CHAPITRE III

COMPTEURS POUR VOITURES. — DYNAMOMETRES. — REGULATEURS.

§ 1. — Compteurs.

Divers appareils ont été présentés comme moyen de contrôle pour" les voitures de place. MM. Bertrand et Addenet, Mculcy et Verdier ont exposé des compteurs qui donnent le détail du travail effectué par les voitures, en tenant compte des temps d'arrêt, des parcours à vide et à charge, de la vitesse de marche. Ces appareils sont un peu compliques; la mesure du chemin parcouru est déduite du nombre de tours des roues ; de là d'assez grandes difficultés de construction à cause des chocs et des déplacements que subissent les essieux pendant la marche ; ces difficultés ont été heureusement surmontées par MM. Mculey et Verdier, au moyen d'un levier à ressort. Si la complication de ces appareils ne les rend pas trop sujets à des dérangements, ils peuvent donner un contrôle exact et efficace.

Le compteur de M. Robert offre une disposition plus simple ; mais aussi il n'enregistre que la durée et le nombre des courses, sans tenir compte de la vitesse de marche, et il exige même, jusqu'à un certain point, l'intervention du voyageur.

§ 2. — Dynamomètres.

Les dynamomètres de M. Taurines sont destinés à mesurer

le travail de machines puissantes ; ils ont servi à faire des expériences nombreuses sur les machines-outils des ateliers dlndret et sur le travail développé par les machines des bâtiments à hélice ; l'effort exercé est mesuré par la déformation d'un resssort. Le dynamomètre de rotation pour machines de (> à 8 chevaux se compose de deux cylindres concentriques, solidaires, l'un du moteur, l'autre de la machine-outil; ils sont reliés l'un à l'autre au moyen de deux ressorts en arc de cercle fixés aux extrémités de quatre manivelles calées sur les cylindres, et transmettent, d'un arbre à l'autre, l'effort exercé sur l'un d'eux. Un troisième ressort transversal est assujetti par ses extrémités au milieu des deux premiers. Si on cherche à vaincre la résistance de la machine-outil, les deux ressorts circulaires se courbent, leurs milieux s'écartent, et le milieu du troisième ressort subit un déplacement longitudinal suivant la direction de l'axe de l'appareil. Ce déplacement est en rapport avec l'effort exercé ; il suffit donc de l'enregistrer sur une bande mobile pour obtenir un diagramme du travail produit.

De nombreuses expériences ont été faites sur les hélices de bâtiments à vapeur avec les dynamomètres de rotation et de poussée de M. Taurines, et elles out fourni des données précieuses montrant l'influence de la forme et du nombre des ailettes sur l'utilisation de la puissance de la machine et la régularité de la marche.

Nous croyons devoir cucorc citer ici la bascule à ressorts de M. Taurines, dont le principe diffère entièrement de celui sur lequel sont ordinairement basés les appareils de ce genre. M. Taurines appelle couple élastique le système de deux ressorts parallèles dont deux sommets opposés sont encastrés sur une même pièce inflexible , tandis que les deux autres sont l'un fixe et l'autre assujetti à ne se déplacer que sur le prolongement de sa direction. Quand une force agit de manière à produire un déplacement de ce genre, les ressorts se courbent, la pièce inflexible s'incline, et, si un levier de grande longueur est encastré sur elle, son extrémité subira un dépla-

PIÈCES DÉTACHÉES DE MACHINES, ETC. Il

cernent considérable pour une Irès-faible courbure des ressorts. En faisant reposer le tablier de la bascule sur quatre couples élastiques, et en transformant le mouvement du levier en mouvement d'une aiguille sur un cadran , M. Taurines a construit une bascule automatique très-sensible; l'aiguille s'arrête très-rapidement sur le chiffre qui correspond au poids placé sur le tablier, de manière à ce qu'on puisse faire les pesées en très-peu de temps; la lecture du poids est facile; enfin la pratique prouve la solidité et l'inaltérabilité de l'appareil.

M. Bourdon a construit un dynamomètre de rotation composé d'une lame de ressort, sur laquelle on exerce un effort proportionnel à celui qui est transmis du moteur à la machine. Deux arbres sont reliés par des courroies ou tout autre moyen, l'un au moteur, l'autre à l'outil; ces arbres sont parallèles, ils sont munis chacun d'une roue dentée à engrenage hélicoïdal ; l'arbre relié à la machine-outil peut se déplacer dans le sens de sa longueur, il n'est retenu que par la réaction du ressort sur le milieu duquel il vient s'appuyer. Si les roues d'engrenage avaient leurs dents génératrices parallèles aux axes des arbres, la transmission du mouvement produirait sur chaque dent en contact un certain effort qui se traduirait par une pression sur les paliers ; mais, à cause de l'inclinaison des dents, cet effort se décompose en deux forces, l'une dirigée verticalement et détruite par les paliers, l'autre dirigée parallèlement à Ys e ; cette dernière fait glisser l'axe jusqu'à ce que la réactio 1 du ressort lui fasse équilibre; une aiguille à levier suit les mouvements du ressort et indique, sur un cadran gradué, l'intensité de l'effort transmis. Il serait bien facile, d'ailleurs, de compléter cet appareil, de manière à lui faire enregistrer ses indications. Le dynamomètre de M. Bourdon offre cet avantage qu'on peut ne transmettre, à la partie délicate de l'appareil, qu'une trèspetite fraction de l'effort exercé ; il suffit pour cela de donner aux dents une très-faible inclinaison par rapport à la direction «le l'axe.

12 GROUPE VI. — CLASSE 53. — SECTION f.

Les dynamomètres exposés par M. Clair sont très-habilement construits. On sait que ces appareils sont tous basés sur l'emploi d'un ressort qui est placé entre la puissance et la résistance, et dont la déformation est enregistrée sur une feuille de papier animée d'un mouvement continu et semblable à celui de la manivelle ou de la roue sur laquelle agit la puissance. Pour les dynamomètres de traction, M. Clair a modifié les dispositions anciennement adoptées, de manière à ce que l'observateur puisse suivre le tracé du crayon pendant la durée de l'expérience.

Bien que le pandynamomètre de M. Hirn ait été examiné dans une autre classe, nous croyons devoir au moins mentionner ici le principe de cet appareil. M. Hirn mesure la torsion que subit un arbre de couche lorsqu'il est soumis à l'action de la puissance motrice et à celle de la résistance appliquée à ses deux extrémités. Si on détermine, par une expérience de statique, l'intensité du couple qui donne une torsion égale à celle qui se produit sur l'arbre pendant le travail, on aura l'expression du travail transmis, en multipliant le moment de ce couple par le nombre de tours de l'arbre; M. Hirn a réalisé plusieurs dispositions pour mesurer la torsion de l'arbre. On voit, par ce rapide exposé, que le pandynamomètre jouit à la fois de deux propriétés très-importantes; il peut être adapté aux organes employés dans les usines sans que ceux-ci subissent aucune modification, et il donne, à chaque instant, la mesure du travail transmis par le moteur aux machines qu'il fait fonctionner.

Le frein de Prony jouit de la première propriété, mais non de la seconde; le contraire a lieu pour les dynamomètres précédemment cités.

g 3. — Régulateurs.

En général, les régulateurs agissent directement sur la valve ou détente qui règle la puissance du moteur; mais, lorsque la manœuvre de cette pièce exige un effort assez grand, comme pour la vanne des moteurs hydrauliques, le régulateur ne sert

qu'à déterminer, au moyen d'un appareil d'embrayage, le sens dans lequel la machine elle-même fait mouvoir la vanne.

Parmi les régulateurs hydrauliques, nous citerons celui de M. Rieter. Avec cet appareil, la machine n'agit sur la vanne que lorsque les boules s'écartent de leur position moyenne ; quand elles reviennent en sens inverse, la vanne devient indépendante de la machine. Pour obtenir ce résultat, M. Rieter place deux systèmes d'embrayage sur l'arbre qui donne le mouvement à la vanne : l'un détermine le sens de la rotation, suivant que le régulateur monte ou descend, à partir de sa position moyenne; l'autre isole ou non la vanne de la machine motrice, suivant que le régulateur s'approche ou s'écarte de la mC'ine position.

11 résulte d'expériences faites sur cet appareil par M. Rieter, qu'un moteur hydraulique de plus de 100 chevaux, conduisant un atelier de construction de machines, avec une vitesse de 106 tours à la minute, ne subit pas de variations de plus de 10 tours par minute, et que la durée du temps qui s'écoule entre deux passages de la machine, par la vitesse moyenne, ne dépasse pas ordinairement trente à cinquante secondes.

Les régulateurs de machines à vapeur agissent directement sur la valve d'admission ou sur la détente; il faut, par conséquent, qu'ils aient une masse assez grande, surtout lorsqu'ils doivent agir sur une détente dont la mise en mouvement exige un effort notable.

On a cherché, depuis plusieurs années, à trouver des régulateurs isochrones, c'est-à-dire dont la vitesse d'équilibre fût indépendante de la position du régulateur et, par conséquent, du travail résistant, puisque à chaque position du régulateur correspondent une ouverture donnée de la valve et une puissance déterminée. Le régulateur à boule centrifuge de Watt ne jouit pas de cette propriété ; diverses dispositions ont été imaginées; elles donnent un isochronisme parfait ou approximatif, pour une certaine amplitude d'oscillations du pendule autour de sa position moyenne. On peut faciliter la solution du problème en

soustrayant l'appareil à l'action de la pesanteur; il suffit pour cela d'équilibrer chaque boule par une masse équivalente, placée de l'autre côté de son point d'appui. Ce résultat, de peu d'importance pour les machines fixes, en a beaucoup pour les machines marines.

L'isochronismc n'est pas la seule difficulté qui doive être résolue dans la construction d'un régulateur; il faut, en outre, que les amplitudes des oscillations, qu'il fait autour de sa position d'équilibre, forment une série rapidement convergente. Si Ton diminue brusquement l'intensité de la résistance opposée à une machine, la vitesse s'accélère jusqu'à ce que le régulateur ait atteint h position qui correspond à l'équilibre entre la puissance cl la résistance. Il est évi lent que plus le régulateur obéira rapidement aux indications du moteur, plus la marche de la machine sera régulière. Cette condition a été observée principalement dans deux appareils bien dissemblables d'ailleurs : le régulateur de M. Foucault et celui de M. Siemens.

En général, les régulateurs ont toujours la même vitesse que la machine; si celle-ci s'accélère, le régulateur cesse d'être en équilibre, il se déplace et réagit sur la délente; mais, dans les appareils que nous venons de citer, il n'eu est pas ainsi : le régulât sur est relié à la m ichine par un intermédiaire tel que, si la vitesse da la machin? change, le régulateur continue à se mouvoir avec la vitesse qu'il possédait auparavant, et, par le seul fait de ce désaccord, le moteur lui-même agit sur la valve d'admission de vapeur, d'autant plus énergiquement que le désaccord est plus grand, et avant que le régulateur ne commence à se déplacer sous l'action de la variation de force centrifuge.

Dans le régulateur <le Walt, les bras qui supportent les boules sont fixés à un arbre vertical mû par la machine ; dans le régulateur de M. Foucault, ces bras sont fixés à une chape qui repose sur le sommet de l'arbre, et le mouvement se transmet aux boules par l'action du manchon; à

PIÈCES DÉTACHÉES DE MACHINES, ETC. io

cet effet, l'arbre porte ua pas de vis dont le manchon forme l'écrou; enfin, au-dessus de la chappe et faisant corps avec die, est un volant. Pour obtenir l'isochronisme, M Foucault relie les deux boules par un ressort à boudin dont les points d'attache sont placés sur les boules, en dehors de la ligne des centres. Nous devons ajouter que M. Farcot avait été conduit, en même temps que M. Foucault, à adopter cette disposition de ressort, qui donne une solution d'isochronisme approximatif très-suffisante pour la pratique.

Quand la vitesse de l'arbre moteur augmente, le régulateur conserve sa vitesse primitive, et alors la vis presse sur son écrou et le force à remonter, ce qui modifie immédiatement la position de la valve d'admission, et, par suite, la puissance du moteur; dans un régulateur ordinaire, le mouvement ascensionnel des boules ne se serait fait sentir qu'après que la force centrifuge aurait été assez intense pour vaincre l'inertie de tout le système. La masse du volant a une trèsgrande influence sur la convergence des oscillations; si cette masse est très-considérable , le régulateur cesse d'être un régulateur de vitesse et les oscillations disparaissent; la résistance vient-elle à varier, le régulateur tend à passer directement de la position qu'il occupe à celle qui lui convient désormais.

M. Siemens a exposé un régulateur d'un système entièrement nouveau, dont nous allons essayer de donner une idée. L'arbre, mû par la machine, est terminé par une plate-forme qui sert de support à l'axe du régulateur; la plate-forme est munie d'un rebord denté à l'intérieur, et l'axe porte une roue dentée de même hauteur que celle de la plaie-forme ; mais la différence des rayons de ces deux roues , est assez grande, et deux autres roues dentées, symétriquement placées et égales, forment liaison entre les premières. Dans ces conditions, le mouvement de l'un des axes se transmet à l'autre, et si les vitesses des deux axes sont de sens contraire et dans le rapport résultant de la forme des engrenages, les centres

des roues intermédiaires resteront fixes dans l'espace ; si Taxe du régulateur n'offre aucune résistance, et que le déplacement des roues intermédiaires, qui sont liées entre elles par un disque et reliées à la valve d'admission de vapeur, exige un certain effort, l'axe du régulateur aura toujours la vitesse correspondant à celle de la machine; si, au contraire, une certaine résistance est opposée par le régulateur, les centres des roues intermédiaires se déplaceront et modifieront la position de la valve d'admission.

Voici comment M. Siemens provoque la résistance du régulateur : l'axe de cet appareil est surmonté d'une coupe à section parabolique et de révolution, ouverte à ses deux extrémités, et qui est enveloppée dans une boîte cylindrique fermée, contenant de l'eau jusqu'à une certaine hauteur au-dessus du fond de la coupe ; dans le mouvement , l'eau , entraînée par la coupe, comme si elle était contenue à l'intérieur d'un vase fermé, s'élève contre les parois, et, à partir d'une certaine • vitesse, est projetée par-dessus le bord. Cette coupe porte extérieurement une série d'ailettes contre lesquelles l'eau vient choquer en retombant au fond de la boîte-enveloppe; de là une résistance qui croît avec la vitesse, et à cause de l'intensité croissante du choc, et à cause de l'augmentation du volume d'eau projeté.

Cet appareil, un peu modifié, a pu être appliqué à régler les pendules électriques et a donné des résultats d'une exactitude remarquable. La vitesse d'équilibre dépend du niveau auquel l'eau monte dans la boîte-enveloppe, et il est facile de le maintenir toujours à la môme hauteur.

M. Roland a inventé un système de régulateur absolument isochrone et composé de deux plateaux reliés par deux, trois ou quatre losanges articulés à un troisième plateau intermédiaire calé sur l'arbre de la machine. Les deux première peuvent se déplacer sur l'arbre qui leur sert de guide et d'axe; chaque losange porte une boule sur l'un de ses

côtés terminas au plateau fixe; les bras de leviers de ces masses sont très-courts.

M. Roland a cherché ainsi à diminuer le moment d'inertie qu'il considère comme la cause des oscillai ions à longues périodes. Une relation très-simple existe entre la vitesse, la masse des boules et celle des plateaux extrêmes; elle est indépendante de la position des boules, et il suffit décharger d'un poids additionnel les plateaux mobiles pour modifier la vitesse correspondant à l'équilibre.

M. Larivière a exposé les régulateurs connus déjà, depuis plusieurs années, sous son nom. Un piston mobile dans un cylindre est relié à la valve d'admission; l'un «les compartiments du cylindre communique avec une pompe à air mue par la machine, et avec l'atmosphère par une ouverture dont ou peut faire varier la section : suivant le rapport qui existe entre les vitesses d'entrée et de sortie de l'air, le piston se maintient à un niveau plus ou moins élevé et ouvre plus ou moins la valve d'admission de vapeur. Cet appareil est adopté par un très-grand nombre de constructeurs.

M. A. Bemiesl a exposé un système de régulateur à poids. La manœuvre de la valve résulte de la différence de vitesse de deux roues semblables, l'une à mouvement constant, réglé par un balancier, l'autre en relation directe avec la machine. Une chaîne sans fin passe sur les deux roues, et la partie de la chaîne comprise entre elles est tendue par un poids, qui est soulevé ou abaissé suivant que l'une ou l'autre des deux roues possède la plus grande vitesse ; de là, un déplacement vertical dont on se sert pour actionner la valve. Le régulateur de M. Beniiest présente une assez grande complication et exige probablement un entretien très-soigné; enfin, il ne peut convenir que pour une machine fixe.

M. Farcot a exposé un régulateur isochrone h boules équilibrées, pour machines marines. Nous avons déjà dit comment M. Farcot obtient l'isochronisme ; toutes les causes

qui tciitlcnt à altéra' lu marche de l'appareil sont détruites dans ee régulateur, qui ne présente d'autre défaut qu'une assez grande complication, peut-être plus apparente que réelle, car elle est duc, en partie, au croisement des pièces réunies dans un espace restreint; un mécanisme spécial permet de taire varier la vitesse d'équilibre. Dans le modèle exposé, il faut, pour produire ce changement , arrêter la marche du régulateur ; mais, dans un nouvel appareil déjà combiné, cet arrêt de la machine ne sera plus nécessaire.

Le régulateur Porter est un pendule conique dont les boules sont très-petites par rapport au manchon en forme (l'urne auquel elles sont reliées.

Le régulateur Pickering est formé de deux disques parallèles reliés par trois ressorts plats; l'un des disques est fixé sur un arbre creux mù par la machine, l'autre sur une tige qui traverse l'arbre et dont l'extrémité inférieure est attachée à la soupape-valve qui règle l'admission de vapeur. Quand la vitesse croit, les ressorts se courbent, le disque supérieur s'abaisse et ferme la soupape.

Les régulateurs Porter et Pickering sont très-employés en Angleterre et aux États-Unis ; ils ne fonctionnent bien qu'à une vitesse de 250 à 400 tours par minute.

Dans l'appareil de Judson, les tourillons des bras du régula leur sont placés à une certaine distance de l'axe, et les bras c mêmes sont prolongés au delà de ces tourillons du côté de l'axe. Quand les boules s'écartent, par exemple, les prolongements des bras prennent un mouvement en sens contraire de celui des boules ; ils pressent alors sur la tige d'une valve disposée comme dans le régulateur précédent. Cet appareil est d'une construction simple.

Nous avons considéré les régulateurs au point de vue de la régularité qu'ils impriment à la machine; mais il est un autre point de vue, qui présente une grande importance pratique et qui est souvent laissé de coté par les conducteurs. L:; rairleumt d'une machine peut différer dans

de très-larges limites , suivant que le régulateur agit sur la détente ou sur une valve placée dans le conduit d'amenée de la vapeur. Le dernier système est plus général, et peut S'appliquer indistinctement à toutes les machines; le rétrécissement du passage de la vapeur est évidemment nuisible, mais cet effet est sensible, surtout quand la résistance est faible et que, par suite, la consommation de vapeur est ellemême très-petite. Si le régulateur agit au contraire sur la détente, la détente diminue, lorsque la résistance est très-grande, et la perte de vapeur est alors au maximum. D'après cela, on peutdirequ'il sera indifférent d'agir sur l'admission de vapeur ou sur la détente, pour les machines qui marchent habituellement avec toute leur puissance, et plus avantageux d'agir sur la détente, pour celles qui n'ont, le plus souvent, à vaincre qu'une résistance bien inférieure à leur puissance dans la marche et avec la détente normale.