CHAPITRE V ORGANES ET ÉLÉMENTS DIVERS DU MATÉRIEL

§ 1. — Note sur les bandages des roues.

C'est dans les relations des formes entre elles qu'il faut chercher la cause pour laquelle les bandages des roues s'usent, s'écrasent eu se déforment plus rapidement que les rails.

Un corps cylindrique qui roule sur un plan, et qui est en contact avec lui suivant une ligne parallèle à son axe, engendrée par la rencontre des points situés à sa circonférence avec ce plan, lui présente ses molécules dans une situation différente de celles de ce plan.

Si on suppose aux deux corps en contact des conditions de dureté et d'élasticité absolument identiques, et si la pression opérée au point de contact est telle qu'elle dépasse la limite de dureté et d'élasticité des corps, la matière elle-môme sera déplacée, et il n'y aura pas d'autre cause d'une inégalité quelconque dans ce déplacement, que la différence que présentera dans chacun des deux corps la disposition moléculaire.

Les molécules d'un corps présentant un plan au point de contact avec un autre corps affectant la forme d'une pointe ou d'un coin, ne peuvent se déplacer, sous l'influence de la pression en ce point, qu'en déplaçant elles-mêmes un certain nombre d'autres molécules qui les enlourent.

Les molécules situées à la circonférence d'un corps cylindrique ne peuvent se déplacer sous l'influence de la pression au point de contact sur un plan, qu'en intéressant dans ce déplacement un certain nombre de molécules, qui laissera une faible trace sur l'enclume, tandis que la lame aura été altérée par l'égrènement du tranchant au point de contact sur l'enclume. Les molécules de la lame, trouvant moins d'appui autour d'elles, se courbent, se irisent, en un mot, se séparent sans déplacer sensiblement celles de l'enclume qui se prêtent un mutuel appui.

Ce qui est vrai des effets du contact d'une lame sur un plan, l'est également du contact do la génératrice d'un cylindre sur un plan.

Il est ainsi démontré que deux corps semblables et d'égale dureté, mis en contact et pressés entre eux jusqu'au delà de la limite d'élasticité et de résistance à l'écrasement de la matière, s'altéreront inégalement en raison du nombre de molécules qui, par l'influence do la forme des corps, viendront contribuer à la résistance que l'un oppose à l'autre.

La forme cylindrique ayant pour effet d'intéresser a la résistance un nombre de molécules moindre que ne le ferait la forme plane, c'est le cylindre qui s'écrase à sa circonférence.

D'où il découle rationnellement !

1° Que la forme des corps en contact permet une altération égale entre eux, bien que leur dureté soit inégale, parce que la forme peut contribuer inégalement h la résistance on apportant aux molécules placées sons l'influence de la pression le concours des molécules qui les entourent ;

2° Qu'un corps dur peut s'altérer a son point de contact sur un corps moins dur, parce

que ce dernier lui opposera un nombre de molécules beaucoup plus grand que celles par

" lesquelles il est attaqué. C'est le cas du burin qui s'émousse conlre le fer. C'est celui de la

scie ou du fer de rabot du plus pur acier, altérés par un clou en fer le plus doux logé dans

du bois ;

3° Qu'un corps cylindrique sera d'autant plus facilement altéré par la pression sur un corps plan que son rayon sera plus faible, le nombre de molécules solidaires de celles

soumises au contact diminuant avec le rayon. L'expérience établit, en effet, qu'à charge égale et à égal chemin parcouru par leur circonférence, les roues s'usent d'autant moins que leur diamètre est plus grand ;

4" Que si la forme géométrique d'un corps cylindrique pressé sur un corps plan restait absolue par l'absence d'élasticité dans les deux corps, la résistance du cylindre serait moindre que celle du plan, en raison directe des angles tangentiels, ayant pour sommet le point de contact et pour côté inférieur le plau lui-même ;

S* Que si la dureté de la matière du plan était moitié moindre que celle du cylindre, l'écrasement des molécules des deux corps en contact se répartirait éga'ement entre les deux corps aussitôt que la résistance d'un nombre de molécules du corps plan se serait accrue, par la solidarité des molécules environnantes, jusqu'à égaler la puissance d'écrasement des molécules du corps cylindrique intéressées dans la pression au point de contact.

De déductions en déductions, on arrive ainsi à expliquer pourquoi un bandage en acier s'use ou s'altère sur un rail plus qu'il n'use ou n'altère le rail, et on peut admettre que si la dureté initiale de la matière qui constitue le rail et le bandage était connue, on pourrait déterminer aualytiquement, d'après le diamètre du bandage, la durée relative des deux corps.

Il n'a encore été ici question que du simple contact déterminé par le passage d'un cylindre roulant sur un plan. Mais ce contact change de nature dès qu'il s'y joint, à la circonférence du cylindre, une force qui tend à imprimer à celui-ci une vitesse relative plus grande que celle qui résulterait du développement normal d'une circonférence sur un plan.

Dans ce cas, le cylindre tend à glisser par sa génération sur le plan, et s'il adhère à ce plan par une pression qui dépasse la limite de résistance des molécules à l'écrasement, les molécules séparées ne suivront pas le mouvement du cylindre, elles ne dépasseront le point de contact que sous la forme de lamelles ou de poussière, suivant qu'après l'écrasement elles auront conservé ou perdu la ductilité du corps dont elles faisaient partie.

Cette différence de travail, qui est le résultat du frottement de glissement, se produit dans les cas suivants :

i° Au contact des roues de wagons sur les rails toutes les fois que le diamètre des deux roues fixées sur un même essieu diffère, ou que l'état de la voie, combiné avec la forme conique ou concave des bandages, produit deux lignes d'inégale longueur sous la circonférence développée par chacune des roues au contact du rail ; enfin dans les courbes.

Pour ramener ces deux lignes à l'égalité de longueur, il faut que la roue du plus grand diamètre ralentisse sa marche ou que celle du plus petit diamètre active la sienne. Il est probablo qu'à égalité de charge sur chacune des roues, la différence dans le mouvement se partage, et que c'est, dans tous les cas, la roue la plus chargée qui mène l'autre.

2° Cette différence de travail se produit encore au contact sur le rail des roues motrices des machines. Elle se compose d'abord de l'influence de la différence des diamètres, puisque ces roues sont, comme celles des wagons, fixées au même essieu ; et puis de l'égalité qui se produit dans la force motrice tangentiellement à la circonférence, suivant la position des manivelles de l'essieu moteur ou suivant les forces centrifuges du mécanisme. Cette inégalité dans la force motrice a pour résultat que l'usure du bandage est toujours la plus forte au point de contact sur le rail qui correspond au moment ou la force, imprimant aux roues le mouvement rotatif, est le plus intense.

3° Le maximum des différences de travail se produit sous les roues motrices accouplées, d'abord parce qu'aux différences de diamètre de ces roues fixées sur le même essieu, s'ajoutent les différences de diamètre des roues liées entre elles par les bielles d'accouplement. Sous ces roues, le frottement de glissement semble partiellement substitué au frottement de roulement.

Ces causes diverses de la substitution, dans le mouvement rotatif, du frottement de glissement à l'action du roulement au point de contact des roues sur les rails, expliquent l'extrême variété des résultats d'expérience sur l'effort de traction. L'état du matériel et celui de la voie le font varier du simple nu double.

L'expérience la plus concluante à cet égard est celle qui est donnée par l'exploitation des lignes de Versailles (rive gauche et rive droite), qui sont à pentes continues : la première de 5 millimètres; la seconde de 4 millimètres et une légère fraction.

Sur toutes deux, les trains de ballast ou de matériaux sur plates-formes, livrés à euxmêmes et le régulateur fermé, atteignent, en descendant, la vitesse des trains de voyageurs.

Pour les trains de voyageurs ou de marchandises en wagons couverts, la machine exige, en descendant, une très-faible quantité de vapeur. Dès que le train a pris sa vitesse normale, la vapeur est limitée, sur la rive droite, aux résistances de la machine.

C'est sur cet exemple, observé personnellement pendant vingt années consécutives, que nous avons basé l'opinion, qu'à une vitesse normale de 25 à 30 kilomètres, l'effort de traction d'un train ordinaire est de 4 kil. 25 par tonne de son poids, machine comprise.

C'est là un résultat pratique, qui ne se modifiera que lorsque la voie et le rail seront parfaitement établis, les roues toujours égales, les matériaux des bandages et des rails très-durs, les essieux bien rigides et les fusées arrosées par un liquide très-lubrifacteur.

g 2. — Durée des bandages en acier sur rails en acier.

Avant de conclure sur la nature des effets qui se produisent, comparons ce qui se passe avec ce qui aurait lieu dans le cas de l'emploi exclusif de bandages en acier sur rails en acier.

L'application des bandages en acier Krupp aux roues des véhicules et machines est faite depuis assez longtemps pour qu'on puisse se rendre compte de la diminution d'épaisseur des bandages produite par le parcours. Nous n'avons pu cependant disposer que d'un nombre restreint d'exemples. Les deux premières colonnes du tableau suivant en indiquent les résultats; les deux dernières s'appliquent au parcours et à l'usure correspondante des bandages sur l'ancien réseau du chemin de fer d'Orléans.