Il y a quelques temps, j'avais réalisé une précédente locomotive (Mallet), elle avait deux bogies indépendant, chacun d'eux motorisés par deux pistons. J'ai eu envie d'en créer une autre qui soit plus rapide. Partant du constat qu'en bloquant un des bogies l'autre se mettait à tourner beaucoup plus vite, je me suis dit qu'en réalisant une locomotive avec seulement 2 pistons qui consomment moins d'air que 4, j'obtiendrais de meilleurs résultats. Je voulais aussi qu'elle soit plus compacte, sans tender, mais quand même avec une réserve d'eau et de charbon à l'arrière de manière à pouvoir loger le compresseur.
Restait à choisir le modèle... La DB65-2 de la Deutch Ban , compagnie ferroviaire allemande réunie ces critères. Voici à quoi elle ressemble:
Cette première photo est une maquette de modèle réduit à l'échelle HO, les autres sont réelles.
J'ai pu récupérer ce plan côté, il m'a beaucoup aidé a réaliser la maquette pour dimensionner et positionner les différents éléments.
- Evidemment, avec l'expérience de la première, il y a moins d'inconnu. Cependant, il faut quand même revoir la conception du compresseur, initialement logé dans le tender, et que je souhaite loger au dessus du bogie arrière (compartiment à charbon + cabine, plus petit ?)
- La première étape du projet est de définir l'échelle de la maquette. Elle va être conditionnée par le diamètre des roues motrices ...Les roues de la machine font 1m50 de diamètre, celle de la "Mallet" étaient plus petites et donc, naturellement, je cherche des roues plus grandes que celles utilisées pour la locomotive Mallet. Les roues de la moto Ducati, set 42107 peuvent faire l'affaire.
- Fort de ce choix, je construis le châssis avec les roues motrices et le bogie arrière afin d'estimer la place qui reste pour loger le compresseur. Car en fait, c'est ma plus grosse interrogation ???
- Un autre point me soucis: c'est la commande des valves qui distribuent l'air vers les pistons. Les valves utilisées dans la loco Mallet étaient logées au niveau des pistons, chose qu'il est impossible de faire sur cette machine compte tenu de sa forme / implantation. Par ailleurs, pour un bon fonctionnement, il est important que les biellettes qui actionnent les valves soient en position neutre, le plus horizontales possible . Sinon il y a trop d'avance ou de retard sur la commande des pistons ...
- Pour finir, et en rapport avec la remarque ci-dessus, pour que ce soit le plus horizontal possible il faut que la biellette de commande soit la plus longue possible, c'est à dire commandée par la roue motrice arrière et que les points de commande des valves soient le plus proche possible de l'axe des roues. Cela va supposer des biellettes assez longues, donc flexibles, qu'il faudra rigidifier
Voilà, je vous ai livré le fil de mes réflexions, les aspects / défis techniques sont posés.
Le châssis, les roues et l'embiellage:
L'entraxe des roues est de 11 tenons, elles sont synchronisées entre elles par des 40T pour éviter le déboîtement des biellettes. Les valves qui distribuent l'air sont situées au dessus et entre 2 roues, levier de manœuvre vers le bas. Elles sont activées par la dernière roue, la longue biellette de liaison est doublée afin de la rigidifier.
A noter que les roues à droite commande le piston de gauche et inversement. C'est la même chose que pour la locomotive Mallet alors qu'en réalité les roues à droite commandent bien le piston de droite. Ceci est possible par le décalage de 1/4 de tour dans un sens ou dans l'autre de la commande par rapport aux roues. Le fait que le chauffeur puisse inverser cette position provoque l'inversion de marche de la machine.
C'est un doux rêve en ce qui me concerne de reproduire cette commande. Hélas, que ce soit d'une manière mécanique ou d'une manière pneumatique, cela n'est pas réalisable en lego! J'y ai réfléchi. Mais si quelqu'un a une idée lumineuse elle est la bienvenue.
Le volant d'inertie a été conservé, il est composé des deux roues équipées de pneus. Le rapport de multiplication est de (40/8)x(40/24) = 8.33, ce qui semble suffisant.
Ossature de la chaudière:
Pas de changement de diamètre, pas de porte à faux. C'est donc beaucoup plus simple que pour la locomotive Mallet, la chaudière va faire 11 tenons de diamètre.
Le compresseur:
Le compresseur est constitué de 6 pompes. J'ai essayé le nouveau modèle de lego: la référence 6353193, elle a un taux de compression nettement inférieur aux précédentes, le volume d'air est aussi plus faible et par conséquent les performances sont moindres. J'ai donc reconduit le vieux modèle. Ces pompes sont équipées d'un ressort pour un usage manuel, dans le cas présent, il n'a aucune utilité, il provoque même une surcharge sur les moteurs qui s'ajoute à la compression de l'air. Je les ai enlevés.
Pour animer il y a 4 moteurs. Ils ont été placés du même côté et tournent dans le même sens, du coup je gagne 7 tenons sur la longueur du compresseur. Les moteurs ont un rapport 1/1 avec les pompes, ceux du bas sont en direct alors que ceux du haut double le couple via un train d'engrenage (20 x 16 x 20). Les deux groupes de 3 pompes sont synchronisés en opposition par un 16T de chaque côté du compresseur, via l'axe rouge qui le traverse. Il permet aussi de transmettre le couple des deux côtés.
En plaçant directement les pignons aux sorties de moteurs, j'ai pu gagner un tenon supplémentaire, soit 8 au total,. C'est cette version qui a été intégrée. Depuis, je n'ai eu aucun soucis, elle simple et robuste!
Bogie arrière:
Il est conçu pour pouvoir pivoter, et en même temps il est bloqué en rotation parce qu'en roulant il doit être aligné dans l'axe de la locomotive. Une autre particularité est qu'il est monté sur amortisseur: ce sont les 4 poutres 2T en caoutchouc que l'on voit sur cette photo, l'amplitude est faible, de l'ordre de 3mm mais elle est suffisante. Le bogie vient prendre appuis sur ces caoutchoucs. Cela a été nécessaire pour assurer pleinement le contact au sol des roues motrices.
Il est possible d'observer sur cette photo que les tampons arrières sont montés sur amortisseur également, c'est la même pièce qui joue ce rôle.
Alimentation et commande:
Les moteurs sont alimentés par la même batterie LYPO 3S (11.1V 1300mAh 26A max) que dans plusieurs de mes modèles, c'est compact et suffisant. Les moteurs sont suralimentés mais ils supportent bien la chose vu qu'ils ne restent pas longtemps en fonctionnement. On obtient ainsi beaucoup plus de puissance qu'avec 6 piles 1.5V; Elle est logée entre les moteurs et pour y accéder il suffit d'enlever le toit de la cabine. Il y a un interrupteur pour couper l'alimentation, au début je mettais en marche avec l'interrupteur et pour arrêter je courrais après la machine ... Pas très pratique! Il me restait une SBrick, j'y ai connecté mes 4 moteurs et maintenant je commande la machine avec mon téléphone. Je dispose même d'un super ralenti!
Commande de frein:
Entre chaque roue il y a une pièce rouge qui fait office de patin de frein. Chaque patin est actionné par la poutre rouge qui remonte dans la cabine. L'amplitude très faible du mouvement est autorisée par les jeux d'axes. Ceci est visible sur la vidéo de présentation. Bien entendu ils ne sont absolument pas fonctionnels, c'est du décor et pour le plaisir d'ajouter une fonction...
Les secrets de la performance:
1- Réduire les frottements à tous les niveaux: Ma solution miracle c'est l'huile silicone (grade 350 ou proche). J'en dispose sur toutes les pièces en mouvements, paliers, axes de vérins et de pompes y compris à l'intérieur sur les parois via les entrées d'air, les axes de valves, les dents d'engrenages ... Je manœuvre tout ça jusqu'à obtenir un mouvement fluide. Après, on peu essuyer le trop plein, de toute façon, il est très difficile de se débarrasser du silicone, même sèches, les pièces restent très glissantes.
2- Faciliter la circulation de l'air: Toutes les pièces lego sont moulées, il en résulte que tous les trous sont légèrement coniques pour faciliter le démoulage. J'ai systématiquement passé un forêt de 1mm dans tous les trous ou l'air circule (T de tuyauterie, entrées d'air des pistons et des pompes, valves), cela ne compromet pas la résistance des pièces mais assure une meilleure circulation. J'ai aussi doublé la tuyauterie entre le compresseur et les vérins pour doubler le flux.
3- Utiliser les bons pistons: J'ai été tenté d'utiliser des pistons plus longs pour utiliser des bielles de 3 tenons au lieu de 2.5. Je peux vous dire que ça ne marche pas bien, pourquoi: La course étant plus petite que celle du piston, il reste de l'air dans les chambres, pour actionner le vérin il faut d'abord compresser l'air restant, cela prend du temps et consomme plus d'air, c'est moins efficace. A l'inverse, lorsque les courses des vérins sont égales à celles des bielles, en butée, la chambre ne contient quasiment plus d'air, l'air injecté pour manœuvrer le piston est immédiatement efficace. J'ai donc changé les pistons, ils sont jaunes, c'est pas terrible! peut être un jour deviendront ils bleus???
4- Agir sur les valves: C'est un point crucial, Il s'agit de réduire les points morts. J'ai indiqué plus haut de passer un forêt de 1mm dans les trous des valves, cela ne peut se faire qu'en démontant le couvercle sinon on détériore les joints internes. C'est ce que j'ai fait en suivant la vidéo suivante dont voici le lien "https://m.youtube.com/watch?v=SCSIbEN8JFk" Le fait d'agrandir le trou, favorise le passage de l'air mais permet à celui-ci de passer plus tôt lorsque la valve est actionnée. On peut aussi faire un petit chanfrein interne sur chaque trou. C'est spectaculaire ... Comme vous pourrez voir sur la vidéo, au ralenti comme à pleine vitesse, le mouvement des bielles est fluide!
Aujourd'hui, je suis arrivé au bout du design et je considère que la machine est terminée. Je vous invite maintenant à démarrer la vidéo de présentation ainsi que de visualiser les photos d'ensemble:
Vidéo de présentation (J'espère que vous n'aurez pas de soucis de lecture sinon je passerais par youtube mais la qualité sera nettement inférieure) :
https://www.casimages.com/v/YxVUQb-P1050508.mp4.html
Photos:
Vidéos en mouvement, pour la première, la machine est sur cale, pour la seconde, la machine roule ...
https://www.casimages.com/v/OxVUQb-P1050509.mp4.html
https://www.casimages.com/v/HxVUQb-P1050515.mp4.html
Voilà, je suis très heureux de vous avoir présenté ma création. Cela fait plusieurs mois que je suis dessus et j'espère que vous avez apprécié. Je voudrais dire à tous ceux qui s'intéressent aux moteurs pneumatiques qu'il est donc possible de les alimenter à partir d'un compresseur lego, mais ne vous attendez pas à des performances extraordinaires. Le rendement de la machine est peut être de l'ordre de 15 à 20% et si elle avait été propulsée directement par les 4 moteurs électriques, sa vitesse aurait été multipliée par 4 ou 5. C'était donc un défit de parvenir à cette performance!
Merci de m'avoir lu jusqu'au bout.
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