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Machines-Outils à transmission hydraulique

P. Nolet, La Nature N°264 — 22 Juin 1878

Mis en ligne par Denis Blaizot le mardi 27 mars 2018

Il y a plus de deux siècles que Pascal énonça le principe qui porte son nom, et dont l’application la mieux connue et la plus populaire se trouve représentée par la presse hydraulique.

On ne sait que fort peu de chose à l’égard de l’application que Pascal put faire de la loi qu’il découvrit ; d’autre part, les moyens d’exécution mis à cette époque au service des savants ou des inventeurs étaient si restreints.qu’il ne faut pas s’étonner si bon nombre de lois depuis longtemps connues, et dont nous tirons maintenant de si grands profits, n’ont pas été dans le passé une source plus grande de richesse pour l’industrie et les arts. Quelques savants ont affirmé que Pascal était l’inventeur de la presse hydraulique ; je n’ai pu malheureusement me convaincre qu’une presse hydraulique ait réellement été construite sous la direction de ce grand génie ; mais quoi qu’il en soit, l’immortel auteur des Pensées a trouvé le principe de cet appareil. Les lecteurs de la Nature pourront s’en convaincre par l’extrait suivant et le dessin qui l’accompagne (fig. 1).

(Extrait d’une brochure publiée en 1663, à Paris, sous le titre de Traitez de l’équilibre des liqueurs et de la pesanteur de la masse de l’air, par Blaise Pascal) :

... Si un vaisseau plein d’eau, clos de toutes parts, a deux ouvertures l’une centuple de l’autre ; en menant il chacune un piston qui lui soit juste, un homme poussant le petit piston égalera la force de cent hommes qui pousseront celui qui est cent fois plus large et en surmontera quatre-vingt-dix-neuf. Et quelque proportion qu’aient les ouvertures, si les forces qu’on mettra sur les pistons sont comme les ouvertures, elles seront en équilibre, d’où il paraît qu’un vaisseau plein d’eau est un nouveau principe de mécanique et une machine nouvelle pour multiplier les forces à tel degré qu’on voudra, puisqu’un homme par ce moyen pourra enlever tel fardeau qu’on lui proposera...


Nous avons souligné nous-même en italique les passages qui définissent clairement une presse hydraulique.

En 1796, Bramah , ingénieur anglais, prit un brevet, et ce fut lui qui fit enfin du principe de Pascal une application pratique. Bramah naquit en 1749, presque un siècle après la publication de Pascal. Le plus grand mérite de Bramah consistait, paraît-il, en l’introduction du cuir embouti bien connu, et qui, je crois, porte son nom ; mais c’est une erreur populaire commune à la France et à l’Angleterre, car il ressort d’une lettre autographe du fils de Bramah, laquelle est maintenant encore entre les mains de M. Hick [1], de Boston, que le père de ce dernier serait le réel inventeur du cuir embouti.

Pendant longtemps la presse hydraulique fut la seule application du principe de Pascal, quand enfin Armstrong, le grand manufacturier anglais, fit faire à cette branche de la mécanique une révolution complète et l’amena presque d’un coup à l’état où nous la voyons maintenant [2] ; cependant il se contenta d’appliquer le système aux grues, ascenseurs, etc., etc. et inventa, de plus, pour ce nouveau moyen de transmission, la machine à trois cylindres oscillants. connue sous le nom de machine d’Armstrong, dans laquelle l’eau, sous pression, agit comme le fait la vapeur sur la face d’un piston, Nous laisserons celte partie du sujet, sur laquelle il y a peu à dire de nouveau, pour entretenir le lecteur d’une branche plus récente et dont l’avenir est plus grand qu’ on ne le pense peut-être ; nous voulons parler des machines-outils à transmission hydraulique et à haute pression.

C’est encore à un ingénieur anglais qu’est due l’heureuse application du principe de Pascal et des perfectionnements d’Armstrong aux machines-outils, et, nous devons le dire, M. R. H. Tweddel partage ce mérite sans aucun conteste. II est bien évident que l’application de l’eau comme transmission mécanique doit être restreinte ; en effet, l’eau n’étant pas un corps élastique, ne peut se soumettre aux variations de résistances que présentent certains travaux ; d’autre part, la difficulté que l’on a, à haute pression, de transformer cette pression en pouvoir rotatif, interdit également toute application de ce moyen de transmission aux tours et antres outils similaires ; c’est donc aux machines à action rectiligne et à efforts constants que s’appliquera le système, et c’est pourquoi nous n’aurons à décrire que les machines de ce genre, c’est-à-dire : cisailleuses, poinçonneuses, riveuses, etc., etc.

Comme nous l’ayons déjà fait entrevoir, c’est à Armstrong que l’on doit la base de toute installation mécanique de ce genre ; installation, nous dirons en passant, dont on peut trouver un remarquable exemple dans la machinerie des docks de Marseille.

Les organes nécessaires pour une machinerie hydraulique étant les mêmes pour toutes et lui servant de base, c’est donc par leur description que nous commencerons.

Dans une installation ordinaire, nous distinguons : 1° le moteur ; 2° les arbres de transmission et leurs accessoires ; 3° les pompes et l’accumulateur ; 4) enfin les tuyaux, qui peuvent être placés où bon nous semble.

Le moteur n’a pas à nous inquiéter, il peut être quelconque ; quant aux pompes, elles varient suivant l’importance de la machinerie à mettra en action. Si l’on ne possède qu’une riveuse, par exemple, une pompe et un accumulateur comme ceux indiqués dans la figure 2 suffiront, et l’on se contentera de transmettre la force à la pompe à l’aide d’une courroie et d’une poulie placée sur l’arbre de transmission de l’atelier ; ces pompes n’ont rien de particulier, nous ne nous y arrêterons donc pas. Quand, au contraire, on veut établir un atelier complet, comme on l’a fait à Toulon, par exemple, où l’on vient d’organiser un vaste système hydraulique de ce genre, les pompes sont alors mues directement par le piston d’une machine à vapeur. Ces pompes, connues sous le nom de pompes à action directe et à piston différentiel, débitent à chaque coup de piston un volume d’eau égal à la moitié de la capacité du cylindre. Celte disposition offre de nombreux avantages. Après les pompes vient l’accumulateur ou les accumulateurs, selon les besoins. Ici nous nous arrêterons plus longtemps, car c’est dans cet appareil que se résument les perfectionnements apportés pal’ Armstrong aux transmissions hydrauliques, et c’est grâce à son introduction que nous devons en partie nos machines.

La figure 2 montre près des pompes un accumulateur différentiel ; cet accumulateur, inventé par M. Tweddell pour les besoins de ses riveuses, possède certains avantages qui le font préférer dans l’installation de ses machines à l’accumulateur ordinaire ; mais comme néanmoins le principe est le même, pour simplicité de description, nous décrirons l’accumulateur tel qu’il a été introduit par Armstrong.

Rien n’est plus simple que l’action d’un tel appareil, Comme vous allez le voir. Imaginez une presse hydraulique sur le plateau de laquelle vous eussiez mis un certain nombre de poids, formant ensemble 50000 kg, par exemple ; il est bien évident que si nous forçons à l’aide d’une pompe, de l’eau dans le cylindre d’une telle presse, cette eau sera sous une pression, par unité de surface égale au poids de 50000 kg divisé par l’aire du plongeur de la presse ; négligeant friction, etc., etc., si nous varions les poids, nous varions proportionnellement la pression par unité de surface. Ceci compris, allongez le cylindre et le plongeur de votre presse, c’est-à-dire augmentez sa Course et suspendez à la tête du plongeur une succession d’anneaux d’un poids déterminé ; vous aurez alors que ce l’on nomme l’accumulateur tel que vous le voyez dans la figure 2.

L’eau fournie par les pompes doit passer par l’accumulateur pour arriver aux machines, et il est bien évident que la pression de l’eau qui agira sur ces machines par unité d’aire sera égale au poids de l’accumulateur divisé par l’aire de son plongeur ; et comme cette aire est généralement petite, il est évident que l’on peut obtenir d’énormes pressions, et, de plus, que la pression fournie ne sera jamais ni au-dessus ni au-dessous de celle fournis par le calcul.

Les machines-outils dont nous avons à parler à présent fonctionnent à une pression de plus de 1 kg/mm2 ; 105 kg/cm2. En Amérique, où il faut oser toujours, M. Sellers, le grand constructeur de machines-outils et le concessionnaire de M. Tweddell, n’a pas craint, d’après ses conseils, d’augmenter cette pression d’un tiers, la portant ainsi à 140 kg/cm2 !

En Angleterre, c’est M. Tweddell qui osa le premier travailler à de telles pressions, car Armstrong n’avait jusque-là soumis ses machines qu’à une pression moitié moindre ; du reste, nous devons ajouter que cette pression de 50 kg environ par centimètre carré, est réservée pour. les grues et autres appareils de ce genre, et je ne crois pas qu’il soit prudent d’aller au delà. Cette pression est celle de la transmission hydraulique des docks de Marseille.

Maintenant que nous connaissons les organes essentiels d’une installation hydraulique, il ne nous restera plus, à chaque prise d’eau, que de réunir le tuyau de pression à nos soupapes pour avoir du pouvoir.

Les gravures que nous publions donnant une excellente idée des machines, et ces dernières ayant pour valeur première leur simplicité, notre tâche sera, facile, car le mode d’action de l’une d’elles peut servir d’exemple pour toutes les autres.

Nous commencerons par les riveuses, parce qu’elles furent les premières machines imaginées par M. Tweddell, et parce qu’elles forment une classe ou le système peut être considéré avec tous ses avantages.

Comme on le sait, la vie de milliers d’hommes est tous les jours confiée aux puissantes machines qui nous emportent par mm’ et par terre à tous les coins du monde sans parler des machines fixes de l’industrie dont le nombre croît de jour en jour ; or l’organe le plus essentiel de ces machines c’est la chaudière, c’est là que les membres d’acier viennent puiser leur énergie. Tout le monde, plus ou moins, sait comment l’on fait une chaudière : plusieurs feuilles de tôle sont réunies par des rivets ; si simple que soit ou paraisse une telle construction, une bonne chaudière n’est pas chose facile à oh tenir. Au début, les machines à vapeur ne travaillaient pas sous des pressions aussi considérables que celles que nous rencontrons maintenant. Cette augmentation de pression a donc nécessité une augmentation dans l’épaisseur des tôles des chaudières, et conséquemment une augmentation dans la longueur et le diamètre des rivets. La rivure à la main devenait presque impossible. Fairbairn, le grand constructeur anglais, pour faire face aux besoins nouveaux, imagina le premier de substituer à la rivure à la main, la rivure à la mécanique, et inventa dans ce but la riveuse bien connue et qui porte son nom. Cette riveuse, quoique remplie de défauts et complétement abandonnée maintenant, rendit de grands services ; pour obvier aux inconvénients les plus importants, on imagina la riveuse à action directe, dans laquelle la vapeur admise dans un cylindre pousse devant elle un piston porteur de la boutterolle ; enfin on imagina des riveuses hydrauliques dont l’ensemble peut être comparé au fonctionnement d’une presse hydraulique ordinaire. La question en était là quand M. Tweddell eut l’idée d’appliquer aux machines-outils le système hydraulique d’Armstrong, le modifiant, bien entendu, pour les besoins nouveaux.

Les figures 2 et 3 nous montrent une telle installation. A gauche, les pompes et l’accumulateur ; à droite la riveuse fixe. La boutterolle est tout simplement poussée en avant par le plongeur, comme le ferait une presse hydraulique à laquelle on substituerait une boutterolle en guise du plateau ; l’eau fournie par les ’pompes passe par l’accumulateur, et de là se rend dans la boîte de distribution que l’on voit sur le sommet du cylindre. L’ouvrier chargé de la conduite de la machine pousse un levier, l’eau est admise et sans bruit le dé s’avance et forme la tête du rivet, en lui imprimant une pression qui, dans le cas de cette machine, est de 40 tonnes. Le rivet formé, un mouvement du levier en sens contraire, et la machine revient à sa position première.

M. Tweddell ne s’en tint pas aux riveuses fixes ; il imagina de même l’appareil représenté dans la figure 5. Comme on ne peut toujours amener les pièces à la riveuse, il fallait bien que la riveuse allât aux pièces, de là la riveuse portative. Cet outil, que deux hommes peuvent facilement porter, n’en exerce pas moins sur la tête du rivet une pression de 25 et 30 tonnes ; son organisation intérieure est à peu près similaire aux riveuses fixes. La gravure, faite d’après une photographie, donne une excellente idée de la petite machine ; comme on le voit, elle se compose essentiellement d’un cylindre et de deux bras de leviers agissant comme une machine ; l’extrémité la plus longue des bras des leviers sert de point d’appui et les bras les plus courts forment le rivet. Le pouvoir est transmis par les deux tiges à l’extrémité inférieure desquelles tourne l’un des leviers ; l’autre extrémité est filetée afin de pouvoir altérer à volonté la distance entre les dés. L’appareil est pourvu d’une suspension combinée avec les joints hydrauliques, suspension qui lui permet d’occuper presque toute position désirable. Dans les ateliers, on suspend ces outils aux grues volantes ou fixes selon-les besoins, et l’eau leur est fournie à l’aide de tubes de cuivre roulés en spirales, afin que leur élasticité leur permette de suivre les mouvements de l’outil. Les services que rend un pareil outil sont sans nombre, et, sans en altérer le principe, on en varie souvent la forme, pour permettre aux dés d’atteindre les rivets. Dans la construction des ponts en fer, on la combine avec un système complet roulant, et là, sans bruit, le petit appareil écrase le fer à raison de 20 rivets par minute.

Ces riveuses portatives et fixes forment assurément l’une des applications les plus heureuses et les plus remarquables de la transmission hydraulique ; aussi leur usage se répand-il tous les jours de plus en plus, et nos grandes compagnies comme nos arsenaux en sont déjà pourvues.

Les autres machines qu’il nous reste à décrire comprennent : . cisailleuses et poinçonneuses. La figure 4 représente une de ces machines ; c’est la reproduction de celles fournies par M. Tweddell à notre grand arsenal de Toulon. Remplacez les dés des riveuses par des lames et des poinçons, et vous avez des cisailleuses et poinçonneuses. Les formes de ces machines ne sont peut-être pas très-gracieuses, mais il faut penser aux efforts auxquels elles sont soumises, il existe aussi des machines à cintrer et à étamper.

La simplicité, le premier des mérites de ces machines, ne doit pourtant pas faire supposer que tout a été facile dans l’installation et l’ajustement de leurs organes. Quand on travaille à d’aussi énormes pressions, tout ce que livre l’industrie pour les organes similaires ne peut servir ; il a donc fallu enfanter toute une classe de soupapes, de joints, etc., en harmonie avec les besoins nouveaux.

L’usage des machines-outils à transmission hydraulique, des riveuses en particulier, se répand tous les jours, mais il est bien évident néanmoins que l’on ne peut demander à un manufacturier un changement complet dans son outillage ; d’autre part, ces machines, quelles que soient leurs qualités, sont absolument destinées pour une certaine classe de travaux seulement, car il ne leur faut demander qu’une action rectiligne et ne leur donner que des résistances constantes à vaincre. Comme nous l’avons dit, on installe à Toulon un vaste atelier hydraulique ; il pourra servir, dans l’avenir, de base pour l’appréciation du système, et nous ne doutons pas du succès final.

Quoique nous n’ayons à parler que des machines-outils, nous signalerons néanmoins une tentative qui vient de se faire en Angleterre, à Hull, et dans laquelle on a appliqué le système en grand. Il s’est formé là une compagnie qui distribue de l’eau sous pression comme on distribue le gaz ; la plus grande partie de l’eau, comme à Marseille, sert à la manutention des docks, cet le reste est distribué à des particuliers.

P. Nolet.


[1M. Benjamin Hick est un grand constructeur de presses hydrauliques, et ce fait est raconté par lui dans une brochure ayant pour titre : Experiments on the finition of the leather collars , by John Hick of Boston.

[2Armstrong cependant ne semble n’avoir que continué les idées de Bramah, car nous trouvons dans la lettre suivante écrite par ce dernier en 1802, un exposé complet du système actuel : « Je pense, dit-il, que beaucoup pourrait être fait en Irlande à l’aide de la presse hydraulique, si seulement son principe était mieux connu ; je l’ai aussi appliqué maintenant avec le plus surprenant effet aux grues de toute sorte pour élever et décharger les marchandises dans les entrepôts. Le résultat est si complet, que je vais proposer d’élever dans une partie quelconque de Dublin une machine à vapeur, laquelle communiquera pouvoir et mouvement à toutes les grues du quai et antres places, et à l’aide desquelles des marchandises d’un poids quelconque pourront être élevées à un tiers du prix usuel. Ceci je l’obtiens à l’aide de tuyaux de communication, comme si je voulais fournir de l’eau aux magasins. J’a une grue dans mon propre magasin qui étonne tous ceux auxquels elle est montrée ; car l’on voit les marchandises monter et descendre quinze ou vingt fois dans une minute à la hauteur de 18 ou 20 pieds, et cela sans qu’il soit possible pour toute personne qui ne connaît pas Je principe, de découvrir comment, ou d’où, le pouvoir vient. Je fais voir aussi des pompes élevant de l’eau avec un énorme pouvoir, et une presse écrasant du bois, etc., en atomes, et pas la plus petite découverte de la cause ne peut être faite. Je crois que j’aurai toutes les grues à faire pour les entrepôts des docks de Londres, et ce sera peut-être la plus grande entreprise qui ait jamais été faite. »
(Minutes of proceedings of the Institution of civil Engeneers, London, 1877, part. III.)