POUR FORTES RAMPES ET COURBES A PETITS RAYONS, AVEC TRAIN UNIVERSEL

Système VAESSEN.

Construite par la Société Saint-Léonard, à Liège.

PI. 17. — Fig. 3.

Cette machine est du même système que celles fournies aux Compagnies du chemin de fer d'Isabelle II (Alar à Santander) et du Liégeois-Limbourgeois.

Ce système de locomotive se distingue principalement par le déplacement latéral des essieux, qui permet à la machine de franchir des courbes à petits rayons. Le train articulé a, non-seulement, une rotation autour de son pivot; mais il a encore la faculté de se déplacer latéralement à la voie, ce qui lui permet de se placer tangentiellement à la courbe que la machine franchit, quel que soit le rayon. A cet effet, le pivot de rotation est fixé à un levier sur lequel repose le devant de la machine, par l'intermédiaire de doubles plans inclinés: ceux-ci ont la tendance de tenir le pivot dans l'axe longitudinal de la machine, mais lui permettent, aussitôt que la machine entre dans une courbe, de se déplacer latéralement.

Outre le déplacement du train mobile, un des essieux accouplés se déplace latéralement. Dans les machines construites pour les chemins de fer Isabelle II et Liégeois-Limbourgeois, le déplacement de cet essieu est obtenu en donnant un jeu aux fusées et boites à graisse ; dans la machine représentée, les boites à graisse se déplacent par l'intermédiaire de plans inclinés. Cette disposition pour déplacer des essieux parallèles fut proposée par M. Vaessen à la Compagnie des chemins de fer algériens, avec laquelle la Société de Saint- Léonard avait contracté la fourniture de locomotives à six roues couplées et adoptées le mois suivant par M. Desbrière, alors ingénieur de ladite Compagnie. Ces machines ont inauguré la ligne d'Alger à Blidah, le lo août 1862, et ont été construites depuis pour diverses compagnies.

Nous avons groupé dans un même tableau les dimensions principales des diverses locomotives, construites par la Société Saint-Léonard, d'après le système Vaessen, à coté de celles de la machine que nous avons reproduite :

Liégeois- Locomotive Limbourgenis.

représentée. Locomotive, à marchandise*.

Diamètre des cylindres 0m,460 0ra,i60

Course des pistons 0m,600 0m,610

Diamètre des roues couplées l^OO lm,31.'>

Nombre de roues couplées 6 6

Eoartement extrême des essieux accouplés, d'axe en axe 3m,000 2">,800

Diamètre des quatre roues du train

universel 0'°,800 (>",900

Ecarlement des essieux du train universel ln,100 1"»,300

Ecartement des essieux extrêmes. . . . o™,9;i0 S^oO

, , „ ,, Isabelle II.

«belle H. Locomotive Locomotive i

■ voyageurs.

marchandises.

fi "

lm,250

.ï-'.eoo

Liégeois- Locomotive Limbourgeois.

représentée. Locomotive à marchandises.

Foyer, longueur intérieure en haut. 2'", 260 â",400

— largeur — — .. lm,050 l",055

— — — en bas.... 0m,880 0™,880

— hauteur — avant... . 1"',560 lm,275

— — — arrière. . tra,t60 om,(J?:> Grille, longueur 2'",300 2m,450

— largeur 0"»,880 0m,880

Surface de la grille 2mî,024O 2m2,1560

Tubes, nombre 193 170

— diamètre extérieur 0n,,030 0ln,0o0

— longueur 3m,700 3m,670

Surface de chauffe du foyer 9mS,10 9m,570

— — des tubes lll'"i,90 t02mi,00

Capacité des soutes à eau 6m3,500 ;im3,00fl

— — à charbon S^'.oOO 2I1,3,500

Pokb de la machine à vide. ... (tonnes) 3li 3fi

— — en service. (d°) 48 46,5 Chargesouslesrouesaccouplées. (d°) 33 37

— — du train univ*1. (d°) tl 9,.'i Tension de la vapeur. . (atmosphères) 9 8 Traction théorique (lui.) 8,010 - 7,105

Isabelle 11.

Locomotive à voyageurs.

2ra,400 lm,160 tm,H0 lm,360 lm,060 2m,430 lm,II0 2m,7l9 0«>,050 O^SOO I07,ni,4o 4*500

Isabelle II.

Locomotive

marchandises.

2m,400 lm,160 Im,ll0 lm,360 lm,060 , 2m,450 lm,H0 2m,719

0m,050 4m,120 9m,800 I29mi,36 4m,500

Une machine à marchandises a été construite pour le chemin d'.-War del Rey à Santlinder, d'après un programme inséré dans le marché du constructeur, et qui était le suivant : « Remorquer 200 tonnes en plus du poids de la machine, sur rampes de 20 millimètres par mètre, à la vitesse de 20 kilomètres a l'heure, et dans des courbes de moins de 300 mètres de rayon. »

Ce programme ne peut être mieux justifié qu'en donnant quelques détails sur le tracé de la ligne que les machines desservent :

Le chemin d'Afar del Rey à Santander a une longueur de 139 kilomètres; il rachète entre les points extrêmes une différence do niveau de 849m,530, et il y a entre le point culminant de la ligne (à 40 kilomètres d'Alnr del Rey) et la gare de Santander, une différence de cote de 980m,732, de sorte que la rampe moyenne du premier versant est d'environ 10 millimètres et celle du second de 3 millimètres.

Ces 139 kilomètres se décomposent ainsi :

13 kilomètres en palier.

77 kilomètres en rampes de 0 A 10 millimètres par mètre.

49 kilomètres en rampes de 10 à 20 millimètres par mètre.

La longueur en rampes de plus de 15 millimètres forme à peu près le quart de la longueur totale.

La section de Barcena à Reinosa est la partie la plus curieuse et la plus accidentée du chemin : elle a en effet une longueur de 34 kilomètres, et réunit deux points qui ne sont distants, à vol d'oiseau, que de 16,000 mètres, et dont la différence de niveau est de 559 mètres. Du kilomètre 68 au kilomètre 83, la différence de cote est de 252 millimètres, la distance réelle n'étant que de 1,900 mètres, soit une pente naturelle de 132 millimètres, ramenée a 17 millimètres par le développement de 1 5,000 mètres donné à la ligne entre ces deux points, et qui a exigé de nombreuses courbes de 300, 350 et 400 mètres de rayon. Sur ces 13 kilomètres, il n'y a que 9,700 mètres en alignement droit.

Le problème était donc de construire des machines puissantes, dont le passage dans les courbes de faible rayon fût facilité par une disposition spéciale : M. Vaessen Ta résolu en construisant des machines que caractérise l'emploi de son avant-train mobile placé sous la boite à fumée; cet avant-train diffère essentiellement du système américain par la propriété qu'il possède, non-seulement de se mouvoir autour d'un axe vertical pour se placer suivant le rayon de la courbe, mais encore .de se déplacer latéralement d'une quantité variable par rapport à l'axe de la chaudière.

Description de l'avant-train mobile.

Il se compose d'un châssis porté par deux essieux, par l'intermédiaire de deux leviers latéraux, et de ressorts de suspension. Le centre de ce châssis reçoit dans un logement sphérique un pivot de même forme, fixé à un levier horizontal placé longitudinalement sous la machine et articulé en arrière du train mobile, en un point fixe de la chaudière. Ce levier supporte à son extrémité la boite à fumée, par l'intermédiaire de deux doubles plans inclinés, sur lesquels reposent deux coins en acier fondu, fixés au dessous de la boite à fumée. Le pivot reçoit donc, par l'intermédiaire du levier, une pression égale à la somme de celles exercées au point d'articulation et sur les plans inclinés.

On conçoit que, lorsque la machine est dans une partie de la voie en alignement droit, le levier est dirigé suivant l'axe de la chaudière, les taquets reposent au fond des doubles plans inclinés, et les essieux sont parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe de la voie. Mais, dès que le système arrive dans une courbe, la pression transversale exercée par le rail extérieur sur les boudins des roues de l'avant-train tend à le déplacer, en lui faisant décrire : 1° un mouvement de rotation autour du pivot, qui amène les deux essieux dans une direction parallèle au rayon de la courbe passant par le centre du train; 2° nu autre mouvement de rotation autour du point d'articulation du levier, mouvement qui ramène le centre du train dans l'axe de la voie, dont il tendrait à s'éloigner d'une quantité d'autant plus grande que le rayon de la courbe serait plus petit. Ce mouvement du pivot a lieu grâce à ce que les taquets se déplacent par rapport aux plans inclinés sur lesquels ils glissent, en abaissant l'extrémité du levier, et par conséquent le train mobile.

Dans une courbe de 300 mètres de rayon, le centre du train mobile se déplacerait de 0",023, et les plans inclinés de 0m,030. Dans ce cas, l'inclinaison des plans inclinés étant de 1/10, l'extrémité du levier s'abaisserait de 0m,003.

Dans une courbe de 100 mètres de rayon, ces déplacements deviendraient respectivement 0">,0685, 0°",09l, 0m,009.

Le déplacement des taquets sur les plans inclinés n'a lieu que si l'effort latéral des rails sur les boudins des roues a une intensité suffisante pour vaincre : 1° le frottement produit sur les plans inclinés par la portion du poids de la machine que les taquets transmettent: 2° la composante horizontale du même poids due à l'inclinaison (1/10 de la pression).

Ainsi, le poids sur les essieux du train mobile est de 9 tonnes, soit environ 6,000 kilogrammes, sur le pivot (l'avant-train, châssis, ressorts et rones pesant environ 3,000 kilogrammes).

D'après les rapports établis entre les dimensions du levier, la pression de 6,000 kilogrammes est la résultante de deux pressions, l'une de 1 500 kil. an point d'articulation, l'autre de 4,500 sur les taquets.

Iji valeur de l'effort latéral nécessaire pour amener le déplacement sera de :

4,500 kil. (/'X0,10), /"étant le coefficient du frottement acier sur acier : si l'on suppose / = 0,18, on aura :

4,500 kil. X 0,28 — 1,260 kil.

Un effort vertical exercé de bas en haut tendrait à soulever l'avant de la machine; ce soulèvement n'a pas lieu, c'est le levier, le pivot et le châssis du train mobile qui s'abaissent en augmentant la pression des ressorts de suspension. Cet excès de tension ramène le train mobile dans la position normale, dès que la machine quitte la courb».

La machine à marchandises présente les particularités suivantes :

Tout le mécanisme est extérieur et les cylindres sont incliuésj

La suspenson est faite par l'intermédiaire de balanciers latéraux, qui font participer plusieurs essieux aux variations accidentelles de la pression que chacune des roues peut avoir à subir pendant la marche;

L'attelage est effectué au moyen de ressorts Brown, le foyer est du système Belpaire, et permet de brûler les menus ;

Les soutes à eau et à charbon sont placées latéralement à la chaudière et au-dessus des roues accouplées, de telle sorte que le poids des approvisionnements est utilisé pour l'adhérence;

L'alimentation a lieu au moyen d'une pompe et d'un injecteur Giffard, placés sur l'une dfH faces latérales de la boite à feu. Enfin, un frein puissant agit sur les roues d'arrière de la machine.

La surface des deux pistons, de 0m,400 de diamètre, est de 3332e11; l'effort de traction théorique par atmosphère effective est de :

1»,03 X 3322 X^l[l0= U08 kil.

L'effort de traction, en admettant un coefficient de rendement de 0,60, sera au maximum de 5,318 kilogrammes.

Le poids total de la machine vide est de 30,000 kilogrammes, en service de 45,000, dont 36,000 reposent sur les essieux moteurs; l'adhérence étant utilisée au 1/6, on pourrait exercer un effort de 6,000 kilogrammes.

Les Machines à voyageurs sont a deux essieux couplés, avec roues motrices de lm,680 de diamètre. Les soutes à eau et à charbon, placées latéralement à la chaudière, se prolongent jusqu'à la boîte à fumée. Le train mobile est semblable à celui des machines A marchandises, mais le point d'arliculation du levier horizontal est placé en avant du truck.

Dans une courbe de 300 mètres de rayon, le déplacement du pivot, est de 0m,022, et celui des taquets 0m,025. Ces deux chiffres s'élèvent à 0m,06o et 0m,075 pour une courbe de 100 mètres de rayon.

Le diamètre des cylindres, la course et le timbre de la chaudière sont les mêmes que pour les machines à marchandises. Le diamètre des roues motrices est de lm,680. L'effort de traction théorique par atmosphèrejeffective est alors :

<,03X3322X-^^=79ikil.

L'effort de traction, en admettant une valeur de K = 0,6, peut donc être de 3,800 kilogrammes.

Le poids tolal de la machine vide est de 35 t. 5, et en service de 45 tonnes. Le poids sur les deux essieux moteurs est de 28 tonnes. Avec l'adhérence au 1/6, on pourrait exercer un effort de 4,670 kilogrammes.

Pour compléter cette note, il reste à faire connaître les résultats d'une série d'essais qui ont été faits pour les machines à voyageurs, sur la portion de la ligne comprise entre Las Corrales et Barcena.

Cette section a une longueur de 16 kilomètres, et est formée de :

1° 6 kilomètres 8 en rampes de 10 millimètres, et 1 kilomètre en palier, de las Corrales à Las Fraguas ;

2° 2 kilomètres 9 en rampes de 12,5 millimètres, 11 et 19 millimètres, de las Fraguas à Santa Cruz;

3° 2 kilomètres i en rampes de 19 millimètres et de la millimètres, de Santa Cruz à Portolin;

4° 3 kilomètres 2 en rampes de 15 millimètres et de 20 millimètres, de Portolin à Barcena.

Un tiers du parcours environ est en courbe de 255 mètres et de 300 mètres de rayon.

La résistance, par tonne remorquée sur chacune des parties de cette section, pour laquelle on a fait des observations séparées, s'éfttblit de la manière suivante :

En admettant (la vitesse étant comprise entre 20 et 30 kilomètres) que la résistance par tonne de train est, à niveau, de 5 kilogrammes, et que celle due à une courbe de ■275 mètres de rayon est de 4 kilogrammes, on trouve :

1° De Corroies à h'ragaas : longueur, 7,800 mètres; rampe moyenne, 0nl,0087; courbes snr 4 kilomètres; résistance par tonne, 16 kilogrammes;

2° De Fraguas à Santa Cruz : longueur, 2,900 mètres; rampe moyenne, 0m,0131 ; résistance, 18 kilogrammes;

3° De Santa Cruz à Portolin : longueur, 2,100 mètres; rampe moyenne, 0"\0167; résistance par tonne, 21 kil. 7;

4° De Portolin à Barcena : longueur, 3,200 mètres; rampe moyenne, 0m,017; courbes de 275 mètres, résistance par tonne, 26 kilogrammes.

La résistance moyenne, de Corrales à Barcena, serait de 22 kilogrammes. La résistance maxima se produit entre Portolin et Barcena, sur une rampe de 0°1,020, en courbe de 275 mètres de rayon ; elle atteint alors :

5 kil. X 20 X * = 2* kil- par' tonne.

Pour le calcul de résistance de la machine, on peut admettre nn excès de résistance de

3 kilogrammes par tonne de machine.

Première expérience. — Un train formé de 6 voitures, 2 fourgons et I wagons chargés, pesant ensemble 1 10 tonnes, a parcouru, à la vitesse moyenne de 30 kilomètres à l'heure, la section de Corrales à Fraguas. La vitesse a été par instants de 40 kilomètres. Les rails étaient secs. Le train, marchant du Nord au Sud, avait à vaincre la résistance d'un vent du Sud fort, agissant de front et pai'fois latéralement. La pression dans la chaudière était de 5 atmosphères effectives.

La résistance du train, dans ces conditions, fut en moyenne (en ajoutant 1 kilogramme par tonne, pour tenir compte de l'action du vent) :

110 ton. X *7 kil. + 45 ton. X 20 = ?>770 kil«

L'effort de traction théorique était de :

791 kil. X "-3 = 3932.5.

La valeur du rapport K d'utilisation était donc :

L'adhérence était utilisée au 1/10. Enfin la vitesse étant de 30 kilomètres à l'heure, soit 8m,33 par seconde, le travail développé par seconde a été moyennement de : 2,770 X 8.33 = 23,080 kilom., soit 308 chevaux.

Deuxième expérience. — Le même train devait continuer l'ascension de Barcena, mais le vent, étant très-impétueux, et la résistance croissant- au delà de Fraguas, on détacha les

4 wagons chargés, et on ne remorqua de Fraguas à Barcena que 50 tonnes.

On observa les vitesses suivantes :

1° De Fraguas à Santa Cruz 32\523

2° De Santa Cruz à Portolin 32 868

3" De Portolin à Barcena 33 516

En évaluant pendant ce trajet à lk,50 par tonne, l'action du vent, on trouve que dans chacune de ces trois périodes l'effort de traction était :

De Fraguas à Santa Cruz 1,986 kilogramme*.

De Santa Cruz à Portolin 2,339 —

De Portolin à Barcena 2,748 —

Et en moyenne 2,386 —

La vitesse moyenne ayant été de 9°',l(i par seconde (32k,97 par heure), le travail développé a été en moyenne de 291 chevaux.

Enfin l'effort de traction maximum a été de :

50 XW>3 +45X 335 = 3,032 kil. Valeur de K = 0,51. Troisième expérience. — Le même train, au retour, c'est-à-dire à la descente, a circulé aux vitesses suivantes :

Barcena à Portolin, 34 kilomètres ; Portolin à Santa Cruz, 45 kilomètres; Santa Cruz à Fraguas, 40 kilomètres ; Fraguas à Corrales, 45 kilomètres ; En moyenne, 41k,9.

Quatrième expérience. — Cette observation a porté sur la marche d'un train formé de 10 wagons chargés, 3 wagons vides et 1 fourgon, pesant ensemble 155 tonnes, avec un vent sud très-fort, agissant de front, de Fraguas à Barcena.

« La machine patina à la sortie des aiguilles de Fraguas (rampe de 12 millim. 5) ; elle patina de nouveau près de Santa Cruz, sur la rampe de 19 millimètres en alignement droit; elle s'arrêta un peu, mais se remit en marche sur la même rampe et continua jusqu'à Portolin, où elle s'arrêta sur les courbes de 279 mètres et 275 mètres de rayon.

« Elle ne put continuer; on coupa le train, et la machine arriva traînant 6 wagons (84 tonnes) à Barcena, avec vitesse de 30 kilomètres.

« La vitesse moyenne ne fut que de 10 à 12 kilomètres.

« L'eau du tender et des cylindres mouillait les rails. »

Dans la partie de la ligne où la machine patina et s'arrêta la première fois (rampe de 19 millimètres en alignement droit), la résistance était de :

155 X 25 + 45 X 28 = 5,135 'kil.

Le poids utilisé pour l'adhérence (28,000 kilogrammes) ne représente que cinq fois et demie cet effort de traction, ce qui explique le patinage.

11 est assez naturel d'admettre que, lors du second arrêt qui se produisit (en rampe de 15 millimètres et en courbe de 275 mètres), la machine se trouvait dans des conditions analogues, c'est-à-dire que la résistance était d'environ 5,100 kilogrammes; il en résulte que l'excès de la résistance due à une courbe de 275 mètres de rayon serait égal à la résistance sur une rampe de 19 millimètres — 15 uiill. = 4 mill., soit 4 kilogrammes par tonne.

Les ingénieurs du chemin de Santander admettent, du reste, que dans de bonnes conditions de temps, ces machines peuvent remorquer, sur une rampe de 20 millimètres, 120 tonnes, à la vitesse de 20 kilomètres à l'heure. Ce qui représente un effort de traction de 4,260 kilogrammes et un travail développé de 31 ï chevaux.

Quant aux machines à marchandises, des observations ont été faites sur le même trajet, de Fragnas à Barcena. Elles ont donné les résultats ci-dessous :

I" Train de 152 tonnes; vitesses (sans arrêts aux stations) 23k,55; pression dans la chaudière, 7»1 ,5; vents doux, rails secs;

2° Train de 102 tonnes; vitesse, 19 kilomètres; pression, 8 atmosphères ; 3° Train de 192 tonnes; vitesse, 16. à 17 kilomètres.

Le tableau ci-dessous résume les résultats de toutes les expériences. Nous y avons indiqué le rapport du travail fourni au poids de la machine, approvisionnements compris ; Miil le nombre de chevaux correspondant à chaque tonne de machine et le poids de machine correspondant à chaque force d'un cheval fournie.

On peut conclure de ce tableau que le travail fourni moyennement est de 300 à 310 chevaux, soit environ 7 chevaux par tonne, et que les poids des machines sont de 140 à 1 50 kilogrammes par force de cheval.

Les machines à marchandises sont d'ailleurs en service sur la ligne de Santander depuis plusieurs années, et elles ont fait l'objet d'un intéressant rapport de M. de la Vega, ingégénienr en chef du chemin Isabelle II, dans lequel il est constaté que ces machines ont

une très-grande stabilité, que le jeu de l'avant-train mobile ne laisse rien à désirer, et que la douceur des mouvements permet le passage à la vitesse ordinaire dans des courbes de 200 mètres.

Consommation, 14 kilogrammes de charbon par kilomètre.