VITES

par henre.

r0S.CE DEVELOPPEE

par le cheval.

MAVAii. Erncrorf,

ou nombre de tonneaux transportés à ililom. eu un jour.

EàPPOET

des effeU utiles corresponds ns aux différentes vitesses.

Nous allons actuellement indiquer les quantités de travail qu'un cheval peut effectuer sur des chemins île fer présentant différens degrés d'inclinaison. Nous remarquerons d'abord que dans beaucoup de cas la majeure partie, ou même la totalité des transports, a lieu dans le même sens. Or on voit, d'après les tables précédentes, que lorsque le cheval n'est chargé que sur l'une des directions , il peut déployer dans ce sens un effort beaucoup plus considérable que sur l'autre moitié de la route. Ainsi , sur le chemin de fer de Backworth , l'effort moyen dans une des directions est de 189'" (85 ki, 6c;), et même de a47 ,w (m"' 99) sur une longueur d'un demi-mille (8o4'\65). Sur le chemin de Killingvvorth l'effort moyen est de 1 57"* (71"' 18), ou plutôt de i68 llT - (96 uu 6) si l'on néglige quelques portions de route qui présentent des irrégularités accidentelles; et l'effort maximum est de 257'" (n6 ki,, 52). Les chevaux parcourent chaque jour 10 milles avec cette charge, les 10 autres milles étant parcourus avec les chariots vides.

D'après cela nous admettrons que l'effort maximum du cheval sur l'une des directions est de i8o liT - (8i kiU 6i), et de 60 1 " (27" 20) sur l'autre, ce qui donne une moyenne de i2o u ' - (54 w '40î U0lis supposerons de plus le frottement des chariots égal à 7-77 de k

C'est d'après ces données que nous avons calculé dans la Table suivante les charges qu'un cheval peut traîner sur des plans de différentes inclinaisons, en parcourant 20 milles par jour, ou 10 milles dans chaque direction.

TABLE VI

CJUSJOTS

CXAUOTS

mcusiitos

chargé* à U remonte,

chargés à la descente ,

ctuaca ioMtt

du plan.

chariots ride* à la descente.

chariots rides à la remonte.

les deux directions.

ton n

tu no .

tann.

1 sur M80

mit

ig.ai

ji 1110

ao.3 1

5oo

ta. 60

\ 3oo

Les chiffres de la table précédente ont été calculés , comme nous l'avons dit, d'après l'effort moyen du cheval, mais nous voyons, dans les Tables I et H, que les chevaux vigoureux peuvent développer, pendant un court espace de temps, un effort de 240'"', ou même de 2 5o'"- ( io8 u, \82 , ou u3 ka .35). Si donc il se rencontre sur la ligne du chemin quelque srampes trop fortes, on peut compter que sur ces points le cheval sera capable de développer un effort supérieur d'un tiers à celui qui est indiqué dans les colonnes 2 et 3 , et moitié plus fort que celui de la colonne 4.

Dans la quatrième colonne, nous prenons un poids de i2 u *V2o pour mesure de la quantité de travail du cheval , depuis une inclinaison nulle jusqu'à une inclinaison de j^. Ce poids représente en effet le travail moyen sur l'une et l'autre direction, tant que la résistance à la remonte n'excède pas i 8o Ut " (8i kn '6i), c'est-à-dire la valeur que nous avons admise pour l'effort maximum du cheval. Mais cette dernière limite est dépassée du moment où l'inclinaison est plus grande que et dès lors il est nécessaire de réduire, comme nous l'avons fait, la mesure de l'effet utile.

On a adopté sur le chemin de fer de Stockton et Darlington, afin d'augmenter le travail utile des chevaux, une méthode qui m a été indiquée par M. Story, ingénieur de la compagnie. La majeure partie du mouvement commercial sur .cette route a lieu dans une seule direction , et plusieurs portions du chemin offrent dans ce sens des pentes suffisantes pour permettre aux chariots de descendre en vertu de leur propre poids. Chaque fois que cette circonstance se présente, on fait monter le cheval sur un chariot composé d'une plate-forme peu élevée, et placé à la suite du convoi, de sorte qu'il se trouve transporté sans fatigue au bas du plan incliné. Les chevaux s'habituent facilement à cette manœuvre, et ils peuvent ainsi parcourir une distance beaucoup plus considérable que s'ils marchaient constamment.

Avant l'emploi de cette méthode, le travail effectué pendant six jours consistait , d'une part, dans le transport de 1 2 tonneaux ( 1 2^ 60) de marchandises, et de 5 tonn. 7 (S""" 58) de chariots vides, à la distance de 87 milles (i4o kilom ); et, d'autre part, dans le transport de 5 tonn. ± ( 5 Umn 58) de chariots vides à la même distance. L'espace total parcouru était de 174 milles (2 8o Wom ).

A l'aide de la disposition que nous venons d'indiquer, le travail effectué pendant le même temps consiste dans le parcours d'une distance de 120 milles (195™*" ), d'une part avec 12 tonneaux

DES CHEMINS DE FER. 167 ^2^ 20) de marchandises, et 5 tonn. -7 (5 to,u, -58) de chariots vides, et d'autre part, avec 5 tonn. | ( 5*°" 58 ) de chariots vides seulement. Le trajet total est de 240 milles ( 386 ki,oa ' ). M. Story observe d'ailleurs que, bien que la quantité de travail se trouve ainsi augmentée d'un tiers environ, l'état des chevaux, au lieu de se détériorer comme précédemment, s'améliore au contraire d'une manière sensible.

M. Brandretli, de Liverpool, a cherché à éviter la perte de force qu'éprouve le cheval en marchant avec une grande vitesse, et il a présenté , lors des expériences de Liverpool , une machine dans laquelle la vitesse des chevaux n'était que le tiers environ de celle du chariot qu'ils faisaient mouvoir.

Deux chevaux étaient placés sur le chariot, l'un à côté de l'autre, et faisaient tourner avec leurs pieds une espèce de plate-forme composée de planches étroites disposées en échelons. Celle-ci mettait en mouvement une roue dont le diamètre était environ le tiers de celui des . roues de la voiture ; de telle sorte que les chevaux , en parcourant 4 railles à l'heure (6 kn °" 437), imprimaient au chariot une vitesse de 1 2 milles environ ( 1 3 1 1 ). On pouvait supposer, avec quelque raison , que cette disposition augmenterait la valeur de l'effet utile ; car on sait que l'accélération de la marche du cheval détériore ses facultés physiques, et que d'ailleurs, avec une vitesse de 12 milles à l'heure, il est incapable d'exercer un effort égal au quart de celui qu'il développe avec une vitesse de 4 milles. Mais il restait à examiner si les frottemens et la manière désavantageuse dont la force se trouvait appliquée, ne contrebalanceraient pas cet effet. Pendant la durée des expériences , on a reconnu que la construction de la machine présentait quelques défectuosités, ce qui a forcé de suspendre les observations. J'ignore si depuis lors M. Brandreth a pu faire l'application de son appareil.

4*. Machines locomotives.

Nous ne nous occuperons ici que des machines locomotives dont le mouvement est déterminé par l'adhérence des roues sur les rails. Les seules qui ne soient pas fondées sur ce principe , sont les machines à crémaillère de M. Blenkinsop, qui sont encore en usage à Leeds. N'ayant pas eu l'occasion de déterminer , par expérience , la quantité de travail que ces machines peuvent effectuer , nous n'essaierons pas d'établir entre elles et les machines ordinaires un parallèle qui ne serait fondé que sur des hypothèses ou sur de simples ouï-dire.

Nous avons expliqué précédemment comment la force d'adhérence des roues sur les rails détermine la locomotion. Nous allons chercher actuellement à apprécier la valeur de cette force. 11 est facile de voir que cette donnée est indispensable pour fixer le nombre de chariots ainsi que la pente que peut remonter une machine locomotive.

Or, on peut la déterminer, soit en observant d'une manière suivie la marche des machines locomotives sur différentes lignes de chemins de fer , soit en entreprenant des expériences directes. Ce dernier mode conduirait nécessairement à des résultats très- variables , suivant l'état de l'atmosphère; et il serait difficile d'entreprendre des expériences suffisamment multipliées. Mais on peut arriver à un résultat moyen, en faisant des observations dans les deux cas extrêmes, c'est-à-dire dans l'état le plus favorable et dans l'état le plus défavorable de la route. Le premier de ces deux cas se présente lorsque les rails sont complètement secs ou complètement mouillés; leur surface étant alors libre de toute matière étrangère , présente le maximum d'adhérence. Lorsqu'au contraire les rails sont seulement humides et couverts de boues sur une partie de leur surface , cette boue , interposée entre la jante et la roue, agit comme une substance lubrifiante, et rend l'adhérence la plus petite possible. Dans toute autre circonstance , l'adhérence est plus ou moins grande , suivant que l'état de la route se rapproche plus ou moins de ces deux cas extrêmes.

DES CHEMJNS iDE/FflR. «69

Cela pose, il est clair que la valeur totale de l'adhérence a pour mesure la force nécessaire pour faire glisser les roues sur la surface des rails, en supposant qu'on arrête leur mouvement de rotation; c'est-à-dire qu'elle est égale au poids de la machine multiplié par le rapport du frottement à la charge. Si donc l'on connaît le coefficient de frottement du fer glissant sur le fer , il sera facile de calculer, d'après le poids de la machine, son adhérence sur la surface des rails. On pourrait d'ailleurs déterminer directement ce coefficient , en empêchant les roues de tourner et en mesurant la force nécessaire pour mettre la machine en mouvement avec différentes charges.

Cependant cette méthode, bien que rigoureuse, ne fournirait peut-être pas une règle assez sûre pour la pratique. On remarquera en effet que la vapeur , aux différentes époques du coup de piston , agit sur chaque roue d'une manière très-variable ; et cette irrégularité peut exercer une certaine influence sur les résultats. Aussi avons-nous cherché à déterminer la valeur de l'adhérence au moyen de deux expériences directes faites sur des machines actuellement en usage.

Expérience I. — Machine locomotive munie de roues en fonte de 3 1 " (o m *9i4) de diamètre, pesant 6 ,oa - (6 1o '-oq3), et contenant en outre î* 0 "* (i' ° oi5) d'eau. Cette machine a traîné sur une route , dont l'inclinaison était de i34 p0 sur iiCj'"- (o'"oo95 par mètre), 12 chariots chargés, pesant chacun 9408 (4265 u 72), et de plus un chariot d'approvisionnement pesant i' 0 - ^ou 336o ,iT - (i523 lil ). Les roues n'éprouvaient aucun glissement. Les rails étaient saillans, en fer fondu, et larges de 2 po ±(o m o6Z) à leur bandeau supérieur. Leur surface était complètement sèche.

Le poids total du système était, d'après ce qui précède, de 16800 +9408 x 12+336*0= 133056"' . Ce poids, décomposé suivant l'incli-

naison du plan, est égal à i35o56 x iaXl ; 6 / = i'2yy l ' r \ D'un autre côté, le frottement des chariots, évalué à 43 "** pour chacun d'eux, est égal à 5i6 1,T ; celui du chariot d'approvisionnement est de

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te P° Dr te chariots

DES CBEMIMS DE PBR. t V chargés est de et pour les chariots vides de Dans le* trèsmauvais temps , les roues des machines glissent quelquefois avec une charge de 1 2 chariots ; mais elles peuvent toujours , même dans les circonstances les plus défavorables , remorquer 9 chariots.

Si nous considérons ce dernier cas, nous trouvons que le poids des chariots, décomposé suivant l'inclinaison du plan, est de$j6% 1 "' x 9 x = 23g v "; et celui de la machine de ( 16800 -+- 336.0 ) x 77T =6i ,iT \ D'un autre côté, le frottement des chariots est égal à 4o x 9 = 36o , et celui du chariot d'approvisionnement à 1 7""', ce qui donne 677 1 "' pour la valeur de la résistance que la machine peut surmonter en toute saison et sans éprouver de glissement. Or, le poids total de la machine étant de i68oo ,iT , on voit que l'adhérence est égale à^r de la charge.

Le résultat précédent a été obtenu avec une machine sans ressorts, et munie d'une chaîne de communication destinée à réunir les deux paires de roues ; du reste, la machine était semblable à celle qui est représentée Jtg. 1 et 2 , Pl. XII. Plus tard, lorsque l'on eut adopté lesressorts , ainsi que le mode tle communication indiqué dans ces figures, on trouva que la valeur de l'adhérence était plus considérable. C'est un fait que j'ai eu plusieurs fois l'occasion de remarquer , et qui , du reste, a été démontré par plusieurs expériences directes. On en trouvera la preuve dans les observations suivantes qui ont été faites par MM. Walker et Rastrick, alors qu'ils cherchaient à déterminer le genre de moteur le plus convenable pour le chemin de fer de Liverpool à Manchester.

Ces expériences ont été faites sur une portion de chemin de fer, disposé pour déterminer le frottement des chariots. Les rails étaient saillans, en fer fondu, assemblés à mi-épaisseur, et larges de 2*° | (o" o56) à leur 6ommet. La route était partagée en intervalles de 33o pi (ioo"-58), présentant les inclinaisons suivantes : i\ 7-77» a °- 9T»

** • TTTi»> • TT4*

Expérience III. Machine sans ressorts pesant 6' 0D - (6 ,<u, 093); roues en fonte de 3 pieds (o'-'gi) de diamètre; l'eau et le chariot d'approvisionnement pesant (3 1 — 046).

N°. 1 . La machine a parcouru les deux premiers relais, en traînant 4 chariots pesant chacun 4 loD ' (4 ton *°62). Les rails étaient couverts de neige fondue ou salis par de la poussière de charbon. Les roues, dans cette expérience, glissaient évidemment sur la surface des rails.

N u . 2. La machine a remorqué sur les mêmes portions de route 3 chariots de 4 tonneaux chacun (4 luB o62), sans que les roues éprouvassent de glissement.

Expérience IV. Machine avec ressorts, pesant f 0D - 7 ( ^"'6 17); roues de 4 pi ' 2 po - (r' 27) de diamètre. Les jantes, construites en fer forgé, avaient déjà servi pendant un an , mais ne paraissaient cependant pas en mauvais état. Le poids de l'eau et du chariot d'approvisionnement était de 2* n t(2 1 °" 53 i).

N\ 1. La machine placée au bas des cinq relais a parcouru cet espace de i722 pi< (5o2 m • 90), en traînant 7 chariots de 4' 00 ' chacun (4 ton, o62 ); et les roues ont fait pendant ce trajet i33 révolutions.

N°. 2. La machine a traîné 7 chariots, comme dans l'expérience précédente. Les roues ont décrit, sur le premier relais, 27 révolutions; sur le second , 27, sur les troisième et quatrième, 53 ; enfin sur le cinquième, 26 , c'est-à-dire en somme i33 révolutions.

N\ 5. Avec 6 chariots, le nombre des tours de roues a été le même.

N u . 6. On a marqué le point de contact de la roue et du rail, lorsque la machine était au sommet du plan ; puis on l'a laissé descendre avec 6 chariots , jusqu'à ce que les roues eussent fait 68 tours. A partir de ce point , le convoi est remonté jusqu'à la première marque , et les roues ont fait pendant le retour 69 tours Mais comme il s'était produit au départ un glissement considérable , on peut ad-

mettre que cette circonstance a occasioné la perte d'un tour de roues, et que le glissement à la remonte n'a été que d'un demi-tour de roues.

On voit que, dans l'expérience III, n*. i , la résistance était égale à du poids de la machine, et que cependant l'adhérence n'était pas suffisante pour prévenir le glissement des roues. Dans le n". 2, la résistance s'est réduite à de la pression, et il ne s'est manifesté aucun glissement sur les rails. Dans l'expérience IV, n\ i , pendant que la machine a parcouru un espace de 1732^ (6 io"*i 8), les roues, dont le diamètre était de 4 pi 2 po \ ont fait i33 tours, et ont ainsi décrit un espace de 1 74 lpi • U en résulte que les roues ont glissé sur une longueur de 1 9 pieds environ ; la résistance était égale dans ce cas à 7^ du poids de la machine. Enfin, dans le n°. 6 , cette résistance était égale à -~ de la pression; le glissement a été, comme nous l'avons vu, d'un demi-tour de roues, c'est-à-dire de 6 pi 7(i'"*o,8 environ).

De tout ce qui précède, on peut conclure que la seconde machine présente une force d'adhérence plus considérable que la machine qui était privée de ressorts , et montée sur des roues d'un plus petit diamètre.

Les valeurs de l'adhérence, dans ces deux cas, doivent être à peu près dans le rapport de 20 à 25, lorsqu'il ne se produit pas de glissement.

Il est à peine nécessaire d'ajouter que toutes les machines modernes étant montées sur de grandes roues et sur des ressorts , on doit prendre pour règle dans la pratique le résultat de l'expérience IV. D'après cette expérience, l'adhérence des roues sur les rails est égale à de la pression environ; et comme ces observations ont été faites dans les circonstances les plus défavorables, on peut considérer cette valeur comme un minimum.

Les machines, dont nous nous sommes occupés jusqu'ici, étaient, comme nous l'avons dit , semblables à celle de la Pl. XII (Jîg. 1 et 2),

c'est-à-dire que chaque cylindre faisait mouvoir une paire de roues, et que les deux paires étaient réunies par des tiges de communication. Les machines employées sur le chemin fer de Liverpool à Manchester présentent un genre de construction différent. Les deux cylindres agissent sur la même paire de roues, comme on le voit dans les /%. 3, 5 et 7, Pl XII, et fg. 1 et 2, Pl. XIII; et il paraît que cette disposition produit dans la valeur de l'adhérence une différence dont il est peut-être nécessaire d'expliquer la cause.

Dans la machine représentée Jîg. 1 et 2 , Pl. XII , l'action des pistons sur les roues est très- irrégulière. En effet, lorsque le piston des premiers cylindres est au sommet de sa course, son action est nulle , et les roues d'avant sont mises en jeu par l'intermédiaire des tiges de communication. Après quelques instans, l'action des premiers pistons devient égale, puis supérieure à celle du second; et, à leur tour, les roues d'arrière sont mises en mouvement par le premier cylindre. Ainsi chaque paire de roues est alternativement poussée et tirée par les tiges de communication ; or, celles-ci ne peuvent être assemblées avec une exactitude mathématique , et ces changemens successifs dans le sens de Faction produisent par intervalle des mouvemens de glissement. De plus, le poids des pistons et des bielles n'étant pas contre-balancé, il s'ensuit que la pression sur les rails est fort irrégulière, et que le glissement des roues tend à se produire plutôt pendant le mouvement descendant du piston que pendant la course ascendante. On observe constamment, en effet, que le glissement commence sur les roues correspondantes au piston qui descend, et se communique ensuite à l'autre paire de roues par l'intermédiaire de la tige horizontale. Enfin, il est difficile de se procurer un assortiment de roues dont le diamètre soit exactement le même , et la plus légère irrégularité dans leurs dimensions produit nécessairement un glissement partiel.

La machine de M. Stephenson (Pl. XIII ) ne présente aucun des inconvéniens que nous signalons. Dans cette machine, les deux pistons

sur la même paire de roues; et les cylindres sont placés trop près l'un de l'autre pour que les variations de la force motrice puissent produire un effet appréciable. De plus, la tige des pistons étant horizontale, et par conséquent parallèle à la ligne du chemin la pression sur les rails est constamment la même. Enfin , comme les pistons ne mettent en mouvement qu'une seule paire de roues, on n'a pas à craindre les inconvéniens qu'offre l'inégalité des diamètres des quatre roues.

Avec tous ces avantages de construction, on trouve, comme on devait s'y attendre, que les machines de M. Stephenson présentent, à charge égale , une adhérence plus grande que les machines ordinaires. Il est vrai que si l'on suppose le poids total de l'appareil uniformément réparti sur les quatre roues, cette adhérence ne sera due qu'à la moitié de la charge seulement. Mais les dimensions des deux roues, sur lesquelles agit la vapeur, viennent contre-balancer cette circonstance défavorable. Nous sommes convaincus, en effet, qu'en substituant, comme on le fait ici, des roues de 4 pl - (i"- 22) de diamètre aux rouei ordinaires de 3* (o-'oi), on augmente la valeur de l'adhérence, et qu'en même temps on diminue, à égalité de pression, les chances' de détérioration des rails; non-seulement parce que la surface de contact est plus étendue qu'avec des roues d'un moindre diamètre, mais encore parce que l'on est à même de disposer la charge d'une manière plus avantageuse. Aussi nous pensons qu'avec des machines ainsi construites, on peut reporter sur les deux grandes roues plus de la moitié du poids total de l'appareil, sans causer aux rails autant de dommage qu'en occasioneraient les machines anciennes, en supposant même la charge de ces dernières uniformément répartie sur les quatre roues.

On n'a entrepris encore aucune expérience suivie pour déterminer la valeur exacte de l'adhérence des machines locomotives mues par une seule paire de roues; et ; dans le fait, les machines construites jusqu'ici offrent des dispositions trop variées, pour qu'il soit pos-

t?6 TRAITÉ PRATIQUE

sible d'obtenir quelque donnée générale. Cependant les observations faites sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester suffisent pour prouver que, dans les machines de ce genre, le rapport de l'adhérence à la charge est, comme nous l'avons annoncé, beaucoup plus grand que dans les machines anciennes. Nous sommes portés à croire qu'il est plus grand au moins dans le rapport de 3 : i , à en juger par la charge que ces machines traînent sur des rampes offrant ■h de pente.

A défaut d'expériences précises, nous indiquons dans la table suivante, avec une exactitude suffisante pour la pratique, les poids qu'une machine peut traîner sur des plans de différentes inclinaisons, dans l'état le plus défavorable des rails. La colonne i indique l'inclinaison du plan. La colonne 2 fait connaître le poids qui peut être remorqué par une machine pesant 6 tonneaux ( ô^ ogS), en supposant que deux roues seulement soient mises en mouvement par les cylindres, et que ces deux roues portent les } du poids total de l'appareil. Nous admettons que, dans ce cas , l'adhérence est égale à de la charge qui pèse sur les roues , c'est-à-dire à 7^ des } ou à du poids total de la machine. La colonne 3 est calculée dans l'hypothèse oùles quatre roues de la machine seraient mises en mouvement par les pistons, et où la valeur de l'adhérence serait du poids de la machine. Nous avons supposé , dans les deux cas, que le diamètre des roues était de 4 pi * (i m *22). Quant au frottement des chariots, nous l'avons pris égal à 7— de leur poids.

TABLE I

du plan.

— ! 120 IOOO