La grue à vapeur

construite avec des pièces Meccano, un moteur Wilesco D20 et une chaudière D3

Mars à fin juin 2008 par Charlotte, Clément, Enzo, Floria et Quentin. Janvier à juin 2009 par Charlotte, Louise et Mélodie.

Le moteur - la structure - les mécanismes (levage, inversion, freinage, rotation) - Chaudière - Photos et documents - Mesure des dimensions - Schémas - Plan à l'échelle 1/2 - Mesures de forces et de vitesses - Calculs de puissance - Vocabulaire et test de connaissances

 

Page mise à jour le 21 octobre 2009 - 75 photos - 9 vidéos au format wmv

 

 

 

 

 

 

 

 

Premiers essais du moteur avec une seringue:

 

La flèche:

 

Graissage du moteur pour les essais:

 

    

 

 

 

 

Essais avec le compresseur à air: cliquer sur les images pour voir la vidéo 622 ko

 

 

Cliquer pour la vidéo

400 ko

 

Installation de l'inverseur:

 

 

 

 

 

Les premiers essais de l'inverseur avec le compresseur à air:

Voir la vidéo 1 (1,2 Mo)

 

Vidéo 2

 

 

 

 

 

2/ Construction de la tour et fixation du roulement à rouleaux coniques :

Plateau circulaire pour la fixation de la flèche (remarquer la tige filetée et la couronne dentée)

 

La grue presque terminée, en place pour les essais:

La grue à vapeur

L'année dernière des élèves de CM2 ont construit une grue à vapeur en pièces Meccano. Ce modèle réduit est inspiré des engins de levage de la révolution industrielle (vers 1850) tels qu'on en trouvait dans les ports. Elle est composée d'une tour verticale, d'une plate- forme horizontale et d'une flèche oblique. Au sommet de la tour un plateau tournant permet de faire pivoter la grue pour l'orienter dans la direction souhaitée. A l'arrière de la plate-forme est fixé le treuil, sorte de bobine sur laquelle s'enroule le câble (ou la chaîne) servant à soulever la charge. Ce câble va jusqu'à une poulie de renvoi située à l'extrémité de la flèche. Il descend à la verticale vers la poulie du crochet, avant de remonter vers son point de fixation sous la flèche.

Le treuil:

 

 

Pour augmenter la vitesse de rotation du treuil, les poulies ont été remplacées (de 25 mm / 75 mm à 38 mm /50 mm)

 

 

 

Essais de charge avec des masses marquées:

 

Essais de force de levage: de 960 g jusqu'à 1140 g

 

La force maximale de levage que nous avons pu mesurer est de 2008 g

 

Vitesse de levage avec une charge de 200 g (compresseur sous 8 V): 24 cm en 10 s soit 2,4 cm /s

Vitesse de levage avec une charge de 2008 g (compresseur sous 11,5 V) : 35 cm en 12 s soit 2,9 cm/s

 

La vitesse de levage est de 0,029 m/s

 

 

Puissance: 2 kg x 0.029 m/s = 0,058 kgm/s soit 0,00038 ch (1 ch = 75 kgm/s)

 

 

 

Deuxième partie: la chaudière et le brûleur (2009, par Charlotte, Louise et Mélodie.)

Mardi nous avons reçu la petite chaudière D3 que nous avions commandée. Elle mesure 9 cm de longueur et 4,9 cm de diamètre, elle est en laiton poli. Pour notre premier essai nous avons rempli la chaudière d'eau (elle peut contenir jusqu'à 50 mL d'eau) puis nous l'avons fait chauffer avec du combustible (de l'alcool solidifié) dans un petit bac que nous avons placé sous la chaudière. L'eau a commencé à bouillir et catastrophe ! La soupape était mal vissée, alors l'eau s'est échappée.

 

Moteur à vapeur Wilesco D3 avec sa chaudière:

   

 

Soupape de sécurité:

Le rôle de la soupape à ressort est d'évacuer la pression quand il y en a trop.

 

Premiers essais avec la chaudière D3:

 

Voir les images vidéo - 1,48 Mo et 1,60 Mo:

    

Adaptation de la chaudière. La chaudière est en laiton poli, un métal que l'on reconnaît à sa couleur dorée. Le tuyau est en cuivre, le cylindre du moteur à vapeur en bronze, un alliage de cuivre et d'étain.

Nous avons coudé le tuyau sinon le support de la vanne serait en dehors de la plate forme. On l'a chauffé puis nous l'avons coudé avec une pince, pour le placer verticalement:

Deux jours plus tard nous avons entrepris de fixer la chaudière à la grue. Nous avons percé des trous sur une pièce rectangulaire à l'aide d'une perceuse à colonne. Il y aura un trou pour un graisseur, un pour la vanne, un pour le tuyau et un pour le manomètre que l'on doit souder.

 

Usinage du support de la vanne, du graisseur et du manomètre:  

 

Voir la vidéo (1,04 Mo):

   

   

  

Le trou pour la fixation du manomètre fait exactement 3 mm de diamètre. Pour la vanne nous avons dû tarauder à 3 mm, et pour le graisseur à 4 mm.

  

  

Voir la vidéo (1,92 Mo):

   

3) Le rôle de la soupape à ressort est d'évacuer la pression.

4) La chaudière est en laiton poli. On reconnaît ce métal à sa couleur dorée. Le tuyau est en cuivre, le cylindre du moteur à vapeur en bronze, un alliage de cuivre et d'étain.

5) Les rondelles de carton assurent une bonne étanchéité

Il faut souder le manomètre car le trou que nous avons percé est trop grand. Pour la soudure nous utilisons un mini-chalumeau et un petit bout d'étain, (métal qui fond à 231,9°C) que nous avons fait fondre autour du trou pour le manomètre.

  

  

Voir la vidéo (2 Mo):

 

Remplacement du filin par une chaîne en laiton:

 

 

   

 

 

Au cours de cette construction nous avons appris le nom de plusieurs métaux, acquis un vocabulaire précis en mécanique, appris à souder, à percer, et à utiliser un taraud. Maintenant nous savons aussi faire fonctionner la chaudière et l'inverseur du moteur.

Les différents outils que nous avons utilisés sont une lampe à souder, une perceuse sur colonne, des forets de 2,5 à 4 mm de diamètre, la clef à mandrin, des tarauds de 3 et 4 mm.

Voici une petite recherche de vocabulaire sur ces outils:
- La perceuse, percer, le perçage
- Un foret, forer, le forage
- Un taraud, tarauder, le taraudage

De nos jours on ne trouve plus de grues à vapeur parce qu'elles ont été remplacées par les grues à moteurs électriques.

Mélodie, Louise et Charlotte, 25 juin 2009.

Mesures de vitesses et calculs:

Sur notre grue à vapeur en pièces Meccano, le moteur entraîne le treuil par l'intermédiaire de poulies et de roues dentées. Si l'on remarque que le volant du moteur tourne vite, en revanche le treuil est beaucoup plus lent. C'est parce que la succession de petites puis de grandes roues dentées réduit sa vitesse de rotation. Ces roues dentées forment un réducteur.

Il serait intéressant de mesurer ces vitesses en comptant le nombre de tours dans un temps donné. Pour cela nous employons un chronomètre et nous plaçons un repère visuel sur le volant, car il tourne rapidement. Pour éviter les erreurs, plusieurs élèves effectuent le comptage : les résultats seront plus fiables. (On compte de 10 en 10 pour suivre le rythme).

 

En 30 secondes, le moteur fait 120 tours, et le treuil 16 tours.

Donc en 1 minute (60s) ils en font le double : 240 tours et 32 tours. Nous obtenons donc les vitesses de rotation suivantes : 240 t/min et 32 t/min.

En divisant ces valeurs par 60, cela donne 4 t/s et 0, 533 t/s

Calcul du rapport de réduction : Comment passe-t-on de 240 à 32 t/min ?

 

Prochain projet pour 2009: une grue à moteur stirling:

ou

 

visites

 

Voir les autres grues sur notre site: grues électriques du chantier naval, camion-grue, etc:

Grue roulante Krupp de 250 t	Le pont roulant électrique	Grue Titan 15/90 t
Grue à grappin	Grue Butters à bec de canard	Camion-grue hydraulique
Photos d'engins de levage	Visite des chantiers navals de La Ciotat: page 1: le grand portique de 650 t -   page 2: la grue de 250 t
	camion grue ZIS150 en tôle