Présentation du tram "NIFLETTE", une nouvelle locomotive vapeur...
Les tramways vapeur, fin XIXème début XXème surtout utilisés pour du trafic voyageur urbain et périurbain ont vu éclore bon nombre de machines aux esthétiques variées.
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Machine Kitson avec remorque Milnes
Ces machines sympathiques se prêtent bien au modélisme vapeur. Le tramway Sarthe conçu il y a près de 10 ans est devenue la mascotte de VAPEUR 45. Depuis un moment déjà, pour lui tenir compagnie, nous réfléchissions à une nouvelle machine dans le même esprit.
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C’est en naviguant sur Internet que l’on a remarqué la vidéo d’un petit tramway nommé ELLIE, très populaire en Angleterre. Cela a suffi à relancer nos neurones, d’autant que l’idée de placer la chaudière en position transversale résolvait bon nombre de problèmes, et les vidéos prouvent que cela fonctionne bien. Finalement, la Sarthe va avoir une copine, elle s’appelle NIFLETTE(1). En "langage" Ch’ti "avoir l'niflette" signifie avoir la goutte au nez, renifler. Cela rappelle un peu nos sympathiques machines.
Dans ce cas, mieux vaut avoir avec soi des mouquoirs (mouchoirs) pour pouvoir s'mouquer (se moucher).
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(1) Du latin « ne flete » ne pleure pas. D’ailleurs les niflettes sont des tartelettes à la crème que l’on donnait traditionnellement à la Toussaint aux orphelins pour qu’ils arrêtent de chouiner et de pleurer après la visite des cimetières. La tradition perdure encore dans la région de Provins.
Cahier des charges
Il reprend pour une grande partie celui de la Sarthe
o Ensemble propulseur "autonome" pour permettre un habillage et un détaillage au goût de chacun.
o Accès direct au groupe propulseur sans démontage complexe ni fastidieux.
o Moteur bicylindre oscillant démultiplié par engrenages. L’entraînement des roues s’effectue par bielles motrices extérieures au châssis.
o Chaudière en position transverse chauffée au gaz avec une enveloppe (casing) évacuant une partie des gaz chauds.
o Radiocommande agissant en direct sur un inverseur-régulateur.
o Conception mécanique simplifiée sans outillage spéciaux et réalisable sur de petites machines outil d’établi.
o Utilisation des pièces et filetages "standardisés" couramment utilisés par VAPEUR 45. (Voir fiche technique FTe03)
Description
La locomotive est propulsée par un moteur oscillant à deux cylindres à double effets, la vapeur provient d'une chaudière à vapeur qui a comme caractéristique d'être placée en dans le sens transversal. Cette chaudière est chauffée par un brûleur à gaz. La locomotive est adaptée pour des voies de 32 ou 45 mm.
De conception originale, l'entraînement du moteur vertical aux essieux moteurs est assuré par un arbre intermédiaire par un train d'engrenages. Cet arbre intermédiaire entraine les essieux par un jeu de bielles.
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Prototypage de la machine
Châssis
Le châssis est de facture classique pour ce type de machine et n’amène pas de commentaire particulier. Le châssis est composé de deux longerons (01), des traverses avant et arrière (02), maintenu par 4 montants (03).
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Platelage
On vient boulonner sur le châssis un platelage (01) qui est une tôle de 1 mm d’épaisseur. Mécaniquement ce platelage diminue les risques de torsion du châssis et contribue au maintien de l’équerrage. Il va aussi servir de support à divers éléments fonctionnels.
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Essieu
Nous avons opté pour des essieux à roues réglable. Il est donc possible, avec cette configuration de circuler sur des réseaux ayant un écartement différent de 45 mm, 30 ou 32 mm qui sont des valeurs standard. La réalisation s’en trouve également simplifiée. Il faudra ajuster l'écartement des roues à l'aide d'un gabarit.
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Embiellage
L’embiellage se compose d’un arbre moteur (05) qui porte la roue dentée de 45 dents rep 2. Il entraîne les bielles motrices (06). L’entraxe des pignons de transmission étant fixé, le choix de la longueur de la bielle motrice facilite l’implantation du second arbre d’essieu.
Les bielles (04) sont des bielles d’accouplement. Ces bielles pivotent autour de bagues (02) et (03) tout comme la bielle motrice. L’ensemble est maintenu par des vis rep 4 et rep 3.
Pour la réalisation des bielles, voir fiche pédagogique FPe25
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La chaudière
Sur la vue qui suit on voit que la chaudière est entièrement enveloppée par un « casing » Rep. (04). Il est réalisé en tôle de laiton de 0,5 mm d’épaisseur. Ce casing a plusieurs fonctions :
o limiter les pertes thermiques et conduire les gaz chauds,
o réduire les risques de brûlure ainsi que le chauffage excessif des équipements avoisinants comme le tank gaz ou le servo de radiocommande
o améliorer l’esthétique globale suivant le niveau de détaillage qui lui sera appliqué.
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L’ensemble (06-07-08) est un oculus utile pour surveiller le brûleur. Il n’est pas strictement indispensable. La tôlerie se veut excessivement simple dans son exécution comme on pourra le constater. Le casing assemblé par des vis se démonte rapidement permettant un accès immédiat à la chaudière.
Le tirage par la cheminée est augmenté en accueillant l’échappement moteur.
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On a ajouté un tube sécheur, souvent nommé « surchauffeur », afin de s’assurer qu’il n’y a plus de microgouttelettes d’eau en suspension dans la vapeur. Le tracé de ce tube n’est pas critique.
La chaudière est de facture classique, en cuivre brasée à l’argent. Elle s’organise autour d’une virole horizontale fabriquée dans un tube cuivre standard 41x45. Elle a une capacité utile de 93 cm³ ce qui autorise un fonctionnement d’environ 12 mn à pleine vapeur.
Pour améliorer le tirage et augmenter la capacité d’échange on adjoint des tubes de fumée radiaux. Il s’agit de tube plomberie 8-10.
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On n’adjoint pas niveau d’eau à cette chaudière, car cet accessoire ne nous parait pas utile sur cette taille de machine. Par contre un manomètre nous semble utile, comme, généralement sur toutes nos machines.
On pourra, si on le souhaite, installer sur la bague de purge une chapelle d’introduction d’eau dans la chaudière afin de ne pas avoir à attendre le refroidissement complet avant remplissage. Par expérience, à cette échelle, c’est une fonction que nous utilisons fort peu.
Accessoires chaudière
Les accessoires se limitent à peu de choses :
o une soupape de décharge
o un bloc régulateur-inverseur
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Moteur
Nous avons opté pour un bicylindre oscillant double effet. Ce choix est dicté par le fait que nous prévoyons de radio-commander la machine pour permettre un fonctionnement dans les deux sens de marche. Ce choix technique réduit considérablement le risque d’arrêt sur un point mort avec impossibilité de démarrer.
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Les contraintes dimensionnelles nous imposent un moteur super carré, c’est à dire un moteur avec une course du piston réduite. Ces moteurs tournent vite et n’ont pas un couple très élevé. Cela amène naturellement à lui adjoindre une démultiplication. On a choisi une réduction de 1:3.3 par engrenages. Le module M = 0.8 nous paraît adapté. (Pour la réalisation des roues dentées, voir fihe pédagogique FPe34)
En plus de sa compacité nous souhaitions un moteur facile à construire, fiable et simple à réparer. D’où son agencement à partir d’un châssis vertical.
L’inverseur-régulateur a été déporté pour diminuer la hauteur du moteur et faciliter sa manœuvre par un mini-servomoteur RC. La vapeur, admission-échappement transite par le bloc 01.
Quelques commentaires sur les options techniques retenues.
Piston :
Rep (04) : pied de bielle réglable pour l’ajustement de la course et permettant un démontage du piston
Culasse :
Rep (08) : guide de tige de piston soudé sur le corps du cylindre pour garantir une bonne concentricité. On gagne en longueur et en simplicité d’usinage. A cette échelle les presse- étoupes ne sont efficaces que suffisamment serrés ce qui avec des moteurs de très petite cylindrée peut compromettre leur fonctionnement optimal. Il faudra s’attendre à de petits suintements sans gravité
Rep (09) : culasse démontable par 4 vis M1.6, pour installer le piston.
Rep (07) : joint de culasse en téflon. Les joints en pâte silicone sont plus difficiles à démonter et demandent du soin dans leur application.
Rep (08) : glace de cylindre rapportée. Plaque de Téflon maintenue dans une rainure verticale usinée dans le cylindre. Cette pratique utilisée de longue date à VAPEUR 45 est fiable et dispense d’un rodage parfait des surfaces en contact. Cela a encore plus de sens avec le choix d’un châssis vertical qui pourrait avoir besoin d’être démonté.
Châssis moteur
Il s’organise autour de deux montants verticaux, deux entretoises basses et d’un bloc de distribution. Cela garantit une grande rigidité mais aussi une facilité accrue d’usinage. Le démontage est simple.
On notera l’utilisation de palier en bronze à épaulement rep 04 afin d’éviter d’avoir des bagues porte-roulement à usiner et à souder.
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Brûleur
L’ensemble brûleur est composé d’un brûleur proprement dit (01) en céramique de dimension 45x25 mm d’un réservoir de gaz (04) d’une capacité de 16 cm3 permettant un fonctionnement d’environ 12 min. Le brûleur est fixé sous le platelage. Les entretoises (09) permettent d’isoler le brûleur du platelage afin de limiter la propagation de la chaleur au châssis. Le gicleur à un diamètre d’injection de 0.2 mm, (pour la réalisation du gicleur, du réservoir, voir la fiche technique FTe10).
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Régulateur de gaz
Le débit gaz est régulé par un régulateur de gaz.
Le détendeur de gaz réduit la pression de gaz de la pression du réservoir à une pression fixe adaptée au fonctionnement du brûleur. Le régulateur de gaz réduit le débit de gaz vers le brûleur lorsqu'une pression de chaudière prédéfinie est atteinte.
Le régulateur diminuera ou coupera l'arrivée de gaz lorsque la pression chaudière arrivera à la pression de consigne parce que vous avez taré le régulateur à cette pression mais, grâce à un by-pass (10), le gaz continuera à passer par un petit orifice pour alimenter le brûleur en veilleuse, cela pour éviter les accidents par extinction.
Pour baisser la pression du détendeur il faudra détendre le ressort, ou dévisser la molette Rep. (09) Pour monter la pression du régulateur, il faudra comprimer son ressort, donc visser la molette.
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Pour la réalisation du régulateur de gaz, voir fiche FTe10
Accessoires
L’ensemble des accessoires comprend l’inverseur-répartiteur (01, 02, 03, 04) commandé par un mini servomoteur, permet de commander la marche avant, arrêt et marche arrière. L’alimentation vapeur s’effectue par les canalisations (18) et (19). Le graisseur (05).
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Test du moteur
Après plusieurs essais, et à la vitesse maxi, le moteur tourne à environ 825 tr/min et a une autonomie d’environ 12 min. A une vitesse réduite, l’autonomie est de 15 min environ. A l’allumage, lorsque la pression est atteinte, il est nécessaire de refaire le plein de gaz.
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Vue de la machine sans la carrosserie. Sur la vue de gauche, on apperçoit la commande du régulateur par un servo.