moteur pour une machinerie à balanciers : version 1

C'est un bi-cylindre à tiroirs cylindriques qui  équipera la machinerie ... Première version.

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Construction avec, pour ce type de moteur, de nouvelles méthodes qui évitent notamment l'emploi de la brasure à l'argent et l'usinage de collerettes.

Il s'agit  bi-cylindre à double effet qui atteint la cylindrée respectable de 5.4 cm3 : course de 1.2 cm pour un piston de diamètre 1.2
On verra qu'on peut le mettre en rotation selon la méthode traditionnelle du déphasage par excentrique, ou, plus simplement en utilisant le principe du "petit cheval" plutôt, il est vrai, réservé aux pompes ...

Ce moteur est destiné à la machinerie à balanciers q'on peut voir dans cet
album

premier version : soudure à l'étain

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de la simplicité avant toute chose


les deux cylindres reposeront sur un socle et seront maintenus en place par des tirants visés et maintenant les couvercles.

plots de support, cylindres et couvercles

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Les deux plots sont en rond de laiton de 12.
On retrouve le même usinage pour la base des couvercles : pour un montage aisé, les tubes doivent s'y encastrer sans forcer

Les cylindres sont des tubes de 12 x 14.

Pour éviter un usinage très long dans du ronde 22, les couvercles sont en deux pièces assemblées par soudure à l'étain :
. rondelle de 22 et moyeu percé à diamètre 2
La longueur du guide de la tige de piston (15) supprime le besoin d'un presse-étoupe.

Pour le maintien des moteurs, on peut fileter en bout du rond de 2 ou, comme je l'ai fait (plus rapide) utiliser de la tige filetée M2.
Cliquez pour agrandir l'imageSur de la tôle de laiton de 1.5 d'épaisseur, tracer les couvercles, percer à diamètre 6 puis découper grossièrement au-delà de la cote de 22.
Cliquez pour agrandir l'imageAprès usinage du moyeu, préparation à la soudure à l'étain.
Cliquez pour agrandir l'imageReprise au tour pour arriver au diamètre 22 et perçage du passage de la tige de piston.
Cliquez pour agrandir l'imageSe servir de ce trou pour se centrer sur le plateau diviseur.
Cliquez pour agrandir l'imagePointer puis percer à diamètre 2 selon un décalage de 120°
ce qui correspond aux trous percés et taraudés du support.
Cliquez pour agrandir l'imageOuvrir avec la fraise de 2 .
On pourra se déplacer un peu latéralement pour obtenir un peu plus large.
Cliquez pour agrandir l'imageTerminer en ouvrant un des côtés pour l'admission ou l'échappement et en mettant à plat, dans le prolongement, le couvercle.
Sinon, ça ne passe pas ...

On fera la même ouverture sur les plots.

le moteur : corps du distributeur et cylindre

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1 - coupe : les trous d'échappement ne sont normalement pas visibles sur cette vue, mais ils sont montrés et cotés en position.

2 - incidence des joints en téflon de 0.25 : si le piston fait 4.5 d'épaisseur, il reste 1 mm de part et d'autre et la course est bien de 12.

3 - tiroir avec tige de 2 ajoutée pour le réglage.

4 - face interne du moteur 2 : les trous d'échappement sont reliés par une rainure; le trou d'admission a été percé.
          ATTENTION les moteurs se "regardent*"et il faut percer en conséquence.

5 - face extérieure avec perçage à 2.5 et taraudage à M3 pour effectuer le réglage du tiroir.

6 - obstruction du corps du distributeur avec échappement et admission.

7 - vue de dessus du moteur 2 ; le moteur 1 est à l'inverse.

8 - chapes à fourchette avec vis pour les réglages en longueur.

corps du distributeur

Cliquez pour agrandir l'imageUsinage du téton du corps du tiroir avec bague.
Cliquez pour agrandir l'imageRepérage avant façonnage de l'empreinte de 1 de profondeur et de rayon 7.
Cliquez pour agrandir l'imageLa hauteur n'est que de 26 et donc usinable même avec la petite fraiseuse dont la course est limitée à 28.
Cliquez pour agrandir l'imageVérification du positionnement.

étamage

Une méthode un peu particulière qui va éviter des perçages en biais ...
On étame les empreintes qu'on vient de réaliser sur les distributeurs  et sur un côté des cylindres préalablement percés.
Cliquez pour agrandir l'imageLes pinces permettent le maintien pendant qu'on "essuie" l'étain.
Cliquez pour agrandir l'imageEtamage d'un cylindre.

perçages et fraisages

Tous seront effectuées (même les nombreux filetages à M1.6) avant l'assemblage du cylindre et du corps.
Cliquez pour agrandir l'imageLes faces internes aux perçages inversés avec les supports à visser comportant les arrivées et sorties d'admission et d'échappement.
Cliquez pour agrandir l'imageRéalisation de la rainure après perçage (1.5 de profondeur).
Cliquez pour agrandir l'imageDeux trous débouchent dans l'empreinte ; le trou central s'arrête au perçage du tiroir.
Cliquez pour agrandir l'imageFraisage dans l'empreinte.
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à l'intérieur
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face au cylindre
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à l'extérieur
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au dos
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au-dessous

assemblage

Contrairement  à ce qu'on pourrait penser, l'assemblage par l'étain est très résistant...
Cliquez pour agrandir l'imageOn commence par se fabriquer des plots de positionnement en alu : diamètre 2 et 4. 
Cliquez pour agrandir l'imageUne paire de brucelles peut servir à leur positionnement et à leur maintien. Cela doit dépasser d' 1 mm environ.
Cliquez pour agrandir l'imageLes plots doivent entrer dans les rainures de l'empreinte et positionner le cylindre par rapport au corps du distributeur (à 1 mm du sommet du cylindre).
Cliquez pour agrandir l'imageBlocage des pièces en position avec une forte pince.
Cliquez pour agrandir l'imageRattrapage éventuel d'un écart dans l'alignement.


Et, il n'y a plus qu'à chauffer : l'étain va fondre et les pinces vont rapprocher les deux éléments. Attention cependant à ne pas chauffer trop longtemps sinon l'étain va perdre ses qualités.

Cliquez pour agrandir l'imageUn des cylindres n'a pas résisté à cette épreuve "redoutable" : passage d'u foret de 12 pour ébarber les trous du cylindre et le coquin s'est détaché ...

Passage à l'acétone, ponçage fin, un nouvel étamage du cylindre sans toucher à l'empreinte et ... cette fois c'est tout bon !

les tubulures

Elles doivent relier les deux moteurs et j'ai eu bien du traces. D'ailleurs ce n'est pas terminé ...
Le problème vient de l'implantation du moteur juste devant la chaudière et la tubulure d'admission risque de toucher.
Cliquez pour agrandir l'imageLe premier montage avec des ronds de 5 venant s'emboîter dans les plats ... qu'on ne pourra pas visser car deux trous deviennent inaccessibles !
Cliquez pour agrandir l'imageLes tubes menant à la future commande sont donc courbés pour laisser tous les trous libres.
Pour leur façonnage après recuit, il existe un tube de laiton pratique : de diamètre 3 il n'est percé qu'à 1.5 et va supporter les pliages sans se déformer. 
Cliquez pour agrandir l'imageAu montage on touche un peu mais il doit être possible de meuler ...
Cliquez pour agrandir l'imageAlors on va passer à la brasure à l'argent car il faudra ensuite souder les extrémités des tubes à l'étain et ... pince trop forte qui m'écrase un des montages, le plus long heureusement.
Cliquez pour agrandir l'imageSi bien qu'on peut le reprendre : sciage des parties tordues, reperçage et remontage des tubes également récupérés.
Cliquez pour agrandir l'imageEt, finalement, cela reste acceptable ...
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piston



Au départ, choix du piston flottant mais ... de trop gros problèmes avec un tube de cylindre vraiment pas bien rond ... Alors, retour à une excellente solution pour ce genre de difficulté : le piston à coupelles de téflon.
Il aurait fallu vérifier ce tube avant !

L'occasion d'améliorer la méthode :
Cliquez pour agrandir l'imageLes deux rondelles et les coupelles.

Pas de changement pour obtenir ces coupelles sans qu'elles se froncent.
Les amateurs peuvent aller voir comment on procède dans cet 
album
Cliquez pour agrandir l'imagePour le montage, il est possible de procéder comme il est montré dans cet album mais il existe une autre méthode plus rapide et plus confortable.

Après avoir enfilé la première rondelle,on l'approche du bord du tube de 12 x 14 et on pose la seconde.
Cliquez pour agrandir l'imageOn enfonce les deux coupelles qui rentent perpendiculaires au tube grâce au guide.

Et ... on chauffe à la lampe à souder : 4 ou 5 secondes !
Cliquez pour agrandir l'imageLaisser refroidir et enlever le montage : coupelles gardant la forme du tube.

ATTENTION : j'ai bien dit chauffer (en évitant soigneusement d'approcher la flamme des coupelles et en la plaçant à l'arrière su support) ; je viens de lire un article disant que les vapeurs dégagées par le téflon que l'on brûle sont mortelles !
Cliquez pour agrandir l'imageMontage sur la tige de piston avec un peu de frein filet fort avant de placer l'écrou.
Cliquez pour agrandir l'imagePrésentation du piston devant le haut du cylindre : on appuie légèrement, on tourne un peu et la première coupelle entre sans accrocher ...

Petite précaution : les coupelles n'aiment pas la rencontre des trous et il faut soigner le polissage de ceux du cylindre auparavant. 

montage


Ce montage concerne essentiellement celui qu'on effectuera pour l'utilisation d'un excentrique.
Celui concernant la version à "petit" cheval" sans excentrique est beaucoup plus simple ...
Cliquez pour agrandir l'imageMontage des supports des équerres de renvoi sous le support.

Des modifications ont été apportées :
. soudure à l'argent d'un téton percé à 2 sur le bas de l'équerre pour l'emploi d'excentriques mis à plat
. soudure à l'étain de la vis de renvoi de la bielle menant à la biellette du tiroir.

Cliquez pour agrandir l'imageA gauche on aperçoit la vis à tête fraisée maintenant le support d'équerre et celle devant recevoir le plot du moteur.
A droite, une rondelle de téflon de diamètre 15..
Cliquez pour agrandir l'imageDeux tours de téflon roulé qui entrent dans la gorge au pied du plot.

Placer la rainure d'admission vers l'avant.
Cliquez pour agrandir l'imageOn enfonce le premier cylindre.
Cliquez pour agrandir l'imagePréparation de l'étanchéité d'un couvercle : rondelle de téflon et enroulement.
Cliquez pour agrandir l'imageMontage des tiges de fixation ; ici de la tige filetée.

Visser à ras du support et caler avec un écrou.
Cliquez pour agrandir l'imageEnfiler le couvercle et placer les écrous.
Cliquez pour agrandir l'imageLes deux cylindres sont montés.

On enfilera ensuite les tiroirs et les pistons et on les réglera en hauteur.

A ce stade on ne doit pratiquement rencontrer aucune résistance et les balanciers doivent bien arriver à la verticale des tiges.
Il faudra probablement revoir les "fourchettes" : leur épaisseur intérieure ou extérieure est prévue à 2 mais il faudra augmenter ou diminuer cette cote à la lime douce pour arriver à fonctionnement parfait.

Les premiers essais peuvent être effectués avec des vis M2 à la place d'axes ... mais le rendement cela laissera un petit jeu préjudiciable surtout au niveau du déplacement du tiroir. 

essais à l'air comprimé

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avec excentrique

On aperçoit bien le montage décrit dans cet
album
Pour : une puissance apparemment plus importante
Contre : la longueur du montage et le nombre des réglages
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sans excentrique

Système du "petit cheval" décrit dans cet
album
Pour : la simplicité
Contre : un peu moins de puissance, le bruit
Pour les deux montages, impossible d'obtenir l'inversion de rotation. Normal pour le "petit cheval" mais, avec un moteur à excentrique (le OLI), j'ai réussi à l'obtenir en inversant échappement et admission ... Bizarre !
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montage final

Toutes les pièces sont réalisées sauf celle qui va réunir les deux cylindres et qui constituera la vanne vapeur.
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vanne

Ce n'est qu'un exercice de perçage dans un carré de 14 x 14.
Une face va servir à maintenir les tubulures issues des boîtes des tiroirs et on trouvera un boisseau qui régulera l'arrivée de vapeur.

Pour ce boisseau, pas de perçage mais une rainure venant tangenter les trous d'admission et de sortie. Etanchéité assurée par du téflon et un ressort qui plaque la face avant du boisseau.
Cliquez pour agrandir l'imageLes petits "trucs" à réunir : ils viendront se visser sur la vanne et il n'est pas possible cette fois de faire le montage complet et de souder ensuite les tubes car les cylindres sont soudés à l'étain ...l
Cliquez pour agrandir l'imagePréparation de la plaque à souder (du placoplâtre) après mise à dimension des tubes de cuivre.
Cliquez pour agrandir l'imageIntercaler du papier aluminium, serrer, vérifier l'écartement et ... souder à l'étain. Les premières soudures à l'argent tiendront évidemment.
Cliquez pour agrandir l'imageMontage des cylindres sur les plots après fixation sur les distributeurs. Le montage reste souple car les cylindres pivotent sur les plots.
Cliquez pour agrandir l'imageSur cette vue, un petit problème : l'un des tubes (en haut à gauche) dépasse légèrement et va empêcher un bon placage et sera une source de fuite.
Plutôt que d'essayer de le limer comme j'avais commencé à le faire, il faut reprendre ce qui dépasse au foret de 3 ou à la fraise.
Cliquez pour agrandir l'imageMonter un premier moteur (celui de gauche) complètement avec ses joints et serrer les vis comme pour un montage définitif.
Il y en a une d'ailleurs pas facile à atteindre et il faut commencer par elle.
Cliquez pour agrandir l'imageInstaller le second moteur et on voit qu'il peut encore pivoter un peu ...
Cliquez pour agrandir l'imageIl n'y a plus qu'à serrer définitivement.
A ce stade on peu encore affiner le parallélisme en "tordant" un peu les moteurs pour le positionnement en profitant du recuit... Pas trop quand même !

finition de la vanne

et on démonte à nouveau ...
Cliquez pour agrandir l'image... pour boucher les trous : rond de 3 que l'on ramène à 2 en essayant de faire que ça coince un peu.
Soudure à l'étain, sciage puis reprise à la fraise.

Pour le petit trou de 1.5, rond de 2 et reprise au tour à 1.5 et là, il vaut mieux que ça coince.

On peut passer l'alésoir de 5.
Cliquez pour agrandir l'imageLe boisseau avec le ressort qui le plaquera sur le joint de téflon.

Ce ressort est bien entendu trop long et il faudra en ajuster la longueur. : j'ai fini par en prendre un moins costaud qui assure une certaine élasticité lors du serrage final.
Cliquez pour agrandir l'imageLe ressort fait ressortir le boisseau.
Cliquez pour agrandir l'imageLà ça tourne aisément malgré le serrage.
Petit repère en position d'ouverture totale.
Cliquez pour agrandir l'imageUn petit truc pour obtenir facilement le levier de commande : percer la tôle de 2, placer les tétons dont l'un sera maintenu par un écrou, scier.
Cliquez pour agrandir l'image Avant la brasure à l'argent ou à l'étain.

Les essais


Le moteur a été essayé dans la configuration la plus simple, sans excentrique, c'est à dire le "petit cheval".
Constatation, ce montage accepte le fonctionnement en bi-cylindre avec calage à 90°  ou à 120°.

Essai à l'air bien entendu mais aussi, plus intéressant pour la suite des opérations  à la vapeur.
Cet essai fait sans que la tubulure soit soudée est un peu olé-olé mais ça fonctionne. Le moteur a démarré à 2 bars. là, on se trouve à 1 bar.
Un peu trop chaud pour que ça dure ou pour tester la vanne ...

On peut voir l'essai au compresseur au bas de cet
album

encore deux essais ... avant le montage définitif

Pour ce moteur, le réglage ne sera pas aisé une fois qu'il sera sous les balanciers. Une prise d'air accessible est donc installée à la sortie du graisseur et il suffira de la boucher pour passer au mode vapeur.

premier contrôle (arrivée de l'air au centre des tiroirs)

qui consiste à vérifier que les tiroirs commandent bien le mouvement des pistons.
Et, ce qui devait arriver advint : l'un montait mais ne redescendait pas ! Pas étonnant, j'avais monté un des joints à l'envers et l'arrivée d'air par le haut du tiroir était bouchée ...

heureuse surprise (arrivée d'air aux extrémités des tiroirs)

J'avais déjà fait cet essai mais sans succès, essai qui consistait à inverser l'arrivée d'air comme déjà fait avec le OLI 321 et obtenir l'inversion de marche sans toucher aux excentriques.
Il n'y a pas d'excentriques dans mon futur montage mais ce sera une idée à exploiter une autre fois.

 

retour d'expérience

Ce moteur fonctionne très bien et démarre seul à environ 2 bars pour ensuite se contenter d'1 bar voire moins.
Mais, avec le système de balanciers les tiges des pistons fuient très  vite ...
De plus l'échappement est mal placé : à refaire je le percerai à 4 et la sortie serait latérale : le démarrage en serait alors encore facilité par une évacuation plus rapide des premiers condensats.

Et, il est aussi possible de l'équiper d'un inverseur !
Voir la seconde version dans cet
album

essai complémentaire

Cette petite idée continuant à me trotter dans la tête, un essai avant de remonter la vanne ...
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inversion de marche = construction d'un inverseur



Pour ceux qui voudraient aller plus loin que moi et c'est mon ambition, voici le plan d'un inverseur qui pourrait prendre exactement la place de la vanne.

Je ne l'ai pas encore construit mais il a l'air de tenir la route.

La seule difficulté était de faire coïncider les entrées des boîtes à tiroir avec celles de l'inverseur. On y parviendra par fraisage de rainures amenant les tubulures (9 mm ) au même niveau que celle de l'inverseur (8 mm). La liaison se fera avec un plat de 4.

En pointillé (?) la cote qui pourrait, en hauteur, être respectée : quand je l'ai dessiné, il ne me restait plus qu'un tout petit bout de carré de 14 x 14 !

Pour les dimensions manquantes, se reporter au croquis de la vanne.

Mes dessins techniques ne sont malheureusement souvent compréhensibles que si des photos les accompagnent.

Voici donc un croquis qui permettra de le visualiser et un autre montrant l'intérêt de placer l'inverseur sur le côté : ainsi, on peut l'actionner d'une manière réaliste sur une loco par exemple, ce qui serait bien moins joli si l'inverseur se trouvait au-dessus.
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réduire la cylindrée

Certes on peut le faire lors de la conception du moteur, mais ensuite ?

Petite expérience qui montre que c'est possible en chemisant le moteur : il passera ainsi de 5 à 1.6 cm3 grâce à ces manchons.

Cette possibilité à été décrite et testée . Voir au bas de cet
album

pour le vissage ...

... qui n'est pas facile avec toutes ces vis en M1.6, il suffit de se fabriquer une "visseuse".
Cliquez pour agrandir l'imageLa tête de vis se coince dans un tube de 3 x 4 que l'on peut prolonger par un bois qui empêchera d'ailleurs la tête de trop s'enfoncer, et où on pourra aussi placer un tournevis.
Cliquez pour agrandir l'imageEt j'ai gagné du temps, beaucoup de temps, et au moins un tuyau de pipe ...

une autre méthode pour le montage du distributeur et du cylindre

Certains, plus doués que moi en brasure à l'argent n'hésiteront pas à remplacer le procédé de l'étamage après la séance de perçages et celle du fraisage.

D'autres,  pourront essayer ce procédé que je n'ai pas osé mettre en application :
Cliquez pour agrandir l'imageUne autre manière de concevoir la liaison entre le distributeur et le cylindre : des trous en biais.
Cliquez pour agrandir l'imageUne méthode décrite dans le MRB 287 mais je vois mal mon foret rester tranquillement à la verticale ...
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Une idée pour le perçage après le brasage à l'argent des deux pièces.

Le moteur est placé sur une cale à 60° (angle pouvant varier selon les cas) et, plutôt que de percer directement, on utilise une fraise de 2 pour assurer un plan horizontal au foret ...

Un dessin à grande échelle permet de calculer l'écart entre la fraise et le bord du tube.








Ci-dessous, un essai réussi mais non transformé !
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album terminé

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