CHAPITRE III

DÈS C1ABI0TS EMPLOIES «l'R LES cntMMS DE flK.

Les chariots employés sur les chemins de fer présentent des formes très-variées, suivant les différentes espèces de marchandises qu'ils sont destinés à transporter. Aussi n'essaierons-nous pas d'en donner une énumération complète ; nous nous contenterons de faire connaître le mode de construction des roues, des essieux, des boîtes d'essieux et des diverses pièces dont la disposition dépend uniquement de la nature de la roue.

Pendant long - temps on n'a employé sur les chemins de fer que des roues en bois, composées, tantôt dune pièce unique, tantôt de deux ou trois pièces reliées ensemble par des chevilles, et maintenues par des plaques de fer en S, clouées sur les joints. Sur un des côtés de la jante on ménageait un rebord destiné à guider la roue sur le rail. Quant aux essieux, ils étaient en fer forgé, et fixés à demeure dans les moyeux, de sorte qu'ils tournaient en même temps que les roues.

L'emploi de ce genre de roues présentait un grave inconvénient : il était en effet presque impossible de leur donner une forme parfaitement circulaire, et il en résultait que le centre de gravité du chariot, au heu de se mouvoir parallèlement à la surface des rails , éprouvait un mouvement vertical qui consommait inutilement une partie plus ou moins considérable de la force motrice. On a cherché à éviter cet inconvénient par l'emploi des roues en fonte.

Il serait assez difficile de préciser l'époque à laquelle on commença

à mettre en usage ce dernier genre de roues. On trouve dans un dictionnaire des sciences et des arts, publié en 1754, le dessin d'une roue en fonte employée pour les chariots, qui transportaient les pierres d'une carrière des environs de Bath. Cette invention est citée dans l'ouvrage comme offrant une supériorité incontestable sur le système adopté aux houillères de Newcastle; d'où l'on doit conclure que, dans cette dernière localité, les roues en fonte n'étaient pas encore en usage à cette époque. Nous ne saurions dire combien de temps après elles y furent adoptées; mais il paraît qu'en 1765 on employait généralement deux roues en fonte et deux en bois. Ces dernières étaient seules soumises à l'action du frein , destiné à modérer la vitesse dans les descentes rapides.

Au reste, l'emploi exclusif des roues en fonte, a été long- temps combattu par un grand nombre d'objections, et ce système n'a été généralement admis qu'après que l'on a eu acquis une connaissance plus approfondie des propriétés du fer fondu, et surtout après l'introduction des rails en fonte, sur lesquels les roues en bois n'étaient plus applicables.

Les roues en fonte employées aujourd'hui sur les chemins à rails plats, sont ordinairement formées d'une seule pièce; leur épaisseur à la jante est environ de 2 à 3 pouces (o"\o5i à o".o76); mais vers le moyeu cette épaisseur est plus considérable. Elles sont mobiles autour des essieux, et ces derniers sont fixés au corps du chariot. Du reste, la forme des roues est variable ; les unes ont des rayons semblables à ceux des voitures ordinaires, les autres sont massives et percées seulement de quekjues ouvertures pour diminuer leur poids.

Les roues employées sur les rails saillans ont ordinairement six ou huit rayons; leur épaisseur est d'environ 4 pouces (o".io) à la jante, et de 7 pouces (o".i8) au moyeu. Ce dernier est percé d'un trou quarré destiné à recevoir l'essieu.

lA/îg. i , PL VI, donne une idée de leur disposition; y représente le moyeu, a la jante garnie d'un rebord saillant b, qui a pour objet de guider la roue sur le rail, et que nous nommerons filet. Le diamètre de la roue n'est pas constant sur toute la largeur de la jante; il augmente vers le point b. Cette forme conique de la jante tend à l'éloigner du rail, et, par suite, à diminuer le frottement de la face latérale de ce dernier contre le filet de la roue. Cependant, si l'on ne se tenait pas à cet égard dans de jnstes limites, le mouvement du chariot deviendrait irrégulier y et le rail éprouverait une pression latérale qui tendrait à le déverser en dehors de la voie. Quant à la hauteur du filet, elle est ordinairement d'environ i pouce (o m .o25), dimension que l'expérience a démontrée suffisante pour maintenir la roue sur le rail.

On a élevé contre l'emploi des roues en fonte une très-forte objection, fondée sur ce que les rails, surtout quand leur surface est étroite, tendent à former une rainure dans les jantes des roues. Cette rainure, lorsqu'elle avait acquis une certaine profondeur, non -seulement donnait lieu à un frottement considérable, mais encore produisait sur les rails une pression latérale capable de les rompre. De plus, les arêtes saillantes de la rainure exerçaient sur les parties latérales du rail une action destructive, et souvent même brisaient, sur toute sa longueur, le rebord intérieur. On parvint à remédier, jusqu'à un certain point, à ce grave inconvénient, en augmentant la largeur des rails; mais les frais d'entretien restèrent toujours fort considérables.

Ce n'est que depuis un petit nombre d'années que l'on a complètement surmonté cette difficulté, à l'aide de la trempe en coquille (case -hardening) , opération qui consiste à couler la jante dans un moule cylindrique en fer froid; la fonte , par le refroidissement subit qu'elle éprouve dans le moule, acquiert une telle dureté , (nielle ré-

siste à l'action de la lime, et ne peut plus être attaquée par les rails.

Ce procédé présenta dans l'origine de graves difficultés. Le métal , exposé à un abaissement de température trop rapide, n'éprouvait pas dans toutes ses parties un retrait uniforme, et souvent se brisait en éclats. La jante se refroidissait la première, et ne se prêtait plus ensuite à la contraction des rayons; en sorte que ces derniers, s'ils ne se séparaient pas immédiatement de la jante , restaient du moins dans un tel état de tension , que le moindre choc suffisait pour causer leur rupture. On imagina plusieurs moyens pour prévenir ce danger : les uns consistaient à donner plus d'épaisseur a la jante qu'aux rayons, afin d'accélérer le refroidissement de ces derniers ; les autres, à former le moyeu de deux pièces que l'on reliait ensuite par des cercles en fer.

MM. Losh et Stephenson ont proposé de construire les rayons en fer malléable, de manière à ce qu'ils pussent céder au retrait inégal occasioné par la trempe en coquille. Ce système, pour lequel ils ont obtenu un brevet d'invention, est représenté,^, i, Pl. VI. Les rayons sont en fer malléable, ainsi que nous l'avons dit, et taillés à queue d'hironde à leurs extrémités ; on les place dans le moule avant de couler le reste de la roue , et ils se trouvent ainsi reliés avec le moyeu d îme part, et de l'autre avec la jante. La contraction produite par le refroidissement du métal donne à l'assemblage une telle solidité, que l'on n'a plus à craindre aucun jeu dans le système. Dans l'origine, les rayons étaient droits, et au nombre de six, comme l'indique la figure; mais l'expérience a prouvé depuis, qu'il était préférable d'en augmenter le nombre, et de leur donner la forme en S, qui se prête mieux à J eflét de la contraction des jantes.

Le procédé de la trempe en coquille, ainsi perfectionné, a produit

une économie considérable dans les frais d'entretien des chariot*. Aujourd'hui les roues bien trempées peuvent être employées pendant plusieurs années, sans exiger la moindre réparation. Nous avons sous les yeux des roues qui, après huit ans de service, sont encore en bon état, et qui, selon toute apparence, doivent durer long-temps encore. Nous sommes de plus portés à croire que ce mode de coulage donne au contour de la roue une forme plus exactement circulaire; ce qui diminue la perte de force causée, comme nous l avons dit plus haut , par l'irrégularité de la circonférence.

On a prétendu que la dureté des roues trempées en coquille les exposait à couper les rails; mais il nous semble qu'un pareil inconvénient n'est pas à craindre lorsque les surfaces en contact présentent , comme dans le cas actuel, une grande largeur, et surtout lorsque la surface roulante est à la fois la plus large et la plus dure. Au reste, nous avons souvent examiné avec le plus grand soin l'action exercée sur les rails par ce genre de roues, et nous n'avons jamais remarqué la moindre trace d'une semblable altération. Les roues ordinaires , au contraire, pour peu que la surface de la jante soit ébréchée, détériorent promptement les rails en fer; leur périphérie, ainsi dentelée, brise les parties latérales de la surlare supérieure du rail, et n'en laisse subsister que le centre. Cet effet .s'observe sur tous les chemins de fer où l'on a long-temps employé des roues ordinaires.

Les roues trempées en coquille , dont nous venons d'indiquer les avantages, ne peuvent s'appliquer avec succès aux chariots destinés à se mouvoir avec une grande rapidité. Il paraît indispensable, lorsque l'on se propose d'obtenir une vitesse considérable, d'employer une substance moins cassante. Aussi voit-on que, dans les machines de Killingworth , les roues en fonte sont garnies de jantes en fer forgé. MM. Stephenson et comp*. construisent également pour leurs machines des roues en fonte ou en bois garnies de jantes en fer.

MM. Jones, de Londres, ont employé un procédé semblable; mais ils y ont ajouté une disposition particulière pour laquelle ib ont obtenu un brevet d'invention, rapporté dans le sixième volume du Bepertory of Patents, page 279. Leur système consiste à serrer les rayons dans le moyeu avec des vis et des écrous, de manière à éviter tous les efforts que peut faire naître l'inégale dilatation de la jante (1).

Les essieux sont généralement construits en fer malléable; leurs extrémités sont quarrées , et s'ajustent dans une ouverture pratiquée à cet effet dans le moyeu de la roue. Leur dimension dépend nécessairement du diamètre des roues, et de la charge qu'ils sont destinés à supporter. Dans les chariots employés aux environs de Newcastle pour le transport de la houille, leur diamètre est de 2 pouces 7, (o m .o63), à 2 pouces |, (o ra .07o); celui des roues est de 3 pieds (0.915), et le poids des chariots, y compris sa charge, s'élève à plus de 3 tonneaux (3,o44 k .82).

Le chariot repose sur l'essieu par l'intermédiaire d'une boite ou crapaudine fixée invariablement à sa charpente, et dans laquelle l'essieu peut tourner librement. La crapaudine porte une saillie latérale qui dépasse le corps du chariot, et qui, s'appuyant sur le rebord f du moyeu, prévient le contact du chariot et de la roue. Cette saillie est toujours graissée ou huilée avec soin, afin de diminuer le frottement, dans le cas où le chariot viendrait à s'incliner par suite de la différence de niveau des deux rails. On obtient le même résultat en plaçant sur l'essieu un collier qui l'embrasse sans le serrer, et qui frotte contre le rebord f du moyeu. Les crapaudines ou boîtes d'essieux ont été successivement construites en fer malléable, en cuivre et en fonte; ce dernier mode nous paraît le plus convenable.

(0 Voyei la note 1 à la fin du chapitre-

DES CI1EMINS DE FER. 39 Il nous reste à parler des freins destinés à modérer la vitesse des chariots sur les pentes rapides. Ils sont ordinairement formés de deux pièces de bois de hêtre qui pressent contre les roues, et produisent ainsi une résistance considérable. Un de ces freins est représenté en a b c,fg. 6, Pl. VI. Le bras de levier a £,.au moyen duquel on fait agir les pièces c c, est construit soit en bois soit en fer, et est fixé par un boulon ou une cheville a à la charpente A B du chariot , qui lui sert de point d'appui. Quand le frein est au repos, on arrête son extrémité b au moyen d'un crochet qui empêche les pièces c c de porter contre les roues.

Dans l'origine , le frein ne se prolongeait pas au delà de a , et n'agissait ainsi que sur la roue de derrière. On employait pour les pentes très-rapides deux freins distincts placés chacun d'un côté du chariot, et réunis à leur extrémité b par une barre transversale, qui permettait à un seul homme de les manœuvrer à la fois. Ce n'est que plus récemment que l'on a imaginé de prolonger le frein au delà du point a , et de le faire agir simultanément sur les deux roues de devant et de derrière. Quelquefois, lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une résistance plus considérable, on emploie un double bras de levier (1).

Nous terminerons tout ce qui est relatif à la disposition des chariots employés sur les chemins à rails, en décrivant succinctement quelques-uns de ceux qui sont en usage sur les principaux chemins de fer de l'Angleterre.

Les chariots destinés au transport de la houille présentent généralement la forme d'une trémie , ou plutôt d'un tronc de pyramide renversé. Dans l'origine des chemins à rails, comme la route était constamment en descente vers le point de déchargement, on

(1) Yoyet la note a à la Gn du chapitre.

4o TRAITE PRATIQUE

donnait aux roues de devant un plus grand diamètre qu'à celles de derrière, afin de maintenir le chariot dans une position sensiblement horizontale. Mais on a peu à peu abaudonné ce système , et employé exclusivement des roues du même diamètre. Du reste le modèle que nous indiquons ici, est fort convenable, lorsque les chariots doivent être déchargés par le fond, ainsi que cela se pratique dans le nord de l'Angleterre.

Lorsque la houille est destinée à être transportée dans les villes , il convient d'adopter une forme différente. Dans ce cas, le chariot doit être construit de manière à ce qu'il puisse marcher sur les routes ordinaires , ou du moins la caisse doit pouvoir se poser sur des roues de rechange.

Les Jîg. i, a, 3 Pl. VU t représentent en plan et élévation les chariots destinés au transport de la houille sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester.

La caisse du chariot AA est quarrée, et peut contenir 25 quintaux (1,269"' , 55) ^ e houille. Sur le châssis CC sont fixées des pièces de bois transversales b b , qui sont recouvertes de plaques de fer disposées comme celles d'un chemin à rails plats. A la partie inférieure de chaque caisse sont fixés quatre petits rouleaux qui marchent sur les rails plats dont nous venons de parler. On évite le frottement de la caisse contre les rebords verticaux des rails, en adaptant au châssis de petites roulettes horizontales (jîg. 5, Pl. VII). Les caisses sont main tenues, pendant le trajet, au moyen de deux crochets g g qui peuvent tourner autour de leur point d'attache, et s'appuient à leur extrémité sur le châssis du chariot.

Lorsque le convoi est arrivé à sa destination , on place chaque caisse sur une charrette à un cheval. Cette charrette est garnie de petits

DES CHEMINS DE FER. 4, rails plats qui correspondent exactement à ceux du chariot; de sorte qu'on peut faire passer avec la plus grande facilité les caisses dune voiture sur l'autre. On emploie le même système pour replacer les caisses vides sur les chariots du chemin de fer.

Le corps du chariot est supporté par des ressorts dont le milieu repose sur les boîtes d'essieux, et dont les extrémités s'appuient sur des plaques de fer fixées au châssis. Les boîtes d'essieux glissent verticalement entre les guides mm; elles sont formées de deux pièces, séparées par une rondelle de cuir, et réunies l'une à l'autre au moyen d'une frette. La pièce inférieure est destinée à empêcher la perte de l'huile, qui est fournie d'une manière continue par une mèche en syphon, renfermée dans une boîte en étain (1).

(1) Voir la note 3 à la fin du chapitre.

NOTES DES TRADUCTEURS

Note i.

Nous avons ajouté, fig. a, pl. VI, le détail des roues le plus ordinairement employées sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester. Ces roues sont en fonte; le moyeu est composé de deux pièces que l'on assemble à laide de deux cercles en fer, après avoir introduit l'essieu dans l'ouverture qui lui est destinée ; les deux cercles sont serrés ensuite contre le moyeu par des coins en fer. — Dans la roue que nous représentons, l'extrémité de l'essieu est carrée, mais souvent on lui donne une forme cylindrique ; dans ce dernier cas , on fixe l'essieu au moyeu par une cheville qui les traverse l'un et l'autre.— Souvent aussi l'on fait usage de jantes en fer forgé appliquées sur des roues en fonte, à peu près semblables à celles que nous venons de décrire.

Nous avons représenté, fig. 3, pl. VI, le détail du modèle de roue proposé par MM. Jones. La jante de cette roue est en fer forgé; la partie immédiatement contigue à la jante est en fonte. Le moyeu est en fer et porte une rondelle en fonte qui recouvre les écrous : les rayons qui sont en fer forgé, sont fixés au moment de In fusion dans la partie en fonte du cercle de la roue.

La fig. 4 représente une roue en fer et en bois, adoptée par MM. Mellet et Henry, sur le chemin de fer de la Loire. La jante de cette roue est en fer , la partie intérieure du cercle continue à la jante est en fonte, et les rayons sont en bois.

Note a.

Nous avons ajouté, fig. 5 , pl. VI , le dessin d'un genre de frein plus puissant que celui qui est représenté, fig.6 ; il est composé, de même, de deux pièces frottantes e e , qui agissent chacune sur une roue différente ; mais ici ces pièces sont fixées sur

deux bras de levier verticaux abetdb, mobiles autour des points a et d , et ces derniers sont liés , au moyen fie deux articulations , à un autre levier coudé , mobile autour du point o. D'après cette disposition , lorsqu'on abaisse l'extrémité du levier o c , on force les pièces e e à s'éloigner l'une de l'autre et à appuyer sur les jantes.

Note 3.

Nous donnons (fig. 1 , a, 3, 4, 5, Pl.VH) tous les détails du cbariot employé sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester, pour le transport de la bouille. Il se compose de deux caisses reposant sur un châssis commun. Chaque caisse peut se mouvoir à l'aide d'un système de roulettes verticales et horizontales qui marchent sur des rails plats fixés au châssis. Les caisses sont maintenues sur le corps du chariot au moyen de cont refiches en fer g g-, indiquées dans l'élévation de face.

Lorsqu'on arrive à l'extrémité du chemin de fer, on roule les caisses sur des charrettes disposées à cet effet, ainsi qu'on l'a indiqué dans l'ouvrage. Parvenu au point de déchargement, on les vide en ouvant leur paroi latérale, qui peut tourner autour de son arête supérieure. Cette paroi est maintenue durant le trajet par une barre de fer transversale, retenue par des crochets et indiquée dans l'élévation longitudinale.

Le châssis du chariot est supporté par des ressorts fixés au moyen de frettes sur les bottes d'essieu. Ces frettes sont terminées par un boulon serré avec un écrou, qui appuie contre la partie inférieure de la botte. Leur forme est indiquée dans la coupe verticale de la botte d'essieu par des lignes ponctuées. Cette botte est composée de deux parties liées ensemble par les boulons des ressorts ; dans la partie supérieure est pratiquée une cavité destinée à recevoir l'huile.

L'essieu est appuyé sur une pièce en cuivre indiquée dans les coupes par des hachures croisées. Son diamètre n'est ici que de o",o4 à son extrémité, tandis que dans les chariots ordinaires il varie entre 0,07 et 0,08; cette disposition offre l'avantage de diminuer d'une manière notable la résistance produite par le frottement de la botte.

La botte d'essieu glisse verticalement entre deux plaques de fer fixées au châssis, et réunies à leur partie inférieure par une petite traverse. Cette disposition suffit pour lier le chariot à la botte ; ce qui permet de laisser glisser librement les extrémités des ressorts sur le châssis.

On voit (fig. 6, Pl. VII) l'élévation d'un chariot destiné au transport des cotons. Le châssis est entièrement semblable à celui du chariot que nous venons de décrire ; mais les deux caisses sont remplacées par une plate-forme garnie en tôle.

La Pl. VIII, fig. 1 et a, offre les détails de deux chariots présentant des disposa tions particulières.

Le premier est employé sur le chemin de fer de Darlington à Stock ton. La caisse est formée de plaques en tôle soutenues par des pièces demi-cylindriques en fer qui pénètrent dans le châssis. Ce chariot , qui est destiné au transport des charbons , se décharge par le fond. La partie inférieure est mobile autour d'une de ses arêtes latérales , et est retenue par des crochets qui sont fixés à deux barres de fer placées inférieurement. Les roues sont en fonte comme celles qui sont en usage sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester , et le moyeu est divisé en deux ou trois pièces que l'on réunit arec des cercles en fer forgé. On donne aux rayons la forme en S , afin qu'ils puissent se prêter, sans se rompre, aux changemens de température. Les essieux 6ont carrés à leurs extrémités; leurs lwttcs sont garnies intérieurement de plaques de cuivre.

Le second chariot est employé sur le chemin de Bol ton à Lcigh. La caisse est en bois ainsi que le châssis qui la supporte ; celui-ci repose sur les essieux du chariot par l'intermédiaire de petites roues , dont les axes tournent dans des bottes formant corps avec celles des grandes roues , et dont la circonférence s'appuie sur les essieux de ces dernières. Pour que le système conserve cette position, il 'est nécessaire que la botte maintienne , dans le même plan vertical , le centre des grandes et des petites roues, et leur laisse en méme-temps du jeu dans le sens vertical. On conçoit alors que la résistance provenant du frottement des essieux des petites roues contre leurs bottes, se trouvera diminuée dans le rapport des rayons des roues et de ceux des essieux. Ce système rend ainsi le frottement beaucoup moindre ; mais il augmente le poids des chariots et leurs frais de construction.