se faisait par un tuyau couvert d'une enveloppe réfractaire, traversant le foyer et la chaudière avant d'arriver à la cheminée, afin de réduire le panache de vapeur. En outre, des réservoirs étaient disposés sur le trajet de la vapeur d'échappement, de manière h. atténuer le bruit, qui était peu sensible.
Tout Tappareil était enfermé dans une cabine vitrée, dont les parois se
^prolongeaient vers le bas jusqu'à raser le rail, afin d'écarter les obstacles
accidentels ; vers le milieu de la cabine étaient les leviers du changement
de marche et de la prise de vapeur ; la machine marchait indifféremment
en avant ou en arrière.
La durée du parcours était sensiblement moindre qu'avec des chevaux, parce que, sur les parties peu encombrées du boulevard Montparnasse, on marchait assez vite, et qu'on ne ralentissait pas sensiblement pour gravir les rampes de la ligne. Les arrêts étaient très prompts, le panache de vapeur et le bruit assez faibles pour n'être pas incommodes. Le service s'est fait sans plus d'accidents qu'avec les chevaux.
Voici les dimensions de Tune de ces locomotives :
Surface de grille 0^234
Surface de chauffée :
Foyer 2"»M7
Tubes. ^'^m
Total li^^^^âO ii-»*20
Timbre de la chaudière 8 k.
Cylindres :
Diamètre 0"»15
Course des pistons 0"»23
Noues :
Diamètre 0"»62
Poids en service 4760 k.
Ces machines coûtaient fort cher d'entretien ; après quelques mois de service, elles ont été retirées de la circulation, faute d'une entente entre la Compagnie des tramways et l'entreprise de la traction.
390. Eiocomotive sads foyer. — Nous avons vu que, dans une chaudière, le réservoir d'eau doit être considéré comme un magasin de puissance qui peut fournir des quantités de travail fort grandes, s'il contient beaucoup d'eau à une température élevée.
C'est sur ce principe qu'est fondée la locomotive sans foyer imaginée par le docteur Lamm et mise en service par lui, en 1873, sur les tramways de la Nouvelle-Orléans (1).
C'est une petite locomotive dont la chaudière est composée simplement d'un corps cylindrique assez volumineux, très solide, et bien enveloppé de matières non conductrices de lacbaleur. L'eau de cette chaudière, étant mise en relation avec la vapeur d'une chaudière fixe, condense cette vapeur et s'échauffe jusqu'à ce qu'il y ait équilibre de température et de pression. La locomotive est alors chargée. On la sépare de la chaudière fixe, et elle peut fournir ainsi un trajet de plusieurs kilomètres.
La quantité de vapeur que peut produire l'eau ainsi surchautTée est facile à calculer :
Prenons i k. d'eau à la température absolue Tj ; quel poids x de vapeur aura-t-il donné, si on laisse le fluide se détendre sans lui fournir de chaleur (adiabatiquement) jusqu'à ce que sa température absolue soit devenue T ?
Les formules de la théorie mécanique de la chaleur donnent immédiate mont la solution du problème : on aura, en effet (§ 81) :
(1) Voir: Annales des Ponts et Chaussées, 1878, 2« semestre, p. 261, une étude intéressante de M. Lav'oinne.
.ij, X proportions de vapeur dans le mélange de vapeur et d'eau ; /•|, /• chaleurs de vaporisation ; c chaleur spécifique de Teau.
Remarquons que ri = 0, puisque nous sommes parti d'un kilogramme d'eau chaude, sans mélange de vapeur ;
D'autre part, c est sensiblement constant et égal à 1. On peut donc écrire :
cdT , T,
— ^ = log. nep. -^ ;
l'équation devient ainsi :
JT , T.
-^ = log. nep. -^
Prenons, par exemple :
/4 =r 20O> (pression effective 15 k.), d'où T^ = 273 + t^=2 473'* ;
/ =i40o( — 2k.75), d'oùT =273+/ =4430;
Il vient:
log. nep. = ^ = 0,136
Chaque kilogramme d'eau chaude fournira donc 0 k. 12 de vapeur, en passant de 200» à 140o ; un réservoir de 1000 kilogrammes d'eau donnerait ainsi 120 kilogrammes de vapeur. Si la puissance développée est de 5 chevaux, et que chaque cheval- vapeur consomme, par heure (sans condensation) 15 kilogrammes de vapeur, les 1000 kilogrammes d'eau pourront alimenter la machine pendant
M. L. Francq a perfectionné les machines sans foyer du D'' Lamm en y ajoutant divers organes parmi lesquels il faut noter le détendeur et le condenseur.
Le détendeur est un orifice étroit placé sur le trajet de lavapeur,de telle sorte qu'elle n'arrive aux cylindres qu'avec une pression modérée ; la chute de pression ainsi produite n'est pas très fâcheuse, au point de vue de l'effet utile de la vapeur, tant que la pression est suffisamment élevée dans le réservoir.
L'orifice d'écoulement est ouvert par la très faible levée d'une soupape équilibrée ; cette soupape est manœuvrée par un piston recevant, sur une face, Faction de la vapeur qui a franchi rétranglement, et sur Tautre face, la pression d*un ressort qu'on peut tendre à volonté ; la pression dans la conduite d'amenée aux cylindres est donc conslante et déterminée par la tension du ressort.
Le condenseur se compose d'une série de tubes, refroidis intérieurement par un courant d'air, et placés dans un récipient où se rend la vapeur d'échappement. Cette vapeur se condense en grande partie ; l'excédent, formant un léger nuage, est évacué sans bruit dans l'atmosphère.
Des machines de ce système font le service des tramways de Rueil à Marly. La chaudière contient 1700 kilogrammes d'eau chaude et est timbrée à 15 kilogrammes. Les roues ont 0 m. 75 de diamètre ; Tempattemenl est de 1 m. 30, ce qui, grâce à quelques artifices, permet de passer dans (les courbes de 15 mètres de rayon. Les pistons ontOm. 23 de diamètre et Om. 45 de course.
Entre Rueil et Port-Marly, ces machines traînent jusqu'à quatre voitures de tramways portant près de 200 voyageurs. Elles remorquent encore deux voitures sur la pente très raide de Port-Marly à Marly-le-Roy.
391. Eiocomotlves À air eomprliné. — La traction par Tair comprimé, système Mekarski, a été appliquée sur les tramways, principalement sous forme de voitures automobiles (1).
Sous la voilure qui porte les voyageurs sont fixés des réservoirs en iùie d'acier contenant de l'air comprimé à 25 ou 30 kilog. On remplit ces cylindres en les mettant en rapport avec de grands réservoirs fixes d'air comprimé, répartis le long du tracé et alimentés par des pompes à vapeur.
La voiture porte, en outre, des cylindres moteurs agissant sur Tun des essieux par bielles et manivelles et actionnés par l'air comprimé emmagasiné dans les réservoirs.
Si l'air comprimé était délivré directement par les réservoirs aux cylindres moteurs, le refroidissement résultant de cette énorme détente serait lel, que tout l'appareil serait promptement congelé (Voir table III, § 85). M. Mekarski évite cet inconvénient en interposant, sur le trajet de Pair, une bouillotte on petite chaudière sans foyer bien enveloppée et renfermant de l'eau chautfée à 170* ; fair traverse cette eau chaude sous forme de bulles et se réchauffe au contact ; puis il arrive à un détendeur analogue, comme principe, h celui de M. Francq, avant d'être admis aux cylindres moteurs.
Une voiture automobile, avec 2000 litres de réservoir, suffisant pour
(1) Bulletin de la Société d* encouragement ^ novembre 1878. Rapport de M. CoUignon. Compter rendua de In Société des InqénieuvR civila. Années 1876 ot 1877.
un parcours de 8 îi 10 kilomètres, pèse, à charge complète, environ 10.000 kilog.
Dans les essais faits avec ces voitures, l'appareil s'est montré puissant et docile. Des expériences spéciales , faites sur les réservoirs en tôle d'acier, ont prouvé qu'ils ne présentent aucun danger comme résistance.
Le grand avantage du système Mekarski est évidemment de ne donner ni bruit, ni fumée. Quant aux avantages économiques, en est encore réduit aux conjectures.
3Btd. Systèmes de traction aiur les r&mpes exeeptlonncllcs. — Sur les chemins de fer ordinaires, la simple adhérence due au poids du moteur suffit pour faire le service, même sur des rampes allant h 35 mm. ou un peu au delù.
Mais il peut être d'un intérêt très considérable d'aborder des rampes sur lesquelles la locomotive, agissant par adhérence, deviendrait impuissante. Il faut alors recourir à d'autres systèmes. Nous allons décrire sommairement ceux qui semblent avoir donné les meilleurs résultats, en les divisant en deux catégories (1).
1° Systèmes dans lesquels Vappareil moteur est mobile et se transporte a eee le train ; c'est généralement la vapeur qui fournit le travail. Ce qui différencie ces divers systèmes, ce sont surtout les moyens employés pour fournir au moteur un point d'appui pour progresser ; nous décrirons seulement le système Fell et celui du Rigi ;
2® Sf/stèmes dans lesquels le moteur est fixe et communique le mouvement au convoi par r intermédiaire d'une transmùsion.
ËxeiSples :
Plans inclinés funiculaires ;
Systèmes divers.
393. Système Fell. — En 1863, à l'époque où les travaux du grand souterrain du Mont-Cenis étaient encore peu avancés, où il était même difficile de prévoir exactement l'époque de leur achèvement, un ingénieur anglais, M. Fell, s'inspirant, sur une base plus sérieuse, des idées émises avant lui par divers inventeurs, expérimenta, près de Manchester, un système de construction et d'exploitation permettant d'aborder avec sécurité des inclinaisons et des courbes extrêmement xaides.
En attendant que les travaux du grand souterrain et de ses abords fussent terminés, M. Fell installa, sur l'accotement de la route qui franchit le col du Mont-Cenis, un chemin de fer qui fut construit et exploité d'après son système.
Le problème était redoutable : les pentes s'élevaient à 83 millimètres et n'étaient pas, en moyenne, inférieures à 77 millimètres. Le Iracé franchisai ) Voir une éliule romplêle .'i ce sujet dans louvrape de M. Couche.
sait une altitude de plus de 2000 mètres ; les rayons de courbure 'descendaient à 40 mètres. La voie, sur la plus grande partie de son parcours, était établie au bord de précipices profonds, et le moindre accident fût devenu une catastrophe.
Voici comment le problème fut résolu.
La voie Fell se compose de deux rails ordinaires, distants de 1 m. 10 et, sur Taxe de la voie, d'un troisième rail à double champignon, posé à plat, élevé de 0 m. 27 au-dessus des rails latéraux, et porté par de fortes consoles solidement établies.
Chaque véhicule, en outre des roues ordinaires, porte deux paires de galets verticaux qui embrassent le rail central et s'opposent d'une fa4jon absolue au déraillement. Des dispositifs spéciaux déterminent la convergence des essieux au passage des courbes.
En outre du frein ordinaire, agissant sur les roues porteuses, chaque voiture porte un frein spécial, composé d'une paire de mâchoires que le garde-frein peut serrer énergiquement sur le rail central.
La locomotive est portée sur deux essieux accouplés ; mais comme, sur des pentes pareilles, Tadhérence eût été insuffisante, elle a été munie d'organes spéciaux qui en constituent le caractère distinctif.
Deux paires de roues horizontales, mises en mouvement par Faction de la vapeur, viennent presser latéralement le rail central, la pression de ces roues peut être graduée à volonté par le mécanicien au moyen d'engrenages et de ressorts.
Tel est le mécanisme qui donne le supplément d'adhérence que Ton ne pouvait demander aux roues porteuses.
Ces roues horizontales sont commandées, au moyen d'engrenages, par deux cylindres à vapeur spéciaux, qui n'entrent en jeu qu'à la volonté du mécanicien .
La machine est munie en outre, comme tous les véhicules, d'un frein à mâchoires et de galets directeurs. Elle porte avec elle son approvisionnement.
Voici les dimensions principales d'une de ces locomotives :
Surface de grille i«>Ho5
Surface de chauffée :
du foyer 5«*87
des tubes 78™*03
Totale 83«»»90 83«»»90
Pression à la chaudière 10 k.
Nombre de cylindres 4
Diamètre des cylindres 0"33
Course des pistons 0°46
Diamètre des roues verticales 0 , 85
— — horizontales 0 , 50
Nombre de tours des roues horizontales pour un
lour de l'engrenage intermédiaire 1 , 66
Poids en service 26.000 k.
La pression sur les roues horizontales pouvait atteindre 24.000 kilog.
Celte machine traînait 30 tonnes à la vitesse de 18 kilomètres.
Le système Fell comportait de nombreux détails fort ingénieux, lia fait, sans accident sérieux, un service qui n'était interrompu qu'assez rarement par les encombrements de neige.
Eu 1871, il a dû céder la place au chemin de fer direct par le souterrain du Mont-Cenis.
Le système Fell vient de recevoir une nouvelle application au Brésil, sur la ligne de Rio-de-Janeiro au district de Cantagallo. Celte expérience, comme celle du MontCenis, ne peut manquer d être fort intéressante.
394. Clicinln de fer duRIffl. — L'idée d'employer une crémaillère fixe pour servir de point d'appui à une roue motrice dentée est plus ancienne que la locomotive ; elle fut abandonnée aussitôt qu'on se fût rendu compte de la valeur réelle de Tadhérence et ne reparut que lorsqu'il s'agit de franchir des rampes sortant complètement des conditions ordinaires des chemins de fer.
A la suite d'essais heureux tentés dans cette direction par des ingénieurs américains, MM. Riggenbach, Naefî et Zschokke résolurent d'établir, dans ce système, un chemin de fer pour transporter les touristes au sommet du Rigi, à 1800 m. d'altitude. Le tracé part de Vitzenau, s'élève par des rampes presque continues de 0 m. 25 par mètre, avec courbes de 180 mètres, passe par Kaltbad, Staffelhôhe et arrive au RigiKulm, au sommet de la montagne. La longueur est de 7 kilomètres ; la hauteur franchie de 1363 mètres. La ligne fut ouverte jusqu'à Staffelhohe en 1871, et le succès qu'elle obtint provoqua immédiatement la création d'une nouvelle ligne, partant d'Arlh, sur le lac des Quatre-Cantons, pour aboutir également au Rigi- Kulm, après un parcours de 11 kilomètres sur des rampes de 0 m. 20.
D'autres lignes, construites et exploitées dans des conditions analogues, sont actuellement exécutées ou en projet.
Au Rigi, la crémaillère est composée de deux flasques parallèles formées de fer en U, sur lesquelles sont rivées les extrémités de traverses en fer qui constituent les dents d'engrenage.
La locomotive est composée d'une chaudière qui est verticale sur les rampes de 0 m. 19 ; elle est fixée sur un châssis porté par quatre roues folles sur leurs essieux ; les pistons commandent, par manivelles à angle droit, un faux essieu qui agit par engrenages sur Taxe de la roue dentée motrice, lequel se confond avec l'essieu d'arrière.
398 CUAPlTliE XVI
Timbre de la chaudière 12 atm.
Pislons :
Course 0"40
Diamètre 0 , 27
Lm engrenages sont tels, que l'appareil progresse de 0 m. 69 pour un Umr dii faux essieu.
Cette machine met en mouvement un seul wagon ; il n'y a pas d'attelage proprement dit; la machine est toujours placée à l'aval du wagoD, tjui pèse simplement sur elle par l'intermédiaire des tampons.
I^D rjutre de la roue dentée motrice, Tessieu porteur de la machine et les deux essieux du wagon sont armés de roues dentées pareilles, que des fj^ins à main très énergiques peuvent actionner.
A la descente, c'est d'ordinaire la roue motrice seule qui sert à modériT la vitesse ; à cet effet, la distribution étant renversée, on introduit, par la lumière d'échappement, de Tair frais pris en dehors, et un filet d'eau froide ; le travail de la gravité est employé à comprimer cet air, qui n'edioppe ensuite par un orifice étroit dont on peut régler l'ouverture.
La machine garnie pèse 12.500 k.
Le wagon chargé pèse 8.000 »
La vitesse, à la descente comme à la montée, est de 5 k.
Cette solution d'un problème difficile est certainement des plus renaarquables ; elle procure, au moins au même degré que le système Fell, une grande sécurité, avec des moyens plus simples ; elle permet, bien mieux que tes systèmes de traction par machines fixes, d'aborder des rampes d'une notable longueur et des tracés s'écartant beaucoup de la ligne droilf*,
:i05. Systèmes taniciilaire*. — Les câbles en fil de fer sont fort employés dans les mines pour faire mouvoir les wagonnets. Si, par exempli% roriûce d'extraction du puits ou de la galerie de mine est situé à ihwiv de coteau, on dispose une double voie descendant en pente et, aulant que possible, en ligne droite, jusqu'au fond de la vallée. Un câble en Ml ih^ fer est placé sur l'axe de chaque voie, reposant sur des galets; ce câblB, au sommet du plan incliné, s'enroule sur une poulie, dont le diarnMrr* est égal à la distance, d'axe en axe, des deux voies. Un train chargé dt^ ndnerai est attelé sur l'un des brins ; un train de wagonnets vides est uitaihé à l'autre brin ; une fois l'appareil en mouvement, le train chargé remniite le train vide ; un frein agit sur la poulie pour régler la vitesse.
Une disposition analogue peut être employée sur les plans inclinés des chemins de fer. Si le trafic est à peu près le même dans les deux sens, le train montant et le train descendant s'attellent au câble avec leurs locomotives, et c'est l'action de ces machines qui détermine et modère le mouve-
ment. Si le trafic, à la remonte, est le plus important, ou si Ton ne veut pas subir la sujétion de faire toujours coïncider la remonte d*un train avec la descente d'un autre train à peu près du même poids, il faut recourir aux machines fixes.
Les plans inclinés funiculaires, assez nombreux autrefois, ont à peu près complètement disparu sur les grands chemins de fer ; la locomotive les a remplacés, même au prix de remaniements coûteux du tracé. On leur reproche, avec raison, les sujétions nombreuses qu'ils imposent, Texploitation coûteuse, l'usure rapide des câbles, etc.
Néanmoins, ils peuvent rendre d'utiles services, lorsqu'il s'agit de lignes de faible longueur, dont les points extrêmes sont à des niveaux très différents ; on les emploie, dans plusieurs villes, pour desservir des quartiers placés sur la hauteur et difficilement accessibles.
Le plan funiculaire de la Croix-Rousse, à Lyon, dessert des communications très actives entre le quartier des Terreaux, qui est le centre des affaires, et le quartier très populeux de la Croix-Rousse, où habitent les ouvriers tisseurs. La différence de niveau, de près de 80 "00, est rachetée par une rampe de 0»16 sur 490m00.
Le tracé est rectiligne.
Les trains se composent de deux wagons et pèsent, en tout, 30.000 k. environ. Le train descendant fait plus ou moins équilibre au train montant, et le mouvement est donné par une machine à vapeur fixe.
Sur toute la longueur, le câble, en fil de fer, est supporté par des galets de roulement.
Au sommet du plan, les deux brins du câble sont renvoyés par des poulies horizontales, sur un grand tambour de 4 ** 50 de diamètre, sur lequel le câble fait plusieurs tours, de manière à produire une forte adhérence. Ce tambour est mû directement par une paire de machines à vapeur conjuguées, à renversement de marche ; il est actionné par un frein énergique.
Des dispositions fort remarquables ont été imaginées pour prévenir les conséquences terribles qu'entraînerait la rupture du câble. Les freins, appliqués à toutes les voitures, sont de deux espèces : un frein à ruban, enveloppant une circonférence qui fait corps avec la roue, et un frein à mâchoires, qui saisit fortement le rail. Ces freins peuvent, l'un et l'autre, être serrés à la main, mais leur manœuvre devient automatique, en cas de rupture du câble : le câble étant rompu, l'effort de traction qu'il exerce sur le ressort d'attelage cesse brusquement ; celui-ci se détend, et ce mouvement déclenche les appareils d'enrayage automatique. Pour le frein à ruban, c'est un simple poids qui vient donner au ruban la tension voulue ; pour le frein à mâchoires, c'est un galet à gorge qui tombe sur le rail, et dont la
rulation détermine le serrage énergique des mâchoires, jusqu'à arrêt compleL.
L'expltMlation s'est faite jusqu'ici sans accident ; disons que cette sécurï\A t'st ftue surtout aux soins particuliers que Ton apporte à l'entretien, au rt'iiouvL^llement et aux essais périodiques du câble, qui ne s'est jamais rompu eu service,
300. Bymt^wnem divers. — Chemin de fer atmosphérique . — Ainsi que uuHs I iivMns vu (§ 370), sur le chemin de fer de Paris à St-Germain, la rainpo d<^ 35 mm. qui termine le tracé, a été longtemps exploitée par le système atmosphérique. Un large tube, placé sur l'axe de la voie, était parcouru par un piston attelé au train ; ce piston se mouvait par l'effet du vide produit par des pompes pneumatiques placées en haut de la rampe et action ni^QS par des machines k vapeur. Une des difficultés que Ton rencontra claiis cotte installation, fut la liaison du train avec le piston mobile. Voici cciniment elle fut surmontée :
Sur l*;iréte supérieure du tube règne une fente longitudinale continue, ferinée par une longue soupape en cuir gras, doublé de tôle ; le wagon de t**tc du liain porte une pièce de fer plate et mince, qui passe à travers cette rainure *. l soulève partiellement la soupape, au fur et à mesure de la progression du convoi; cette pièce s'assemble au milieu d'une tige de fer assez longue^ disposée suivant Taxe du tube, laquelle porte aune extrémité le piston, et à l'autre des contrepoids qui lui font équilibre ; le piston se trouve ainsi bien en avant de la partie de la soupape qui est soulevée.
Nous ne décrirons pas les détails ingénieux de cette installation, qui a di.sparu depuis plusieurs années. Les fuites étaient fort importantes, et l'effet utile det> machines très faible.
StjsifUne Agndio. — On a fait en Italie, des expériences fort intéressantes sur un système curieux imaginé par M. Agudio. La puissance motrice est fournie par des machines fixes, à vapeur ou hydrauliques, et transmise, au moyeu de câbles télédynamiques, à des poulies portées par un chariot mobile, qui utilise cette puissance pour se touer sur une crémaillère fixe . Les eàhles de transmission en fil de fer marchent à grande vitesse ; ils peuvent Jonc transmettre de grandes puissances même sous une assez faiblt? tension et, par conséquent, un petit diamètre. L'idée est ingénieuse, et les déinils de cette expérience fort intéressants.
Sijsivtur Girard, — Un hydraulicien distingué, M. Girard, a fait des expériences tu petit sur un système, appelé Chemin de fer glissant, qu'il avait imaginé les véhicules sont des traîneaux glissant sur de larges rails par des putiiLs en métal ; le frottement est presque annulé par l'interposition d*une couche d'eau très mince ; cette eau est injectée sous forte pression, au centre des patins, qui sont creusés de cannelures concentriques destinées a r*^duire la dépense de liquide. «
397. Observatlolui grénérale». — On a proposé un grand nombre d'autres systèmes que nous ne saurions décrire ; comme ceux que nous venons de passer en revue, ils ne sont évidemment applicables que dans des circonstances tout à fait particulières. Sur une voie ferrée d'une certaine étendue, ou reliée au réseau général des chemins de fer, s'il se rencontre une chaîne de montagnes k franchir, il y aura presque toujours intérêt, même au prix de dépenses importantes, à ne pas sacrifier, pour un parcours de peu de longueur, Tunité dans les méthodes d'exploitation, ce qui conduira et a conduit presque partout à donner au tracé un développement suffisant, des inclinaisons assez douces pour ouvrir Taccès à la locomotive.
Néanmoins, dans certains cas, les solutions que nous avons indiquées présentent un intérêt sérieux : elles permettent d'atteindre des points réellement inaccessibles aux locomotives. Presque toutes ont leurs avantages et leurs inconvénients spéciaux.
Les plans funiculaires sont simples et sûrs de construction et d'exploitation ; mais, de même que tous les systèmes fondés sur la transmission de la puissance motrice développée par des moteurs fixes, ils cessent bien vite d*être avantageux pour peu que la distance à parcourir soit un peu longue; leur tracé, en plan, est nécessairement fort rigide et ne comporte guère que des alignements droits raccordés par des courbes en petit nombre.
Les systèmes dans lesquels le moteur se transporte avec le convoi qu'il remorque sont bien plus élastiques ; ils se prêtent à des parcours assez prolongés et aux inflexions que les obstacles naturels imposent au tracé. La locomotive Fell pourrait difficilement aborder les fortes rampes que gravit aisément la locomotive à crémaillère ; les succès qu'a déjà obtenus ce dernier moteur semble lui avoir ouvert une carrière assez étendue.
Quoique, le plus souvent, dans les exploitations de cette nature, la dépense de combustible soit un assez petit accessoire, on peut remarquer que Teau chaude ou Pair comprimé permettent d'emmagasiner, sous un faible poids, des réserves de puissance importantes et qu'il ne serait pas bien difficile, comme cela a été fait sur une échelle immense pour le percement des souterrains du Mont-Cenis et du St-Gothard, d'utiliser à cet effet les chutes d'eau si fréquentes dans les montagnes. Peut-être même pourrait-on parvenir h tirer parti, dans ce but, du travail même de la gravité à la descente. Le système ainsi constitué représenterait alors une véritable balance dans laquelle, sauf les pertes et résistances passives inévitables, le travail final à dépenser se réduirait à élever l'excédent des charges montantes sur les charges descendantes.
;i>ijBF?
S9H, Oénéralitte. — Intérêt considérable que présente Tétude des machines de navigation.
1° Au point de vue professionnel, les ingénieurs de TEtat ayant à surveiller des bateaux à vapeur et à s'occuper des questions de navigation, de touage et de remorquage ;
2<* A un point de vue plus général : conditions très étroites entre lesquelles se trouve resserrée la construction des machines marines ; eau salée ; faible consommation ; faible poids ; emplacements limités ; solutions inattendues qui ont jailli de ces nécessités mêmes, inûuence de ces solutions nouvelles sur Tart de la construction mécanique et les idées théoriques antérieures.
399. Déplaeement et répartition de» poldbv. — Un navire floliaot sur une eau tranquille déplace, en vertu du principe d'Archimède, un poids d'eau égal à son propre poids.
Le déplacement est le volume immergé de la carène, multiplié par le poids spécifique de Teau de mer (1.026 en moyenne).
Le déplacement se décompose en deux parties :
i^ Le jwids de la coque, comprenant la coque elle-même et tous les objets qui lui sont indissolublement attachés pour assurer la solidité ou le service : membrures, ponts, aménagements intérieurs, boiseries, etc.,
2° L'exposant de charge, comprenant tous les objets amovibles : machines, mâture, cuirasse, gréement, chargement, artillerie, approvisionnements, équipages, etc.
Dans les navires en bois, le poids de coque est en général de 45 à 500/0
(i) Ouvrages à consulter :
de Fréminvillc, Cours professé d l'Ecole du Génie maritime (1861) Ledieu, Appareils à vapeur de navigation. Dunod (1866)
— Nouvelles machines marines. Dunod (le 1*^' volume seul a paru jusqu'ici). Dislère, La marine cuirassée. Gauthier-Villars (1873)
— Les Croiseurs — (1815>
— La guerre d'escadre — (1816)
Mallet, Les nouvelles machines à vapeur marines. Arthus-Bertrand (1813).
Audenet, Brochures diverses sur les machines et chaudières marines. Arlhus-Bertrand.
Revue maritime et coloniale (passim).
Mémorial du Génie maritime (passim)*
du déplacement ; cette proportion est d'ordinaire plus faible pour les navires en fer.
L'établissement du devis des poids, c'est-à-dire la répartition des poids dont l'ensemble compose le déplacement, est un des problèmes les plus importants et les plus difficiles que le constructeur ait à résoudre. Nous aurons à y revenir.
400. Stobillté. — La stahilité d'un navire est la tendance qu'il a à se relever lorsque, pour une cause quelconque, il a été écarté de sa position d'équilibre.
Un cylindre en bois, par exemple, flotte horizontalement en équilibre, en roulant indifféremment autour de son axe de figure ; mais si l'on sup^ pose qu'on ait ajouté sur l'une de ses arêtes un certain poids et enlevé sur l'arête opposée une quantité de matière équivalente, il est clair que le déplacement sera le même, mais que l'équilibre deviendra stable, correspondant à une position telle que le centre de gravité du système se trouve sur la verticale du centre de gravité du volume d'eau déplacé : la stabilité sera d'autant plus grande que le poids excentré sera plus fort. Un raisonnement analogue peut être appliqué à un corps flottant quelconque.
Comme on le voit par l'exemple ci-dessus, pour qu'un navire soit stable, il n'est pas nécessaire que le centre de gravité de la carène soit au-dessous de celui du volume d'eau déplacé ni même au-dessous du niveau de l'eau ; mais l'abaissement du centre de gravité a toujours pour effet d'augmenter la stabilité (i).
401. RésUitanee an moa^einent. — On admet que la résistance opposée par l'eau au mouvement d'un navire est proportionnelle :
A la surface immergée du maître-couple, c'est-à-dire de la plus grande section transversale de la carène : B (en mètres carrés) ;
Au carré de la vitesse V (en mètres par seconde) (2).
D'où la valeur de la résistance (en kilogrammes) :
A. Coefficient dit de résistance.
Ce coefficient est d'autant plus faible que le navire est plus fin de formes et mieux taillé.
Les anciens navires à voiles avaient un coefficient de résistance de 10 à
(1) Cet abaissement a donc pour résultat de raccourcir la durée des oscillations du navire autour de la verticale ; s'il en résulte que ces oscillations deviennent isochrones avec celles des vagues, le navire, quoique très stable, roulera très fortement ; il y a donc, dans certains cas, avantage à réduire la stabilité théorique, et à relever le centre de gravité.
(2) Souvent, on exprime les vitesses des navires en nœuds marins et on les obtient directement au moyen du loch ; un nœud représente une vitesse de 0 m. 5144 par seconde, ou de 15 m. 43 par 30" (durée du sablier qui accompagne le loch) ou enfin de i852 m. à l'heure «
404 ChAPITM Xvti
iSk; sur les navires fins et rapides, on arrive à abaisser le coefficient A à 5k, 4k et même au-dessous.
Les navires allongés, en dehors de leurs autres avantages comme vitesse, peuvent évidemment recevoir des formes beaucoup plus fines que les navires courts.
Le travail à développer par seconde pour imprimer au navire une vitesse V contre une résistance R est évidemment
R V ou A B V'»
Tel est le travail absolu ; mais le travail indiqué à développer par la machine comprendra, en plus, toutes les résistances dues au fonctionnement imparfait du propulseur ou aux frottements du mécanisme ; il aura donc pour valeur :
A' étant > A, et la puissance F de la machine en chevaux indiqués sera :
ou
C coefficient dépendant des formes de la carène, du rendement du propulseur et du rendement organique de la machine.
4<Md. Déformation de la co€|ue. — La coque des navires est exposée à des déformations résultant du relâchement des assemblages et de Télasticité de la matière ; ces déformations, parfois considérables sur les navires en bois, sont encore notables sur ceux en fer ; les extrémités, dont le déplacement est moindre pour un même poids, s'affaissent, et le navire prend de Tare ; les parties latérales fléchissent également. Il est indispensable que les arbres, quelquefois fort longs, qui communiquent le mouvement au propulseur, puissent se prêter à ces mouvements et soient formés de tronçons convenablement articulés (181, fig. 123-124, et 414).
403. Faoïiltéfli srlratolre». — Sous Vaction de son gouvernail, le navire se dévie de sa route avec une docilité plus ou moins grande ; les facultés giratoires ont une haute importance ; pour les navires de guerre, combattant par Téperon ou par Tabordage, la promptitude d'évolution est aussi essentielle que la promptitude de la main dans un combat à l'épée ; pour tous les navires, cette qualité seule permet d'échapper au danger de ces abordages terribles, où les bâtiments se perdent corps et biens, et qui deviennent chaque jour plus fréquents, au fur et à mesure que les navires deviennent plus longs, plus lourds et plus rapides.
404. Bateaux de rivière. — Les indications générales qui précèdent s'appliquent également aux bateaux à vapeur circulant sur les rivières et les canaux ; mais, ici, les circonstances de la navigation sont souvent fort différentes.
Sur les rivières, le tirant d'eau est parfois très limité ; d'autre part, on a peu à craindre la dérive ou entraînement résultant de Taction d'un vent latéral ; enfin l'action des vagues n'est guère à redouter.
Par conséquent, la coque est en général, légère, très longue par rapport à sa largeur ; elle ne comporte pas de quille, et les formes du maître couple sont presque carrées ; par suite, malgré la grande longueur, la résistance au mouvement est assez forte.
Souvent les dimensions, en hauteur et en largeur, sont limitées par les ponts ou même les écluses. Le bateau doit être assez court pour pouvoir se retourner bout pour bout.
D'autres exigences viennent parfois s'imposer : nécessité de ne pas trop agiter l'eau ; de ne point corroder le fond et les rives, d'aborder et de repartir promptement, dans le cas de stations multipliées, etc. Dans les cours d'eau à courant rapide, la coque doit être fine, longue, le moteur puissant et la vitesse assez grande à la remonte, sans quoi le travail serait en grande partie dépensé stérilement à faire tourner le propulseur sur place et sans avancer.
405. Poids des maelilnes marines. — Les machines marines absorbent souvent une part considérable de l'exposant de charge, tant par le poids du moteur et des chaudières que par celui de l'approvisionnement de combustible.
En principe, les appareils marins se font aussi légers que possible : machines rapides, chaudières tubulaires ou Belleville. Mais cette question importante doit être examinée de plus près.
Soient :
P', P", F" les poids de la machine, des générateurs et de l'approvisionnement ;
P, le poids total de l'appareil moteur = P' 4- P" + P'" ;
V, la vitesse ;
L, la longueur de la traversée ;
F, la puissance du moteur en chevaux indiqués ;
p, le poids de combustible consommé par unité de temps et par cheval indiqué ;
a et b, les poids de la machine et des générateurs par cheval indiqué.
On aura :
P' = aFouF = aCBV»
P' = b F ou F' = b C B V»
La durée de la traversée sera — .
L'approvisionnement de combustible, au départ, devra donc être :
!>»»' = p F ^ ou P'" = p C B V» ^
406 CHAPITRE XVIl
Poids total :
P = CBVMa + b + p^).
DifTt'-rvnls cas à distinguer :
lo Lt^ ri f vase n'est pas imposée :
Si la vitesse est faible, le poids P décroît rapidement. Exemple : Bâtiment « de commerce mixtes, à voiles et à vapeur, où Ton ne met l'appareil f^n mouvement que par calme, par vent contraire ou pour manœuvre à rapproche de^ ports ;
2^ Cite grande vitesse est exigée. Ex. : Navires de guerre. Transatlantiques.
Pour les longues traversées p --- est prépondérant ; donc machines et
clmudières très économiques comme consommation.
Four 1rs voyages de peu de durée, il faut réduire a etb, mais surtout b, [ïronomie de poids obtenue par une machine médiocre entraînant une augmenluMon de poids sur la chaudière.
On a obtenu un grand accroissement de chargement disponible en coupant des navires en deux et les allongeant par le milieu, ce qui augmente beaucoup !e déplacement sans changer notablement la résistance.
Cet allongement a été pratiqué sur un grand nombre de navires rapides el a presque toujours donné d'excellents résultats. Cependant il y a des limites a cette amélioration: si rallongement est poussé trop loin, la solidité de la coque est diminuée ainsi que la puissance du gouvernail; enfin, le nin ire iif^ trouve plus que dans un petit nombre de ports des bassins de dimensions suffisantes.
La résistance de Teau est proportionnelle à la surface du maître-couple, c" est-à-dire j pour des navires semblables, au carré des dimensions homologues, ïi en est donc de même de la puissance et du poids du moteur dans les mûmes conditions de vitesse, de rendement, etc. . . D'autre part, le déplaceraenti le poids de coque, et, par conséquent, Texposant de charge, sont h pT^u près proportionnels au volume du navire, c'est-à-dire au cube des diiueesions homologues.
Il «Ml n suite que le chargement disponible par tonne de déplacement, pour uni: vitesse donnée, croît avec les dimensions du navire. Un navire de faible échantillon serait dans Timpossibilité, môme sans chargement utile, de- laire une traversée un peu longue, qu'un bâtiment plus fort exéeutera avec une cargaison importante, dans les mêmes condition^ de vitesse.
C est ainsi que Ton a été conduit, pour les paquebots à grande vitesse aussi lïieu que pour les navires de guerre fortement armés ou cuirassés, à iiugmenler d'année en année toutes les dimensions.
406. Lie Great-Baatern. — Le Great-Eastern a été la conséquence de ces considérations, conséquence logique, mais singulièrement outrée.
Cet immense bâtiment, construit en 1857, sur les plans de Brunel, devait, dans les idées de son auteur, porter 5000 tonnes de fret et 4000 passagers.
La coque en fer, a été construite par Scott-Russell ; elle porte 7 mâts ; en voici les dimensions principales
Longueur
Largeur
Largeur hors tambours
Tirant d'eau à pleine charge
Surface immergée du maître-couple à pleine charge . .
Déplacement à pleine charge 28500 T«.
L'appareil propulseur se compose d'une paire de roues à aubes et d'une hélice.
Diamètre
Longueur des aubes Largeur des aubes .
Nombre d'aubes . .
N. de tours par 1'. .
Les machines qui meti sions suivantes :
Rones
Diamètre
N. d'ailes ....
N. de tours par 1'
HéUM.
ent ces propulseurs en mouvement ont les dimen*-
Constructeur
Système
Puissance indiquée, environ . . ,
Nombre de cylindres
Diamètre des cylindres
Ck)urse des pistons
Nombre de tours par 1' ....
Pression (absolue) aux chaudières.
Nombre de corps de chaudières .
Nombre de foyers
Surface de chauffe totale. . . .
La vitesse atteignait 14 n. 1/2.
La construction de cet immense navire était fort soignée.
Le résultat fut un échec financier. Jamais on ne put faire la traversée avec chargement complet : le tirant d'eau, à charge complète, était trop fort pour les bassins ordinaires ; le bâtiment se tenait en rade ; il fallait
Machine iiKHiM
.HachineàhâiM
Scott-Russell
Watt
Osdllanie à 45°
Borix. coinei. dir"
5000 Ch»
