DES MOTEURS EMPLOYES SU* LES CHEMINS A «AILS

Les chevaux étaient le seul genre de moteur employé sur les premiers chemins à rails. Leur charge s'élevait en général à deux ou trois tonnes, y compris le chariot, et les pentes de la route étaient réglées de manière à leur permettre de traîner constamment ce poids. Du reste on ne s'appliquait nullement à régulariser le profil longitudinal du chemin; et, si l'on excepte les ravins profonds que l'on était forcé de combler, et les collines abruptes que l'on nivelait au moins en partie, le tracé suivait toutes les ondulations du sol.

«•jiiifijKtft

On ne s'attachait pas non plus à modérer la vitesse des chariots sur les pentes rapides; et l'action du frein que l'on employait dans ce but était souvent insuffisante. Dans les temps pluvieux, surtout, la surface des rails devenait* extrêmement glissante, et il n'était pas rare de voir les chariots, emportés avec une vitesse excessive, renverser les chevaux, briser tout ce qu'ils rencontraient sur leur passage, et enfin écraser le conducteur lui-même. Ou s'opposait quelquefois à l'effet de l'humidité en répandant des cendres sur les rails; souvent même on suspendait entièrement les transports pendant les mauvais temps. Mais, lorsqu'au milieu d'une descente rapide un convoi était surpris par une ondée, on n'avait aucun moyen de modérer la vitesse avec laquelle il se trouvait subitement emporté, et il ne restait d'autre ressource que de l'arrêter avec des cordes tendues en travers de la route. Le dommage était faible si l'on parvenait à employer ce

moyen avant que la vitesse acquise ne fut très-considérable; mais, dans le cas contraire, les cordes étaient inévitablement brisées par le choc, et leur rupture était suivie des effets les plus désastreux.

Ces graves inconvéniens subsistèrent tant que les rails en bois furent en usage : l'adoption des rails en fer, en apportant une grande diminution dans la résistance, força de recourir à de nouveaux moyens pour franchir les pentes rapides, et c'est ainsi que l'on fut conduit à la construction des plans inclinés automoteurs. Plus tard, lorsque les applications de la machine à vapeur commencèrent à s'étendre , on l'employa pour remorquer les convois sur les rampes des chemins à rails. Enfin, aux machines fixes, succédèrent les machines locomotives, qui furent appliquées sur toutes les parties de route sensiblement de niveau.

Nous allons nous occuper successivement de ces quatre genres de moteurs; à savoir: les chevaux, les plans inclinés automoteurs, les machines fixes et les machines locomotives.

i°. Gievaux.

Lorsqu'un cheval exerce un effort de traction sur un chariot, il rejette sur le collier la partie de son poids nécessaire pour surmonter la résistance, et emploie la force musculaire de ses jambes à soutenir cet effort et à porter en même temps son corps en avant. La force du cheval peut donc se décomposer en deux parties, celle qu'il exrce pour vaincre la résistance et celle qu'il emploie à se porter en avant. Les expériences faites jusqu'à ce jour nont pas été assez précises pour déterminer exactement quelle est la valeur relative de ces deux forces , ou, en d'autres termes , quelle est la partie de l'effort constant du cheval qui est employée à transporter son propre poitt.

DES CHEMINS DE FER. 4 7 M. Desagulier fixe le travail d'un cheval à deux cents livres (90 ki \6o), mues avec une vitesse de deux nulles et demi à l'heure (4098".) pendant huit heures par jour, ou deux cents livres (qo iu , 60), transportées à vingt milles (32190".) par jour. M. Smeaton donne une évaluation moins forte.

M. Watt estime la puissance d'un cheval à cent cinquante livres (67 li, ,95), mues avec une vitesse de deux milles et demi (4098*.) à l'heure.

Sans approfondir ici cette question, nous supposerons, T. que l'effort constant d'un cheval, lorsqu'il se meut avec une vitesse ordinaire, c'est-à-dire , de deux milles et demi à l'heure ( 4098". ) , peut être représenté par un poids de cent cinquante livres (67^ ,95); 2\ qu'un cheval de moyenne taille pèse environ dix quintaux ou 1 120 livres (5oy ul ). D'après cela, l'effort que le cheval exerce sur la charge se trouverait à peu près égal à y de son poids.

Si la route est en pente, il dépensera une portion de cette force pour élever son propre poids, et lorsque l'inclinaison atteindra - (o". 1 4 par mètre), tout l'effort sera employé pour produire cet effet; de sorte que son action sur la charge deviendra nulle. On voit donc que, quand on établit un chemin de fer avec l'intention d'y employer les chevaux comme moteurs, il faut éviter les rampes avec le plus grand soin. Si la différence de niveau des deux extrémités du chemin ne permettait pas d'établir une faible pente sur toute son étendue, il faudrait diviser la ligne en plate-formes successives , séparées par des plans inclinés de peu de longueur, sur lesquels les chevaux seraient remplacés par un autre genre de moteur (1).

(1) Voir 1a note i i la fin du chapitre.

2\ Plans inclinés automoteurs.

On nomme plans automoteurs des plans inclines, sur lesquels le poids des chariots descendais est utilisé pour effectuer la remonte des chariots ascendans. Ce système, employé d'abord sur quelques canaux pour faire passer les bateaux vides d'un bief à l'autre, a été plus tard adopté sur plusieurs chemins de fer. 11 est inapplicable lorsque le mouvement commercial est très- variable, ou lorsque la masse des transports est à peu près la même dans les deux sens; mais il peut être employé avec avantage sur les lignes où la majeure partie des transports a lieu en descente (i) T

Le système de plans automoteurs que nous allons décrire, est celui qui est en usage sur les chemins de fer des environs de Newcastle, (fig. i , PI. IX).

Au sommet du plan incliné est établie une poulie horizontale WW, sur laquelle s'enroule la corde DD'E'E, qui transmet aux chariots montans l'effort exercé par les chariots descendans. Cette poulie est ordinairement en fonte; elle a environ 6 pieds (i".83) de diamètre, et porte six rayons. Elle est placée dans un trou carré, dont les parois, revêtues en maçonnerie , s'élèvent à peu près au niveau du chemin. Son axe tourne dans des crapaudines qui s'appuient contre deux cadres en charpente , placés l'un au-dessus et l'autre au-dessous de la poulie. Le cadre supérieur est représenté en abcd\ il est recouvert, ainsi que tout l'appareil, par une plate -forme sur laquelle sont fixés les rails du chemin de fer, La direction de ces rails est indiquée dans la figure par des lignes ponctuées.

(i) Voir la note làlifio du chapitre.

DES CHEMINS DE FER. 4g On reserve au sommet du plan un espace à peu près horizontal, dont la longueur varie entre 20 et 3o yards (i8 ra .5o et 27 - .45) suivant le nombre de chariots qui doivent former le convoi. Cet espace est destiné au stationnement, soit des chariots pleins qui attendent le moment de la descente, soit des chariots vides qui viennent de monter. C'est à l'extrémité de cette gare qu'est placée la poulie horizontale sur laquelle est enroulée la corde de remorque.

Sur toute la longueur du plan et de la gare sont établis de petits rouleaux ou poulies espacés de 8 à 10 yards (7 m .32 à 9".i5). Ces rouleaux, représentés en s s s, empêchent la corde de s'user par son frottement contre le sol, et diminuent en môme temps la résistance. Leur surface est quelquefois cylindrique, et ganùe de rebords destinés à maintenir la corde; leur largeur, dans ce cas, est de 3 à 4 pouces (o m ,oj6 à o"\i02), leur diamètre de 11 à 12 pouces (o m ,279 à o m ,3o5), et leur poids de 2 1 à 25 livres (9^,5 1 à 1 i ul ,33). Quelquefois aussi la gorge de la poulie est concave; son poids est alors d'environ 20 livres (9 ul ',o6), et son diamètre de 12 pouces (o m ,3o5). Ces poulies sont établies sur des supports en bois ou en fonte; leurs tourillons sont en fer malléable, et ont un diamètre d'environ j de pouce (o m .oi9) (1).

Depuis le sommet jusque vers le milieu du plan incliné, sont établis trois cours de rails rrr, disposés de telle sorte que les convois montans et descendans passent chacun sur le rail du milieu et sur l'un des rails extérieurs. Au point où les deux convois doivent se rencontrer, le rail du milieu se subdivise en deux autres, comme on l'a figuré en BB, B'B 1 , de manière à former deux voies distinctes. Ces deux voies régnent sur une longueur suffisante pour permettre aux chariots de se croiser. Les quatre rails convergent ensuite en CC

(1) Nous ajoutons dans la Pl. IX les modèles des poulies en fonte avec supports en bots employées sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester, ainsi que le modèle d'un support en fonte employé aux environs de New-Castle. ( iïotc des trad. )

5o TRAITÉ PRATIQUE

pour ne plus former qu'une seule voie jusqu'au bas du plan. En ce point, comme au sommet, est placée une gare destinée au stationnement des convois mon tans et descendans.

Les plans inclinés, employés sur les canaux, présentent généralement deux voies séparées sur toute leur étendue, et ce mode est aussi adopté sur plusieurs chemins de fer. Mais on peut facilement juger que le système, que nous venons de décrire, remplit absolument le môme but, dans le plus grand nombre de cas. Il est vrai que, lorsque le plan incliné est très-court, la direction oblique des chariots, au passage d'une voie double sur une voie simple, produit une augmentation notable dans la résistance ; mais sur des plans inclinés d'une grande étendue cet inconvénient n'est pas sensible , tandis que l'établissement d'une double voie, sur toute la longueur du plan, augmenterait beaucoup la dépense première.

Lorsque l'inclinaison du plan est trop considérable, on règle le mouvement de la roue horizontale au moyen d'un frein , et l'on fait agir en môme temps, si cela est nécessaire, ceux qui sont adaptés aux chariots. On voit facilement que l'action retardatrice de ce frein ne peut en aucun cas surpasser la valeur de la résistance due au frottement de la corde sur la demi-circonférence de la roue. 11 est clair en effet que , si la différence de poids des deux convois était assez grande , non-seulement pour surmonter toutes les forces qui s'opposent au mouvement, mais encore pour vaincre ce frottement, la corde pourrait glisser sur la gorge de la poulie , lors même que cette dernière serait complètement arrêtée. Cet effet peut dans certains cas devenir dangereux, et il est important de régler l'inclinaison des plans automoteurs, de manière à le rendre impossible.

On emploie quelquefois, pour des pentes rapides, deux tambours horizontaux semblables à ceux qui sont représentés en A , B (fig. 3, Pl. X ).

DES CHEMINS DE FER. 5i Ces tambours, fixés sur le même axe, portent, deux cordes que Ton attache, l'une au convoi montant , l'autre au convoi descendant, et dont la première s enroule tandis que la seconde se déroule. Cette disposition permet de donner à l'action du frein toute la puissance nécessaire ; car alors les cordes, se trouvant fixées aux tambours, ne peuvent se mouvoir indépendamment de ces derniers (i).

Dans certains cas on emploie des trains de chariots chargés de métal pour ramener au bas du plan la corde qui a servi à remorquer les chariots vides, et remonter en même temps celle qui était fixée au convoi descendant. Cette manœuvre a pour but de faire passer constamment les chariots mon tans et descendans, chacun sur leur voie respective; mais il nous semble quelle ne peut présenter aucun avantage réel , à moins de circonstances très-particulières.

La disposition du plan automoteur que nous venons de décrire (hg. i, Pl. IX) exige, comme on l'a vu, que les chariots passent successivement d'un système de voie sur un autre. Ces changemens de voie s'opèrent sans aucune manœuvre et d'une manière très-simple. Lorsqu'il s'agit de passer de deux voies réunies A A dans deux voies séparées BB, B'B\ ou de ces dernières dans une voie simple CC, les chariots prennent d'eux-mêmes la direction convenable, comme il est facile de le voir à l'inspection de la figure. Quant au passage de la voie simple CC dans la double voie BB, B / B / , il seflectue à laide d'aiguilles semblables à celles que nous avons décrites dans le second chapitre ; ces aiguilles ferment l'entrée de la voie que l'on veut éviter, et forcent en même temps les roues à entrer dans celle qui leur est destinée. Supposons, par exemple, qu'un convoi soit descendu suivant DD';

(0 Ijc premier plan incliné automoteur des environs de New-Castle sur Tync , fut construit par feu M. Barnes. Le» chariots descendans élevaient dans un puits , pratiqué au sommet du plan , un contrepoids qui , en redescendant , faisait monter les chariots vide».

( Note de Fauteur. )

5a TRAITÉ PRATIQUE

l'aiguille,/ se trouvera , aprèsson passage, séparée du rail C , et l'aiguille opposée f s'appuiera contre le rail C\ D'après cette disposition, le premier convoi, qui sera nécessairement un convoi ascendant, se trouvera forcé de suivre la voie D'D, sur laquelle il doit en eflet passer. Le convoi descendant, qui passera en même temps sur la voie EE', placera les aiguilles dans la position indiquée par des points ronds; et cette position est celle qui est nécessaire pour diriger les chariots suivans dans la voie E'E qu ils doivent suivre.

De tous les systèmes proposés jusqu'à ce jour pour utiliser la force de la pesanteur, celui qui est représenté , fig. i , Pl. IX , nous semble le plus convenable. 11 offre l'avantage de diminuer le frottement, qui est le plus grand obstacle à l'adoption des plans automoteurs; en même temps il se distingue par la simplicité de la construction de la roue, et par la disposition heureuse de l'appareil, qui se trouve placé à l'abri des intempéries de l'air et de toute espèce de dégradation. Nous devons ajouter qu'il a été généralement adopté dans les environs de ÎSew-Castle, où l'on a essayé successivement tous les moyens de diminuer autant que possible les frais de transport.

3°. Macliines fixes.

Lorsque les pentes de la route ne sont pas toutes dirigées dans le môme sens, ou lorsque la masse des marchandises descendantes n'est pas suffisante pour opérer la remonte de celles qui marchent en sens contraire, les plans automoteurs, comme nous l'avons déjà vu, sont entièrement inapplicables. On est alors forcé de recourir à l'emploi des machines fixes. Ce système a été mis en usage , pour la première fois, en 1808, par M. Cooke, qui établit à Birtley-Fell, dans le comté de Durham, une macliine à vapeur destinée à remonter les chariots de la houillère d'Urpeth , sur une pente rapide que l'on rencontre près de la route à barrières de New-Castle à Durham. Ces machines ont

été fort employées, depuis cette époque, dans les environs de New- Castle.

Quelquefois, lorsque les pentes sont faibles et les transports peu considérables, on peut, au lieu de machines à vapeur, employer avec avantage la force des chevaux et même celle des hommes. Le

quatrième volume des Transactions of hiçlilancl soeiety, fournit des renseignemens utiles sur ce point. Mais lions ne considérerons ici que les systèmes applicables à des lignes étendues, où les transports sont nombreux et la vitesse considérable; et nous supposerons toujours que l'on emploie pour moteur, soit une machine à vapeur, soit une roue hydraulique.

Dans l'un et l'autre de ces deux cas, l'axe de la machine porte à son extrémité une roue dentée f qui communique le mouvement aux tambours A et B, par l'intermédiaire des deux roues g et h (fig. 2, Pl. IX). Les deux leviers d'embrayage ii permettent d'engrener ou de désengrener à volonté les dents A*, k> et par suite d'établir ou d'interrompre la communication entre les tambours et la machine. Des dents semblables à k sont placées intérieurement, vers l'autre extrémité du cylindre, afin de régulariser le mouvement de rotation, lorsque l'appareil fonctionne.

Quant à la manœuvre du plan , elle s'effectue de différentes manières, suivant la disposition de la route et son degré d'inclinaison. Nous allons examiner successivement les divers cas qui peuvent se présenter.

1*. Lorsque la pente est suffisante pour permettre aux chariots descendans de traîner à leur suite la corde qui doit remorquer les chariots ascendans , et que le mouvement commercial n'exige qu'une voie simple, on adopte le système représenté fig. 1, Pl. X; c'est-àdire, on n'emploie qu'un seul tambour A et une seule corde rrsou-

tenue par des poulies semblables à celles qui sont représentées en s s, pl. 9. Le tambour est élevé au-dessus des rails, de manière à livrer passage aux chariots. Dans le cas où il ne serait pas possible de lui donner une hauteur suffisante, on infléchirait la route, et on la ferait passer à côté du bâtiment qui contient la machine.

Supposons qu'un convoi de chariots montans soit placé en a, on met le tambour A en communication avec la machine, au moyen du mécanisme que nous avons décrit plus haut ; et les chariots sont remorqués par la corde r r jusqu'au sommet B du plan. De là ils passent dans la voie horizontale où ils s'arrêtent jusqu'à ce que la corde soit détachée. Quant aux convois descendans, ils entrent d'abord dans la voie latérale c, qui est légèrement inclinée du côté du plan , et où ils sont maintenus au moyen d'un arrêt. Après avoir attaché la corde à la queue du convoi , on désengrène le tambour et on enlève l'arrêt. Les chariots descendent alors jusqu'à la plate-forme horizontale d en traînant la corde à leur suite. Là on la détache pour la fixer à la tête d'un convoi ascendant stationné en a; on met de nouveau le tambour en communication avec la machine , et l'on recommence la même manœuvre.

Lorsqu'une voie simple est insuffisante , on peut, établir une double voie sur toute la longueur du plan, ou bien adopter la disposition que nous avons décrite en traitant des plans automoteurs. Le premier de ces systèmes n'a besoin d'aucune explication ; le second est représenté fig. 2, Pl. X. Les deux tambours A, B, sont placés chacun en face de la voie qu'ils sont destinés à manœuvrer, de manière à ce que les cordes de remorque suivent le milieu de la route. L'axe de ces tambours est invariablement fixé à celui de la machine.

Dans le cas où le poids des chariots descendans est à peu près suffisant pour remonter les chariots ascendans, on peut se servir d'une simple

DES CHEMINS DE FER. 55 roue , analogue à celle qui est en usage sur les plans automoteurs (fig. i, Pl. IX). Cette roue, placée soit horizontalement soit verticalement, est mue par la machine, et agit à la fois sur les convois montans et dcscendans, au moyen d'une corde de renvoi qui s'enroule sur sa gorge.

Ce système serait inapplicable, si la résistance opposée par les chariots mon tans surpassait le frottement delà corde sur la circonférence delà roue; car alors celle-ci tournerait sans faire mouvoir la corde, et par conséquent sans remonter la charge. Mais on peut , jusqu'à un certain point, surmonter cette difficulté, en faisant passer la corde sur deux poulies de renvoi qui l'obligent à embrasser presque toute la circonférence de la roue (Gg. 3, Pl. IX), et qui augmentent ainsi dune manière notable sa force d'adhérence.

Le genre de plan que nous venons de décrire, s'emploie principalement lorsque le mouvement commercial est plus considérable en descente qu'en remonte, et lorsque les transports peuvent s'effectuer d'une manière régulière, et sans exiger une grande vitesse. Il est nécessaire aussi que les convois se présentent alternativement, et en nombre égal, à la descente et à la remonte, puisque la corde qui sert à remorquer les chariots mon tans est amenée au bas du plan par les chariots dcscendans. Si le nombre des convois en descente est trop faible, on peut établir des machines assez puissantes pour remorquer à la fois un grand nombre de chariots ascendans, ou bien employer, comme nous l avons déjà dit, des chariots chargés de matières lourdes pour descendre la corde au bas du plan. Mais ces moyens extraordinaires fatiguent beaucoup les cordes et doivent être rarement mis en usage.

2*. Lorsque l'inclinaison du plan n'est pas assez grande pour que les chariots descendans puissent traîner la corde à leur suite , on emploie le système représenté fig. 3, Pl. X.

Deux tambours A , B, sont placés au sommet du plan , et à son extrémité inférieure est établie une roue horizontale C, située au-dessous du niveau de la route , et entièrement semblable à celle des plans automoteurs. La manœuvre s'opère au moyen de trois cordes d'une longueur égale à celle du plan ; la première a a est fixée par une de ses extrémités au tambour À; la seconde b b au tambour B; la troisième c c, que nous appellerons corde de communication, passe autour de la roue C, et est attachée d'une part au convoi D, de l'autre au convoi E. Supposons maintenant que le tambour A soit en communication avec la machine, et que le tambour B soit libre, la corde a a s'enroulera autour du tambour A, et tirera le convoi D vers le sommet du plan , tandis que la corde de communication c c fera descendre le convoi E , en déroulant la corde b b de dessus le tambour B. Lorsque les convois D et E seront arrivés, le premier au sommet, le second au bas du plan incliné, ils entreront dans des voies latérales, où les cordes seront détachées. Quant aux convois suivans, ils parcourront, pour remonter le plan, la voie E, et, pour descendre, la voie D. La manœuvre, du reste, sera entièrement semblable.

Ce système de remorque n'est pas seulement applicable à un plan isolé; on peut évidemment à l'aide d'une série d'appareils de ce genre, faire parcourir aux chariots une distance quelconque, ainsi qu'il est facile de le voir fig. 4i M- X.

Supposons, par exemple, que le tambour A remorque le convoi a dans la direction a A; la corde de communication, enroulée sur la poulie, tirera en même temps le convoi b en sens inverse. Parvenu en c, ce dernier trouve l'aiguille disposée de manière à le faire passer dans la voie f, où il s'arrête. Pendant ce temps, le tambour E attire le convoi c, et la corde de communication enroulée sur la poulie D, fait marcher le convoi d en sens inverse; au moment où le premier arrive près de la machine E , le second s'arrête en g. Ainsi les con-

DES CHEMINS DE FER. 5 7 vois b et d parviennent à la fois en f et en g. A partir de ces points, ils continuent leur marche au moyen d'une manœuvre semblable.

Sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester, M. Stephenson emploie une corde sans fin , pour remorquer les chariots dans le grand souterrain (fig. 5, Pl. X). Le plan est à double voie sur toute son étendue. A sa partie inférieure, est placée une roue B, semblable à la roue C représentée fig. 3 , sur laquelle passe la corde e , f. Au sommet du plan est établie une poulie horizontale à double gorge A, qui est mise en mouvement par des machines placées de chaque côté du chemin. La corde e f s'enroule d'abord autour de la poulie A , passe ensuite sur les roues a et b, puis revient sur la roue «, d'où elle se rend en croisant sa première direction, sur la seconde gorge de la poulie A ; enfin elle se fixe au convoi J\ et va s'enrouler autour de la poulie B. A l'aide de cette disposition ; on obtient une force d'adhérence suffisante pour surmonter la résistance des chariots. On augmente d'ailleurs la pression de la corde contre les poulies, en fixant un poids considérable à la roue au moyen d'une corde qui passe sur une petite poulie c; ce poids peut monter et descendre librement dans un puits d disposé à cet effet (i). On remarquera que sur ce genre de plan les chariots mon tans passent constamment sur la même voie, et les chariots descendans sur l'autre, sans qu'il soit besoin pour cela d'aucune manœuvre particulière. '

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3*. Lorsque la route doit franchir use colline qui présente deux versa ns opposés, et dont l'inclinaison est assez forte pour permettre aux chariots descendans de traîner la corde à leur suite, on emploie avec avantage le système indiqué fig. 6 , Pl. X. Au-dessous du tambour A, le chemin se compose de quatre rails formant deux voies

(i) La poulie b repose «or des roulette* qui lui permettent de se mouvoir boriiootale- »ent. ( Note des trad. )

a b, c d, dont les pentes sont disposées en sens inverse : la première est inclinée de a b en c d % et la seconde de c d en a b. Le tambour étant supposé en communication avec la machine, le convoi montant f est remorqué vers le sommet du plan. Lorsqu'il est parvenu en a b, on détache la corde de remonte; et les chariots descendent par leur propre poids vers l'extrémité c d de la gare. En même temps on désengrène le tambour A, et l'on attache la corde à l'arrière du convoi, qui l'entraîne à sa suite jusqu'au bas du plan E. Cette corde sert à remonter les convois marchant en sens contraire, pour lesquels du reste on répète entièrement la même manœuvre.

Si la masse des transports est considérable, on établit au-dessous de la machine deux voies séparées (lig. 7, Pl. X), et l'on emploie deux tambours qui permcttent .de faire monter un convoi sur l'un des plans, tandis qu'un autre convoi descend sur le plan opposé. On peut encore, lorsque l'activité du mouvement commercial le rend nécessaire , établir sur toute l'étendue de chaque plan deux voies distinctes, manœuvrées chacune au moyen de deux tambours, ainsi qu'on le voit fig. 2, Pl. IX, et présentant au sommet de la colline la disposition de rails indiquée fig. 6, Pl. X. Quelquefois aussi l'on se contente d'établir en ce point trois voies séparées, destinées, celle du milieu aux chariots vides, et les deux autres aux chariots chargés. Dans tous les cas, les deux plans fonctionnent à la fois, et les transports s'effectuent sans interruption.

Si l'inclinaison n'est pas assez forte pour que les convois descendans traînent la corde à leur suite, on peut employer, comme dans l'un des cas précédens, une roue horizontale avec une corde de communication. Les plans doivent alors être disposés, comme on le voit fig. 4, Pl. X.

11 nous reste à considérer le cas où toute une ligne de chemin de fer est inanœuvrée au moyen d'un système de machines fixes.

Si la route est à simple voie, on adopte la disposition indiquée fig. 7, Pl. X. Le chemin est divisé en relais d'environ un mille et demi (2,41 3" ) de longueur; et à l'extrémité de chaque relais est placée une machine agissant sur deux tambours, ainsi qu'on le voit représenté en A, B, G. La manœuvre s'effectue de la manière suivante : les cylindres m, n, étant supposés libres, et les cylindres y, 0, en communication avec les maclûncs, le cylindre 0 remorque le convoi D, en déroulant de dessus le tambour m la corde g attachée à la queue du convoi. Pendant ce temps, la machine C attire à elle le convoi E , ainsi que la corde 1, enroulée sur le tambour n; et les convois D et E arrivent à la fois aux points B et C, où ils s'arrêtent. Supposons qu'en ces points stationnent des convois dirigés en sens inverse. On attache à leur tête les cordes g et z, et à leur queue les cordes h et k; on met les tambours m et n en communication avec les machines, puis on désengrène les tambours o et q. Les machines remorquent alors les nouveaux convois de G en B, et de B en A, et déroulent en même temps les cordes h et k , qui servent à leur tour à traîner les chariots marchant dans la première direction.

Lorsqu'un relais présente sur une partie de sa longueur une pente plus que suffisante pour permettre aux chariots de traîner la corde à leur suite , on laisse le tambour, sur lequel est enroulé la corde d'arrière, en communication avec la machine à vapeur. De cette sorte, l'excès de poids des convois descendans s'ajoute à la force de la machine, et l'aide à remorquer les chariots sur le relais précédent. Si cette inclinaison régnait sur toute la longueur du relais, on pourrait supprimer la corde de remorque.

La manœuvre que nous venons de décrire exige que les chariots, parvenus à l'extrémité d'un relais, attendent ceux qui marchent en sens contraire sur le relais voisin. 11 résulte de là des retards considérables; et la vitesse moyenne des transports n'atteint générale-

€o TRAITÉ PRATIQUE

ment que la moitié de la vitesse effective avec laquelle les chariots parcourent chaque relaie

On peut, afin de diminuer ces retards, faire remorquer à la fois, par la même machine, deux convois marchant en sens contraire sur deux relais voisins. Dans ce cas, la manœuvre s'effectue de la manière suivante : la machine B attire à elle les convois D et E, qui arrivent en même temps en c del en a b ; là on détache les cordes, et les chariots, entraînés par leur propre poids, parcourent les petits plans inclinés cdf et a b e. On désengrène alors les tambours o et n; on attache la corde g à la tête du convoi E , et la corde /* à la queue du même convoi ; on fixe de même les cordes /' et k aux deux extrémités du convoi D ; enfin on met les tambours q et m en communication avec les machines. Les deux convois D et E sont alors remorqués vers les points G, A, où ils arrivent en même temps. La disposition que nous indiquons ici, n'est cependant pas sans inconvénient En effet, elle ne permet en aucun cas d'utiliser l'excédant de poids des chariots descendans , pour aider à la remonte de ceux qui suivent une direction opposée, et de plus , les machines puissantes , qui deviennent nécessaires pour remorquer deux convois à la fois, restent inactives dès que ces convois s'éloignent d'elles pour continuer leur marche.

Lorsque l'activité du mouvement commercial nécessite l'établissement d'une voie double, on adopte la disposition représentée fig. 8, Pl. X. On place à chaque station A, B, C, des machines à vapeur, munies chacune de quatre tambours, ainsi que des doubles voies diagonales destinées au croisement des chariots. Les tambours de la machine B n'ont pas été figurés, afin de permettre de suivre la marche des convois. La manœuvre s'opère ainsi qu'il suit: la machine B attire à elle le convoi I) , en déroulant une corde d'arrière placée sur le tambour c «le la machine A. En même temps, le convoi G est remorqué sur le relais voisin par la machine B, et à la queue de ce

DES CHEMINS DE FER. f„ convoi est attachée une corde d'arrière enroulée sur le tambour k. Les convois D et G arrivent ainsi en g et e. Là, les cordes de remorque sont détachées et les chariots descendent d'eux-mêmes vers les points p et o , où ils s'arrêtent. On attache alors à la tête du convoi D la corde d'arrière de G , et, à la tête de ce dernier, celle de D; et ces deux convois, après avoir traversé les lignes diagonales p q, o n, sont remorqués par les machines C et A. La marche des convois E et F s'opère au moyen d'une manœuvre semblable.

Le changement de voie des chariots, à chaque station, présente des inconvéuieiis que l'on éviterait sans doute en employant, avec quelques modifications, la corde sans fin de M. Stephenson ; mais, malgré cette difficulté, la marche des transports est constante , et n'est retardée que par la manœuvre nécessaire à chaque relais. L'emploi des machines fixes permet, comme on le voit , d'effectuer les transports sur une ligne d'une longueur indéfinie, quelles que soient d'ailleurs les ondulations qu'elle présente. Mais on doit observer que, dans ce système, le retard éprouvé par les convois à lune des machines, se ferait sentir sur la ligne entière du chemin de fer; et qu'ainsi son application suppose que le mouvement commercial soit régulier et continu dans les deux sens.

4'. Mac/unes à vapeur locomotives.

L'idée d'appliquer la vapeur au mouvement des voitures à roues remonte à une époque assez reculée. Dans une note jointe à la dernière édition d'un ouvrage du docteur Robinson, intitulé Mcchanical p/ulosophy, Watt annonce que dès l'année 1 759, cette idée fut émise par ce savant, qui étudiait alors à l'université de Glascow. Watt lui-même, après avoir fait quelques expériences sur la force expansive de la vapeur, donna, en 1784, la description d'une machine fondée sur ce principe, et indiqua en même temps les moyens d'appliquer ce sys-

<ia TRAITÉ PRATIQUE

tème au mouvement des voitures; mais ses projets n'eurent alors aucune suite.

Pendant long-temps encore, les savans, préoccupés du perfectionnement des machines à condenseur, ne songèrent nullement à l'emploi exclusif de la force élastique de la vapeur, système qui seul pouvait permettre la construction de machines locomotives. M» Ilorablowcr, il est vrai, imagina de faire agir la vapeur par condensation et par expansion à la fois; mais ce sont MM. Trevithick et Vivian qui les premiers construisirent une machine à haute pression, agissant uniquement au moyen de sa force élastique. Ils obtinrent, en mars 1 802 , un brevet d'invention pour l'emploi de ce genre de moteur sur les chemins de fer, et donnèrent en même temps le dessin d'une machine locomotive applicable sur les routes ordinaires. ( Voyez Re~ periory of arts, 2 4 f séries, voL 4» pag. 241.)

Leur voiture présente la forme des diligences ordinaires : derrière les grandes roues est placée une caisse carrée en fer, contenant la chaudière et le cylindre ; cette caisse est fixée sur un châssis supporté par les essieux. Le cylindre est placé horizontalement et dans la direction de l'axe de la route ; la tige du piston porte à son extrémité une bielle , qui imprime un mouvement de rotation à un axe coudé, placé horizontalement à la hauteur du centre du cylindre. Cet axe traverse le châssis de la voiture, et fait tourner, au moyen d'un engrenage, l'essieu des roues de derrière. À l'extrémité de l'essieu est fixé un volant destiné à rendre le mouvement continu. Les roues de devant ont la forme ordinaire; elles peuvent tourner sous divers angles et diriger ainsi la marche de la voiture. Lorsque la route présente des coudes brusques, qui exigent des changemens de direction subits, on peut désengrener les roues dentées de l'un ou de l'autre côté; et la roue du côté opposé, agissant seule sur la voiture, la force à prendre la direction convenable. Un frein est appliqué sur la circonférence du vo-

DES CHEMINS DE FER. 63 lant, afin de modérer la vitesse dans les descentes rapides. Tous les deuils de cette machine sont combinés d'une manière fort ingénieuse. Cependant on éleva de nombreuses objections contre son emploi sur les routes à barrières; et les inventeurs, modifiant leurs premiers projets, ne songèrent plus qua l'appliquer sur les chemins de fer.

Deux ans plus tard, M. Trevithick construisit, à South-Wales, une machine qui fut essayée sur le chemin de fer de Merthyr-Tydvil. Le cylindre avait 8 pouces (o".ao3) de diamètre, et la course du piston était de 4 pieds 6 pouces (i°',37). La machine remorqua le nombre de de chariots nécessaire pour porter dix tonneaux (io,i5o kil.) de fer en barres, et parcourut une distance de neuf milles ( 1 4*48' avcc une vitesse de cinq milles (8,046" •) à l'heure, sans renouveler l'eau contenue dans la chaudière au moment du départ. Comme on n'indique nullement le degré d'inclinaison du chemin de fer, nous ne pouvons pas apprécier exactement l'effet utile de la madame. Il parait du reste , d'après les renseignemens que nous avons pu obtenir , qu'elle n'avait qu'un seul cylindre, et qu'elle différait peu, si ce n'est par la forme de la voiture, de celle que nous avons décrite plus haut*

Le principal obstacle à l'adoption de ce genre de machines fut l'opinion, alors généralement admise, que l'adhérence des roues sur les rails était trop faible pour permettre leur locomotion. MM. Trevithick et Vivian recommandent en effet dans leur patente de ménager sur les jantes des roues quelques aspérités, comme des clous saiUans ou des rainures transversales, et même, lorsque la résistance est considérable, de placer sur le contour des roues une cheville ou une griffe qui ait prise sur le soL Cette disposition, en remédiant à un inconvénient, devait évidemment en produire un autre. U est clair, en effet, que toutes ces saillies nuisaient à la marche de la machine, en augmentant considérablement la résistance, et qu'elles tendaient de plus à détruire les rails.

M. Blenkinsop, des houillères de Middleton, près de Leeds, imagina , pour éviter cette imperfection , d'établir sur toute l'étendue de la route, des rails dentés engrenant avec des roues mues par la machine. Cet appareil, pour lequel il prit, en 181 1, un brevet d'invention , est indiqué fig. 2, Pl. XI. L'un des rails r r, porte latéralement une crémaillère formée de dents demi-circulaires h /*, de 2 ou 3 pouces de largeur (o'\o5 ou o". 07). Quant à la machine, elle offre la disposition suivante : la chaudière est cylindrique, et est chauffée par un tube qui la traverse dans toute son étendue. Les cylindres a a sont placés dans l'intérieur de la chaudière; la vapeur, après avoir agi sur les pistons, se dégage dans l'atmosphère par le tube S. Les bielles b b fixées aux tiges des pistons, font mouvoir les manivelles c c, et par suite les pignons dd, qui engrènent avec la roue dentée e. L'axe de cette dernière roue dépasse le train du chariot, et porte à son extrémité une grande roue dentée^ qui engrène avec la crémaillère. Plusieurs machines ont été construites sur ce modèle par M. Blenkinsop, et ont été employées jusqu'à ce jour pour le transport de la houille, sur le chemin de fer de Middleton à Leeds.

MM. William et Edouard Chapman obtinrent en 1812 un brevet pour un nouveau système de locomotion. Ils proposaient d'établir au milieu de la route, et sur toute son étendue, une chaîne en fer soutenue à des intervalles de 8 ouioyards(7 m ,32 ou o",i5)par des fourchettes verticales, et engrenant avec une roue dentée mue par la machine. Des rouleaux étaient disposés de manière à presser la chaîne contre les dents de la roue, et à l'empêcher de glisser. Cet appareil, qui fat essayé sur le chemin de fer de Heaton, près de Newcastle , ne tarda pas à être abandonné à cause de ses fréquens dérangemens et des frottemens considérables produits par la chaîne.

En i8i3, M. Brunton, des usines à fer de Butterley, prit un brevet pour une machine locomotive qui offre des dispositions fort ingé*-

nieuses (fig. 5, Pl. XI). La chaudière est cylindrique, comme celle de M. Blenkinsop, et traversée par un tube contenant le foyer. Le cylindre est placé horizontalement sur l'un des côtés de la chaudière. A l'extrémité a de la tige du piston sont fixés, d'une part, le bras de levier a c , dont le centre de rotation est en c , et de l'autre mie tige de fer ab. Cette tige porte à son extrémité inférieure des pâtes munies d'une articulation au point b , et armées de petites grilles qui leur permettent de prendre sur le sol un point d'appui solide. Sur le bras de levier « c est fixée en m une crémaillère m n p, qui glisse horizontalement sur le sommet de la chaudière, et qui engrène avec une rouo dentée horizontale. De l'autre côté de cette roue, est placée mie crémaillère semblable à m n p, dont l'extrémité est fixée au point q sur le bras de levier d a ce dernier porte une tige d e entièrement semblable à a b. On voit , d'après cette disposition , que lorsque le piston pousse l'extrémité a de la tige a b, celle-ci, trouvant en b un point d'appui sur le sol , réagit sur le chariot et lui imprime un mouvement de translation. Pendant ce temps, la crémaillère m marchant dans la direction p n m, la crémaillère opposée q se meut en sens inverse, et par conséquent la tige de se trouve ramenée vers la machine, tandis que la tige a b s'en éloigne. 11 suit de là que, lorscpie le piston est arrivé à l'extrémité de sa course, et que l'une des tiges cesse d'agir, l'autre tige est prête à servir à son tour de point d'appui à la machine, et qu'ainsi le mouvement de progression est continu. Les tiges a b, d e, au moment où elles reviennent vers la machine, sont retenues au-dessus du sol par des courroies ou des cordes fixées en f,j\ et passant sur des poulies que la machine fait mouvoir au moyen d'un rochet. L'inventeur discute les diverses formes que l'on peut donner aux pâtes des tiges de progression. II. a toujours pour principal but d'éviter la dégradation de la route, tout en obtenant un point d'appui solide.

Dans un article communiqué à l'éditeur du Reperlory qf Arts, vol. 34, M. Brunton indique le résultat d'une expérience faite avec

une de ces machines. La chaudière était en fer forgé, et avait 5 pieds 6 pouces (i ".677) de longueur, sur 3 pieds (o".g 1 5) de diamètre. Le pas de chaque tige de progression était de 26 poaces (o m .66), et la course du piston de 24 ponces (o~.6i). Le poids total de la voiture s'élevait à 45 quintaux (22 85 k .i9). « La machine étant placée sur le chemin de fer, dit l'auteur, je cherchai d'abord à déterminer la force nécessaire pour la faire marcher avec une vitesse de 2 milles et demi (402 3".) à l'heure; je m'assurai que cette force était de 84 livres (38 k .o5). Je fixai ensuite à la partie postérieure de l'appareil une chaîne qui faisait monter un poids avec une vitesse égale à celle de la machine ; et je trouvai que, sous une pression de 4<> & 4^ livres (i8 k .i2 à 2o k .38) par pouce (o"\025 ) carré, la machine parcourait un espace de 2 milles et demi (402 3".) à l'heure, en élevant verticalement un poids de 812 livres (367 k .84); ce qui équivaut à un poids total de 896 livres (4o5\89) mû avec une vitesse de 2 milles et demi(4o23".) à l'heure, c'est-à-dire à une force de 6 chevaux environ. »

Vers la même époque, M. Blackett fit faire un grand pas au système de la locomotion. 11 détermina par expérience l'adhésion des roues sur les rails, et prouva qu'elle était suffisante pour permettre aux machines de se mouvoir sur des chemins de fer sensiblement de niveau ou d'une faible inclinaison. Il est vrai que le chemin sur lequel il fit ses expériences était formé de rails plats, lesquels offrent aux roues une plus grande adhérence que les rails saillans. Cependant, c'est réellement à M. Blackett qu'appartient l'honneur d'avoir annoncé le premier ce fait important, qui fut pleinement confirmé par l'emploi de machines locomotives sur le chemin de fer de Wylam (1).

La première machine employée sur ce chemin avait un seul cylindre, et était munie d'un volant destiné à régulariser le mouvement de la

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

manivelle ; mais celte disposition offrait des inconvénient En effet , lorsque la machine était arrêtée et que la manivelle se trouvait dans la même direction que la bielle, il était nécessaire, pour la mettre en mouvement, d'agir avec des leviers sur les rayons du volant, manœuvre difficile et qui entraînait de longs retards. De plus, le volant était loin de produire l'effet qu'on en attendait, et l'action intermittente du piston donnait lieu à des secousses qui tendaient à briser tout l'appareil.

Au commencement de l'année 1 8 1 4 M. G. Stephenson construisit, aux houillères de Killingworth, une nouvelle machine locomotive , qui fut essayée sur lechemin de fer de ces usines le 2 5 juillet delà même année. Cette machine avait deux cylindres, disposition qui, en régularisant le mouvement, assurait la continuité de la marche. Chaque cylindre avait 8 pouces (o".2o) de diamètre, et 2 pieds (o".6i) de course. La chaudière était cylindrique; elle avait 8 pieds (a".44) de longueur, et 34 pouces (o*.86) de diamètre. Elle était traversée par un tube de 20 pouces <o".5i) de diamètre, contenant le foyer.

On voit , fig. 4* PI* XI •> I e mécanisme destiné à transmettre aux roues le mouvement imprimé par la machine. Les bielles ab, cd, sont mues par la tige des pistons, et agissent sur les manivelles b e, df, qui font tourner les deux pignons e et f. Les manivelles sont constamment perpendiculairesrune à l'autre ; elles sont maintenues dans cette position par une roue dentée g, qui engrène à la fois avec les deux pignons. Ces derniers engrènent en même temps avec les roues dentées k k, qui sont fixées sur les essieux du chariot et lui transmettent ainsi le mouvement des manivelles. Les petites roues e, f, g, ont chacune 12 pouces (o".3o5) de diamètre, et les grandes roues k, k, 24 pouces (o\6io), de sorte que les manivelles font deux révolutions pendant que les roues du chariot en font une seule. La portion de chemin de fer sur laquelle cette machine fut essayée était à rails saillans, et offrait une inclinaison de -^7 environ. La machine remonta, outreson propre

poids, huit chariots pesant ensemble 5o tonneaux environ (5o^6g k .\ avec une vitesse de 4 milles (6437"'.) à l'heure. On avait d'abord cru nécessaire de placer sur les essieux des roues de derrière de la machine, et sur ceux de devant du chariot d'approvisionnement, des roues dentées, réunies par une chaîne sans lin, de manière à ce que l'adhérence des roues de ce dernier chariot s'ajoutât à celle des roues de la machine. Mais l'expérience prouva que cette complication était inutilé, et que le frottement des roues de la machine seule était suffisant pour produire la locomotion.

Le mécanisme que nous venons de décrire donnait lieu à un bruit Tort incommode et à de fréquentes secousses. En effet, tant que le bras de levier de la manivelle A était plus grand que celui de la manivelle B, la première conduisait la seconde au moyen des roues intermédiaires; le contraire avait lieu lorsque le second bras de levier devenait à son tour plus grand que le premier. La force motrice agissait ainsi alternativement sur l'un et l'autre côté des dents des roues de communication , et ce changement dans le sens de la pression donnait lieu à des chocs d'autant plus violons, que les dents étaient plus usées.

MM. Stcphenson et Dodd cherchèrent à obvier à cet inconvénient, et obtinrent, en 1 8 1 5, un brevet pour un mode de transmission de mouvement qui n'exigeait pas l'emploi de roues dentées. Leur système est représenté fig. 1, Pl. XL Les extrémités a des bielles a, b sont fixées d'unepart au balancier transversal a a, et de l'autre à l'un des rayons des roues. Les bielles du second cylindre présentent une disposition semblable. Les rayons des roues servent ainsi de manivelle, et transforment directement le mouvement alternatif du piston en un mouvement de rotation. On remarquera que les rayons formant manivelles sur les roues de devant et sur celles de derrière sont placés perpendiculairement les uns aux autres, ce qui assure la continuité du mouvement de la machine. Pour rendre cette position invariable, les inventeurs proposent, soit de couder les

essieux et de les réunir par une tige de communication , soit d'einployer une chaîne sans fin engrenant avec des roues dentées , fixées sur les essieux. Ce dernier mode, qui est représenté fig. i, Pl. XI, a été appliqué à un grand nombre de machines, et a remplacé généralement l'emploi des roues dentées pour la transmission du mouvement des bielles. Lorsque , par un long usage , la chaîne se trouve détendue, on peut, en éloignant l'un des essieux, lui rendre une tension convenable. On remet ensuite cet essieu dans sa position primitive, lorsque la chaîne se trouve assez allongée pour qu'on puisse enlever un des anneaux. On a essayé, le 6* mai i8i5, sur le chemin de fer de Killingworth , une machine construite sur ce modèle, et cette expérience a donné les meilleurs résultats.

M. Stephenson a encore introduit dans la construction des machine;» locomotives un nouveau perfectionnement qui se trouve décrit dans le brevet de MM. Losh et Stephenson, dont nous avons eu plusieurs fois déjà l'occasion de parler. Il consiste à faire porter le poids ou du moins une partie du poids de la machine sur des pistons qui se meuvent dans des cylindres communiquant avec la chaudière, et soumis par conséquent à la pression de la vapeur ou de l'eau.

Cette disposition est représentée fig. i , Pl. XI. Les cylindres sont fixés sur l'un des côtés de la chaudière, et pénètrent de quelques pouces dans son intérieur. Ils sont exactement fermés par des pistons entouré* detoupe à la manière ordinaire. La partie supérieure des cylindres communique avec la chaudière ; la partie inférieure est ouverte , et clouée sur le train du chariot. Les pistons portent des tiges qui traversent le châssis de la machine, et qui reportent sur la boîte d'essieu la pression exercée par la vapeur sur la partie supérieure des pistons. Si la surface de ces derniers est assez grande pour que la pression soit égale au poids de l'appareil, on voit que ce poids tout entier se trouvera soutenu par la vapeur comme par un ressort élastique. Cette dis-

7 o TRAITÉ PRATIQUE

position offre l'avantage de répartir également la charge sur les quatre roues du chariot, ou même sur six roues, dans le cas où l'on jugerait nécessaire de partager ainsi le poids de la machine.

Après avoir rappelé, comme nous venons de le faire, les perfectionnemens successifs introduits dans la construction des machines locomotives, nous devons indiquer le résultat de ces différens essais, en décrivant la machine actuellement en usage sur le chemin de fer de Killingworth, On voit, fig. i et a, Pl. XII, son élévation latérale et de face.

La chaudière est construite en fer forgé, et présente une forme cylindrique terminée par deux surfaces sphériques. Elle est traversée dans toute son étendue par un tube horizontal qui contient le foyer à sa partie antérieure, et qui se termine par une cheminée. La grille du foyer est placée un peu au-dessous de l'axe du tube , et a environ 4 pieds (i m .22) de longueur; elle s'appuie à son extrémité sur une légère cloison de briques, qui ferme le cendrier. Les cylindres A A sont placés verticalement et pénètrent dans la chaudière; ils sont doublés intérieurement d'une feuille de cuivre; leur diamètre est de 9 pouces environ (o"\22 8). Les tiges des pistons sont liées aux pièce» transversales BB, G G, et sont guidées dans leur course par les coulisses s s, fixées d'une part en ce à la partie supérieure du cylindre, et maintenues de l'autre par les pièces horizontales dd. Les bielles BD, G D, sont attachées à l'extrémité des traverses B B, G G, et se lient, au moyen des tourillons D D, à l'un des rayons des roues de la machine. Les rayons, qui forment ainsi manivelles, sont renforcés par une pièce de fer circulaire qui les réunit aux rayons voisins.

Pour assurer la continuité du mouvement, on règle la marche des pistons de telle sorte que les deux manivelles soient toujours à angle droit. Ce résultat peut être obtenu, ainsi que nous l'avons dit plus haut , au moyen d'une chaîne sans fin , engrenant avec deux roues

DES CHEMINS DE FER. v dentées. Mais l'emploi de cette chaîne présente des inoonvéniens que l'on évite au moyen de la disposition suivante : le tourillon D, auquel est fixée la bielle B D, porte une pièce de fer circulaire D£ qui comprend un angle de 90*. Le point f obéit ainsi au même mouvement que le tourillon D de la bielle CD; et ces deux points peuvent être réunis par une tige /gD, qui, en établissant une communication constante entre les deux parties du système, maintient les pistons dans leur positiou relative.

Le mouvement alternatif des pistons est produit par le jeu d'un tiroir qui met successivement les parties inférieure et supérieure du cylindre en communication avec la chaudière et avec le tube de décharge rr. Ce dernier pénètre dans la cheminée» et produit ainsi un jet de vapeur qui accélère le courant d'air chaud. Le tiroir est mis en mouvement par un excentrique représenté fig. 5, Pl. XI. Le cercle de est libre sur l'essieu, et ne tourne que lorsque la cheville placée au bout du bras de levier a b arrive à l'extrémité c de la rainure circulaire b c. Le collier f dg communique alors le mouvement au bras de levier f%h, qui à son tour le transmet au moyen du levier coudé ikl et de la pièce Im, à la tige du tiroir.

Les roues sur lesquelles repose la machine ont 4 pieds (i".22), de diamètre. Le moyeu et les rayons sont en fonte, et les jantes en fer forgé; on peut aussi, lorsque la vitesse doit être considérable, employer, comme l'a fait M. Stephenson , des rayons en bois, et des jantes également en bois recouvertes d'une bande de fer laminé. Les boites d'essieu sont en cuivre ou en fonte; elles ont 4 pouces (o'.io) de longueur, et enveloppent la moitié de la circonférence des essieux; elles glissent verticalement entre les guides b b et reposent sur des ressorts, par l'intermédiaire d'une tige fixée à leur partie supérieure et au centre de ces ressorts. Les essieux sont en fer forgé, et ont 3 pouces (o"\o76) de diamètre; ils sont fixés dans le moyeu par des clefs en fer.

La chaudière est alimentée au moyen d'une pompe foulante P, (jui est mise en mouvement par la tige/, fixée au balancier transversal de la machine; son diamètre est très-petit, afin que le jet d'eau froide ne puisse pas abaisser d une manière notable la température de la vapeur, et s'opposer à son passage régulier dans les cylindres. On a soin , du reste pour éviter la perte du calorique due au rayonnement , d'entourer la chaudière d'une cloison formée de planches étroites et minces. La provision d'eau et de combustible est placée sur un chariot attaché derrière la machine. Les dimensions de ce chariot dépendent évidemment de la distance comprise entre les lieux d'approvisionnement.

Nous terminerons ce chapitre par la description d'une des meilleures machines de M. Stephenson et C u . Nous exposerons, plus tard , les perfectionnemens remarquables qui ont été le résultat du concours ouvert à Liverpool. La machine de M. Stephenson est représentée fig. i, et 2 . Pl. XIII. La chaudière est cylindrique et longue de 7 pieds (2 m . 1 35). Elle est traversée sur toute sa longueur par 82 tubes en cuivre, de 1 pouce 1/2 (o m .o38) de diamètre, établis depuis sa partie inférieure jusqu'à la hauteur de son centre. Le foyer est contenu dans une chambre dont la base est carrée , et dont la partie supérieure embrasse l'extrémité de la chaudière; il s'élève jusqu'à la hauteur de l'axe du cylindre, de telle sorte que la flamme et l'air chaud puissent traverser tous les bouilleurs. Entre les parois latérales du foyer et celle de la chambre est ménagé un intervalle de 2 pouces (o.o5i) de largeur, qui communique avec l'espace compris au-dessus du foyer. Celui-ci se trouve ainsi complètement environné d'eau. La grille est placée vers la partie inférieure de la chambre , près de l'ouverture qui donne entrée à l'air extérieur. JSa, surface est de 7 pieds 4 pouces carrés environ (o* c .65), le foyer a 2 pieds (o"\6 1 ) de longueur, 3 pieds 8 pouces (1 1 2) de largeur, et 2 pieds îcP^S/H (o".88) de hauteur; en sorte que la surface chauffée est de 19 pieds carrés (i"*76}. En ajoutant à cette surface celle des tubes de cuivre, qui est de 225 pieds carrés (2o mt .92),

DES CHEMINS DE FER. 7 3 on voit qu'une superficie de a 45 pieds carrés environ (22"/) se trouve exposée à l'action de la flamme et de l'air chaud. A l'autre extrémité de la chaudière est placée une chambre semblable à celle que nous venons de décrire, et qui est surmontée par la cheminée. Cette chambre est remplie d'eau jusqu'à la hauteur du centre des cylindres; elle reçoit les résidus de houille qui se trouvent entraînés dans les bouilleurs ; ces résidus s'échappent à travers des espèces de contrevens en fer. La chaudière est alimentée par une pompe foulante, que la machine met en mouvement; la hauteur de l'eau, dans l'intérieur de la chaudière, est indiquée par de petits tubes en verre.

Les deux cylindres de la machine sont placés horizontalement dans l'intérieur de la seconde chambre. Les tiges des pistons sont maintenues dans leur position horizontale par les guides e,e. Elles communiquent un mouvement circulaire aux grandes roues de la machine , au moyen de bielles f, qui agissent sur deux manivelles portées par l'essieu ; ces manivelles sont placées perpendiculairement l'une à l'autre. La machine repose sur des ressorts s 5, qui répartissent également le poids sur les quatre roues, et qui détruisent en même temps l'effet des secousses produites par les inégalités du chemin. Elle est fixée sur le châssis du chariot par les tiges de fer t, représentées fig. 1 , et indiquées en points ronds dans la fig. 3. Les rayons des roues sont en bois, les jantes sont également en bois et recouvertes d'une double bande de fer. La vapeur est introduite dans les cylindres au moyen de tiroirs ordinaires qui sont mis en jeu par des excentriques placés sur l'essieu des grandes roues; le mouvement de ces excentriques est transmis par des tiges en fer aux leviers / * , et n n, qui sont fixés sur l'axe transversal des tiroirs. On peut changer à volonté le sens du mouvement à l'aide des manches m m (fig. 1 ), qui agissent par l'intermédiaire des leviers / /, /' /', sur la tige des tiroirs. La vapeur, en sortant des cylindres, est conduite dans- la partie inférieure de la cheminée, et établit ainsi un courant rapide qui active le tirage du foyer.

Il est facile de voir combien le système de bouilleurs, que nous venons de décrire, facilite la production de la vapeur, et apporte d'économie dans la dépense du combustible. Cependant il existe plusieurs établissemcns où l'on emploie encore des chaudières à un seul bouilleur, et où l'on ne saurait renoncer à leur usage, sans se jeter dans de grandes dépenses. On peut, dans ce cas, faire subir à la chaudière une modification qui lui assure une partie des avantages de l'autre système.

Ainsi, dans la machine représentée fig. i et 2, Pl. XII , le bouilleur unique qui traverse la chaudière a environ 9 pieds (2 m .y^) de longueur. Supposons qu'on le coupe à une distance de 3 pieds (o m .Qi5) à partir du foyer, qu'on le ferme par une plaque métallique, et que l'on enlève les 5 pieds restants ; le tube , ainsi réduit à 5 pieds de longueur, se trouvera soutenu d'un côté par la paroi de la chaudière , de l'autre par la plaque dont nous venons déparier. 11 sera facile alors de lui donner la forme ovale indiquée en points ronds, fig. 2, Pl. XII, et l'on obtiendra ainsi un foyer de 3 pieds de long (o~.9i5) sur 2 pieds 1/2 (o a .j6) de large; cela fait, on introduirai travers la plaque plusieurs petits tubes en cuivre semblables à ceux que nous avons décrits plus haut, et qui s'étendront jusqu'à l'extrémité de la chaudière. Derette manière la surface chauffée sera quatre fois plus considérable qu'avec un seul tube. Usera nécessaire, pour compléter le système , d'établir au-dessous de la grille une ouverture assez étendue, destinée à l'introduction de l'air extérieur. Pour cela on pratiquera, à travers le tube et la chaudière, une ou deux ouvertures ovales ou carrées, semblables à des trous d'homme; et comme le tube se trouve à peu près à 1 pouce (o'.oaS) du fond de la chaudière , il suffira , pour fermer cet espace , de river autour de l'ouverture un anneau d'un pouce d'épaisseur. À l aide de ces modifications très-simples, on facilitera beaucoup la production de la vapeur , et l'on réduira des deux tiers environ la consommation du combustible.

NOTES DES TRADUCTEURS

Note 1".

M. Tredgold donne pour la force moyenne «lu cheval une évaluation plus faible encore. Il admet que la vitesse correspondante au maximum d'effet utile est la moitié de la plus grande vitesse que le cheval puisse prendre en marchant à vide. Or, la vitesse maximum d'un cheval non charge ne surpasse pas G milles (9,655 mèt.) par heure, quand la marche est continuée pendant l> heures chaque jour ; et par conséquent une vitesse de 3 milles par heure correspond dansce cas au maximum d'effet utile. Si la journée de travail était fixée à 8 heures, la vitesse extrême serait réduite à 5 milles (8,of 6mèt.) par heure, ce qui donnerait a milles i/a pour la vitesse répondant au maximum d'effet utile. Dans l'un et l'autre cas, l'effort constant exercé par le cheval est égal , suivant M. Trecîgold, h la moitié de sa force moyenne, qui parait être de » 1 3 kil. environ. D'après cela l'efTet utile d'un cheval de force moyenne serait représenté par un poidsde 5y kil. i/a, mû avec une vitesse de a milles i/a par heure (4oaii'".) . pendant 8 heures par jour.

Malgré celte divergence d'opinions dans l'évaluation de la force du cheval, on s'accorde cependant assez généralement, lorsque l'on prend cette force pour mesure de l'effet d'une machine, à la considérer comme représentée par un poids de j5 kil. 1 •!( vé à 1 mèt. de hauteur en une seconde.

Note a.

Pour ne pas interrompre la description des divers systèmes de plans inclinés en usajre sur les chemins de fer, nous avons réuni en note toutes les formules que l'auteur présenteàce sujet dans le courantdu quatrième chapitre, et nous v avonsajouté les développcmens qui nous ont paru nécessaires.

Si l'on considère une roue qui descend le long d'un plan incliné , en tournant sur elle-même, on obtiendra l'équation de son mouvement, à l'aide du principe des

forces vives. Pour cela , on égalera la somme des forces vives de la masse totale du corps, en un instant quelconque de son mouvement, au double de la quantité d'action imprimée depuis l'origine du mouvement jusqu'à l'instant donné.

Soit m la masse delà roue, P son rayon, p, le rayon recteur d'un élément quelconque de la masse de la roue, par rapport à son centre, e l'espace parcouru au bout du temps t, i l'inclinaison du plan ; la quantité d'action imprimée au corps pendant le temps t sera représentée par m^esin.i. Quant à la force vive, elle se compose d'abord de la force vive de la masse totale du corps, supposée réunie au centre de gravité, et, en second lieu, de la force vive due au mouvement de rotation autour de ce centre. Elle sera donc égale à

et l'on aura l'équation

ou en posant f pt' dm = mk>

Si l'on différentie cette équation , on a

+ 7,)=* tin • l • <^c • d ' oi,

de =

Cette dernière équation, qui donne la valeur de la force accélératrice de la roue, peut être mise sous une forme différente. En effet, la distance d'un point quelconque de la circonférence de la roue au centre d'oscillation , pris par rapport à ce point ,^est égale à *»

p 4- — . On a donc en nommant 3 cette distance , p

*' * i 4- = —, et par suite p» f

C>) - = T ,su,,.

Si l'on considère actuellement le cas d'un ebariot à roues , on remarquera que le corps du ebariot suit le mouvemen ; du centre de gravité, et que les roues seules éprouvent un mouvement de rotation. On aura donc en nommant M la masse du ebariot , et m celle des roues ,

ou en multipliant par g les deux membres de cette équation , ce qui revient à remplacer les masses M , m par les poids correspondans P, j?, et en substituant au terme

sa valeur — , P

Si l'on veut tenir compte de la résistance due aux frottemens , on verra facilement qu'en nommant / le rapport du frottement à la pression sur l'essieu de la roue,/ 1 la valeur de ce rapport pour le frottement de la roue sur le rail , n le rapport entre le diamètre de l'essieu et celui de la roue, la valeur de cette résistance sera représentée par/' ( P-f-j> ) +/» P. On aura donc , en posant/' ( P+/>) +/n P = F,

On tire de là , en posant =r,

(5) .-lî±£24t*=£,r,**

sin. i

(6) F = (P+ ? )sin.

Il nous reste à appliquer les formules précédentes au sur les plans inclinés.

Supposons d'abord qu'un convoi descendant fasse remonter un convoi j au moyen d'une corde enroulée sur la gorge d'une poulie.

Soit P le poids des chariots descendans , p le poids de leurs roues, F la résistance due aux frottements.

P, p', F', les quantités analogues pour les chariots montants.

? , la résistance due au frottement de la poulie , de la corde de renvoi , et des rouleaux placés le long du plan incliné. " : l"r

■7 le poids de la corde.

le moment d'inertie de la poulie divisé par le carré de son rayon , c'est-à-dire

la valeur dey ■ — , expression qui représente le poids du corps transporté à sa

le poids des rouleaux également transporté à leur circonférence. Ces rouleaux, pouvant être considérés comme des cylindres pleins et homogènes , la valeur de est égale à la moitié de leur poids total n, ; car, pour un cylindre plein, on a

Enfin supposons que J, p, * , conservent les mêmes valeurs que dans les calculs précédons.

Nous aurons , en vertu du principe des forces vives ,

(:)(—)' (P+iM-(My) j 4-+^4-.)- a [(P+^P'-/»')«o.i-r-F'^]^.

D'où nous tirons

(8) F- r -F+T=(P+/'-P'-p')sin. » ■ L- L .

Considérons maintenant le cas où la manoeuvre est effectuée par une machine fixe placée au sommet du plan incliné.

i°. Lorsqu'un convoi descend par son propre poids en traînant à sa suite la corde de remorque, on a l'équation

(9) (4^) , [p+/'7+'+-.+*.]=>[(p+^+r ) sint *- F -?]^-

D'où l'on tire en intégrant,

P + Py + • + •, + ~,

sin.

Lorsque le mouvement a lieu en sens contraire , c'est-à-dire lorsque la machine remorque vers le sommet du plan un convoi ascendant, on a l'équation

dans laquelle Q représente l'effort exercé par la machine j ct l'on en tire

DES CHEMINS DE FER. 79 »\ Si la manœuvre s'effectue à l'aide d'une corde de communication attachée d'une part à la tôte du convoi descendant , et de l'autre à la queue du convoi montant , la force déployée par la machine est donnée par l'équation

( , 3 ) Q=F+F+ ? +(P'4/0sin.t-(P+;>>i°-H- £ ^

Dans le cas où le plan est horizontal, on a sin. i = o ; et l'équation précédente devient

3°. Lorsque la route est formée de deux plans inclinés placés sur les deux versans d'un coteau et manœuvres par une seule machine , on a , pour déterminer le mouvement, les formules (g), (io), (i i), (ia), si la manœuvre ne s'effectue que sur l'un des plans à la fois.

Dans le cas où un convoi est remorqué sur l'un des plans, tandis qu'un autre convoi descend sur le plan opposé , l'effort exercé par la machine est donné par l'équation (i3), dans laquelle il faut remplacer (P' + p') sin. ipar(P'+i>') sin. C , en désignant par i l'inclinaison du plan que parcourt le convoi montant : on a ainsi

(,5) Q=F+F + H-(P4y) sin. .<-(P+/»*m. i+ V 2 -£ —

4°. Enfin, si l'on considère une ligne de chemin de fer manœuvrée par un système de machines fixes , l'équation du mouvement est donnée parla formule (i 4) dans le cas où la route est horizontale ; et par la formule (i 3) , dans le cas où elle est inclinée.

Les diverses équations que nous venons d'établir ne peuvent être utiles dans la pratique , qu'autant que l'on aura déterminé d'avance la valeur des cocfficicns constans qu'elles renferment. Nous exposerons dans les chapitres suivans les expériences qui ont été entreprises dans ce but , et nous ferons connattre les résultats auxquels elles ont conduit.

Note 3.

Le mouvement des machines locomotives sur les chemins de fer est évidemment dûà l'adhérence des roues sur les rails, et il est facile, à l'aide de cette considératiou, de déterminer la pente maximum , que peut remonter une machine locomotive en remorquant un convoi de chariots.

En effet , appelons, comme précédemment, f et f les coefficiens du frottement, i l'inclinaison du plan, P le poids de la machine, p celui des roues, P' le poids

8o TRAITE PRATIQUE

des chariots remorqués , p celui de leurs roues ; il est clair que le convoi s'arrêtera lorsque la force nécessaire pour déterminer le mouTement sera égale au frottement produit par les roues tournant sur place.

La râleur de ce frottement est égale à/( P+p ) cos. i. Quant à l'effort nécessaire pour mettre le système en mouvement , il est égal à (P+p + P 7 + p' ) sin. i + j> ( p+p 4. p+p ) + fn ( P + V ). Nous aurons donc , pour déterminer la pente maximum, l'équation

/(P + ^)cos.« = (PH-^+P'+^^.i+r(l , +^+P'+^)+A(P+P')

Cette formule peut être simplifiée dans la pratique. On remarquera en effet que pour des pentes comprises entre les limites que nous considérons , la valeur de cos. t diffère peu de l'unité ; et de plus que les termes/* ( P +/> + F +p0 ,fh (P +P') qui représentent l'effort du tirage sur un chemin de niveau, peuvent être remplacés , sans erreur sensible , par un seul terme de la forme f, ( P +p + P+P') > dans lequel f, représenterait le rapport constant du tirage à la charge. On aurait ainsi, en posant

P+P^n, P* +j / = n., fn= (n + n.) (sin.*+/,). D'où

un. i = — r— A ,

Nous aurons plus tard l'occasion de revenir sur cette formule , pour déterminer la valeur des coefficients qu'elle renferme , et pour en déduire des résultats utiles dans la pratique.

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