kilogrammes X 4 = 4.800kilog
dont il y a lieu de déduire le poids propre du piston plongeur et des poulies mobiles, ce poids agissant en sens inverse de celui du plateau, soit 460 —
Reste pour l'effet utile a produire .... 4.340kilog.
et, pour l'effort sur le piston en comptant sur un rendement de 65 p. 100 :
« Les accumulateurs donnant une pression de 50 kilogrammes par centimètre carré, la section du piston sera égale à
6680kil <>y- ., i3 3 C/ , 6 .
u Cette surface correspond à un diamètre de 431 millimètres, qui sera porté à 135 millimètres.
« Dans ces conditions , la dépense d'eau par opération sera de 3,14x0,0675* X2,15 = 30 litres environ.
« En tenant compte du nombre maximum d'opérations à effectuer avec les deux monte-charges à établir, qui peut être estimé à 300, la dépense par jour, en eau sous pression, sera de
30 litres x 300 = 9.000 litres,
ce qui représentera une dépense moyenne, par heure, de
-^j- =375 litres.
et pour la dépense maxima par heure
375 x 6 = 2.250 litres.
Dans les grues hydrauliques, que Ton établit le plus souvent à double pouvoir, il y a deux manœuvres et par conséquent deux mécanismes à
considérer : le mécanisme de levage et le mécanisme d'orientation ; ce dernier a pour fonction d'imprimer à la grue un mouvement de rotation autour de son pivot.
Grues hydrauliques Armstrong. — Les figures 101 et 102 représentent une des premières grues établies par sir Armstrong vers 1850; il leur donnait le nom de grues hydrostatiques, parce qu'il les considérait comme basées uniquement sur les principes de la statique des liquides.
Fig. 101.
Deux mouvements sont à produire : l'ascension du fardeau et le mouvement de rotation de la grue sur un pivot.
La chaîne qui soutient le fardeau vient passer sur la poulie fixe du sommet de la grue, descend guidée par des rouleaux, traverse l'arbre en fonte de l'appareil, descend sur la poulie inférieure située à l'aplomb de cet arbre, vient passer sur la poulie mobile qui termine la tige du piston, revient sur une seconde poulie fixe, située au-dessous de la première, et de là retourne à la poulie mobile, à la chape de laquelle elle se termine. La grosse poulie mobile qui termine la tige du piston est supportée par quatre galets latéraux qui roulent sur deux rails; le piston se meut dans un cylindre à simple effet, comme celui du treuil précédent, et la manœuvre du tiroir en est identique.
Pour produire la rotation de la grue sur son pivot, une machine à double effet est nécessaire pour que la rotation puisse se faire dans un sens ou dans l'autre. On a donc un cylindre à double effet, pour leque la tige du piston porte une crémaillère agissant sur une roue dentée horizontale, montée sur Taxe du pivot.
Un tiroir spécial permet d'agir sur ce piston.
La distribution se fait au moyen de deux tiroirs (a) et {b) analogues à ceux des machines à' vapeur.
L'eau comprimée arrive par le tuyau G ; elle pénètre par le tiroir (b) dans le tuyau H, qui la mène sous le piston d'ascension des fardeaux; l'eau qui s'échappe de ce cylindre à simple effet revient par le tube H et le tiroir (b) pour gagner le tuyau d'émission D.
L'eau comprimée arrive de même, par un branchement du tuyau G, sur le tiroir (a); les deux tubes de droite F et G communiquent, l'un avec un bout, l'autre avec l'autre bout du cylindre à double effet; l'eau comprimée arrive d'un côté et r de l'autre, elle s'échappe et passe dans le tube d'émission E.
Chaque tiroir est mû par une manivelle qui parcourt un cadran ; sur le cadran des fardeaux sont écrits les mots :
Monter. Arrêter. Descendre; sur le cadran de la rotation : Droite. Arrêt. Gauche. La manœuvre est donc aussi facile que possible.
Du coude de la conduite G et de la partie droite de la conduite E, on voit partir deux petits tuyaux qui ne sont point désignés par des lettres; ils ont pour but de prévenir les coups de bélier dans le mouvement de rotation. Si l'on arrête brusquement l'eau, la machine continue à tourner un peu en vertu de la vitesse acquise, mais le piston et sa crémaillère restent immobiles, et il en résulte un choc violent susceptible de briser l'appareil.
Les tuyaux F et G portent chacun une soupape spéciale fortement chargée; suivant que le coup de bélier produit une aspiration ou une compression, l'une ou l'autre de ces soupapes vient à s'ouvrir, et laisse entrer un peu d'eau. Le choc est ainsi évité.
Grue d'une tonne de puissance. — Les figures là 3 de la planche Ll, représentent en plan, ainsi qu'en élévation de face et de côté, une grue de quai d'une tonne de puissance, établie aux docks de Marseille.
Cette grue, construite entièrement en métal, est simple et robuste; une charpente en fer, composée de deux grandes poutres verticales reliées au pivot de la grue, et solidement encastrées dans la maçonnerie
du quai, assure la fixité de l'appareil. Cette charpente est surmontée d'une toiture abritant une cabine où se tient l'homme chargé de la manœuvre; cet homme domine ainsi tout le champ de son opération.
11 a sous la main deux leviers agissant sur les distributeurs de l'appareil de levage et de l'appareil de rotation.
Le cylindre de levage A, dont B est le piston, actionne la chaîne de levage m, mouflée à six brins, qui, après avoir passé sur les trois poulies de renvoi RST, se termine par un crochet à contrepoids ; le contrepoids est calculé de manière à maintenir la chaîne tendue lors de la descente; le mouvement de descente du plongeur B se produit sous la seule action de son poids.
On voit en G les deux cylindres d'orientation, qui sont renversés par rapport au cylindre A et qui, par les chaînes n, .actionnent la poulie P à double gorge; l'un des cylindres produit la rotation dans un sens et l'autre en sens opposé; la chaîne de l'un se déroule pendant que la chaîne de l'autre s'enroule sur la poulie P. Le mécanisme de distribution est tel que, si l'un des cylindres est mis en communication avec l'eau comprimée, l'autre est nécessairement en décharge, et son piston se trouve rappelé vers le haut par le mouvement de descente du piston opposé.
Avec la grue que nous venons de décrire, la vitesse ascensionnelle de la charge est de l m ,30, la vitesse de rotation l m ,50; le diamètre de la chaîne de levée est de 14 millimètres et celui de la chaîne de rotation de 16 millimètres; le diamètre du cylindre moteur m , 191, et celui du plongeur m ,159; la course du piston 2 m ,108, et celle du crochet de levage 12 m ,64.
La course du piston d'orientation est deO m ,701, son diamètre n \089.
La soupape d'introduction a une section de Q m ',000283, celle d'évacuation a une section de B> ,000616, et celle de choc 0"*, 000491.
Les diamètres des poulies varient de m ,40 à m ,60.
Dispositif adopté pour les appareils à double pouvoir. — Le dispositif adopté pour les appareils que l'on veut doter du double pouvoir, est celui que nous avons précédemment exposé; il consiste à se ménager la possibilité de faire agir l'eau comprimée sur les deux faces du piston simultanément, l'une de ces faces ayant une section inférieure à celle de l'autre.
Dans le cylindre A se meut le piston P, qui est actuellement au bas de sa course; la tige B de ce piston est de moindre diamètre que lui; l'eau comprimée peut, si la distribution est faite dans le sens voulu, agir au-dessus comme au-dessous du piston; mais la face supérieure de ce dernier est réduite, comme surface utile pour la pression, à la partie annulaire entourant la tigeB. La poussée, que le piston subit de bas en haut, est donc seulement la différence des pressions appliquées sur ses deux faces.
Soit une grue calculée pour élever 15 tonnes, l'eau comprimée agissant uniquement sous son piston P; on veut la transformer en grue à
double pouvoir et lui permettre, par exemple, de lever des fardeaux de 8 tonnes en ne consommant que la quantité d'eau nécessaire à cet effet; on donnera à la tige creuse 6 un diamètre tel que sa section
soit les j- de la section totale du piston P, et, lorsque l'eau comprimée
r — ïil
Fig. 103.
agira simultanément sur les deux faces de celui-ci, la puissance de la grue se trouvera réduite à 8 tonnes.
L'eau comprimée admise dans la cavité annulaire qui entoure la tige creuse B est restituée au réseau de distribution.
Grue de 3 à 15 tonnes de puissance. — La figure 2, planche LI, représente un type de grue hydraulique qui peut être construit avec une puissance variable.
Le pivot vertical de rotation est logé dans une colonne en fonte A et fait corps avec elle; cette colonne est comprise entre deux joues en fer B, qui forment en bas une sorte de fourche destinée à recevoir la flèche en bois C de l'appareil.
La colonne A est creuse et traversée par la chaîne de levage m; le mécanisme moteur est logé dans le sol sous un plancher mobile; D est le cylindre moteur, légèrement incliné; l'eau comprimée étant admise par le bas du cylindre, la tige t du piston est poussée vers la droite, entraînant les poulies mobiles Q, formant moufle avec les poulies P ; la moufle est d'ordinaire à quatre ou à six brins, de. sorte que la course du crochet de levage est égale à quatre ou six fois la course du piston moteur.
Quand le piston est arrivé à l'extrémité de sa course, l'action de l'eau comprimée cesse à sa gauche, et il faut qu'il revienne à sa position initiale pour que le crochet de levage aille saisir un nouveau fardeau. C'est pour faciliter ce mouvement que l'on a donné au cylindre D une position inclinée; l'inclinaison est suffisante pour que la composante du poids du mécanisme mobile, suivant la direction de la tige t, puisse vaincre les frottements du piston, du presse-étoupes et des galets qui guident le mouvement de la tige t et des poulies Q.
Il est des cas toutefois où l'eau n'est pas expulsée à l'air libre et doit être renvoyée à un réservoir qui alimente à nouveau les pompes de compression; elle exerce alors une contre- pression parfois assez élevée qu'il faut vaincre pour produire le mouvement de retour de la tige t. On est conduit alors, soit à placer un contrepoids convenable sur la chaîne de levage près du crochet, soit à installer un petit appareil de traction par l'eau comprimée, appareil à action directe qui agit sur la tige t pour la ramener de droite à gauche. On peut, dans ce cas, supprimer l'inclinaison du cylindre D et le poser horizontal.
Passons à l'appareil de rotation : il est beaucoup plus simple que le double mécanisme de la grue précédente; il ne comprend qu'un cylindre E avec piston à double effet dont la tige se prolonge par une crémaillère horizontale F, qui engrène avec une couronne dentée montée à la base de la colonne A; la crémaillère est convenablement guidée par des glissières qui s'opposent à tout flambage et la maintiennent en prise avec la couronne dentée.
On voit en X la boite qui renferme les leviers de distribution .
Grues du nouveau service des messageries de la gare Saint-Lazare, à. Paris. — En outre des appareils que nous avons déjà cités, MM. Clerc et Buissou ont établi, pour le nouveau service des messageries de la gare Saint-Lazare, à Paris, des grues à pivot de 1 ,500 et 5,000 kilogrammes.
Ces dernières peuvent fonctionner à volonté pour des fardeaux de 3,000 et de 5,000 kilogrammes; elles ne diffèrent des grues à 1,500 kilogrammes que par les dimensions des éléments et par ce seul point que leurs cylindres moteurs sont parcourus, non par un piston plongeur à diamètre constant, mais par un piston à tige du système à double pouvoir.
A est le pivot vertical, B la flèche, C le tirant, D la chaîne de levage, terminée par un crochet H à contrepoids I.
Cette chaîne descend dans Taxe du pivot creux, passe sur une poulie
23fr
de renvoi et vient s'enrouler sur les poulies G G' qui constituent une moufle à quatre brins ; les poulies G' sont mobiles avec la tète du piston, et les poulies 6 sont fixées sur le fond du cylindre. Le mouvement de descente du crochet H est déterminé par le contrepoids I, calculé pour vaincre les frottements du mécanisme et la contre-pression de l'eau qui, par une conduite de retour de plusieurs centaines de mètres de longueur, s'en va de nouveau alimenter les pompes de compression et recommencer le même circuit.
L'orientation est obtenue par une poulie à gorge hélicoïdale J, calée
sip^P^
Fig. 104.
à la base du pivot; sur cette poulie s'enroule une chaîne dont les extrémités sont fixées chacune à une extrémité K ou K' d'un piston à deux têtes, mobile dans un cylindre à double effet; suivant que l'eau comprimée agit sur Tune ou sur l'autre face de ce piston, la rotation du pivot se produit dans un sens ou dans l'autre.
Deux leviers à main suffisent pour manœuvrer l'appareil et pour produire le levage et l'orientation, ensemble ou séparément.
gitizecLby
Calcul de la grue de i,500 kilogrammes. — 1° Levage. — Le poids à lever est de 1,700 kilogrammes, dont 4,500 de charge utile et 200 de charge morte pour le crochet et le contrepoids.
Élévation maxima, 6 mètres; avec mouflage à quatre brins, il en résulte une amplitude de l m ,50 pour la course du piston, et un effort utile de 1,700 X 4, ou de 6,800 kilogrammes à produire sur le piston.
Admettant un rendement de 65 p. 400, c'est-à-dire une perte de 35 p. 100 entre le travail moteur de l'eau comprimée agissant sur le piston et le travail utile, la pression de l'eau fournie par l'accumulateur étant de 50 kilogrammes par centimètre carré, la surface du pislon doil ôtre deO m ,0209, soit un diamètre de O m ,47.
1 La consommation d'eau est de 34 litres par opération pour fardeau élevé à 6 mètres.
2° Orientation. — L'appareil d'orientation doit vaincre les frottements, imprimer à l'appareil une vitesse de rotation assez rapide et ôtre assez puissant pour s'arrêter presque instantanément en un point quelconque.
On a donné au plongeur un diamètre de m ,08 et une course de O ra ,95 correspondant à une révolution complète de la grue, ce qui absorbe 4 ,ll ,75 d'eau et 9 m ,50 par opération, si 1 ou compte le retour à vide.
La consommation totale d'eau comprimée sera donc de 43 m ,50 par opération.
On fera au plus quatre cents opérations par jour, qui consommeront 17,400 litres d'eau, soit un débit moyen de 725 litres à l'heure.
Mais, à certains moments, il pourra être fait peut-être jusqu'à cent opérations à l'heure, d'où résultera une consommation accidentelle de 4,350 litres pendant cette heure exceptionnelle, consommation à laquelle les accumulateurs devront être capables de faire face.
Calcul de la grue de 5,000 kilogrammes. — 1° Levage :
Charge utile 5.000kilog.
Poids mort : contrepoids, crochet, accessoires 350 —
Charge totale 5.350 kilog.
Course maxima du fardeau : 6 mètres.
Avec une moufle à 4 brins, la course du piston moteur sera. . l n, f 50
— — son effet utile 2i.400kilog.
Avec un rendement de 70 p. 100 (le rendement est toujours meilleur avec les appareils à grande puissance) et une eau comprimée à 50 kilogrammes par centimètre carré, il en résulte pour le piston une section de m, ,0612 et un diamètre de m ,28.
La dépense d'eau sera de 91 m ,80 par levage et tombera à 61 m ,80 si on fonctionne avec la puissance de 3,000 kilogrammes.
2° Orientation, — Le plongeur du cylindre d'orientation a O m ,ii de diamètre et l m ,25 de course, correspondant à une rotation complète.
D'où une consommation de li Xix fifo % ou 24 litres en chiffre rond par opération pour tenir compte du retour.
La dépense d'eau totale, pour une charge de 5,000 kilogrammes, sera donc de H5 1Il ,80 par opération; il y auraau plus quatre-vingts opérations par jour et vingt dans l'heure la plus chargée. D'où une consommation totale maxima de 9,264 litres par jour, correspondant à un débit moyen de 386 litres par heure ; mais on sera exposé à voir le débit s'élever exceptionnellement pendant une heure à 3,616 litres.
Grues hydrauliques pour fonderies et Aciéries. — Les
perfectionnements apportés à la fabrication des fontes et surtout à celle des aciers Bessemer, n'étaient possibles qu'avec le concours d'appareils de levage puissants et rapides, toujours prêts à fonctionner instantanément.
Les grues hydrauliques se trouvaient naturellement indiquées et ont, en effet, rendu les plus grands services.
Ces grues sont, généralement, courtes et trapues; vu le poids des fardeaux à soulever, et les dimensions de chaînes qui en résultent, il fallait éviter l'enroulement de ces chaînes et les faire aussi courtes que possible. On a été amené à rendre la volée mobile verticalement; elle est montée sur un piston-plongeur vertical contenu dans un cylindre qui se confond d'ordinaire avec la colonne même de la grue ou qui est accolé à cette colonne.
Parfois il y a plusieurs pistons juxtaposés ; l'un d'eux est destiné à équilibrer constamment le . poids mort de la volée mobile ; les autres n'ont qu'à produire l'effet utile de levage.
Le mouvement d'orientation peut être demandé, comme dans les grues ordinaires, à un système hydraulique; mais le plus souvent on se contente de le produire à bras d'hommes, par traction sur un câble.
Les figures 1 à 4, planche L, représentent, d'après la Revue des machines-outils, une grue de fonderie de 4 à 8 tonnes, construite par M. Wellmann. Quand ces grues ne sont pas encastrées par le haut, dans un plancher ou dans une charpente, comme elles le sont par le bas dans le sol, on est conduit à donner à leur colonne de support des dimensions considérables, afin de résister à l'action d'une lourde charge agissant avec un porte-à-faux de plusieurs mètres. Aussi, la grue, dont nous nous occupons en ce moment, est-elle comprise entre deux joues verticales H, en fer double T, qui sont reliées en bas à un cylindre mobile sur un pivot inférieur et en haut à un bout D de colonnepivot.
La volée horizontale E, qui porte le chariot de soulèvement et le tirant double F qui la soutient, sont articulés sur la tige verticale I du piston
moteur et les galets G à axe horizontal, mobiles sur les joues H, servent de guides pendant l'ascension et la descente et reportent sur la colonne verticale le moment de renversement provenant de la volée et du fardeau qu'elle soulève.
On remarquera, sur la coupe verticale de l'appareil, qu'il existe deux pistons plongeurs emboîtés et susceptibles de prendre un mouvement télescopique l'un par rapport à Vautre. L'eau comprimée agit librement sous le plongeur intérieur comme sous celui qui l'enveloppe; dans l'idée du constructeur, si le poids à soulever est inférieur à 4 tonnes, le piston interne se lève seul et glisse dans l'autre, qui reste en place. Si, au contraire, le fardeau dépasse 4 tonnes, le petit plongeur est impuissant à le soulever et c'est le grand qui se met en marche, entraînant le petit, qu'il entoure comme une coupe.
En réalité, c'est uniquement le poids du grand plongeur qui l'empêche de suivre le petit lorsque ce dernier se met seul en marche, et ce poids ne doit pas être toujours suffisant pour vaincre les frottements, qui tendent à entraîner à la fois les deux plongeurs ajustés l'un dans l'autre par leur collet supérieur.
Le système est donc ingénieux, mais nous ne savons s'il fonctionne avec certitude.
Grue hydraulique mobile. — Les grues hydrauliques sont surtout destinées à fonctionner à poste fixe, puisqu'elles sont alimentées par un réseau de distribution fixe lui-même. Il est cependant assez facile de les monter sur un truc et de les rendre mobiles sur une voie ferrée, comme on le fait pour les grues ordinaires ou pour les grues à vapeur, qui portent elles-mêmes leur moteur.
Nous empruntons aux Annales des Travaux publics la description d'une grue hydraulique transportable (fig. 8 , PI. L) :
« Elle est mobile sur une voie de largeur normale parcourant le chantier des travaux ; l'extrémité de la volée décrit un cercle de 7 B ,80 de rayon. La grue peut élever à 7 m ,50 des fardeaux d'une tonne. L'eau sous pression est amenée de l'accumulateur par des tuyaux placés entre les rails. De place en place se trouvent des branchements auxquels on relie directement la grue. En sortant de la conduite principale, l'eau sous pression se rend à la grue par un tuyau flexible, monte jusqu'aux soupapes par Taxe de la colonne et fait mouvoir les cylindres. La rotation de l'appareil est obtenue d'une manière très simple. La colonne est réunie au wagonnet qui porte la grue, mais les cylindres, les soupapes et l'ouvrier qui dirigent les manœuvres tournent avec la volée et constituent le contrepoids de la charge soulevée.
L'eau d'échappement des cylindres peut être dirigée dans un bac situé à l'arrière de la grue, dans le cas où l'on a besoin d'un contrepoids additionnel; de ce bac elle se rend dans une capacité annulaire ménagée autour de la colonne, de sorte que, dans toutes les positions que peut occuper l'appareil, l'eau se déverse avec une égale facilité dans le tuyau de retour. Il ne faut que trois minutes pour relier la grue & la conduite
d'amenée; il suffit de desserrer deux boulons et de manœuvrer une vanne de distribution. »
Importance capitale de la surveillance des chaînes de levage. — Dans tous les appareils de levage, et particulièrement dans les grues tournantes, parce que le fardeau ne s'y trouve pas guidé dans un couloir spécial, le principal et, pour ainsi dire, le seul danger à redouter, c'est la rupture des chaînes.
Il est bien rare, en effet, qu'en cas de rupture un ou plusieurs ouvriers ne se trouvent pas écrasés par le fardeau qui tombe.
C'est donc un devoir étroit pour les ingénieurs et surveillants de chantiers de surveiller attentivement et constamment l'état des chaînes et d'en exiger le remplacement dès qu'elles n'offrent plus une absolue sécurité.
M. Barret conseille de changer toute chaîne qui a effectué 2,000 à 3,000 manœuvres à pleine charge. En général, ce conseil, peut-être trop rigoureux si on le généralise, n'est pas suivi et bien souvent on prolonge l'usage d'une chaîne plus que de raison.
On ne saurait cependant se tenir trop en garde contre les imprudences et les négligences en pareille matière.
Renseignements sur le poids des grues hydrauliques» le nombre et le prix de revient de leurs opérations. —
1° Poids :
Une grue de quai d'une tonne pèse 4.900 kilog.
Un élévateur d'une tonne et demie pour magasin 4.900 —
Une grue de trois tonnes, à double pouvoir 6.800 —
2° Nombre des opérations. — Une grue de quai peut faire trente-cinq à cinquante opérations à l'heure, suivant que la matière se prête plus ou moins à un chargement rapide des bennes.
Le nombre des grues à installer sur un quai se déduit donc facilement de la connaissance du tonnage journalier maximum.
3° Prix de revient. — En comptant à 5 p. 100 l'intérêt du capital de premier établissement et à 4 p. 400 l'amortissement, chaque tonne manutentionnée est grevée de fr. 16 à fr. 18 par l'installation hydraulique.
Les frais de manutention, compris intérêt et amortissement du capital de construction, frais de conduite et de manœuvre des appareils, s'élèvent à environ fr. 50 par tonne.
4° Redevances payées dans les ports pour r usage des grues. — A titre de renseignements, nous reproduirons les taxes perçues parla chambre de commerce de Boulogne pour l'usage de l'outillage hydraulique qu'elle a été autorisée & exploiter.
