SUSPENSION

Tous les véhicules des chemins de fer sont suspendus. C'est évidemment indispensable pour les voitures à voyageurs : c'est fort utile pour les wagons à marchandises, au point de vue de la conservation du matériel. Les ressorts s'appuient en leur milieu sur les boîtes à graisse et reçoivent à leurs extrémités la pression des longerons du châssis (fig. 456 et 457).

On sait quelle est la fonction d'un ressort : interposé entre la boîte à graissage et la caisse de la voiture, lorsque, par suite d'une inégalité dans la voie, la roue reçoit un choc, le ressort, qui est flexible, emmagasine le travail de ce choc en se déformant; puis, revenant à sa forme primitive, il transmet peu à peu ce travail à la caisse.

Les ressorts peuvent se faire au moyen d'une seule lame d'acier ; on les a employés sous cette forme en AUcmagne. Mais on y a renoncé à cause de la difficulté de fabrication et on emploie généralement aujourd'hui les ressorts à feuilles étagées de longueur inégale.

Le profil longitudinal d'un ressort doit être parabolique, d'abord à cause de l'économie de matière que procure l'emploi de cette forme comparée à

celle d'une lame d'épaisseur constante ; ensuite, parce qu'elle a pour effet de doubler l'effet du ressort, ainsi qu'il est facile de s'en convaincre.

En effet, d'après la théorie des ressorts établie par M. Phillips^ lorsqu'un ressort reçoit un choc qui lui fait prendre une flèche égale à /, le travail emmagasiné par le ressort est représenté par P/, P étant la charge statique qui, appliquée en son milieu, produirait la même flèche.

Or on sait, d'après les théorèmes de la Résistance des matériaux, que

Fig. 456. — Mode d aUache des ressorts de saspension ( -5^ J .

lorsqu'une pièce repose sur deux appuis à ses extrémités et qu'on vient à la charger d'un poids P en son milieu, la flèche que prend cette pièce est deux fois plus grande lorsque sa section longitudinale est parabolique que lorsque cette section est prismatique ; l'effort produit dans la pièce est d'ailleurs le

Fig. 457. —Mode d^attache des ressorts de suspension \Jq\

môme dans les deux cas, lorsque la section transversale est la même au milieu.

Il y a donc grand avantage à donner aux ressorts la forme parabolique, qui est celle des solides à' égale résistance ; Teffort qu'ils supportent sous une charge donnée n'est pas plus grand, mais la flèche qu'ils prennentest double. Le travail qu'ils emmagasinent (P/) est, par suite, deux fois plus grand, ce qui revient à dire qu'ils sont deux fois plus efficaces.

Cette forme parabolique se réalise au moyen de lames d'acier superposées, au nombre de dix environ, de longueurs décroissantes depuis celle de

* Annales des Mines , 5« série, t. !•% i852.

la partie supérieure, qu'on appelle la maîtresse-lame^ jusqu'à la lame inférieure.

Les ressorts de suspension agissent par aplatissement et leur flèche de fabrication varie, en général, de 12 à 18 centimètres.

En France \ les ressorts employés ont à peu près tous la même forme : les lames étagées ont une section rectangulaire, avec amincissement graduel à leurs extrémités sur la longueur de Fétagement, de manière à se rapprocher le plus possible de la forme du I ) solide d'égale résistance, et à réaliser un aspect élégant (fig. 458).

Fig. 458. — Ressort français.

Lames à étoquiaux (Oaest).

Fig. 459. — Ressort anglais et allemand.

En Angleterre et en Allemagne, le bout des lames a très souvent une épaisseur constante, mais il est terminé par un trapèze dont la grande base est placée àTextrémité de la feuille suivante (fig. 459).

L'assemblage des lames entre elles est réalisé, au milieu de leur longueur, par un boulon ou un rivet de 8 à 10 millimètres de diamètre et, aux extrémités, par des goujons ou é loqitiaiix {(ig. 458), qui sont fixés au-dessous de chaque lame et glissent dans les rainures de la lame inférieure, ce qui maintient les diverses lames exactement àTaplomb les unes des autres. On remplace souvent aujourd'hui les étoquiaux par une cannelure longitudinale venue au laminage ; cette cannelure, saillante sur la face convexe, rentrante sur la face concave, a l'avantage de supprimer les rainures, qui affaiblissent les lames et de mieux guider celles-ci, tout en leur laissant une plus grande liberté pour leur mouvement.

La longueur des ressorts était autrefois de 1,50 m. à 2 mètres, mais l'accroissement de la longueur des véhicules et le plus grand écartement donné aux essieux en vue des grandes vitesses ont conduit à augmenter la longueur des ressorts, de manière à obtenir une plus grande flexibilité et par suite plus de stabilité et de douceur dans la suspension. Les ressorts atteignent aujourd'hui 2, 50 m. environ entre les points d'attache pour les voitures de r® classe et de luxe. Pour les autres voitures, la longueur varie entre 1,40 m. et 1, 80 m.

* Notes sar la construction des voitures et wagons de chemins de fer, par J.-B. Personne. Revue générale, juin 4881.

Pour les wagons de marchandises, la longueur moyenne est d'environ 1 mètre ; on n'a pas ici à se préoccuper, en effet, de la question de grande vitesse.

La flexibilité des ressorts varie dans des limites assez étendues ; elle est comprise :

Entre 60 et 145 millimètres par tonne pour les voitures de toutes classes ;

— 30 et 40 — — pourles fourgons à bagages ;

— 14 et 20 — — pour les wagons à marchandises.

Les lames, qui avaient autrefois 7 à 8 centimètres de largeur sur 10 à 12 millimètres d'épaisseur, ont maintenant une section de 90 millimètres sur 10, 12 et même 14 millimètres pour les grands ressorts.

Leur poids varie de 70 à 140 kilogrammes pour les voitures à voyageurs ; il est de 45 à 55 kilogrammes pour les wagons à marchandises.

Les ressorts se font en acier. Autrefois on employait l'acier corroyé ; on Ta d'abord remplacé par l'acier fondu au creuset, dont la qualité est bien supérieure ; on se sert maintenant beaucoup des aciers Bessemer ou Siemens-Martin, en ayant soin d'en vérifier la qualité et en exigeant un métal dur et nerveux.

Menottes. — Autrefois, les longerons des châssis reposaient directement sur l'extrémité des ressorts, ceux-ci étant guidés par des glissières à joues latérales ; aujourd'hui, même dans le matériel à marchandises, les ressorts sont reliés au châssispar des menottes (fig. 456 et 457) inclinées sur l'horizontale, fixées au châssispar des mains en fer et mobiles autour de leur point d'attache. On évite ainsi le frottement et on facilite le jeu des ressorts dans le sens vertical. En outre, on donne à Tessieu la liberté de profiter du jeu que lui laissent les plaques de garde; la sohdarité qui existe, par ce moyen, entre le châssis et les roues est assez complète pour que l'entraînement des essieux ait lieu par la traction horizontale exercée sur les ressorts, sansl'intermédiaire des plaques de garde ; celles-ci ne sont plus, dès lors, que des appareils de sûreté.

Dans un certain nombre de voitures à suspension perfectionnée, telles que les voitures de première classe à grande vitesse de l'Orléans, les voitureslits de l'Est, celles de la compagnie internationale des wagons-lits, etc., les menottes ont été remplacées par des anneaux et des rondelles de caoutchouc ont été interposées entre les mains et les ressorts, de manière à atténuer les vibrations produites par le mouvement à grande vitesse.

Double suspension. — La suspension du matériel à voyageurs est, en somme, assez analogue à celle des voitures qui circulent sur les routes;

elle est même moins perfectionnée que celle des voitures de luxe. Depuis longtemps, la compagnie d'Orléans s'est préoccupée de Taméliorer, en faisant reposer la caisse sur le châssis par de larges rondelles en caoutchouc, appliquées sur des supports en fonte fixés extérieurement contre les brancards du châssis (fig. 460 et 461). Cette amélioration, apportée en 1855 par cette compagnie à la suspension de ses voitures de première classe, a été

Compagnie d'Orléans. Voitures de 1" classe à quatre compartiments.

Fig. 460 et 461. —Double suspension TEchelle -g-J.

successivement adoptée par d'autres compagnies, avec des dispositions variées tant en France qu'à l'étranger. Elle a pour but, non pas d'augmenter l'élasticité de la suspension, mais d'empêcher la transmission des vibrations qui se produisent à grande vitesse et d'atténuer les trépidations de la voie.

Les chemins de fer anglais et allemands, les compagnies de l'Ouest, de P.-L.-M., de TEst et le réseau de l'Etat, emploient dans ce but des plaques ou des rondelles de caoutchouc interposées entre le châssis et la caisse; les compagnies du Nord et du Midi obtiennent le même résultat au moyen de ressorts d'acier en spirales.

Un constructeur allemand, M. Reifert^ a été plus loin, au point de vue de la séparation de la caisse et du châssis par un appareil élastique*. Dans la voiture de première classe des chemins wurtembergeois, établie par ce constructeur et représentée par les figures 462 et 463, la caisse est suspendue sur le châssis par six ressorts, et ce dernier est lui-même suspendu sur les essieux par les procédés ordinaires. La caisse est engagée

* Couche. Voie, matériel roulant et exploitation technique des Chemins de fer y t. H, p. 93.

avec un certain jeu entre les saillies formées par les exlrémités du châssis, de manière à éviter son déplacement horizontal dans les tamponnements. Cette voiture a, d'après M. Couche, une allure très douce, très tranquille ; on peut y lire et même écrire à grande vitesse, à peu près comme si elle était immobile.

Voitare de !'• classe à double suspension de M. Reifert. Chemins wortembergcois.

(Echelle j4)

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Fig. 462. — Élévation.

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Fig. 463. — Coupe longitudinale.

Cette disposition, assez compliquée et coûteuse, a été appliquée à certaines voitures de luxe des compagnies françaises (Nord et Orléans); elle Ta été également en Allemagne et en Russie.

La double suspension est très usitée aux États-Unis, mais sous des formes un peu différentes, par suite de l'emploi des trucks ou bogies pour supporter les véhicules, ainsi que nous le verrons plus loin. Le châssis principal est suspendu sur les châssis des trucks et ceux-ci sont eux-mêmes suspendus sur les essieux.

Cette double suspension est d'ailleurs justifiée par l'état des voies américaines, généralement moins bonnes que celles des chemins de fer d'Europe ; les voitures ainsi suspendues y prennent un roulement assez doux et une grande stabilité, grâce au grand écartement des trucks et aussi à cause du poids considérable des véhicules.

La question de la double suspension des véhicules a été traitée par le

Congrès international des chemins de fer (Congrès de Milan, 1887). Voici comment elle a été posée et le résumé des conclusions adoptées * :

Y a-t-il avantage à suspendre, non seulement le chûssis sur les essieux par l'intermédiaire de ressorts, mais encore la caisse sur le châssis au moyen d'autres ressorts, et cette pratique est-elle de nature à donner un roulement uniforme et suffisamment élastique, sans arriver jusqu'à une sorte d'instabilité ; ou bien doit-on se borner à suspendre le châssis sur les essieux en interposant entre la caisse et le châssis, — quand celle-là est séparée de celui-ci, — des matières élastiques plus ou moins assourdissantes, comme les plaques de caoutchouc, de feutre, etc. ; la nécessité de concentrer la matière élastique de la suspension dans le châssis étant d'ailleurs évidente pour les voitures où la caisse ne fait qu'un avec le châssis *?

La douceur des voitures dépend évidemment, en grande partie, de l'état de la voie sur laquelle elles roulent ; mais, en présence de l'étendue des réseaux, dont toutes les parties ne peuvent pas toujours être dans un état d'entretien parfait, en présence des relations internationales qui tendent à se développer de plus en plus, il semble intéressant de donner aux voitures une suspension qui permette une circulation satisfaisante, môme sur les voies les plus fatiguées.

Plusieurs circonstances militent en faveur de la double suspension ; parmi ces circonstances on peut citer l'augmentation du poids des voitures.

Avec les voitures du type actuel à deux essieux, il devient fort difficile de donner aux ressorts à lames à la fois une masse élastique, qui résiste aux charges des voitures lourdes, et la flexibilité indispensable pour obtenir une suspension douce. L'espace nécessaire pour loger les ressorts, dont l'épaisseur et la longueur augmentent forcément avec le poids à porter, devient difficile à trouver entre le dessus des boîtes et le dessous des longerons des châssis; il faut donc suppléer, d'une manière ou d'une autre, à l'insuffisance des ressorts de suspension ainsi établis pour absorber les chocs et les trépidations qui se produisent au contact du bandage avec la voie. La double suspension est un moyen de résoudre le problème.

En dehors de ce moyen, plusieurs dispositions peuvent être employées pour arriver au même résultat ; l'interposition de matières assourdissantes en un point quelconque entre le rail et les voyageurs, l'emploi de tapis sur le plancher des voitures, de suspensions intérieures des sièges, etc., tous ces moyens peuvent concourir à amortir les chocs qui se produisent pendant la marche.

Dans les voitures américaines portées sur deux trucks, toute la masse élastique est concentrée dans la suspension des trucks et les ressorts sont disposés, les uns pour atténuer les chocs latéraux produits par le passage dans les courbes à grande vitesse, les autres pour amortir les effets des inégalités de la voie.

Un fait remarquable, attesté par le témoignage des ingénieurs américains, c'est que, dans leurs voitures de grande masse, les vibrations se font moins sentir à grande vitesse qu'à petite vitesse.

Dans une circonstance mémorable, lorsqu'il s'est agi de transporter le Président de la République des États-Unis, M. Garfieîd blessé, de Washington jusqu'au bord de la mer, le brancard qui le portait, convenablement suspendu et installé dans la caisse d'une voiture du Pensylvania Hailroad, recevait à la vitesse de 30 milles à l'heure (45 kilomètres) des trépidations gênantes pour le malade ; ces trépidations ont complètement disparu lorsque la voiture, sur le conseil de l'ingénieur de la compagnie, a pris l'allure de 60 milles à l'heure.

En résumé, le Congrès a conclu de la manière suivante : Il est possible d'obtenir des voitures dans de bonnes conditions déroulement, soit avec la

* Revue générale des Chemins de fer, novembre 1887.

suspension simple, soit avec la suspension double. En général, il convient d'employer : 1** les ressorts d'acier pour suspendre l'ensemble du véhicule sur les roues ; 2^ des matières élastiques telles que petits ressorts, lames ou blocs de caoutchouc, feutre, tapis, etc., dans le but d'absorber ou d'amortir les chocs de faible intensité et les vibrations de petite amplitude provenant du roulement de la voiture, ce qui rend en même temps tout l'ensemble moins sonore*.