moteur à tiroir cylindrique double-effet de 1 cm3 : plans et construction

C'était l'étape à franchir : la conception et la construction d'un moteur à tiroir cylindrique mais à double-effet cette fois ...
Cette étude a été complétée par une autre recherche afin d'obtenir le changement de marche ...

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Ces plans font suite à ceux dessinés lors de l'étude théorique: mais ils ont été repris pour en 'améliorer les performances : désormais, il tourne comme je le souhaitais, à moins d'un bar mano et offre de bonnes possibilités de ralenti 

En fin d'album, petite transformation et ce moteur peut donner le changement de marche ...
Beaucoup de ressemblances pour les usinages avec le premier moteur à tiroir à simple effet dont vous pouvez revoir l'album en cliquant sur la photo.
pour un meilleur suivi des explications,
télécharger les croquis,
c'est le pied !

le bloc moteur

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C'est la partie la plus délicate. Partir d'un bloc de laiton (le mien était vraiment trop gros) , surfacer les extrémités en se gardant une marge de 0.5 pour la reprise finale une fois le cylindre et les collettes soudées, puis usiner le "téton".
Ce "téton" est nécessaire mais pas indispensable : il faut allonger cette partie du bloc qui va recevoir le tiroir et le guider.

On procède au perçage du logement du tiroir (foret de 5 pour cette fois. Si on voulait utiliser un alésoir (ce qui serait mieux) il faudrait percer totalement et prévoir un petit bouchon

Une fois le perçage effectué, on peut passer à la mise aux cotes en se servant du téton pour arriver à 18 x 18 avec le trou du tiroir bien positionné.

Procéder à l'usinage de l'empreinte devant recevoir le cylindre puis à l'ensemble des perçages.

A noter que le presse-étoupe n'est absolument pas indispensable : mes meilleurs essais ont eu lieu sans lui et le moteur "pédalait" à 0.5 bars sans véritable fuite, fuite qui serait d'ailleurs réduite si on n'avait pas prévu l'emplacement de la vis de serrage.

Possédant un mandrin à 4 mors, j'ai voulu usiner, c'est plus "joli", un téton cylindrique qui permet d'allonger la course du tiroir.
Vous pouvez voir dans l'album "usinages", comment on peut positionner avec des marges minimes d'erreur la pièce.
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Quand on ne possède pas de mandrin à 4 mors, on peut usiner le bloc de cette manière : un décochement allonge la partie recevant le tiroir et permet de serrer le bouchon sans en scier une partie.
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face latérale arrière
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dessous : fixation et bouchons
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dessus : prise vapeur
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face avant

cylindre et bouchons

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Construction classique de tous ces éléments.
Une cote sera peut-être à changer, celles de 8.25 car tout dépendra de l'épaisseur du joint. Personnellement j'utilise du téflon de 0.25 ...
J'ai changé celle de la saignée servant au blocage de la coulisse : la porter à 1.5 de largeur.

Pour les collerettes et pour le cylindre, se réserver 0.5 de plus pour la finition.
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bloc prêt et cylindre percé
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ajustage des collerettes
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tige d'alu de 2 pour positionner
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tout est soudé à l'étain,les bouchons en même temps
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bon calage pour ...
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...la reprise de la face avant
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ajustage définitif avec la face arrière

tiroir, piston et coulisse

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Pas vraiment de difficultés pour ces réalisations.

Pour le tiroir, j'ai pris du rond de laiton, de l'inox serait beaucoup mieux. Pour un usinage précis, une petite méthode est décrite dans le lien ci-dessous.
D'autres solutions mais qui ne donnent pas de meilleurs résultats :
. un tiroir indépendant percé d'un trou de 2.2 dans lequel viendra se placer sa tige : le presse-étoupe sera transformé en guide et il n'y aura aucune influence sous le coulissement du tiroir même avec un problème de concentricité
. un tiroir solidaire d'une tige de 2 vissée qui passera ensuite dans le guide percé à 2.2 avec presse-étoupe toujours pour résoudre les problèmes de concentricité



Pour cette fois, un piston classique, mais je n'en suis pas très content car, s'il ne bloque pas, il ne le fait que d'un côté : "bonjour l'étanchéité !" . La gorge du piston reçoit du ruban téflon torsadé. Il ne tardera probablement pas à être remplacé par des coupelles ...

La réalisation de la coulisse est également décrite dans le lien.


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les bielles, le disque de vilebrequin

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Comme pour le moteur à simple effet, les bielles sont réglables en longueur ... cela permet quelques "écarts"!

Pour la bielle de l'excentrique, commencer par percer un trou de diamètre 10 dans de la tôle de laiton de 2, puis tracer les côtés : un ajustage parfait pour la soudure de la bague de 10 x 12 tirée d'un tube.

Cette fois, il faudra plier la tige de la bielle pour l'aligner face à la sortie du tiroir. A re-mesurer avant l'opération et, pour la faciliter, recuire le rond de laiton de 2 avant soudure.

Ajustage au tour de la tête de bille : il ne faut pas qu'elle touche la coulisse (à 45° d'abord et si ce n'est pas suffisant, un petit cône) 
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excentrique




C'est le même que celui du moteur précédent. Pour son usinage simplifié, voir l'album usinages en cliquant sur le croquis
usinage de l'excentrique - 1 -
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palier : support des roulements

Une petite simplification pour éviter l'usinage des deux supports du moteur précédent :

. les roulements sont de part et d'autre dans un rond de 12 percé à 6 puis repris de chaque côté à 7 sur 2 de profondeur (mais tout dépend des roulements dont on dispose). Plat sur l'une des face percé à 2.5 et taraudé à M3 et 3 trous : 2 pour éventuellement mettre des vis de blocage pour les roulements et un, central, effectué avec un foret à centrer pour huiler.

. le support est un autre rond percé à 3 pour le passage d'une vis fraisée M3 
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implantation

Le bloc moteur et le palier sont fixés sur une plaque d'alu.
Pour le bloc moteur, prévoir deux bagues : rond de laiton de 8 percé à 3.

En pointillés, sur la plaque d'alu, les cotes pour le tracé de la face inférieure du bloc moteur : perçage à 2.5 puis taraudage pour vis M3.
Cliquez pour agrandir l'imageAu remontage, l'option des vis à tête fraisée a été abandonnée : elles finissent par se desserrer et le réglage du moteur en souffre.

Remplacement par des vis à tête plate avec une rondelle "grower" dans le fraisage, et par nécessité 4 petits pieds : vis à tête fraisée et écrou. Il faut donc repercer la plaque d'alu !

montage

Il faudrait plutôt parler de remontage après peinture ou polissage !
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commencer par s'assurer que la crosse coulisse parfaitement dans son guide et, il ne faut pas le dire, reprendre au tour si nécessaire pour enlever le 1/10ème qui gêne toujours !
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bloc moteur et palier vissés
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s'assurer que l'axe moteur est bien perpendiculaire au bloc-moteur avant blocage du palie
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Par l'arrière, on glisse un foret de 2 sur lequel le piston vient buter : réglage de la bielle en position horizontale
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blocage du tiroir en position
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réglage de l'excentrique
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opération terminée

essais

Le moteur construit selon les principes établis dans la partie théorique n'a pas tout de suite donné satisfaction à cause d'une erreur de conception : largeur des têtes du tiroir !

Le voici à l'état brut pour les premiers essais . A l'air comprimé (il faut s'en méfier car on fait tourner n'importe quoi quand, comme moi, on ne sait pas régler la pression du compresseur !), ça démarre  d'une pichenette , une petite horloge.

Pour la vapeur, je suis déçu : ce moteur demande une pression soutenue (démarrage à 2 bars et ralenti à 1 et encore !, ce qui ne correspond pas à ce que je souhaitais : démarrage à 1 bar et ralenti à 0.5 ).
Plusieurs raisons supposées :
  • pour tourner à de basses pressions, il faut que ça "pédale" (j'ai obtenu un fonctionnement plus correct en desserrant le presse-étoupe : pas très convaincant comme solution!, en peaufinant le déplacement de la crosse dans le guide, en vérifiant qu'il ne restait pas le moindre frottement ... )
  • j'ai utilisé un piston "traditionnel" et, étant donné mes problèmes d'usinage qui ont nécessité un rodage probablement trop conséquent, il ne doit plus remplir correctement sa fonction
  • pour le tiroir, j'ai du jeu ... perçage avec un foret de 5 et tiroir en rond de laiton de 5 ...
Il doit donc exister trop de pertes de vapeur... je suppose ...

Les solutions : revenir aux coupelles de téflon (tout au moins dans mon cas); et acheter un alésoir de 5 pour le prochain moteur à tiroir  !

A ce jour, après les rectifications, tout est parfait, le moteur démarre à 1 bar mano tourne à beaucoup moins. De plus le ralenti est excellent

nouvelle présentation ...

... car de temps en temps, en profitant d'un rangement, il est temps de sortir de sa boîte un moteur qui s'ennuyait et de lui donner un meilleur aspect.

Petit bâti et vanne pour l'alimentation (la description est faite dans l'album des accessoires 2) mais, pour ce moteur, il ne sert finalement que pour admettre ou non la vapeur ... et toujours dans le sens déterminé par la position de l'excentrique !
accessoires 2 - 9
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. pour le volant à l'ancienne, un truc à découvrir en cliquant sur le lien :
trucs et astuces 3 - 30

... suivie d'une nouvelle recherche

C'est un peu vexant de voir le volant n'accepter qu'un sens de marche !

Certes on peut résoudre ce problème en faisant un nouveau tiroir, sans recouvrement et alors il démarrera dans le sens qu'on souhaitera lui donner par impulsion du volant. Il y a peut-être mieux à faire en allant voir la solution des Anciens

En fait, c'est tout simple, mais il fallait y penser (chapeau les Anciens !).
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D'un croquis trouvé sur le Web ...
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... à une adaptation.

le principe

Pour ce moteur, c'est par le centre du tiroir que la vapeur est admise dans le cylindre. Vapeur qui agit sur le haut ou le bas du piston.
Avec la coulisse, on inverse le mouvement du tiroir :
. quand le coulisseau se trouve dans la partie basse de la coulisse, la vapeur entre dans la partie haute du cylindre , marche avant
. quand il se trouve dans la partie haute, la vapeur entre au bas du cylindre et c'est la marche arrière.
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réalisation de la coulisse

qui se fait dans de la tôle de laiton de 1 mm.

2 modifications lors de la réalisation :
. les entretoises de 4.5 ont pu être diminuées de 4.5 à 4
. la vis qui sert de pivot est devenue une vis M3 dont la tête plus large appuie mieux sur le support.
Cliquez pour agrandir l'imageUne idée pour le traçage. Une fois qu'on a choisi R, le rayon, et qu'on connaît F, l'excentrique, on peut déterminer facilement C/2 dans le triangle rectangle formé.
Dans ce cas, on arrondira la corde à 22 mm.
Cliquez pour agrandir l'imageLe traçage sur un bout de tôle, sans enlever le superflu qui servira ...
On en profite pour effectuer tous les perçages.
Cliquez pour agrandir l'imageLe montage utilisé : vis M3 et ressort sur un plat d'alu.
Certes ce n'est pas le "top" : il faudrait au moins un axe de 3 bien rigide ...
Cliquez pour agrandir l'imageMontage de la tôle sur ce support. Le ressort est sensé la maintenir en position, le superflu permet de ne pas trop approcher la main de la fraise de 2 qu'on va utiliser.
Cliquez pour agrandir l'imageMontage dans l'étau. Un moment délicat car il faut s'assurer que la fraise entre bien dans les deux trous quand on fait pivoter la tôle.
Cliquez pour agrandir l'imageRéalisation de la glissière en procédant par petites passes.
A cause du ressort, cela va bouger latéralement et, avec notre fraise de 2, on obtiendra une fente ente 2.2 et 2.3. Pas grave !
Cliquez pour agrandir l'imageCommencer la découpe à la scie fine par l'extérieur et fignoler à la lime.
Cliquez pour agrandir l'imageDécouper ensuite à l'intérieur puis poncer et s'assurer que rien ne gêne à l'intérieur de la fente.
Cliquez pour agrandir l'imageIl est possible de se servir de cette glissière pour le traçage de son support.
Cliquez pour agrandir l'imageUn premier montage. Cette fois le pivot est une vis de 3.
Un pivotement correct sera obtenu grâce à un ressort.

le coulisseau et la bielle de tiroir

Cliquez pour agrandir l'imageDu rond de 5 et de 2. La partie mobile n'est finalement pas très utile puisqu'on bloquera les axes à 25 ...
Pour sa réalisation braser à l'argent le rond de 2 dans la bague de 5.

Un petite vis à se fabriquer dans de l'hexagonal de 4 qui viendra se serrer dans un trou taraudé à M2.
Cliquez pour agrandir l'imageLes deux parties de notre coulisseau qui sert en même temps de bielle de tiroir.
La vis qui sert au blocage pourrait être placée sur le côté.
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le levier de relevage

Un petit essai pas vraiment concluant avec un seul plat : pour le coulisseau coulisse bien, il doit se présenter parfaitement à la verticale, d'où cette idée de "fourchette".
Cliquez pour agrandir l'imageEtamer les deux plats de laiton de 0.5 d'épaisseur sur 4 de large.
En bas de la photo, un tube d'alu de 5 de longueur.
Cliquez pour agrandir l'imageMontage entre des pinces et ... il n'y a plus qu'à chauffer !
Cliquez pour agrandir l'imageLe montage avec écrou et contre écrou.
Cliquez pour agrandir l'imageLe montage : la vis de serrage de la bielle de tiroir.
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support de l'axe de la coulisse

Composé en deux parties : du carré de 10 x 10 et du plat de 2.

On remarque le pointage d'un trou à 12 et à 5.5 du premier. Il est plus facile à tracer maintenant et servira peut-être au montage d'une biellette de renvoi de l'excentrique ...
Cliquez pour agrandir l'imageOn pourrait croire que c'est de l'alu, mais c'est du laiton !
Les "haricots" favorisent le réglage.
Cliquez pour agrandir l'imageOn fixe sur des goujons placés sur le socle avec une petite marge pour le réglage.
Lors des essais, le coulisseau devra se déplacer dans la coulisse sans la faire bouger.

support des axes du levier et de l'équerre de relevage

Cliquez pour agrandir l'imageLe support va être soudé à l'étain dans une bague qui se glissera sur le moteur (partie saillante de 10 du porte tiroir). Il faudra reprendre cette bague sur le côté pour passer le long du couvercle inférieur.
Pour la partie basse, ce n'est pas vraiment utile mais cela facilite le réglage bien d'équerre.
Cliquez pour agrandir l'imagePour un bon fonctionnement du coulisseau, tout être aligné.

équerre et biellette

en laiton de 1 d'épaisseur.
Pas encore de vrai levier, on verra plus tard ... Pour l'instant un plat fait l'affaire.
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les nouvelles cotes du socle

Mais il faudra peut-être le rallonger ... pour placer l'excentrique.
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montage

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Ce n'est probablement pas le mouvement idéal mais cela a l'air de fonctionner.
Après une dizaine de croquis j'ai fini par retenir celui-ci .

Les cotes sont relevées alors que le tiroir est bloqué.
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essai de la mécanique

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.

l'excentrique et le levier de commande

l'excentrique et sa bielle

On utilise les mêmes.
Cliquez pour agrandir l'imageLe rond de 2 de la bielle a été aplati et il sera scié pour permettre d'ajuster la longueur entre les axes qui sera d'environ 35 mm.
Cliquez pour agrandir l'imagePetit passage à la fraiseuse pour que la bague de réglage passe au plus près du support.
Cliquez pour agrandir l'imageC'est le même excentrique que l'on retourne et la bielle va se trouver alignée en ajoutant une rondelle sur l'axe moteur.
Rondelle également sur l'axe placé sur la coulisse : à l'intérieur et à l'extérieur.

Cliquez pour agrandir l'imageOn ajoutera après les réglages une rondelle entre la bielle et le volant.

Ce montage doit tourner librement.

le levier de commande

dont la partie principale est un plat de 0.5 x 5 en laiton.
Grâce à lui on pourra bloquer la position du coulisseau : soit aux extrémités pour obtenir marche avant ou marche arrière, mais aussi en positions intermédiaires pour opérer un certain ralentissement.
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Une idée (site de TASSIGNON)
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le plan du levier
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le support avant

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le montage
Cliquez pour agrandir l'imagePrésentation des éléments.
Le ressort est récupéré sur un briquet.
Sur cette photo la poignée du relevage n'est pas encore découpée à sa forme définitive.
Cliquez pour agrandir l'imageLe bout d'équerre va être soudé à l'étain.
La bague d'alu que l'on aplatit après passage dans la boucle formée par le rond de 0.8 est aplati à la pince : ainsi le ressort se présentera verticalement ... presque !
Cliquez pour agrandir l'imageProcéder à quelques essais pour déterminer les endroits où l'ergot se positionne.
Ne pas aller à fond de coulisse pour la marche avant ou arrière : il faut que le coulisseau puisse s'exprimer.
Si on ne laisse pas environ 1 mm, il y aura risque de blocage ou tout au moins de vibrations qui affecteront la position du levier.
Cliquez pour agrandir l'imageAu tire-point on peut procéder à la formation des fentes qui recevront la pointe de l'ergot.
A noter que ce n'est pas indispensable et qu'on arrive à positionner le levier sans les creuser., mais c'est un bon repère

essai

à l'air comprimé qui permet de vérifier le bon fonctionnement du repérage  des positions de l'ergot.

Ce moteur ne démarre généralement pas seul ce qui explique l'impulsion qu'il faut donner lors du changement de marche.

remontage

Un certain nombre de pièces ont été peintes à la bombe, les autres passées au "Miror". 
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Cliquez pour agrandir l'imageMontage du cylindre, de l'axe moteur puis des pieds qui facilitent les réglages.
Pour le montage définitif, le support a, une fois de plus été modifié afin de ne pas avoir à recommencer la bielle d'excentrique ...
Cliquez pour agrandir l'imageMontage du porte-axes de la mécanique.
On pourra, si nécessaire par la suite, le faire pivoter légèrement avant de le bloquer afin d'obtenir le meilleur déplacement du coulisseau.
Comme Georges le note plus bas, ce système supporte difficilement les frottements.
Cliquez pour agrandir l'imageQuelques tours de tresse graphitée (ou de téflon) avant de remonter le tiroir.
Cliquez pour agrandir l'imageBloquer le tiroir avant le serrage du presse-étoupe.
Cliquez pour agrandir l'imageMontage de la coulisse : le coulisseau ne doit pas être freiné.
Là, il est possible de bloquer le porte-axe.
Cliquez pour agrandir l'imagePose de la vis servant d'axe au levier puis montage de la mécanique (équerre et biellette).
Ne pas se tromper de côté pour le levier : ergot vers l'arrière).
Cliquez pour agrandir l'imageMontage du support et de sa contre-plaque.
Cliquez pour agrandir l'imageVue de l'arrière avec le pivot spécial dont la tête en hexagonal de 4 permet le serrage.
Cliquez pour agrandir l'imageMontage du volant, de la bielle du piston sans oublier la coulisse ...
La bielle a été rallongée de10 mm.
Cliquez pour agrandir l'imageMontage de l'excentrique puis de sa bielle.
Le blocage du tiroir a été supprimé, la coulisse doit être verticale et on règle la longueur de la bielle d'excentrique.
Cliquez pour agrandir l'imageAprès les réglages (voir ci-dessous), on peut placer la rondelle empêchant l a bielle de l'excentrique de se déplacer latéralement et le volant.
Tout doit tourner sans aucun point dur. On pourra revenir sur le réglage de l'excentrique ensuite.

réglage

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Il est finalement tout simple.

On part du croquis 1  qui règle le moteur en marche avant.
Le piston est réglé au PMH, on bloque la vis de l'excentrique.

Le croquis2 montre tout simplement l'inversion que l'on obtient à partir du positionnement du coulisseau en haut de la coulisse : marche arrière.

Pour obtenir une vitesse égale dans les deux sens, l'excentrique doit être réglé parfaitement au milieu : un petit décalage peut être obtenu en faisant varier la position de l'excentrique.

essai vapeur

Finalement le moteur dont on a supprimé le maximum de frottements tourne très bien à moins d'1 bar.

Des fuites du côté du tiroir mais c'est normal : j'ai oublié de remettre la tresse graphitée ... après une erreur de remontage !

remarques 

à propos des vidéos

On m'a fait remarquer et c'est vrai, que ma conduite de la machine n'était pas réaliste mais, quand on est heureux de voir que ça fonctionne, on oublie parfois de respecter les règles !
Il faudrait :
. ouvrir le régulateur alors que le levier est en position neutre
. placer le levier en marche avant et lancer le volant
. pour changer la marche, fermer la vanne puis replacer le levier en position neutre avant d'ouvrir à nouveau le registre, mettre le levier en positon de marche arrière et lancer le volant ...

Tout ceci pour éviter la casse possible des bielles ou du piston ... mais ce phénomène est un risque que l'on rencontrait sur des modèles réels !

pour que ça fonctionne facilement

  • aligner les axes :
. mettre sur le même plan ceux du cylindre du piston et du cylindre du tiroir
. retrouver sur la même ligne l'axe du tiroir, celui du pivotement de la coulisse, celui de l'axe moteur portant l'excentrique

  • amélioration possible de la coulisse : elle a été dessinée aux bonnes dimensions mais quand le coulisseau se trouve en position haute ou basse le levier bouge et il est nécessaire de baisser ou de relever légèrement le coulisseau pour que ce frétillement cesse. Conséquence, on ne se trouve pas au maximum du déplacement du tiroir.
On pourrait probablement éviter cet inconvénient  en prolongeant la coulisse de 1 mm de part et d'autre : ainsi le coulisseau en position extrême (à déterminer par un cran l'empêchant de toucher le fond de la coulisse) ne serait pas en position de blocage.

  • faire en sorte qu'il y ait le moins de frottements en donnant un peu de jeu à tout ce qui semble gêner.

complément

fourni par Georges ALLAUX qui insiste, il a raison, sur les problèmes de frottements. :

"Il semblerai que dans ton dernier album tu développes une distribution type Heusinger ou Walscherts avec une barre de relevage différente des Locos
Voir:
-03_f.html">http://www.voisin.ch/dlok/partframes_f.html?/dlok/dk-0-03_f.html

Ce qu'il en dit
"Le type de distribution décrit, la distribution Heusinger, équipe la plupart des locomotives (allemandes). C'est tout d'abord sa simplicité de construction par rapport à d'autres distributions à coulisses qui a été déterminante pour son choix. De plus, cette distribution offre, grâce à l'attache stable de la coulisse, l'avantage de pouvoir mieux suspendre les différents éléments de la distribution, et de manière plus sûre. Cela signifie un gain de précision dans la répartition de la vapeur dans le cylindre."

Autre lien, voir en seconde partie
http://www.tassignon.be/trains/legein/legein_2.htm

Ce qu'il en dit:
"La distribution Stephenson comporte deux excentriques par cylindre ; une locomotive à deux cylindres aura donc quatre excentriques. Or, ceux-ci donnent lieu à un grand frottement ; indépendamment de l'usure qu'il entraîne, ce frottement absorbe une partie du travail fourni par la vapeur, ce qui réduit d'autant la puissance utile de la locomotive.

La distribution Walschaerts , improprement dénommée en Allemagne distribution de Heusinger von Waldegg, remédie en partie à cet inconvénient en supprimant un excentrique par cylindre. Dans cette distribution, le déplacement du tiroir sur sa table résulte de la combinaison de deux mouvements....."

Donc, sauf erreur de ma part, tu mets au point un relevage différent pour une distribution souvent décrite pour les locos, plus compatible avec une machine marine, locomobile ou fixe."
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en partant de ce moteur, naissance d'un autre ...



Maintenant que cette étape est franchie et que l'étude théorique est vérifiée, il sera possible de passer au moteur suivant : le OLI 321 qui utilisera les mêmes principes mais sera vertical et d'aspect "rétro".
C'est, depuis, chose faite et vous en trouverez les plans en cliquant sur l'image de droite ...

album terminé ...

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