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Forme des bielles motrices et des bielles d'accouplement
Paliers de bielles
Revêtement en métal blanc, régule (Lagerausguß)
Coquilles de paliers lisses (Lagerschalen)
Paliers en deux parties (Geteilte Lager)
Palier à bague
Palier avant de bielle motrice
Tête de bielle ouverte
Boîtes à rouleaux
Graisseurs de bielles
Articulations de bielles
Jeu latéral des essieux
Les éléments de la locomotive qui transmettent la force des tiges de pistons aux roues motrices et accouplées sont englobées dans le terme de mécanisme moteur (entraînement). En font partie les crosses avec glissières, les bielles motrices et les bielles d'accouplement.
Alors que les bielles motrices transmettent la force de la crosse au maneton de roue motrice, les bielles d'accouplement la transmettent du maneton de roue motrice vers les manetons de roues accouplées. Elle répartissent alors l'effort entre les essieux entraînés.
Forme des bielles motrices et des bielles d'accouplement
Les bielles doivent, tout en étant très résistantes à la rupture, être construites aussi légères que possible afin que les masses alternatives ne deviennent pas trop importantes.
Tant que la puissance des locomotives et la force exercée sur les bielles sont restées réduites et que les bielles n'étaient pas trop longues, on a encore pu les construire de manière suffisamment légères et malgré tout suffisamment sûre contre la rupture dans des profils pleins à angles droits. Avec l'augmentation de la puissance des locomotives, les bielles en profils pleins sont cependant devenues trop lourdes. C'est pourquoi les bielles des nouvelles locomotives ont un profil en double T qui rempli au mieux les exigences de légèreté et de résistance.
Paliers de bielles
En raison des fortes contraintes, les paliers de bielles doivent être constitué de manière particulièrement soigneuse. Ils sont soumis à des pressions variant continuellement sous l'effet des forces changeant en importance et direction du piston et doivent cependant être à même de supporter des révolutions rapides. Pour que l'usure inévitable se situe le plus possible au niveau du palier, plus facile à régler ou améliorer - même en service -, les coquilles reçoivent la plupart du temps un revêtement en métal blanc, nommé aussi régule (Weißmetallausguß), qui offre de bonnes qualités de fonctionnement et une surface moins dure que celle des manetons trempés et usinés des essieux entraînés dont le renouvellement nécessite un travail conséquent. En service, il faut veiller à ce que lors de dommages aux paliers, les manetons ne soient si possible pas attaqués.
Au début, l'épaisseur du régule (Weißmetallausgusses) était de 5 à 12 mm. Par la suite, on l'a réduit à 3mm en raison du prix élevé de la matière. En service, les paliers à revêtement mince se sont avérés supérieurs à ceux utilisés précédemment. La durée de vie est supérieure; en cas d'avarie (paliers fondus), les différents éléments de l'embiellages, manetons et bielles ne subissent pas des chocs aussi importants qu'avec les anciens paliers, puisque le plus grand jeu possible entre la coquille et le maneton après la fonte du régule est plus petit. En cas de fonte d'un palier à revêtement mince à la locomotive, le train peut moyennant quelques précautions la plupart du temps rallier la prochaine gare.
Revêtement en métal blanc, régule (Lagerausguß)
Comme régule (Lagerausguß), on utilisait jusque dans les années 40 pour tous les paliers de bielles l'alliage WM 80 (Métal blanc avec 80% d'étain, 12% d'antimoine, 6% de cuivre et 2% de plomb). Pour économiser de l'étain, un grand nombre de machines moins sollicitées ont reçu un alliage de WM 10 (Métal blanc avec l0% d'étain, 15,5% d'antimoine, 1% de cuivre et 73,5% de plomb).
Les paliers n'étaient au début coulés qu'à la main; par la suite on est passé dans une grand mesure au procédé de coulage centrifuge et atteint ainsi une plus grande densité du revêtement de palier, qui s'est révélée avantageuse au niveau de la durée de vie des surfaces de frottement. Lors du procédé de coulage centrifuge, on amène le métal blanc dans les coquilles serrées ensembles, pendant qu'elles tournent à un rythme élevé autour de leur axe médian. La force centrifuge répartit le métal à densité et épaisseur égales contre les surfaces intérieures précédemment préchauffées et étamées des coquilles.
Coquilles de paliers lisses (Lagerschalen)
La coquille en elle-même doit être réalisée dans un matériel assez résistant pour accepter de manière sûre les pressions qui s'exercent sur elle. D'autre part, elle doit encore posséder de bonnes propriétés de fonctionnement de secours en cas de fonte du régule (Weißmetalleinguss). La locomotive doit encore pouvoir atteindre, en marche prudente, le prochain atelier, sans que le maneton de roue motrice ne soit détérioré. On utilise à ce effet de manière universelle du bronze pour réaliser les coquilles.
Paliers en deux parties (Geteilte Lager)
Auparavant, on utilisait sans exception des paliers en deux parties (geteilte Lagerschalen) (fig. 147, 148). Ces coquilles présente l'avantage de permettre un rattrapage pour compenser leur usure jusqu'à un certain point; elles sont de plus facile à monter et démonter. Le rattrapage se fait au moyen d'une cale de rattrapage constituée soit d'une clavette réglable à vis (ancienne construction fig. 148) ou d'une cale de rattrapage (Flachstellkeil) (nouvelle construction fig. 147).
Toutes les cales de réglage sont assurées contre le desserrage par des contre-écrous ou vis particulières. Il leur incombe de veiller à un rattrapage égal de tous les paliers de bielles d'accouplement d'un côté. Pour permettre le réglage fin (rattrapage), on insère entre les coquilles du palier fraîchement régulé une cale de 3 à 4 mm d'épaisseur. On compense ensuite l'usure du régule par l'insertion de cales plus en plus fines (de 1/2 mm en 1/2 mm), afin qu'après serrage, les coquilles enserrent de nouveau fermement le maneton. En service, les cales doivent toujours être maintenues de manière fixe. Un palier de bielle correctement réglé doit encore autoriser un déplacement "gras" à la main sur le maneton (comme s'il était retenu par un amortisseur hydraulique).
La possibilité de réglage des paliers en deux parties (geteilten Lager) peut toutefois également générer quelques conséquences en cas de manœuvre non réglementaire. Un fonctionnement irréprochable des paliers de locomotive n'est réalisé que tant que la distance entre le centre des paliers d'essieux et des paliers de bielles (nommée aussi calibre) reste inchangée des deux côtés de la locomotive. Par un rattrapage irrégulier des cales de réglage, ce calibre peut être modifié de telle sorte que des contraintes supplémentaires soient transmises aux paliers, qui conduisent la plupart du temps à des échauffements et détériorations des paliers. Ce danger est d'autant plus grand que la locomotive a plus d'essieux accouplés.
Palier à bague
Comme la durée de vie des paliers à revêtement mince est sensiblement plus longue que celle des paliers à revêtement épais plus faciles à réaliser, on a plus tard abandonné le palier en deux parties pour les bielles d'accouplement et monté en lieu et place des paliers à bague d'une seule pièce, chassés dans la tête de bielle (fig. 149). A cette occasion, les cales de réglage des paliers en deux parties ont disparu, apportant en même temps l'avantage de pouvoir construire des têtes de bielles plus robustes. La tête de bielle avec ouverture ronde pour palier à bague perd ainsi ses amorces de fissures et ruptures de bielles que sont les angles de l'ouverture rectangulaire du palier et les orifices de la cale de réglage, qui sont autant d'affaiblissements. La tête de bielle ronde est pour ces raisons bien plus apte à encaisser des contraintes exceptionnelles sans subir de déformations. Les paliers à bague sont assuré contre la rotation et le déplacement latéral par une vis d'assurage dans la tête de bielle (fig. 150).
Palier avant de bielle motrice
Des réflexions semblables à celles faites lors de l'introduction des paliers à douille des bielles d'accouplement ont également parlé en faveur de l'abandon des paliers en deux parties pour la construction des paliers avant de bielle motrice sous forme de paliers à bague. Le palier avant de bielle motrice se différencie des autres paliers de bielles en ce sens qu'il n'exécute que de petits mouvements, mais doit en contrepartie transmettre des efforts supérieurs. C'est pourquoi on l'a construit plus tard comme simple douille de bronze, sans régule (fig. 151). Les plus anciennes constructions de ces paliers se trouvent encore sous forme de paliers en deux parties avec cale de réglage horizontale (fig. 148).
Tête de bielle ouverte
Les têtes de bielles fermées ne sont utilisables que pour un mécanisme moteur extérieur. Pour les éléments de l'entraînement intérieur, comme on les trouve pour les bielles motrices des locomotives à trois ou quatre cylindres, doit utiliser à leur place une tête de bielle ouverte (fig. 152, 153), sans quoi le montage des paliers ne serait pas possible. Ces têtes de bielles sont réalisées soit avec fermeture par clavette (Keilverschluß) (fig. 152), soit en tant que tête à boucle rapportée (fig. 153), ou alors la tête ouverte est rapportée à la bielle par deux vis. Sur les cages fermées par clavette (Keilverschluß), la cale de rattrapage forme, avec les deux fourches de la tête de bielle, tant l'extrémité du palier que le dispositif de rattrapage. Les deux fourches sont assurées contre tout écartement par un étrier serré dessus. Sur les locomotives aux essieux de petit diamètre, on opte pour la tête de bielle à boucle rapportée, car les clavettes (Keilverschluß) pénètreraient dans le profil limitant le gabarit des véhicules. La tête de bielle à boucle rapportée, fixée par des boulons, se trouve occasionnellement aussi sur le mécanisme moteur d'anciennes locomotives ou de types étrangers.
Boîtes à rouleaux
Pour pouvoir bénéficier de l'avantage de la résistance moindre au roulement et de la dépense plus réduite en lubrifiant des roulements également sur le mécanisme moteur de la locomotive, on a à titre d'essai monté des boîtes à rouleaux dans les bielles motrices et bielles d'accouplement de quelques locomotives (fig. 154). Au maneton de roue motrice, la bielle d'accouplement est pourvue d'une boîte à rouleaux cylindriques (Zylinderrollenlagern) (fig. 155, 156), aux autres emplacements, des boîtes à rouleaux pendulaires (Pendelrollenlager) sont montés pour pouvoir suivre les déplacements obliques des essieux les uns par rapport aux autres. La bielle motrice est tenue devant dans la crosse par une boîte à rouleaux cônique (Kegelrollenlagern), des boîtes à rouleaux pendulaires (Pendelrollenlager) sont montés derrière. Les boîtes à rouleaux sont remplies de graisse au montage qui grâce à l'étanchéification de ces dernières ne se perd pas en peu de temps comme l'huile des autres paliers mais suffit pour de plus longues distances. Les emplacements de boîtes à rouleaux deviennent cependant plus lourds et augmentent les masses centrifuges et alternatives, tout comme les contrepoids nécessaires.
Fig 156 Boîte à rouleaux de bielle d'accouplement
L'huile nécessaire aux paliers lisses des bielles leur est apportée depuis des réservoirs de graissage individuels fixés sur la tête de bielle. Le graisseur est fraisé dans la tête de bielle et fermé par un couvercle ou composé d'une boîte en tôle emboutie dont la face ouverte est soudée à la bielle. Le fond fixe de cette boîte remplace le couvercle du graisseur. Le couvercle porte une ouverture de remplissage pour le lubrifiant. L'huile coule vers le palier par un orifice de graissage (Schmiertülle). Son passage est réglé sur les nouveaux paliers par une aiguillette mobile dans le tube (Schmiertülle), dont le diamètre détermine la quantité d'huile circulant. L'étanchéité suffisante de l'appareil de graissage des boîtes à rouleaux contre les pertes d'huile est important pour le déroulement sans accroc de l'exploitation du mécanisme moteur. Les appareils (réservoirs) de graissage vissés et les anciens obturateurs de couvercles n'ont pas donné entière satisfaction de ce point de vue. C'est pourquoi les couvercles d'appareils de graissage ou les appareils de graissage sont maintenant soudés sur la tête de bielle. On a durant un certain temps construit les ouvertures de remplissage de manière que la soupape de remplissage offre un double joint contre les projections d'huile vers l'extérieur. On est cependant revenu au bouchon vissé, une construction sensiblement plus simple. Comme coussinets de graissage, on utilise des languettes de feutre insérées dans des fentes ménagées dans le régule.
Articulations de bielles
En raison des inégalités de la voie, les essieux moteurs et accouplés se déplacent individuellement en hauteur. On ne peut donc pas relier plusieurs essieux accouplés de manière rigide, mais il faut introduire des articulations qui permettent aux bielles de suivre tous les déplacement des essieux. L'articulation autour d'un axe horizontal est réalisé de telle sorte que l'extrémité en forme de fourchette d'une bielle enserre la tête de bielle voisine. Les deux extrémités sont ensuite reliées par une articulation comparable au tourillon de crosse (Fig. 149).
Jeu latéral des essieux
Sur les longues locomotives, les essieux reçoivent un jeu latéral individuel, qui leur permet de passer les courbes sans contraintes. Pour ne pas déformer ou endommager les bielles lors du déplacement latéral des essieux, on construit le maneton de roue accouplée plus long que le palier, de manière que le maneton de roue accouplée puisse se déplacer à l'intérieur du palier de bielle d'autant que le jeu de l'essieu. Lorsque ceci n'est pas possible pour des raisons de construction, le palier de bielle est pourvu d'inserts arrondis dans la tête de bielle, de manière que le palier puisse se décaler de l'axe en longueur de la bielle. L'articulation correspondante reçoit simultanément une surface arrondie comparable, afin que la bielle d'accouplement puisse s'orienter horizontalement.
Fig. 158 Bielle d'accouplement avec palier lisse pendulaire (walzenförmigem Lager)
Voir aussi :
Tabelle Lonorm 2 (ditribution Heusinger)
Source: Dampflokomotivkunde, Eisenbahn-Lehrbücherei Band 134, 1. Aufl., Josef Keller Verlag, Starnberg 1957
Laurent Voisin - www.voisin.ch (repris du fabuleux travail d'Andreas Schäfer - www.dlok.de)