MARTEAU-PILON DE MM. FARCOT

(planche 48)

ENSEMBLE DE LA CONSTRUCTION

La fig. 1 de la pi. 48 représente l'ensemble de ce marteau à vapeur en coupe verticale par Taxe du cylindre moteur;

La fig. 2 en est une vue extérieure regardée du côté de la distribution;

Les fig. 3 à 6 sont des coupes des parties principales, et les fig. 7 à 9 rcprésentenft des détails d'exécution.

L'ensemble de cet outil est formé de trois parties principales, qui consistent dans le cylindre A assemblé avec un bâti en fonte en forme de console ou potence B; ce bâti est lui-môme fixé dans une base également en fonte C, nommée chabotte, qui s'appuie sur un massif très-solide, et porte l'enclume sur laquelle agit le marteau.

L^ cylindre renferme un piston en fer D dont la tige E, forgée de la môme pièce, possède une section suffisante pour constituer directement, avec le piston D, le marteau môme; seulement la partie inférieure de la tige, par laquelle l'outil agit, est garnie d'un sabot F, rapporté en acier.

Dans la plupart des marteaux-pilons, la vapeur fournie par la chaudière, et distril)uée*à l'aide du tiroir, est introdjLiile au-dessous du piston pour le soulever. Dans la disposition aciuelle, la vapeur distribuée arrive au-dessus du piston et le précipite; puis il est relevé ensuite à l'aide d'un ressort pennanent constitué par de la vapeur, à une pression inférieure à celle de la chaudière, et renfermée dans le bâti B qui est fondu creux à cet effet. Ce bâti est terminé en bas par une partie de forme pyramidale par laquelle il s'assemble avea la chaholte C qui présente un vide de môme forme, mais plus grand, de façon à réunir le^ deux pièces avec des cales de bois serrés à l'aide de coins en fer ou langues.de carpe. L'interposition d'une matière élastique dans le joint est nécessitée par la violence des chocs sur l'enclume, ce qui, sans cela, occasionnerait la rupture ou au moins IfL désorganisation des assemblages du mécanisme.

Là chabotle C repose sur un bâti G formé d'une double épaisseur de fortes pièces de bois solidement reliées entre elles par des boulons, et appuyé sur un massif ep béton ; cette disposition est motivée,'comme on vient de le dire, par les chocs répétés du marteau qui donnent lieu h des ébrimiements considérables répercutés à de grandes distances dans le sol, qui doit présenter alors une assise extrêmement solide et profonde. Le centre de la chabotte est disposé pour recevoir l'enclume H

MAUTKAUX-PILONS. 40;^

dont nous examinons plus loin la construction en détail. Faisons remarquer dès à présent que cette enqlume, qui se raccorde du reste avec la position du marteau, est oblique par rapport à Taxe général du bâti , afin iie réserver le dégagement nécessaire à la pièce pi'ésentée au martelage.

Cette obliquité n'existe pas dans les marteaux dont le bâti forme une cage à double jambage, pu piédroits entre lesquels on peut facilement laisser un grand intervalle libre pour manœuvrer. Néanmoins il n'est pas inutile de faire remarquer qu*avec cette disposition à support simple, Toutil est parfaitement accessible en tous sens.

Après cet aperçu général de la structure de l'appareil , nous devons examiner ce qui concerne spécialement la distribution de vapeur.

La partie supérieure du cylindre est recouverte d'un chapeau en fonte I dont l'intérieur, d'un plus grand diamètre que le piston b, est alésé et renferme une plaque mince J qui remplit aussi Toifice de piston, mais complètement libre, et au-dessus duquel on fait arriver de la vapeur pour servir de matelas élastique contre le choc supérieur du marteau. Au-dessous de ce chapeau le cylindre porte deux conduits a (fig. 5) qui viennent se raccorder à deux tubulures semblables 6, appartenant à la boîte K dans laquelle se trouve renfermé le tiroir de distribution L.

La fig. 3 est une coupe, à l'échelle de 1/10, de celte boite et du' tiroir, suivaut la ligne 1-2 des fig. 4 et 5, et ramenée verticalement;

La fig. 4 est une section semblable à la fig. 1^ suivant la ligne 3<4des fig. 3 et 5;

La fig. 5 en est une section suivant la ligne 5-6 des fig. 3 et 4, et projetée horizontalement.

Ces figures montrent que le tiroir est un cadre à jour dont les deux faces frottent exactemedt sur les deux parois de la boîte, et que son intérieur est disposé pour mettre en rapport, au moment voulu, les deux canaux b avec un autre canal c ménagé à la boite, et terminé extérieurement par une tubulure à laquelle s'adapte un tuyau M affecté à l'échappement de la vapeur, lorsque le piston du marteau remonte. La vapeur du générateur, qui doit projeter le marteau sur l'enclume, est amenée par un autre conduit N qui s'ajuste à une tubulure appartenant au couvercle K' de la boîte à vapeur.

Cette vapeur entoure alors le tiroir qui ne lui donne accès dans le cylindre A que lorsque ses bords supérieurs sont abaissés au-dessous des deux canaux b; nous venons de faire remarquer que l'autre position, celle représentée par les figures du dessin, correspond à la période d'échappement.

La disposition adoptée pour ce tiroir a pour objet principal de le rendre équilibré, ce qui a effectivement lieu, puisque la vapeur active l'enveloppe de toutes parts et que ses deux tables frottantes sont exactement parallèles. On comprend facilement que cetto condition est indispensable, puisque ce tiroir est manœuvré à la main et qu'il doit de toute façon se déplacer avec beaucoup de rapidité.

Le tiroir est en effet amené dans ces deux positions opposées par Touvrier qui dirige le marteau, en agissant sur un levier 0, lequel est relié, par un mécanisme de renvoi, à la tringle d qui le rattache à ce tiroir. Ce mécanisme est Composé d'un

axe horizontal e, fixé sur des supports rattaches au bâti B, et muni d*une petite manette /'assemblée, par articulation, avec la tringle d. Cette dernière est guidée, vers le milieu de sa longueur, par un manchon tixe g formant en même temps point d'appui à deux ressorts à boudin qui sont enroulés sur la tringle et tendent continuellement h Taire remonter le tiroir à la position d'échappement.

Il part de la boite de distribution deux autres conduits h eti qui ont pour objet d'effectuer les fonctions que nous allons faire connaître.

Le tube h part d'une tubulure appartenant au fond rapporté K' de la boîte K, et communique, par Tintermédiaire d'une soupape régulatrice P, avec rintérieur du bâti B;- la vapeur qu'il y amène, et que l'on maintient à une pression inférieure à celle du générateur qui la fournit, constitue un ressort permanent ayant pour objet de relever le marteau à chaque coup frappé. Ce réservoir se trouve, à cet effet, en communication constante avec le cylindre A, et au*dessous du piston, par un double orifice j; aussitôt que le marteau vient frapper sur Tenclume, le conducteur laisse remonter le tiroir, et,Ja partie supérieure du piston D se trouvant en libre communication avec l'atmosphère, la pression du réservoir B prédomine et suffit pour relever le marteau.

L'autre tube t part du dessus de la boite du tiroir et correspond avec le chapeau I à l'intérieur duquel se trouve le diaphragme mobile J'. Lorsque le marteau s'élève^ lancé par la pression du réservoir B, il faut qu'une pression élastique l'arrête et l'empêche, le cas échéant, de choquer le fond du cylindre. S'il arrive en effet que le piston D dépasse un peu sa course normale, il vient frapper contre le diaphragme J, dont la surface est double de la sienne et qui supporte en sens inverse une pression correspondanle. Il cède alors, mais d'une faible quantité, en comprimant la vapeui* qui le presse; pour. que cette vapeur fasse résistance, le tuyau i qui l'amène a une très-faible section , et même on place en un point de son développement un petit clapet de retenue qui empêche celte vapeur de retourner à la boite du tiroir.

Quant aux eaux de purge provenant de cette vapeur, elles sont renvoyées, par un petit tube k, dans le réservoir de pression B.

En réservant pour la description détaillée l'explication de la soupape régulatrice P^ dont nous avons indiqué ci-dessus l'usage, nous pouvons résumer dès à présent le fonctionnement général de tout l'appareil.

La vapeur est amenée directement du générateur par le conduit N, dont la partie inférieure est munie d'une boite h soupape Q pour régler cette introduction; ce conduit l'amène dans la boite du tiroir d'où elle pénètre dans le réservoir de pression B et dans le chapeau J du cylindre. Son admission dans le réservoir B a lieu,comme nous l'avons dit, par la soupape régulatrice P à laquelle aboutit le conduit h et qui correspond, par une deuxième tubulure, avec le réservoir à l'intérieur duquel on a disposé un tube de prise h\ La vapeur, ainsi confinée dans le réservoir, ne circule pas, et la soupape P n'en laisse entrer de nouvelle qu'autant que la pression s'est abaissée au-dessous du point auquel elle doit être maintenue pour être cnpable d'élever le marteau. Le réservoir, dans lequel une certaine quantité de va-

peur se condenso. nécessairement, peut aussi recevoir un volume d'eau additionnel dans le but d*en modifier la capacité et la mettre en rapport avec le degré de compression que la vapeur subit lorsque le marteau s*abaisse. Un robinet S est appliqué à cet eCTel à la partie inférieure du bâti.

• Dans cet état il suffit d'agir sur le.levier à^main 0 pour faire n>ouvoir le. tiroir et mettre le marteau en fonclioii. La vapeur introduite au-dessus du piston D chasse le marteau qui descend en comprimant la vapeur du réservoir B, laquelle, ainsi qu*il a été dit, doit être maintenue à une pression inférieure à celle de la chaudière. Aussitôt le tiroir abandonné, et remontant par reflet des ressorts placés sur la tige d, la vapeur du dessus peut s*échapper et celle contenue dans le réservoir B, tendant à reprendre la pression suivant laquelle elle se trouve en équilibre avec le marteau, le soulève en se détendant.

Le nombre de coups frappés à Tunilé de temps dépend ainsi de la promptitude avpc laquelle on agit sur le levier 0; il en est de même de la hauteur de chute, puisque le marteau cesse de s*élever aussitôt que Ton commence à introduire la Tapeur au-dessus du piston D, et que Ton est maître de lefaire en tel point de sa course ascensionnelle. On peut également modérer Ténergie du coup frappé en interceptant l'entrée de la vapeur avant la fin de la chute, ce qui, dans celle circonstance, fait fonctionner la vapeur avec détente.

L'énergie d'un marteau-pilon étant exprimée par sa force vive, c'est-à-dire par la combinaison de son propre poids et de la vitesse avec laquelle il frappe sur la pièce qui est soumise au forgeage, on peut régler celle énergie par le poids même du marteau et par sa hauteur de chute; par conséquent, pour obtenir une grande énergie il faut, si la chute s'efiectue sous l'influence isolée de la pesanteur, un grand poids ou une grande chute, et souvent les deux conditions réunies. Mais si la chute est considérable, sa durée est longue et le nombre de coups battus dans un temps donné s'en trouve très-limité; si Ton diminue alors la chute en augmentant la masse du marteau, on est susceptible d'atteindre un poids considérable qui mène à une augmentation démesurée des dimensions du piston moteur. D'ailleurs si l'on est limité à la chute simple, la vitesse du marteau devient invariable dans le cas de la chute maximum.

C'est suivant ces considérations que les difTérents constructeurs qui se sont occupésdès marteaux-pilons ont cherché h ménager, à la partie supérieure du cylindre, un ressort de vapeur ou d'air comprimé qui vienne ajouter à Faction de la pesanteur pour accélérer à volonté la chute du pilon.

Seulement MM. Farcot ont renversé les termes du problème. C'est la vapeur active, dont les effets peuvent être très-facilement modifiés, qui fait opérer la chute, c'està-dire l'action principale, tandis que le ressort est placé en dessous et fait opérer la fonction neutre, c'est-à-dire le relèvement du marteau. Cependant son action se modifie en raison de celle de là vapeur active, car conformément à la loi générale suivie par un ressort que l'on comprime, il se détend avec la même vitesse suivant laquelle on l'a comprimé, autrement dit il doit relever le marteau d'autant plus promptement qu'il a été plus vivement précipité.

Ces considérations nous amènent à conclure que le système de marteau adopté par ces ingénieurs est appuyé sur des principes très-rationnels. Nous allons en examiner maintenant les détails de construction.

DÉTAILS DE CONSTRUCTION

Ctundre a vapeur et marteau. Le cylindre est une pièce en fonte d*une très-forl^ épaisseur à laquelle se trouve ménagée' une partie dressée qui s'adapte à une semblable appartenant au bâti B et s*y flxe au moyen de huit boulons, avec des encastrements pour rendre cet ajustement invariable. Le détail de cet assemblage est complété par la fig. 6, qui est une section horizontale faite suivant la ligne 7-8 des Hg. t et 2.

Le marteau est formé d'une pièce de fer forgé, présentant une forte tige de section rectangulaire terminée d'un bout par une partie ronde D, qui constitue le piston, et de l'autre par un renflement qui reçoit la garniture en acier F.

La fig. i bis est un tracé géométrique qui donne, avec exactitude, la forme de celle partie en projection horizontale.

Lorsque le piston est indépendant et réuni par une tige ronde avec le marteau, celui-ci est guidé, dans sou mouvement vertical, par des glissières, tandis qu'ici c'est la tige qui sert elle-même de guide dans le presse-étoupe l et qui est, à cet effet, rectangulaire. Ce presse-étoupe, qui sert en même temps de garnitilfe poar la vnpeur, est coupé en deux parties sur le xliamèlre pour pouvoir être mis en place, puisque les deux extrémités de la tige sont renflées; il pénètre dans le cylindre dont cette partie est alésée à un diamètre un peu plus grand que celui du piston D, afin de former un épaulement pour appuyer la pièce d'arrêt tn, contre laquelle sont pressés des segments en caoutchouc n destinés à étancher l'intérieur du cylindre. .

Quant au piston D, sa garniture est formée, ainsi que cela se fait beaucoup aujourd'hui, par plusieurs bagues en acier coupées en un point de leur circonférence et incrustées dans des rainures pratiquées sur sa surface cylindrique. Le graissage du piston est opéré, comme à l'ordinaire, à Faide d'un graisseur R fixé, par un taraudagc, sur une tubulure o qui est ménagée, à cet effet, à la partie supérieure du cylindre et percée de deux trous perpendiculaires dont l'un pénètre dans son intérieur.

Le frottement de la tige E dans sa garniture est lubrifié de la même façon à l'aide du graisseur K' fixé par deux vis sur la tubulure o^ dont le trou horizontal, qui la traverse, comnmnique avec une rainure circulaire prcitiquée sur la circonférence de la pièce d'arrêt m; des trous obliques partant de cette rainure conduisent l'huile sur la surface Je la tige.

On connaît la structure ingénieuse de ces visses ou robinets graisseurs, dont celui R' est représenté en détail à une plus grande échelle par la fig. 9. On voit qu'il se compose d'un récipient situé entre deux robinets et surmonté d'une coupe pour verser l'huile. Nous avons déjà décrit un semblable appareil (t. 1*^% p. 505). Faisons remarquer seulement que ce robinet R' ne se trouvant pas disposé pour

que i'écouletnent de Thuile se fasse dans les condilions habituelles, on a mis son récipient en rapport avec la boite de distribution sur un petit tube p, par lequel la vapeur vient presser sur l'huile et la forcer de s'introduire dans la garniture.

Distribution. — Il reste à cet égard peu de chose à ajouter à ce qui a été dit dans la description d'ensemble.

La disposition du tiroir diffère seule assez sensiblement de ce que l'on fait pour les machines à vapeur ordinaires. Ainsi qu'pn l'a vu précédemment, ce tiroir est parfaitement équilibré; c'est un simple cadre dont les deux faces sont frottantes et dont l'intérieur sert de passage pour l'échappement de la vapeur. La face supérieure est munie do rebords pour recevoir l'huile employée au graissage de son frottement avec les cùtés de la boite K, et qui lui est distribué par le vase R* analogue aux précédents.

Quant à sa relation avec le mécanisme de renvoi, il est rattaché, par un écrou prisonnier, avec une tige d' qui traverse la garniture de la boîte h vapeur et vient se relier, par un taraudage, avec la tringle principale d.

Bâti et soupape régulatrice. — C'est dans la solidité du bâti B que réside principaiement la stabilité de tout l'appareil; pour un marteau d'une plus grande puis-

sance, ce bâti, au lieu de tenir le cylindre en porte-à-faux, est double et présente, ainsi que nous l'avons rappelé tout h l'heure, deux jambages disposés symétriquement, comme ceux d'un balancier-découpoir.

Nous devons nous attacher particulièrement à décrire la soupape régulatrice, h l'aide de laquelle on peut régler automatiquement la pression qui doit régner dans le réservoir formé par ce bâti, et qui constitue l'une des particularités de ce système.. Elle est représentée en détail par les fig. 7 et 8.

Cette soupape est composée extérieurement. du corps principal en bronze P reposant sur une tubulure en fonte coudée P' qui s'adapte au bâti. L'intérieur du corps P est alésé et renferme un manchon q perce de plusieurs ouvertures rectangulaires r qui sont destinées h mettre en relation la tubulure s, à laquelle correspond le conduit de vapi^ur /i, et la tubulure P' qui communique avec le réservoir B. Ce manchon, dont l'intérieur est creux, est fermé d'un bout par une cloison dont la surface inférieure est pressée, comme un piston, par la vapeur du réservoir, tandis que l'autre face est poussée par une tige à pointai t, entourée d'un ressort à boudin, lequel est maintenu entre l'embase de cette tige et le bouchon à vis u qui ferme le corps de la soupape.

D'après cette disposition on comprend que, lorsque In pression du réservoir fait équUibre à l'effort du ressort dans la position où la partie pleine du manchon masque l'orifice de la tubulure s, aucune quantité nouvelle de vapeur ne peut être mtroduite.

Si cette pression intérieure vient au contraire à baisser, l'effort du ressort prédomine et le manchon descend ; ses lumières^ r arrivent à la hauteur do ta tubulure s dans laquelle règne aussi une gorge circulaire à l'intérieur de la boite P pour étendre la communication entre les deux parties. La vapeur amenée par le tube h peut alors s'introduire dans le réservoir Ben passant par la tubulure s, la gorge

circulaire, les lumières r et la tubulure P\ et aussitôt que la pression a repris son intensité dans le réservoir, elle relève le manchon q en ramenant le ressort à son degré primitif de compression, l'équilibre est rétabli et la communication de vapeur de nouveau interceptée.

Cette soupape est donc un régulateur très^xact et qui peut être réglé lui-même pour des pressions différentes; il suffit, pour en changer la valeur, de serrer plus ou moins le ressort à boudin en détournant le bouchon à vis u. On peut également la faire fonctionner à la main en appuyant sur le bouton de la tige t.

Ghabotte et enclume. — La cbabotte C est une pièce de fonte qui doit présenter une très-grande résistance, attendu qu^elle reçoit directement les chocs répétés du marteau; elle doit, parla môme raison, posséder une grande inertie et présenter une large assise.

Elle' s*étend d'une quantité suffisante pour que l'enclume se trouve située au milieu de sa longueur; la partie prolongée en avant, et qui est en affleurement avec le sol, présente un évidement que Ton peut remplir après coup avec de la terre ou du frasier ou qui peut recevoir de l'eau dont les forgerons ont constamment besoin, soit pour tremper leurs outils, soit pour injecter sur la pièce.

L'enclume H peut être directement fixée sur la cbabotte, ou, comme sur le dessin, montée préalablement sur une masse en fonte H^ dont la partie supérieure présente une large coulisse dans laquelle cette enclume est ajustée et serrée au moyen de clavettes. La masse porte-enclume M' est munie d'une portée à queue qui pénètre dans l'évidement central de la cbabotte, et s'y trouve retenue par deux clavettes transversales.

DIMENSIONS ET CONDITIONS DE MARCHE

Ce marteau-pilon est basé sur les données suivantes :

Poids du pilon 600 kil. '

Course maxima 0"800

Diamètre du piston O^MO

Superficie 12* '57

11 est susceptible de marcher à 5, 6 ou 7 atmosphères, à pleine pression ou à détente.

En combinant le poids du pilon avec la surface inférieure du piston et en tenant compte de son frottement dans le cyluidre et de celui de la tige dans la garniture, on trouve que la pression nécessaire dans le réservoir, pour soutenir le martenu et le relever lorsqu'il est tombé, est d'environ 2 atmosphères, ce qui a lieu pratiquement.

HM. Farcot évaluent la puissance d'un marteau ainsi disposé en multipliant la chute du marteau par son poids propre ajouté à la pression utile exercée parla vapeur sur le piston , le résultat exprimant des kilogrammètres. On doit tenir compte, en faisant ce calcul, du mode d'emploi de la vapeur à pleine pression ou à

détente; la pression utile est celle de la vapeur diminuée de la contre -pression dans le réservoir B.

Admettons, pour exemple, que Ton marche à pleine pression, à 6 atmosphères, et en utilisant la chute totale; la puissance d*un coup du marteau actuel sera exprimée ainsi : * . *

L'avantage de cette disposition est, comme nous a^ons essayé de le faire voir, de changer facilement Ténergie des coups en môdiOunt la pression de la vapeur et son mode d'emploi. Quant au nombre de coups frappés dans un temps déterminé, il n*a de limite que lu vitesse avec laquelle un homme peut agir sur le levier de commande dû tiroir, car la vitesse que le piston peut acquérir, sous Tinfluence de )a vapeur qui le précipite, est infiniment plus grande.