CHAPITRE PREMIER

PRINaPES ET TYPES PRIMITIFS.

§ . 1 . — Principes généraux.

Dans le cours des longues et persévérantes recherches que nous avons poursuivies depuis une dizaine d'années pour l'application des rég-ulateurs aux machines de mer, nous nous sommes trouvés arrêtés devant une grande difficulté quand il s'est agi de faire mouvoir et conduire les organes de régulation très-lourds et très-résistants des machines de 500 à 1,000 chevaux, par l'appareil régulateur lui-même. Gela devenait tout à fait impraticable, et il nous a fallu chercher un auxiliaire puissant et obéissant pour manœuvrer ces organes.

Nous avons imaginé dans ce but l'emploi d'un petit cylindre à vapeur dont le petit tiroir serait conduit par le régulateur ; mais des expériences spéciales nous ont

montré bientôt que le piston de ce cylindre étant, comme dans toute machine, abandonné à lui-même pendant sa course, et' restant indépendant du rég-ulatfiur qui ne conduit que le tiroir, devi&nt tout à fait instable dans son mouvement et passe instantanément, sans motif, ou pour la moindre ouverture du tiroir, d'une extrémité à l'autre de sa course.

Ce résultat s'explique facilement et se reproduirait avec tout autre moteur auxiliaire rapide, mais il rendait tout à fait impossible l'utilisation d'un tel système.

Nous avons donc dû chercher une solution nouvelle permettant au régulateur de tenir complètement en bride le piston auxiliaire, et nous avons été ainsi conduits à la découverte du nouvel eng-in que nous allons décrire et qui, bien que d'une grande simplicité, en principe, et composé en majeure partie d'éléments connus, employés ordinairement dans les machines, constitue un appareil tout à fait nouveau dans ses résultats et son mode d'action, et dont les applications seront aussi étendues que l'emploi du travail mécanique lui-même en

Car cet engin donne le moyen de produire instantament, et de supprimer de même, en un point, indiqué, une force aussi 'considérable que l'on veut, de lui faire accomplir la course utile, rectiligne ou curviligne, alternative ou continue, que le travail exige, sans que le conducteur, animé ou mécanique, qui dirige la manœuvre ait autre chose à faire que de donner ses ordres ou indications en exerçant sur un point du système articulé une action ou une réaction de la plus faible intensité.

Cet engin constitue donc la solution nécessaire de ce problème si difficile et fréquent néanmoins : réunir à ia fois rapidité, inslantanéité même, du mouvement et précision la plus grande possible de manœuvre. Dans tous les autres

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appareils connus, on n'obtient guère la précision qu'en opérant par ralentissement et en sacrifiant la rapidité d'action, si ce n'est peut-être en employant des accumulateurs totalisant le travail ralenti antérieur, mais dont la puissance est essentiellement limitée et toujours insuffisante pour un service un peu rapide.

Voici quelles ont été pour nous les données du problème et, par suite, les bases de la solution, constituant trois principes distincts et essentiels :

1' Trouver un système de rênes ou de frein autonome se réglant de lui-même que l'on puisse imposer à tout moteur de genre quelconque et assez puissant pour rendre ce moteur complètement dépendant de son conducteur et l'asservir à toutes ses volontés, en faire un aide ou plutôt yn serviteur aussi obéissant que vigoureux et complètement discipliné, tandis que, dans toute machine à vapeur, par exemple, le piston qui reçoit la pression motrice est, dans son mouvement, toujours plus ou moins indépendant du tiroir qui lui donne sa vapeur.

2° Constituer dans ce but un système articulé sur un des points duquel le conducteur indiqitera la marche à suivre en CHEMINANT LUi-uÊUE et effectuant tme partie extrêmement . minime et, relativement, à peine appréciable du travail^ et disposer les cboses de telle façon que lorsque la main du conducteur s'arrête, le moteur s'arrête immédiatement et sCtrement, se retenant lui-même par sa propre puissance, que le moteur avance, se ralentisse, stoppe, change de marche en suivant' pas à pas et avec la plus grande précision le doigt indicateur du conducteur dont il imite servilement tous les gestes.

3' Placer les centres du système articulé de telle ^façon que tout mouvement utile de la manivelle ou de Vorgatie conduit puisse se ■produire sans agir, quand le conducteur marche, sur

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le tiroir ou sur l'appareil de distribution, ce dernier ne devant être commandé que par le mouvement relatif du doigft indicateur du conducteur.

Ces trois principes peuvent se résumer dans l'énoncé , ou principe fondamental que voici ;

Asservir tout moteur au gouvernement absolu d'un conducteur EN FAISANT CHEMINER directement ou par vn intermédi'aire quelconque, la main de celui-ci, avec l'organe SDR LEQUEL AGIT LE MOTEUR, de telle sortc que tous deux marchent, s'arrêtent, reculent, 7'eviennent ensemble, et que le moteur suive pas à pas le doigt indicateur du conducteur dont il imite servilement tous les gestes.

Nous avons cru qu'il était nécessaire de donner un nom nouveau et caractéristique à cet engin nouveau et l'avons appelé servo-moteur ou moteur asservi.

§ 2. — Ti^pes primitifs.

Nous représentons, figures 1, 2, 3, 4, une des nombreuses variantes que l'on pourra constituer sur ces principes, et qui est le type exécuté le premier pour le service des régulateurs.

a est un cylindre moteur fonctionnant sous la pression relative d'un fluide quelconque, vapeur, g-az, air, eau, et agissant par pression ou dépression, vide relatif, etc.

Le piston b recevant le mouvement par l'admission ou par l'échappement du fluide, de la vapeur, par exemple, selon le mode de tiroir adopté , poussera la bielle V qui transmet, par le levier-manivelle â, le mouvement à l'arbre/ sur lequel se produit la résistance, et qu'il s'agit de manœuvrer par rotation.

Le conducteur de l'appareil, au lieu de mouvoir directement Je tiroir c du cylindre, suit sur la tige m le mouvement produit par le piston, poussant ou tirant

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légèrement sur le doigt s, auquel il fait ainsi tout d'abord décrire le petit chemin angulaire que lui permet sa liaison avec îe système articulé s p q r t qui commande le tiroir c, à course réduite. Ce dernier, étant limité dans sa boite aux deux extrémités de sa course, limite lui-même l'oscillation ang:ulaire possible du doig-t s par rapport au levier d, en vertu de laquelle s'effectue la distribution de vapeur. On peut aussi limiter directement la course du doigi s au moyen des deux butoirs ^ /' fixés sur le levier d.

On comprend facilement que, dès que le tiroir c, suivant le mouvement du doigt s, aura découvert en partie ou en totalité les orifices d'admission et d'échappement, le piston b, étant alors actionné par la vapeur, poussera ou tirera le levier d tant que le conducteur suivra son mouvement, sur la tige m et'le doigt s, en ne produisant pour cela sur le levier d et dans le sens de la translation qu'un effort auxiliaire très-minime, égal à la résistance du tiroir et de son système articulé $ p q r t.

Si le conducteur s'arrête ou ralentit la translation de la tige m, le piston s'arrête lui-même ou ralentit sa course, car, dès qu'il tend à marcher plus vite relativement que le conducteur, il fait tirer ou pousser le doigt s sur la tige m en sens inverse du mouvement et ferme le tiroir, le levier d transportant toujours avec lui le doigt s dont le centre d'oscillation est en o.

En efTet la situation du tiroir c sur sa glace étant constamment subordonnée à la position angulaire du ■ doigt s par rapport au levier d, il est évident que le piston, en s'accélérant hors de propos, produit le même effet que si le conducteur tirait ou poussait la tige tn et le doigt s en sens inverse du mouvement; chacune des extrémités de la branche s devient ainsi tour à tour, relativement^ point fixe et point mobile %i l'action du conducteur est de

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fait constamment indépendante et dominatrice de celle du piston b, qu'il g-ouverne sans être entraîné ou influencé par lui.

Ce piston, fermant lui-même son tiroir dès qu'il tend à marcher plus vite que le conducteur ou en sens inverse, ne pourra par conséquent cheminer que selon les indications et la mesure permise par la tig^ m qui le tient en bride comme la main d'un cavalier marchant à terre conduit son cheval par le mors.

n est évident, par suite, que pour chang-er la marche du piston il suffit de changer le sens de celle de la tig-e m et de son action sur le doig^ s.

On reconnaît facilement que dans le système articulé s p q r t, le doi^ s manœuvre l'autre branche p de l'équeire s p et par suite la bielle q, puis l'équerre r / qui tourne sur son axe fixe x et commande le tiroir par la bielle supérieure u.

L'équerre asservissanle s p qui, comme nous le verrons plus loin, peut être dans beaucoup de cas avantageuserrwnt transformée en un simple balancier droit, constitue la partie essentielle des rênes et la base même de l'asservissement. Elle peut être définie en principe, comme formée dune barre rigide, plus ou moins coudée ou droite, selon les circonstances, à trois centres d'articulation par lesquels elle relie ensemble le tiroir, le piston et la main du conducteur, les constituant solidaires entre eux, de telle sorte que le conducteur et le piston manœuvrent tour à tour le tiroir selon que t articulation respective ae chacun deux devient point mobile ou point fixe.

■ Il est à remarquer que le bout de l'équerre r t sur lequel ag-il la bielle q est maintenu à très-peu près au même centre géométrique que l'axe de rotation de l'arbre; à manœuvrer, de telle sorte que, conformément au troisième principe indiqué ci-dessus {en 3'), toutmou-

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vemeot du levier d peut se produire, quand le conducteur marche, sans agir sur le tiroir, qui n'est commandé que par le mouvement Relatif du doigl s par rapport au levier d ou sous l'impulsion et par l'arrêt de la tige m, qui, avec le système articulé s p q r l, sert de rênes au conducteur. C'est là une particularité essentielle et constitutive du système.

Le tiroir c du cylindre peut être d'une disposition quelconque; mais, comme il doit être gouverné par le conducteur de l'appareil, il faut nécessairement qu'il soit le moins résistant possible.

La disposition représentée fig. 1 , 1 bis, fig. 2, 2 bis, réalise cette condition importante.

On reconnaît facilement que ce système consiste en un tiroir ordinaire c dont on réduira la course et les dimensions autant que possible, et dont le tracé pourra varier selon les circonstt^nces et .conditions de marche, mais commandé par un bras / tournant autour de l'axe A, le moment de résistance du frottement de la garniture d etoupe étant ainsi réduit au minimum.

Le bras / entraîne le tiroir en engrenant par son extrémité avec deux dents i i venues latéralement sur le tiroir : un i-essort g, placé dans le bras f, pousse constamment le doigt n contre le tiroir; la -pointe de ce doigt agit au centre géométrique d'oscillation, pris par rapport ' ail bras /" du tiroir, qu'il maintient ainsi appliqué contre la glace du cylindre sans produire un effort résistant sensible.

Le tiroir pourra utilement être fait à décoiwrement, c'est-à-dire plus court que l'écartemenl extrême des orifices (fig. 4), de façon à donner de la vapeur également des deux côtés du piston lorsqu'il arrive à sa position milieu; il pourra ainsi, dans certains cas, arrêter plus facilement ce piston et le fera mouvoir en avançant

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lui-même au delà^ d'un côté ou de l'autre, et faisant échapper la vapeur du côté vers lequel le piston doit marcher.

On donnera, ou non, du recouvrement intérieur selon les circonstances. Ce tiroir peut aussi être d'un tracé tout autre et de système quelconque.

Nous verrons au chapitre IV, dans la description des servo-moteurs de gv^uvernails, un emploi bien plus important de ce tiroir à découvrement, au point de vue de l'économie de vapeur.

Nous ferons remarquer que, comme le représente la figure i , il sera très-utile de disposer les galeries ou conduits d'<trrivée et de sortie de vapeur de manière qu'elles aboutissent toutes deux en bas du cylindre supposé horizontal, afin quç la purge de Peau condensée s'effectue ainsi spontanément et constamment sans organe spécial.

11 est facile, dft comprendre que le système de distri- " Imtion automatique ou selfacting qui constitue la partie essentielle et comme les rênes ou le frein autonome du servo-moteur, pourra être modifié dans ses détails de bien des façons,- suivant les applications, mais en conservant toujours les trois principes constitutifs de la construction et de l'action du système tel que nous les avons exposés ci-dessus (en \ ', 2" 3°, § 1).

§ 3. — Tgpe primitif à rotation continue.

On appliquera facilement au mouvement de rotation continue la variante de rênes que nous venons de décrire: lesfig^. 5et6 représentent unedesdisposilions que l'on peut adopter dans ce but.

La bielle motrice v est supposée transportée dans un plan différent de celui du frein autonome ; le conducteur manœuvre au moyen du volant n agissant en toute po-

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sition sur le doig^ s dont le butoir /' limite la course ang-ulaire et, par suite, aurle tiroir que conduit le frein autonome articulé s p q r t, et qui sera de système quelconque, équilibré ou non.

Pour faciliter le passage des points morts du mouvement du tiroir qui coïncident avec ceux de la manivelle principale d, il conviendra de donner un certain jeu long^itudinal à l'articulation de la bielle q, avec le bras r situé en face du centre de l'arbre y.

Cette variante à rotation continue devrait pour exécution être étudiée spécialement dans certains détails; mais nous verrons plus loin, § 5, que nous avons constitué un système plus simple et plus complet avec une autre variante.

Nous devons dire néanmoins que l'on simplifierait et améliorerait considérablement la variante des fig*. 5et6, en transformant, le bouton central manœuvré par la bielle q des rênes en un maneton faisant fonction d'excentrique pour commander directement un tiroir quelconque et g-Iissant dans une coulisse rectiliçne ou de courbure spéciale montée sur le bout de t arbre perpendiculairement à la direction de la manivelle, les rênes étant orientées en conséquence sur le volant n; de telle sorte que, si ce maneton est amené au centre, la course du tiroir devient nulle, et que si, au contraire, on pousse ou tire ce maneton dans la coulisse au-delà ou en deçà du centre par l'effet du mouvement des rênes, dans un sens ou dans un autre, la marche est chang^ée instantanément comme par un décalage d'excentrique dans les machines ordinaires, avec ou sans avance.

Cette variante simplifiée se comprend facilement et • pourra être modifiée de bien des façons.