OU

2" Chevaux ordinaires allant au pas.

Id.

3* Id. allant au trot.

!• Bœufs allant au pas

S-MuleU. Id

Id.

777 eoo

6*ànes. Id

Id.

(40). Ces deux tableaux comportent quelques observations.

On voit d'abord que pour un moteur donné, l'effet utile varie avec le récepteur sur lequel on l'applique, et avec la vitesse qu'on lui impose sur ce récepteur.

Pour l'homme, on a plus d'effet utile avec les muscles des jambes qu'avec les muscles des bras, et le maximum est obtenu quand riiomme fonctionne, comme s'il montait une rampe, un escalier ou une échelle, en élevant son propre poids. (Voiries résultats 1, 2 et 6 du tableau n** i ci-dessus.)

Celte remarque exclut les dispositions dans lesquelles on a cherché à augmenter l'effet utile, en employant les hommes comme s'ils montaient une rampe chargés d'un poids. Tel est, par exemple, le système qu'on a appelé roue à double force, qui n'est autre chose qu'une roue à chevilles, sur laquelle les hommes agiraient en ajoutant à leur poids propre la charge résultant de l'effort de traction qu'ils exerceraient sur un point fixe au moyen d'une bricoUe passée sur leurs épaules.

Toute dispo^tion de ce genre doit ctre rejetée . comme vicieuse.

Pour le cheval, on constate qu'il produit plus de travail par secondej mais moins de travail par jour au trot qu'au pas.

C'est celte dernière allure qui est par conséquent la plus avantageuse. C'est en quelque sorte l'allure naturelle de l'animal; le trot

est une allure déjà forcée. Le galop serait encore beaucoup moins avantageux que le trot.

On remarquera que, même avec de bons chevaux, l'effet utile obtenu n'est que les deux tiers environ d*un cheval-vapeur. Ainsi, lorsque vers la fin du dernier siècle, Watt, inventeur de cette manière de mesurer la puissance dynamique d'un moteur, proposait aux^induslriels anglais de remplacer les attelages qu'ils employaient alors par une machine à vapeur d'un môme nombre de chevaux, il leur donnait en réalité un surcroît de force de 50 pour 100, puisqu'un cheval vivant ne vaut au plus que les deux tiers du chevalvapeur. En outre, comme le cheval vivant ne peut travailler que 8 heures sur 24, on voit qu'il faudrait en définitive plus de 4 chevaux vivants pour remplacer une machine à vapeur de 1 cheval, qui fonctionnerait jour et nuit. Si l'on vient faire la même comparaison pour les hommes, on trouve qu'il en faudrait en moyenne à peu près une trentaine pour un cheval vapeur travaillant pendant les 24 heures, ou, ce qui revient au môme, sous une autre forme, cette autre conséquence, qu'un cheval vivant vaut à peu prés 6 à 7 hommes.

(41) Les nombres des deux tableaux ci-dessus se rapportent à un travail constant et régulier, comme celui de laplupart des machines qui fonctionnent dans les ateliers industriels.

Mais il arrive quelquefois, notamment pour les machines d'ex* traction employées dans les mines, que l'action est coupée par de fréquents intervalles de repos, et qu'en outre chaque opération distincte demande un effort variable. Ainsi dans un appareil d'extraction, l'effort est maximum au moment du départ, à cause du poids du câble auquel est suspendue la benne pleine; il est minimum, et quelquefois nul ou môme négatifs à l'arrivée de la benne pleine au jour, parce que le câble delà benne vide agit alors comme puissance. Dans un cas semblable, il convient d'abord de compter sur une certaine réduction de l'effet utile journalier, à cause du temps perdu.

On pourra admettre, en nombre rond, 140,000 kilogramÉnèlres, au lieu de 172,800, pour un homme agissant sur une manivelle, et

i million de kilograramètres pour un cheval ordinaire attelé à un manège.

En outre on pourra supposer au départ un effort triple ou quadruple de l'effort moyen indiqué aux tableaux, pourvu que cet effort décroisse jusqu'à devenir à peu près nul à la fin.

C^ données serviront, quand on se sera donné la profondeur du puits, la charge utile à élever et le poids du câble par mèlre courant, à régler les dimensions essentielles d'un treuil ou d'un manège, simple ou à engrenages, destiné àom service d'attraction, par hommes ou par chevaux.

(4») Les valeurs des éléments P, V, T, indiquées aux deux tableaux ci-dessus, sont, ou sont censées être celles qui correspondent au maximum du produit Px VxT. Comme toutes les fonctions au voisinage d'un maximum ou d'un minimum, ce produit variera assez lentement, en faisant varier, dans une certaine mesure, chacun des trois facteurs du produit. On pourra, par exemple, laisser un facteur constant augmenter un second et diminuer le troisième, ou faire toute autre combinaison.

Supposons qu'on prenne le tenips constant : le produit PV sera un maximum pour une certaine valeur attribuée à chacun de ces deux facteurs, et ainsi qu'on l'a déjà dit, ce produit deviendra nul pour une trop grande valeur de V qui entraînerait P=0, ou pour une trop grande valeur de P qui entraînerait, à son tour, V=0.

Prenons deux axes rectangulaires et portons sur l'axe horizontal les vitesses V, et parallèlement à l'axe vertical les valeurs correspondantes du produit PxV, on obtiendra une courbe ayant la forme 0mA (fig. /^. S^

L'ordonnée BB' donnera le maximum de travail, et l'abscisse OB' sera la vitesse qui correspondra à ce maximum.

D'après ce qui vient d'être dit, le travail du moteur variera tW speu pour des vitesses un peu supérieures ou un peu inférieures à la vitesse OB'.

Il est facile de voir qu'il conviendra en pratique de se tenir plutôt au-dessous qu'au-dessus de cette vitesse.

En effet, ce qu'il importe surtout de rendre au maximum, c'est le

travail résistant utile, bien plutôt que le travail moteur, ou en d'autres termes, c'est Texcès du travail moteur sur le Iravail des résistances passives.

Or, si Ton diminue la vitesse, le travail moteur diminue très-peu, puisqu'on part d'un maximum. Au contraire, le travail des résistances passives décroit proportionnellement à la vitesse, pour les frottements de glissement, et plus rapidement que la vitesse pour la résistance des milieux. La différence entre ces deux quantités de travail, c'est-à-dire le travail qui reste disponible pour surmonter les résistances principales, se trouve donc augmenté.

Cette conclusion ressort de Texamen de la ligure ci-dessus, en traçant sur cette figure une ligne droite OC, ou mieux, une ligne pourbe OD, se relevant légèrement au-dessus de OC, et supposée représenter le travail total des résistances passives, qui croît un peu plus que proportionnellement à la vitesse. Le travail disponible est la différence enire les ordonnées de la cou^^e 0mA et les ordonnées de la coupîfie OD, qui correspondent à la môme abscisse. Le point E où ces courbes se coupent donnera, par son abscisse OE'la vitesse à laquelle tout le travail moteur serait absorbé par les résistances passives. Le point t, ou la courbe OD, Iransporlée parallèlement à elle-même le long de Taxe vertical, touche la ligne 0mA, donne la vitesse Ofr', inférieure à la vitesse OB', pour laquelle la différence des ordonnées, ou le travail moteur disponible, est le plus grand possible. C'est la vitesse Ob' qui est la plus avantageuse» On voit que l'écart b'W sera d'autant plus grand que la courbe OD se redressera davantage, c'est-à-dire à mesure que le Iravail des résistances passives sera plus considérable pour une vitesse donnée.

(43) On en tire la conclusion suivante, qui complète les notions générales que nous avons àprésenter sur les moteurs animés.

Supposant connue la ^itcsse à laquelle un moleur devrait agir sur un récepleur donné, pour produire journellement, dans un poste d'une durée déterminLC, le maximum de travail moteur, il conviendra praliquement de se tenir en dessous de cette vitesse, sauf à augmenter un peu l'effort à exercer, et cet écart devra être d'autant plus grand que la machine à mettre en jeu sera plus complexe

el absorbera par ses résistances passives une plus grande partie du Iravail moteur.

Cette observation est d'ailleurs applicable à tout moteur ayant la propriété de présenter un maximum d'effet utile pour une vitesse donnée.

Elle n'a cependant pas la même portée que pour les moteurs animés, ainsi qu'on le verra plus loin.

(44) Aux indications ci-dessus, qui renferment les quelques considérations théoriques et les données pratiques générales qu'il faut connaître sur les divers moteurs animés employés dans l'industrie, il convient d'ajouter quelques détails spéciaux au» divers récepteurs, selon le moteur ou selon l'emploi.

Les hommes sont habituellement appliqués à des treuils, dont Taxe peut être horizontal ou vertical. Dans le premier cas, l'appareil porte proprement le nom de treuil ; il porte le nom de cabestan dans le second cas.

Le treuil simple est un arbre dont l'axe porte à la fois le tambour sur lequel s'enroule la corde qui élève le poids et le récepteur qui peut être ou une simple manivelle ou des barres ou leviers, ou une roue à chevilles.

Le treuil est composé quand l'arbre qui porte le récepteur porte en mémo temps une roue dentée, une poulie ou un autre organe, qui sert à transmettre à un second arbre le mouvement convenablement modifié quant à la vitesse.

Le treuil simple à manivelle se compose d'un arbre qui a au moins 0°,iO de rayon, celui de la manivelle étant rarement supérieur à 0'",40.

Pour une roue à cheville, servant à lever des fardeaux beaucoup plus considérables qu'avec un treuil simple (i,000 à 5,000 kilrgr. quelquefois), l'arbre a un rayon double, les cheville î sont espacées denviron 0,50 à 0,35 sur la circonférence. Selon le poiJs à élever, l'homme se place vers l'extrémité du diamètre horizontal ou vers le bas delà roue; dans le premier cas, il fonclionne comme s'il montait une échelle très-fortement inclinée, et il agit avec tout son poids. Dans le second cas, il est comme s'il montait un plan plus

OU moins incliné ; il peut aller plus vile, mais il n*agit que par la composante de son poids tangentiellement à la roue, ou, ce qui revient au même, si on le considère encore avec tout son poids, il n'a plus qu'un bras de levier restreint, au lieu de l'avoir égal au rayon de la roue. Le premier tableau du n** 39 montre que le premier cas est un peu plus avantageux que le second, l'excès de vitesse, dans ce dernier, ne compensant pas la diminution dans le moment du poids moteur.

Les chevilles des roues ont élé quelquefois remplacées par des marches. Telles étaient ce qu'on a appelé en Angleterre les roues pénitentiaireSy sur lesquelles on faisait agir à la fois dix-huit ou vingt condamnés. Le travail produit sur ces roues étai{ utilisé pour monter l'eau, ou pour d'autres besoins de l'établissement. Le travail oblenu par homme était un peu supérieur à celui indiqué pour les roues à chevilles, soit parce que le mouvement sur ces marches était plus commode que sur de simples chevilles et plus continu, soit aussi parce qu'on ne craignait pas de surmener dans une certaine mesure les condamnés.

(45) On peut signaler comme un mode d'action rentrant dans la catégorie qui semble la plus favorable, le fonctionnement de l'appareil proposé par M. deSalicis, sous le nom de barotrope. L'appareil se compose de deux pédales sur lesquelles l'homme porte alternativement son poids. Elles sont relices par des bielles, et des manivelles à un arbre qui prend un mouvement de rotation continu. Un homme exercé fonctionne dans des conditions analogues à celle de la marche; c'est-à-dire que ce sont principalement les muscles des ambes qui sont en action. Il produit donc, au point de vue mécanique, un grand travail (voir n** 40), et en môme temps il a les mains libres et peut manœuvrer quelque oui il, comme le crochet d'un tour, par exemple.

On peut citer encore l'application qui a été faite par M. Coignct, dans des travaux de terrassement exécutés au fort de Vincenncs, d'un système dans lequel le travail demandé à l'homme consistait en dé finitive à élever son propre poids en montant à une échelle. L'appareil se composait de deux plateaux rendus solidaires par un câble

passant sur une poulie. Le plateau inférieur recevait une brouette pleine, le plateau supérieur une brouette vide, un homme se plaçait sur ce dernier plateau, et déterminait le mouvement, à la condition que son poids l'emportât légèrement sur la charge de la brouette. Arrivé au bas de la fouille, il abandonnait le plateau et remontait au jour par une échelle. Un ouvrier faisait ainsi 5iO voyages à 13 mètres de profondeur, soit un travail de 65x310x15 = 261,950 kilogr. par jour, en lui supposant un poids moyen de 65 kilogr. L'appareil était donc très-avantageux, d'abord en ce qu il utilisait très-bien la force de l'homme, ensuite en ce qu'il avait une grande puissance de production, puisque Ton pouvait employer assez d'hommes pour que le mouvement allernalif des plateaux fût presque incessant.

(48) Les treuils horizontaux trouvent des applications nombreuses dans les chèvres ou grues qui servent à l'élévation des fardeaux.

Ces appareils, d'un emploi journalier dans les travaux de construction et dans toute industrie qui comporte de^ manœuvres fréquentes de pièces plus ou moins lourdes, ont reçu les dispositions les plus variées, depuis les simples bigues formées de deux esparreê solidement fixées par les pieds, reliées à leur tôle pnr un nœud et maintenues en place par deux liaubans et un ou deux contre-haubans, jusqu'aux grues composées, à volée variable, pouvant tourner autour de leur axe, et venir ainsi prendre ou déposer une charge en un point quelconque de l'intérieur d'un cercle d'un rayon donné.

Ces appareils peuvent d'ailleurs èlre fixes ou locomobiles, et on peut desservir toute la surface d'un atelier, soit au moyen de grues fixes dont les circonférences de volée se coupent, et permettent ainsi de passer d'une grue à l'autre, soit au moyen d'une grue portative dans tous les sens, soit enfin au moyen d'un treuil roulant sur un long chariot porté lui-même sur deux lignes de rails perpendiculaires à la longueur du chariot.

(47) Les treuils à axe vertical, ou cabestans, ne sont guère em-

ployés pour faire mouvoir des machines ; ils servent le plus souvent à faire des manœuvres de force, soit sur un vaisseau pour lever les ancres ou pour mettre la mâture en place, etc., etc., soit dans une mine pour les manœuvres que peut demander le service des pompes d'épuisement. Ils sont mis en mouvement au moyen de barres ou anspecks, dont on peut multiplier le nombre et la longueur ; ce qui permet de mettre un grand nombre d'hommes sur un appareil donné.

L'appareil peut être fixe, si l'on a à répéter souvent la manœuvre sur un point donné. Il peut au contraire être mobile ; on l'attache alors pour s'en servir à une pièce de bois profondement enterrée dans le sol.

Les cabestans sont habituellement construits en bois. On en a fait également en métal. Lorsque la place manque, on peut remplacer les anspecks ordinaires par des barres plus courtes, qui commandent alors le treuil, non directement, mais par l'intermédiaire d'un pignon et d'une grande roue.

(48) Lorsqu'au lieu de l'homme on emploie les animaux, le récepleur habituel, analogue au cabestan, se nomme manège, vargue ou baritel. Le rayon du "manège est un des points les plus importants à considérer. On peut dire en principe, qu'au point de vue du bon emploi de la force de l'animal, il n'est jamais trop grand.

Le rayon ne peut descendre au-dessous de 2'",50, et encore avec cette dimension un cheval, même trapu, ne tourne que péniblement. Un rayon de 3'",50 à 4"* et plus est bien préférable. L'allure la plus favorable est celle du pas ordinaire, soit, pour un cheval, 0'",90 par seconde. Cependant quelques personnes préfèrent le pas relevé donnant 1°*,30 à 1",40 par seconde, qui tient mieux le cheval en haleine et lempêche de s'engourdir. L'attelage du cheval doit se faire à l'aide de palonniers situés à une hauteur telle, que les traits soient à peu près horizontaux. Le pivot doit doncêtre abaissé en contrebas du bras du manège, au moyen d'une moise pendante, si Ton veut e réserver la faculté de faire tourner tantôt dans un sens, tantôt dans un autre, en faisant passer le cheval sous le bras auquel il esl attelé. Au lieu de palonnicr on emploie aussi des arcades, quand le

sens de rotation ne doit pas changer, et que le cheval doit agir tanlôlen liranU tantôt en retenant; ces arcades sont tantôt simples ou fixées invariablement au bras ou à la flèche du manège, tantôt doubles, c'est-à-dire attachées comme un palonnier. Celte disposition fatigue moins le cheval et permet la rotation dans les deux sens, comme le palonnier.

(49) Les manèges peuvent être établis suivant divers systèmes. On peut, comme on le fait le plus ordinairement dans les vargues ou baritels,' avoir {)Our l'arbre tournant un point d'appui sur le sol, et un autre à la partie supérieure de l'arbre, au moyen d'une charpente établie spécialement à cet effet. Le tambour sur lequel s'enroulent les câbles qui servent à monter ou descendre les bennes d'extraction est placé vers la partie supérieure.

Ce point d'appui supérieur est convenable pour les installations permanentes ; mais pour les manèges établis à ci^'l ouvert, ou installés pour un service temporaire, ou encore lorsque le mouvement doit être transmis à un arbre de couche situé sous le sol, on évite ce point d'appui d'une installation plus ou moins coûteuse.

On peut employer à cet effet deux dispositions différentes : ou bien se procurer les points d'appui en contre-bas du sol dans une fosse analogue à celle qui reçoit l'arbre d'une grue n'ayant aucun point d'appui au-dessus du sol : ou bien installer une colonne fixe, portante sa partie supérieure le palier de l'arbre de couche, et avoir sur cette colonne deux portées tournées qu'embrassent à frottement doux deux colliers rendus solidaires, dont l'un reçoit les bras du manège, et l'autre un engrenage qui commande un pignon calé sur l'arbre de couche.

(50) Lorsque les divers appareils ci-dessus décrits (n*** 44 et suivants) sont employés à manœuvrer des poids plus ou jnoins considérables, qui, après avoir été élevés plus ou moins haut, doivent être dévirés pour être mis en place, ou bien lorsqu'on peut craindre que la puissance ne vienne à mollir et à permettre un dèvirage inopportun dû à l'excès de la rèsislance, les appareils doivent présenter des dispositions propres à éviter les accidents que ces circon-

42 GOUnS DE MACIIIiSES.

stances pourraient occasionner. Ces dispositions sont, ou des rochels qui ne permeltcnt la rotation que dans un sens pendant qu'ils sont en prise, ou des freins qui peuvent ôtre manœuvres, soit à la main, soit automatiquement au moyen de poids, etc....

(51) Les principaux détails ci-dessus sont exprimés dans les figures 6 et suivantes qui représentent :

Fig. 6. — Un treuil simple à double manivelle, employé à Tcxtraction des déblais provenant du fonçage d'un puits; les plans inclinés contre lesquels glissent les bennes à leur arrivée au jour servent à faciliter leur réception.

Fig. 7. — Un treuil composé, ou à engrenage, qui peut servir également à l'élévation des fardeaux.

Fig, 8. — Une roue à chevilles, telle qu'on l'emploie dans les carrières des environs de Paris. La figure représente, indépendamment de la disposition générale, un appareil propre à prévenir les accidents, dans le cas où, par suite de quelque fausse manœuvre des ouvriers, ils se laisseraient emporter par le poids à élever. Aussitôt le dévirage commencé, le rochet qui relient la poulie sur laquelle s'enroule une petite corde tendue par un poids, cesserait de fonctionner; la poulie tournerait en agissant par l'intermédiaire de la petite corde sur un levier qui serrerait la mâchoire d'un frein.

Fig. 9. — Le levier dit de la garousse, usité à Paris, dans les travaux de construction, pour faire mouvoir les treuils employés à élever les matériaux au haut des sapines.

Fig, 10. — A une petite échelle, la roue pénitentiaire, mentionnée au n** 44.

Fig. i\. — La disposition du capitaine Coignet, employé aux travaux de terrassement des fortifi^cations de Vincennes.

Fig. 12. — Le modèle d'une chèvre simple, formée de deux esparres et d'un pied de chèvre, dont les pieds constituent une base triangulaire solide, et munie d'un treuil à engrenage et d'un câble moufllé, ce qui permet la manœuvre de poids assez lourds.

Fig. 13. — Une grande grue en fonte à volée variable, pouvant tourner de 360 degrés autour de son axe ; la volée variable est

obtenue au moyen d'une crémaillère actionnée par un pignon fixé sur un arbre mis en mouvement dans ufi sens ou dans un autre, au moyen des deux brins d'une chaine pendante à portée de la main de l'ouvrier.

Fig. 14. — Une grue sans point d'appui au-dessus du sol.

Fig. 15. — Un cabestan fixe.

Fig. 16. — Un cabestan mobile.

Fig.il. — L'ensemble d'un manège adapté au service d'extraction d'un puits en foncement.

On remarquera une disposition analogue à celle de la figure 5, pour faciliter la réception des bennes, et les pièces de bois ferrées et pointues que l'on nomme chambrières, qui sont habituellement relevées le long des flèches du manège, et qu'on laisse traîner sur le sol, lorsqu'on va arrêter la manœuvre, afin qu'elles s'arc-boutent au premier mouvement de recul et n'obligent pas le cheval, pendant le temps d'arrêt, à rester sur ses traits. On remarquera aussi le frein que peut manœuvrer, selon les besoins, l'ouvrier placé à la recette.

Fig. 18. — Des détails divers d'attelages avec palonnier ou avec arcade.

Fig. 19. — Un manège à point d'appui inférieur.

Fig. 20. — Un manège à colonne centrale pouvant être consi- (iéré comme un appareil locomobile.