MOTIFS DE LA DISPOSITION

Dans le vaste réseau de lignes ferrées qui couvrira dans un temps très-prochain la Péninsule italienne, il se trouve une section, de Bologne à Pistoïa, qui offre des difficultés sérieuses à cause de la traversée des Apennins. De Bologne, la ligne présente des rampes de 8 à 9 millimètres par mètre sur une étendue de 55 kilomètres, et de là atteint le point cuhninant par une rampe de 18 millimètres sur une étendue de plus de 13 kilomètres. A la descente, sur le versant opposé, se présente une pente descendante de 25 millimètres, pendant 23 kilomètres, qui s'étend jusqu'à Pistoïa.

A ces conditions difficiles de rampes si prononcées se joignent des courbes de faible rayon, de 300 mètres seulement, ce qui est pour ainsi dire inhérent à \tk configuration des montagnes, qui obligent à faire des détours subits et nombreux pour trouver le dévcloppe^nent nécessaire à la ligne.

D'après cet état de choses, on a posé les conditions siiivantes pour la construction des machines locomotives appelées à circuler sur cette ligne accidentée :

(( Construire un appareil capable de remorquer de 100 à 110 tonnes par les plus mauvais temps, et 450 tonnes avec des conditions climatéiiques favorables, sur la rampe diS 25 millimètres, ladite rampe, qui a 23 kilomètres 1/2 de longueur, devant être franchie en deux heures par les trains de marchandises, et en une heure et demie, soit 16 kilomètres à l'heure, par les trains mixtes ;

« Combiner l'appareil de telle sorte qu'il accomplisse le travail précité sans qu'on emploie son maximum de puissance, et sans qu'aucun de ses essieux soit dmtgé de plus de douze tonnes. »

Sans vouloir entrer dans le détail de l'examen critique des systèmes- de machines existants auquel M. Beugniot s'est Irvré, pour chercher s'ils répondent plus ou moins aux conditions du programme,^voici le projet auquel cet ingénieur s'est arrêté :

Machine locomotive à générateur d'une très -grande étendue de surface de chaulTe, portée sur huit roues couplées, mais dont les essieux sont atticuiés pour faciliter le passage des courbes; tender indépendant sur lequel il est néanmoins possible de reporter une partie du poids de la machine, et dont le poids propre.

LOCOMOTIVES DE MONTAGNE. 2B1

irès-eoDsidérable, est utilisé par son inertie, à Taide du frein qui s'y trouve appliqué, pendant la desœnte des rampes.

Cest sur ces bases principales qu*ont été construites les machines, la Rampe et la Courbe, âoni la première, qui est représentée sur la planche 41, n*a pas moins de 173 mètres carrés de surface de chauffe et 48000 kilogrammes de poids adhérent, après élimination même de la partie du poids reportée sur le Icnder, et qui pourrait, comme nous allons le montrer, être utilisée, mais dans de moins bonnes conditions, ponr l'adhérence.

Nous allons expliquer les dispositions principales de cette machine, en insistant plus spécialement sur les points qui lui sont particuliers.

ENSEMBLE DE LÀ CONSTRUCTION

La âg. i de la pi. 41 est une coupe longitudinale de la machine, la Rampe, faite l'axe du générateur, et qui permet d'apercevoir la liaison de la machine avec le tender, dont on n'a pu représenter que le premier essieu ;

La fig. 2 en est un demi-plan, le générateur enlevé, et montrant principalement ]a disposition du train de roues.

PoTER, CORPS TCBULAiRE ET boIte A FUMÉE. — Ccs trois orgaucs prîncipaux ne diftèreotpas, en principe, des machines ordinaires, si ce n'est par leurs grandes proportions.

Le corps tubulaire A a i*,48 de diamètre et renferme 2^ tubes a de 4",8Ô de longueur. 11 porte, vers son milieu, le dôme B, à Tintérieur duquel s'ouvre le conduite d'introduction de vapeur, qui se bifurque, dans la boite h fumée, en deux branches C dirigées sur les boites des tiroirs. Ce dôme, qui est surmonté d'une soupape de sûreté, est enveloppé d'une chemise en tôle mince b et d'un sablier c, duquel partent deux conduits extérieurs qui viennent se terminer devant les deux roues centrales, afin de répandre du sable devant l'une d'elles, suivant le sens de la marche, si l'état de la voie le réclame; on sait que le sablier doit être placé, autant que possible, près d'une partie très-chaude, de façon à lui conserver un état de sécheresse qui rend son écoulement plus facile.

Le foyer est remarquable par sa grande dimension générale; comme il est entièi^ement reporté en arrière de la dernière paire de roues, sa largeur intérieure b pu é\re rendue égale à celle même de la voie.

La boite à fumée D, en raison de la position des cylindres, est très-vaste, et la cheminée E, dont la hauteur totale est, comme on le sait, limitée par celle des ouvrages d'art de la ligne, dépasse peu extérieurement, mais pénètre au contraire à l'intérieur et vient s'ouvrir en entonnoir au-dessus de la tuyère d'échappement F.

Ce dernier organe, dont les fonctions ont été expliquées précédemment^ offre ici un mode particulier de réglementation. Au lieu de clapets à charnière, son orifice supérieur est muni intérieurement d'un bec conique creux d, qui se meut verticalement par un mécanisme à portée du machiniste, et qui, à son maximum d'élé-

vatioii, peul réduire Touverture de la buse jusqu*à la sienne propre, mais non jusqu'à la fermer complètement.

Cylindres et distribution. — La disposition des cylindres à vapeur G se distingue complètement des autres machines locomotives. Comme ils «sont très-grands, et qu'il eût élé dangereux, pour la stabilité, de les meltre à Textèrieur, mais que leur diamètre s*oppose également à ce qu'ils soient compris entre les roues, l'auteur a imaginé de les placer dans l'axe même de ces dernières; il fallait alors renverser le mécanisme habituel, c'est-à-dire faire sortir la tige du pislon par l'avant-bout du cylindre et trouver ensuite le moyen de la rallacher à l'essieu moteur.

A cet effet; la tige H, qui est forgée de la même pièce que la masse du piston, est assemblée avec une Iraverse en fer H', dont les extrémités, guidées dans des glissières e, sont munies de bielles I, lesquelles, revenant vers l'arrière, vont attaquer le premier essieu J, qui devient celui moteur; les cylindres sont légèrement inclinés, de façon à relier plus facilement le mécanisme des glissières avec la traverse du châssis.

Cet arbre, qui reçoit ainsi son mouvement de quatre bielles, forme d'abord deux coudes d'équerre, comme à l'ordinaire, puis il est muni à ses extrémités de manivelles supplémentaires /'/rapportées, et placées en concordance parfaite avec le coude correspondant.

Les boites des tiroirs sont reportées exactement à la partie supérieure des cylindres et tout à ftiit horizontales. Les tiroirs sont commandés par le mécanisme ordinaire à double excentrique et coulisse de changement de marche. Les excentriques g sont montés sur l'arbre moteur J, entre la boîte à graisse du châssis extérieur et la manivelle f; leur relation avec le tiroir est établie par la coulisse h et par une bielle de renvoi en retour t, qui est assemblée avec une pièce guidée;, laquelle se relie directement à la tige du tiroir par une branche d'équerre destinée à racheter la différence d'axe.

Indiquons, pour mémoire, l'axe horizontal k, sur lequel est monté le levier de changement de marche, et muni du contre-poids k\

Disposition des châssis et du mécanisme des essieux. — Cette partie de la machine est la plus caractéristique de sa composition. Pour obéir au passage des courbes de faible rayon les essieUx sont mobilisés, mais non pas en se prêtant à ia disposition angulaire des rayons de courbure, ce qui conduirait à faire fléchir les longerons du châssis, mais bien en se déplaçant transversalement, sans cesser de rester parallèles entre eux. Nous allons expliquer l'ingénieuse disposition à l'aide de laquelle l'auteur y est parvenu.

L'ensemble du générateur et des cylindres est rattaché à un châssis extérieur K, complètement rigide, et par lequel, comme avec les machines ordinaires, «e transmettent les efforts de traction en montant, et qui résiste à la poussée du train eu descendant; ce châssis reposa sur les quatre essieux J, J^, J^ et J*, qui sont montés, suivant la disposition habituelle, par leurs collets tournants dans les bottes à graisse L, avec chacun deux ressorts de suspension correspondants, placés extérieurement contre les flancs de la chaudière.

LOCOMOTIVES DE MONTAGNE. S53

Mais, outre cela, les essieux poilcnl, à l'intérieur tics roues, un ijeuxiôme collet avec coussioel, et sont en quelque sorle reliés deux h deux, et de chaque côté, par quatre plaques de garde M el M', sur lesquelles le corps de chaudière s'appuie, pur des pivots à rotule l, cl Tait supitorler une p»rtic de son poids aux collets inlériciirs par liuit autres ressorls N, dont les tiges m iwiil forgées avec une cbappc qui embrasse exactement les coussinets de ces collets inléricui-s. Avant d'aller plus loin, voici comment foiiclionne ce m<!canismc ; On peut considérer les deux paires d'essieux comme foruiunl, avec les plaques de garde intérieures Met M', deux parallélogrammes arlictilant chacun d'aptiR deux points Qxes l, apparlenanl au corps de chaudière, et solidaires, par conséqueni, du chAssis extérieur K auquel cette chaudière est ri|;idement rallachée.

D'après cela, lorsque la machine entre dans une courbe, dans la marche en avaDl, le rail extérieur presse contre le tioudin de la roue, et, h la Eaveur d'une cct^ tahie quantité de jeu latéral ménagé dans les boites extérieures L, repousse l'essieu J, auquel il n'est permis, comme aux autres, qu'un déplacement perpendiculaire i> l'axe longitudinal de la machine; mais, en se déplaçant, il fait osciller les deux plaques H, qui lui correspondent d'après leurs deux points fixes I, lesquelles plaques «otroluent à leur tour le second essieu J', qui exécute un mouvement transversal égel k celui du premier et de sens contraire.

Le même effet de réaction de la courbe se produisant sur le troisième essieu, la JDéme disposition mécanique fournit les mêmes résultats, cl finalement les quatre essieux sont disposés pour ainsi dire suivant des plans iiagés conformément à la courbure de la voie, sans que l'ensemble rigide de la machine en ait éprouvé l'iutfuence, les variations entre les parties mobiles et celles qui ne le sont pas ayant été supportées, comme nous l'avons dit, par un jeu latéral ménagé dans le montage des bottes à graisse extérieures L.

Voici, pour compléter cet aperçu, un Iracc géométrique, fig. 130, ù l'échelle de IS millimètres par mëlre, qui reud compte exactement de la position de la machine el de ses essieux dans une courbe que nous supposons, & dessein, d'un rayon trèspetit, IS mètres, afin de rendre l'eRct du mécanisme plus sensible. Il est à peine nécessaire d'ajouter que non-seulement un aussi bible rayon ne se rencontre pas, mais que le passage de ta machine n'y serait pas possible.

Soient l, l\ P, /^ les quatre points fixes déterminant un système rigide, et d'après lesquels les quatre essieux se déplacent deux à deux comme s'y trouvant reliés par les quatre balanciers M et M'.

On voit qu'en pleine courbe symétrique les deux essieux extrêmes se trouvent reportés d'un côté de l'axe invariable 1-2 de la machine, tandis que les deux essieux moyens sont reportés de l'autre côté d'une quantité semblable, déplacement qui ne peut s'efîectuer librement qu'en vertu du jeu ménagé dans les assemblages avec le châssis rigide extérieur.

Les figures dg dessin, pi. 4i, permettent de comprendre comment la constrpction des plaques de garde ou balanciers M et M' a été entendue pour que les Tonciions ci-ilcssus s'exécutent, et que la charge soit régulièrement reportée sur les ressorts N.

D'abord, ces plaques de garde peuvent jouer verticalement et tournent d'après les tiges m et d'après des guides semblables inférieurs m', solidaires des coussinets. Ensuite, les flexions des ressorts sont égalisées, pour chaque paire, par un balancier n, qui constitue le point de suspension de la plaque de garde entre les essieux, et avec laquelle ce balancier est rattaché par articulation.

Mais il ne faut pas oublier que les quatre essieux sont connexes par des bielles 0', et que leur déplacement laléral forcerait l'assemblage, s'il n'y avait été pourvu préalablement. Comme, ainsi que le montre la fig. 130^ les variations réciproques des essieux ont lieu entre ceux extrêmes et les deux intermédiaires, les boutons des bielles 0' qui les relient sont sphériques, tandis que ceux de la bielle intermédiaire 0 sont maintenus sensiblement cylindriques. Le tourillon d'assemblage des bielles motrice I avec la traverse H' est également ovalisé.

Toutefois, M. Beugniot déclare, dans son mémoire, qu'un tracé géométrique exécuté, en supposant une courbe de 100 mètres de rayon seulement, ne permet pas de mesurer l'Influence de l'obliquité sur les boutons des manivelles, tant elle est peu sensible; néanmoins, ovaliser les boutons était indispensable (1).

Relation de la machine avec le tendbr, — Le tender appliqué à cette machine est porté par Irois'paires de roues, dont une, placée comme en aYanMrain, est particulièrement disposée pour que la «nacbine vienne s'y appuyer.

L'essieu j^ de cette paire de roues, gue les fig. 1 et 2. indiquent avec cette extrémité du tender, est monté par ides 'CoDete extérieurs sur le châssis principal du tender, et^en dedans des roueSj, ;par deux autres collets, sur deux plaques de garde M*, fixées sur des b&tis întannédiaires spéciaux. Les bottes à graisse correspondantes sont surmontées d'un ressort N^ sur lequel vient reposer un arc en fer o, à peu près' en forme de T, ayant sa tige centrale maintenue dans une glissière, de façon que cette pièce, tout en s'appuyant sur les extrémités du ressort N^ peut céder à sa flexion et jouer verticalement; celte tige centrale est en outre percée et

(i) Si Ton calcule la valear du déplacement latéral qu'éprouveraient les roues sur une tx)urbe de 100 mètres de rayon, on trouve 8 1/2 millimètres de chaque côté. Les bielles d'accouplement ayant i" 30 de longueur, il s'ensuit que la déviation correspondante qu'elles auraient à subir correspond à un angle ayant 1" 30 de rayon et 8 ij^ millimètres de tangente, soit environ i/3 de degré.

LOCOMOTIVES DE MONTAGNE. USti

tanuidée lODKitudinnlciiiçnl pour recevoir une forlc ^isp, qui perce cslérieuremeot et sur laquelle l'arrière de la machine peut venir s'appuyer.

Cette eilréinité tic la nmcliinc est en eOet munie il'uii Tort bdlî en tdie P, sous la bce inférieure tluqucl on u fiic tieux crapaudines spliériques q. en rapport avec let deux rap. dont la lùle a cette mi^mc forme et peut s'y emboUer exactement.

Par conséquent, si Ton remonte surfisammeiit ces deux vis, il vient un moment où elles portent tout à fait contre les crapaudines; en conliniianl de les tourner dans le sens où elles s'élèvent, la machine est soulevée en même temps que les arcs Diobilcs 0 descendent en s'appuyant sur tes ressorts N', dont la flexion représente alors la part du peids de la machine reportée sur cl-1 essieu du tender, et qui peut être évidemment modillée, puisqu'elle dépend du serrugc des visjj.

On tire de cette disposition l'avantage d'avoir un f^and foyer sans porte h faux, et de soustraire la machine h toute instabilité résultant de ce défaut. On a pu se convaincre de la réalifé de cet avantage en détournant les vis et en marchant sans que l'arrière de la machine fût soutenu, ce qui lui faisait prendre immédiatement ta mauvaise allure qu'elle n'a pas dans le cas conirairc.

L'attelage des ilcux véhicules a été également combiné en vue des courbes prononcées que l'on aurait h franchir, et de façon h éviter les effets de traction hors daxe qui se produiraienl nécessairement avec une barre d'attelage trop courte, lorsque l'axe de la machine et du tender, placés sur une courbe de faible rayon, ne coïncide pUis avec celui de la voie.

Pour justifier la disposition qu'il a adoptée à cet effcl, H. Beugniot établit une proposition que nous allons rendre iulelligibie h l'aide d'un tracé géométrique, sur lequel nous avons conservé ce rayon de 15 mètres, hors de toutes conditions pratiques, allô de rendre apparent ce qui ne pourrait l'être si l'on choisissait même le plus petit rayon en usage.

Fig. 1*1.

Id machine A elle tender B,&g. 131, se trouvant dans une courbe, l'axe 1-3 du tender et celui 3-4 forment un angle dont les côtés s'^écarteni plus ou moins de l'axe S-6-7-8 de la voie, maïs font néanmoins intersection avec lui en deux pcrints 6 et 7.

Pour que la Iracllon s'opér&t dans les meilleures conditions possibles, il faudrait

que la barre d'attelage vînt relier les deux véhicules à ces points d'intersection 6 6t 7, et qu'elle eût, par conséquent^ cette longueur; la déviation de la barre, par rapport aux deux axes, atteindrait alors un minimum, et la traction serait ramenée au plus près possible de la direction des masses en mouvement.

Comme le point 7, situé h Tinlérieur du mécanisme de la machine, n'est pas accessible, l'auteur Ta reporté au dehors du cadre en traçant la perpendiculaire àb ; puis, attachant un balancier articulé cd au point 6 du tender, la barre d'attelage simple et centrale 6-7 a été remplacée par deux bielles latérales et parallèles ad et bc, qui réunissent les extréniités du balancier et deux points fixes a et b, pris sur le châssis de la machine, sur la perpendiculaire passant par le point 7.

La traction s'opère de cctle façon par les bielles ad et bc, et le peu d'obliquité résultant de la position admise est rachetée par Tarticulalion du balancier sur son point d'attache 6.

II reste maintenant à faire une observation in>portanle. Le Iracé précédent démontre, par l'exiguïté exagérée du rayon de courbure, que le parallélogramme abcd n'est pas rectangle, et que ces quatre angles devraient être articulés, tandis qu'en exécution ils ne le sont pas. Cela tient à ce que, dans la plus petite courbe de 100 mètres de rayon, prise pour base de cette construction, le hors d'équerre du parallélogramme est peu sensible et que le moindre jeu y suffit. En effet, dans ces conditions, on trouve que l'angle aigu du parallélogramme devient à peu près 88° 5', au lieu de 90 sur voie droite (1).

Ce mécanisme est représenté sur les figures de la planche 41, qui montrent les bielles Q et le balancier R, lequel est rattaché par une articulation au bâti du tender; seulement le boulon r, h l'aide duquel cet assemblage est opéré, possède dans le balancier un jeu longitudinal suffisant pour effectuer la tension initiale de l'attelage, au moyen d'un ressort de butée ou de choc, dont nous allons parler tout à l'heure. On remarque aussi une barre d'attelage centrale T, appliquée un peu par surcroît de précaution, car elle ne fonctionne pas en même temps que les bielles Q, et n'est utilisée qu'en petites manœuvres, lorsque l'attelage principal n'est pas opéré..

Cette machine étant destinée à parcourir ^ès rampes dans |es deux sens^ tantôt elle exerce un effort de traction et tantôt elle résiste à la poussée du convoi. La traction s'opère au moyen du procédé qui vient d'être expliqué.' Quant à la poussée, elle s'exerce contre le bâti P par deux tampons S, en i*apport avec un r^sort appliqué contre la traverse du tender, à laquelle nous avons dit ci-dessus que le balancier R est rattaché. Ce ressort, qui est complètement indépendant du mécanisme de traction, ne fonctionne ainsi que pendant la descente du train dont il transmet la poussée à la machine par les tampons S, et la variation de distance qui en résulte entre le tender et la machine est supportée par le boulon r, auquel le jeu nécessaire est réservé à cet effet.

(i) M. Ârnoux, qui s'est beaucoup occupé de Tapplication des voies ferrées avec des courbes de petIUi rayons, s'est fait breveter en 1860 pour un système fort ingénieux et très-simple de trains articulés, que nous avons décrit dans le vingtième volume du Génie industriel.

LOCOMOTIVES DR MONTAGNE. 257

M. Beugiiiol fait connaître le moyen qne Ton emploie pour efferliior tel attelage, un peu plus conipliqué que dans les cas ordinaires :

c Lorsque les tampons S sont adossés contre ceux de la machine qui leur font face (et qui sont en tôle trempée), il s'en faut tje 40 millimètres que les barres Q puissent s'emmancher aux deux bouts du balancier R. Pour atteler on enmianche Tune des liarres, en inclinant le balancier de la quantité nécessaire; nuis, après avoir eu soin de serrer à fond les sabots du frein, on donne vapeur en arrière; la fioussée de la machine fait céder le ressort de choc et la seconde barre s'emmanche. On dételle d'une façon analogue. »

DIMENSIONS ET CONDITIONS DE MAHCHE

Les fonctions de celte puissante locomotive ont pour bases les conditions de marche suivantes :

Ipar les tubes 163»*i 60

par le foyer 9» *i 40

toUIe ITB"» ^ 00

Nombre de tubes 222

Diamètre des pistons O" 540

Course O» 560

Diamètre des roues 1» 200

Éairtement des essieux exlréines S*» 900

Poids adhérent de la machine en état de marche 47300 kilog.

Charge sur le i«' essieu (avant) 11800

Id. * 2« id. i ,, ^oo/^.

-, o . « i ensemble 23600

Id. 3« id. ^

Id. 4« id 11900

Poids du tender , en marche 23550

Timbre de la chaudière 7 atmosp.

Admission normale avec détente pendant 1/4 de la course des pistons.

Si l'on applique h cette machine les règles qui ont été exposées plus haut, ^l que Ton prenne, pour la pression utile moyenne sur les pistons, 5 kilogrammes l>ar centimètre carré (ce qui résulterait à peu près de la vapeur à 6"' 1/2 employée 5ivec admission 3/4, et contre-pression égale à 1*' 3). on trouve que les pistons ^nt capables de développer un eflbrt direct total de 22900 kilogrammes, ce qui correspond à peu près à un effort de 6800 kilogrammes transmis h la circonférence des roues, et égal à la puissance de traction disponible.

La machine présentant un poids total adhérent d'en\iron 48000 kilogrammes, il s'ensuit que, si l'on compare ces deux valeurs, on obtient :