DES CHANGEMENTS DE MARCHE
141. — Un grand nombre de machines doivent être organisées de telle sorte qu'on puisse rapidement changer le sens du mouvement de Tarbre de couche ; exemples : locomotives, machines marines, machines d'extraction. Dans ce cas, elles comportent d'ordinaire deux cylindres, actionnant des manivelles calées à angle droit sur l'arbre de couche ; quelquefois, il y a trois cylindres.
On a vu qu'une machine, ramenée au type simple déjà mentionné» tourne dans un sens tel que l'excentrique précède Tarbre de couche. Pour changer le sens du mouvement, il suffira donc de modifier le calage de Texcentrique.
On y arrive par deux moyens :
1^ Excentrique à toc. L'excentrique est fou sur l'arbre, mais il est entraîné dans un sens ou dans Taulre au moyen d'un toc ou arrêt fixé à l'arbre et s'appuyant successivement sur deux butoirs fixés sur l'excentrique. 29 Double excentrique. Chaque excentrique a un calage spécial et peut être attelé séparément à la tige du tiroir.
149. Cban^ement de niArehe A toc. — Voici le changement de marche employé dans les anciens steamers à roues (fig. 51) :
0 M, manivelle ; TT', encoche de l'excentrique, dont les faces T et T' forment butoirs ; F, toc.
Dans la situation de la figure, la machine tourne dans le sens de la flèche et appuie le toc contre le flanc T. La machine étant stoppée, on vire à bras en sens inverse, jusqu'à ce que le toc F vienne en contact avec T', la manivelle venant en 0 M', il est clair alors que la machine partira dans le sens opposé à celui de la flèche, en continuant k appliquer ^'^* le toc contre T'.
Au lieu de virer à bras, on peut faire la manœuvre comme il suit : déclencher la bielle d'excentrique, organisée ad hoc^ faire mouvoir le tiroir à bras, de manière à déterminer le départ rétrograde ; le mouvement se continuera de lui-même.
Le déclenchement usité est le suivant (fig. 52):
B, bielle d'excentrique; T, manneton venu sur la tige du tiroir. Fig. 52.
Le déclenchement est produit quand le levier AD a la situation de la figure ; si l'on dégage l'arrêt E, le bras A C du levier se couche horizontalement, et la bielle d'excentrique, en retombant, saisit le manneton T.
Pour renverser sans stopper, il faut donner à Texcentrique un mouvement relatif par rapport à Tarbre dans le sens du mouvement de la machine, c'est-k-dîre un mouvement absolu de rotation plus rapide que celui de l'arbre. On emploie pour cela les trains épicycloïdaux.
Cban^ement de marcbe Miuscllne (fig. 53). — L'excentrique 0 E fait corps avec un pignon A fou sur Tarbre ; le train épicycloîdal, composé d'une roue dentée B engrenant avec A et d*un pignon C solidaire de cette roue, est commandé par une foue D calée sur Tarbre 0 et engrenant avec C.
La distance des centres 0 et C est maintenue par un levier dont le mouvement peut être arrêté par un obstacle F ; dès lors le pignon A tourne dans le sens de la flèche avec une vitesse plus grande que la roue D, ce qui produit le décalage de l'excentrique.
Dans la pratique, le levier 0 C fait partie d'un volant à main concentrique à Tarbre.
Dans les machines marines du type Mazeline, Tarbre de distribution B (fig. 54) est parallèle à Tarbre de couche, qui le commande par deux roues
Fig. 53.
Coupe suivant UV:
Coupe surXT
Détml âeràssemllago da Volant
Fig^. 54.
dentées égales A et A' ; la roue A' est calée sur l'arbre de couche ; la roue A est folle sur l'arbre B, mais elle entraine un manneton ou toc D fixé
DES ORCANBS DE DISTRIBUTION 99
par une manivelle F sur TarbreB; le manneton peut prendre successivement les deux positions D, N, en parcourant une rainure en arc circulaire, pratiquée dans la roue A. Le train épicycloïdal H I tourne sur Taxe G fixé à la contre-manivelle F' ; le pignon K est fou sur l'arbre B et réuni à frottement très dur au volant à main L par un cône de friction M, dont le calage est réglé de telle sorte, qu'un effort trop considérable exercé sur le volant détermine un glissement et non la rupture de Tarbre.
Malgré cette précaution et d'autres analogues employées dans la marine, le renversement en pleine marche est une opération qui peut devenir dangereuse à cause des chocs qui se produisent au moment où le toc arrive au contact. On préfère aujourd'hui la coulisse de Stephenson, dont nous allons parler.
413. ClftAn^emeiit de marelie à deux exeentrl<|ae«. — Deux excentriques à calages différents sont fixés à l'arbre ; la bielle de chacun d'eux peut être mise en prise avec la tige du tiroir ; l'un détermine la marche en avant ^ l'autre la marche en arrière.
Fig. 55.
Dans les anciennes locomotives (fig. 55), chaque bielle est terminée par un pied de biche B, B', qui vient successivement en prise avec le manneton A, commandant le tiroir ; un seul déplacement de la tringle de relevage T, en avant ou en arrière, renvoyé par des mouvements de sonnette aux deux bielles, suffit pour déterminer le renversement de marche.
444. Goiilte«e de Stepbenaon. — Le système des deux pieds de biche ne tarda pas à être remplacé par la coulisse de Stephenson (fig. 56) plus simple et d'une manœuvre plus sûre.
On s'aperçut bientôt qu*en plaçant le coulisseau G en des points inter^ médiaires entre les deux extrémités de la coulisse, on modifie la distribution et Ton augmente la détente.
Dès lors, on adopta pour opérer le relevage un levier de changement de marche, muni d'un verrou à ressort qui mord dans les crans de détente pratiques sur un arc fixe A ; on peut ainsi arrêter le levier en diverses positions ; ce levier agit sur Varbre de relevage B, par l'intermédiaire de la tringle T.
Le frottement du tiroir sur sa glace est considérable et se transmet par
lOG
les divers organes, jusqu^au levier L. Si donc, pendant la marche, on vient à déclencher le verrou, le levier est violemment projeté et blesse le mécanicien. La manœuvre du levier doit donc toujours être précédée de la fermeture du régulateur de prise de vapeur, afin de décharger les tiroirs; ce qui occasionne une perte de temps souvent dangereuse.
Fig. 57.
Aujourd'hui, le levier à verrou est remplacé par le changement de marche à vis (fig. 57), qui se j V Z^^^fF^ manœuvre avec toute se-
d lo^pHM[6w^^ (pEfe:^ curité, même en pleine
I \\. XL^^'y/ \JuLv marche ; un petit verrou
^trrrtr Y^ mordant sur un man-
chon à crans, permet d'arrêter le volant; une réglette R porte l'indication des détentes.
Cet appareil a rendu réellement pratique l'emploi de la détente variable et de la marche à contre-vapeur sur les pentes.
Avec l'ancien appareil, les variations de puissance ne s'obtenaient qu'en étranglant la vapeur au moyen du régulateur et la contre-vapenr n'était presque jamais pratiquée.
145. Epure approximative de la coallnse. — Les mouvements des diverses pièces d'une distribution par coulisse sont fort compliqués (i) ; mais il est facile de se rendre compte approximativement du jeu de l'appareil, en négligeant Tobliquité des bielles d'excentrique et de la coulisse.
(1) Consulter : Phillips, Théorie de la coulisse. Annales des mines, 1853 ; Zeuner, DisttHbutions par tiroirs^ traduction Debize et Mérijot* Dunod, 1869 ; Couche, Voie et ma* tériel roulant, Dunod, 1876.
DES ORGANES DE DISTRIBUTION
Dans cette hypothèse, les deux articulations de la coulisse décrivent des droites horizontales, et leurs mouvements sont les mêmes que ceux des projections horizontales des centres d'excentricité.
Traçons (fig.58) deux horizontales Y Y, ZZ, à la hauteur moyenne des centres d'articulation de la coulisse.
0 M étant la manivelle, traçons les deux excentriques OA et OB (supposés, dans la figure, égaux et faisant avec la manivelle des angles égaux) ; dans la rotation de l'arbre, les projections verticales Al Bi de A et de B parcourront Y Y et Z Z entre aa^ et bb' et figureront les excursions du tiroir, mis en prise avec Tune ou l'autre des extrémités de la coulisse. Les déplacements sur l'horizontale ce' de la projection verticale d'un point quelconque (ci c) pris sur la droite (A| Bi, A B) figureront les mouvements du point correspondant pris sur la corde de la coulisse. Si donc le tiroir est attaché à la coulisse à une hauteur D Ci au-dessous de l'articulation supérieure, ce sera comme s'il était conduit par un excentrique /îcd/ ayant 0 C pour rayon et M 0 G pour angle de calage (1).
La fig. 59 est l'épure circulaire de la distribution pour diverses positions du levier de changement de marche.
A, B, excentriques réels.
a, leurs avances angulaires.
A|, A51, excentriques fictifs correspondant à diverses situations du levier de changement démarche.
Aq, Excentrique fictif cor- Ci) Cette épure n'est autre que celle de i'hyperboloTde de révolution engendré par une droite (AB, AiBi) tournant autour de Taxe 0. — Le contour apparent de cette surface, ainsi que son cercle de gorge, ont été tracés sur la fig. 58.
Fig, 58.
respondant au point mort (c'est-à-dire au milieu) de la coulisse. H, commencement de l'admission.
J, fin de l'admission.
K, commencement de Téchappement.
I, fin de Téchappement. H A, avance à l'admission.
A J, pleine pression.
JK, détente.
K X, avance k l'échappement.
XI, échappement.
IH, compression.
Les mêmes letlres,avec des indices, se rapportent aux diverses situations du levier de changement de marche.
On voit sur cette épure qu'^ mesure que le coulisseau se rapproche du milieu de la coulisse (appelé point mort de la coulisse) : Les avances à l'admission et à l'échappement augmentent ; La détente augmente beaucoup ;
La compression augmente aussi, mais moins rapidement que la détente (sauf tout près du point mort).
1411. Coulisseau au poAnt mort. — Quand le coulisseau est à micourse (on dit improprement : au point mort), l'avance à l'admission est égale à la pleine pression, l'avance à l'échappement est égale à l'échappement, et la détente égale à la compression. Voici la figure du diagramme correspondant (fig. 60) :
A A', commencement de l'admission.
A' B, admission anticipée.
6 C coïncidant avec A' B, pleine pression. C D, détente.
D D', avance à l'échappement.
E F, échappement, coïncidant avec E D'. D' A, compression.
Le travail développé est positif (i) et égal à l'aire C D D' A.
Ainsi, une machine étant lancée, si l'on place le coulisseau au point mort, la machine continuera à produire du travail, quel que soit le sens de la marche. La même chose a lieu à une petite distance de part et d'autre du point mort.
141'y. Corrections diverses. — Dans l'épure (fig. K8), nous avons supposé que le tiroir était attaché directement à la coulisse et qu'il se
(1) Sauf le cas, qui ne se rencontre pas dans la pratique, où, Tabscisse du point G étant très petite, D passerait au-dessous de D'.
DES 0R6ÂNBS DE DISTRIBUTION
mouYait parallèlement à la droite UT, joignant le centre de l'arbre au milieu de la coulisse.
Les moyens employés pour faire voyager le coulisseau varient beaucoup, et il y a lieu d'en tenir compte pour obtenir une réglementation exacte.
Dans la figure 56, la bielle de relevage D E agit sur la coulisse, en faisant tourner l'ensemble de la coulisse et des deux bielles autour de l'arbre de couche ; dans cette rotation, le mouvement relatif des diverses pièces de la distribution par rapport à la glace sera le même que si, la coulisse restant immobile, la glace, le tiroir et la tige tournaient en sens contraire autour de larbre de couche ; dans ce mouvement, les arêtes des lumières décrivent des arcs concentriques à Tarbre.
Soit (fig. 61), 0 A, 0 B les deux excentriques, G le coulisseau au point mort, le tiroir L étant
dans sa position moy- M^
enne ; la droite verticale E 6 F d'après l'épure du § 145 représente le lieu des positions du coulisseau correspondant à la position moyenne du tiroir. Mais si nous donnons à l'ensemble du tiroir et de sa tige un mouvement de rotation autour du point 0, représentant un déplacement de l'arbre de relevage, le coulisseau viendrait en I en décrivant autour de 0 l'arc de cercle GI.
La coulisse rectiligne que nous avons supposée, aurait donc pour effet de déplacer la position moyenne du tiroir sur sa glace. Pour éviter cet inconvénient, on donne à la coulisse la foriiie d'un arc de cercle, dont le rayon est égal à la longueur des bielles d'excentrique (prise du centre d'excentricité au centre d'articulation sur la coulisse).
D'autres corrections, d'une moindre importance, doivent être apportées, qui dépendent des circonstances suivantes :
1* Position du point de suspension de la coulisse : dans la figure 56, la suspension a lieu par le bas, et par le milieu dans la figure 62 ; souvent le point de suspension est placé en dehors de la ligne moyenne ; la longueur de la bielle de suspension joue aussi un rôle.
a* Longueur des bielles et de la coulisse, et mode d'articulation des bielles : sur l'axe ou en dehors de l'axe de la coulisse.
30 Mode de guidage de la tige du tiroir.
Ces corrections ne peuvent bien être exécutées que sur des modèles à grande échelle ; l'épure approximative sert à indiquer dans quel sens elles doivent être faites et ii simplifier les recherches.
Fig. 01.
Enfin il y a lieu de tenir compte de Tobliquité de la grande bielle, dont on corrige les effets comme dans le cas de l'excentrique simple.
Fig. es.
148. Variété» de la eoulUMie de Stepbenson.— Cou/tss^ de Gooch, ou coulisse renversée. La bielle de suspension À 6 (fig. 63) oscille autour d'un point fixe B et la bielle de relevage C D agit sur une bielle E F articulée à la tige T du tiroir.
Et
Fig. 63.
La concavité de la coulisse doit être ici tournée du côté du tiroir et son rayon égal à la longueur de la bielle E F.
Cette disposition atténue certaines perturbations presque inévitables avec la coulisse droite (coulisse de Stephenson ordinaire). Son principal avantage est de charger moins l'arbre de relevage et de donner plus de fixité à la suspension de la coulisse, de manière à mieux résister aux efforts des bielles qui tendent à la rejeter hors du plan vertical dans lequel elle doit se mouvoir.
Dans la coulisse d'Allan (fig. 64), la bielle du tiroir s*élève quand la coulisse s'abaisse ; ce double mouvement permet, avec des proportions convenables, de donnera la coulisse une forme rectiligne.
La coulisse, sous ces différentes formes, donne, en somme, une distribution assez irrégulière, aussi défectueuse, pour les grandes détentes, que
DXS ORGANES DE DISTRIBUTION
la distribution par excentrique simple et tiroir en coquille, dentelle dérive.
On a tenté d'appliquer aux locomotives la distribution Meyer, soit sous
sa forme ordinaire (anciennes locomotives bavaroises), soit,d'une manière
plas pratique, sous la forme représentée figure 65, qui constitue la distribution Polonceauy laquelle a fonctionné longtemps, non sans succès, au chemin de fer d*Orléans.
Fig. 65.
Cette distribution n'est autre que la distribution Meyer, dans laquelle la variation de la détente est obtenue, non plus par une modification dans le découvrement de la glissière, mais par le changement du rayon et du calage de l'excentrique.
A cet effet, le tiroir est commandé par une coulisse (de Gooch), mais le levier ne peut s'arrêter qu'aux deux situations extrêmes, de sorte que le tiroir n'est jamais en prise qu'avec Tun des deux excentriques, ce qui constitue une détente fixe. La glissière est commandée par un coulisseau glissant dans une coulisse accolée à la première, et peut y occuper diverses positions, ce qui revient à faire mouvoir la glissière par un excentrique à calage et à rayon variables.
Les divers éléments de cette distribution étant convenablement combinés, donnent une solution très satisfaisante de la détente variable avec changement de marche.
Néanmoins cette disposition a été abandonnée dans les locomotives à cause de sa complication et des grandes dimensions du tiroir et de la boîte à vapeur. On en est revenu, presque exclusivement, à la coulisse ordinaire (droite ou renversée), qui constitue, jusqu'ici, l'appareil le plus simple et le plus sûr de changement de marche, s'accommodant, dans une mesure suffisante, avec la variation de la détente.
On remarquera d ailleurs que les grandes détentes ne s'emploient, dans les locomotives, que lorsque Ton marche à grande vitesse ; et alorsjes avances exagérées que donne la coulisse cessent d'être un inconvénient et deviennent même nécessaires.
Avec les machines Compound de la marine, dans lesquelles la détente dans chaque cylindre est toujours modérée, la coulisse répond bien aux conditions du problème, et son emploi est de plus en plus répandu.
149. Autres «ysténies de distribution. — Nous n'avons mentionné que les systèmes de distribution consacrés par la pratique. Nous en verrons quelques autres appliqués à des machines spéciales, notamment aux machines qui ne comportent pas d*arbre de couche animé d'un mouvement de rotation.
Une étude plus étendue des distributions dépasserait les bornes de ces leçons.
VOLANTS ET MODÉRATEURS DE VITESSE
